Селекция. Центр происхождения. Искусственный отбор. Гибридизация Скрещивание. Мутагенез. Полиплоидия. Гетерозис. Генная инженерия. Клеточная инженерия. Биотехнология. 1 страница

Глава 6

Происхождение жизни и развитие органического мира

 

Изучив главу, вы сумеете:

• охарактеризовать современные представления о происхождении жиз­ни и ее развитии;

• назвать два основных этапа происхождения и развития жизни;

• объяснить, какие условия обеспечили возникновение жизни на древ­ней Земле;

• описать этапы формирования первых организмов на Земле.

 

§ 32 Представления о возникновении жизни на Земле в истории естествознания

Проблемы возникновения и развития жизни на Земле занимают цент­ральное место в естествознании, с давних пор привлекают внимание всех фи­лософов и натуралистов и вызывают споры и разногласия.

При обсуждении вопроса о происхождении жизни учеными выдвинуто множество гипотез, которые и сейчас еще требуют достоверных подтверж­дений, несмотря на убедительность доводов. Большинство предположений, на которых основываются эти гипотезы, являются умозрительными. Ведь исто­рия Земли не сохранила материальных свидетельств появления первейших организмов нашей планеты. Воспроизвести же экспериментальным путем те очень давние (древнейшие) процессы в современных условиях невозможно, так как изменились сама Земля, ее общий облик и состояние, ее атмосфера и условия жизни на ней.

Все многообразие точек зрения на происхождение жизни на Земле сво­дится к двум основным взаимоисключающим гипотезам: биогенеза и абиогенеза.

Сторонники биогенеза (от греч. bios — «жизнь» и genesis — «происхожде­ние», «возникновение») утверждают, что все живое происходит только от жи­вого, тогда как сторонники абиогенеза (греч. а — частица отрицания) считают возможным происхождение живого из неживого.

Идею абиогенеза (зарождения организмов из неживой природы) актив­но развивали философы Древней Греции: Эмпедокл, Демокрит (V в. до н. э.) и особенно — Аристотель (IV в. до н. э.). Эта идея была широко распростране­на также в Древнем Китае, Вавилоне и Египте.

Эмпедокл утверждал, что первые живые существа возникли из четырех элементов ма­терии: огня, воздуха, воды и земли.

Демокрит пологая, что из ила и воды при участии огня могут самопроизвольно зарож­даться живые существа, например рыбы. Саму жизнь он рассматривал как следствие механических сил природы: из соединения многих атомов образуются тела, а распад атомов ведет к их гибели. В процессе вихревого движения атомов появляется множе­ство как отдельных тел, так и миров, которые возникают и уничтожаются естественным путем.

Аристотель также считал, что некоторые растения и животные могут самозарождать­ся из неживой материи. Это происходит в тех случаях, когда в неживом материале имеется некое «активное начало». Именно оно, подобно энергии, способно в благо­приятных условиях привести к появлению живого из неживого вещества. Например, из куска гниющего мяса под влиянием этого «активного начала» могут зародиться черви, а из червей — мухи. Вот еще одно его утверждение: «Живое может возникать не толь­ко в результате спаривания животных, но и от разложения почвы». Идеи Аристотеля о самозарождении жизни сохраняли власть над умами многих видных ученых очень долго, вплоть до XIX в. Например, в XVI в. известный врач Парацельс пытался опытным путем доказать самозарождение лягушек, мышей, черепах, угрей из воды, воздуха, со­ломы, гниющего дерева и других неживых предметов. Даже Ж. Б. Ламарк уже в XIX в. писал о самозарождении некоторых грибов.

Теории самопроизвольного зарождения жизни из неживой материи стали подвергать сомнению только в XVII в. Итальянский биолог и врач Франческо Реди в середине XVII в. сделал открытие, которое положило начало исследовани­ям биогенеза. Реди высказал предположение и подтвердил его серией опытов, что живое не возникает самопроизвольно, а появляется из живых организмов.

Ф. Реди проводил такие эксперименты. В сосуды помещал куски мяса различных жи­вотных. Одни сосуды плотно закупоривал, чтобы воздух не имел доступа к кускам мя­са. Другие сосуды оставлял открытыми. Спустя некоторое время в открытых банках по­являлись «черви» (личинки мух), а в закупоренных их не было. В своей работе «Экспе­рименты над зарождением насекомых» в 1668 г. он, обобщая свои наблюдения, вы­сказал предположение, что «черви» появились в результате полового размножения мух на гниющем мясе, а у самого гнилого мяса нет другой функции, кроме как служить питанием для мух и быть местом откладки их яиц.

Однако одной или двух серий экспериментов оказалось недостаточно для опровержения идей о самозарождении живого, ибо слишком много было в при­роде явлений, которые ученые того времени не могли объяснить. Чудесным казалось само возникновение из почвы растений, животных или грибов там, где их раньше не было. Как это происходит, было неясно. Ведь наука тех времен не имела микроскопа, не знала многих процессов и закономерностей развития организмов, которые в наши дни известны даже младшим школьникам.

Через несколько лет после опытов Ф. Реди голландец А. ван Левенгук, используя микроскоп, открыл невидимый ранее мир живой природы: простейших и бактерий, о существовании которых даже не подозревали. Но и это не разрушило идею о самозарождении жизни. Только в конце 70-х гг. XIX в. опы­тами, блестяще поставленными великим французским биологом Л. Пастером, удалось доказать, что «неживое вещество», например мясо, легко заражается живым — вездесущими бактериями, яйцами мух, плесневыми грибами и други­ми микроорганизмами. В своих опытах Пастер использовал колбы с длинным изогнутым горлышком. Такое горлышко свободно пропускало воздух в колбу, но служило ловушкой для частиц пыли и микроорганизмов. Бактерии могли проникнуть в колбу и вызвать разложение находящегося в ней бульона только в том случае, когда горлышко в колбе было отломлено (рис. 45). Опыты Л. Пастера доказали несостоятельность позиции абиогенеза, утвердив идеи биогенеза.

Однако признание биогенеза вызвало серию новых вопросов: как и ког­да на Земле возникла жизнь? Какими были первые существа нашей планеты? Где они появились? В поисках ответа на первый и главный вопрос — «Как возникла жизнь на нашей Земле?» — сформировались следующие основные гипотезы:

1. Жизнь на нашу планету занесена извне, из Вселенной — теория панспер­мии (от греч. pan — «всё» и sperma— «семя»).

2. Жизнь на Земле существовала всегда, но она претерпевала различные катаклизмы — теории стационарного состояния.

3. Жизнь возникла на Земле в результате биохимических процессов в условиях еще очень молодой планеты. Эту современную гипотезу называют теорией биохимической эволюции.

Обсуждение и критика различных теорий биогенеза обусловили разви­тие, с одной стороны, современных научных представлений об эволюции ор­ганического мира, а с другой — учения о происхождении жизни (теория биохими­ческой эволюции) на Земле, убедительно раскрывающего условия зарождения жизни на планете Земля.

 

 

1. В чем основное различие идей биогенеза и абиогенеза?

2*. Почему гипотеза о внезапном самозарождении организмов так долго продержалась в естествознании?

3. Выберите правильный ответ.

• Доказательство того, что жизнь не зарождается самопроизвольно, привел:

а) Ф. Реди; в) А. ван Левенгук;

б) Л. Пастер; г) Аристотель.

 

§ 33 Современные представления о возникновении жизни на Земле

В 1924 г. отечественный ученый-биохимик А.И. Опарин опубликовал труд «Происхождение жизни», заставивший весь мир по-новому взглянуть на вопрос о происхождении жизни на Земле.

Согласно гипотезе, выдвинутой Опариным, жизнь зародилась на Земле, а не привнесена из космоса.

В своей работе Опарин подчеркивал, что первые предшественники орга­низмов (протобионты) в ходе ряда химических и физических процессов (этап химической эволюции), происходивших на протяжении длительного времени в условиях молодой планеты, приобрели свойства организмов. После этого начался этап борьбы за существование и отбора живых существ в соответствии с закономерностями, выявленными Ч. Дарвином (этап биологической эволюции).

 

Великой заслугой А.И. Опарина является создание теории эволюции живой материи. Ее основные идеи: первоначально жизнь возникла в Мировом океане как результат химической эволюции (т. е. абиоген­но); развитие живой материи и появление большого разнообразия форм жизни произошли в процессе биологической эволюции (т. е. биогенно), которая стала вторым, начавшимся после химической эво­люции, важнейшим этапом развития жизни в исто­рии Земли. В дальнейшем А.И. Опарин неодно­кратно уточнял и углублял свои идеи, подкрепляя их новыми исследовательскими материалами.

Сходную с опаринской точку зрения в 1929 г. выска­зал английский ученый Дж. Холдейн. В конце 50-х гг. XX в. ее развил английский физик Дж. Бернал, который считал, что скопление органических молекул происходило путем кристаллизации первых полимер­ных молекул на минеральных частицах. Отечествен­ный ботаник и микробиолог Н.Г. Холодный полагал, что первоначально возникли не белки, а углеводороды, причем жизнь зародилась не в Мировом океане, а на мелководьях после образования суши. Были и другие гипо­тезы, но все они не противоречат друг другу в главном, а лишь показывают возмож­ность различных путей появления первичных организмов на нашей планете.

Какие же условия были на Земле в то время, когда возникли первые орга­низмы?

Согласно современным научным данным, Земля образовалась примерно 4,5-7 млрд лет назад из скопления газов и холодных (замерзших) пылевых час­тиц, состоявших из металлов и других химических элементов, окружавших формирующуюся молодую звезду — Солнце. Вначале Земля была газообразной и холодной, но по мере сжатия пылевых облаков, под действием гравитации и под влиянием тепла от распада радиоактивных элементов ее недра сгуща­лись, разогревались и расплавлялись. При этом захороненные внутри планеты газы выделились наружу и образовали первичную газовую атмосферу формиру­ющейся Земли.

Первичная атмосфера по своему составу сильно отличалась от совре­менной: в ней присутствовало значительное количество водорода, были мо­лекулы воды (в виде пара), углекислого газа, метана и аммиака. Свободного кислорода в земной атмосфере не было. Образовавшаяся Земля обладала достаточно большой массой, что позволяло ей удерживать в своем окруже­нии газы. В то же время она находилась на таком расстоянии от Солнца, что­бы получаемого количества энергии хватало для поддержания воды в жидком состоянии.

В результате разогревания Земля стала очень горячей, и вода, испаряясь с ее поверхности, образовала скопление густых облаков пара, окутавших мо­лодую планету. Пары воды, охлаждаясь на высотах, превращались в жидкость и в виде ливней выпадали на горячую поверхность Земли. Такие ливни шли тысячелетиями, заполняя водой все впадины и трещины земной поверхности, образуя Мировой океан и одновременно вызывая охлаждение верхних слоев планеты.

В дождевой воде растворялись химические вещества из атмосферы и зем­ной коры: метан, аммиак, цианистый водород, углекислый газ и многие другие. Вода, стекавшая в океаны, приносила с собой неорганические вещества, из их соединений с водой образовались различные соли. С ливневыми дождями в во­доемы попадали и молекулы простейших органических веществ, возникавших в атмосфере под влиянием ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов молний.

Накопление органических веществ превратило воды Мирового океана в своего рода бульон, содержавший смесь различных органических молекул. Эти молекулы, находясь близко друг от друга и вступая между собой в различные взаимодействия, создавали более сложные соединения. Так случалось бесчисленное количество раз в течение очень длительного времени, исчисляемого миллиардами лет. Среди множества образовавшихся соединений возникали отдельные сложные молекулы, в том числе белки, липиды, нуклеиновые кисло­ты, сахара и др., которые затем могли стать «живой» молекулярной системой в виде клетки, существующей в водной среде.

Предположение о том, что в водах Мирового океана было растворено большое количество органических веществ, получило подтверждение в ряде экспериментов, проведенных учеными в наше время.

В 1953 г. американский биохимик С. Миллер создал установку, позволившую смо­делировать древнейшие условия первобытной Земли. В итоге эксперимента им были синтезированы из неорганических веществ органические, в том числе соединения со сложными молекулами: ряд аминокислот, аденин, различные углеводы — сахара, и среди них рибоза. Другие исследователи в подобных опытах синтезировали мо­лекулы простых нуклеиновых кислот в виде небольших цепей из шестимономерных единиц.

А.И. Опарин считал, что главная роль в превращении органических ве­ществ в организм принадлежит белкам, так как они способны образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе воду и тем создающие вокруг себя своеобразную оболочку. Другие ученые полагают, что помимо белков большую роль в создании комплексов играли нуклеиновые кислоты. Такие комплексы благодаря диффузии могли слипаться и сливаться друг с другом, удаляя лишнюю воду. Этот процесс был назван ученым коацервацией, а сами белковые комплексы — коацерватными каплями или коацерватами. Со временем у коацерватов появилась оболочка и они оказались способными к поглощению веществ, богатых энергией, и благодаря этому — к увеличению массы и разме­ров. Однако опыты, проведенные рядом ученых, подтверждают лишь саму воз­можность таких процессов в те далекие времена.

Коацерваты представляли собой первые «организации» молекул.

Увеличиваясь в размере, коацерваты разделялись на более мелкие частич­ки — так был обозначен путь размножения первичных живых организмов. Для поддержания устойчивости коацерватам была нужна энергия, которая, по-видимому, была представлена различными химическими связями. Устойчивость некоторых коацерватов обеспечивала им сохранение и существование. Возмо­жно, именно такие устойчивые структуры со временем (а этот процесс длился миллионы лет) и дали начало первым живым организмам в виде живой клетки, где нуклеиновые кислоты установили первичный контроль над основными внутриклеточными процессами, в том числе и такими, как питание, рост и раз­множение. Ученые считают, что эти первые формы жизни на Земле появились примерно 3500-3900 млн лет назад.

Итак, идею, выдвинутую А.И. Опариным, коротко можно выразить сле­дующим образом.

Жизнь на Земле прошла длительный путь эволюции химических ве­ществ: из неорганических веществ образовались сложные органические вещества. Накопление их в течение миллиардов лет в океанах обеспечи­ло возможность сложным молекулам концентрироваться в коацерваты, которые стали основой появления элементарных первичных организмов.

Не все еще понятно в самом моменте перехода от сложных органических веществ в коацерватной капле к живой клетке, но ясно, что эта эволюция про­должалась несколько миллионов лет. Экспериментально пока еще не воспроиз­веден момент, когда сложная молекулярная система становится «живой систе­мой». Поэтому идеи, высказанные Опариным, Холдейном, Берналом и другими учеными, называют гипотезой, а не теорией, так как она еще требует своего до­казательства.

 

1. Что собой представляет процесс коацервации?

2*. Могут ли в современных условиях где-то на Земле происходить процессы возникновения жизни?

3. Дополните высказывания.

• Жизнь возникла на Земле путем... эволюции, а многообразие форм жизни — путем... эволюции.

• Коацерватами А.И. Опарин назвал... комплексы.

• Первые организмы возникли в «первичном бульоне», который со­держал... разных... молекул.

 

§ 34 Значение фотосинтеза и биологического круговорота веществ в развитии жизни

С появлением механизма воспроизведения (размножения) процесс за­рождения жизни завершился. Возникла острая проблема выживания среди других первичных организмов в условиях окружающей среды на Земле.

Как подчеркивают все исследователи, первые организмы были гетеротрофами, так как пищей им служили либо органические молекулы «первично­го бульона», либо такие же первичные живые клетки. Гетеротрофы — это орга­низмы, которые питаются готовыми органическими веществами и используют энергию, выделяющуюся при распаде этих органических веществ. Потребно­сти в энергии для осуществления процессов жизнедеятельности и для созда­ния потомства первые гетеротрофы, видимо, обеспечивали путем брожения — бескислородного процесса превращения органических веществ с помощью ферментов. Такой способ расщепления органических соединений в условиях, когда не было свободного кислорода в атмосфере Земли, очевидно, являлся ос­новным способом получения энергии для жизнедеятельности организмов.

Брожение — древняя и энергетически малоэффективная форма извлечения энергии из органических веществ. Брожению могут подвергаться органические кислоты, амино­кислоты, углеводы и многие другие органические соединения, но быстрее других бро­жению подвергаются сахара. Последовательно идущие друг за другом химические ре­акции брожения протекают непосредственно в цитоплазме. В этом процессе из хими­ческих связей, заключенных в органических молекулах, высвобождается энергия. Весь процесс идет при содействии ферментов, но без участия кислорода. Высвобождение энергии при брожении наблюдается и в наше время, например у многих бактерий, гри­бов, простейших и других организмов.

Считают, что со временем благодаря размножению произошло возрас­тание численности гетеротрофов. Органических веществ, накапливающихся в водах Мирового океана, не стало хватать для все увеличивающегося гетеро­трофного населения. Кроме того, предполагают, что к этому времени ультра­фиолетовая радиация Солнца произвела распад молекулы воды на водород и кислород и в атмосфере могло образоваться некоторое количество свобод­ного кислорода. В результате уменьшилось синтезирование органических мо­лекул и, следовательно, снизилось их поступление в Мировой океан. Это при­вело к сокращению пищевых ресурсов «первичного бульона».

Возникшая в связи с нехваткой питательных веществ конкуренция гете­ротрофов обусловила появление среди них автотрофов. Автотрофы — это организмы, способные самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических с помощью солнечной энергии или энергии, образующейся в результате окисления неорганических соединений. Первыми фотосинтезирующими организмами, вырабатывающими в ходе фотосинтеза кислород, были цианобактерии (или синезеленые водоросли), появившиеся около 3500 млн лет назад.

Полагают, что за миллионы лет становления организмов, еще на этапе коацерватных капель, когда их содержимое становилось все более сложным, случайные мутации нуклеиновых кислот могли дать отдельные более активные молекулы, способные ис­пользовать энергию света. Но пока питательные вещества были в избытке, это свойст­во не было востребовано первичными организмами. По мере сокращения количест­ва органических молекул в окружающей среде свойство усваивать энергию света обеспечивало преимущество автотрофным организмам и их потомству.

У первых автотрофов не сразу сформировался сложный механизм фото­синтеза. Предполагается, что это происходило постепенно, путем накопления небольших изменений. Важным шагом на пути усложнения строения первых организмов было появление у них хлорофилла — пигмента, хорошо улавливающего свет. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света с длиной волны в красной и синей частях спектра и отражает в зеленой части. Благодаря ему многие организмы приобрели зеленую окраску. Особенно это проявилось у воз­никших примерно 2000-2500 млн лет назад эукариот.

Появление у эукариот хлорофилла положило начало развитию особого мира организмов — мира растений. Растения как автотрофы способны поглощать энергию Солнца, на свету выделять кислород, потреблять углекислоту и созда­вать из неорганических веществ органические.

С появлением автотрофов начались необратимые изменения в условиях существования жизни на Земле. В результате колоссальной геохимической работы фотосинтезирующих организмов образовалось большое количество свободного кислорода в атмосфере (за счет расщепления воды при фотосинте­зе), произошло накопление солнечной энергии в химических связях и вовлече­ние в живое вещество огромных масс углекислоты, поставляемой в те времена в атмосферу из недр Земли в процессе активной вулканической деятельности.

Появление автотрофных организмов на Земле внесло грандиозные из­менения во все процессы существования нашей планеты.

По мере увеличения концентрации кислорода в атмосфере стала сущест­венно меняться окружающая среда. Нарушились многие сложившиеся биохи­мические процессы. Это вызвало гибель живых существ, для которых свобод­ный кислород оказался токсичным. Вместе с тем накопление газообразного кислорода в атмосфере обусловило возникновение у организмов процесса дыхания. Способность при дыхании синтезировать значительное количество высокоэнергетических молекул АТФ обеспечивала таким организмам более быстрый рост и размножение, а значит, давала возможность обитать в воздуш­ной среде, что впоследствии и произошло.

Фотосинтез, обеспечив лучшую выживаемость автотрофам, вместе с этим вызвал по­явление и накопление газообразного кислорода в атмосфере Земли. Теперь те орга­нические вещества, которые еще случайно могли образовываться в атмосфере, при взаимодействии с кислородом окислялись и распадались. Кроме того, кислород под влиянием ультрафиолетовых лучей превращался в озон. С образованием вокруг Земли озонового слоя, задерживающего ультрафиолетовые лучи, фактически прекратилось создание новых органических молекул в атмосфере. Но одновременно защитный озо­новый слой стал одним из условий для выхода живых организмов из воды на сушу.

Появление автотрофов не только расширило энергетические ресурсы для жизнедеятельности разнообразных организмов, но и включило в обмен­ные процессы большое количество новых неорганических веществ. При этом сами автотрофы оказались разнообразной и высокоэнергетической пищей для гетеротрофов.

Взаимодействие автотрофов и гетеротрофов, их непрерывное рождение и гибель привели к появлению на Земле нового мощного планетарного процес­са — биологического круговорота веществ. Образование органических веществ одними существами и поедание их другими приводило к тому, что эти веще­ства как могучий поток стали перемещаться из внешней среды к живым орга­низмам, откуда они видоизменяясь, снова возвращались в окружающую среду. И так круг за кругом, бесконечно.

Путем взаимосвязи жизни и смерти, путем химических процессов био­синтеза и распада органических соединений организмы вовлекали в био­логический круговорот веществ все химические элементы Земли.

Уже на ранних этапах развития живые организмы способствовали сокращению в атмо­сфере исходных запасов аммиака, водорода, метана, сероводорода. Бактерии и водо­росли в древнейших водных бассейнах «связывали» огромные массы железа, марган­ца, серы, азотных соединений, образовывали «осадочные» железные, марганцевые, серные руды и свободный азот. Бактерии, водоросли и простейшие (например, фораминиферы), погибая, создавали на дне водоемов многометровые отложения извести. Залежи фосфатов, гипса, железисто-кремнистые и многие другие породы — тоже про­дукты жизнедеятельности древних организмов, особенно бактерий.

Как видим, появившиеся на Земле организмы существенно меняли ее свойства. В итоге некогда безжизненная планета обрела населенную живыми существами оболочку — биосферу. Биосфера включает все организмы планеты и элементы неживой природы, составляющие среду их обитания. Благодаря взаимодействию живых и неживых компонентов биосферы осуществляется биологический круговорот веществ в природе.

Изучение истории Земли и развития жизни приводит к выводу, что жизнь — это важнейший геологический фактор, который с момента появле­ния производил и производит коренные изменения в составе геологических образований и окружающей среды, а это, в свою очередь, вызывает изменения и в самой жизни, и в свойствах всей биосферы.

 

1. Какие факторы обусловили появление на Земле автотрофов?

2. Объясните роль гетеротрофов и автотрофов в биологическом кру­говороте веществ.

3*. Раскройте сущность и значение круговорота веществ в биосфере.

 

§ 35 Этапы развития жизни на Земле

Первые живые существа появились на Земле примерно 3500-3900 млн лет назад. Их формирование и развитие происходило в водной среде, которая по насыщенности органическими и неорганическими веществами была подоб­на бульону.

Первые живые организмы были одноклеточными, по строению похожи­ми на ныне живущих бактерий. Они основали особую группу организмов — прокариот. Позднее возникли более сложные одноклеточные формы, давшие начало группе эукариот. Это были водоросли, простейшие и грибы. Эукариоты дали начало многоклеточным организмам, которые в процессе эволюции про­извели огромное разнообразие форм растений, грибов, животных, обитающих не только в воде, но и на суше.

Историю Земли и развитие жизни на ней обычно подразделяют на следу­ющие друг за другом этапы — эры. В эрах выделяют периоды, а в периодах — эпо­хи. Это все очень длительные промежутки времени в истории нашей планеты, обычно выражаемые в миллионах лет.

Обозначение и определение продолжительности исторических этапов проводится на основе изучения ископаемых остатков, а также с опорой на данные геологии, био­географии, систематики и другие свидетельства о крупных изменениях в лике Земли (соотношение моря и суши, интенсивность горообразования, наступление материко­вых оледенений и другие глобальные климатические процессы, содержание продуктов радиоактивного распада в минералах горных пород).

В истории Земли выделяют 6 эр: катархей (ниже древнейшего) — начался около 4500 млн лет назад; архей (древнейший) — начался примерно 3500 млн лет назад; протерозой (первичная жизнь) — начался 2500 млн лет назад; палеозой (древняя жизнь) — начало относят к 534 млн лет назад; мезозой (средняя жизнь) — начался около 248 млн лет назад; кайнозой (новая жизнь) — начался более 65 млн лет назад и продолжается сейчас.

История Земли насчитывает 4000-5000 млн лет. Примерно 3000-4000 млн лет шло формирование самой планеты, а возникновение организмов заняло период около 1000 млн лет. Это событие произошло на границе между катархеем и археем. До середины палеозоя жизнь развивалась только в воде.

Первыми на сушу вышли прокариоты (бактерии и цианобактерии). Как полагают ученые, это произошло еще в архее. С выходом на сушу прокариот начался процесс образования почвы. Спустя много времени на сушу вышли эукариоты — растения и животные. Первые растения поселились на влажных берегах пресных водоемов. Это были теперь уже давно вымершие риниофиты, произошедшие от зеленых многоклеточных водорослей. Данное собы­тие случилось, по-видимому, около 400 млн лет назад. Примерно в то же время на сушу вышли и первые животные — ракоскорпионы из паукообразных. С тех пор эволюция живого мира шла не только в водной, но и в наземно-воздушной среде.

Выход организмов на сушу обусловил появление у них в процессе эволю­ции разнообразных приспособительных свойств к жизни в наземно-воздушной среде.

В условиях сухости наземно-воздушной среды у организмов возникли плотные по­кровы, сохраняющие влагу тела. Для газообмена стали использоваться внутренние поверхности, образовались специальные ткани и органы, осуществляющие дыхание и предотвращающие потерю воды. В связи с низкой плотностью воздушной среды у животных возникли панцири и скелеты, а у растений — механические ткани во всех органах тела. У животных в связи с передвижением в поисках пищи и укрытий сфор­мировались конечности, помогающие бегать, плавать, копать, прыгать, летать и т. д. Растения, ведущие прикрепленный образ жизни, приобрели способность постоянно наращивать свои побеги и корни и тем менять места добывания питательных веществ.

На суше организмы сталкивались с обилием света, его суточными и се­зонными ритмами яркости и продолжительности. Это обусловило появление у организмов ночного или дневного образа жизни. При этом у многих видов выработались совместные, приуроченные друг к другу ритмы развития. Для лучшего улавливания света у растений развились листья и ветвление побегов.

Выход растений и животных на сушу в истории Земли произошел срав­нительно недавно. Но к этому времени в морских водах и в пресных водоемах жизнь уже достигла достаточно высокого уровня развития. За многие миллио­ны лет путем длительной эволюции появились разнообразные бактерии, жи­вотные, растения и грибы. Значительная часть их вымерла, но многие группы древних организмов или производные от них существуют и в наше время. На­пример, среди эукариот это водоросли (зеленые, золотистые, бурые, красные и др.), а также амебы, жгутиконосцы, губки, медузы, кораллы, моллюски, игло­кожие, хрящевые рыбы (акулы, скаты), латимерия (кистеперая рыба), кольча­тые черви, членистоногие и многие другие животные.

Представим кратко эволюцию жизни по эрам.

Катархеи (от 4500 до 3500 млн лет назад) — образование «первичного бу­льона» в водах Мирового океана, процесс коацервации.

Архей (от 3500 до 2500 млн лет назад) — эра прокариот: бактерий и цианобактерий. Осадочные породы подтверждают их наличие в этой эре. Цианобактерии свидетельствуют о фотосинтезе и присутствии активного пигмента хло­рофилла. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли (зеленые, желтозеленые, золотистые и др.) и простейшие. Среди них — жгути­ковые эукариоты (эвгленовые, вольвоксовые), саркодовые (амебы, фораминиферы, радиолярии) и др. Начался процесс почвообразования. На границе между архейской и протерозойской эрами появились половой процесс и многоклеточность.