Эволюционный взрыв» в начале кембрия

Археозойская и протерозойская эры геологической истории Земли оставили чрезвычайно мало ископаемых остатков организмов, поэтому обе эти эры называют этапом скрытой жизни или криптозоем. Наиболее важными событиями в криптозое стали появление прокариотных одноклеточных организмов, способных к фотосинтезу, переход к эукариотному уровню организации клетки и возникновение многоклеточных организмов. И вот после «немых» осадочных пород криптозоя в кремнистых сланцах, соответствующих началу кембрийского периода (около 570 млн лет назад) внезапно появляется огромное разнообразие и обилие остатков ископаемых организмов. Среди них и низшие многоклеточные (губки, кишечнополостные), и высокоразвитые типы животных (плеченогие, моллюски, членистоногие и др.). В осадочных породах позднего кембрия находят почти все известные типы многоклеточных животных. Этот взрыв формообразования в начале кембрийского периода - одно из самых загадочных событий в геологической истории Земли. Благодаря этому криптозой часто называют докембрием, а всю последующую историю Земли - этапом явной, наблюдаемой жизни или фанерозоем.

Что же привело к этому «эволюционному взрыву»? Некоторые ученые считают, что он был обусловлен катастрофическими изменениями внешних условий, например, повышением уровня жесткой космической радиации в результате взрыва Сверхновой звезды на близком расстоянии от Солнца. Это привело к резкому усилению мутационных процессов и, как следствие, возникновению новых организменных форм. Однако, такая концепция не выдерживает критики, так как эволюционные изменения обычно порождаются малыми мутационными сдвигами, а сильные мутации, как правило, летальны. Вообще к «катастрофическим» объяснениям эволюционных явлений, особенно опирающимся на такие космические аномалии, как взрывы и столкновения, следует относиться очень осторожно, предпочитая им концепции, основанные на анализе конкретных земных факторов.

Одна из таких концепций, выдвинутая в 60-е годы XX века (Л. Беркнер и Л. Маршалл), связывает «эволюционный взрыв» в начале кембрия с изменением содержания свободного кислорода в земной атмосфере. Как уже отмечалось выше, зарождение жизни произошло в бескислородной атмосфере. Необходимую энергию для протекания жизненных процессов организмы получали тогда в результате анаэробной диссимиляции (брожения)

С₆Н₁₂О₆ ® 2СН₃СН₂СН + 2СО₂ + 210 кДж/моль.

Эта химическая реакция в 14 раз энергетически менее эффективна, чем аэробная диссимиляция (дыхание)

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ® 6СО₂ + 6Н₂О + 2870 кДж/моль.

Но для этой реакции требуется свободный кислород, которого тогда в атмосфере не было. Он стал накапливаться, когда в синезеленых водорослях начался процесс фотосинтеза. Около 600 млн лет назад содержание свободного кислорода в атмосфере достигло 0,01 от современного (так называемая точка Пастера). Именно с этого момента дыхание становится основным источником энергии организмов, что резко интенсифицирует метаболизм и все жизненные процессы. Это и явилось предпосылкой к ускорению эволюционных преобразований.

Кроме того, при содержании кислорода в атмосфере 0,01 от современного начал формироваться озоновый экран, который защищал от жесткой ультрафиолетовой радиации сначала верхние слои водоемов, а затем и сушу, где условия для повышения разнообразия форм становятся более благоприятными, чем в глубинах океана.

Все это и привело к тому, что в течение всего 15 млн лет кембрийского периода в палеонтологической летописи Земли появились представители почти всех известных типов организмов.

Биологическое многообразие живых организмов

И его роль в организации и сохранении устойчивости биосферы

За период, охватывающий около 3 млрд. лет, на Земле в результате биологической эволюции возникали все новые и новые разнообразные виды живых организмов (процесс видообразования продолжается и сегодня). В жесткой борьбе за существование многие из них исчезли безвозвратно, другие подвергались эволюционным изменениям и давали начало видам, их сменяющим, многие виды сохранились до наших дней. Сегодня живой мир нашей планеты «бесконечно» разнообразен и включает огромное число видов, что видно из таблицы 13.2.

Сегодня хорошо известно, что стабильность существования биосферы как экологической системы планетарного масштаба, зависит именно от многообразия видов живых организмов, ее составляющих. Все виды организмов находятся в прямой или косвенной взаимосвязи друг с другом (трофические, тропические и т.п.). На основании изучения естественных экологических систем с небольшим числом видов, их составляющих, (например: пещерные экосистемы, тундровые), а также искусственных (агробиогеоценозы, лабораторные экспериментальные экосистемы)

Таблица 13.2

убедительно показана нестабильность таких систем, их уязвимость. Так изъятие, гибель даже одного вида может повлечь сильное повреждение и гибель данной системы.