Розвиток органічного світу Землі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розвиток органічного світу

Природним є питання: навіщо нам потрібні такі карти? Насамперед для прогнозування певних корисних копалин. Наприклад, виявлення площ вугленакопичення певного віку, вивчення нафтогазоносних відкладень, умов формування підземних вод. Слід відзначити, що складання таких палеогеографічних карт почалося ще в середині XIX ст., коли такі дослідження не були суто прагматичними. Учених цікавило, як розвивалася земна кора, під впливом яких сил і як саме все це відбувалося та змінювалося в часі. Так почалося вивчення тектонічних рухів, про які наразі ми знаємо досить багато. І спробуємо дізнатися ще більше.

Що може бути показане на таких картах? Насамцеред тут зображаються території, зайняті морями й підвищеними континентальними площами. Нагромадження деяких порід відбувалося лише на певних глибинах, що дозволяє визначати також глибини акваторій, Зокрема, це стосується деяких карбонатних, глауконітових порід або окремих морських організмів, що жили на сприятливих для них оцінках глибин, наприклад, коралів, писальної крейди, деяких силікатних порід. Іноді такі організми або рослини дозволяють говорити також про клімат відповідного часу, стверджувати, що він був теплим або посушливим. Нагромадження флішових утворень, чергування піщано-глинистих порід свідчать про формування їх у водних басейнах з порізаним рельєфом, у ділянках з підвищеною сейсмічністю. А викопні кори вивітрювання дозволять виявляти рівнинні площі, що існували тривалий час і де протікали процеси руйнування порід, які виходили на поверхню. Усе.це -- ті питання, якими займається літологія, фаціальний аналіз, інші науки, що співпрацюють з палеогеографією.

Набір палеогеографічних карт для різних геологічних періодів і епох наочно показує, як розвивався рельєф на досліджуваних територіях у часі. Це своєрідна ілюстрація прояву тектонічних рухів, переважно вертикальних коливальних переміщень. Якщо ж ми спробуємо подумки «розпрямити» деформації та складки в межах складчастих споруджень, то це дасть можливість Отримати уявлена ня про ширину того басейну, де спочатку накопичувалися морські осадки. Такі дослідження вже проводилися на Уралі, Кавказі та в інших областях і дозволили визначити ширину колишнього Уральського океану приблизно у 2,5 тис. км, а Тетісу в районі Кавказу -- у 4 тис. км. Це лише окремі приклади палеогеографічних побудов. Важливо відзначити, що подібні питання вивчаються зазвичай у комплексній взаємодії різних і різнорідних наук.

Вивченням органічного світу минулого опікується палеонтологія -- наука, що сформувалася на рубежі біології й геології. Так вийшло, що біологічний за своєю суттю напрям більш повно й глибоко вивчається історичною геологією, зокрема стратиграфією. Це пов'язано з тим, що саме викопні палеонтологічні рештки дозволяють легко й найбільш точно датувати осадочні породи, що містять їх та які перебувають в основі біостратиграфії та геологічного картографування -- методу складання відповідних карт. Те саме стосується тієї частини палеоекології, що розглядає залежність розвитку органічного світу від різноманітних зовнішніх впливів.

У цьому розділі ми розглянемо лише кілька основних проблем порушеної теми: етапи формування рослинного і тваринного світу, роблячи основний акцент на причинах такої етапності та їх розбіжності, а також на співвідношенні понять еволюції та катастроф. Незважаючи на уявну зрозумілість цих питань і величезну кількість досліджень у цій сфері, деякі з розглянутих положень вимагають повних уточнень або навіть додаткового вивчення. Висновки й положення геологів, біологів і палеоекологів не завжди узгоджуються. Водночас вони є дуже, важливими, тому що формують наш світогляд. Крім цього, представником органічного світу є людина, і нам важливо з'ясувати, чи впливали Природні фактори минулого па її розвиток. Археологія, що займається розглядом частини цих питань, не завжди має потрібну інформацію.

Етапи розвитку рослинного й тваринного світу

Вважається, що життя на Землі існує вже 3,5 млрд років. Вік найдавніших палеонтологічних решток в Африці, Північній Америці, Австралії та й у нас в Україні визначається в 3,7-3 млрд років. Це були одноклітинні організми (прокаріоти), які становили дні самостійні групи -- бактерій та синьозелених водоростей (ціанофітів). Перші їх представники жили практично в безкисневому середовищі (вміст кисню в атмосфері становив близько 0,02 %), у мілководних басейнах, які іноді підігрівалися вулканічним теплом. Сучасна наука обстоює теорію зародження життя на нашій Планеті: часу й умов для цього було достатньо; значно менше дослідників вважає, що вона була принесена ззовні.

На початку пізнього протерозою (1,65 млрд років тому) з'явилися еукаріоти -- організми з відокремленим ядром. Віковий рівень у 1,2 млрд років -- це час появи багатоклітинних організмів, які вже були давніми «предками» наших рослин і тварин. Особливої розмаїтості органічний світ докембрію досяг у венді, у другій його половині, або близько 630 млн років тому. Рослини й тварини цього часу були представлені вже досить різноманітними водоростями* а також угрупованнями кишковопорожнинних (медуз, поліпів), червоподібними та іншими групами. Усі організми пізнього докембрію не мали твердого мінерального скелета, тому їх рештки знаходять дуже нечасто. Ця фауна отримала назву едіакарської (за назвою відповідної копальні в Австралії, де її вперше було виявлено й описано), або вендської. Загалом цей найбільш тривалий інтервал часу докембрійської геологічної історії прийнято називати криптозоєм -- часом прихованого життя.

Початок кембрійського періоду, який, за сучасними уявленнями, відповідає віковому рівню 570 млн років, характеризується появою мінерального скелета в кількох груп організмів, що дозволяє більш повно вивчати історію розвитку біоти й точніше датувати її породи та події. Інтервал часу від початку кембрію називається фанерозоєм, або часом явного життя. Він поділяється на палеозойську, мезозойську й кайнозойську ери. Для цього часу вже можна встановлювати певні закономірності в розвитку органічного світу, однією з яких слід вважати те, що етапи життя тваринного й рослинного світу не збігаються, хоча офіційно палеонтологія це положення не формулює, й не розвиває. Ще однією особливістю розвитку біоти в цілому потрібно вважати виразну залежність від певних історико-геологічних подій. Частково ілюстрацією таких положень може бути наведена нижче схема розвитку органічного світу у фанерозої.

Спробуємо прокоментувати її з урахуванням сформульованих раніше положень. Насамперед, існування трьох ер, або головних етапів цього часу, слід вважати досить умовним, таким, що не відповідає повною мірою розвитку його основних груп. Так, амфібії й рептилії з'явилися ще в палеозої, а перші птахи та ссавці -- у середині мезозою. Задовго до кінця палеозою вимирають такі своєрідні групи організмів, як граптоліти й трилобіти. Тільки табуляти (чотирипроменеві корали), гоніатити та плауни більш або менш чітко належать до середнього й пізнього палеозою, а белемніти й амоніти -- до другої половини мезозою.

Ще більш виразним є невідповідність трьох ер фанерозою етанам розвитку рослинного світу. Деякі дослідники поділяють час його формування на талофіт (час розвитку морської рослинності), псилофіт (силур-середній девон), палеофіт, мезофіт і кайнофіт з кінця ранньої крейди) Інші пропонують поділяти палеозойську еру на дві самостійні й першу з них називати таласозоєм, або метазоєм: життя цього часу було зосереджено переважно в морях (Світовому океані). Тільки з девонського періоду вона в значних масштабах виходить на земну поверхню.

Водночас дуже чіткою є залежність змін у розвитку органічного світу від певних історико-геологічних подій. Так, зіткнення Північної Америки з Євразією, наслідком чого стала ліквідація давнього океану Япетус, змусило морські організми, які опинилися в системі лагун, пристосовуватися до континентальних умов життя. Саме це було головною причиною виходу рослин, а потім амфібій і рептилій на поверхню. І навпаки, розкол Панґеї, який проявився на початку мезозою, а потім різко посилився в середині його, та утворення молодих океанів зумовили появу цератитів, амонітів, белемнітів, літаючих ящерів і птахів, нових груп риб.

Цікавою може вважатися причина появи й розквіту покритонасінних, або квіткових, рослин, що не має поки що однозначного трактування. Ця подія належить до кінця ранньої крейди (іноді уточнюють -- в альбському віці) і датована точно. Саме в цей час, або 100 млн років тому, Земля зазнала активного космічного бомбардування великими метеоритами, наслідком чого став прояв інтенсивного так званого орогенного вулканізму, що супроводжувався значними викидами в атмосферу вулканічного попелу. Мабуть, такі умови виявилися несприятливими для папоротей і голонасінних рослин, які тоді панували, а покритонасінні та хвойні відносно легко пристосувалися до них. Розквіт покритонасінних рослин зумовив появу численних комах, а слідом за ними -- і птахів.

Подібна залежність розвитку органічного світу від природних подій існувала й у докембрії. Поява еукаріот, що належить до межі між раннім і пізнім протерозоєм, відповідає часу найбільшої структурно-геологічної перебудови, яку Г. Штілле образно назвав «великим оновленням». Поява багатоклітинних організмів 1,2 млрд років тому припадає на початок дуже виразного гороутворення, названого готським у Європі та ельсонським у Північній Америці.

Більш складною й дуже цікавою є поява едіакарської (вендської) фауни, датована значеннями 630 млн років. Це був час, коли скінчилася найдовша за всю історію Землі льодовикова ера, що тривала в інтервалі 950--640 млн років тому. її завершення супроводжувалося великим базальтовим вулканізмом, що може свідчити про розкол тодішнього суперматерика, який іноді називають Панґеєю-2. До речі, саме тоді почав формуватися океан Япетус.

Едіакарська фауна, хоча й була досить високорозвиненою, на відміну від'фанерозойської не мала ще мінерального скелета. З появою кембрійських археоціат і молюсків вона зникла.

Дуже цікаву й переконливу гіпотезу щодо появи та зникнення едіакарської фауни сформулював свого часу Г. П. Леонов (1985). Він вважав, що ця,група організмів зародилася не в морських, а в ізольованих континентальних басейнах, куди надходила прісна вода, що утворилася в результаті танення льодовиків. Ці організми не були пристосовані для проживання в солоній морській воді, тому розколи материкових площ. у середині венда і наступи морів, що супроводжували це явище, зумовили їх загибель. Однак організми, що пристосувалися до таких умов і згодом набули мінеральний скелет (на думку вченого, це було зумовлено проживанням високороз-нинених організмів у солоній воді!), продовжили свій розвиток уже в умовах морських басейнів. Отже, коли ми говоримо про те, що сучасне життя зародилося в океанах, то маємо зробити певне виправлення. В океанах і, найбільш активно, в прибережних морях воно розвивалося згодом. А зародитися могло у внутрішньоматерикових басейнах.

Таким чином, схема розвитку органічного світу й розробка його етапів є більше складною, ніж це передбачають наявні схеми, і не остаточно вивченою" й розв'язаною проблемою. Виділення палеозойської, мезозойської й кайнозойської ер -- це певна умовність, що не стільки відбиває процес її еволюції, скільки є прийнятою мірою часу. Ці етапи мають Дуже різну тривалість. Водночас усі основні перетворення в органічному світі -- це результат впливу певних історико-геологічних подій.

Еволюція, катастрофи й революційні зміни

Однією з кардинальних проблем палеонтології і навіть природознавства в цілому, яка хвилювала вчених різних країн уже майже впродовж трьох століть, було ставлення до еволюції й катастроф у розвитку органічного світу. Упродовж другої половини XIX і першої половини XX ст. ці уявлення були об'єктом гострих дискусій, у процесі яких збільшувалася або зменшувалася кількість прихильників того чи іншого напряму. Оскільки цілеспрямованим вивченням історії й закономірностей розвитку органічного світу займалася історична геологія, саме вона бралася розв'язати цю і галеонтологічну або навіть палеоекологічну проблему.

Розгляд цих питань слід розпочати з уточнення понять про еволюцію й катастрофи. Єдиного розуміння термінів «еволюція» та «еволюціонізм» не існує. Найбільш правильним буде трактувати ці поняття як поступовий, цілеспрямований процес безперервних* кількісних і якісних змін, що не супроводжуються певними стрибками або різкими перетвореннями. Більш або менш однаково розуміють катастрофізм, що передбачає існування різких стрибків або навіть докорінних змін у процесі розвитку органічного світу, що зумовлені різноманітними природними катастрофами. Вони вважаються неодмінною умовою розвитку й основною рушійною силою еволюції. Слід відзначити, що ці два вчення традиційно протиставлялися одне одному. Така їх взаємна непримиренність визначалася тими обставинами, за яких ці теорії формувалися.

Біблійні уявлення еволюцію не передбачали. «Видів стільки, скільки їх створив Бог», -- упевнено стверджували ще в XVII ст. Знахідки викопних палеонтологічних решток, аналогів яких не існувало в сучасному органічному світі (белемніти, амоніти, трилобіти та ін.), розглядалися або як мінеральні утворення, своєрідна «гра природи», або як продукт Божого цокарання. Разом з тим, Біблія передбачала катастрофи: досить згадати Всесвітній потоп або очікування апокаліпсиса. Щось подібне було й в інших релігіях. Це було цілком природним: давня людина неодноразово спостерігала природні катастрофи, а над явищем: еволюції не замислювалася.

Уже в середині XVI ст. у науці з'явилися перші обережні ідеї про можливість змін у розвитку органічного світу (Ф. Русус, 1566), сумніви у факті Всесвітнього потопу. Водночас офіційна наука того часу намагалася дотримуватися релігійних канонів, лише уточнюючи їх. Так, Г. В. Лейбніц (1646-1716) сформулював «принцип безперервності» , що передбачав спадковість в еволюційній зміні. Він же стверджував, що «природа не робить стрибків». Ці положення згодом повторили К. Лінней (1751), П. С. Паласс (1766) та ін. Лише в 1762 р. швейцарський дослідник ПІ. Бонне ввів в ужиток термін «еволюція» . Паралельно робилися спроби уточнювати певні релігійні канони. Так, Ж. Бюффон (1749,1778) склав одну з перших схем розвитку природи, яка передбачала відмову від всесвітніх катастроф і базувалася на поступовій і тривалій дії природних факторів. Він пояснив утворення Землі в результаті відриву певної маси від Сонця. Однак життя існувало на ній вічно. Воно з'явилося, за його теорією, 38 949 років тому й мало зникнути через 93 291 рік. Природно, що такі його погляди помітила Церква, і в результаті осуду Сорбонною в 1751 р. він був змушений «відмовитися» від них.

Наукове обґрунтування положень катастрофізму належить Ж. Кюв'є (1812), який у своїй роботі «Міркування про перевороти на земній поверхні» показав можливість кількаразової загибелі організмів і наступного заселення з інших областей, які не були охоплені такою катастрофою. Ці положення обґрунтовувалися різкими змінами палеонтологічних решток у стратиграфічних розрізах Франції та інших регіонів. Його ідеї підхопило багато дослідників -- Ж. А. Агассіс, Л. Бух, Елі де Бомон, Д'Орбіньї та ін. Серед причин можливих катастроф називалися короткочасні великі зледеніння, активні вулканічні процеси, епізодичні тектонічні рухи, що супроводжувалися різкими скороченнями морських площ, складкоутворенням тощо. На відміну від Ж. Кюв'є деякі дослідники говорили про кількаразові світові катастрофи, унаслідок чого гинуло все живе, а потім життя відроджувалося або навіть народжувалося знову. Так, Елі де Бомон (1829) нарахував в історії Землі 32 подібні катастрофи.

Водночас ідеї катастрофізму не затвердилися досить міцно. 30-ті рр. XIX ст. вважаються часом утворення геології як самостійної науки, що зазвичай пов'язується з ім'ям Ч. Лайєля. Розвиток Землі, за його уявленнями, відбувався шляхом місцевих змін, серед причин яких називалися землетруси й прояви вулканізму; загальних світових катастроф не було. Основний удар, якого геологія завдала біблійним канонам, полягав в обґрунтуванні тривалості багатьох природних процесів у розвитку Землі, що різко перевищувала час, відведений Біблією на загальне існування планети. Ще одним ударом були ідеї Ч. Дарвіна -- засновника теорії біологічної еволюції. Тріумфом його досліджень стала робота «Походження нидів» (1859), яка закріпила еволюційне вчення не лише в палеонтології, але й у природознавстві. Головний нонсенс його ідеї полягав у тому, що людина, яка трактувалася як вінець божого творіння, походить від мавп! І хоча сучасні уявлення трохи уточнюють Дарвіна, говорячи про те, що й мавпа, і людина мають загального предка, конфуз залишився. І незважаючи на подальший розвиток положень про прискорення певних природних процесів (явище анастроф Й. Вальтера), спроби обґрунтування орогенічних фаз Г. Штілле (1924), які трактувалися як революції або своєрідні катастрофи в неживій природі, ідеї катастрофізму ще в першій полонині XX ст. у нашій країні зазнавали різкої критики.

Справи змінилися з другої половини XX ст. Детальні геологічні й палеонтологічні дослідження дозволили фіксувати на певних пікових рівнях короткочасну загибель або зникнення окремих груп живих організмів, що могло розглядатися як результат якоїсь природної катастрофи. Навіть більше, така загибель підтверджувалася певними кількісними підрахунками. На підставі цього було обґрунтовано теорії про великі й малі вимирання, прикладом перших її яких були події на рубежі палеозою й мезозою, а також мезозою й кайнозою. З іншого, боку, вивчення бомбардування Землі великий ми метеоритами й можливість датувати такі події, у тому числі прив'язувати їх до часу вимирань, дозволили обґрунтувати меха- і нізм можливої катастрофи. Крім того, була показана можливість існування своєрідного ритму такого бомбардування, що повторюється через 26 млн років (Д. Рауп і Дж. Сепкоскі та ін.). Це докорінно змінило тривале наукове протистояння.

Л.В. Альварес (1980), базуючись на даних збагачення іридію і й осмію на межі крейдяних і палеогенових порід (мезозою й кайнозою), сформулював гіпотезу про космічну причину тодішнього великого вимирання. Надалі більш детальне вивчення цього процесу» дозволило обґрунтувати універсальну причину такого фактора; було також розроблено механізм подібного впливу.

Детальні історико-геологічні й палеонтологічні дослідження,; дозволили також установити, що загибель одних груп органічного; світу, як правило, збігається з появою або розквітом інших. Так, загибель динозаврів на межі мезозою й кайнозою збіглася з різкою ; активізацією розвитку ссавців. З космічним бомбардуванням на-| прикінці ранньої крейди (100 млн років тому) збігається поява покритонасінних рослин, що сприяло активному розвитку комах і птахів. Передостаннє активне космічне бомбардування, що відбулося 40 млн років тому, могло сприяти появі напівмавп (лемурів), а останнє -- людиноподібних мавп і згодом -- людини. Тож певною мірою ми діти космосу. І навіть катастроф. А не лише вулканів, як про це говорилося вище.

З огляду на сучасні уявлення еволюція має трактуватися як своєрідна, реакція живої природи на катастрофи. Оскільки в результаті загибелі певних груп органічного світу з'являються або навіть розквітають нові, можна стверджувати, що катастрофи прискорюють перебіг еволюційного розвитку. Це дозволяє не лише успішно завершити тривалу наукову суперечку, але й показати;правоту обох точок зору. З тією лише поправкою, що вони мають не просто виключати протилежну думку, а узгоджуватися одна з одною. До речі, близьку думку ще в першій половині XX ст. розвивав харківський дослідник, професор Д. М. Соболєв, який вважав катастрофи складовою еволюційного процесу, за що його нещадно критикували.|

Великі й малі вимирання, їх причини

Вивчення цієї проблеми зазвичай зводиться до кількісних під4 рахунків утрат в органічному світі на певних вікових рівнях, а також виявлення конкретних причин тих катастроф, про які йшлося в попередньому розділі. Це одне з основних питань палеоекології, яка розвивалася на стику палеонтології й екології. Цікаво, що вона почала формуватися практично одночасно із загальною екологією, а можливо, навіть випереджаючи її. Так, ще в 1854 р. К, Ф. Рульє сформулював систему принципів (законів) спілкування тварин з навколишнім середовищем, зовнішнім світом, що дозволяє вважати його засновником порівняльно-історичного методу в еволюційній екології. Е. Геккель, який увів термін і поняття «екологія» (1866), активно цікавився питаннями геології та вважав, що лише ця наука дасть остаточний доказ учення про розвиток. В. О. Ковалевський (1873) на основі своїх палеонтологічних досліджень підтвердив еволюційну теорію Ч. Дарвіна, заклавши тим самим підвалини еволюційної палеонтології. Однак найбільш обґрунтовані положення в цій сфері були отримані біостратиграфією, що вивчала закономірності розміщення в розрізах палеонтологічних решток.

Упродовж останніх 570 млн років, або фанерозою, що є найбільше повно вивченим щодо розвитку органічного світу, зафіксовано кілька десятків значних вимирань, деякі з них належать до великих. Частину таких втрат наведено в таблиці 8. Найбільш ішачними можна вважати вимирання на межі палеозою й мезозою, коли зникло близько половини родин і понад 90 % родів морських організмів. Серед найбільших груп зниклих організмів були чотирипроменеві корали, табуляти, гоніатити, а серед рослин -- псилофіти й кордаїти. Наприкінці крейдяного періоду вимерло 16 % родин, близько 44 % родів і 90 % видів, у тому числі майже цілком зникли такі групи тварин, як динозаври, амоніти, белемніти, строїм атопорати.

Історична геологія й палеонтологія довго й активно шукали причини таких і багатьох інших вимирань, називаючи серед них різні природні процеси. Серед головних факторів можливого катастрофізму називалися зледеніння, оскільки на момент розвитку цього палеоекологічного напряму названий природний процес минулого активно вивчався. Теоретично різке похолодання не може зумовити загибель певних груп організмів, тим більше морських. Тварини й рослини, для яких такі умови виявляються несприятливими, можуть переміститися ближче до екватора. Водночас кліматичні зміни безумовно позначаються на розвитку біоти. Серед найвиразніших прикладів можна назвати появу едіакарської фауни після пізньопротерозойського похолодання або факт загибелі мамонтів і низки інших приполярних тварин у результаті різкого голоценового потепління й танення четвертинних льодовиків, що відбувалося 10 тис. років тому.

розвиток органічний світ палеонтологія

Размещено на Allbest.ru