Надо Знать

добавить знаний



Докембрий



План:


Введение

Докембрий ( рус. докембрий , англ. Pre-Cambrian, Eozoic , нем. Pr?kambrium n ) - Общее название того исторического периода Земли, предшествовавший Кембрия. Это древнейший и самый продолжительный этап развития земной коры от возникновения первых геол. формаций до начала фанерозоя; древнейшие толщи земной коры. Начался 4,6 млрд. лет тому назад, длился 4 млрд. лет Делится на Гаде, архей и протерозой. Отложения, сформировавшиеся в течение Д. выходят на поверхность в пределах кристаллических щитов, в частности Украинского щита. С докембрийскими толщами связан разнообразный комплекс полезных ископаемых: более 70% запасов железных руд, 63% - марганцевых, 73% - хромовых, 61% - медных, 72% - сульфидных никелевых, 93% - кобальтовых, 66% - урановых руд, а также род. алюминиевого сырья ( кианит и силлиманит, бокситы). В Д. содержатся богатейшие залежи железных руд железистых кварцитов и джеспилитов.


1. С начала возникновения Земли до 570 млн. лет назад

Эпоха докембрия продолжалась с момента образования Земли до появления первых многоклеточных организмов примерно 570 млн. лет назад. Возраст древнейших из известных нам горных пород составляет 3,9 млрд. лет, так что о юности нашей планеты мы знаем ничтожно мало. Причем даже эти горные породы претерпели за миллиарды лет настолько велики трансформации, мало о чем могут нам рассказать.

Около 2,5 млрд. лет назад вся земная суша была, как видно, объединенная в один огромный надматерик, впоследствии раскололся на несколько материков.

К концу эпохи докембрия материки опять слились, образовав новый надматерик. Все эти пертурбации на суше и на море сопровождались грандиозными климатическими изменениями. В течение докембрия мир пережил по крайней мере три ледниковых периода. Наиболее древний начался около 2,3 млрд. лет назад. Самое грандиозное оледенение за всю историю нашей планеты произошло между 1 млрд. и 600 млн. лет назад.

Ранняя атмосфера Земли не содержала кислорода. Она состояла в основном из газов метана и аммиака, меньшего количества сероводорода, водяного пара, азота и водорода, а также окиси и двуокиси углерода. Однако с возникновением жизни на Земле картина резко изменилась. Первые клетки. Метан и другие газы, содержавшиеся в первоначальной атмосфере Земли, растворялись в воде морей, озер и луж, образуя сложный химический "бульон". Лабораторные исследования показали, что под влиянием разряда молнии в таком "бульоне" начинают происходить химические реакции и образуются сложные химические соединения, очень сходны с теми, что встречаются в живых клетках. В конечном итоге некоторые из органических соединений приобрели способность к самовоспроизведению, то есть начали создавать копии самих себя. В том же "бульоне" содержались и жировые шарики. Когда ветер сильно перемешивал "бульон", некоторые сложные соединения могли попадать внутрь этих жировых шариков и оставаться там "взаперти". Впоследствии эти гибридные структуры эволюционировали в живые клетки, окруженные жировой оболочкой. Материя жизни. Все живые существа содержат определенный набор особых химических соединений.

Клетка в основном состоит из протеинов или из синтезированных ими веществ. Все протеины, которые встречаются в живой материи, образуются нитками особых химических веществ - аминокислот. Клетки содержат другую химическое вещество - АТФ, используемое для накопления энергии.

Программа создания новых клеток - и даже новых животных или растений - существует в виде специального химического кода, содержащегося в длинной молекуле под названием ДНК. Каждая разновидность живых организмов обладает своим особым типом ДНК. Все эти вещества - протеины, АТФ и ДНК - содержащие углерод, то есть органическими соединениями. Но каким же образом возникли первые органические вещества?

Жизнь ставит эксперименты. Газы, составлявшие раннюю атмосферу Земли, постепенно растворялись в Мировом океане, и в нем возник своего рода "теплый суп" из химических соединений. Поскольку в атмосфере не было кислорода, в ней отсутствовал озоновый слой (озон - разновидность кислорода), который мог бы защитить земную поверхность от вредного ультрафиолетового солнечного излучения.

В 20-е годы XX века. русский ученый Александр Опарин и английский ученый Джон Холдейн выдвинули гипотезу, согласно которой многие миллионы лет это излучение, вместе с разрядами молний, ​​создавало в химическом "бульоне" все более и более сложные химические соединения, пока наконец не возникла одна органическое соединение - ДНК, способна воспроизводить самое себя.

В 50-е годы XX века. американский химик Стэнли Миллер решил проверить эту гипотезу. Он смешал метан и аммиак над поверхностью теплой воды и пропустил через них электрический ток, создав что-то вроде молнии. Миллер повторил этот эксперимент многократно, изменяя состав газовой смеси и температурный режим. В нескольких случаях он нашел, что всего через 24 часа примерно половина углерода, содержалась в метане, превратилась в органические соединения типа аминокислот. Значит, можно сделать вывод, что при достаточном времени и соответствующем составе газовой смеси точно так же могли образовываться и более сложные химические соединения, возможно, даже те из них, которые входят в состав ДНК.


2. Первые живые клетки

Химический "бульон" в первоначальном океане становился все гуще, и в нем формировались все новые и новые соединения. Некоторые из них образовывали на поверхности воды тонкие сплошные пленки - вроде пленки с разлившейся нефти на море. Вода перемешивалась, например во время шторма, и пленка разрывалась на отдельные сферические образования, похожие на нефтяные шарики. В середине которых оказывались отдельные химические соединения, начинали походить на настоящие живые клетки. Как только молекулы ДНК образовывались в "бульоне" и находились вместе с другими веществами внутри такой оболочки, как это положило начало жизни на Земле.

Первые клетки во многом напоминали современные бактерии. Необходимую энергию они производили, расщепляя неорганические соединения. Клетки могли извлекать углерод из метана, а также окиси и двуокиси углерода, растворенных в воде. Из сероводорода и других соединений, что его содержали, они извлекали водород. Все эти элементы клетки использовали для воспроизведения новой живой материи. Подобные бактерии в наше время встречаются вокруг горячих минеральных источников и действующих вулканов. Примитивные формы бактерий и цианей (сине-о-зеленых водорослей) и доныне в большом количестве встречаются в горячих минеральных источниках. Некоторые из них используют минеральные вещества из этих источников, как "сырье" для фотосинтеза. Ученые полагают, что жизнь могла зародиться в аналогичном среде. В нижней части рисунка, если присмотреться внимательнее, можно различить двух человек на дорожке, рядом источники.


3. Укрощая энергию Солнца

Следующий важнейший этап в эволюционном процессе - укрощение солнечной энергии живой материей. Вместо того чтобы извлекать энергию из неорганических соединений, клетки стали использовать непосредственно энергию солнечных лучей. Это положило начало фотосинтеза, особом процессу, в ходе которого растения синтезируют питательные вещества за счет энергии солнечного света. Люди вместо того чтобы добывать нужный клеткам водород из таких веществ, как сероводород, они научились извлекать его из куда более распространенной субстанции - воды.


4. Фотосинтез: огромный скачок эволюции

Растения, водоросли и некоторые виды бактерий "захватывают" солнечный свет с помощью окрашенных химических соединений, содержащихся в клетках, - так называемых пигментов. Эту световую энергию они используют для синтеза всех органических соединений, необходимых им для роста и размножения. Такой процесс называют фотосинтезом, что означает "создание с помощью света". Чтобы из простых химических веществ, например воды или углекислого газа, создать сложные соединения, скажем сахарозу или протеины, встречающиеся в живых клетках, нужно затратить определенное количество энергии. Во многом это напоминает возведение стены: чтобы поднимать кирпичи на верхушку стены и закреплять их в нужном месте, вам необходима энергия. При фотосинтезе эта энергия поступает из солнечного света. Углекислый газ (содержащий углерод и кислород) и вода (состоящая из водорода и кислорода) дают углерод, кислород и водород. Из них синтезируются сахароза и другие органические соединения, которые образовались в ходе фотосинтеза. При этом расходуется не весь кислород, часть его выбрасывается в атмосферу.

Чтобы улавливать солнечные лучи, эти новые фотосинтезирующие клетки производили пигменты - окрашенные вещества, способные поглощать свет. К тому времени жизни на Земле было тусклым и бесцветным. А теперь оно заиграло разнообразием. Теперь живые организмы перестали быть привязанными к местам с особо энергоемкими веществами: вода и солнечный свет оказались намного доступнее источниками энергии. Новые фотосинтезаторы жили в основном в минеральных источниках и теплых прибрежных водах морей, где было достаточно мелко для того, чтобы к ним доходило солнечный свет, и в то же время достаточно глубоко, чтобы охранять их от губительного воздействия ультрафиолетового излучения. Некоторые из клеток продолжали выделять водород из сероводорода; их потомки и поныне встречаются рядом горячих минеральных источников.

Живые строматолиты в заливе Шарк, Австралия. Поскольку в строматолитах происходит фотосинтез, они извлекают из воды растворенный в ней углекислый газ. При этом из раствора выделяется карбонат кальция (известь). Клейкая слизь, производящих строматолиты, захватывает крошечные частицы известняка, и в итоге образуются новые слои известняка. Изображение ископаемого строматолиты в разрезе, на котором хорошо видны слои известняка и цианобактерий.


5. Эпоха строматолитов

Одни из самых ранних фотосинтезирующих организмов, дошедших до нас в ископаемом виде, - строматолиты (см. также с. 34). На первый взгляд кажется, что эти странные структуры состоят из множества известняковых колец, разделенных тонкими коническими слоями. На самом же деле их образовали примитивные организмы, похожие на простейших цианобактерий, которых иногда называют сине-зелеными водорослями. Строматолиты отличались невероятным разнообразием форм и размеров. Одни были округлые, как картофелины, другие конусообразной формы, третьи - высокие и тонкие или даже ветвистые.

Окаменелые строматолиты встречаются по всему миру. Во многих местах они образуют огромные рифы, чаще поднимаются с морского дна на сотни метров сквозь толщу прозрачной воды, подобно современным коралловым рифам в тропиках. Древнейшие ископаемые строматолиты были обнаружены в Западной Австралии, в горных породах возрастом 2,8 млрд. лет. Однако неопознанные структуры, что, по мнению ученых, также могли бы оказаться окаменевшими строматолитами, встречаются даже в породах возрастом не менее 3,5 млрд. лет. Живые строматолиты обитают на Земле и в наши дни. Они, как и их далекие предки, предпочитают теплом мелководье. Однако нынешний ареал строматолитов ограничен лишь теми местами, где мало животных, которыми питаются.


6. Красноцветные отложения

Некоторые из древнейших окаменелостей, в том числе и многие строматолитов, встречающиеся в горных породах, именуемых сланцами, что нехарактерно для осадочных пород поздних эпох. Это долго ставило в тупик геологов, пока до них наконец не дошло, что формирование подобных слоев соединяются с жизнедеятельностью строматолитов. Постепенно концентрация кислорода в океанах увеличивалась, и он начал вступать в химические реакции с растворенным в воде железом. Образовались так называемые органеллы с собственной оболочкой. В каждом отсеке было особенно внутреннюю среду, поэтому в разных частях клетки отныне происходили различные процессы. Теперь химические реакции в клетках стали протекать гораздо эффективнее. ДНК-вещество, содержащее генетический код, - Упорядочилась в специальные структуры - хромосомы. Ученые полагают, что эти новые клетки образовались, когда аэробные клетки стали проникать внутрь других клеток - возможно, для защиты от новых "хищных" клеток. При этом новые клетки делились между собой энергией и химическими соединениями, которые производили.

Примерно 2,2 млрд. лет назад на суше также начали формироваться осадочные породы нового типа - так называемые красноцветные отложения. Эти породы содержат большое количество окислов железа, что придавало им красноватый оттенок ржавчины. Получается, в то время кислород появился и в атмосфере. Все железо в океане было уже связано, и избыток кислорода попадал в атмосферу в виде газа.


7. Отравленные кислородом

В течение всего докембрия концентрация кислорода в атмосфере Земли постоянно росло. Однако многим живым организмам того времени это не принесло ничего хорошего. Для них это было равнозначно грандиозном атмосферном загрязнения. Ведь первые живые организмы возникли в бескислородной среде, и кислород оказался для них смертельным ядом. Многие виды исчезли с лица Земли - это было первое крупное вымирание в ее истории. Воистину неисповедимы пути эволюции: сегодня мы не мыслим жизни без кислорода, а для первых живых организмов кислород в атмосфере был смертельный.

В конечном итоге эволюция породила на свет клетки, способные не просто выжить в кислородном среде, но и обратить ее себе на благо. Ведь некоторые соединения, образующиеся при фотосинтезе, могут с помощью кислорода расщепляться, а энергия, при этом выделяется может использоваться для создания целого ряда новых соединений. В большинстве живых клеток и сейчас так протекает процесс дыхания. Ученые называют его аэробным типом дыхания ("аэробный" означает "воздух, использующий,"). В ходе этого процесса энергии высвобождается гораздо больше, чем при любых других процессах биологического распада, происходят без участия кислорода. Некоторые "дышащие" клетки даже приобрели способность поглощать другие клетки, используя их как пищу.


8. Самые клетки

Самые клетки, так называемые прокариоты (слева), были крайне примитивны. Все химические вещества, содержавшиеся в них, включая ДНК с генетическим кодом, были перемешаны и разбросаны по всей клетке. В поздних - эукариотных - клетках (справа) были маленькие внутренние отделения с собственной оболочкой. Они содержали химические вещества для определенных реакций, причем в каждом из них было именно ту среду, что необходимо для наиболее быстрого течения данной реакции. ДНК была сосредоточена в хромосомах, находящихся внутри клеточного ядра, окруженного ядерной оболочкой. Ядро руководило всей жизнедеятельностью клетки.


9. Готовя сцену для эволюции

Кислород в атмосфере накапливался, и там начал формироваться озоновый слой поглощал вредное ультрафиолетовое излучение Солнца. Теперь жизнь смогла переместиться ближе к поверхности океанов и даже проникнуть во влажные прибрежные районы суши. Цианобактерии также становились все сложнее. Они начали группироваться в комки и тонкие нити. И все же новые аэробные клетки дышат кислородом, постепенно брали верх. Изменчивость - катализатор жизни. Еще важнее то, что новые клетки стали размножаться совсем другим способом. Вместо того чтобы попросту делиться пополам и образовывать две другие клетки - точные копии предыдущей, эти новые клетки начали прорабатывать что-то странное. Две клетки сливались в одну, обменивались частью своих ДНК, а затем снова разделялись на две или более новых клеток. Это называется половым размножением. Новые клетки отныне владели смешанной ДНК от обоих своих родителей. Половое размножение привело к резкому росту изменчивости среди клеток, что, в свою очередь, дало мощный толчок эволюционному процессу.


10. Первое великое вымирание

Поздний докембрий ознаменовался грандиозными природными катаклизмами. Они сопровождались многочисленными извержениями вулканов, землетрясениями и горообразовательных процессов. Огромное количество выброшенного в атмосферу, вулканического пепла, привела к охлаждению климата; огромные массивы суши надвинулись полюс, и по всему земному шару расползлись гигантские ледниковые покровы. В этот период вымерло очень много видов древних организмов. Наконец льды начали таять, уровень океана постепенно повышался, и вода затопила прибрежные районы материков. Для существ, обитавших на мелководье, открылись новые, еще не занятые угодья с неограниченными возможностями ведения специализированного образа жизни. К тому времени опасного ультрафиолетового излучения Солнца достигало поверхности Земли намного меньше, чем прежде, поскольку оно не могло преодолеть сгустившейся озоновый слой. Кроме того, кислорода в атмосфере теперь стало больше, что вполне устраивало новое поколение живых организмов.

Сегодня в верхних слоях Мирового океана обитает множество самых одноклеточных организмов. Многие из них, должен быть, очень похожим на те, которые населяли моря докембрийской эпохи. Вверху: перед вами микроскопические стекловидные скелеты радиолярий - одноклеточных животных с длинными тонкими отростками, покрытыми клейким слизью, с помощью которых они ловили добычу - крошечные организмы. Внизу: известняковые многокамерные раковины фораминифер - важные руководящие ископаемые. Эти раковины образуют основу некоторых видов известняка. Подобно радиолярии, одноклеточные фораминиферы имели длинные клейкие отростки для отлова добычи.


11. Возникновение многоклеточных

Никто полностью не знает, как именно возникли первые многоклеточные животные. Возможно, в какой-то момент клетки, разделились, перестали вполне отделяться друг от друга. Или, наоборот, клетки начали объединяться и самоорганизовываться. На первый взгляд это кажется невероятным, но не спешите с выводами. В 1907 г. биолог X. Дж. Уилсон провел ряд экспериментов с губками. Он разрезал красную губку на мелкие кусочки и стал пропускать их через специальную установку, чтобы отделить клетки друг от друга - пока наконец не получил осадок красного цвета в графине с водой. По его немалому удивлению, за считанные часы клетки вновь сгруппировались в единое целое. Затем они постепенно начали самоорганизовываться в новую губку, формируя камеры, каналы и ветвистые трубочки. Через неделю губка была как новенькая. Возможно, именно так и образовались первые многоклеточные животные.

Сейчас существуют и такие странные создания, как слизевики, или миксомицетов. Они похожи на ярко окрашенные грудки слизи, ползущие по земле или по коре деревьев. Одна из разновидностей слизевиков, клеточные слизевики, которые большую часть своей жизни проводят в виде отдельных клеток, копошащихся в почве, где они кормятся бактериями. Но когда запас пищи высыхает, каждая клетка вырабатывает особое вещество, привлекает другие клетки слизевика. Миллионы таких клеток собираются вместе и образуют огромную клеточную массу, сильно похожа на многоклеточный организм. Эта масса передвигается и реагирует на свет и химические вещества, как единственное животное. В решающем итоге слизевик предстает в виде плодоносящего тела, во многом похожего на спорангий какого-либо гриба. У него есть высокая ножка с защитной внешней оболочкой, а сверху располагается мешочек со спорами.

Метки в иле. В этих ранних мягкотелых животных было мало шансов сохраниться в ископаемом виде. Однако они оставили в горных породах свои следы или, точнее, отпечатки. Ямки, из которых мягкотелые добывали пищу, отпечатки тел и метки в толще ила, где они отдыхали, нашли в горных породах, возраст которых 700 млн. лет и более. Впрочем, в отложениях, до тех, возраст которых 640 млн. лет, такие следы встречаются крайне редко. К этому периоду именно подошло к концу оледенения позднего докембрия и сформировались условия для нового грандиозного эволюционного взрыва.

Одно существо или множество организмов? В ответ на химический "сигнал" миллионы амебовидным клеток слизевика собираются вместе и образуют пленку, движущейся которая в конечном итоге выделяет из себя споровые капсулы на длинных ножках, напоминающие во многом, простейшие грибы.


12. Животные Едиакарию

В отдаленной части Южной Австралии, в Едиакарських горах, встречаются древние мелководные и береговые осадочные породы, возраст которых 640 млн. лет. Здесь сохранилось множество ископаемых остатков животных докембрийськоии эпохи. В этих породах выявлено менее 30 различных родов многоклеточных организмов; стоит заметить, что похожие скопления окаменелостей встречаются в горных породах того же возраста во многих местах по всему земному шару.

Животные Эдиакара жили преимущественно на морском дне. Они кормились в слое органического вещества (детрита), покрытый донным илом, образованным остатками множества одноклеточных организмов, населявших толщу воды над ними. Плоские и кольчатые черви плавали над самым дном или ползали среди осадков. Спешить им было некуда, потому что хищников (животных, питающихся другими животными) здесь было очень мало. Морское перо поднимался со дна, подобно каким-то пирьяподибним цветам, тщательно отфильтровывая воду в поисках пищи. Трубчатые черви лежали среди донных отложений, шевеля своими щупальцами в насыщенной детритом воде. Примитивные иглокожие, родственники современных морских звезд и морских ежей, всю свою жизнь проводили в толстом слое ила. Было там и множество больших плоских животных в форме блина; эти похожие на медуз существа также, судя по всему, жили на илистом дне. А над ними в морской воде медленно проплывали настоящие медузы.

В Едиакарських отложениях встречаются многочисленные окаменевшие отпечатки мягкотелых животных, которые ползали когда-то по морскому дну. В некоторых местах в иле запомнились парные V-образной метки, похожие па царапины, оставленные парами крошечных ножек. Возможно, это следы примитивных артроподов, или членистоногих, - отдаленных предков ископаемых трилобитов, а также современных нам насекомых - пауков и скорпионов. Правда, твердых остатков этих животных пока не обнаружено: как видно, они еще не обзавелись твердым панцирем.

Все животные Эдиакар были мягкотелыми. Там жило множество разновидностей медуз (1). Диксонии (2) и сприггины (3) были плоскими червеобразного существами. Сприггина имела по бокам множество крошечных плавательных пластинок, как у современных морских червей. Возможно, это животное - предок трилобитов. Харниодиск (4), и птеридиний, листовидные морские перья были колониями крошечных животных, похожих на гидр отфильтровывают из воды частицы пищи. А вот трибрахидий (7) для нас полная загадка. У него был Y-образный центральный рот с щетинкоподибнимы отростками. Возможно, он - предок современных иглокожих.


См.. также

Литература


Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам