Картину эволюционного процесса от его начала до наших дней воссоздает наука о древней жизни палеонтология. Ученые-палеонтологи прослеживают отдаленные во времени эпохи по окаменевшим остаткам организмов прошлого, сохранившимся в земных пластах. Геологические пласты, поэтому, можно образно назвать страницами и главами каменной летописи истории Земли. Но можно и точно определить их возраст, а вместе с тем и возраст ископаемых остатков, заключенных в этих пластах?
Методы геохронологии. Существуют разнообразные методы определения возраста ископаемых остатков и слоев горных пород. Все они делятся на относительные и абсолютные. Методы относительной геохронологии исходят из представления о том, что более поверхностный слой всегда моложе лежащего под ним. Учитывается и тот факт, что для каждой геохронологической эпохи характерен свой определенный облик – специфический набор животных и растений. На основании изучения последовательности напластования слоев геологического разреза составляется схема расположения слоев (стратиграфическая карта) данного района. Палеонтологические данные позволяют выявить одинаковые или близкие вида в слоях различных геологических разрезов разных стран и континентов. На основании сходства ископаемых форм делается вывод о синхронности слоев, содержащих так называемые руководящие ископаемые, т.е. об их принадлежности к одному и тому же времени.
Методы абсолютной геохронологии основывается на естественной радиоактивности некоторых химических элементов. Впервые предложил использовать это явление как эталон времени Пьер Кюри. Строгое постоянство скорости радиоактивного распада привело к мысли о разработке единой точной хронологической шкалы истории Земли. Позже этот вопрос разрабатывали Э. Резерфорд и другие ученые.
Для определения абсолютного возраста используют «долгоживущие» радиоактивные изотопы, пригодные для изучения возраста древнейших слоев Земли. Скорость распада радиоактивного изотопа выражается периодом полураспада. Это время, в течение которого любое исходное количество атомов уменьшается вдвое. Зная период полураспада соответствующего изотопа и измерив соотношение количества радиоактивного изотопа и продуктов его распада, можно определить возраст той или иной породы. Например, период полураспада урана-238 равен 4,498 млрд лет. Килограмм урана, в каких бы горных породах он ни залегал, через 100 млн лет дает 13 г свинца и 2 г гелия. Следовательно, чем больше в горной породе свинца, тем она и пласт, ее включающий, древнее. Таков принцип действия «радиоактивных часов». Рассмотренный пример иллюстрирует старейший метод изотопной геохронологии – свинцовый. Он назван так потому, что возраст пород определяется по накоплению свинца при распаде урана и тория. В результате радиоактивного распада урана-238 возникает свинец-206, уран-235, свинец-207 и при распаде тория-232 - свинец-208.
В зависимости от конечного продукта радиоактивного распада разработаны и другие методы изотопной геохронологии: гелиевый, углеродный, калий-аргоновый.
Для определения геологического возраста до 50 тысяч лет широко применяется радиоуглеродный метод. Он основан на том, что под действием космической радиации в атмосфере Земли азот превращается в радиоактивный изотоп углерода 14С, с периодом полураспада 5750 лет. В живых организмах вследствие постоянного обмена со средой концентрация радиоактивного изотопа углерода постоянна, тогда как после смерти и прекращения обмена веществ радиоактивный изотоп 14С начинает разлагаться. Зная период полураспада, можно весьма точно определить возраст органических остатков: угля, веток, торфа, костей. Этим методом датируются эпохи оледенения, этапы человеческой цивилизации и т.д.
В последние годы успешно разрабатывается дендрохронологический метод. Изучив влияние погодных условий на прирост годичных колец на древесине, биологи выяснили, что чередование колец низкого и высокого прироста дает неповторимую картину района, можно с точностью до года датировать любой кусок древесины. Таким образом, например, советские археологи точно датируют возраст древесины, использовавшейся на строительство древнего Новгорода.
Подобно годичным кольцам деревьев, отражают суточные, сезонные и годовые циклы линии роста кораллов. У этих морских беспозвоночных внешняя часть скелета покрыта тонким известковым слоем, называемым эпитекой. При хорошей сохранности на эпитеке видны четкие кольца – результат периодического изменения скорости отложения карбоната кальция. Эти образования группируются в пояса. Американский палеонтолог Дж.Уэлс доказал (1963), что кольцевые линии и пояса на эпитеке кораллов представляют собой суточные и годовые образования. Исследуя современные виды рифообразующих кораллов, он насчитал в их годовом поясе около 360 линий, т.е. каждая линия соответствовала приросту за один день. Интересно, что у кораллов, живших примерно 370 млн лет назад, в годовом поясе насчитывается от 385 до 399 линий. На основании этого Дж. Уэллс пришел к заключению, что количество дней в году в то далекое геологическое время было больше, чем в нашу эпоху. Действительно, как показывают астрономические вычисления и палеонтологические данные, Земля вращалась быстрее и продолжительность суток, поэтому, составляла примерно 22 часа. Зная последовательность появления тех или иных организмов и возраст различных слоев земной коры, ученые в общих чертах составили хронологию истории нашей планеты и описали развитие жизни на ней.
Календарь истории Земли. История Земли разделяется на длительные промежутки времени – эры. Эры подразделяются на периоды, периоды на эпохи, эпохи на века.
Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразованиями лика Земли, изменением соотношений суши иморя, интенсивными горообразовательными процессами.
Названия эр греческого происхождения: катархей – ниже древнейшего, архей – древнейший, протерозой - - первичная жизнь, палеозой – древняя жизнь, мезозой – средняя жизнь, кайнозой – новая жизнь.
Развитие жизни на Земле
| Эры | Периоды | Возраст, млн лет | Что происходило в это время | Ароморфозы |
| Катархей | Жизни нет | |||
| Архей | 3500- | Появляются одноклеточные прокариоты (бактерии и сине-зеленые водоросли) – многие из них являются активными участниками формирования полезных ископаемых. К концу архея появляются первые колониальные водоросли. Сине-зеленые водоросли осуществляют процесс фотосинтеза, в результате которого увеличивается содержание концентрации О2. Становится возможным использование О2 – организмы стали дышать. Появляется аэробный тип обмена веществ, в результате которого образуется много энергии. Происходит развитие автотрофных организмов, а вслед за ними гетеротрофных. | Прокариоты Автотрофы Фотосинтез Дыхание Эукариоты | |
| Протерозой | Господство прокариот сменяется расцветом эукариот. Одноклеточные-коллониальные-многоклеточные эукариоты (путь развития живых организмов). Растительные формы ведут фиксированный образ жизни, а животные плавают – и это приводит к расчленению тела на части (голова, туловище, конечности; корень стебель лист). К конку протерозоя уже сформированы 4 царства: прокариоты, грибы, растения (водоросли), животные (кишечнополостные, круглоротые, плоские, кольчатые, членистоногие, иглокожие). Почти все были без раковин (наружного скелета, так как не было хищников). | Многоклеточность Дифференциация тела на части Возникновение систем органов Половой процесс | ||
| Палеозой | Кембрий | На Земле происходят горообразовательные процессы, площадь суши увеличивается, климат умеренный. В морях не было рыб, но существуют все основные типы животных (кроме хордовых). Развиваются скелетные беспозвоночные – членистоногие, иглокожие, кишечнополостные, моллюсков. Обильные осадки вызывают смыв солей с суши в море, где увеличивается концентрация Ca и Mg. Появляется возможность усваивать эти минеральные соли и строить возможность построения жесткого скелета. | Появление наружного скелета | |
| Ордовик | Продолжаются тектонические процессы, продолжает увеличиваться площадь суши. В морях образуются рифы и появляются первые полухордовые. Первые попытки растений выйти на сушу (псилофиты). | |||
| Силур | Климат становится суше, площадь суши продолжает увеличиваться. В морях появляются первые «панцирные рыбы» (внутренний скелет хрящевой, снаружи толстый панцирь из щитков). Выход растений на сушу – псилофиты (расчленение тела на органы, образование тканей). Примитивная почва была подготовлена взаимодействием бактерий и сине-зеленых водорослей и минеральных веществ суши. Концентрация О2 увеличивается и достигает 10% от современного уровня и начинает формироваться озоновый слой. Увеличение поверхности суши (в том числе заболоченных участков), что приводит к появлению возможности выхода животных на сушу (паукообразных) | Выход растений на сушу Дифференциация тела на ткани | ||
| Девон | Климат резко континентальный, на суше появляются пустыни и полупустыни.
Расцвет кистеперых рыб.
| Пятипалая конечность у кистеперых | ||
| Карбон | Площадь суши увеличивается. Тепло и влажно. В морях - простейшие с раковинами (фораминиферы). Их скопления образуют мощные слои известняка, который превращается со временем в мрамор. От псилофитов происходят споровые растения (плауны, хвощи, папоротники), которые образуют леса. Но, отрыв от воды неокончательный (вода нужна для размножения). Засушливый климат приводит к образованию семенных папоротников, которые, в свою очередь, способствуют появлению первых голосеменных растений (семя – оплодотворенная яйцеклетка, покрытая оболочкой). В воздухе летают насекомые (стрекозы) Сушу осваивают животные - потомки кистеперых рыб, древние земноводные (ихтиостеги). Они дают начало стегоцефалам, которые имеют удлиненную пятипалую конечность, шарнирные сочленения в суставах, усовершенствованное легочное дыхание, но размножаются в воде) | Размножение семенами Выход животных на сушу | ||
| Пермь | Климат становится суше и прохладней. Голосеменные растения вытесняют споровые. Вымирают стегоцефалы, появляется и развивается новая группа животных – пресмыкающиеся. | Размножение яйцами с яйцевыми оболочками Роговой покров тела Появление шейного отдела Совершенствуются конечности, мускулатура и все системы органов | ||
| Мезозой | Триас | Уменьшается площадь водоемов, на суше преобладают пустынные ландшафты. Вымирают сухопутные, связанные с водой. Господство голосеменных и пресмыкающихся. Динозавры (прогрессивная организация+непостоянная температура тела). Появляются первые теплокровные. | Теплокровность | |
| Юра | Динозавры – властелины планеты! Самые крупные – брахиозавры, крупные хищники – тираннозавры, некоторые вернулись в воду: ихтиозавр, плезиозавр (у водных пресмыкающихся – живорождение), некоторые осваивают воздушное пространство – птеродактили (рамфоринх, птеродактиль). Появляются первые птицы (от псевдозухий). Археоптерикс – переходная форма от пресмыкающихся к птицам. | Освоение воздуха (приспособления связанные с полетом) | ||
| Мел | Обилие меловых отложений (отмершие простейшие с раковинами) в отложениях того времени. Резкое колебание климата (формируется сезонность). Появляются цветковые растения и плацентарных млекопитающих. Вымирают динозавры (причины обсуждаются). | |||
| Кайнозой | Третичный | Млекопитающие занимают господствующее положение (на суше, в воде, в воздухе).
В первой половине третичного периода распространены тропические и субтропические леса.
Во второй половине третичного периода происходит остепнение суши (степи, саванны, прерии) и появляются злаковые растения, но в степи нет укрытия для млекопитающих. Некоторые животные роют норы, некоторые – кочуют. Происходит смена сигналов (в лесу – запах, жесты, а на открытом месте – звук).
Уменьшение площади лесов приводит к появлению предковых форм человекообразных обезьян и человека.
| ||
| Четвертичный | 1,5 | Формируются ландшафты современного типа. Периодически происходит оледенение. Вымирают гигантские формы млекопитающих (мамонты, мастодонты и др.). Немалую роль в вымирании играют древние охотники. Понижение уровня мирового океана приводит к образованию сухопутных мостов между материками и происходит обмен животными и растениями (кроме Австралии). Древние охотники также перемещались по образовавшимся мостам по всему Свету. Древний человек одомашнивает и окультуривает животных и растения (неолитическая революция). Происходит интенсивное влияние человека на растительный и животный мир нашей Планеты. |