Возникновение солнечной системы
Возникновение солнечной системы
Возникновение солнечной системы
Теория Канта
На протяжении многих веков вопрос о происхождении Земли оставался монопо-
лией философов, так как фактический материал в этой области почти полностью
отсутствовал. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли
и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдви-
нуты только лишь в xviii веке. С тех пор не переставали появляться все
новые
и новые теории, соответственно росту наших космогонических представлений.
Первой в этом ряду была знаменитая теория, сформулированная в 1755 году
немецким философом Иммануилом Кантом. Кант считал, что солнечная система
возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе.
Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь
друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под дей-
ствием силы притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгус-
ток - Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие
и легкие частицы.
Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории
которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся
в противоположных направлениях, в конечном счете были втянуты в единый
поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизитель-
но в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не
мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра,
к которым постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаро-
видные скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали
кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газо-
образного вещества.
Небулярная теория Лапласа
В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас выдвинул
теорию, несколько отличную от предыдущей. Лаплас полагал, что Солнце
существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туман-
ности (небулы) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров.
Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в
простран-
стве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем
скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная
сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В эквато-
риальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробеж-
ной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете
масса
вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от
осталь-
ного тела и образовала кольцо. От продолжавшей вращаться туманности по-
следовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в опреде-
ленных точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной
системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять
колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов - мелких небесных
тел.
Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвав-
шихся от раскаленной газообразной массы планет.
Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразован-
ных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу,
представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звез-
де. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое
состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности
стала
образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными
парами, из которых при остывании конденсировалась вода.
Эти две теории взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они
часто
упоминаются под общим названием как гипотеза Канта-Лалласа. Поскольку
наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой
теории
было в XIX веке множество последователей.
Современные теории
Среди последующих космогонических теорий можно найти и теорию «катас-
троф», согласно которой наша Земля обязана своим образованием некоему
вмешательству извне, например, близкой встрече Солнца с какой-то блуждающей
звездой, вызвавшей извержение части солнечного вещества. В результате рас-
ширения раскаленная газообразная материя быстро остывала и уплотнялась,
образуя большое количество маленьких твердых частиц, скопления которых
были чем-то вроде зародышей планет.
В последние годы американскими и советскими учеными был видвинут ряд
новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил не-
прерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматри-
вается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов.
Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать
и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и ком-
пенсирующие таким образом убыль тепла. Одно из этих современных
предположений его автор американский астроном Ф. Л. Уайпль (1948) назвал
«теорией пылевого облака». Однако по существу это ничто иное как видоизме-
неный вариант небулярной теории Канта-Лапласа.
Любопытно, что на новом уровне, вооруженные более совершенной
техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной
системы,
астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из об-
ширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы
обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые
«облака», из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды.
В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с при-
влечением новейших данных; она может сослужить еще хорошую службу в деле
объяснения процесса возникновения солнечной системы.
Каждая из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения
сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли. Все они
рассматривают возникновение Земли и солнечной системы как закономерный
результат развития звезд и вселенной в целом. Земля появилась одновременно
с другими планетами, которые, как и она, вращаются вокруг Солнца и являются
важнейшими элементами солнечной системы.
Земля: атмосфера и гидросфера
После своего возникновения приблизительно 4600 млн. лет тому назад наша
Земля, по всей вероятности, уже не меняла своей формы. Ее химический состав
также остался первоначальным, однако распределение отдельных химических
элементов существенно изменилось. Поверхность Земли первоначально была
пустынной и не носила следов эрозии.
Первичная атмосфера Земли, возникшая из межзвездного газа, состояла
преимущественно из водорода и гелия. Однако гравитация Земли не могла
удержать легкие газы и значительная часть их ускользала в межпланетное
пространство, а оттуда под действием солнечного ветра эти газы вытеснялись
за пределы солнечной системы.
Современная «кислородная» земная атмосфера имеет вторичное происхожде-
ние. Она пополнялась и пополняется за счет газов, выделяющихся при жизне-
деятельности организмов на поверхности Земли и вулканической деятельности
земных недр. Биогенное происхождение имеет практически весь свободный
кислород атмосферы.
Видимо, лишь в течение относительно короткого времени Земля оставалась
безводной. Ее гидросфера сложилась приблизительно таким же путем, как
и атмосфера - сначала в виде водяных паров, которые по мере понижения
температуры конденсировались и выпадали в виде осадков. Поскольку Земля
находится на довольно-таки выгодном расстоянии от Солнца (в 1500 млн. кило-
метрах), температура на ее поверхности колеблется в узких пределах, главным
образом оставаясь обычно несколько выше 0 . При такой температуре вода
на поверхности Земли остается в жидком состоянии, что имело колоссальное
значение для всей дальнейшей истории Земли, так как вода является идеальной
средой для самых разных химических реакций. Как только на поверхности Земли
стали задерживаться водные массы, образуя в местах депрессий сплошные
водные бассейны, в эволюции нашей планеты наступил период, известный под
названием океанического.
На Земле участились ураганы и грозы невиданной силы. Ливни растворяли
все растворимые соли, находившиеся на поверхности Земли, а также вымывали
их из горных пород. Образовавшиеся растворы выносились в мировой прото-
океан и накапливались там. Таким образом, морская вода стала соленой уже
очень рано.
С возникновением гидросферы и атмосферы появились новые силы, активно
преобразующие лик Земли и ныне.
Осадочные породы
Древнейшими горными породами являются застывшие кристаллические
породы первичной коры, образовавшиеся из расплавленной магмы еще на
«звездной» стадии эволюции Земли по мере ее постепенного остывания. Все
участки Земли, которые после образования первичного океана остались не
покры-
тыми водой, начали подвергаться физическому и химическому выветриванию.
Частицы разрушенных горных пород перемешались под влиянием ветра и водных
потоков и осаждались на новых местах в виде осадочных пород.
Осадки откладывались последовательными слоями и группами слоев, чаще
всего на дне морей. Они уплотнялись, превращаясь в горные породы, бесчислен-
ные тектонические движения земной коры сжимали их в складки. То тут, то там
возникали и вновь разрушались горы. Осадочные породы являются свидетелями
этих превращений. По ним мы можем сказать, откладывались ли они в море или
в пустыне, в условиях теплого или холодного, засушливого или влажного кли-
мата. Если бы на Земле существовало место, где осадочные породы оставались
бы в нетронутом виде так, как они отлагались в течение в,сех геологических
пе-
риодов вплоть до наших дней, то мы получили бы законченную картину истории
Земли. Эта картина включала бы в себя и историю жизни на Земле, так как
различные слои осадочных пород содержат окаменелые остатки современных
им животных и растений. Изучая их мы можем познать, как развивалась жизнь
на нашей планете и как выглядели предки современных животных и самого
человека.
Из геологии мы знаем, что земная кора не является неподвижной. Одни ее
части поднимаются, другие опускаются. Во многих местах море отступает, осво-
бождая большие куски суши, тогда как в других местах целые районы
медленно,
но верно погружаются в зыбучие волны. Так могут возникать из моря или погру-
жаться в него целые континенты. Такая «неспокойная» эволюция земной по-
верхности не позволяет осадочным породам откладываться в непрерывных се-
риях; вот почему количество и характер отложений в разных местах различны
и повсюду отличаются неполнотой.
Законченную картину развития Земли можно получить, только изучая слои
осадочных пород в различных местах земной поверхности и сопоставляя полу-
ченные результаты. В этом и состоит основная задача исторической геологии,
главный раздел которой - наука об исторической последовательности слоев
земной коры - именуется стратиграфией. Эта наука основывается на изучении
состава горных пород (литология), а также на исследовании остатков животных
и растений, «законсервированных» в горных породах, и на определении абсолют-
ного возраста горных пород, основывающемся на закономерностях распада во
времени радиоактивных элементов, содержащихся в этих породах.
По высоте эволюционного развития ископаемых организмов в слоях различно-
го возраста мы можем распределить эти слои по стратиграфической шкале.
Наука,
изучающая органический мир прошлых геологических эпох по окаменевшим
остатком животных и растений, захороненных в осадочных породах, называется
палеонтологией.
На основе стратиграфических данных геологи и палеонтологи подразделили
всю историю Земли на два неравных этапа: криптозой с археозойской и протеро-
зойской эрами и фанерозой с палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрами.
Эры, в свою очередь, подразделяются на различные периоды, эпохи и т. д.
Мы начнем наше описание со времени, когда на Земле впервые появилась
жизнь,
с древнейшего первичного океана криптозоя.
Криптозой
Это геологическое время началось с момента происхождения Земли 4,6 млрд.
лет назад, включает период формирования земной коры и протоокеана и заканчи-
вается с широким распространением высокоорганизованных организмов с хорошо
развитым наружным скелетом. Криптозой принято подразделять на архей, или
археозой, длившийся приблизительно 2 млрд. лет, и протерозой, продолжи-
тельность которого также близка к 2 млрд. лет. Когда-то в криптозое, не
позже
чем 3,5 млрд. лет назад, появилась на Земле жизнь.
Происхождение жизни
Жизнь могла появиться только тогда, когда в архее сложились для этого
благоприятные условия и, в первую очередь, благоприятная температура.
Живая материя, помимо других веществ, построена из белков. Поэтому к мо-
менту происхождения жизни температура на земной поверхности должна была
упасть настолько, чтобы белки не разрушались. Известно, что ныне температур-
ная граница существования живой материи лежит у 90 С, в горячих источниках
при этой температуре живут некоторые бактерии. При этой высокой температуре
уже могут образовываться определенные органические соединения, необходи-
мые для образования живой материи, и прежде всего белки. Трудно сказать,
сколько времени понадобилось для того, чтобы земная поверхность остыла для
соответствующей температуры.
Многие исследователи, изучающие проблему происхождения жизни на Земле,
полагают, что жизнь зародилась на морском мелководье в результате обычных
физико-химических процессов, присущих неорганической материи. Определен-
ные химические соединения образуются в определенных условиях и химические
элементы соединяются друг с другом в определенных весовых соотношениях.
Вероятность возникновения сложных органических соединений особенно высока
для атомов углерода вследствие их специфических особенностей. Именно
поэтому
углерод стал тем строительным материалом, из которого по законам физики и
хи-
мии относительно легко и быстро возникли самые сложные органические соеди-
нения.
Молекулы отнюдь не сразу достигли той степени сложности, которая необхо-
дима для построения «живой материи. Мы можем говорить о химической эволю-
ции, предшествовавшей биологической и завершившейся появлением живых су-
ществ. Процесс химической эволюции был довольно медленным. Начало этого
процесса удалено от современности на 4,5 млрд. лет и практически совпадает
со временем формирования самой Земли. Первым этапом на этом пути было
возникновение элементов, которые стали вступать в различные комбинации,
образуя химические соединения. И вскоре после этого на поверхности Земли
появились органические соединения и их полимеры, оказавшиеся предшествен-
никами первичных живых систем - эобионтов. Последние появились на менее
3,5 млрд. лет назад.
Первые живые организмы отличались, естественно, предельной простотой
строения. Однако естественный отбор, в ходе которого выживали мутанты,
лучше
приспособленные к условиям среды, я вымирали их менее адаптированные кон-
куренты, вел к неуклонному усложнению форм жизни. Первичные организмы,
появившиеся, по нашим представлениям, где-то в раннем архее, еще не подраз-
делялись на животных и растения. Обособление этих двух систематических
групп
было закончено только в конце раннего архея. Древнейшие организмы жили
и умирали в первичном океане, и скопления их мертвых тел уже могли оста-
вить в породах отчетливые отпечатки.
Первые живые организмы могли питаться исключительно органическими
веществами, т. е., они были гетеротрофными. Но исчерпав запасы
органического
вещества в своем ближайшем окружении, они оказались поставленными перед
выбором: погибнуть или выработать способность синтезировать органические
вещества из материалов неживой природы, и прежде всего из углекислого газа
и воды. И действительно, в ходе эволюции некоторые организмы (растения)
приобрели способность поглощать энергию солнечных лучей и с ее помощью
расщеплять воду на составляющие элементы. Используя водород для восстано-
вительной реакции, они смогли перерабатывать углекислый газ в углеводы
и строить из него другие органические вещества в своем теле. Эти процессы
известны под названием фотосинтеза. Организмы, способные превращать не-
органические вещества в органические путем внутренних химических процессов,
называются автотрофными. Появление фотосинтезирующих автотрофных орга-
низмов явилось переломным моментом в истории жизни на Земле. С этого
времени началось накопление свободного кислорода в атмосфере и стало резко
увеличиваться общее количество существующего на Земле органического ве-
щества. Без фотосинтеза дальнейший прогресс в истории жизни на Земле был
невозможен. Следы фотосинтезирующих организмов мы находим в самых древ-
них слоях земной коры.
Первые животные и растения были микроскопическими одноклеточными
существами. Определенным шагом вперед было объединение однородных
клеток в колонии; однако по-настоящему серьезный прогресс стал возможен
только после появления многоклеточных организмов. Их тела состояли из
отдель-
ных клеток или групп клеток различной формы и назначения. Это дало толчок
бурному развитию жизни, организмы становились все более сложными и разно-
образными. В начале протерозойского периода быстро прогрессировала флора
и фауна планеты. В морях процветали уже несколько более прогрессивные формы
водорослей, появились первые многоклеточные организмы: губки, кишечно-
полостные, моллюски и черви. Последующие этапы биологического развития
сравнительно легко прослеживаются по окаменелым остаткам скелетов, встре-
чающимся в различных слоях земной коры. Эти остатки, которые благодаря
случаю и благоприятной среде сохранились в отложениях вплоть до наших дней,
мы называем окаменелостями, или ископаемыми.
Древнейшие окаменелости
Древнейшие остатки организмов на Земле обнаружены в докембрийских отло-
жениях Южной Африки. Это бактериеподобные организмы, возраст которых
оценивается учеными в 3,5 млрд. лет. Они столь малы (0,25 Х 0,60 мм), что
разглядеть их можно только с помощью электронного микроскопа. Органические
части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключе-
ние о сходстве с современными бактериями. Химический анализ выявил их био-
логический характер. Другие доказательства докембрийской жизни были найде-
ны в древних образованиях Миннесоты (27 млрд. лет), Родезии (2,7 млрд.
лет),
вдоль границы Канады и США (2 млрд. лет), на севере штата Мичиган (1 млрд.
лет) и в других местах.
Остатки животных со скелетными частями обнаружены в докембрийских
отложениях лишь в последние годы. Однако уже давно в докембрийских отло-
жениях находили остатки различных «бесскелетных» животных. Эти примитив-
ные существа еще не имели ни известкового скелета, ни твердых опорных струк-
тур, однако изредка находились отпечатки тел многоклеточных организмов,
а как исключение и их окаменевшие остатки. В качестве примера можно
привести
открытие в канадских известняках любопытных шишковидных образований -
Atikokania, - которых многие ученые считают родителями морских губок. На
жизнедеятельность более крупных живых существ, по всей вероятности червей,
показывают четкие зигзагообразные отпечатки, - следы ползания, а также
остатки «норок», обнаруженные в тонкослоистых осадках морского дна. Мягкие
тела животных разложились в незапамятные времена, но палеонтологи смогли
по следам определить образ жизни животных и установить существование
различных их родов, напр., Planolithes, Russophycus и др. Чрезвычайно
интерес-
ная фауна была открыта в 1947 г. австралийским ученым Р.К. Сприггсом в хол-
мах Эдиакары, приблизительно в 450 км к северу от Аделаиды (Южная Австра-
лия). Эта фауна была изучена профессором Аделаидского университета, австрий-
цем по происхождению, Н. Ф. Глесснером, который констатировал, что боль-
шинство видов животных из Эдиакары относится к неизвестным ранее группам
бесскелетных организмов. Одни из них принадлежат к древним медузам, другие
напоминают сегментированных червей - аннелид. В Эдиакаре и близких по
возрасту местонахождениях Южной Африки и других регионов обнаружены также
остатки организмов, принадлежащих к совершенно неизвестным науке группам.
Так, профессор X. Д. Пфлуг установил на основе некоторых остатков новый тип
примитивных многоклеточных животных Petalonamae. Эти организмы обладают
листовидным телом и происходят, по-видимому, от примитивнейших колониаль-
ных организмов. Родственные связи петалонамий с другими типами животных
не вполне ясны. С эволюционной точки зрения, однако, очень важно что в эдиа-
карское время сходная по составу фауна населяла моря различных регионов
Земли.
Еще совсем недавно многие высказывали сомнение в том, что эдиакарские
находки действительно имеют протерозойское происхождение. Новые радио-
метрические методы показали, что слои с эдиакарской фауной насчитывают воз-
раст около 700 млн. лет. Иными словами, они принадлежат позднему протеро-
зою.
Еще более широкое распространение имели в протерозое микроскопические
одноклеточные растения. Следы жизнедеятельности синезеленых водорослей -
так называемые строматолиты, построенные из концентрических слоев извести,
известны в отложениях, возраст которых насчитывает до 3 млрд. лет. Сине-
зеленые водоросли не обладали скелетом и строматолиты образованы
материалом,
выпавшим в осадок в результате биохимических процессов жизнедеятельности
этих водорослей. Синезеленые водоросли, наряду с бактериями, принадлежат
к наиболее примитивным организмам - прокариотам, в клетках которых еще
отсутствовало оформленное ядро.
Итак, в докембрийских морях появилась жизнь, а появившись, разделилась
на две главные формы: на животных и растения. Первые простейшие организмы
развились в многоклеточные организмы, относительно сложные живые системы,
ставшие родоначальниками растений и животных, которые в последующие
геологические эпохи расселились по всей планете. Жизнь множила свои проявле-
ния на морском мелководье, проникая и в пресноводные бассейны; многие формы
уже готовились к новому революционному этапу эволюции - к выходу на сушу.
Палеозойская эра
Вряд ли можно мысленно охватить отрезок времени длиной в 370 млн. лет.
Именно столько продолжался следующий этап истории Земли — палеозойская
эра. Геологи подразделяют ее на шесть периодов: кембрийский — самый древний
из них, — ордовикский, силурийский, девонский, карбоновый и пермский.
Палеозой начался колоссальным разливом морей, последовавшим за появлением
обширных кусков суши в конце протерозоя. Многие геологи полагают, что в те
времена существовал единый огромный континентальный блок, называемый Пан-
гея (в переводе с греческого — «вся земля»), который был со всех сторон
окру-
жен мировым океаном. Со временем этот единый континент распался на части,
ставшие ядрами современных континентов. В ходе дальнейшей истории Земли
эти ядра могли увеличиваться за счет процессов горообразования или же вновь
распадаться на части, которые продолжали удаляться друг от друга, пока не
заняли положение современных континентов.
Впервые гипотезу о разрыве и взаимном расхождении континентов («конти-
нентальный дрейф») высказал в 1912 г. немецкий геолог Альфред Вегенер. По
его представлениям Пангея первоначально разделилась на два сверхконтинента:
Лауразию в северном полушарии и Гондвану на юге. Впадина между ними была
затоплена морем, носящим название Тетис. Позднее, в силурийском периоде
вследствие каледонского и герцинского горообразовательных процессов на се-
вере поднялся обширный континент. Его сильно пересеченный рельеф в ходе
девонского периода был занесен продуктами выветривания мощных горных
массивов; в .сухом и горячем климате их частицы обволакивались окисью
железа,
что придавало им красноватую окраску. Подобное явление можно наблюдать
и в некоторых современных пустынях. Вот почему этот девонский континент
часто называется Древним красным континентом. На нем в девоне пышно раз-
вивались многочисленные новые группы наземных растений, а в некоторых
его частях были обнаружены остатки первых наземных позвоночных — рыбо-
образных амфибий.
В это время Гондвана, включавшая в себя всю современную Южную Америку,
почти всю Африку, Мадагаскар, Индию и Антарктиду, оставалась еще единым
сверхконтинентом.
К концу палеозоя море отступило, и герцинское горообразование стало по-
немногу слабеть, сменившись варисцийской складчатостью Центральной Европы.
В конце палеозоя вымирают многие наиболее примитивные растения и животные.
Растения завоевывают сушу
В течение палеозоя одни группы растений постепенно сменялись другими.
В начале эры, от кембрия до силура, доминировали морские водоросли, но уже
в силуре появляются высшие сосудистые растения, произрастающие на суше.
До конца каменноугольного периода преобладали споровые растения, но в перм-
ском периоде, особенно, в его второй половине, значительную часть наземной
растительности составляют семянные растения из группы голосеменных
(Gymnospermae). До начала палеозоя, за исключением нескольких сомнительных
находок спор, признаков развития наземных растений нет. Однако, вполне ве-
роятно, что некоторые растения (лишайники, грибы) начали проникать
во внутренние районы суши еще в протерозое, так как нередко отложения этого
времени содержат значительные количества необходимых растениям питатель-
ных веществ.
Для того, чтобы приспособиться к новым условиям жизни на суше, многим
растениям пришлось коренным образом изменить свое анатомическое строение.
Так, например, растениям нужно было приобрести наружный эпидермальный
покров для защиты от быстрой потери влаги и высыхания; их нижние части
должны были одеревянеть и превратиться в подобие опорного каркаса, чтобы
противостоять силе тяжести, столь чувствительной после выхода из воды.
Корня
ми они уходили в почву, откуда черпали воду и питательные вещества. Поэтому
растениям нужно было выработать сеть каналов для доставки этих веществ
к верхним частям своего тела. Кроме того, они нуждались в плодородной
почве,
а условием этого была жизнедеятельность множества почвенных микроорганиз-
мов, бактерий, синезеленых водорослей, грибов, лишайников и почвенных
животных. Продукты жизнедеятельности и мертвые тела этих организмов
постепенно превращали кристаллические горные породы в плодородную почву,
способную прокормить прогрессирующие растения. Попытки освоения суши
становились все более удачными. Уже в отложениях силурийских морей Цен-
тральной Чехии встречаются хорошо сохранившиеся остатки древнейших со-
судистых растений — псилофитов (в переводе с греческого — «лишенных
листьев»). Эти первичные высшие растения, стебель которых нес пучок
сосудов,
проводящих жидкости, имели наиболее сложную и комплексную организацию
из всех автотрофныхрастенийтоговремени,исключая,возможно,существовавшие
уже в то время мхи, наличие которых в силуре, однако, еще не доказано.
Псило-
фитовые флоры, появившиеся к концу силурийского периода, процветали вплоть
до конца девона. Таким образом, силурийский период положил конец много-
вековому господству водорослей в растительном мире планеты.
Хвощи, плауны и папоротники
В нижних слоях девона, в отложениях Древнего красного континента, в изо-
билии встречаются остатки новых групп растений с развитой сосудо-проводящей
системой, размножающихся спорами, как и псилофиты. Среди них преобладают
плауны, хвощи и — с середины девонского периода — папоротники. Множество
находок остатков этих растений в девонских породах, позволяет заключить,
что после протерозоя растения прочно обосновались на суше.
Уже в среднем девоне папоротники начинают вытеснять псилофитовую флору,
а в верхнедевонских слоях появляются уже древовидные папоротники. Парал-
лельно идет развитие различных хвощей и плаунов. Иногда эти растения дости-
гали крупных размеров, и в результате накопления их остатков в некоторых
местах в конце девона образовались первые значительные залежи торфа,
который
постепенно превращался в каменный уголь. Таким образом, в девоне Древний
красный континент мог предоставить растениям все необходимые условия для
миграции из прибрежных вод на сушу, для чего потребовались миллионы лет.
Следующий, каменноугольный период палеозойской эры принес с собой
мощные горообразовательные процессы, в результате которых на поверхность
вышли части морского дна. В бесчисленных лагунах, дельтах рек, топях
в зоне литорали воцарилась буйная тепло- и влаголюбивая флора. В местах ее
массового развития скоплялись колоссальные количества торфообразного ра-
стительного вещества, и, со временем, под действием химических процессов,
они преобразовывались в обширные залежи каменного угля
В пластах угля часто встречаются прекрасно сохранившиеся остатки
растений,
свидетельствующие о том, что в ходе каменноугольного периода на Земле по-
явилось много новых групп флоры. Большое распространение получили в это
время птеридоспермиды, или семенные папоротники, которые, в отличие от
папоротников обыкновенных, размножаются не спорами, а Семенами. Они пред-
ставляют собой промежуточный этап эволюции между папоротниками и цикадо-
выми .— растениями, похожими на современные пальмы, — с которыми птеридо-
спермиды находятся в тесном родстве. Новые группы растений появлялись
в течение всего каменноугольного периода, в том числе такие прогрессивные
формы, как кордаитовые и хвойные. Вымершие кордаитовые были, как правило,
крупными деревьями с листьями длиной до 1 м. Представители этой группы
активно участвовали в образовании местонахождений каменного угля. Хвойные
в то время только лишь начинали развиваться, и поэтому были еще не столь
разнообразны.
Одними из наиболее распространенных растений карбона были гигантские
древовидные плауны и хвощи. Из числа первых наиболее известны лепидо-
дендроны — гиганты высотой в 30 м, и сигиллярии, имевшие немногим более
25 м. Стволы этих плаунов разделялись у вершины на ветви, каждая из которых
заканчивалась кроной из узких и длинных листьев. Среди гигантских плауновид-
ных были также каламитовые — высокие древовидные растения, листья кото-
рых были разделены на нитевидные сегменты; они произрастали на болотах
и в других влажных местах, будучи, как и другие плауны, привязанными к
воде.
Но самыми замечательными и причудливыми растениями карбоновых лесов
были, вне всякого сомнения, папоротники. Остатки их листьев и стволов можно
найти в любой крупной палеонтологической коллекции. Особенно поразительный
облик имели древовидные папоротники, достигавшие от 10 до 15м в высоту,
их тонкий стебель венчала крона из сложно расчлененных листьев ярко-
зеленого
цвета.
В начале пермского периода еще доминировали спороносные растения, но
уже к концу этого последнего этапа палеозойской эры их сильно потеснили го-
лосеменные. Среди этих последних мы находим типы, достигшие своего расцвета
лишь в мезозое. Разница между растительностью начала и конца пермского вре-
мени огромна. В середине перми совершается переход от начальных фаз эво-
люции наземных растений к его среднему этапу — мезофиту, для которого
характерно господство голосеменных.
В нижнепермских отложениях постепенно исчезают гигантские плауны, как
и большинство спороносных папоротников и некоторых хвощей. Зато появляются
новые виды папоротникообразных растений (Callipteris conferma,
Taeniepteris
и др.), которые быстро расселяются по территории тогдашней Европы. Среди
пермских находок особенно часты окремнелые стволы папоротников, известные
под названием Psaronius. Все реже попадаются в нижней перми кордаитовые,
зато расширяется состав гинктовых (GinKgoales) и цикадовых. В сухом климате
того времени прекрасно чувствовали себя хвойные. В ранней перми широко
распространены были роды Lebachia и Ernestiodendron, а в поздней —
Ullmannia
и Voltzia. В Южном полушарии процветала так называемая гондванская, или
Первые голосеменные
глоссоптерисовая флора. Характерный представитель этой флоры — Glossopte-
ris — принадлежит уже к семенным папоротникам. Леса каменноугольного, а во
многих районах Земли также и раннепермского времени приобрели теперь огром-
ное экономическое значение, поскольку за их счет образовались основные про-
мышленные местонахождения каменного угля.
Животный мир палеозоя
В протерозое тела животных были построены весьма примитивно и обычно
не имели скелета. Однако типичные ископаемые палеозойских отложений уже
обладали прочным наружным скелетом, или раковиной, защищавшим уязвимые
части тела. Под этим покровом животные меньше опасались естественных
врагов,
что создало предпосылки для быстрого увеличения размеров тела и усложнения
организации животных. Появление скелетных животных произошло в самом
начале палеозоя — в раннем кембрии, после чего началось их стремительное
развитие. Хорошо сохранившиеся окаменелые остатки скелетных животных
встречаются повсеместно во множестве, что резко контрастирует с крайней
редкостью протерозойских находок.
Некоторые ученые рассматривают эту взрывообразную эволюцию как дока-
зательство того, что концентрация атмосферного кислорода достигла к началу
кембрия уровня, необходимого для развития высших организмов. В верхней
части земной атмосферы образовался озоновый экран, поглощающий губительное
ультрафиолетовое излучение, что стимулировало развитие жизни в океане.
Повышение содержания кислорода в атмосфере неизбежно вело к росту интен-
сивности жизненных процессов. Доктор Э. О. Кангеров полагает, что раковины
и внутренний скелет у животных могли появиться только тогда, когда
организмы
получили в свое распоряжение источник энергии, перекрывающий минимум,
необходимый для поддержания внутреннего метаболизма. Таким источником
энергии оказалась повышенная концентрация кислорода в атмосфере. Животные,
быстро приспосабливаясь к измененной среде, приобретали различные типы
раковин, панцирей и внутреннего скелета. При всем своем разнообразии все
эти
животные пока еще жили в морях, и лишь позднее в ходе эволюции некоторые
из них приобрели способность дышать атмосферным кислородом.
Фауна раннего палеозоя была уже столь разнообразной, что в ней были пред-
ставлены практически все основные разделы беспозвоночных. Такому высокому
уровню дифференциации животных, начиная с кембрийского периода, неизбежно
должна была предшествовать длительная эволюция, хотя скудные материалы
докембрия и не позволяют нам восстановить в деталях картину такого
развития.
Трилобиты и другие членистоногие
Самыми типичными представителями палеозойской фауны являются, вне
всякого сомнения, относящиеся к членистоногим животные, известные под на-
званием трилобиты, что в переводе значит «трехдольные». Их сегментированное
тело было покрыто прочным панцирем, подразделенным на три отдела: голову,
туловище и хвост. Известно, что 60 % всех видов животного царства раннего
палеозоя принадлежало именно к этой группе. До настоящего времени только
в одном-единственном случае удалось найти докембрийские остатки членисто-
ногих — в 1964 г. в Австралии. Но уже с самого начала кембрия трилобиты на-
чинают свое триумфальное развитие, разделяясь на сотни родов и видов,
многие
из которых исчезли с лица планеты столь же быстро, как и появились.
Трилобиты
во множестве обитали в ордовикских морях, продолжая, хотя и не так интенсив-
но, свою эволюцию, о чем можно судить по отложениям этого времени, богатым
новыми родами трилобитообразных. Трилобиты пошли на убыль в силурийском
периоде и стали еще более редкими в девоне. В карбоне и перми существовало
одно-единственное семейство трилобитов (Proetidae), последние представители
которого вымерли к концу перми. Трилобиты имели повсеместное распростра-
нение в палеозое, поэтому они играют важную роль при определении возраста
и сравнении отложений разных континентов.
Гигантом среди палеозойских беспозвоночных был, несомненно, морской ра-
коскорпион Eurypterus, относящийся к группе Merostomata, до известной
степени
промежуточной между трилобитами и скорпионами и появившейся еще в кембрии.
Расцвета меростомовые достигли в среднем палеозое, когда произошло вселение
части их из морей в пресные воды. Размеры палеозойских меростомовых в
силуре
и девоне достигали 3 м. До наших дней сохранились лишь представители одного
семейства мечехвостов (Limulidae).
В девоне и, особенно, карбоне начинают развиваться наземные членистоногие
и среди них многочисленные типы наземных форм: многоножки (с силура),
скорпионы (с силура), пауки и другие. Из карбона известны примитивные стре-
козы рода Meganeura, размах крыльев которых достигал 57 см, и многоножки
Arthropleura (класс Diplopoda), выраставшие до полутора метров в длину.
Археоциаты
В кембрийских морях в изобилии водились животные с кубковидным скелетом,
известные под именем археоциаты (Archaeocyathi), которые в начале
палеозойской
эры играли ту же роль, что и кораллы в позднейшие времена. Они вели прикреп-
ленный образ жизни в теплых и мелких водах. Со временем их известковые ске-
леты образовывали в определенных местах значительные скопления извести,
говорящие о том, что ранее эти участки были дном мелкого и теплого моря.
Брахиоподы
В начале палеозоя появились также брахиоподы (Brachiopoda) — морские
животные с двустворчатой раковиной, похожие на моллюсков. Они составляли
30 % видов известной кембрийской фауны. Прочные раковины большинства
кембрийских видов брахиопод состояли из хитинового вещества, пропитанного
фосфатом кальция, тогда как раковины более поздних форм состояли преиму-
щественно из карбоната кальция. Скапливаясь в благоприятных местах в
неисчис-
лимых количествах, брахиоподы давали значительную часть материала при обра-
зовании подводных рифов и барьеров. В морской фауне палеозоя брахиоподы
своей численностью превышают все другие типы животных. Они присутствуют
практически во всех морских отложениях этого времени.
Иглокожие
Важным элементом палеозойской фауны были иглокожие (Echinodermata),
к которым относятся и общественные морские звезды и морские ежи. Их кембрий-
ские представители принадлежат в большинстве своем к даво вымершим
группам, отличающимся, в частности, простым асимметричным строением.
Только позже в палеозое приобрели иглокожие радиальную симметрию. В слоях
нижнего кембрия встречаются остатки представителей класса Eocrinoidea,
настоящие морские лилии (Crinoidea) появляются только в начале ордовика.
Некоторые примитивные формы иглокожих, такие, как цистоидеи (Cystoidea),
имели шаровидное тело, по которому были бессистемно разбросаны кроющие
пластинки («таблички»), У прикрепленных форм развивался стебель, служащий
для прикрепления к субстрату. Впоследствии стебельчатость стала общей для
большинства форм. Морские лилии, вершина расцвета которых приходится
на карбон, пережили все геологические эпохи с кембрия; известны и морские
ежи,
тогда как морские звезды и офидры известны с ордовика.
Моллюски
В начале палеозойской эры моллюсков (Mollusco) было крайне мало. (Кстати
говоря, некоторые специалисты относят к мягкотелым, или моллюскам, выше-
упомянутых брахиоподов.) Те, что были, относились к брюхоногим, хотя уже
с кембрия известны их основные классы — и брюхоногие (Gastropoda),
панцирные,
или хитоны (Amphineura), раковина которых состояла из нескольких щитков,
и двустворчатые (Bivalvia), и головоногие (Cephalopoda). К середине
палеозоя
моллюски заметно размножились. Остатки брюхоногих содержатся почти во всех
изученных сериях.Быстрымитемпамишло иразвитиеголовоногих.Пресноводные
двустворчатые появляются в большом числе в девоне, известны они также из
кар-
бона и перми. Большое распространение получили в палеозое и брюхоногие, пер-
вые пресноводные формы которых появились в конце каменноугольного периода.
Из головоногих были наиболее широко представлены наутилоидеи (Nautiloidea),
достигшие расцвета в силуре; один род — Nautilus, или «кораблик» — дожил
до наших дней. К концу палеозоя наутилоидеи были вытеснены аммонитами
(Ammonoidea) — головоногими со спирально закрученной раковиной, нередко
с богато скульптированной поверхностью. Своим видом раковина сильно напо-
минает бараний рог. Свое имя аммониты ведут от «рога Аммона»; Аммон, бо-
жество древних египтян, изображался с головой барана. Среди аммонитов
особое
место принадлежит гониатитам (Goniatites), появившимся в девоне и
занимавшим
господствующее положение в морях карбона. Их остатки являются хорошим
указателем геологического возраста морских пород.
Граптолиты и кишечнополостные
Особого внимания заслуживают и две другие группы — граптолиты (Grapto-
lithina) и кишечнополостные (Coelenterata). Окаменелые граптолиты часто вы-
глядят как грифельный след на палеозойских породах; это были морские коло-
ниальные организмы, имевшие широкое распространение, что позволяет исполь-
зовать их для дробного расчленения морских отложений. Граптолиты имеют
отдаленное родство с хордовыми предками позвоночных.
Из числа кишечнополостных наиболее замечательны кораллы (Anthogoo).
В раннем палеозое широко были распространены две группы кораллов: четырех-
лучевые, или ругозы (Rugosa) и табуляты (Tabulata). В теле первых
выделялись
четыре главные вертикальные перегородки, вторые представлены группами
поперечных образований. Силурийские кораллы нередко образовывали массив-
ные напластования известняков органического происхождения. Другой группой
кишечнополостных, имевших чрезвычайно широкое распространение в середине
палеозоя, были строматопоры (Stromatoporoidea). Эти организмы,
происхождение
которых по сей день является предметом дискуссий, наращивали прочный
известковый скелет, часто уплощенной формы. Некоторые из них достигали
2 и более метров в поперечнике. Строматопоры активно участвовали в образо-
вании силурийских и девонских известковых рифов. Обычно их причисляют
к гидроидным полипам (Hydrozoa). Многочисленными были в палеозое и ко-
нулярии (Conulata), которых также обычно относят к кишечнополостным.
Они появляются в ордовике, достигают высшей точки развития в девоне и вы-
мирают в самом начале мезозойской эры. Конулярии представлены конусовидны-
ми «раковинами» из органического вещества, не исключено их родство с меду-
зами.
Фораминиферы
Конец палеозоя был отмечен массовым развитием фораминифер (Foraminifera).
Эти одноклеточные организмы, чье имя в буквальном переводе означает «не-
сущие отверстия», были заключены в раковины, снабженные особыми отверсти-
ями. В карбоне и особенно в перми члены этой группы порой достигали внуши-
тельных размеров. Размножаясь в большом числе, они поставляли значительную
часть материала, из которого строились рифы морского дна.
Беспозвоночные в конце палеозоя
К концу палеозоя (пермь) фораминиферы продолжают эволюционировать,
но целый ряд других групп животных приходит в упадок: сокращается число
трилобитов, вымирают ругозы, падает значение брахиоподов. Относительно
распространенными остались двустворчатые, среди которых появляются формы
близкие мезозойским типам. Головоногие, среди которых появились в это время
первые настоящие аммониты, претерпевают к концу перми определенный кризис.
Первые позвоночные животные
Первые позвоночные появляются в ордовикских отложениях. Остатки кост-
ного панциря примитивных позвоночных из группы бесчелюстных рыбообраз-
ных — остракодерм (Ostracodermi) были обнаружены в нижнеордовикских по-
родах Эстонии и в среднеордовикских отложениях США. В современной фауне
бесчелюстные рыбообразные представлены немногочисленными формами, пол-
ностью лишенными костного скелета и чешуйчатого покрова, к числу их
относятся
миноги. Очень большой вклад в наши знания об ископаемых бесчелюстных внес
шведский палеонтолог профессор Э. Стеньше.
Более высоко организованные позвоночные, относимые к настоящим рыбам,
обладающим хорошо развитыми челюстями и парными плавниками) появляются
в силуре. Наиболее характерную группу древнейших рыб образуют панцирные
пластинокожие (Placodermi), процветавшие в девоне. К их числу относятся
свое-
образные антиархи. В начале девона плакодермы оставались относительно не-
крупными формами, близкими по размерам к бесчелюстным. Но быстро увели-
чиваясь в размерах, они уже вскоре стали настоящими гигантами, как
например,
Dinichthys, длина которого достигала 11 м. Это хищное чудовище, должно
быть,
наводило ужас на обитателей девонских морей. Наряду с пластинокожими в се-
редине палеозоя появляются предки настоящих акул; в верхнем палеозое не-
которых из них можно встретить даже в отложениях пресноводных бассейнов.
Параллельно идет эволюция различных групп высших, или костных рыб
(Osteichthyes), появившихся к началу девона, к концу девона давших начало
пер-
вым земноводным — ихтиостегидам (Ichthyostegalia). Что же касается других
групп
рыб и рыбообразных, то почти все группы начала девона начинают исчезать
к концу этого периода. Исключение составляли акантоды (Acanthodii),
своеобраз-
ные рыбы с зубчатыми шипами в основании парных плавников.
Быстро распространяясь, костные рыбы уже к концу девона оказались доми-
нирующей группой позвоночных пресноводных бассейнов. Практически с самого
начала своей эволюции они распались на три основные ветви. Виды первой из
них процветают и ныне, охватывая 90 % всех существующих рыб. Плавники
этих рыб поддерживались длинными костными лучами, откуда и пошло название
всего подкласса — лучеперые (Actinopterygii). Вторая группа костных рыб в
на-
стоящее время представлена лишь тремя родами двоякодышащих рыб (Dipnoi),
распространенных на южных материках. Свое название они получили за то, что
помимо жабер, эти рыбы обладают и легкими, использующимися для дыхания
воздухом. Третью группу костных рыб образуют кистеперые (Crossopterygii'),
получившие свое название за кистеобразное ветвление внутреннего скелета
парных плавников. Кистеперые рыбы имеют огромное эволюционное значение:
именно они дали начало всем наземным позвоночным, включая сюда и человека.
Вместе с двоякодышащими кистеперых иногда объединяют в одну группу.
Кистеперые, замечательные своими плавниками с широким мясистым основа-
нием, обитали не только в морях, но и в пресноводных бассейнах, и достигли
апогея развития в конце девона. В последующие геологические эпохи
кистеперых
становилось все меньше, и в наше время они представлены единственным ре-
ликтовым родом — латимерией (Latimeria), которая встречается в глубоких
водах
вблизи Мадагаскара. Ближайшая к латимерии форма вымерла еще в меловом пе-
риоде.
Первые наземные позвоночные
Древнейшие наземные позвоночные, остатки которых обнаружила в 30-х
годах датская экспедиция на острове Имер, к востоку от Гренландии, возникли
в конце девона от кистеперых рыб.
Выход животных из воды на сушу стал переломным моментом в эволюции
жизни на Земле. Естественно, потребовалось продолжительное время для корен-
ной перестройки функций организма, связанной с наземным образом жизни.
Предковые для наземных позвоночных кистеперые рыбы сначала оставляли
воду лишь на непродолжительные сроки. Передвигались на суше они плохо,
используя для этой цели змеевидные изгибы тела. Такой способ передвижения
практически представляет собой своего рода плавание на суше. Лишь
постепенно
в передвижении на суше все большую роль начинали играть парные конечности,
превращавшиеся по мере этого из рыбьих плавников в конечности наземных
животных. Лишь когда предки наземных позвоночных приспособились к поискам
пищи на суше, можно стало говорить о появлении настоящих наземных позво-
ночных. Первые амфибии — ихтиостеги — имели в своем строении еще много
рыбьих признаков, о чем говорит и их название.
В каменноугольном и, отчасти, пермском периодах продолжалась прогрес-
сивная эволюция амфибий. Многообразие их форм возрастало, но все древние
амфибии обитали либо в заболоченных местах, либо даже в пресных водоемах.
Основную группу древних амфибий составляют так называемые лабиринтодонты,
получившие свое название за строение зубов, на поперечных срезах которых
дентин и
эмаль образуют глубоко вдающиеся внутрь разветвленные складки,
разделенные узкими промежутками. Аналогичное строение зубов имели икисте-
перые рыбы. Длина тела у лабиринтодонтов колебалась от нескольких сантимет-
ров до четырех — пяти метров; часто по размерам и форме тела они напоминали
некрупных аллигаторов. В своем развитии амфибии зависят еще от водной
среды,
так как они размножаются, откладывая икру в воду. В воде же живут и растут
их личинки.
Первые пресмыкающиеся
В конце карбона происходят общие изменения климата. Если раньше климат
в Северном полушарии был теплым и влажным, то теперь он становится все |
