Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Лекция
19.Тема
10. Эволюция
биосферы
.
ЭкологияЗаведующий
кафедрой
общей
экологии
Дмитрий
Геннадьевич
Замолодчиков[email protected]
http://ecology.genebee.msu.ru/4_UCHEB/kursy.htm#Д.Г.
4.5 млрд. лет
назад
-
образование
Земли
Небулярная
гипотеза
–
образование
звезды
и планетных
систем
из
облаков
молекулярного
водорода, содержащих
также
включения других
элементов.
Протопланетарный
диск
в
туманности
Ориона.
За
первые
10 млн. лет
произошла гравитационная
дифференциация
Земли
Разделение
внутренних
слоёв
Земли
на
мантию
и
металлическое
ядро
Выделение
газов
из
коры
и
вулканическая
активность
привели
к
образованию
первичной атмосферы
Конденсация
водяного
пара
привела
к
образованию
океанов
Земная
атмосфера
тогда
состояла
из
лёгких
элементов: водорода
и
гелия, но
содержала значительно
больше
углекислого
газа
4.5-4.0 млрд. лет
назад
–
катархей. Период
химической
эволюции
Эксперимент
Стэнли
Миллера
(1953): образование
органических молекул
(аминокислоты, сахара, липиды) из
неорганических
веществ
(CH4
, NH3
, H2
, CO)
Стэнли
Ллойд Миллер
(1930-2007)
Гипотетический
переходный
этап
от
химической
к биологической
эволюции
–
мир
РНК
РНК
обладают
каталитическими
свойствами
Синтез
белка
происходит
с
участием
разных
форм
РНК: матричные, транспортные, рибосомные.
Для
репликации
ДНК
необходима
РНК- затравка
(прймер)
Некоторые
вирусы
хранят
генетический материал
в
виде
РНК
4.0-2.5 млрд. лет
назад
–
архей. 3.46 млрд. лет
назад
–
самый
ранний
известный
живой
организм
Трубчатые
окаменелости, сходные
с
оболочками
современных
бактерийОтложения
песчаника
в
Восточной
Австралии
Luca
(Last
Universal
Common
Ancestor) - последний
всемирный
общий
предок)
Жил
при
температуре
100 градусов
по Цельсию
в
гидротермальных
источниках
в
море
на
больших
глубинах
около
3,8 миллиардов
лет
назад.
Осуществлял
H2
-зависимую
CO2
-
и
N2
- фиксацию
в
анаэробных
условиях.
Weiss et al., Nature Microbiology. 2016
Новость
этой
недели: NASA нашло
на
спутнике Сатурна условия для зарождения жизни
Водяные
струи, исходящие
из
недр
Энцелада, содержат
до
1.4 %
молекулярного водорода
и
до
0.8
% углекислого
газа.
https://lenta.ru/articles/2017/04/14/enceladus/
2.8 млрд. лет
назад
–
появление
кислородного фотосинтеза
(цианобактерии)
Окаменелый
строматолит
– ископаемый
остаток
цианобактериального
мата
Современные
строматолиты (Западная
Австралия)
Изменение
содержания
кислорода
и основные
вехи
эволюции
биосферы
2.4 млрд. лет
назад
–
кислородная
катастрофа
Вымирание
либо
катастрофическое сокращение
численности
анаэробных
организмов
(первичной
биосферы)
Изменение
характера
образования
осадочных
пород
(окисленные
породы)
Изменение
состава
атмосферы, сокращение
концентрации
метана
(CH4
)
Похолодание
климата, первое
оледенение
2.4-2.1 млрд. лет
назад
–
гуронское оледенение
Стратиграфия
осадочных
отложений
в
районе
озера
Гурон
Земля
–
снежный
шарик
в
течение
300 млн. лет
Выход
из
состояния
снежного
шарика: постепенное
выделение CO2
мантией
2.0 млрд. лет
назад
–
появление
эукариотов
Гипотеза симбиогенеза
Изменение
содержания
кислорода
и основные
вехи
эволюции
биосферы
1.85 млрд. лет
назад
–
появление
многоклеточных водорослей
(Grypania
spiralis)
650 млн. лет
назад
–
вендский
фитопланктонный
кризис. Вероятная
причина
–
эволюция
зоопланктона
630-540 млн. лет
назад
–
ранний
вариант
многоклеточных
животных (эдиакарская
фауна)
Изменение
содержания
кислорода
и основные
вехи
эволюции
биосферы
540 млн. лет
назад
(начало
фанерозоя) – кембрийский
взрыв
и
скелетная
революция
Появление
хордовых, моллюсков, членистоногих, иглокожих
Формирование
экзоскелета
в
связи
с развитием
отношений
хищник-жерта
Трилобит Марелла Хиолит
«Большая
пятерка»
вымираний
фанерозоя (количество
вымерших
родов
морской
фауны
за
интервал
времени)
O-CДев
Мел- ПалТр-Юр
Пм- Тр
440-450 млн. лет
назад
-
ордовикско- силурийское
вымирание
Погибло
60% видов
морских беспозовночных, особенно
пострадали
брахиоподы, мшанки, кораллы, двустворчатые
моллюски.
Наиболее
вероятная
причина
–
смена термоэры
криоэрой, развитие
оледенения
Смены
термоэр
и
криоэр
600–450 млн. лет
назад
–
Кембрийское
потепление
450–410 млн. лет
назад
–
Ордовикский
ледниковый
период
410–310 млн. лет
назад
–
Девонское
потепление
310–230 млн. лет
назад
–
Гондванская
гляциоэра
230–60 млн. лет
назад
–
Мезозойское
потепление
60 млн. лет
назад
–
Кайнозойское
гляциоэра
Конвективные
ячейки
криоэр
(а) и термоэр (б)
Расположение
материков
в
мезозое
(а) и современности
(б)
Изменение
содержания
кислорода
и основные
вехи
эволюции
биосферы
При
10% кислорода
начинает
формироваться озоновый
слой
400 млн. лет
назад
– массовый
выход
жизни
на
сушу
Псилофит
первичный
Ихтиостега
359-374 млн. лет
назад
-
девонское вымирание
Погибло
50% морских
видов, в первую очередь
кораллы, аммониты, трилобиты.
Не
затронуло
наземные
и
пресноводные виды.
Вероятная
причина
–
развитие
наземной биоты
стимулировало
эрозию, что
привело
к
эвтрофикации
океана, гипоксии
и
массовой гибели
морских
организмов.
360-300 млн. лет
назад
–
каменноугольный
период. Сильный
дисбаланс
в
цикле
углерода
(углеобразование)
250 млн. лет
назад
–
пермско-триасовое вымирание
Вымерло
96% морских
видов
и
70% наземных видов
Вероятные
причины.1.
Усиление
вулканической
деятельности
в
Сибири
(излияние
трапов, выброс углекислого
газа, закисление
океана)
2.
Изменения
состава
атмосферы
и
климата3.
Столкновение
Земли
с
астероидом
4.
Метановая
катастрофа
(метангидратное ружье)
Эволюционное
древо
рептилий
250-200 млн. лет
назад
–
доминирование архозавров
200 млн. лет
назад
–
триасово-юрское вымирание
Вымерли
архозавры, остатки
терапсид, многие
земноводные.
1.
Вулканическая
активность2.
Изменения
состава
атмосферы
и
климата.
3.
Падение
астероида.4.
Метангидратное
ружье.
200-66 млн. лет
назад
–
доминирование динозавров
65 млн. лет
назад
-
мел-палеогеновое вымирание
Всего
погибло
16 % семейств
морских животных
(47 % родов
морских
животных) и
18 % семейств
сухопутных
позвоночных.В
числе
известных
групп: динозавры,
птерозавры, аммониты, белемниты.
Аммонит Белемнит
Вероятные
причины
мел-палеогенового вымирания
Изменение
климата
(смена
термоэры криоэрой)
Вулканическая
активность
(излияние деканских
траппов)
Падение
астероида
(кратер
Чиксулуб
на полуострове
Юкатан)
Эволюция
млекопитающих
(появление
форм, способных
потреблять
яйца
динозавров).
66-0 млн. лет
–
кайнозойская
эра. На
суше
доминирование
покрытосеменных
растений,
насекомых, птиц
и
млекопитающих
Характерная
черта
эры
–
смена
оледенений
и межледниковий
Циклы
Миланковича
– причина
смены
оледенений
и
межледниковий
T —
изменения
наклона
(наклонения) оси
Земли; E —
изменения эксцентриситета
орбиты
(степени
ее
отклонения
от
круга,
эксцентриситет
круговой
орбиты
равен
нулю); P — прецессия, то есть
круговое
изменение
направления
оси
вращения
планеты
Динамика
инсоляции, температуры, CO2
и пыли
в
кернах
ледников
Антарктиды
Растительный
покров
Европы 20 000 лет
назад
Растительный
покров
Европы 11 000 лет
назад
Растительный
покров
Европы 5 000 лет
назад
Сроки
и
наиболее
вероятные
причины крупнейших
вымираний
Название Срок, млн. лет
назад
Причина
Кислородная
катастрофа 2400-2100 Окисление
метана
атмосферы биогенным
кислородом
Вендский
кризис фитопланктона
650 Эволюция
зоопланктона
Ордовикско-силурийское
вымирание450-440 Смена
термоэры
криоэрой, развитие
оледенения
Девонское
вымирание 374-359 Эвтрофикация
и
гипоксия
в
связи
с деятельностью
наземной
биоты
Пермско-триасовое вымирание
250 Излияние
сибирских
траппов, выбросы CO2
, закисление
океана
Триасово-юрское вымирание
200 Вулканическая
деятельность, выбросы CO2
Мел-палеогеновое вымирание
65 Излияние
деканских
траппов, смена термоэры
криоэрой