Исследование происхождения первых существ на Земле. Узнайте о процессе эволюции жизни от архейского эона до появления цветковых растений и социальных насекомых. Как исследования помогают понять происхождение жизни на Земле и какие теории существуют. Читайте подробности на NOCFN.
Cодержание
Эволюция жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — около 3,9 миллиардов лет назад и продолжается по сей день. Сходство между всеми современными организмами указывает на наличие общего предка, от которого они произошли.
Архейский эон и появление цианобактерий и архей
В начале архейского эона доминирующей формой жизни были цианобактериальные маты и археи, ставшие огромным эволюционным шагом того времени. Кислородный фотосинтез, появившийся около 2,5 миллиардов лет назад, в конечном итоге привёл к оксигенации атмосферы, которая началась примерно 2,4 миллиарда лет назад. Самые ранние свидетельства эукариот датируются 1,8 миллиарда лет назад, хотя, возможно, они появились ранее — диверсификация эукариот ускорилась, когда они начали использовать кислород в метаболизме. Позже, около 1,7 миллиарда лет назад, стали появляться многоклеточные организмы с дифференцированными клетками для выполнения специализированных функций.
Появление растений и животных
Примерно 1,2 миллиарда лет назад появляются первые водоросли, а уже примерно 450 миллионов лет назад — первые высшие растения. Беспозвоночные животные появились в эдиакарском периоде, а позвоночные возникли около 525 миллионов лет назад во время кембрийского взрыва.
См. также
Эволюция позвоночных
Во время пермского периода из крупных позвоночных преобладали синапсиды — предки млекопитающих, но события пермского вымирания (251 миллион лет назад) уничтожили 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных, в том числе и большинства синапсид. В периоде восстановления после этой катастрофы архозавры стали наиболее распространёнными наземными позвоночными и вытеснили терапсид в середине триаса. В конце триаса архозавры дали начало динозаврам, которые доминировали в течение юрского и мелового периодов. Предки млекопитающих в то время представляли собой небольших насекомоядных животных. После мел-палеогенового вымирания, произошедшего около 66 миллионов лет назад, все нептичьи динозавры вымерли, и из архозавров остались только крокодилы и птицы. После этого млекопитающие стали быстро увеличиваться в размерах и разнообразии, так как теперь им почти никто не составлял конкуренцию. Такие массовые вымирания, вероятно, ускоряли эволюцию путём появления у новых групп организмов возможностей для диверсификации.
Появление цветковых растений и социальных насекомых
Ископаемые остатки показывают, что цветковые растения появились в раннем меловом периоде (130 миллионов лет назад) или несколько раньше, и, вероятно, помогли эволюционировать опыляющим насекомым. Социальные насекомые появились примерно в то же время, что и цветковые растения.
Теории происхождения жизни
Поздняя тяжёлая бомбардировка — время максимального числа падений метеоритов на внутренние планеты. Это могло бы уничтожить любую жизнь, развившуюся к тому моменту, однако, не исключено, что какие-то ранние микробы-термофилы могли выжить в гидротермальных жерлах под поверхностью Земли, или же наоборот, метеориты могли занести жизнь на Землю.
Также возможно, что простейшая жизнь могла зародиться на Марсе, так как он сформировался раньше Земли и имел воду. Расчёты показывают, что в период поздней тяжёлой бомбардировки метеориты выбивали куски поверхности Марса в космос. Они захватывались гравитационным полем Земли и падали на неё. Бактерии, оказавшиеся в этих кусках и выдержавшие такое экстремальное путешествие, могли стать причиной возникновения жизни на Земле.
См. также
Условия зарождения жизни на Земле 4 млрд лет назад
Исследователи сумели лучше понять, как именно на нашей планете зародилась жизнь 4 млрд лет назад. Оказалось, что из смеси химических веществ, заполнявших водоемы молодой Земли, случайным образом формировались аминокислоты, из них — белковые соединения, а затем — более сложные нуклеиновые кислоты.
Жизнь появилась на нашей планете спустя примерно полмиллиарда лет после возникновения Земли, то есть около 4 млрд лет назад: именно тогда зародился первый общий предок всех живых существ. Он представлял собой одну-единственную клетку, генетический код которой включал в себя несколько сотен генов. У этой клетки было все необходимое для жизни и дальнейшего развития: механизмы, отвечающие за синтез белков, воспроизводство наследственной информации и выработку рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая также ответственна за кодирование генетических данных.
Ученые понимали, что первый общий предок всех живых существ зародился из так называемого первичного бульона — аминокислот, возникших из соединений воды с химическими элементами, которыми были наполнены водоемы молодой Земли.
Возможность формирования аминокислот из смеси химических элементов была доказана в результате эксперимента Миллера — Юри, о котором «Газета.Ru» рассказывала несколько лет назад. В ходе опыта Стэнли Миллер смоделировал в пробирках атмосферные условия Земли около 4 млрд лет назад, заполнив их смесью газов — метана, аммиака, углерода и монооксида углерода, — добавив туда воды и пропуская через пробирки электрический ток, который должен был производить эффект разрядов молний.
В результате взаимодействия химических веществ Миллер получил в пробирках пять аминокислот — основных строительных блоков всех белков.
Спустя полвека, в 2008 году, исследователи провели повторный анализ содержимого пробирок, которые Миллер сохранил в неприкосновенности, и выяснили, что на самом деле смесь продуктов содержала вовсе не 5 аминокислот, а 22, просто автор эксперимента не смог идентифицировать их несколько десятилетий назад.
После этого перед учеными встал вопрос о том, какие из трех основных молекул, содержащихся во всех живых организмах (ДНК, РНК или белки), стали следующей ступенью формирования жизни. Сложность этого вопроса заключается в том, что процесс образования каждой из трех молекул зависит от двух других и не может быть осуществлен в ее отсутствие.
Заключение
Исследования позволяют нам лучше понять процесс появления первых существ на Земле. От первых аминокислот до появления многоклеточных организмов и разнообразия жизни, эволюция продолжает свое развитие до сегодняшнего дня. Вопросы о происхождении жизни на Земле все еще вызывают интерес и требуют дальнейших исследований.
Что нам скажет Википедия?
Эволюция жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — около 3,9 миллиардов лет назад и продолжается по сей день. Сходство между всеми современными организмами указывает на наличие общего предка, от которого они произошли.
В начале архейского эона доминирующей формой жизни были цианобактериальные маты и археи, ставшие огромным эволюционным шагом того времени. Кислородный фотосинтез, появившийся около 2,5 млрд лет назад, в конечном итоге привёл к оксигенации атмосферы, которая началась примерно 2,4 млрд лет назад. Самые ранние свидетельства эукариот датируются 1,8 млрд лет назад, хотя, возможно, они появились ранее — диверсификация эукариот ускорилась, когда они начали использовать кислород в метаболизме. Позже, около 1,7 млрд лет назад, стали появляться многоклеточные организмы с дифференцированными клетками для выполнения специализированных функций.
Примерно 1,2 млрд лет назад появляются первые водоросли, а уже примерно 450 млн лет назад — первые высшие растения. Беспозвоночные животные появились в эдиакарском периоде, а позвоночные возникли около 525 миллионов лет назад во время кембрийского взрыва.
Во время пермского периода из крупных позвоночных преобладали синапсиды — предки млекопитающих, но события пермского вымирания (251 млн лет назад) уничтожили 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных, в том числе и большинства синапсид. В периоде восстановления после этой катастрофы архозавры стали наиболее распространёнными наземными позвоночными и вытеснили терапсид в середине триаса. В конце триаса архозавры дали начало динозаврам, которые доминировали в течение юрского и мелового периодов. Предки млекопитающих в то время представляли собой небольших насекомоядных животных. После мел-палеогенового вымирания, произошедшего около 66 миллионов лет назад, все нептичьи динозавры вымерли, и из архозавров остались только крокодилы и птицы. После этого млекопитающие стали быстро увеличиваться в размерах и разнообразии, так как теперь им почти никто не составлял конкуренцию. Такие массовые вымирания, вероятно, ускоряли эволюцию путём появления у новых групп организмов возможностей для диверсификации.
Ископаемые остатки показывают, что цветковые растения появились в раннем меловом периоде (130 миллионов лет назад) или несколько раньше, и, вероятно, помогли эволюционировать опыляющим насекомым. Социальные насекомые появились примерно в то же время, что и цветковые растения. Хотя они занимают лишь небольшую часть «родословной» насекомых, в настоящее время они составляют более половины их общего количества.
Люди являются одними из приматов, начавших ходить вертикально около 6 млн лет назад. Хотя размер мозга их предков был сравним с размером мозга других гоминид, например, шимпанзе, он начал увеличиваться 3 миллиона лет назад.
Согласно современной концепции мира РНК, рибонуклеиновая кислота (РНК) была первой молекулой, которая приобрела способность самовоспроизводиться. Могли пройти миллионы лет, прежде чем на Земле появилась первая такая молекула. Но после её образования на нашей планете появилась возможность возникновения жизни.
Молекула РНК может работать как фермент, соединяя свободные нуклеотиды в комплементарную последовательность. Таким образом происходит размножение РНК. Но эти химические соединения ещё нельзя назвать живым существом, так как они не имеют границ тела. Любой живой организм имеет такие границы. Только внутри изолированного от внешнего хаотического движения частиц тела могут происходить сложнейшие химические реакции, позволяющие существу питаться, размножаться, двигаться, и так далее.
Появление изолированных полостей в океане — явление довольно частое. Их образуют жирные кислоты (алифатические кислоты), попавшие в воду. Всё дело в том, что один конец молекулы гидрофильный, а другой — гидрофобный. Попавшие в воду жирные кислоты образуют сферы таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри сферы. Возможно, молекулы РНК стали попадать в такие сферы.
Умение воспроизводиться и наличие границ тела — это ещё не все признаки, отличающие живое существо от неживой природы. Для воспроизведения внутри сферы из жирных кислот молекуле РНК нужно было наладить процесс обмена веществ.
Как начали делиться первые клетки, состоящие из молекулы РНК и мембраны из жирных кислот, в настоящее время неизвестно. Возможно, построенная внутри мембраны новая молекула РНК начинала отталкиваться от первой. В конце концов, одна из них прорывала мембрану. Вместе с молекулой РНК уходила и часть молекул жирных кислот, которые образовывали вокруг неё новую сферу.
На докембрий (криптозо́й) приходится 3,8—4,0 млрд лет — около 88 % длительности геологической истории Земли. В этот отрезок времени на Земле произошли значительные изменения: кора остыла, появились океаны и, что самое важное, появилась примитивная жизнь. Катархейский эон (4,54 — 4,0 млрд лет назад) известен как протопланетный этап развития Земли.
Первые химические следы жизни возрастом примерно 3,5 млрд лет были обнаружены в горных породах Австралии (Пилбара). Возможно, жизнь зародилась именно в горячих источниках, где было много питательных веществ, в том числе и нуклеотидов.
Протерозой (греч. πρότερος — первый, старший, греч. ζωή — жизнь) — ознаменован возникновением сложно устроенных растений, грибов и животных (например, губки). Жизнь в начале протерозоя по-прежнему была сосредоточена в морях, так как условия на суше были не совсем благоприятными: атмосфера состояла преимущественно из сероводорода, CO2, N2, CH4, и совсем малого количества O2.
Однако, бактерии, жившие в то время в морях, стали вырабатывать O2 в качестве побочного продукта, и 2 млрд лет назад количество кислорода уже достигло устойчивого уровня. Но резкое увеличение кислорода в атмосфере привело к кислородной катастрофе, которая привела к изменению органов дыхания у организмов, населявших в то время Землю.
