Как на Земле появилась вода?
Есть несколько теорий о происхождении жизни на Земле. Например, одна из давних гипотез гласит, что она занесена на Землю из космоса, но неоспоримых доказательств этого нет. Кроме того, та жизнь, которую мы знаем, удивительно приспособлена для существования именно в земных условиях, поэтому если она и возникла вне Земли, то на планете земного типа. Большинство же современных ученых полагают, что жизнь зародилась на Земле, в ее морях. Но как произошла сама планета и как на ней появились моря?
По этому поводу существует одна широко признанная теория. В соответствии с ней Земля образовалась из облаков космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, которые спрессовались в шар. Горячий водяной пар вырывался с поверхности этого раскаленного докрасна шара, окутывая его сплошным облачным покровом. Водяной пар в облаках медленно охлаждался и превращался в воду, которая выпадала в виде обильных непрерывных дождей на еще раскаленную, пылающую Землю. На ее поверхности она снова превращалась в водяной пар и возвращалась в атмосферу. За миллионы лет Земля постепенно потеряла так много тепла, что ее жидкая поверхность, остывая, начала твердеть.
Так образовалась земная кора.
Прошли миллионы лет, и температура поверхности Земли еще больше понизилась.
Ливневые воды перестали испаряться и стали стекать в огромные лужи. Так началось воздействие воды на земную поверхность. А потом из-за понижения температуры произошел настоящий потоп. Вода, которая до этого испарялась в атмосферу и превратилась в ее составную часть, беспрерывно низвергалась на Землю. С громом и молниями обрушивались из облаков мощные ливни. Мало-помалу в самых глубоких впадинах земной поверхности скапливалась вода, которая уже не успевала совсем испариться. Ее было так много, что постепенно на планете образовался доисторический Океан. Молнии рассекали небо. Но никто этого не видел. На Земле еще не было жизни.
Земля сформировалась, вероятно, 4,5–5 млрд. лет назад из гигантского облака космической пыли, частицы которой спрессовались в раскаленный шар. Из него в атмосферу выделялся водяной пар, а из атмосферы на медленно остывавшую Землю в течение миллионов лет в виде дождей выпадала вода. В углублениях земной поверхности образовался доисторический Океан. В нем примерно 3,8 млрд. лет назад зародилась первоначальная жизнь.
Почему морская вода соленая?
Непрерывный ливень начал размывать горы. Вода стекала с них шумными ручьями и бурными реками. За миллионы лет водные потоки глубоко разъели земную поверхность и кое-где появились долины В атмосфере уменьшалось содержание воды, а на поверхности планеты ее скапливалось все больше. Сплошной облачный покров становился тоньше, пока в один прекрасный день Земли не коснулся первый луч солнца. Непрерывный дождь кончился. Большую часть суши покрыл доисторический Океан. Из ее верхних слоев вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море. Вода из него непрерывно испарялась, образуя облака, а соли оседали, и с течением времени происходило постепенное засоление морской воды.
Как возникла жизнь на Земле?
По-видимому, при каких-то существовавших в древности условиях образовались вещества, из которых возникли особые кристаллические формы. Они росли, как и все кристаллы, и давали начало новым кристаллам, которые присоединяли к себе все новые вещества. Солнечный свет и, возможно, очень сильные электрические разряды служили в этом процессе источником энергии. Может быть, из таких элементов зародились первые обитатели Земли — прокариоты, организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, то есть не использовали для дыхания свободный кислород, которого тогда еще не было в атмосфере. Источником пищи для них служили органические соединения, возникшие на еще безжизненной Земле в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, грозовых разрядов и тепла, образующегося при извержении вулканов. Жизнь существовала тогда в тонкой бактериальной пленке на дне водоемов и во влажных местах. Эту эру развития жизни называют архейской. Из бактерий, а возможно, и совершенно независимым путем, возникли и крошечные одноклеточные организмы — древнейшие простейшие животные.
На этом рисунке схематично изображено родословное древо животного царства. Простейшие одноклеточные и другие древние формы жизни размещены у основания древа, а самые высшие формы — в его кроне.
Они и сейчас составляют основу жизни в морях и пресноводных водоемах. Они так малы, что их можно увидеть лишь с помощью микроскопа. В капле воды из небольшого пруда их тысячи и тысячи. С этих простейших одноклеточных началось развитие всей животной жизни. В конце протерозоя, следующей эры после архея, 1000 — 600 млн. лет назад, уже существовала довольно богатая фауна: медузы, полипы, плоские черви, моллюски и иглокожие.
Что происходило в кембрии и силуре?
На картинке, помещенной на этой странице, изображены примитивные существа, обитавших приблизительно 600–570 млн. лет назад — в кембрийском геологическом периоде, первом периоде палеозойской эры. Мы впервые узнали о них благодаря ископаемым окаменелостям, которые обнаружили геологи, изучавшие Кембрийские горы в Великобритании. Отсюда и произошло название геологического периода истории.
От более простых по строению животных и растений, населявших море в конце протерозоя, не сохранилось следов. Можно только предполагать, что это были организмы, состоявшие только из мягких тканей, которые после смерти быстро полностью разлагались. Настоящих рыб в кембрии еще не было, но уже жили кишечнополостные, губки, ныне вымершие археоциаты, плоские и многощетинковые черви, улитки, каракатицы, раки и трилобиты.
Последние походили на раков длиной до 10 см. Для того времени это были настоящие гиганты, крупнее всех других существ. (На суше в то время жизни еще не было.)
В конце кембрия, очевидно, уже появились первые хордовые, похожие на современных ланцетников.
Вo время кембрийского геологического периода. 570 млн. лет назад, территория Центральной Европы была покрыта морем, на дне которого ползали трилобиты, росли кусты водорослей и там и сям торчали похожие на кубок морские губки. В толще кембрийского моря дрейфовали медузы.
В течение последующих миллионов лет животные постепенно изменялись, и в следующем геологическом периоде — силуре, начавшемся 500–400 млн. лет назад, кроме многочисленных трилобитов на морском дне появились новые обитатели — морские скорпионы.
В толще вод силурийского моря пассивно дрейфовали одноклеточные организмы и медузы. А по морскому дну ползали ракообразные и трилобиты, черви и животные, защищенные раковинами, например двустворчатые моллюски и улитки. Плавать могли лишь очень немногие из них. Даже первые позвоночные, внешне уже напоминавшие рыб, обитали на морском дне. В силуре в морях и пресных водах появились и странные «рыбы» — без челюстей и парных плавников. До наших дней дожили их родственники — миксины и миноги.
Когда появились первые рыбы?
В силурийский период уже появились первые настоящие рыбы. У этих похожих на акул пловцов было обтекаемое, покрытое панцирем тело, плавники, рот с подвижной челюстью, напоминавшей клюв и усаженной острыми зубами.
За миллионы лет в том же геологическом периоде развились два больших класса рыб — хрящевые и костные (двоякодышащие, кистеперые и лучеперые). К хрящевым, то есть имеющим хрящевой скелет, относятся акулы и скаты. В отличие от них, скелет костных рыб частично или целиком состоит из костной ткани. К костным относятся почти все хорошо знакомые нам промысловые рыбы: сельдь, камбала, треска и скумбрия, карп, щука и многие другие.
Всего на Земле в наши дни насчитывается 20 тысяч видов рыб, и населяют они не только моря, но и другие водоемы.
Примерно 450 млн. лет назад, в силуре, появились первые позвоночные животные — рыбы. Тело одной из древнейших — цефаласписа — было покрыто панцирной чешуей, а голова — костным панцирем. По-видимому, цефаласпис был плохим пловцом.
Откуда нам известно, как выглядели древние животные?
Все те изменения, которые претерпевала Земля с момента образования ее коры, изучает историческая геология. Ученые определяют возраст геологических слоев по окаменелостям — остаткам древних животных и растений, так как у каждой эпохи были свои характерные представители флоры и фауны. Изучением окаменелостей занимается палеонтология. Палеонтологи исследуют ископаемые остатки древних организмов и восстанавливают внешний облик вымерших животных.
Когда живые организмы погибали в доисторическом Океане, они опускались на дно, где их покрывал ил или песок, который приносили реки. Миллионы лет илистые грунты вместе с погребенными под ними останками уплотнялись, превращаясь в камень. Мягкие ткани животных полностью разлагались, но отпечаток оставался. Твердые раковины моллюсков или панцири ракообразных часто сохранялись неповрежденными.
За время исторического развития Земли неоднократно морское дно под действием мощных сил и расплавленных недр планеты выталкивалось на большую высоту и становилось частью суши. Вкрапленные в горную породу остатки и отпечатки древних животных находят исследователи и по ним изучают геологические процессы. Слои горных пород для ученых — как страницы книги с множеством рисунков, и надо лишь правильно расшифровать «текст», чтобы понять, как развивалась жизнь на планете.
Слои песка и ила с окаменелостями откладывались друг на друга миллионы лет.
Так они и спрессовались: более древние слои — ниже, более поздние — выше. Накапливая сведения о том, в каких слоях преобладают те или иные виды окаменелостей, ученые научились определять, к какому геологическому времени они относятся. После этого уже довольно просто по найденным окаменелостям определить возраст геологической породы, в которой они были обнаружены.
Морскую лилию (вверху) приблизительно 110 млн. лет назад, в юрском периоде, засыпал слой тонкого мелового ила, который спрессовался, затвердел и сохранил в деталях облик древнего животного.
Внизу: живая морская лилия на дне Средиземного моря в наши дни.
Большой каньон реки Колорадо в американском штате Аризона — одно из немногих мест, где сохранилась огромная, удобная для «чтения» каменная летопись жизни на планете. Здесь река прорезала толщу осадочных пород — известняков, песчаников и сланцев — на глубину до 1800 м. Река образовала каньон, то есть глубокую долину с очень крутыми склонами и узким дном, размыв дно древнего моря. Оно поднималось очень медленно и равномерно. Горообразования, которое всегда сопровождается гигантскими сдвигами и разломами горных пород, здесь не было. Поэтому почти не изменилась последовательность залегания геологических пород. Изучив окаменелости слоев крутого склона, можно проследить за всеми изменениями, происходившими с животным миром древнего моря за сотни миллионов лет.
Как жизнь завоевала сушу?
400 млн. лет назад силур сменился девонским геологическим периодом, который длился около 60 млн. лет. Тогда на суше появились первые растения — лишайники, которыми зарастали увлажненные берега водоемов. В течение девона от них произошли другие формы, в том числе и первые высшие растения — папоротники и хвощи. Кроме того, если прежде все животные дышали лишь кислородом, растворенным в воде, то теперь некоторые из них научились извлекать его из воздуха. Эти первые сухопутные животные — тысяченожки, скорпионы и бескрылые примитивные насекомые, вероятно, обитали поблизости от воды.
Предком всех сухопутных позвоночных животных была кистеперая рыба с похожими на лапы грудными и брюшными плавниками.
Постепенно у кистеперых рыб развились настоящие верхние и нижние конечности, и с течением времени появились земноводные (амфибии) и пресмыкающиеся (рептилии).
Рептилии произошли от рыб. Уже 380 млн. лет назад кистеперая рыба эустеноптерон совершала небольшие прогулки по суше. У нее были мощные плавники и примитивные легкие.
Первые наземные позвоночные — стегоцефалы — принадлежат к амфибиям. Проводили они время в основном в воде. На суше передвигались с трудом, волоча тело по земле. На голове и теле стегоцефалов, как и у рыб, были органы боковой линии, а у некоторых между пальцами — плавательные перепонки.
Затем мелкие рептилии превратились в гигантских динозавров, которые господствовали на суше 200–150 млн. лет назад, в триасовый и юрский геологические периоды.
Немного позднее, 130—70 млн. лет назад, в меловой период, все динозавры вымерли, и к концу его сушу уже населяли млекопитающие. В последующие 60 млн. лет, в третичном периоде, процветало множество их прекрасно приспособленных видов.
Почему киты — не рыбы?
Некоторые млекопитающие повели себя необычно: они вернулись в море, и у их потомков конечности развились в подобие плавников — ласты.
Они, однако, не превратились в рыб, так как у них не появились жабры, а сохранились легкие, с помощью которых они дышат кислородом воздуха. Эти млекопитающие — киты и тюлени. За миллионы лет существования в воде тело китов приобрело рыбообразную форму, они утратили волосяной покров, потовые и сальные железы. Вернулись в море и некоторые рептилии. От сухопутных черепах произошли морские черепахи.
Киты (вверху) и дельфины (внизу) — потомки наземных млекопитающих, которые в давно прошедшие геологические времена по неизвестным причинам вернулись с суши в море.