Я познаю мир. Естествознание

Нетрудно заметить, что для построения родословного древа живых организмов необходимо сравнивать и искать похожих. Но не все признаки одинаковы. Некоторые можно использовать для выяснения родственных отношений, а другие могут завести в тупик. Например, узкие листья ивы и лилии вовсе не свидетельство того, что эти растения – близкие родственники, но строение цветка одуванчика и астры показывает, что они принадлежат к одному семейству.

Как появилась жизнь?

Можно считать практически бесспорным, что в момент образования Земли жизни на ней не было. Условия были настолько суровыми, что ни одна из известных людям форм жизни не могла существовать в таком мире. Мы знаем, что возраст Земли около 5 миллиардов лет. Когда же появились первые живые организмы? Самым древним остаткам живых существ почти 4 миллиарда лет.

Что же происходило до этого? Как именно зародилась жизнь на нашей планете? Это один из тех вопросов, на которые, скорее всего, никогда не удастся получить точный ответ – мы можем лишь предполагать. Пока не найдено следов организмов старше 3,85 миллиарда лет. Это не значит, что их не было.

Долгое время Земля была пылающим шаром

Выдвигаются гипотезы, что жизнь могла попасть на Землю из космоса вместе с веществом, из которого образовалась Земля, или была принесена метеоритами. Даже если жизнь зародилась не на Земле, как она возникла в космосе?

Большинство ученых считает, что жизнь появилась благодаря тому, что простые молекулы превращались во все более и более сложные до тех пор, пока они не начали создавать себе подобных, размножаться, жить. Многие органические соединения и сложные молекулы можно получить сегодня в лаборатории, но пока не найдено способа сделать так, чтобы они жили и размножались самостоятельно.

Что же за существа были те, кто стали первыми обитателями Земли? Считается, что это были бактерии и синезеленые водоросли, похожие на те, что мы можем найти на Земле и сегодня. Конечно, обнаружить следы отдельных бактерий очень трудно, но их колонии нередко были довольно большие и оставили довольно внушительные следы.

В те далекие времена, вероятно, возникли и первые экосистемы. Экосистема – это несколько видов, которые живут вместе и влияют друг на друга. Например, можно изучать экосистему пруда, в которой живут растения, водоросли, водные насекомые, рыбы и водоплавающие птицы. Вслед за организмами, которые создают питательные вещества из воды и углекислого газа, появляются те, кто использует эти вещества. Водоросли питаются за счет фотосинтеза, то есть создают пищу при помощи солнечного света, их поедают другие организмы, точно так же, как растительноядные животные питаются зелеными частями растений, способных использовать солнечный свет. Скорее всего, в самых древних сообществах организмов не было существ, способных использовать солнечный свет, то есть питаться за счет фотосинтеза, – энергию им давали химические реакции, то есть хемосинтез. Такие организмы есть и в наше время. Однако с появлением существ, живущих благодаря Солнцу, они оставили ведущие позиции на планете. Фотосинтезирующие организмы – единственная причина того, что в нашей атмосфере более одной пятой составляет кислород. Около 2 миллиардов лет назад кислорода стало так много, что некоторые организмы стали использовать его для дыхания. Так произошла кислородная революция. В результате большинство организмов на Земле сегодня не может обойтись без кислорода.

Так выглядели обитатели океанов 2600 млн лет назад

Как возникли многоклеточные организмы?

На Земле лишь самые простые существа состоят из одной клетки. Все сложно организованные растения, животные и грибы состоят из нескольких клеток, и у большинства многоклеточных организмов клеток действительно очень много.

Переход к дыханию кислородом вызвал необходимость того, чтобы весь кислород доходил до всех клеток. Но вначале кислорода было довольно мало, так что его было недостаточно для проникновения в глубь клеточных слоев. И лишь когда деятельность фотосинтезирующих одноклеточных привела к тому, что атмосфера Земли насытилась кислородом, появились многоклеточные организмы.

Узнать, какова была концентрация кислорода в прошлом, позволяют геологические изыскания. Некоторые минералы не могут существовать в атмосфере, богатой кислородом, и, если бы их удалось обнаружить в каком–нибудь слое земной коры, то это означало бы, что кислорода в те времена было довольно мало. Хотя жизнь возникла довольно давно, первые многоклеточные существа появились чуть более одного миллиарда лет назад. Это были растения.

Многоклеточные животные появились еще позже – 600 миллионов лет назад. Как ни странно, это были крупные существа, напоминающие медуз. В те времена на всей планете не было ни одного хищника.

Пейзаж времен палеозоя

По всей видимости, первые многоклеточные существа не стали предками современных многоклеточных организмов, видимо, многоклеточные существа возникали не один раз. Первые существа с твердым скелетом появились около 540 миллионов лет назад. Об этих организмах мы знаем гораздо больше, их облик известен нам гораздо лучше, чем внешний вид самых древних организмов, ведь по скелету – неважно, раковине, панцирю или кости – можно представить то существо, чьей частью он был.

Поскольку до момента появления скелета ясных отпечатков не оставалось, все, что происходило до этого, назвали эрой скрытой жизни, или криптозоем, а все, что произошло потом, – палеозоем. Скелет стал настоящей революцией. Это опора, а значит движение, высокий рост, защита, возможность противостоять силе тяжести на суше и завоевать новые пространства.

Нужно помнить, что суша в то время была безжизненной, и все живое существовало лишь в океане. Что же вызвало появление скелета у древних организмов? Вероятно, увеличение количества кислорода позволило вести более активную жизнь. Активность привела к быстрому накоплению твердых отходов в организме и развитию скелета.

Некоторые организмы образовывали колонии таких размеров, что меняли облик древних водоемов. Это известковые водоросли и губки.

Вероятно, первыми существами, которые начали уничтожать других, стали головоногие моллюски, к которым относятся современные осьминоги, каракатицы и кальмары.

Несмотря на то что позвоночные животные появились тоже достаточно давно, они занимали не самые почетные места в древнем раскладе сил. Бесчелюстные панцирные – предки рыб, уже были похожи на рыб, которых мы едим или разводим в аквариумах. Панцирь покрывал и бесчелюстных, и первых настоящих рыб. Но рыбы обрели привычный для нас облик лишь миллионы лет спустя.

Как заселили пресные воды?

Если взять стакан с очень соленой водой и стакан с пресной водой, а потом сделать так, чтобы вода в двух стаканах сообщалась через шланг, то, не перемешивая воду, через некоторое время мы увидим, что вода стала равной солености в каждом из стаканов.

Покровы живых существ позволяют солям выходить в воду, и в конце концов именно это служит причиной гибели морских организмов в пресной воде. Для того чтобы выжить в новых условиях, стали необходимы органы, которые отвечали бы за то, чтобы не произошло критической потери солей, то есть почки. Рыбы стали первыми существами с почками, первыми проникли в пресные воды и превратились там в полноправных хозяев.

Примерно то же происходит с организмом, заплывшим из соленой воды в пресную. Химический состав всех организмов на Земле близок по концентрации солей к морской воде. Это еще одно свидетельство того, что жизнь возникла в морях.

Для того чтобы организм, живущий в воде, смог перейти к жизни на суше в воздушной среде, ему пришлось сильно измениться. Прежде всего, стало необходимым обзавестись покровами, которые защитили бы его от потери воды и смерти от высыхания.