Геологическая история Земли

Ледниковый  период около 2,3 млрд лет назад могло  быть непосредственно вызвано увеличением  концентрации кислорода в атмосфере, что привело к уменьшению метана (CH4) в атмосфере. Метан является сильным  парниковым газом, но с кислородом реагирует  с образованием CO2, менее эффективным  парниковым газом.[62]:172 Когда свободный  кислород появился в атмосфере, концентрация метана могла резко снизиться, чего стало достаточно для борьбы с  эффектом увеличения теплового потока от Солнца.[109]

Возникновение эукариот[править | править исходный текст]

Основная  статья: Эукариоты

Хлоропласты в клетках мха

Современная систематика классифицирует жизнь  тремя доменами. Время возникновения  этих доменов является неопределенным. Бактерии, вероятно, первые отделилась от других форм жизни (иногда называемых Neomura), но это предположение является спорным. Вскоре после этого, 2 млрд лет назад,[110] произошло разделение Neomura на археи и эукариоты. Эукариотические клетки (эукариоты) больше и сложнее прокариотических клеток (бактерий и архей), и происхождение этой сложности только сейчас становится известно.

Примерно  в это же время появилась первая прото-митохондрия. Бактериальная клетка, родственная современной Риккетсии,[111] которая в результате эволюции приобрела возможность кислородного метаболизма, вошла в большую прокариотическую клетку, которой не хватало этой возможности. Возможно, большая клетка пыталась переварить меньшую, но не удалось (возможно, это связано с развитием защиты у жертвы). Меньшая клетка, возможно, пыталась паразитировать в большей. В любом случае, меньшая клетка выжила в большей. Используя кислород, она метаболизирует отходы большой клетки и производит больше энергии. Часть этой избыточной энергии возвращается хозяину. Меньшая клетка размножается внутри большой. Вскоре развился устойчивый симбиоз между большой и малой клеткой в ней. Со временем клетка-хозяин приобрела некоторые из генов меньшей клетки, и эти два вида стали зависимыми друг от друга: большая клетка не может существовать без энергии, произведённой малой, а та, в свою очередь, не может выжить без материалов, предоставляемых большой клеткой. Вся клетка в настоящее время считается единым организмом, а малые клетки классифицируются как органеллы и называются митохондриями.[112]

Аналогичный случай произошёл, когда фотосинтезирующая  цианобактерия[113] внедрилась в крупную гетеротрофную клетку и стала хлоропластом.[106]:60–61[114]:536–539 Вероятно, в результате этих изменений, линия клеток, способных к фотосинтезу отделилась от других эукариот более 1 млрд лет назад. Вероятно было несколько таких событий включений. Кроме этих, устоявшихся эндосимбиотических теорий клеточного происхождения митохондрии и хлоропласта, есть теории, что клетки внедрились в пероксисомы, спирохеты в реснички и жгутиковые, и что, возможно, ДНК-вирусы внедрились в клеточное ядро,[115],[116] хотя ни одна из них получила широкого признания.[117]

Археи, бактерии и эукариоты продолжают увеличивать  свое разнообразие и становятся все  более сложными и лучше приспособленными к окружающей среде. Каждый домен  неоднократно разбит на несколько линий, однако мало что известно об истории  архей и бактерий. Около 1,1 млрд лет  назад сформировался суперконтинент Родиния.[118][119] Линии растений, животных и грибов распались, хотя они ещё существовали как одиночные клетки. Некоторые из них жили в колониях, и постепенно начало происходить разделение труда, например, периферийные клетки начали выполнять роли отличные от тех, которые выполняли внутренние клетки. Хотя разница между колонией со специализированными клетками и многоклеточным организмом не всегда ясна, около 1 млрд лет назад[120] появились первые многоклеточные растения, вероятно, зеленые водоросли.[121] Возможно, около 900 млн лет назад[114]:488 появились первые многоклеточные животные.

Сначала они, вероятно, напоминали современных  губок, которые имеют тотипотентные клетки, которые позволяют при разрушении организма собрать себя.[114]:483-487 Когда разделение труда во всех линиях многоклеточных организмов было завершено, клетки стали более специализированными и более зависимыми друг от друга, изолированная клетка погибает.

Суперконтиненты в протерозое[править | править исходный текст]

Реконструкция Паннотии (550 млн лет назад)

После того как примерно в 1960 году была создана  теория тектоники плит, геологи начали реконструировать движения и положения  континентов в прошлом. Это оказалось  довольно легко сделать до периода 250 миллионов лет назад, когда  все континенты были объединены в  суперконтинент Пангея. При реконструкции более поздних эпох нет возможности рассчитывать на очевидное сходство береговых линий или возраст океанической коры, но только на геологические наблюдения и палеомагнитные данные.[62]:95

На протяжении всей истории Земли были периоды, когда континентальные массы  собирались вместе, чтобы сформировать суперконтинент. После чего суперконтинент распадался и новые континенты расходились. Это повторение тектонических событий  называется циклом Уилсона. Чем дальше назад во времени, тем труднее  интерпретировать полученные данные. По крайней мере ясно, что примерно 1000—830 млн лет назад большинство  континентальных масс были объединены в суперконтинент Родиния.[122] Родиния не первый суперконтинент. Он сформировался ~1,0 млрд лет назад за счет аккреции и столкновения осколков от распада более старого суперконтинента, который называется Нуна или Колумбия, и который сформировался 2.0-1.8 млрд лет назад.[123][124] Это означает, что процесс тектоники плит, аналогичный сегодняшнему, вероятно был активен и в протерозое.

После распада  Родиния около 800 млн лет назад, возможно материки вновь объединились около 550 млн лет назад. Гипотетический суперконтинент иногда называют Паннотия или Вендия. Доказательством этого является фаза столкновения континентов, известная как пан-африканское горообразование, которая объединила континентальные массы современных Африки, Южной Америки, Антарктиды и Австралии. Весьма вероятно, однако, что агрегация континентальных масс не была завершена, так как континент, называемый Лаврентия (грубо говоря, современная Северная Америка) уже начал распадаться около 610 млн лет назад. По крайней мере, есть уверенность, что к концу протерозоя, основные континентальные массы были расположены вокруг южного полюса.[125]

Климат  и жизнь позднего протерозоя[править | править исходный текст]

Ископаемые  останки Spriggina floundensi эдиакарского периода 580 млн лет назад. Такие формы жизни могли быть предками многих новых форм, которые возникли в период кембрийского взрыва.

В конце  протерозоя было по крайней мере два  периода глобального оледенения Земли, настолько серьёзных, что  поверхность океана, возможно, была полностью заморожена. Это произошло  около 710 и 640 млн лет назад, в Криогение.[126] Эти суровые оледенения труднее объяснить, чем Землю-Снежок раннего протерозоя. Большинство палеоклиматологов считают, что холодные периоды были связаны с образованием суперконтинента Родиния. Так как Родиния была расположена на экваторе, скорость химического выветривания увеличивается и диоксид углерода (CO2) был изъят из атмосферы. Из-за того, что CO2 является важным парниковым газом, климат охлаждается во всем мире. Таким же образом, в течение Земли-снежка большая часть континентальной поверхность была покрыта вечной мерзлотой, которая снова снизила химическое выветривание, что привело к концу оледенения. Альтернативная гипотеза заключается в том, что достаточно углекислого газа было выброшено в результате вулканической деятельности, что привело к парниковому эффекту и повышению глобальной температуры.[127] Примерно в то же время произошло увеличение вулканической активности в результате распада Родинии.

За Криогением последовал эдиакарский период, который характеризуется быстрым развитием новых многоклеточных форм жизни.[128] Есть ли связь между концом глобальных ледниковых периодов и увеличением разнообразия жизни не ясно, но это совпадение не кажется случайным. Новые формы жизни, называемые эдиакарской биотой, были больше и разнообразнее, чем когда-либо. Несмотря на то, что систематика большинства форм жизни эдиакарской биоты неясна, некоторые из них были предками современных видов.[129] Важным событием стало появление мышечных и нервных клеток. Ни одна из эдиакарских окаменелостей не имела твердых частей тела, таких как скелеты. Впервые они появились на границе между протерозоем и фанерозоем или эдиакарского и кембрийского периодов.

Эдиакарская биота[править | править исходный текст]

Основная  статья: Эдиакарская биота

Эдиакарская биота или вендская биота — фауна ископаемых организмов, населявших Землю в эдиакарском периоде (около 635—542 млн лет назад).

Все они  обитали в море. Большинство из них резко отличаются от всех других ныне известных живых существ  и представляют собой загадочные, мягкотелые, в основном сидячие организмы, имеющие трубчатую (и обычно ветвящуюся) структуру. По своей форме они  подразделяются на радиально-симметричные (дискообразные, мешкообразные) и двусторонне-симметричные со сдвигом (похожие на матрасы, ветви  деревьев, перья). Для подобных существ предложен собирательный термин «Вендобионты»[130]; но их систематическое положение остается неясным. По мнению многих палеонтологов[131], они являются многоклеточными животными, но относящимися к типам, полностью вымершим и не оставившим потомков. В этом случае они входят в число древнейших найденных многоклеточных существ (см. также кембрийский взрыв).

С другой стороны, некоторые из позднейших представителей эдиакарской биоты (Kimberella, Cloudina) не похожи на остальных и, вероятно, являются примитивными моллюсками и полихетами. Однако степень их родства с вендобионтами неизвестна.

Все представители  эдиакарской биоты выглядят гораздо более примитивными по сравнению с животными следующего, кембрийского периода; но попытки найти среди них предков большинства типов кембрийских животных (членистоногих, позвоночных, кишечнополостных и др.) до сих пор не увенчались успехом.

Представители эдиакарской биоты появились вскоре после таяния обширных ледников в конце криогения, но стали распространенными лишь позже, около 580 миллионов лет назад. Вымерли они почти одновременно с началом кембрийского взрыва, животные которого, видимо, и вытеснили эдиакарскую биоту. Впрочем, изредка ископаемые, напоминающие эдиакарские, обнаруживаются ещё вплоть до середины кембрия (510—500 млн лет назад) — но это, в лучшем случае, лишь реликтовые остатки когда-то процветавших экосистем[132].