С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим - таковы последовательные стадии, по которым осуществлялся процесс зарождения жизни.
Возраст Земли исчисляется примерно 5 млрд лет. Жизнь существует на Земле более 3,5 млрд лет. Геологическая история Земли подразделяется на крупные промежутки - эры; эры - на периоды, периоды - на века. Это разделение относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов преимущественно происходили существенные геологические преобразования: горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и проч. Кроме того, каждое подразделение характеризовалось качественным своеобразием флоры и фауны.
Геологические эры Земли:
Катархей (от образования Земли 5 млрд лет назад до зарождения жизни);
Архей, древнейшая эра (3,5 млрд - 2,6 млрд лет);
Протерозой (2,6 млрд - 570 млн лет);
Палеозой (570 млн - 230 млн лет) со следующими периодами:
кембрий (570 млн - 500 млн лет);
ордовик (500 млн - 440 млн лет);
силур (440 млн - 410 млн лет);
девон (410 млн - 350 млн лет);
карбон (350 млн - 285 млн лет);
пермь (285 млн - 230 млн лет);
Мезозой (230 млн - 67 млн лет) со следующими периодами:
триас (230 млн - 195 млн лет);
юра (195 млн- 137 млн лет);
мел (137 млн - 67 млн лет);
Кайнозой (67 млн - до нашего времени) со следующими периодами и веками:
палеоген (67 млн - 27 млн лет):
палеоцен (67-54 млн лет)
эоцен (54-38 млн лет)
олигоцен (38-27 млн лет)
Неоген (27 млн - 3 млн лет):
миоцен (27-8 млн лет)
плиоцен (8-3 млн лет)
Четвертичный (3 млн - наше время):
плейстоцен (3 млн - 20 тыс. лет)
голоцен (20 тыс. лет- наше время)
Докембрий - собирательное название геологического времени от возникновения нашей планеты до начала кембрийского периода (570 млн лет назад). Докембрийская жизнь не отличалась богатством форм и быстротой эволюционных преобразований. Однако он занимает 88% всей истории Земли, в это время происходили события фундаментального значения.
Катархей. Происхождение жизни связано с протеканием определенных химических реакций на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также образование земной коры. Когда температура поверхности Земли опустилась ниже 100° С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много карбидов - соединений металлов с углеродом. При взаимодействии их с водой выделялись углеводородные соединения. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, а также газы, соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений, в частности белковых веществ в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя «первичный бульон». Этот «органический бульон» стал колыбелью зародившейся жизни.
В палеонтологии четко различаются эпохи постепенного изменения организмов и точки бифуркации, известные как ароморфозы. Ароморфоз - это приспособление общего характера, поднимающее уровень биологической организации на принципиально новую ступень. Крупнейшие ароморфозы являются своего рода верстовыми столбами в истории жизни на Земле.
Архей. Первый ароморфоз, следы которого доступны для наблюдения, - образование клеточной мембраны, отделившей «внутренности» организма от окружающей среды. Образование мембранной структуры считается самым трудным этапом химической эволюции жизни Биологические мембраны - это агрегаты белков и липидов, способные отграничить вещества от среды и придать упаковке молекул прочность. С момента возникновения химических различий между внутренней и внешней средой можно определенно употреблять сам термин «организм». Древнейшие достоверные окаменелости имеют возраст около 3,5 млрд лет. Они представляют собой остатки микроорганизмов с клеточной оболочкой. Таким образом, уже через один миллиард лет после формирования планеты Земля на ней существовали первые клеточные организмы. Примитивные одноклеточные - прокариоты - были хозяевами Земли более 2 млрд лет. Первый период развития органического мира на Земле характеризуется тем, что первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», иначе говоря, они питались готовыми органическими веществами, синтезированными в ходе химической эволюции, т.е. были гетеротрофами. Но это не могло длиться долго, ведь резерв органического вещества быстро убывал. Первый великий качественный переход в эволюции живой материи был связан с «энергетическим кризисом»: «органический бульон» был исчерпан, и следовало выработать способы формирования крупных молекул биохимическим путем, внутри клеток, с помощью ферментов. В этой ситуации преимущество было у тех клеток, которые могли получать большую часть необходимой им энергии непосредственно из солнечного излучения.
Довольно неопределенной остается датировка следующего крупнейшего ароморфоза - появления фотосинтеза. С его помощью стало возможным получать ресурсы (углекислый газ) для синтеза органических веществ прямо из воздуха, отдавая взамен молекулярный кислород. Такие организмы называются автотрофными. Это значит, что их питание осуществляется внутренним путем благодаря световой энергии. Все дальнейшее развитие земной жизни было определено этим великим изобретением природы. Поначалу накопление кислорода в атмосфере шло медленно из-за низкой скорости обмена веществ у примитивных микроорганизмов. Потребовалось около полутора миллиардов лет, чтобы содержание кислорода в воздухе достигло 1% от современного значения. Но этот рубеж - точка Пастера - был наконец достигнут, что привело к целому ряду важнейших последствий. Во-первых, начиная с точки Пастера, дыхание становится эффективным способом обеспечения организма энергией. Многократно ускоряется обмен веществ, а с ним и темпы эволюции. Во-вторых, из кислорода О2 в верхних слоях атмосферы образуется озон О3, защищающий от ультрафиолетового излучения Солнца. Это дало организмам возможность подняться в приповерхностный слой океана, наиболее богатый питательными веществами и солнечной энергией, а затем и выйти на сушу. В-третьих, накопление свободного кислорода увеличило давление отбора на первые организмы. Дело в том, что для них химически активный кислород атмосферы был токсичен! Можно сказать, что около двух миллиардов лет назад разразился первый в истории Земли глобальный экологический кризис - загрязнение окружающей среды ядовитыми отходами жизнедеятельности в виде свободного кислорода. Борьба за существование в таких жестких условиях оказалась еще одним фактором, подстегнувшим эволюцию.
Протерозой. Следующим крупным эволюционным шагом, совершенным примерно 1,3 млрд лет назад, было возникновение эукариот - организмов, клетка которых имеет ядро. У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы. В ядре сосредоточена наследственная информация и аппарат для ее передачи. Такая клетка воспроизводится без каких-либо существенных изменений. Особенностью эукариот является «разделение труда» между ядром и органеллами клетки. Митохондрии обеспечивают клетку энергией, хлоропласты с помощью фотосинтеза производят сахара, на рибосомах синтезируются белки. Существует предположение, что органеллы происходят от бактерий, когда-то проникших в клетку в качестве паразитов. Паразитизм постепенно превратился в симбиоз, который перерос в единый эукариотический организм. Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает. Но одновременно такая оболочка не дает им возможности свободно перемещаться и получать пищу в процессе передвижения. Вместо этого растительные клетки совершенствуются в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ. Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению; это дает им возможность самим искать пищу - растительные клетки или другие животные клетки. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы через оболочку. Следующим важным этапом развития жизни и усложнения ее форм было возникновение примерно 900 млн лет назад полового размножения. Половое размножение состоит в механизме слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала, при котором потомство похоже на родителей, но не идентично им. Достоинство полового размножения в том, что оно значительно повышает видовое разнообразие и резко ускоряет эволюцию, позволяя быстрее и эффективнее приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Следующий после возникновения эукариот крупный ароморфоз - многоклеточность. Первые попытки прорыва на этот уровень организации предприняли еще сине-зеленые водоросли. Однако в полной мере использовали преимущества многоклеточности (крупные размеры тела, специализация разных групп клеток на выполнении разных функций) лишь эукариоты. Произошло это от 1 млрд до 700 млн лет назад в конце докембрийского отрезка истории Земли.