Розвиток життя протягом палеозойської ери

Палеозойська ера (палеозой), або ера давнього життя, почалась близько 540 млн і закінчилась менш ніж 250 млн років тому. Протягом палеозою життя опанувало суходіл і біосфера набула сучасних меж. Еру поділяють на 6 періодів у послідовності від найстаршого до наймолодшого: кембрійський, ордовицький, силурійський, девонський, кам’яновугільний (карбоновий) та пермський.

Кембрійський період мав загалом теплий клімат. Він тривав близько 50млн років і закінчився 490 млн років тому. У цей час з’явилися представники майже всіх типів сучасних тварин, у тому числі форми з твердим зовнішнім, інколи – внутрішнім скелетом та вкриті черепашками види.

Життя було сконцентровано переважно в мілководних морях із температурою води +20... 25°С. У південній півкулі в цей час існував велетенський материк Гондвана, до складу якого входили території сучасних Південної Америки, Африки, півострова Індостан, Австралії та Антарктиди. Північніше переважно в тропічній зоні існувало кілька порівняно невеликих материків (Лаврентія, Балтика, Сибір та ін.), розділених мілководними теплими морями.

Із рослин виникли червоні водорості, з одноклітинних тварин – форамініфери з однокамерною черепашкою. В цей час з'являються губки. Кембрійські губки належали до особливої групи Археоціати, один з представників яких зберігся до наших часів. У морях були поширені різноманітні кишковопорожнинні.

З кембрійських відкладів добре збереглися відбитки морських багатощетинкових червів, які загалом нагадують сучасних, ракоподібних та інших водяних членистоногих. Серед останніх особливої різноманітності досягали трилобіти. З'являються представники всіх сучасних класів молюсків: двостулкові, черевоногі, головоногі, які мали зовнішню черепашку і належали до бентосних (донних) форм, а також з викопного класу Хіоліти.

У цьому періоді жили представники 8 класів типу Голкошкірі (нині налічують 6 класів цих тварин). З'являються також перші хордові з класу Головохордові, що загалом були подібні до сучасного ланцетника, та Безщелепні, розквіт яких припадає на наступний, ордовицький період.

У канадських Скелястих горах є гора Бьєрджес. На її схилі на початкуХХ сторіччя відкрили осадову породу – сланець віком приблизно 540млн років. За сто років досліджень у ній знайшли залишки понад 60 тисяч решток тогочасних переважно м’якотілих тварин, які відсутні або погано збереглись в інших кембрійських породах. Це пояснюють унікальними умовами виникнення сланців Бьєрджес, які встановила спеціальна наукова експедиція в 1966р. Тоді частина пологого мулистого схилу, утвореного скелетами археоціат вапнякового рифу, розташованого на місці сучасної гори Бьєрджес, зсунулась на глибину, що викликало раптову загибель населення мулу. Тут за умов відсутності течії та низького вмісту кисню у воді мул поступово перетворився на сланець, навіки зберігши, як на фотоплівці, рештки всіх живих істот. Лише для частини з них можна встановити належність до відомих типів чи класів; більшість не має жодної подібності до інших викопних чи сучасних тварин.

Ордовицький період палеозойської ери. Ордовицький період тривав понад 50 млн років і закінчився приблизно 443 млн років тому. У його відкладах залягають поліметалічні та залізні руди, фосфорити, горючі сланці, будівельні матеріали, нафта. Клімат був загалом теплішим і м’якшим, ніж у кембрії. Значно збільшилася площа моря, яке затопило великі площі кембрійських материків; залишились Гондвана та кілька невеликих континентів в екваторіальній частині Землі. Життя опанувало прісні водойми, у яких мешкали зелені водорості, були поширені різноманітні ракоподібні та найбільші за всю історію Землі хижі членистоногі – ракоскорпіони (евриптериди). Ці хижаки досягали майже 2м завдовжки. Найхарактернішим для ордовицьких водойм був розквіт і широка адаптивна радіація безщелепних хребетних – щиткових. Вони мали обтічну (рибоподібну) форму тіла, непарні, а інколи і парні плавці та скелет із хряща. Більшість із них ззовні була вкрита захисними щитками з кісткової тканини, які часто зливались у суцільний панцир. Щиткові не мали зябрових дуг та щелеп, дихали за допомогою зябрових мішків, що знаходилися в товщі черепа. Вони були від кількох сантиметрів до метра завдовжки. Мешкали щиткові переважно в прісних і напівсолоних водоймах, живились, ймовірно, дрібним планктонними і бентосними організмами та їхніми рештками.

Основними фотосинтетиками були ціанобактерії, зелені та червоні водорості. У морях було багато губок, кишковопорожнинних, багатощетинкових кільчастих червів, трилобітів, ракоподібних, молюсків. Знайдено залишки мешканців припливно-відпливної зони – мечохвостів, які практично не відрізняються від сучасних. З’являється багато видів коралових поліпів, які стали основними рифоутворювачами. Були поширені різноманітні молюски, серед яких хижі велетенські головоногі, укриті конусоподібними черепашками до 9м завдовжки, різноманітні голкошкірі, зокрема морські лілії до 20 м завдовжки.

Силурійський період палеозойської ери. Силурійський період розпочався 443 млн років і закінчився близько 417 млн років тому. Продовжувала існувати Гондвана; поблизу екватора знову розташувався материк Лаврентія. Для нього характерна наявність мілких (до 10 м глибини) континентальних теплих морів із незначною солоністю та багатою флорою й фауною. В них поряд з щитковими з'являються перші щелепні хребетні тварини, представлені особливими викопними класами риб: Колючозубі та Пластинчастошкірі (Панцирні). Ці риби мали особливі скелетні утвори – зяброві дуги, передні з яких перетворились в органи захоплення їжі - щелепи, та добре розвинені грудні та черевні парні плавці для збільшення маневреності плавання. Первинні хребетні (безщелепні) риби не мали зябрових дуг та обох пар парних плавців. Обидва силурійські класи риб вимерли. Вони мали хрящовий внутрішній скелет, у них не було зябрових кришок і плавального міхура. Деякі з них замість луски були ззовні захищені кістковим панциром (так звані панцирні риби) та досягали до 6 м завдовжки. Серед первісних риб розрізняють придонні та плаваючі форми. Вважають, що всі вони були хижаками.

У прибережних частинах прісноводних водойм внаслідок змін рівня води утворився шар мулу. Він став основою первісних ґрунтів, на яких сформувалися перші наземні біогеоценози. Їхню основу складали риніофіти до метра заввишки та повзучі плауноподібні рослини. З тварин у таких екосистемах мешкали різні ґрунтові види (малощетинкові черви, павукоподібні – павуки та скорпіони) та рослиноїдні багатоніжки, або ківсяки. Усі ці тварини мало відрізнялися від сучасних.

Девонський період палеозойської ери. Девонський період (почався 417 млн, а закінчився близько 354 млн років тому) має виняткове значення в історії біосфери. Саме тоді наземні екосистеми зайняли значні площі суходолу, який опанували також хребетні тварини. Цей період характеризується великим різноманіттям клімату, частими коливаннями рівня Світового океану, процесами гороутворення. Це, у свою чергу, спричиняло місцеві (локальні0 біоценотичні кризи, тому темпи еволюція загалом були досить високі. За девонського часу спочатку було кілька північних материків – Єврамерика, Сибір, Південний та Північний Китай, які згодом з’єдналися та утворили єдиний великий материк Атлантію. Продовжує існувати Гондвана.

У водоймах на початку періоду вимерло багато груп безхребетних, серед них більшість трилобітів, а наприкінці - панцирні риби та щиткові. Значну площу зволожених частин суходолу займали ліси з дерев'янистих вищих спорових - плаунів, хвощів, папоротей (риніофіти наприкінці періоду вимерли). З'являються перші голонасінні, що належали до класу насінних папоротей. Ці рослини зовні нагадували папороті, однак розмножувались за допомогою насіння. З безхребетних тварин суходіл опанували павуки та кліщі.

Девонський період часто називають «віком риб». Дійсно, в цей час у морях виникають хрящові риби (первісні акули та деякі інші). В прісних водоймах сформувались кісткові риби. Вважають, що плавальний міхур у них слугував для додаткового дихання атмосферним повітрям, оскільки у воді прісних водойм багатих на гниючі рештки вищих спорових рослин, розчиненого кисню було мало. З девонського періоду відомо багато видів кистеперих і дводишних риб, а також деякі променепері. М'язисті парні плавці кистеперих слугували їм, імовірно, для повзання по дну захаращених стовбурами впалих дерев водойм; план будови цих плавців виявився придатним і для їхнього перетворення на кінцівки для пересування на суходолі. Нащадки деяких кистеперих риб у девонському періоді пристосувались до життя на суходолі, де знайшли багату кормову базу у вигляді наземних безхребетних – багатоніжок, павукоподібних. Однак для розмноження і розвитку вони потребували водного середовища. Так виникли перші земноводні. Завдяки диханню атмосферним киснем різко зростає кількість гемоглобіну в крові, тому основним органом кровотворення наземних хребетних стає червоний кістковий мозок (у риб - лише селезінка).

Сучасні земноводні (ряди Хвостаті, Безхвості і Безногі) відомі у викопному стані, починаючи із середини мезозойської ери, та мають мало спільних рис будови з палеозойськими видами.

Кам’яновугільний період палеозойської ери. Наступний період - кам'яновугільний, або карбоновий - розпочався 354 млн і закінчився 290 млн років тому. Він був одним із найтепліших в історії Землі, коли поверхня моря значно переважала площу суходолу. Посилена вулканічна діяльність зумовила потрапляння в атмосферу великої кількості вуглекислого газу, а вулканічний попіл підвищив родючість ґрунтів. Теплий і вологий клімат панував на материках тривалий час. Це створило сприятливі умови для розвитку наземної флори. Зокрема, існувало багато зволожених низовин, де буяли ліси з вищих спорових та різноманітних голонасінних рослин. Потрапляючи в заболочений ґрунт, стовбури відмерлих дерев в умовах відсутності кисню не перегнивали, а замулювались і врешті-решт перетворились на кам'яне вугілля, від якого і дістав назву цей період. У цей час виникли хвойні рослини, розмноження яких не було пов'язане з водою. та мешканці перезволожених місцевостей – мохоподібні. Хвойні стали основою біогеоценозів середньо зволожених і посушливих місцевостей, а мохоподібні створили наземний ярус у рослинних угрупованнях. на кінець періоду життя опанувало весь суходіл, тобто біосфера досягла сучасних меж.

Швидкими темпами освоювали суходіл тварини. На початку періоду від гіпотетичних прісноводних ракоподібних виникли спочатку безкрилі, а потім - крилаті комахи. Деякі комахи мали значні розміри, наприклад, бабки досягали до 1 метра в розмаху крил. На суходолі з'явились черевоногі молюски, що дихали легенями. Були поширені багатоніжки, земноводні. Серед них відомі як невеликі тварини, так і хижаки до кількох метрів завдовжки. У середині кам'яновугільного періоду деякі земноводні набули здатності до розмноження на суходолі внаслідок виникнення у них внутрішнього запліднення, відкладання багатих на жовток яєць із товстими оболонками та прямого розвитку. В одних із них зникли шкірні залози, а сама шкіра стала дуже товстою (пристосування до збереження води в тілі) і вони дали початок першим плазунам. В інших збереглись шкірні залози як пристосування до терморегуляції за рахунок випаровування води через шкіру; вони були предками послідовного ряду форм, від яких, врешті-решт, виникли ссавці.

Наприкінці кам’яновугільного періоду рівень Світового океану знизився, унаслідок чого утворились велетенський материк Пангея та кілька менших континентів. Частина Пангеї вкрилася льодом. Усе це зумовило біосферну кризу, яка дала початок наступному, пермському, періоду.

Пермський період палеозойської ери. Останній період палеозойської ери - пермський (почався 290 млн, а закінчився 248 млн років тому) - характеризувався переважанням суходолу над морем: у кінці періоду утворився єдиний величезний материк Пангея з різкою природною зональністю та значними площами із сухим кліматом. Протягом цього періоду відбулося кілька зледенінь. Унаслідок різких змін умов довкілля на початку та наприкінці періоду мали місце глобальні біосферні кризи і пов'язані з ними масові вимирання та виникнення нових груп. Основу наземних біогеоценозів із сухим кліматом складали хвойні та деякі інші голонасінні. Відбувалася подальша адаптивна радіація комах; на кінець періоду їх відомо вже 30 рядів, у тому числі прямокрилі, твердокрилі, лускокрилі та перетинчастокрилі. Значно зростає різноманіття плазунів, з'являються черепахи, лускаті, зокрема ящірки, та деякі інші, які в мезозойську еру дали початок динозаврам, а також вторинноводним та літаючим плазунам.

Лінія розвитку наземних хребетних, яка зрештою призвела до виникнення ссавців, у пермський період була представлена різноманітними плазунами. В першій половині пермського періоду це був ряд пелікозаврів — хижих тварин із добре розвиненими іклами, які досягали довжини до 4 м. Пересувались ці тварини на спрямованих донизу чотирьох кінцівках. У другій половині періоду вони поступилися ряду звірозубих, серед яких відомі дрібні комахоїдні, а також великі (до 6-7 м завдовжки) хижі та рослиноїдні види. Крім різців та іклів, у звірозубих були достатньо розвинені кутні зуби - пристосування до жування їжі; багато цих тварин були покриті шерстю та, можливо, здатні до підтримання певної температури тіла як пристосування до надто холодного або сухого жаркого клімату. Отже, у пермський період відбулися зміни, які підготували панування на суходолі голонасінних та плазунів протягом наступної, мезозойської, ери.

У морях наприкінці пермського періоду вимерли трилобіти, деякі групи коралових поліпів, колючозубі риби, а в прісних водоймах - значна частина дводишних і кистеперих риб та первісних земноводних. Хрящові риби, передусім акули, досягають найвищої видової різноманітності та значних розмірів (до 10м завдовжки). Деякі з них мали досить незвичну форму нижньої щелепи, що пов’язано з особливостями живлення.