Развитие жизни на Земле, эры и периоды (Таблица биология)
Развитие жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — это примерно 4,1—3,7 млрд. лет назад (по разным данным) и продолжается по текущий день. Сходство между всеми организмами указывает на наличие общего предка, от которого произошли все другие живые существа.
Стадия истории Земли
Физико- химические условия
Процессы, происходящие на Земле
Поверхность Земли раскалена до 1000С°, все элементы находятся в виде атомов
Вследствие вращат. движения при постепенном снижении температуры атомы тяжелых металлов перемещались к центру, а на поверхности остались атомы легких элементов (N, Н, С, O); при их взаимодействии выделялось много газов, поднимавшихся вверх
Газы образовали первичную атмосферу. Появились химические соединения: Н2O в виде водяного пара, NH4, NH3Н2, CO2, СО
С охлаждением планеты ниже 100С° началась конденсация водяных паров. НаЗемлю полились горячие ливни, что привело к образованию больших водоемов. Возникали частые грозы; из недр извергались карбиды (соединения металла с углеродом). В горячей воде они растворялись и образовывали углеводы, там же растворялись газы, соли, которые вступали в химические взаимодействия
ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗУЧЕНИЯ
Картину эволюционного процесса от его начала до наших дней воссоздает наука о древней жизни палеонтология. Ученые-палеонтологи прослеживают отдаленные во времени эпохи по окаменевшим остаткам организмов прошлого, сохранившимся в земных пластах. Геологические пласты, поэтому, можно образно назвать страницами и главами каменной летописи истории Земли. Но можно и точно определить их возраст, а вместе с тем и возраст ископаемых остатков, заключенных в этих пластах?
Методы геохронологии. Существуют разнообразные методы определения возраста ископаемых остатков и слоев горных пород. Все они делятся на относительные и абсолютные. Методы относительной геохронологии исходят из представления о том, что более поверхностный слой всегда моложе лежащего под ним. Учитывается и тот факт, что для каждой геохронологической эпохи характерен свой определенный облик – специфический набор животных и растений. На основании изучения последовательности напластования слоев геологического разреза составляется схема расположения слоев (стратиграфическая карта) данного района. Палеонтологические данные позволяют выявить одинаковые или близкие вида в слоях различных геологических разрезов разных стран и континентов. На основании сходства ископаемых форм делается вывод о синхронности слоев, содержащих так называемые руководящие ископаемые, т.е. об их принадлежности к одному и тому же времени.
Методы абсолютной геохронологии основывается на естественной радиоактивности некоторых химических элементов. Впервые предложил использовать это явление как эталон времени Пьер Кюри. Строгое постоянство скорости радиоактивного распада привело к мысли о разработке единой точной хронологической шкалы истории Земли. Позже этот вопрос разрабатывали Э. Резерфорд и другие ученые.
Для определения абсолютного возраста используют «долгоживущие» радиоактивные изотопы, пригодные для изучения возраста древнейших слоев Земли. Скорость распада радиоактивного изотопа выражается периодом полураспада. Это время, в течение которого любое исходное количество атомов уменьшается вдвое. Зная период полураспада соответствующего изотопа и измерив соотношение количества радиоактивного изотопа и продуктов его распада, можно определить возраст той или иной породы. Например, период полураспада урана-238 равен 4,498 млрд лет. Килограмм урана, в каких бы горных породах он ни залегал, через 100 млн лет дает 13 г свинца и 2 г гелия. Следовательно, чем больше в горной породе свинца, тем она и пласт, ее включающий, древнее. Таков принцип действия «радиоактивных часов». Рассмотренный пример иллюстрирует старейший метод изотопной геохронологии – свинцовый. Он назван так потому, что возраст пород определяется по накоплению свинца при распаде урана и тория. В результате радиоактивного распада урана-238 возникает свинец-206, уран-235, свинец-207 и при распаде тория-232 — свинец-208.
В зависимости от конечного продукта радиоактивного распада разработаны и другие методы изотопной геохронологии: гелиевый, углеродный, калий-аргоновый.
Для определения геологического возраста до 50 тысяч лет широко применяется радиоуглеродный метод. Он основан на том, что под действием космической радиации в атмосфере Земли азот превращается в радиоактивный изотоп углерода 14 С, с периодом полураспада 5750 лет. В живых организмах вследствие постоянного обмена со средой концентрация радиоактивного изотопа углерода постоянна, тогда как после смерти и прекращения обмена веществ радиоактивный изотоп 14 С начинает разлагаться. Зная период полураспада, можно весьма точно определить возраст органических остатков: угля, веток, торфа, костей. Этим методом датируются эпохи оледенения, этапы человеческой цивилизации и т.д.
В последние годы успешно разрабатывается дендрохронологический метод. Изучив влияние погодных условий на прирост годичных колец на древесине, биологи выяснили, что чередование колец низкого и высокого прироста дает неповторимую картину района, можно с точностью до года датировать любой кусок древесины. Таким образом, например, советские археологи точно датируют возраст древесины, использовавшейся на строительство древнего Новгорода.
Подобно годичным кольцам деревьев, отражают суточные, сезонные и годовые циклы линии роста кораллов. У этих морских беспозвоночных внешняя часть скелета покрыта тонким известковым слоем, называемым эпитекой. При хорошей сохранности на эпитеке видны четкие кольца – результат периодического изменения скорости отложения карбоната кальция. Эти образования группируются в пояса. Американский палеонтолог Дж.Уэлс доказал (1963), что кольцевые линии и пояса на эпитеке кораллов представляют собой суточные и годовые образования. Исследуя современные виды рифообразующих кораллов, он насчитал в их годовом поясе около 360 линий, т.е. каждая линия соответствовала приросту за один день. Интересно, что у кораллов, живших примерно 370 млн лет назад, в годовом поясе насчитывается от 385 до 399 линий. На основании этого Дж. Уэллс пришел к заключению, что количество дней в году в то далекое геологическое время было больше, чем в нашу эпоху. Действительно, как показывают астрономические вычисления и палеонтологические данные, Земля вращалась быстрее и продолжительность суток, поэтому, составляла примерно 22 часа. Зная последовательность появления тех или иных организмов и возраст различных слоев земной коры, ученые в общих чертах составили хронологию истории нашей планеты и описали развитие жизни на ней.
Календарь истории Земли. История Земли разделяется на длительные промежутки времени – эры. Эры подразделяются на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века.
Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразованиями лика Земли, изменением соотношений суши иморя, интенсивными горообразовательными процессами.
Названия эр греческого происхождения: катархей – ниже древнейшего, архей – древнейший, протерозой — — первичная жизнь, палеозой – древняя жизнь, мезозой – средняя жизнь, кайнозой – новая жизнь.
Вариант 2
А1. Сколько эр выделяют в истории развития нашей планеты?
1) пять
2) шесть
3) семь
4) восемь
А2. Какая эра продолжается и на современном этапе развития Земли?
1) протерозой
2) палеозой
3) мезозой
4) кайнозой
А3. Когда живые организмы стали выходить на сушу?
1) в конце протерозоя
2) в начале мезозоя
3) в середине палеозоя
4) в начале кайнозоя
А4. От каких водных организмов произошли наземные позвоночные животные?
1) от кистеперых рыб
2) от моллюсков
3) от акул
4) от кольчатых червей
В1. Как назывались первые растения (уже вымершие), которые появились на суше?
В2. В какую эру появились паразитические и симбиотические формы организмов?
С1. Каким образом прикрепленные растения приспособились к наземному образу жизни?
Ответы на тест по биологии Этапы развития жизни на Земле 9 класс
Вариант 1
А1-3
А2-2
А3-4
А4-1
В1. В эру катархея
В2. Эру мезозоя
Вариант 2
А1-2
А2-4
А3-3
А4-1
В1. Риниофиты
В2. В эру протерозоя
Пять массовых вымираний в истории Земли
История Земли насчитывает более 4,6 миллиардов лет, за которые планета пережила пять массовых вымираний. Причиной каждого из них стало катастрофическое событие глобального масштаба, уничтожившее большую часть живших в те времена биологических видов. Изменение климата, многочисленные извержения вулканов или удары метеоритов приводили к гибели организмов, навсегда меняя экосистемы и создавая новые условия для жизни и смерти.
О массовом и фоновом вымирании
Надо отметить, что вымирание тех или иных видов происходит постоянно в связи с протеканием эволюционных процессов, потерей среды обитания или межвидовой конкуренцией. Это считается фоновым вымиранием или нормальным уровнем вымирания, поскольку затрагивает ограниченное число видов.
История Земли насчитывает более четырех миллиардов лет, за которые планета пережила пять массовых вымираний Ecocosm
В обычные времена — под временами подразумеваются целые геологические эпохи — вымирания случаются крайне редко, даже реже, чем видообразование. Их скорость определяется так называемой фоновой скоростью вымирания. Она разнится от одной группы организмов к другой, и часто ее выражают в количестве вымираний на миллион видо-лет.
Вычислять фоновые скорости вымирания — задача трудоемкая, требующая тщательного анализа всех баз данных по ископаемым организмам. Для наиболее изученной группы — млекопитающих — скорость составляет примерно 0,25 вымираний на миллион видо-лет.
Это значит, что раз в наши дни на планете существует около 5500 видов млекопитающих, то при данной скорости фонового вымирания ожидается (по очень грубым прикидкам), что один вид будет исчезать каждые 700 лет.
Большая пятерка вымираний привела к резкому снижению разнообразия на уровне семейств. Семейство считается выжившим, если выживает хотя бы один его вид, так что на уровне видов потери были куда существеннее. Инфографика создана Ecocosm
Иногда фоновое вымирание прерывается катастрофическими событиями планетарного масштаба, такими как изменение климата, многочисленные извержения вулканов или удары метеоритов по поверхности Земли, влекущими вымирание высокой доли видов живых существ — оно называется массовым.
Концепция массовых вымираний была разработана американскими палеонтологами Джеком Сепкоски и Дэвидом Раупом в 1980-х годах. Под массовым вымиранием стоит [1] понимать значительное увеличение интенсивности вымирания более чем одного распространенного биологического вида в течение короткого геологического периода времени, влекущее снижение биоразнообразия.
Энтони Хэллам и Пол Уигнолл, британские палеонтологи, много писавшие на эту тему, определяют массовые вымирания как события, уничтожающие «значительную часть биоты мира за незначительный с геологической точки зрения период времени». По словам Элизабет Колберт, история жизни состоит из «длинных периодов скуки, время от времени прерывающихся паникой» [2].
Первое массовое вымирание — ордовикско-силурийское
Первой известной глобальной катастрофой считается ордовикско-силурийское массовое вымирание, произошедшее около 440 миллионов лет назад. Ученые считают, что его причинами стало резкое изменение климата. Так, на первом этапе наступил ледниковый период, к которому наземные виды не смогли адаптироваться достаточно быстро и выжить в условиях холодного климата. На втором этапе ледниковый период также резко закончился, к чему выжившие организмы снова были не готовы.
Предполагается, что ордовикско-силурийское массовое вымирание привело к уничтожению до 85% биологических видов, живущих в тот период на Земле.
Второе массовое вымирание — девонское
Второе массовое вымирание произошло в Девонский период палеозойской эры около 370 миллионов лет назад относительно быстро после ордовикско-силурийского вымирания. Ученые полагают, что на начальном этапе девонского вымирания произошло резкое сокращение уровня кислорода в океане. Это привело к исчезновению многих организмов, которые формировали коралловые рифы, что изменило экосистему Мирового океана. Причины исчезновения видов на втором этапе девонского периода ученым доподлинно неизвестны. Возможно, вымирание произошло за счет повышенного вулканизма на планете или удара метеорита.
По оценкам ученых, во время девонского массового вымирания было уничтожено около 75% всех биологических видов.
Причиной голоценового, или шестого вымирания может стать не вулканическая активность или падение метеорита как в предыдущих пяти случаях, а деятельность человека. Фото: Joshua Reddekopp
Третье, или «великое» пермское массовое вымирание
Самым масштабным массовым вымиранием биологических видов на Земле считается третье — «великое» пермское массовое вымирание, произошедшее около 250 миллионов лет назад. Согласно оценкам ученых, за 60 000 лет исчезло около 96% видов живых существ, обитающих на планете. Были уничтожены леса, погибло большое число видов насекомых и морских экосистем, а на восстановление биосферы ушло, по разным оценкам, от пяти до тридцати миллионов лет.
Как и в случае второй волны девонского вымирания, предполагаемые причины пермского массового вымирания ученым неизвестны. Существуют различные гипотезы об источнике вымирания: от падения метеоритов до бактерий, выбрасывающих большие объемы метана. Но наиболее вероятной причиной считается вулканическая активность на территории нынешней Сибири. Извержение вулканов привело к колоссальным выбросам парниковых газов, вследствие чего произошло глобальное потепление и закисление океана.
В океане выжило менее 5% биологических видов, на суше — менее трети крупных видов животных, а леса практически полностью исчезли. Однако выжившие после «великого» пермского массового вымирания виды положили начало многим существующим в настоящее время птицам и млекопитающим.
Четвертое массовое вымирание — пермо-триасовое
Четвертое массовое вымирание на планете произошло около 200 миллионов лет назад в конце триасового периода мезозойской эры. Предполагаемой причиной катастрофы является вулканическая активность, изменение климата и повышение уровня кислотности океана. Извержения вулканов привели к повышению концентрации уровня углекислого газа в атмосфере и, как следствие, к потеплению поверхности Земли.
Джон Филлипс разделил историю жизни на Земле на три этапа. Первый он назвал палеозоем, от греческих слов, означающих «древняя жизнь», второй — мезозоем, что значит «средняя жизнь», а третий — кайнозоем, или «новой жизнью». Инфографика создана Ecocosm
Ученые полагают, что в ходе триасово-юрского массового вымирания исчезло до 50% биологических видов. Однако, несмотря на это, считается, что именно оно привело к началу доминирования динозавров как наземного позвоночного вида, которое длилось более 135 миллионов лет.
Последнее массовое вымирание — мел-палеогеновое
Последним массовым вымиранием видов в истории планеты является мел-палеогеновое вымирание, произошедшее в конце мелового периода мезозойской эры около 65 миллионов лет назад. Ученым известно, что это единственное вымирание, однозначно связанное с падением метеорита на поверхность Земли, которое ударной волной пыли и серы резко изменило климат планеты.
В ходе мел-палеогенового массового вымирания погибло более 75% всех биологических видов. Именно в данный период полностью исчезли динозавры и начали активно развиваться млекопитающие.
В настоящее время научное сообщество спорит о том, находится ли планета на пороге нового шестого вымирания, поскольку биологические виды исчезают довольно быстрыми темпами (в 10 — 100 раз быстрее нормальных темпов, и в 1000 раз быстрее в сравнении со временем до появления человека). Однако причиной голоценового вымирания может стать не вулканическая активность или падение метеорита как в предыдущих пяти случаях, а наша деятельность.
[1] Sepkoski, J. J., Jr. Phanerozoic Overview of Mass Extinction // Patterns and Processes in the History of Life: Report of the Dahlem Workshop on Patterns and Processes in the History of Life Berlin 1985, June 16–21 / Raup, D. M., Jablonski, D. (Eds.). — Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 1986.
[2] Шестое вымирание. Неестественная история / Элизабет Колберт; пер. с англ. под редакцией А. Якименко. — Москва: Издательство АСТ: CORPUS, 2019.
История юной Земли
Старые представления об «адской эпохе»
В популярной литературе распространено представление о бурной вулканической и гидротермальной деятельности на поверхности Земли, которое не соответствует действительности. Вот одно из таких описаний: «Катархей — эра, когда была безжизненная Земля, окутанная ядовитой [?] для живых существ атмосферой, лишенной кислорода; гремели вулканические извержения, сверкали молнии, жесткое ультрафиолетовое излучение пронизывало атмосферу и верхние слои воды. Под влиянием этих явлений из окутавшей Землю смеси паров сероводорода, аммиака, угарного газа начинают синтезироваться первые органические соединения, возникают свойства, характерные для жизни.»
Здесь вопросы возникают ко всему:
- Почему «ядовитая» атмосфера (для некоторых бактерий очень даже не ядовитая)?
- Не факт насчёт жёсткого ультрафиолета
- Не факт, что из несложных синтезированных «органических» веществ возникли организмы — жизнь появилась на Земле почти сразу.
Современные представления о катархее
Учёные из Калифорнии изучили крошечные циркониевые гранулы возрастом 3 млрд лет, которые были найдены на западе Австралии. В структуре циркона были обнаружены микроскопические кусочки лавы, возраст которых превышает 4 млрд лет. Для формирования такой композиции необходима вода и температура, близкая к сегодняшней.
Поэтому сейчас считается, что в то время не было никакой «адской жары», а существовали ландшафты неприветливой суровой и холодной пустыни с чёрным небом (вследствие очень разрежённой атмосферы [не факт]), слабо греющим Солнцем [тогда жизнь могла возникнуть на Венере?] (его светимость была на 25—30 % ниже современной) и во много раз большим диском Луны (в то время она находилась на границе предела Роша, то есть на расстоянии около 17 тыс. км от Земли), на котором ещё не существовало «морей». [По последним данным, уже тогда были моря — гидросферу создели падающие кометы.]
Считается, что в начальный период существования Земли на ней действовал активный вулканизм и изливались базальтовые и ультраосновные (коматитовые) лавы.
Рельеф напоминал испещрённую метеоритами поверхность Луны, однако был сглажен из-за сильных и практически непрерывных приливных землетрясений и сложен только монотонно тёмно-серым первичным веществом, покрытым сверху толстым слоем реголита. Никаких вулканов, извергающих на поверхность молодой Земли потоки лавы, фонтаны газов и паров воды в те времена не было, как и не существовало ни гидросферы [не факт, если это и было, то, скорее всего, очень недолго — около 100 млн лет], ни плотной атмосферы. Те же небольшие количества газов и паров воды, которые выделялись при падении планетезималей и осколков Протолуны, поглощались пористым реголитом.
Сутки в начале катархея длились 6 часов и приблизительно равнялись периоду обращения Луны, однако последний очень быстро возрастал.
И действительно, все гипотезы, предполагающие раннее плавление Земли, сопровождавшееся выделением земного ядра и ее ранней дегазацией, вступают в явные и непреодолимые противоречия с многочисленными геологическими и геохимическими данными. В наибольшей степени удовлетворяет всем этим данным лишь модель образования планет В.С.Сафронова (1969), согласно которой молодая Земля была однородной по составу, сравнительно холодной и, поэтому, тектонически пассивной планетой.
Впервые плавление земных недр на уровне верхней мантии произошло под влиянием лунных приливов и распада радиоактивных элементов только через 600 млн. лет после образования Земли (т.е., в начале архея). Момент этот четко фиксируется началом базальтового магматизма на Луне около 4 млрд. лет назад и появлением наидревнейших пород земной коры около 3,8 млрд. лет назад. С этого же времени начинается плотностная дифференциация земного вещества с выделением железа и его окислов, образовавших затем земное ядро. Однако обособление земного ядра произошло только в самом конце архея около 2,6 млрд. лет назад, хотя процесс выделения земного ядра продолжается и в настоящее время.
Согласно стандартной модели эволюции звезд, четыре миллиарда лет назад Солнце излучало примерно на 30% меньше энергии, чем сейчас. В таких условиях Земля должна была бы превратиться в оледеневший шар, однако геологические свидетельства говорят о том, что в то время на нашей планете был теплый и влажный климат. Ученые выдвигают различные теории о том, как именно могло поддерживаться тепло на планете, однако, однозначного объяснения до сих пор не существует. Астрофизики предполагают, что Земля родилась ближе к Солнцу или что температуру помогали поддерживать мощные выбросы корональной массы.
А вот по мнению планетолога Симона Марчи (Simone Marchi) тепло могло поддерживаться благодаря парниковому эффекту, возникшему либо из-за углекислого газа, либо из-за метана, либо сразу из-за обоих этих газов. Модель ученых из его группы предполагает, что на Землю в катархейский и раннеархейский период падали массивные метеориты, некоторые из которых были более 100 км в диаметре. При столкновении с поверхностью планеты, они плавили большие количества породы, создавая временные лавовые озера. Эти озера могли высвобождать большие количества углекислого газа, который скапливался в атмосфере и создавал парниковый эффект. Согласно их оценкам, в катархей общее количество углерода в атмосфере превышало ее текущую массу в 10−100 раз (5,5×1018 кг). Около 1% доступного углерода превращался в метан. Уровень самого углекислого газа в атмосфере был выше необходимого минимума для существования жидкой воды (около 4−7×1017 кг). Кроме того, считают исследователи, метеориты могли приносить на поверхность и в приповерхностный слой планеты S и C, которые являются важными для жизни элементами, а также влияют на кислотность океанов и химию обмена веществ.
Так же учтем новые сведения о существовании в Катархее (уже 4,2 миллиарда лет назад) мощного магнитного поля Земли. Это стало известно благодаря детальному изучению древних вкраплений кристаллов циркона, обнаруженных в недрах гряды Джек Хиллс в Австралии. До этого исследования считалось, что магнитное поле не могло существовать в период древнее 3,4 миллиарда лет назад.
