Планета Земля як середовище життя організмів: виникнення життя на Землі

Планета Земля як середовище життя організмів: виникнення життя на Землі

Чи знаєте ви історію виникнення життя на землі й чому склалася планета Земля як середовище життя організмів? Сьогодні ми приймаємо як належне, що ми живемо серед різноманітних спільнот тварин, які харчуються один одним…

Планета Земля як середовище життя організмів

Наші екосистеми побудовані за кормовими відносинами. Кити їдять тюленів, які їдять кальмарів, які харчуються меншими організмами. Цим та іншим тваринам необхідний кисень для отримання енергії з їжі. 

Планета Земля як середовище життя організмів: виникнення життя на Землі

Але так не було не завжди. Планета Земля як середовище життя організмів яку ми знаємо сьогодні складалася досить довгий час.

Виникнення життя на Землі

З довкіллям, позбавленим кисню та великим вмістом метану, протягом більшої частини своєї історії Земля не була б придатним місцем для тварин. 

Найдавніші форми життя, про які ми знаємо, були мікроскопічними організмами (мікробами), які залишили ознаки своєї присутності у гірських породах приблизно 3,7 мільярда років тому. Ознаки життя складалися з певного типу молекули вуглецю, які виробляються живими істотами.

Докази існування мікробів збереглися також у створених ними твердих структурах (“строматолітах”), вік яких сягає 3,5 мільярдів років. Строматоліти створюються як липкі килимки з мікробів, що вловлюють і пов’язують осади в шари. Мінерали осаджуються всередині шарів, створюючи міцні структури навіть у міру відмирання мікробів. Вчені вивчають сьогоднішні рідкісні живі строматолітові рифи, щоб краще зрозуміти найдавніші форми життя на Землі. 

Виникнення життя на Землі

Киснева атмосфера та виникнення бактерій

Коли ціанобактерії еволюціонували щонайменше 2,4 мільярда років тому, вони створили підґрунтя для чудової трансформації. Вони стали першими фотосинтезаторами Землі, виготовляючи їжу, використовуючи воду та енергію Сонця, і в результаті виділяли кисень. 

виникнення бактерій -ціанобактерії

Це каталізувало раптовий, різкий підйом кисню, зробивши середовище менш гостинним для інших мікробів, які не переносили кисню.

Докази цієї великої зміни окислення зафіксовані в змінах порід морського дна. Коли кисень знаходиться навколо, залізо хімічно реагує з ним (воно окислюється) і видаляється з системи. Скелі, що датуються перед цією зміною, обкладені смугами із заліза. Скелі, що датуються після цієї події, не мають залізних смуг, що свідчить про наявність кисню.   

Насправді, коли ціанобактерії гинули і пливли вниз по воді, розкладання їхніх тіл, ймовірно, знижувало рівень кисню. Отже, океан все ще не був підходящим середовищем для більшості форм життя, які потребують достатнього кисню. Отже, планета Земля як середовище життя організмів перебувала лише на початкових етапах свого формування.

Виникнення багатоклітинного життя

Однак відбувалися й інші нововведення в процесі виникнення життя. Хоча вони могли переробляти багато хімічних речовин, мікроби не мали спеціалізованих клітин, необхідних для складних органів. 

Виникнення багатоклітинного життя

Тіла тварин мають різні клітини – шкіру, кров, кістки – які містять органели, кожна з яких виконує чітку роботу. 

Мікроби – це просто поодинокі клітини, що не мають органел і ядер, які б збирали свою ДНК (що таке ДНК?).

Сталося щось революційне, коли мікроби почали жити всередині інших мікробів, функціонуючи як органели для них. Мітохондрії, органели, які переробляють їжу в енергію, розвинулися з цих взаємовигідних відносин. Також вперше ДНК стала упаковуватися в ядра. Нові складні клітини (“еукаріотичні клітини”) відзначалися спеціалізованими частинами, які грали спеціалізовані ролі, що підтримували всю клітину.

Клітини також почали жити разом, ймовірно, тому, що можна було отримати певні вигоди від цього. Групи клітин, можливо, зможуть харчуватися ефективніше або отримати захист від просто більшої кількості. 

Живучи колективно, клітини почали підтримувати потреби групи кожною клітиною, яка виконує певну роботу. Деяким клітинам було доручено зробити з’єднання, щоб утримувати групу разом, а інші клітини виробляли травні ферменти, які могли розщеплювати їжу.

Виникнення тварин на Землі

Ці скупчення спеціалізованих, що співпрацюють клітин, врешті-решт стали першими тваринами. Процес виникнення життя на Землі ускладнився. Про виникнення тварин свідчать ДНК, що розвинулися близько 800 мільйонів років тому. Губки були серед самих ранніх тварин. Хоча хімічні сполуки з губок зберігаються в скелях віком 700 мільйонів років, молекулярні дані свідчать про те, що губки розвивалися ще раніше.    

ЯК СПІЛКУЮТЬСЯ ТВАРИНИ: АЛГОРИТМИ КОМУНІКАЦІЇ ТВАРИННОГО СВІТУ

Рівень кисню в океані був ще низьким порівняно з сьогоднішнім, але губки здатні переносити умови з низьким вмістом кисню. Хоча, як і іншим тваринам, вони потребують кисню для метаболізації, їм не потрібно багато, оскільки вони не дуже активні. Вони живляться, сидячи нерухомо, витягуючи частинки їжі з води, яка перекачується через їхні тіла спеціалізованими клітинами.

Виникнення тварин на Землі

Проста схема тіла губки складається з шарів клітин навколо заповнених водою порожнин, підтримуваних твердими скелетними частинами. Еволюція все більш складних і різноманітних будов тіла врешті-решт призведе до виникнення різних груп тварин.

Інструкція щодо складання будови тіла тварини міститься в її генах. Деякі гени діють як диригенти оркестру, контролюючи експресію багатьох інших генів у певних місцях та періодах, щоб правильно зібрати компоненти. Хоча вони не виникли відразу, є дані, що частини інструкцій для складних тіл були присутні навіть у самих ранніх тварин.

Завдяки жорстким скелетам, губки стали першими будівельниками рифів на Землі. Вчені працюють над тим, щоб зрозуміти еволюцію тисяч видів губки, що живуть на Землі сьогодні.   

Едіакаран Біота

Приблизно до 580 мільйонів років тому (період Едіакарану) спостерігалося розповсюдження інших організмів, окрім губок. Ці різноманітні істоти з морського дна – з тілами у формі виворітів, стрічок і навіть ковдр – прожили поруч із губками 80 мільйонів років. Їх викопні дані можна знайти в осадових скелях по всьому світу.

Едіакаран Біота

Однак будова тіла більшості едіакаранських тварин не виглядала подібною до сучасних груп організмів. 

До кінця Едіакарану рівень кисню підвищився, наблизившись до рівнів, достатніх для підтримки життя на основі кисню. Ранні губки, можливо, допомогли підвищити кисень, поїдаючи бактерії, виводячи їх з процесу розкладання. Сліди організму на ім’я Dickinsonia costata свідчать про те, що він, можливо, переміщався по морському дну, імовірно, ласуючись мікробами.

Едіакаранське вимирання

Однак приблизно 541 мільйон років тому виникнення життя на Землі продовжилося і більшість едіакаранських істот зникли, що сигналізує про серйозні зміни навколишнього середовища. Можливо, відіграли певну роль будова тварин, способи харчування та інженерія навколишнього середовища.

Нори, знайдені при викопних роботах, що датуються кінцем Едіакарану, виявляють, що глистоподібні тварини почали розкопувати океанське дно. Ці ранні екологічні інженери порушували і, можливо, провітрювали осад, порушуючи умови життя для інших едіакаранських тварин. 

В той час як умови навколишнього середовища для деяких тварин погіршувались, вони покращувались для інших, потенційно каталізуючи еволюцію видів.

Кембрійський вибух

Кембрійський період (541-485 млн років тому) став свідком вибуху нових форм життя. Поряд з новим стилем життя з’явилися важкі частини тіла, як раковини та колючки. Важкі частини тіла дозволяли тваринам більш інтенсивно інженірувати своє оточення, наприклад, викопуючи нори.

 Також відбувся зсув у бік більш активних тварин, з окресленими головами та хвостами для спрямованого руху, щоб переслідувати здобич. Активне харчування добре броньованих тварин, таких як трилобіти, могло ще більше порушити морське дно, на якому жили м’які едіакаранські істоти.     

Кембрійський вибух

Унікальний стиль харчування розділив навколишнє середовище, створивши місце для більшої диверсифікації життя. У 1909 р. Чарльз Дулітт Уолкотт, виявив скам’янілості Бургесського сланця, які свідчили про безпрецедентне біорізноманіття кембрійського життя. 

Багато з цих дивних за виглядом організмів були еволюційними експериментами, наприклад, 5-тиока Опабінія. Однак деякі групи, такі як трилобіти, процвітали і панували на Землі протягом сотень мільйонів років, але зрештою вимерли. 

Планета Земля як середовище життя організмів

Кількість стромотолітових рифо-будівельних бактерій також зменшилася, і гатомість виникли рифи, створені організмами під назвою брахіоподи. Домінуючі на сьогодні рифобудівники, тверді корали, з’явилися лише через пару сотень мільйонів років.  

Однак, незважаючи на всі зміни, які мали наступити, до кінця Кембрійського періоду майже всі існуючі типи тварин (молюски, членистоногі, колінчасті тощо) стали творцями продовольчі павутини, екосистеми, яка існує на Землі сьогодні. Планета Земля як середовище життя організмів продовжила свій складний та цікавий розвиток.

Джерело: naturalhistory.si.edu/

Подібні новини