ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ
ВИВЧЕННЯ РАННІХ ЕТАПІВ РОЗВИТКУ ЖИТТЯ НА ЗЕМЛІ
План
1. Масштаби геологічного часу.
2. Основні підрозділи геологічної історії Землі.
3. Різке зростання розмаїтості викопної фауни.
МАСШТАБИ ГЕОЛОГІЧНОГО ЧАСУ
Найрізноманітніші науки займаються вивченням еволюційного розвитку організмів, досліджуючи різні аспекти. Викопні рештки рослин і тварин, що існували в давні геологічні епохи на Землі, вивчаються палеонтологією. Саме цій науці належить пальма першості серед тих наук, які прямо пов'язані з дослідженням еволюції органічного світу. Палеонтологи вивчають залишки давніх форм життя і зіставляють їх із сучасними організмами, їм вдається визначити час існування вимерлих форм, щоб на цій основі відновити філогенез. Філогенез являє собою історичну спадковість рослин і тварин, а також всіх інших груп організмів, їхню еволюційну історію. Але тут палеонтологія не може розраховувати винятково на свої дані, їй обов'язково потрібні відомості й результати Досліджень багатьох інших наук, близьких за спрямованістю. До них належать біологічні, геологічні та географічні дисципліни. До того ж відомо, що сама палеонтологія лежить на своєрідному стику геології й біології. Палеонтології також необхідна допомога таких наук, як історична геологія, стратиграфія, палеографія, палеокліматологія й ін. Це потрібно, щоб мати можливість розібратися і правильно визначити час існування вимерлих організмів, зрозуміти умови їхнього життя й закономірності переходу їхніх решток у викопний стан. Обов'язковою при аналізі є й допомога такої науки, як порівняльна анатомія, її дані вкрай необхідні палеонтологам, щоб проаналізувати будову, фізіологію, спосіб життя й еволюцію вимерлих форм. До того ж за допомогою порівняльної анатомії досить просто встановити гомологію органів і структуру різних видів. Що таке гомоло
гія? Вона являє собою подібність, що ґрунтується на спорідненні. Якщо в організмах присутні гомологічні органи, то це є прямим доказом родинних зв'язків цих організмів. Це підтверджує, що вони мають або спільних предків, або є нащадками вимерлих організмів. Як правило, усі гомологічні органи мають однакову будову, їхній розвиток починається з аналогічних ембріональних зачатків, а також слід вказати, що вони займають однакове положення в організмі. Велике значення для палеонтології має і розвиток таких наук, як функціональна анатомія і порівняльна фізіологія. Вони допомагають палеонтологам правильно зрозуміти, як функціонують органи у вимерлих організмів. Для аналізу будови, життєдіяльності й умов існування вимерлих тварин учені використовують принцип актуалізму, який був висунутий геологом Д. Геттоном. Згодом він був детально розроблений одним із найвідоміших'геологів XIXст. Ч. Лайєлем. Відповідно до цього принципу всі закономірності й взаємозв'язки, які можна спостерігати в явищах і об'єктах неорганічного й органічного світу сьогодні, мали місце й у минулі віки. Безумовно, ніхто не може дати стовідсоткової гарантії, але чимало вчених дійдуть висновку, що в більшості випадків цей принцип правильний. Як відомо, палеонтологічний літопис, представлений викопними рештками вимерлих організмів, іноді не дає повної картини через численні прогалини. Вони виникають через специфічність умов поховання решток організмів і дуже маленьку імовірність збігу всіх необхідних для цього факторів. Щоб відтворити філогенез організмів повністю, реконструювати відсутні ланки на родовідному древі, недостатньо тільки палеонтологічних даних і методів. Допомогти в цьому може метод потрійного паралелізму, який був введений у науку німецьким ученим Е. Геккелем. Він грунтується на порівнянні палеонтологічних, порівняльноанатомічних і ембріологічних даних. Учений спирався на закон, що був сформульований ним самим. Це основний біогенетичний закон. У його основі лежить розуміння того, що індивідуальний розвиток організму (онтоге _ нез) — стисле повторення філогенезу. Це означає, що детальне вивчення й аналіз організмів, що нині розвиваються, дає можливість зрозуміти, як відбувалися еволюційні зміни всіх живих організмів, у тому числі й тих, котрі давно вимерли. Набагато пізніше вчений О. М. Сєверцов довів, що Геккель трохи помилявся. Сєверцовим була виведена теорія філембріогенезу, у якій він доводить, що саме завдяки еволюції онтогенезу можливий прояв філогенезу. Існують окремі випадки, коли еволюційна перебудова якогонебудь з органів протікає за допомогою зміни пізніх стадій його індивідуального розвитку, тобто нові ознаки формуються наприкінці онтогенезу (це Сєверцов назвав анаболією). Тоді справді можна спостерігати описане Геккелем співвідношення між онтогенезом і філогенезом. Лише в подібних випадках можливим є залучення ембріологічних даних для дослідження філогенезу. Сєверцов наводить цікаві приклади реконструкції гіпотетичних відсутніх ланок у філогенетичному древі. Дослідження онтогенезів сучасних організмів необхідне ще й для того, щоб мати правильне уявлення про можливі зміни онтогенезу, які й дають поштовх до еволюції. Щоб зрозуміти сутність еволюційного процесу і здійснити причинний аналіз ходу філогенезу, необхідні висновки еволюціоністики. Ця наука є аналогом теорії еволюції і називається ще дарвінізмом, взявши ім'я великого творця теорії природного добору Ч. Дарвіна. До обов'язків представників цієї науки належить вивчення сутності, механізмів, загальних закономірностей і напрямків еволюційного процесу. Сама ж наука є теоретичною базою всієї сучасної біології. Якщо подумати, то можна зробити висновок, що еволюція організмів — це особлива форма існування живої матерії у часі. До того ж усі сучасні прояви життя на будьякому рівні організації живої матерії можна зрозуміти лише з огляду на еволюційну передісторію.
Зазначені вище науки не вичерпують списку дисциплін, що беруть участь у вивченні й аналізі розвитку життя на Землі в минулі епохи. Палеонтологи залучають дані систематики, біогеографії. Також учених дуже цікавлять питання походження людини та ЇЇ еволюції, тому що тут є істотні відмінності від усіх інших класів тварин, у зв'язку з розвитком трудової діяльності й соціальних умов.
Щоб розібратися в еволюції організмів, треба знати, як відбувалася вона в часі, враховувати тривалість усіх її етапів. Осадові породи допомагають визначити вік місцевості. Давніші породи лежать під пізнішими шарами.
Щоб правильно визначити відносний вік шарів осадових порід різних регіонів, необхідно зіставити збережені в них викопні організми. Це можна зробити завдяки палеонтологічному методу, запропонованому в роботах англійського геолога У. Сміта наприкінці XVIII— початку XIXст. Учені з'ясували, що серед викопних організмів, якими характеризується кожна епоха, можна виділити певну кількість найбільш розповсюджених видів. Ці види почали називатися керівними викопними.
Абсолютний вік осадових порід, тобто той проміжок часу, що пройшов із початку їхнього утворення, встановити
досить важко. Інформацію про це можна одержати, досліджуючи вулканічні породи, що утворилися із застиглої магми. У магмі слід враховувати вміст радіоактивних елементів і продуктів їхнього розпаду. Відомо, що радіоактивний розпад у таких породах починається з часу їхньої кристалізації з розплавів магми, причому триває він із незмінною швидкістю доти, поки не вичерпаються всі запаси радіоактивних елементів.
Завдяки цьому визначити вік породи досить легко. Для цього потрібно тільки визначити вміст у гірській породі того або іншого радіоактивного елемента й "Продуктів його розпаду, врахувавши швидкість розпаду, і можна досить точно обчислити абсолютний вік цієї породи.
Для осадових порід доводиться враховувати приблизний вік щодо абсолютного віку шарів вулканічних порід. Тривале й кропітке дослідження відносного й абсолютного віку гірських порід у різних регіонах земної кулі, що проводилося декількома поколіннями геологів і палеонтологів, дозволило визначити основні віхи геологічної історії Землі. Межі між цими підрозділами відповідають різнорідним змінам геологічного й біологічного (палеонтологічного) характеру. Це можуть бути зміни режиму накопичення опадів у водоймах, Що призводить до формування інших типів осадових порід, посилення вулканізму і горотворних процесів, вторгнення моря (морська трансгресія) завдяки опусканню значних ділянок континентальної кори або підвищенню рівня океану, істотні зміни фауни й флори. Оскільки подібні події відбувалися в історії Землі нерегулярно, тривалість різних епох, періодів і ер неоднакова. Іноді викликає труднощі величезна тривалість най, давніших геологічних ер (археозойської й протерозойської), які до того ж не розділені на менші тимчасові проміжки (у будьякому разі, ще немає загальноприйнятого розподілу). Це виникло насамперед через сам фактор часу, тобто чіерез стародавність відкладень археозою й протерозою, що зазнавали протягом своєї тривалої історії значного метаморфізму й. руйнування, у результаті чого стиралися існуючі колись віхи розвитку Землі й життя. Відкладення архейської й протерозойської ер містять надзвичайно мало викопних решток організмів; за цією ознакою археозой і протерозой об'єднують під назвою «криптозой» (етап прихованого життя), протиставляючи об'єднанню трьох наступних ер — фанерозой (етап явного, спостережуваного життя). Вік Землі визначається різними вченими порізному, але можна вказати приблизну цифру 5 млрд років.
ОСНОВНІ ПІДРОЗДІЛИ ГЕОЛОГІЧНОЇ ІСТОРІЇ ЗЕМЛІ
Археозойська й протерозойська ери, що складають криптозой, тривали приблизно 3,4 млрд років. Це свідчить про, те, що криптозой складає 7/8 усієї геологічної історії. Слід зауважити, що у відкладеннях порід цього періоду збереглася лише невелика кількість викопних решток вимерлих організмів. Тому вченим важко точно визначити, як саме розвивалося життя протягом цього досить тривалого проміжку часу.
Найдавніші рештки вимерлих організмів учені знайшли в осадових товщах Родезії. Осадові породи мають тут вік 2,9— 3,2 млрд років. Були виявлені сліди життєдіяльності водоростей (очевидно, синьозелених). Це переконливо доводить, що приблизно 3 млрд років тому на Землі вже існували організми, які здійснювали фотосинтез. Це водорості. Припускається, що поява життя на Землі повинна була відбутися набагато раніше. Називають цифру 3,5—4 млрд років тому. Найбільш вивченою є протерозойська флора. Вона представлена нитчастими формами завдовжки до декількох сотень мікрометрів і завтовшки 0,6—16 мкм. Усі вони мають різну будову. Також знайдені рештки одноклітинних організмів діаметром 1 — 16 мкм. Рештки цієї середньопротерозойської флори були знайдені в Канаді. Учені досліджували кременисті сланці на північному березі озера Верхнього і наштовхнулися на рештки вимерлих мікроорганізмів. Вік відкладень складає приблизно 1,9 млрд років.
Дуже часто в осадових породах, що відносяться до проміжку часу 2—1 млрд років тому, вчені знаходять строматоліти*. Це тільки підтверджує версію про широке поширення й активну діяльність синьозелених водоростей у фотосинтезі й рифобудуванні.
Наступний найважливіший етап в еволюції життя підтверджується рядом знахідок викопних решток у відкладеннях, що мають вік 0,9—3 млрд років. Серед них знайдені прекрасно збережені рештки одноклітинних організмів завбільшки 2— 8 мкм, у яких вдалося розрізнити внутрішньоклітинну структуру, схожу на ядро; виявлені також стадії поділу одного з видів цих одноклітинних організмів, що нагадують стадії мітозу — способу поділу евкаріотичних (тобто таких, що мають ядро) клітин.
Якщо висновки, .зроблені після ретельного вивчення знайдених решток, правильні, то це тільки підтверджує, що близько 1,6 млрд років'тому еволюція організмів минула найважливіший рубіж: був досягнутий рівень організації евкаріотів. Про перші сліди життєдіяльності червоподібних багатоклітинних можна довідатися з пізньорифейських відкладень. Вже у вендські часи (приблизно 650—570 млн років тому) існували різні тварини, яких можна було віднести до різних типів. Відбитків м'якотілих вендських тварин не так вже й багато, однак вони відомі у всіх куточках земної кулі. Цілий ряд цікавих знахідок учені зробили на території колишнього СРСР, знайшовши їх у пізньопротерозойських відкладеннях:
У 1947 р. Р. Спріггом була виявлена багата пізньопротерозойська фауна. Учений знайшов її у Центральній Австралії. М. Глесснер, який досліджував її пізніше, припускає, що вона, складається з трьох десятків видів найрізноманітніших багатоклітинних тварин, які можна віднести до різних типів. Більшість знайдених форм можна зарахувати до кишковопорожнинних. До них належать медузоподібні органі
зми, які, за припущеннями, знаходилися в середньому шарі води, і придонні полішюїдні форми, які за виглядом нагадують сучасних альціонарій або морські пера. Учені підтвердили, що усі вони, як і подібні тварини едіакарської фауни, не мають твердого кістяка.
Крім кишковопорожнинних у кварцитах Паунд, де й знаходиться едіакарська фауна, виявлені рештки червоподібних організмів, яких зараховують до плоских і кільчастих хробаків. Деякі з представлених решток вважаються можливими предками членистоногих. Знайдені також останки невідомої таксономічної приналежності. Це тільки ще раз підтверджує, що у вендські часи існувало велике різноманіття багатоклітинних м'якотілих тварин. З цього можна зробити висновок: з огляду на те, що у вендські часи існувало величезне різноманіття видів, у тому числі й досить високоорганізованих тварин, можна припустити, очевидно, що до вендського періоду життя існувало вже протягом тривалого часу. Припускається, що багатоклітинні тварини з'явилися набагато раніше — приблизно 700—900 млн років тому.
РІЗКЕ ЗРОСТАННЯ РОЗМАЇТОСТІ ВИКОПНОЇ ФАУНИ
На межі протерозойської й палеозойської ер дуже сильно змінюється склад викопної фауни. Раптово після товщ верхнього протерозою, у яких спостерігалася майже повна відсутність життя, в осадових породах кембрію, починаючи з найнижчих його шарів, виникає величезна кількість і розмаїтість решток викопних організмів. Є серед них і губки (плечоногі молюски), а також представники вимерлих членистоногих. Зате вже до кінця кембрію виникають практично усі відомі вченим типи багатоклітинних тварин. Дотепер дослідники не можуть пояснити такий раптовий стрибок в еволюції живих форм.
Очевидно, виокремлення всіх основних типів тварин відбулося у верхньому протерозої 600—800 млн років тому. Учені припускають, що примітивні представники всіх груп багатоклітинних тварин були невеликими організмами, позбавленими кістяка. Одночасно в атмосфері тривало нагромадження кисню і збільшувалася потужність озонового екрана, що й призвело до збільшення розмірів тіла тварин і появи у них кістяка. У результаті організми одержали можливість широкого розселення на невеликих глибинах різних водойм, а це стало причиною того, що значно зросло число різноманітних форм життя.
* Строматоліти — вапняні або доломітові, схожі на коровай, тілана дні морських і прісноводних водойм, що виникли в результаті життєдіяльності нижчих водоростей.
|
