Лекция

19.Тема

10. Эволюция

биосферы

.

ЭкологияЗаведующий

кафедрой

общей

экологии

Дмитрий

Геннадьевич

Замолодчиковdzamolod@mail.ru

http://ecology.genebee.msu.ru/4_UCHEB/kursy.htm#Д.Г.

4.5 млрд. лет

назад

-

образование

Земли

Небулярная

гипотеза

–

образование

звезды

и планетных

систем

из

облаков

молекулярного

водорода, содержащих

также

включения других

элементов.

Протопланетарный

диск

в

туманности

Ориона.

За

первые

10 млн. лет

произошла гравитационная

дифференциация

Земли

Разделение

внутренних

слоёв

Земли

на

мантию

и

металлическое

ядро

Выделение

газов

из

коры

и

вулканическая

активность

привели

к

образованию

первичной атмосферы

Конденсация

водяного

пара

привела

к

образованию

океанов

Земная

атмосфера

тогда

состояла

из

лёгких

элементов: водорода

и

гелия, но

содержала значительно

больше

углекислого

газа

4.5-4.0 млрд. лет

назад

–

катархей. Период

химической

эволюции

Эксперимент

Стэнли

Миллера

(1953): образование

органических молекул

(аминокислоты, сахара, липиды) из

неорганических

веществ

(CH4

, NH3

, H2

, CO)

Стэнли

Ллойд Миллер

(1930-2007)

Гипотетический

переходный

этап

от

химической

к биологической

эволюции

–

мир

РНК

РНК

обладают

каталитическими

свойствами

Синтез

белка

происходит

с

участием

разных

форм

РНК: матричные, транспортные, рибосомные.

Для

репликации

ДНК

необходима

РНК- затравка

(прймер)

Некоторые

вирусы

хранят

генетический материал

в

виде

РНК

4.0-2.5 млрд. лет

назад

–

архей. 3.46 млрд. лет

назад

–

самый

ранний

известный

живой

организм

Трубчатые

окаменелости, сходные

с

оболочками

современных

бактерийОтложения

песчаника

в

Восточной

Австралии

Luca

(Last

Universal

Common

Ancestor) - последний

всемирный

общий

предок)

Жил

при

температуре

100 градусов

по Цельсию

в

гидротермальных

источниках

в

море

на

больших

глубинах

около

3,8 миллиардов

лет

назад.

Осуществлял

H2

-зависимую

CO2

-

и

N2

- фиксацию

в

анаэробных

условиях.

Weiss et al., Nature Microbiology. 2016

Новость

этой

недели: NASA нашло

на

спутнике Сатурна условия для зарождения жизни

Водяные

струи, исходящие

из

недр

Энцелада, содержат

до

1.4 %

молекулярного водорода

и

до

0.8

% углекислого

газа.

https://lenta.ru/articles/2017/04/14/enceladus/

2.8 млрд. лет

назад

–

появление

кислородного фотосинтеза

(цианобактерии)

Окаменелый

строматолит

– ископаемый

остаток

цианобактериального

мата

Современные

строматолиты (Западная

Австралия)

Изменение

содержания

кислорода

и основные

вехи

эволюции

биосферы

2.4 млрд. лет

назад

–

кислородная

катастрофа

Вымирание

либо

катастрофическое сокращение

численности

анаэробных

организмов

(первичной

биосферы)

Изменение

характера

образования

осадочных

пород

(окисленные

породы)

Изменение

состава

атмосферы, сокращение

концентрации

метана

(CH4

)

Похолодание

климата, первое

оледенение

2.4-2.1 млрд. лет

назад

–

гуронское оледенение

Стратиграфия

осадочных

отложений

в

районе

озера

Гурон

Земля

–

снежный

шарик

в

течение

300 млн. лет

Выход

из

состояния

снежного

шарика: постепенное

выделение CO2

мантией

2.0 млрд. лет

назад

–

появление

эукариотов

Гипотеза симбиогенеза

Изменение

содержания

кислорода

и основные

вехи

эволюции

биосферы

1.85 млрд. лет

назад

–

появление

многоклеточных водорослей

(Grypania

spiralis)

650 млн. лет

назад

–

вендский

фитопланктонный

кризис. Вероятная

причина

–

эволюция

зоопланктона

630-540 млн. лет

назад

–

ранний

вариант

многоклеточных

животных (эдиакарская

фауна)

Изменение

содержания

кислорода

и основные

вехи

эволюции

биосферы

540 млн. лет

назад

(начало

фанерозоя) – кембрийский

взрыв

и

скелетная

революция

Появление

хордовых, моллюсков, членистоногих, иглокожих

Формирование

экзоскелета

в

связи

с развитием

отношений

хищник-жерта

Трилобит Марелла Хиолит

«Большая

пятерка»

вымираний

фанерозоя (количество

вымерших

родов

морской

фауны

за

интервал

времени)

O-CДев

Мел- ПалТр-Юр

Пм- Тр

440-450 млн. лет

назад

-

ордовикско- силурийское

вымирание

Погибло

60% видов

морских беспозовночных, особенно

пострадали

брахиоподы, мшанки, кораллы, двустворчатые

моллюски.

Наиболее

вероятная

причина

–

смена термоэры

криоэрой, развитие

оледенения

Смены

термоэр

и

криоэр

600–450 млн. лет

назад

–

Кембрийское

потепление

450–410 млн. лет

назад

–

Ордовикский

ледниковый

период

410–310 млн. лет

назад

–

Девонское

потепление

310–230 млн. лет

назад

–

Гондванская

гляциоэра

230–60 млн. лет

назад

–

Мезозойское

потепление

60 млн. лет

назад

–

Кайнозойское

гляциоэра

Конвективные

ячейки

криоэр

(а) и термоэр (б)

Расположение

материков

в

мезозое

(а) и современности

(б)

Изменение

содержания

кислорода

и основные

вехи

эволюции

биосферы

При

10% кислорода

начинает

формироваться озоновый

слой

400 млн. лет

назад

– массовый

выход

жизни

на

сушу

Псилофит

первичный

Ихтиостега

359-374 млн. лет

назад

-

девонское вымирание

Погибло

50% морских

видов, в первую очередь

кораллы, аммониты, трилобиты.

Не

затронуло

наземные

и

пресноводные виды.

Вероятная

причина

–

развитие

наземной биоты

стимулировало

эрозию, что

привело

к

эвтрофикации

океана, гипоксии

и

массовой гибели

морских

организмов.

360-300 млн. лет

назад

–

каменноугольный

период. Сильный

дисбаланс

в

цикле

углерода

(углеобразование)

250 млн. лет

назад

–

пермско-триасовое вымирание

Вымерло

96% морских

видов

и

70% наземных видов

Вероятные

причины.1.

Усиление

вулканической

деятельности

в

Сибири

(излияние

трапов, выброс углекислого

газа, закисление

океана)

2.

Изменения

состава

атмосферы

и

климата3.

Столкновение

Земли

с

астероидом

4.

Метановая

катастрофа

(метангидратное ружье)

Эволюционное

древо

рептилий

250-200 млн. лет

назад

–

доминирование архозавров

200 млн. лет

назад

–

триасово-юрское вымирание

Вымерли

архозавры, остатки

терапсид, многие

земноводные.

1.

Вулканическая

активность2.

Изменения

состава

атмосферы

и

климата.

3.

Падение

астероида.4.

Метангидратное

ружье.

200-66 млн. лет

назад

–

доминирование динозавров

65 млн. лет

назад

-

мел-палеогеновое вымирание

Всего

погибло

16 % семейств

морских животных

(47 % родов

морских

животных) и

18 % семейств

сухопутных

позвоночных.В

числе

известных

групп: динозавры,

птерозавры, аммониты, белемниты.

Аммонит Белемнит

Вероятные

причины

мел-палеогенового вымирания

Изменение

климата

(смена

термоэры криоэрой)

Вулканическая

активность

(излияние деканских

траппов)

Падение

астероида

(кратер

Чиксулуб

на полуострове

Юкатан)

Эволюция

млекопитающих

(появление

форм, способных

потреблять

яйца

динозавров).

66-0 млн. лет

–

кайнозойская

эра. На

суше

доминирование

покрытосеменных

растений,

насекомых, птиц

и

млекопитающих

Характерная

черта

эры

–

смена

оледенений

и межледниковий

Циклы

Миланковича

– причина

смены

оледенений

и

межледниковий

T —

изменения

наклона

(наклонения) оси

Земли; E —

изменения эксцентриситета

орбиты

(степени

ее

отклонения

от

круга,

эксцентриситет

круговой

орбиты

равен

нулю); P — прецессия, то есть

круговое

изменение

направления

оси

вращения

планеты

Динамика

инсоляции, температуры, CO2

и пыли

в

кернах

ледников

Антарктиды

Растительный

покров

Европы 20 000 лет

назад

Растительный

покров

Европы 11 000 лет

назад

Растительный

покров

Европы 5 000 лет

назад

Сроки

и

наиболее

вероятные

причины крупнейших

вымираний

Название Срок, млн. лет

назад

Причина

Кислородная

катастрофа 2400-2100 Окисление

метана

атмосферы биогенным

кислородом

Вендский

кризис фитопланктона

650 Эволюция

зоопланктона

Ордовикско-силурийское

вымирание450-440 Смена

термоэры

криоэрой, развитие

оледенения

Девонское

вымирание 374-359 Эвтрофикация

и

гипоксия

в

связи

с деятельностью

наземной

биоты

Пермско-триасовое вымирание

250 Излияние

сибирских

траппов, выбросы CO2

, закисление

океана

Триасово-юрское вымирание

200 Вулканическая

деятельность, выбросы CO2

Мел-палеогеновое вымирание

65 Излияние

деканских

траппов, смена термоэры

криоэрой