10: Коротка історія життя на Землі

Різноманітність видів, екосистем та ландшафтів, які оточують нас сьогодні, є продуктом, можливо, 3,7 мільярда (тобто 3,7 × 1093,7 × 109) до 3,85 мільярда років еволюції життя на Землі (Mojzsis et al., 1996; Fedo and Whitehouse, 2002). Життя, можливо, спочатку еволюціонувало в суворих умовах, можливо, порівнянних з глибоководними тепловими отворами, де в даний час виявлені хемо-автотрофні бактерії (це організми, які отримують свою енергію лише з неорганічних, хімічних джерел).

Також запропоновано підземну еволюцію життя. Скелясті шари глибоко нижче материків та дна океану, які раніше вважалися занадто бідними поживними речовинами для підтримки життя, тепер виявили, що підтримують тисячі штамів мікроорганізмів. Види бактерій були зібрані зі зразків гірських порід майже на 2 милі нижче поверхні, при температурі до 75 градусів Цельсія. Ці хіміо-автотрофні мікроорганізми отримують свої поживні речовини з хімічних речовин, таких як вуглець, водень, залізо та сірка. Глибокі підземні громади могли еволюціонувати під землею або виникати на поверхні і бути похованими або іншим чином транспортуватися в підземні гірські пласти, де вони згодом еволюціонували ізольовано. У будь-якому випадку, вони здаються дуже старими спільнотами, і можливо, що ці підземні бактерії, можливо, відповідали за формування багатьох геологічних процесів протягом історії Землі (наприклад, перетворення мінералів з однієї форми в іншу та ерозія гірських порід) (Фредріксон і Онстотт, 1996).

Найбільш ранні докази фотосинтетичних бактерій - підозрюваних на ціанобактерії - датуються десь між 3,5 і 2,75 мільярдами років тому (Schopf, 1993; Brasier et al., 2002; Hayes, 2002). Ці перші фотосинтезуючі організми відповідали б за викид кисню в атмосферу. (Фотосинтез - це утворення вуглеводів з вуглекислого газу та води шляхом дії світлової енергії на світлочутливий пігмент, такий як хлорофіл, і зазвичай призводить до виробництва кисню). До цього атмосфера в основному складалася з вуглекислого газу, а інші гази, такі як азот, чадний газ, метан, водень та сірчані гази, присутні в менших кількостях.

Ймовірно, це зайняло більше 2 мільярдів років, від початкового появи фотосинтезу для концентрації кисню в атмосфері, щоб досягти рівня, який він є на сьогоднішній день (Hayes, 2002). У міру підвищення рівня кисню деякі ранні анаеробні види, ймовірно, вимерли, а інші, ймовірно, стали обмеженими середовищами існування, які залишилися вільними від кисню. Деякі припускали, що спосіб життя постійно проживав всередині аеробних клітин. Анаеробні клітини могли б, спочатку, були включені в аеробні клітини після того, як ці аероби охопили їх як їжу. Крім того, анаероби могли вторгнутися в аеробних господарів і стати паразитами всередині них. Так чи інакше, більш інтимний симбіотичний зв'язок згодом розвинувся між цими аеробними та анаеробними клітинами. У цих випадках виживання кожної клітини залежало від функції іншої клітини.

Еволюція цього симбіотичного зв'язку була надзвичайно важливим кроком еволюції більш складних клітин, які мають ядро, що є характеристикою евкарії або еукаріотів (eu = добре, або правда; і каріон = ядро, або ядро). Недавні дослідження порід Західної Австралії припустили, що найранішим формам одноклітинних еукаріотів може бути не менше 2,7 мільярда років (Anon, 2001). Згідно з сучасними теоріями, протягом цих 2,7 мільярдів років було достатньо часу для того, щоб деякі гени анаеробного вторгнення були втрачені або навіть перенесені в ядро аеробної клітини господаря. В результаті геноми родового загарбника та родового господаря стали змішаними, і ці дві сутності тепер можна розглядати як одне з генетичної точки зору.

Еволюційна історія Євкарії описана в різних стандартних посиланнях і тому тут не розглядається детально. Коротко, евкаріоти складають три добре відомі групи - вірідіпланти або зелені рослини, гриби та метазої або тварини. Існує також багато базальних груп евкаріотів, які надзвичайно різноманітні - і багато з яких еволюційно стародавні. Наприклад, Rhodophyta, або червоні водорості, які можуть бути сестринською групою Viridiplantae, включає викопних представників, що датуються докембрійськими 1025 мільярдами років тому. Stramenopiles включає в себе дрібні одноклітинні організми, такі як діатомові водорості, грибоподібні види водяних цвілі та пухнасті цвілі, а також надзвичайно великі, багатоклітинні бурі водорості, такі як ламінарії.

Найбільш ранніми відомими зеленими рослинами є зелені водорості, що датуються кембрійським, щонайменше 500 мільйонів років тому. До кінця девону, 360 мільйонів років тому, рослини стали досить різноманітними і включали представників, схожих на сучасні рослини. Зелені рослини були надзвичайно важливими у формуванні навколишнього середовища. Підживлюючись сонячним світлом, вони є основними виробниками вуглеводів, цукрів, які є необхідними харчовими ресурсами для травоїдних тварин, які потім є здобиччю хижих м'ясоїдних тварин. Еволюція і екологія комах-запилювачів тісно пов'язана з еволюцією покритонасінних, або квітучих рослин, починаючи з юрського і крейдяного періодів.

Гриби, які датуються докембрійськими часами близько 650 до 540 мільйонів років тому, також важливі у формуванні та підтримці біорізноманіття. Розщеплюючи мертвий органічний матеріал і використовуючи це для свого росту, вони переробляють поживні речовини назад через екосистеми. Гриби також відповідають за спричинення кількох захворювань рослин і тварин. Гриби також утворюють симбіотичні стосунки з породами дерев, часто в бідних поживними речовинами ґрунтах, таких як у вологих тропіках, дозволяючи їхнім деревам-симбіонтам здатність процвітати в тому, що інакше було б важким середовищем.

Метазої, які датуються понад 500 мільйонів років тому, також відповідали за формування багатьох екосистем, від спеціалізованих трубкових черв'яків глибоководних, гідротермальних вентиляційних спільнот океанського дна, до птахів, що живуть на великих висотах Гімалаїв, таких як імпейський фазан та тибетський сніговий півень. Багато видів тварин паразитують на інших видах і можуть істотно впливати на поведінку і життєві цикли своїх господарів.

Таким чином, еволюційна історія Землі фізично та біологічно сформувала наше сучасне середовище. Багато існуючі ландшафти засновані на залишках більш ранніх форм життя. Наприклад, деякі існуючі великі скельні утворення - це залишки стародавніх рифів, утворених 360-440 мільйонів років тому громадами водоростей і безхребетних (Veron, 2000).