Расцвет жизни в воде

В протерозое и в первой половине палеозоя, то есть в течение 600 миллионов лет, жизнь продолжала развиваться главным образом в воде – в океанах и морях, которые были колыбелью жизни на нашей планете. Растения и животные суши стали развиваться значительно позже.Мы знаем, что в настоящее время органический мир океанов и морей велик и разнообразен. Там обитает множество примитивных по строению и древнейших организмов.В океанах и морях живет более 150 тысяч видов животных и около 10 тысяч видов водорослей.На первом месте стоят моллюски, их более 60 тысяч видов, ракообразных – около 20 тысяч, морских рыб – более 16 тысяч видов, одноклеточных – около 10 тысяч, червей и близких к ним животных – более 7 тысяч видов, кишечнополостных – около 9 тысяч, иглокожих – 5 тысяч, губок – 4 тысячи видов.Животных, которые живут в воде, гораздо больше, чем на суше. Из общего числа существующих сейчас 63 классов животных и 33 классов растений только в море живут 37 классов животных и 5 классов растений.Мир живых существ морей и океанов прошел грандиозный путь исторического развития.За этот огромный промежуток времени, о котором мы говорим, в развитии жизни на Земле произошло много великих событий. Вот главные из них.

Крупная одноклеточная водоросль

Зеленые водоросли

Первое событие – появление многоклеточных организмов, второе – возникновение и расцвет различных водорослей и морских беспозвоночных животных и третье – появление первых позвоночных животных.Величайшим скачком в развитии жизни было возникновение многоклеточных организмов, ибо это дало громадные возможности для ее дальнейшего прогрессивного развития.Это произошло, вероятно, следующим образом. Каждый одноклеточный организм представляет собой маленький, но необычайно сложный аппарат, способный осуществлять все жизненные функции: питание, выделение, дыхание, движение, размножение. Иное дело многоклеточные организмы. В них каждая клетка или группы клеток приспособлены к выполнению какой‑либо определенной функции. В простых многоклеточных организмах, например у некоторых жгутиковых водорослей из группы вольвоксовых, такого разделения функций между клетками еще не было. Вольвоксы – шарообразные организмы – состоят сверху из одного слоя клеток, а внутри наполнены жидкостью. Они представляют собой как бы колонии одноклеточных существ, предков многоклеточных. В дальнейшем клетки таких организмов специализировались: одни клетки стали выполнять, например, двигательную функцию, другие – питательную, третьи – функцию размножения и т. п. Так возникли многоклеточные организмы с различными органами. Наиболее обоснованной теорией происхождения многоклеточных животных является теория, выдвинутая И. И. Мечниковым. По мнению И. И. Мечникова, исходной формой для многоклеточных была паренхимелла, сходная с личинкой губок – паренхимулой и личинкой кишечнополостных – планулой. Паренхимелла могла возникнуть из колоний жгутиконосцев, подобно вольвоксам. В дальнейшем у предков многоклеточных возникли защитные клетки наружного слоя (эктодерма), а внутренние клетки стали нести пищеварительную функцию и превратились в кишечную полость (энтодерму).Изменение и развитие древних многоклеточных организмов происходило по‑разному в разных условиях среды. Одни из них стали малоподвижными, осели на дно и прикрепились к нему, другие сохранили подвижный образ жизни. Возникли разнообразные многоклеточные организмы: водоросли, а также губки, медузы и другие беспозвоночные животные, которые населяли древнейшие моря и океаны. Появление этих организмов относится к весьма отдаленному времени, но, несмотря на это, изменились они с тех пор очень мало и не дали начала другим животным.Способность к прогрессивному развитию проявили совсем другие древние многоклеточные животные, родственники медуз, – гребневики, которые обладали достаточной подвижностью. На определенной ступени своего развития они вынуждены были сменить образ жизни: плавание на ползание. Это повлекло за собой изменение строения: сплющивание тела, образование головы, появление различий между брюшиной и спинной сторонами. Так возникли водные черви. Постепенно у них выработалась большая подвижность, образовались мускульные волокна, появилась кровеносная и другие системы органов.

Амёба

Инфузории‑туфельки

Гидроидный полип – одно из простых многоклеточных животных

Древние примитивные кольчатые черви дали начало членистоногим животным. Короткие нечленистые придатки, или параподии, кольчецов превратились в длинные суставные ножки, способные к весьма сложным движениям, головной мозг и вся нервная система у членистоногих увеличились и усложнились, а органы чувств, например глаза, достигли высокой степени развития. С начала палеозоя известны трилобиты, ракоскорпионы, низшие ракообразные. Позднее возникли паукообразные, многоножки и насекомые. Палеонтологические, сравнительно анатомические и эмбриологические данные показывают, что ракообразные произошли от одной группы кольчецов, трилобиты, мечехвосты, паукообразные – от другой, многоножки и насекомые – от третьей.Предки моллюсков были, вероятно, близки к кольчецам. На это указывают черты строения низших моллюсков и поразительное сходство эмбрионального развития (строение яиц и личинок, сходство стадий развития и пр.) моллюсков и кольчецов. Но у моллюсков возник нечленистый, концентрированный тип строения. Основные классы моллюсков появились в докембрии и хорошо известны с кембрийского периода Мшанки, плеченогие, также известные из древнейших отложений, происходят от каких‑то червеобразных форм; имеют, с другой стороны, близость к кишечнополостным. Плеченогие – морские животные – внешне похожи на моллюсков, но их раковина открывается не в стороны, как у двустворчатых моллюсков, а снизу вверх. По бокам рта у них есть два выроста, названные «руками». Они являются органами дыхания и создают ток воды у рта. Плеченогие были широко распространенными животными в древних морях.

Кремневаягубка

Одиночный четырехлучевой коралл

Обширный и своеобразный тип иглокожих (морские звезды, ежи, лилии, офиуры или змеехвостки) возник и бурно развился задолго до кембрия от червеобразных предков. Вероятными предками их были свободноподвижные, двустороннесимметричные червеобразные животные с тремя парами разделенных внутренних полостей, не имевшие внутреннего и внешнего скелета.Все это происходило более 500 миллионов лет назад.Таким образом, жизнь в архейскую и протерозойскую эру была сосредоточена и развивалась в воде. Моря и океаны были колыбелью жизни на нашей планете.В следующую – палеозойскую – эру, которая началась около 500 миллионов лет назад и продолжалась более 300 миллионов лет, живые существа продолжали свое дальнейшее развитие. Эту эру делят на пять периодов: кембрийский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский.Первая половина палеозоя – кембрийский и силурийский периоды. Это было спокойное время в истории Земли. Материки располагались тогда ниже, чем теперь, и, следовательно, океаны занимали большую поверхность и образовывали много глубоководных морей.В них, как и в протерозойскую эру, обитали водоросли, ползали, плавали или чуть шевелились прикрепленные ко дну различные беспозвоночные животные. В большом количестве стали распространяться губки, археоциаты и трилобиты. Слово «археоциаты» в переводе на русский язык означает «древние бокалы». Их назвали так потому, что эти животные действительно напоминали бокал или кубок. Много их остатков найдено на территории современной Сибири в виде ископаемых рифов.

Трилобит азафус

Археоциаты были родственны губкам и кораллам, имели прочный известковый скелет и прикреплялись ко дну длинными нитями.Трилобиты, родственники ракообразных, внешне походили на мокриц и были, повидимому, сродни современным мечехвостам и морским скорпионам. Их тело, состоящее из головы, туловища и хвоста, покрывали щитки. Некоторые трилобиты были очень маленькими – величиной с горошину, другие достигали полуметра в длину. Они плавали или ползали в мелководных заливах, питаясь растениями и телами умерших животных.

В те времена в воде жили также многочисленные и разнообразные губки, кораллы, черви, плеченогие, моллюски, иглокожие (морские звезды, лилии, морские ежи). Но главных обитателей нынешних морей и океанов – рыб – еще не было. Первые редкие отпечатки рыб ученые обнаружили в поздних отложениях силурийского периода. Это значит, что возраст их достигает 400 миллионов лет! Какими же были предки рыб?

Колония низших хордовых животных граптолитов с плавательным пузырем

Долгое время наука не находила ответа на этот вопрос. Только исследования выдающегося русского эмбриолога Александра Онуфриевича Ковалевского, а также последние палеонтологические открытия пролили свет на загадку происхождения рыб. Оказывается, они возникли от морских червеобразных животных. Древние рыбы имели узкое, длинное тело. Внутри тела костей не было, но снаружи оно иногда было покрыто панцырем. Парными плавниками древние рыбы не обладали. Они были похожи на ныне живущих миног и миксин и вместе с тем на маленькое, длиною 5–7 сантиметров, простое по строению рыбообразное животное – ланцетника. Он живет в южных морях, в песчаном грунте, встречается и у нас в Черном море. Строение его замечательно, так как он имеет черты беспозвоночных и позвоночных животных. Тело его длинное, заостренное книзу, похожее на ланцет, состоит из ряда сегментов, то есть имеет членистое строение, как у многих червеобразных беспозвоночных. С другой стороны, с позвоночными его роднят наличие хорды, головной мозг, сложный жаберный аппарат.

Головоногий моллюск, пожирающий трилобита

Материки и океаны в кембрийском периоде

Внутреннее строение и личиночное развитие ланцетника, изученное А. О. Ковалевским, говорит о близком родстве как с низшими хордовыми – оболочниками и асцидиями, – так и с позвоночными животными, в частности рыбами.

Современный головоногий моллюск каракатица

Наиболее характерным признаком, отличающим хордовых животных, куда относятся ланцетник и ряд других близких к нему животных, а также все позвоночные, служит наличие хорды – спинной хрящевой струны или позвоночника, – расположение головного мозга над передней частью хорды, присутствие сложного жаберного аппарата или легких.В отложениях силурийского и девонского периодов найдены чрезвычайно хорошо сохранившиеся остатки древних рыб. По этим остаткам можно даже судить, как были расположены главные кровеносные сосуды и нервы.Самыми древнейшими известными нам позвоночными являются щитковые бесчелюстные. По внешнему виду они напоминают рыб, но рыбами их еще назвать нельзя. У них не было челюстей и парных плавников, как у миног и миксин. Их близкие родичи, так называемые панцырные рыбы, имели челюсти, парные плавники, обладали более усовершенствованным внутренним скелетом, головным мозгом и органами чувств. Но их тело сковывал массивный костный панцырь, покрывавший голову и передний отдел туловища. Все эти рыбы вымерли в девонском периоде, около 300 миллионов лет назад, уступив место хрящевым и костным рыбам.Существуют две точки зрения на вопрос о том, где появились первые позвоночные – в морях или пресных водах. В пользу морского происхождения говорит значительное количество растворенного в морской воде кальция, входящего в состав костей, а также обитание всех низших позвоночных в море. Сторонники пресноводного происхождения рассматривают причину возникновения скелета вообще как устойчивой опоры тела и считают, что он должен был возникнуть в проточной воде, активно противодействуя течению. Несомненно, что предки позвоночных обитали в зоне, где пресные воды граничат с морскими, – там и находят их остатки. Известные нам древнейшие позвоночные уже обладали костной тканью – панцырем, – внутренний же скелет их был, повидимому, хрящевым; в ископаемом состоянии он не сохранился. Замена хряща костью (окостенение хряща) произошла значительно позднее – у высших групп рыб.Следует отметить также, что соленость морской воды тогда была ниже, чем теперь, поэтому рыбы, вероятно, могли легче переходить из морской воды в пресную и наоборот.

ВЫХОД НА СУШУ

Толчок к изменению организма был даваем всегда внешними условиями.

В. О. Ковалевский.

ПИОНЕРЫ СУШИ

Появление рыб было событием огромной важности. Ведь именно от них в дальнейшем путем последовательного развития произошли земноводные, пресмыкающиеся, птицы, звери и, наконец, сам человек.Но, пожалуй, не менее важным событием надо считать развитие наземных организмов и прежде всего наземных растений и позвоночных животных.Когда, как и почему это произошло?

Вода и суша – две основные среды жизни, через которые совершалось ее историческое развитие от низших организмов к высшим. В истории растительного и животного мира хорошо наблюдается этот постепенный переход от водной среды к наземной путем приобретения соответствующих приспособлений.Если взять основные типы растений и животных, то они образуют как бы лестницу. Нижние ступени ее, на которых стоят водоросли, мхи, различные беспозвоночные и низшие позвоночные животные, опущены в воду, а верхние, на которых стоят высшие споровые и цветковые растения, насекомые, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие, выходят на сушу, далеко от воды.Изучая эту лестницу, можно наблюдать постепенное нарастание приспособлений от водного типа к наземному. Это развитие шло сложными и запутанными путями, которые дали большое разнообразие форм, особенно в животном мире. В основании животного мира мы имеем много древних типов, которые приурочены к древним формам водного существования. Простейшие, кишечнополостные, черви, моллюски, мшанки, отчасти иглокожие – это «водоросли» животного мира. Большинство представителей этих групп не вышло на сушу, а жизнь в воде наложила на них отпечаток простоты и слабой специализации строения.Многие считают, что в допалеозойское время поверхность суши представляла сплошную безжизненную пустыню – панэремию (от греческих слов «пан» – весь, всеобщий – и «эремия» – пустыня).Однако взгляд этот едва ли верен. Мы знаем, что в протерозойских морях жили радиолярии, губки, черви, членистоногие, многочисленные водоросли. Более того, древнейшие следы жизни на Земле известны с самого начала геологической истории, с архейской эры. На Украине, например, многие отложения этого возраста составляют метаморфизированные осадочные породы – глины мергели, известняки и графитовые сланцы, – которые имеют органическое происхождение. Вполне вероятно, следовательно, что жизнь в те отдаленные времена была на суше, в пресных водах. Здесь обитали многочисленные организмы: бактерии, синезеленые водоросли, зеленые водоросли, низшие грибы; из животных – корненожки, жгутиковые, ресничатые инфузории и низшие беспозвоночные.Их можно по праву назвать пионерами жизни на суше. Так как не было высших растений и животных, то низшие организмы могли достигать массового развития.Однако настоящее освоение суши разнообразными растениями и животными произошло в палеозойскую эру.В первой половине палеозойской эры на Земле существовали три больших материка. Очертания их были очень далеки от современных.Огромный материк простирался в северной половине земного шара на месте современной Северной Америки и Гренландии. К востоку от него находился другой менее крупный материк. Он занимал территорию Восточной Европы; на месте Азии был архипелаг крупных островов. На юге – от Южной Америки через Африку до Австралии – простирался большой материк – «Гондвана».Климат был теплый. Материки имели плоский, однообразный рельеф. Поэтому воды океанов нередко затопляли низины суши, образуя неглубокие моря, лагуны, которые много раз мелели, пересыхали, а потом снова наполнялись водой. Особенно резко это происходило в силурийском периоде, когда в результате сильных горообразовательных процессов лик Земли претерпевал большие изменения. В нескольких местах земная кора поднялась вверх. Обнажились от воды значительные участки морского дна. Это повело к расширению суши, вместе с тем образовались древние горы – в Скандинавии, Гренландии, Ирландии, в Северной Африке, в Сибири. И, естественно, что все эти перемены сильно повлияли на развитие жизни. Оказавшись вдали от воды, первые наземные растения стали приспосабливаться к новым условиям существования. Таким образом, сама природа как бы заставляла некоторые виды водных растений – зеленых водорослей – приспосабливаться к жизни вне воды. В периоды мелководий, засух некоторые из таких водных растений выживали и, очевидно, главным образом те, у которых лучше развивались корни. Проходили тысячелетия, и водоросли постепенно расселились в прибрежной полосе суши, дав начало наземному растительному миру.

Силурийский, ракоскорпион эвриптерус

У всех наземных растений тело расчленено на части – на стебель, листья и корни. Корень нужен наземному растению для прикрепления и для добывания из почвы воды и солей. Водоросли в корнях не нуждаются – они впитывают соли прямо из воды. Лист нужен наземному растению для питания, улавливания солнечных лучей, так как в нем концентрируется много хлорофилла, стебель – для поддержки листьев и для связи их с корнями.Для наземных растений имеется два способа размножения – половой и бесполый. Половой способ состоит в соединении (слиянии) двух половых клеток, мужской и женской, и в образовании семян. При бесполом размножении в растении возникают споры, прорастание которых и дает начало новому растению. При этом происходит чередование половых и бесполых способов размножения. По мере приспособления растений к наземному существованию у них все больше сокращалось половое размножение, которое связано с водой (оплодотворение у мхов, папоротников может происходить только в воде), и развивалось бесполое.Советские ученые А. Н. Криштофовичи С. Н. Наумова установили, что первые наземные растения появились около 409 миллионов лет назад. Они жили по берегам морей и других водоемов. Первые наземные растения были небольшими, высотой в среднем около четверти метра, и обладали слаба развитой корневой системой. По своему строению эти растения были похожи на мхи и отчасти на водоросли. Их назвали псилофитами, то есть «голыми», или «лысыми» растениями, так как листьев у них не было. Их тело, подобно водорослям, не расчленено еще на основные органы. Вместо корней у них своеобразные подземные одноклеточные выросты – ризоиды. Наиболее древние псилофиты были лишены и стебля. Размножались псилофиты при помощи спор, помещавшихся на концах ветви в спорангиях. Часть псилофитов были болотными растениями, тогда как другие были настоящими обитателями суши, достигая подчас значительных размеров – 3 метров высоты. Псилофиты были недолговечной группой. Они известны только в силурийском и главным образом в девонском периоде. Последнее время некоторые ученые стали к ним относить два рода современных тропических растений – псилотов. От псилофитов или близких к ним растений возникали хвощевые, плауновые и папоротникообразные растения. Приблизительно в одно и то же время с псилофитами возникли мхи и грибы, тоже тесно примыкающие к водорослям, но приспособившиеся в значительной мере к жизни на суше.Вслед за растениями на сушу начали переселяться и животные – сначала беспозвоночные, а потом и позвоночные.Первыми из воды выбрались, по‑видимому, кольчатые черви (предки современных дождевых червей), моллюски, а также предки пауков и насекомых – животных, которые во взрослом состоянии дышат трахеями – сложной системой трубок, пронизывающих все тело. Некоторые беспозвоночные того времени, например ракоскорпионы, достигали в длину 3 метров.