§ 94. Еволюція біосфери

Поміркуйте

Чи можуть живі організми змінити умови життя на Землі?

Згадайте

Хемосинтез, фотосинтез
Автотрофи, гетеротрофи

Етапи еволюції біосфери

Біосфера існує вже близько 4 млрд років. У її еволюції виокремлюють кілька етапів.

1. Утворення біосфери. Приблизно 3,5-3,8 млрд років тому на Землі виникло життя, й сформувалася первинна біосфера з біотичним колообігом речовин. Провідні чинники цього етапу — геохімічні й кліматичні зміни на Землі.

Геохронологічна шкала історії біосфери

Ера	Період	Початок	Основні події
Архейська		3,5 млрд років тому	Виникли перші прокаріотичні клітини. З'явилися ціанобактерії, виник фотосинтез
Протерозойська		2,5 млрд років тому	Виникли аеробні прокаріоти, з'явилися перші багатоклітинні еукаріоти
Палеозойська	Кембрійський	570 млн років тому	Значно поширилися водорості. З'явилися всі типи безхребетних
	Ордовицький	480 млн років тому	Розвинулися всі відділи водоростей. Переважали губки, кишковопорожнинні, черви, голкошкірі, трилобіти. З'явилися перші хребетні — безщелепні риби
	Силурійський	420 млн років тому	Рослини вийшли на сушу (рініофіти). З'явилися перші риби і наземні безхребетні (багатоніжки, скорпіони, комахи)
	Девонський	400 млн років тому	Панували рініофіти; з'явилися мохи й папороті, кистепері, дводишні й променепері риби, стегоцефали, скорпіони і комахи
	Кам'яновугільний	330 млн років тому	Густі деревоподібні папороті утворили «кам'яновугільні ліси»; зникли рініофіти, з'явилися насінні папороті. Домінували земноводні, молюски, акули. Розвивалися комахи. З'явилися плазуни
	Пермський	270 млн років тому	Вимерли деревоподібні папороті. З'явилися перші голонасінні. Вимерли стегоцефали й трилобіти. Поширились наземні хребетні
Мезозойська	Тріасовий	230 млн років тому	Переважали голонасінні рослини, вимерли насінні папороті. Домінували земноводні, головоногі молюски, плазуни. З'явилися костисті риби, яйцекладні й сумчасті ссавці
	Юрський	180 млн років тому	Панували голонасінні рослини й гігантські плазуни. З'явився археоптерикс. З'явились перші покритонасінні
	Крейдовий	135 млн років тому	Поширилися покритонасінні, скоротилися папороті й голонасінні. З'явилися плацентарні ссавці й птахи. Вимерли гігантські плазуни
Кайнозойська	Палеогеновий	67 млн років тому	Поширилися покритонасінні, скоротилися папороті й голонасінні. Домінували ссавці, птахи, комахи, костисті риби. З'явилися примати. Зникло багато груп плазунів, головоногих молюсків
	Неогеновий	5 млн років тому	Формувалася сучасна флора й фауна. Виникли людиноподібні примати
	Антропогеновий	2,6 млн років тому	Еволюція людини

2. Біологічна еволюція організмів. Етап розпочався з виникнення прокаріотичних організмів близько 3,5 млрд років тому. Структура біосфери ускладнювалась у результаті появи численних і різноманітних організмів. Головними чинниками стають рушійні сили біологічної еволюції.

3. Поява людини. Етап розпочався 4050 тис. років тому, і пов'язаний він з еволюцією людини (антропогенезом). Чинником, що змінює біосферу, є діяльність людини.

Хімічна еволюція біополімерів

Синтез найпростіших органічних сполук розпочався близько 4,5 млрд років тому, у період найбільш ранньої геологічної історії Землі.

У результаті природних процесів синтезувалися достатньо великі біологічні полімери. За сучасними уявленнями, одні з таких полімерів — молекули РНК — виявили здатність до самокопіювання й каталітичної активності. Ці самокопіювальні системи вдосконалювалися в ході тривалої молекулярної еволюції. Уважають, що ці процеси відбувалися у порах глинистих порід в умовах гідротермальних джерел суші.

На подальших етапах сформувалися складні метаболічні процеси, зокрема білковий синтез. Відбулася передача функції спадкового матеріалу від РНК до ДНК. Точний плин цих подій не зовсім зрозумілий. Однак передбіологічна еволюція зараз є однією з найбільш інтенсивно досліджуваних тем науковою спільнотою.

Початкові етапи біологічної еволюції

Біологічна еволюція розпочалася з появи перших прокаріотичних клітин близько 3,5 млрд років тому. На наступному етапі (1,6-2,1 млрд років тому) виникли перші еукаріотичні клітини. А в період 0,5-1 млрд років тому — перші багатоклітинні організми.

У процесі розвитку біосфери з'являлися нові форми організмів, виникали вигідні типи обміну речовин, формувались екологічні системи з колообігом речовин (мал. 94.1). Перші організми були анаеробами. Гетеротрофи накопичували енергію за рахунок гліколізу й бродіння. Автотрофи здобували енергію та синтезували органічні речовини шляхом хемо- або фотосинтезу. Близько 2-3 млрд років тому виникли організми з оксигенним фотосинтезом — як побічний продукт вони виділяли кисень. Ці живі істоти поступово змінили склад атмосфери і зумовили появу аеробів.

Мал. 94.1. Сучасні строматоліти. Строматоліти були первісними екосистемами, що 3,5 млрд років тому, складались з аеробних і анаеробних, фотосинтезуючих і гетеротрофних бактерій

Кисень утворював озоновий екран, який захищав живі організми від сонячних і космічних променів. Ці умови спричинили вихід організмів на сушу. Рештки відмерлих рослин і тварин стали матеріалом для ґрунтоутворення.

Так організми почали свою величезну за масштабами геохімічну діяльність. У підсумку життя, що виникло на Землі, змінило ті умови, які уможливили його появу.

Еволюція біологічної різноманітності

Згідно з даними палеонтології, у протерозойську еру (0,5-2,5 млрд років тому) з'являлися бактерії, водорості, примітивні безхребетні; у палеозойську (230-570 млн років тому) — наземні рослини, амфібії, плазуни; у мезозойську (70-230 млн років тому) — ссавці, птахи, хвойні й покритонасінні рослини; у кайнозойську (70 млн років тому) — сформувалися всі сучасні групи організмів.

Ключова ідея

Еволюція біосфери спочатку відбувалася під впливом геологічних чинників, а потім самі живі організми стали потужним чинником, що змінив геохімію Землі й до сьогодні визначає еволюцію біосфери.

Запитання та завдання

1. Поясніть, які переваги для організмів дало використання фотосинтезу. 2. Із чим пов'язаний вихід організмів на сушу? 3. На вашу думку, що є рушійними силами біологічної еволюції? 4. Опішить напрямки еволюції людини.