Таблица развитие жизни на земле: Основные этапы развития жизни на Земле кратко в таблице

Эта лекция содержит ссылки на многие веб-сайты, содержащие дополнительные информация, которая, я надеюсь, может быть вам интересна. Ты не несет ответственность за информацию на этих сайтах об экзаменах, но Надеюсь, вы взглянете на некоторые из них.

Окаменелости — остатки или отпечатки организмов из прошлое, сохранившееся в скале.

    Окаменелости (рис. 25. 1) чаще всего формируют из:

• организмы с твердыми частями — раковины (рис. 25.1д), кости (рис. 25.1а) и (рис. 25.1б), экзоскелет
• организмы, которые быстро закапываются в ил или песок (формы осадочная порода)
• организмов, попавших в ловушку янтаря (рис. 25,1 г)
• Многие из найденных частей были закалены окаменением , происходит, когда растворенные в грунтовых водах минералы просачиваются в ткани мертвых организмов и замещают органические вещества.(Инжир 25.1с)
• прочие окаменелости реплики , слепки из форм ушли, когда трупы были покрыты грязью или песком.
• гусеницы (рис. 25.1е) и копролиты

     Палеонтология — изучение окаменелости.

    Старение костей и горных пород

1. Родственник Знакомства

    — Закон суперпозиции — осадочный горная порода (рис. 22.3)

    — Индекс окаменелостей

    — Эры , Периода в пределах каждой эры и эпох внутри периодов. Каждая отмечена большой эпизод вымирания.

2. Абсолютное датирование — Радиометрическое датирование. (рис. 25.2)

        — Радиоактивный изотоп

        — Период полураспада

        — Carbon14/12 (Углерод 14 разлагается до азота 14)

        — Уран 238 (разлагается до свинца 206) — только для датирования вулканических пород.

        — Калий-40 (разлагается до кальция 40, затем до аргона 40)

Геологическая история Земли  — (Таблица.25.1). Таблица геологического времени

См. поперечное сечение земли здесь

    — твердый внутренний сердечник из железа и никеля
— расплав мантия
— твердая кора — мощностью 8-65 км

Р поздняя тектоника (рис. 25.3) (см. ссылки в конце лекции)

   — конвекционные камеры в мантии (ОН) аналогичны таковым в кипящей воде (ОН)

   — типы границ (Изображение) (OH) и срединно-океанический хребет (OH)

   —  Континентальный дрейф (рис. 25.4)

    — Пангея

     — Средняя Атлантика гребень и многократное обращение магнитное поле Земли

   — Где этот индеец тарелка идет?

    – Калифорния — в море? Разлом Сан-Андреас — карта и фото.
— свидетельство Вегенера (1) Африка и Южная Америка (2) биогеография (3) ледниковые отложения

    — См. чертежи с 1858 года Антонио Снайдер-Пеллегрини до и после распада Пангеи, который даже не был именовался до 1912 г. (по Вегенеру).
Чередование жаркого и холодного климата , в результате чего в:
— повышение и понижение уровня моря и результирующие изменения солености
— расширение и отступление льдов (ледяные шапки и ледники)
Вулканы
— вызвало « ядерных зим »
— возможно, вызвало массовое вымирание в конец перми, когда образовалась Пангея

    — некоторые сформированы в районах, отличных от границ. См. карту горячих точек Земли и создание Гавайев
Метеориты (Инжир 25.6)
— вызвало « ядерных зим »
— наиболее важное значение в конце мезозоя (меловой период) вымирание — граница К-Т)

    — недавно также причастен к пермскому вымиранию

Массовые вымирания (Рис. 25.5)

Простой, но интересный взгляд на источник Земли и жизни от НАСА.

Посетите любой период времени на сайте Беркли. Много хороших картинок. Введение в эволюцию в Беркли.

Геологическое расписание — простое один, сложный один (вы не несете ответственности ни за один из них)

Основные эпизоды в истории Жизни (рис. 26.1) Аналогия с часами (рис. 26.2)

Докембрий — Из сотворения Земли к началу палеозоя. также посмотрите на этом сайте

Вселенная 10-20 byo
Солнечная система 4.5-5 байо

Земля (ОН) — 4,6 байо

— атмосфера раннего считалось, что земля содержит:

         углерод монооксид

         углерод двуокись

         азот

         вода пар

          НО НЕТ СВОБОДНОГО КИСЛОРОДА или только следовые количества (восстановительная среда)
— атмосфера сегодняшнего дня
78% азота N2
21% кислорода O2 (окисляющий окружающая среда)
0. 035% двуокись углерода CO2
следы из более редких газов

Зарождение жизни — начало жизни 3,5-4,0 лет назад

Эукариоты эволюционировали примерно 2,1 млн лет назад, а многоклеточные эукариоты эволюционировал на 1.2 bya

Изображение ранней Земли

Происхождение жизни путем химической эволюции — абиотический синтез

— наземный синтез — формирование из мономеров > полимеров > начало саморепликации молекулы > протобионты (рис. 26.12) > примитивных ячеек

    — Миллер-Юри (рис. 26.10)
— мелководье
— гидротермальный вентиляция             Гидротермальная вентиляционные отверстия в действии
— глина, песок, каменные частицы

— внеземные — кометы, астероиды, метеоры ( Панспермия )

— лекция доктора Таггарта о происхождении жизни.

Хорошая статья о происхождении жизни Кристиана де Дюва в журнале American Scientist

Дайте определение прокариотической, эукариотической, гетеротрофной и автотрофные

Эволюция прокариот Ранние и современные прокариоты (рис. 26.3)

— самый ранний окаменелостям 3,5 миллиарда лет = строматолиты — Ископаемое (рис. 26.4c) и современный
— эволюционировал 3,6 млрд лет назад — 4,0 млрд лет назад
— 2,0-3,5 цианобактерий (фотосинтетических) кислорода революция

— эволюция фотосинтеза (рис. 27.12)

Докембрийское вымирание — вероятно, массовое вымирание в результате сильного оледенения.

ПАЛЕОЗОЙ ERA — Возраст рыб 543-245 млн лет назад (палеозой Ocean Life — изображения) и большой трилобит сайт.

Кембрий Взрыв. Хронология эволюции животных тип (рис. 26.8)

    Подробнее об этом здесь .
— Около 570-500 миллионов лет назад

    — самый крупный за это время появилось типа животных. — Рис. 32.13
— Берджесс сланец

Ордивик — Вторжение земли — растения, животные и грибы

девон — первые земноводные, насекомые

карбон — известные леса карбона

перми
— Пангея сформирована

   — самые последние данные указывает на то, что в то время, вероятно, был удар астероида также.
— вымирание около 90% морских и 70% наземные виды. Возможные причины.

    — Пермь Рифовый комплекс (бассейн Делавэр) на западе Техас — виртуальный тур по территории Техаса.

          Написано К.А. Гримм

МЕЗОЗОЙСКИЙ ERA — Эпоха рептилий 245-65 млн лет назад. Открытие динозавров.

   — ОХ репрезентативных животных мезозоя

Триас
— радиация голосеменных, древовидных папоротников, беспозвоночные и рептилии, включая динозавров
Юрский период
— карта земли ранней юры — около 200 млн лет назад

    — радиация костистых рыб, летающих рептилий, некоторых млекопитающих
Меловой период
— очень тепло, высокий уровень моря, радиация цветковых растений, динозавров, мелких млекопитающих
— Extinction of Dinosaurs (граница K-T) (большое пустое место на этой странице — продолжайте прокручивать!)
— закончилось 65 миллионов лет назад, считает большинство в результате удара астероида (ОН) (рис. 25.6)

    — отличный К-Т Пограничный сайт в комплекте с игрой играть и много информации!

    – Подробнее о влияние теория массовых вымираний.

    – Отличный сайт о динозаврах!

    — Горячая кровь или хладнокровный??

    — Спутник изображение места падения Юкатана этот гигантский астероид.

    – Альтернатива представлена ​​теория вымирания динозавров, градуализм здесь.

Брайан Гофф, Центральный государственный университет Коннектикута

    – Сайт НАСА при ударе опасности будущего!

    — Уровни иридия в земных слоях.

КАЙНОЗОЙСКИЙ — Возраст млекопитающих от 65 лет до настоящего времени

 — OH для представителей вымерших Севера и Юга. Американские млекопитающие кайнозоя

Лед Возраст

Третичный 65-2 млн лет назад
— Климат прохладнее, уровень моря ниже, континенты рядом с текущими позициями
— Радиация птиц, млекопитающих, цветение растения и насекомые.
Четверть 2 млн лет назад
— холодный климат, повторные оледенения, низкий уровень моря
— Люди эволюционируют, многие крупные млекопитающие уходят вымерший

    — Средний Запад США, 16 000 лет назад.
Воздействие человека
— Мы были всего несколько секунд!! С геологической точки зрения.
— Глобальный изменение климата
— Угрозы биоразнообразию — люди, вызывающие еще одно крупное событие вымирания?

Следуйте за окаменелостью от находки до музея: http://www.dmnh.org/denverbasin2/ископаемое

Смоляные ямы Ла-Бреа: http://www.tarpits.org

Ссылки для тектоники плит

из Геологической службы США: http://pubs.usgs.gov/publications/text//dynamic.html

из Беркли: http://www.ucmp.berkeley.edu:80/geology/tectonics.html

из Динозаврии: http://www.dinosauria.com/dml/maps.htm

5.3: История жизни — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Земля в день
2. Узнать о прошлом
4. Около ископаемая запись
5. Молекулярные часы
6. Геологическая шкала
8. Summary
9. Explore More
10. отзыв

Как мы узнаем о прошлое?

Изучаем остатки вещей, существовавших много лет назад. Руины Помпеи дали археологам, историкам и другим ученым огромное количество информации о жизни две тысячи лет назад. В этом разделе обсуждается изучение вещей, которые на много тысяч лет старше этих останков.

Земля за один день

Трудно представить, сколько времени прошло с тех пор, как сформировалась Земля и на ее поверхности впервые появилась жизнь. Может помочь представление об истории Земли как о 24-часовых сутках, как показано на рисунке ниже. Люди появились бы только в последнюю минуту того дня.Если мы такие новички на планете Земля, откуда мы знаем о том огромном промежутке времени, который прошел до нас? Как мы узнали о далеком прошлом?

История Земли за один день. В этой модели истории Земли планета образовалась в полночь. В какое время появились первые прокариоты?

Изучение прошлого

Многое из того, что мы знаем об истории жизни на Земле, основано на летописи окаменелостей. Детальное знание современных организмов также помогает нам понять, как развивалась жизнь.

Запись окаменелостей

Окаменелости — это сохранившиеся останки или следы организмов, живших в прошлом. Мягкие части организмов почти всегда быстро разлагаются после смерти. Иногда твердые части — в основном кости, зубы или панцири — остаются достаточно долго, чтобы минерализоваться и образовать окаменелости. Пример полного ископаемого скелета показан на рисунке ниже. Летопись окаменелостей — это летопись жизни, которая развивалась в течение четырех миллиардов лет и была собрана воедино посредством анализа окаменелостей.

Останки вымершего льва. Этот окаменелый скелет представляет собой вымерший вид льва. Окаменелости редко бывают настолько полными и хорошо сохранившимися, как эта.

Чтобы сохраниться в виде окаменелостей, останки должны быть быстро покрыты отложениями или сохранены каким-либо другим способом. Например, они могут быть заморожены в ледниках или застрять в древесной смоле, как лягушка в рис. ниже. Иногда сохраняются следы организмов, такие как следы или норы (см. ископаемые следы на рис. ниже).Условия, необходимые для образования окаменелостей, встречаются редко. Поэтому вероятность того, что организм сохранится в виде окаменелости, очень мала. Вы можете посмотреть видео по следующей ссылке, чтобы более подробно увидеть, как формируются окаменелости: http://www.youtube.com/watch?v=A5i5Qrp6sJU.

На фото слева изображена древняя лягушка, пойманная в затвердевшую древесную смолу или янтарь. На фото справа показаны ископаемые следы динозавра.

Чтобы окаменелости могли «рассказать» нам историю жизни, их необходимо датировать.Затем они могут помочь ученым восстановить то, как жизнь менялась с течением времени. Окаменелости можно датировать двумя способами: относительным датированием и абсолютным датированием. Оба описаны ниже. Вы также можете узнать больше о методах знакомства в видео по этой ссылке: http://www.youtube.com/watch?v=jM7vZ-9bBc0.

• Относительная датировка определяет, какая из двух окаменелостей старше или моложе другой, но не их возраст в годах. Относительная датировка основана на положении окаменелостей в слоях горных пород.Нижние слои были отложены раньше, поэтому предполагается, что они содержат более старые окаменелости. Это показано на рисунке ниже.
• Абсолютная датировка определяет, как давно жил ископаемый организм. Это дает приблизительный возраст окаменелости в годах. Абсолютное датирование часто основано на количестве углерода-14 или другого радиоактивного элемента, оставшегося в окаменелостях. Вы можете узнать больше о датировании по углероду-14, посмотрев анимацию по этой ссылке: http://www.absorblearning.com/media/attachment.action?quick=bo&att=832.

Относительное датирование с использованием слоев породы. Относительная датировка устанавливает, какая из двух окаменелостей старше другой. Он основан на слоях горных пород, в которых образовались окаменелости.

Молекулярные часы

Данные палеонтологической летописи можно объединить с данными молекулярных часов. Молекулярные часы используют последовательности ДНК (или белки, которые они кодируют) для оценки родства между видами. Молекулярные часы оценивают время в геологической истории, когда родственные виды отделились от общего предка.Молекулярные часы основаны на предположении, что мутации накапливаются с течением времени с постоянной средней скоростью для данной области ДНК. Предполагается, что виды, которые накопили большие различия в своих последовательностях ДНК, разошлись со своим общим предком в более отдаленном прошлом. Молекулярные часы, основанные на разных участках ДНК, можно использовать вместе для большей точности.

Рассмотрим пример в таблице ниже. Таблица показывает, насколько ДНК некоторых видов животных похожа на ДНК человека.Основываясь на этих данных, какой организм, по вашему мнению, имел самого последнего общего предка с людьми?

Геологическая шкала времени

Другим инструментом для понимания истории Земли и ее жизни является геологическая шкала времени , показанная на рис. ниже.Геологическая временная шкала делит историю Земли на части (такие как эоны, эры и периоды), которые основаны на крупных изменениях в геологии, климате и эволюции жизни. Он организует историю Земли и эволюцию жизни на основе важных событий, а не только времени. Это также позволяет уделять больше внимания недавним событиям, о которых мы знаем больше всего.

Геологическая шкала времени. Шкала геологического времени делит историю Земли на периоды, отражающие основные изменения на Земле и ее формах жизни.В какой эре образовалась Земля? Что такое нынешняя эпоха?

Резюме

• Многое из того, что мы знаем об истории жизни на Земле, основано на летописи окаменелостей.
• Молекулярные часы используются для оценки того, сколько времени прошло с тех пор, как два вида отделились от общего предка.
• Геологическая временная шкала — еще один важный инструмент для понимания истории жизни на Земле.

Подробнее

Используйте ползунок времени в этом ресурсе, чтобы ответить на следующие вопросы.

1. Когда произошел Большой Взрыв?
2. Когда зажглось солнце?
3. Когда образовалась Земля? Какова была форма этой Земли?
4. Чего не хватало ранней атмосфере Земли?
5. Когда появились первые клетки?

Обзор

1. Что такое окаменелости?

2. Опишите, как образуются окаменелости.

3. Отличие относительной датировки от абсолютной датировки.

4. В этой таблице показано сравнение последовательностей ДНК некоторых гипотетических видов.Основываясь на данных, опишите эволюционные отношения между видом А и четырьмя другими видами. Поясните свой ответ.

5. Опишите геологическую шкалу времени.

12.1 Организация жизни на Земле — концепции биологии

Цели обучения

• Обсудить необходимость всеобъемлющей системы классификации
• Перечислите различные уровни системы таксономической классификации
• Опишите, как систематика и таксономия связаны с филогенезом

Вся жизнь на Земле произошла от общего предка.Биологи наносят на карту родство организмов, строя филогенетические деревья. Другими словами, можно построить «древо жизни», чтобы проиллюстрировать эволюцию разных организмов и показать отношения между разными организмами, как показано на рис. 12.2. Обратите внимание, что из одной точки три домена Archaea, Bacteria и Eukarya расходятся, а затем многократно разветвляются. Небольшая ветвь, которую занимают на этой диаграмме растения и животные (включая человека), показывает, насколько недавно возникли эти группы по сравнению с другими группами.

Фигура 12.2 В эволюции жизни на Земле три области жизни — археи, бактерии и эукариоты — разветвляются из одной точки. (кредит: модификация работы Эрика Габы)

Филогенетическое древо на рис. 12.2 иллюстрирует путь эволюционной истории. Путь можно проследить от зарождения жизни до любого отдельного вида, перемещаясь по эволюционным ветвям между двумя точками. Кроме того, начав с одного вида и проследив в обратном направлении до любой точки ветвления, можно идентифицировать организмы, связанные с ним различной степенью близости.

Филогенез — это эволюционная история и отношения между видами или группами видов. Изучение организмов с целью установления их взаимоотношений называется систематикой.

Многие дисциплины в рамках изучения биологии способствуют пониманию того, как жизнь в прошлом и настоящем развивалась с течением времени, и вместе они способствуют построению, обновлению и поддержанию «древа жизни». Собранная информация может включать данные, полученные из окаменелостей, изучения морфологии, структуры частей тела или молекулярной структуры, например последовательности аминокислот в белках или нуклеотидов ДНК. Рассматривая деревья, созданные различными наборами данных, ученые могут составить филогению вида.

Ученые продолжают открывать новые виды жизни на Земле, а также новую информацию о характере, поэтому деревья меняются по мере поступления новых данных.

Уровни классификации

Таксономия (что буквально означает «закон расположения») — это наука о присвоении названий и группировке видов для создания общепринятой на международном уровне системы классификации. Система таксономической классификации (называемая также системой Линнея по имени ее изобретателя Карла Линнея, шведского натуралиста) использует иерархическую модель.Иерархическая система имеет уровни, и каждая группа на одном из уровней включает в себя группы на следующем самом низком уровне, так что на самом низком уровне каждый элемент принадлежит к ряду вложенных групп. Аналогией является ряд вложенных каталогов на основном диске компьютера. Например, в наиболее всеобъемлющей группе ученые делят организмы на три домена: бактерии, археи и эукариоты. Внутри каждого домена есть второй уровень, называемый королевством. Каждый домен содержит несколько королевств. Внутри царств следующими категориями возрастающей специфичности являются: тип, класс, отряд, семейство, род и вид.

В качестве примера уровни классификации домашней собаки показаны на рис. 12.3. Группа на каждом уровне называется таксоном (множественное число: таксоны). Другими словами, для собаки Carnivora — это таксон на уровне отряда, Canidae — таксон на уровне семейства и так далее. Организмы также имеют общее название, которое обычно используют люди, например, домашняя собака или волк. Каждое название таксона пишется с заглавной буквы, кроме видов, а названия родов и видов выделены курсивом. Ученые называют организм по названию его рода и вида вместе, обычно называемому научным названием или латинским названием.Эта система с двумя именами называется биномиальной номенклатурой. Таким образом, научное название волка — Canis lupus . Недавнее исследование ДНК домашних собак и волков предполагает, что домашняя собака является подвидом волка, а не отдельным видом, поэтому ей дается дополнительное имя, указывающее на ее статус подвида, Canis lupus Familiaris .

На рис. 12.3 также показано, как таксономические уровни движутся к специфичности. Обратите внимание, как внутри домена мы находим собаку, сгруппированную с самым большим разнообразием организмов.К ним относятся растения и другие организмы, не изображенные на рисунках, такие как грибы и простейшие. На каждом подуровне организмы становятся более похожими, потому что они более тесно связаны. До того, как была разработана дарвиновская теория эволюции, натуралисты иногда классифицировали организмы, используя произвольное сходство, но поскольку теория эволюции была предложена в XIX веке, биологи работают над тем, чтобы система классификации отражала эволюционные отношения. Это означает, что все члены таксона должны иметь общего предка и быть более тесно связаны друг с другом, чем с членами других таксонов.

Недавний генетический анализ и другие достижения показали, что некоторые более ранние таксономические классификации не отражают реальных эволюционных отношений, и поэтому по мере новых открытий необходимо вносить изменения и обновления. Одним из драматических и недавних примеров было разделение прокариотических видов, которые до 1970-х годов классифицировались как бактерии. Их разделение на археи и бактерии произошло после признания того, что их большие генетические различия оправдывают их разделение на две из трех фундаментальных ветвей жизни.

Визуальная связь

Визуальная связь

Фигура 12.3 На каждом подуровне системы таксономической классификации организмы становятся более похожими. Собаки и волки — это один и тот же вид, потому что они могут размножаться и производить жизнеспособное потомство, но они достаточно разные, чтобы их можно было отнести к разным подвидам. (кредит «растение»: модификация работы «berduchwal»/Flickr; кредит «насекомое»: модификация работы Джона Салливана; кредит «рыба»: модификация работы Кристиана Мелфюрера; кредит «кролик»: модификация работы Эйдана Войтас; кредит «кошка»: модификация работы Джонатана Лидбека; кредит «лиса»: модификация работы Кевина Бачера, NPS; кредит «шакал»: модификация работы Томаса А. Германн, NBII, Геологическая служба США; кредитная «волчья» модификация работы Роберта Дьюара; кредит «собака»: модификация работы «digital_image_fan»/Flickr)

На каких уровнях кошки и собаки считаются частью одной группы?

Ссылка на обучение

Концепция в действии

Посетите этот сайт PBS, чтобы узнать больше о таксономии. В разделе «Классификация жизни» нажмите «Запустить интерактив».

Классификация и филогения

Ученые используют инструмент под названием филогенетическое дерево, чтобы показать эволюционные пути и отношения между организмами.Филогенетическое дерево — это диаграмма, используемая для отражения эволюционных отношений между организмами или группами организмов. Иерархическая классификация групп, вложенных в более инклюзивные группы, отражена в диаграммах. Ученые считают филогенетические деревья гипотезой эволюционного прошлого, потому что невозможно вернуться во времени, чтобы подтвердить предполагаемые отношения.

В отличие от таксономической классификации, филогенетическое дерево можно рассматривать как карту истории эволюции, как показано на рисунке 12.4. Общие характеристики используются для построения филогенетических деревьев. Точка, где в дереве происходит разделение, называемая точкой ветвления, представляет собой место, где одна линия развилась в отдельные новые. Многие филогенетические деревья имеют единственную точку ветвления в основании, представляющую общего предка всех ветвей дерева. Ученые называют такие деревья корневыми, что означает наличие единого предкового таксона в основании филогенетического дерева, от которого происходят все организмы, представленные на схеме.Когда две линии происходят из одной и той же точки ветвления, их называют сестринскими таксонами, например, два вида орангутанов. Точка ветвления с более чем двумя группами иллюстрирует ситуацию, для которой ученые не установили окончательно отношения. Пример иллюстрируется тремя ветвями, ведущими к подвиду гориллы; их точные отношения еще не поняты. Важно отметить, что сестринские таксоны имеют общего предка, что не означает, что один таксон произошел от другого.Точка ветвления или раскол представляет собой общего предка, который существовал в прошлом, но которого больше не существует. Люди не произошли от шимпанзе (как и шимпанзе не произошли от человека), хотя они являются нашими ближайшими живыми родственниками. И люди, и шимпанзе произошли от общего предка, который, как считают ученые, жил шесть миллионов лет назад и внешне отличался как от современных шимпанзе, так и от современных людей.

Фигура 12,4 Филогенетическое дерево имеет корни и показывает, как разные организмы, в данном случае виды и подвиды современных обезьян, произошли от общего предка.

Точки ветвления и ветви в филогенетической древовидной структуре также подразумевают эволюционные изменения. Иногда существенные изменения характера выявляются на ветвях или точках ветвления. Например, на рис. 12.5 точка ветвления, дающая начало линии млекопитающих и рептилий от линии лягушки, показывает происхождение признака амниотического яйца. Также у общего предка млекопитающих, пресмыкающихся, земноводных и челюстных рыб указана точка ветвления, дающая начало организмам с ногами.

Фигура 12,5 Это филогенетическое древо основано на организме, у которого отсутствовал позвоночник. В каждой точке ветвления организмы с разными признаками помещаются в разные группы.

Ссылка на обучение

Концепция в действии

Это интерактивное упражнение позволит вам изучить эволюционные отношения между видами.

Ограничения филогенетических деревьев

Легко предположить, что более близкородственные организмы более похожи друг на друга, и хотя это часто бывает, это не всегда так.Если две близкородственные линии развились в значительно различающихся условиях или после эволюции крупной новой адаптации, они могут сильно отличаться друг от друга, даже в большей степени, чем другие группы, которые не так тесно связаны. Например, филогенетическое дерево на рис. 12.5 показывает, что и у ящериц, и у кроликов есть амниотические яйца, тогда как у саламандр (в пределах линии лягушек) их нет; однако на первый взгляд ящерицы и саламандры кажутся более похожими, чем ящерицы и кролики.

Другой аспект филогенетических деревьев заключается в том, что, если не указано иное, ветви не показывают продолжительность времени, они показывают только порядок во времени эволюционных событий.Другими словами, длинная ветвь не обязательно означает, что прошло больше времени, а короткая ветвь не означает, что прошло меньше времени, если только это не указано на диаграмме. Например, на рис. 12.5 дерево не показывает, сколько времени прошло между эволюцией амниотических яиц и волос. То, что показывает дерево, — это порядок, в котором происходили события. Снова используя рис. 12.5, дерево показывает, что самым старым признаком является позвоночный столб, за которым следуют шарнирные челюсти и так далее. Помните, что любое филогенетическое дерево является частью большего целого, и, подобно настоящему дереву, оно не растет только в одном направлении после развития новой ветви. Итак, для организмов на рис. 12.5 тот факт, что развился позвоночник, не означает, что эволюция беспозвоночных прекратилась, а лишь означает, что образовалась новая ветвь. Кроме того, группы, которые не являются близкородственными, но развиваются в сходных условиях, могут казаться более похожими друг на друга, чем на близкого родственника.

Evolution of Earth — Scientific American

Подобно лазуритовому камню, на который он похож, голубая, окутанная облаками планета, которую мы сразу же узнаем по спутниковым снимкам, кажется удивительно стабильной. Континенты и океаны, окруженные богатой кислородом атмосферой, поддерживают знакомые формы жизни. Однако это постоянство — иллюзия, порожденная человеческим восприятием времени. Земля и ее атмосфера постоянно изменяются. Тектоника плит сдвигает континенты, поднимает горы и перемещает дно океана, в то время как не до конца изученные процессы изменяют климат.

Такие постоянные изменения характеризовали Землю с момента ее образования около 4,5 миллиардов лет назад. С самого начала тепло и гравитация определяли эволюцию планеты.К этим силам постепенно присоединились глобальные последствия возникновения жизни. Изучение этого прошлого дает нам единственную возможность понять происхождение жизни и, возможно, ее будущее.

Раньше ученые полагали, что твердые планеты, в том числе Земля, Меркурий, Венера и Марс, были созданы в результате быстрого гравитационного коллапса пылевого облака, в результате чего образовался плотный шар. В 1960-х годах космическая программа «Аполлон» изменила эту точку зрения. Исследования лунных кратеров показали, что эти выбоины были вызваны ударами объектов, которых было в большом количестве около 4.5 миллиардов лет назад. После этого количество ударов быстро уменьшилось. Это наблюдение омолодило теорию аккреции, постулированную Отто Шмидтом. В 1944 году русский геофизик предположил, что планеты увеличиваются в размерах постепенно, шаг за шагом.

Согласно Шмидту, космическая пыль слилась в частицы, частицы превратились в гравий, гравий превратился в маленькие шарики, затем в большие шарики, затем в крошечные планеты, или планетезимали, и, наконец, пыль стала размером с Луну. По мере того, как планетезимали становились больше, их количество уменьшалось. Следовательно, количество столкновений между планетезималями или метеоритами уменьшилось. Меньшее количество предметов, доступных для аккреции, означало, что для создания большой планеты потребовалось много времени. Расчет, сделанный Джорджем В. Уэзериллом из Института Карнеги в Вашингтоне, предполагает, что между образованием объекта диаметром 10 километров и объектом размером с Землю может пройти около 100 миллионов лет.

Процесс аккреции имел значительные тепловые последствия для Земли, последствия, которые сильно повлияли на ее эволюцию.Крупные тела, врезавшиеся в планету, произвели огромное количество тепла в ее недрах, расплавив найденную там космическую пыль. Образовавшаяся печь, расположенная на глубине от 200 до 400 километров под землей и называемая океаном магмы, действовала миллионы лет, вызывая извержения вулканов. Когда Земля была молода, тепло на поверхности, вызванное вулканизмом и потоками лавы из недр, усиливалось постоянной бомбардировкой огромных объектов, некоторые из которых, возможно, были размером с Луну или даже Марс. Жизнь в этот период была невозможна.

Помимо выяснения того, что Земля образовалась в результате аккреции, программа «Аполлон» вынудила ученых попытаться реконструировать последующее временное и физическое развитие ранней Земли. Это предприятие считалось невозможным основоположниками геологии, в том числе Чарльзом Лайелем, которому приписывают следующую фразу: «Нет следов начала, нет надежды на конец». Это утверждение передает идею о том, что молодая Земля не могла быть воссоздана, потому что ее остатки были уничтожены самой ее деятельностью.Но развитие изотопной геологии в 1960-х сделало эту точку зрения устаревшей. Воображая Аполлона и лунные находки, геохимики начали применять эту технику, чтобы понять эволюцию Земли.

Датирование горных пород с помощью так называемых радиоактивных часов позволяет геологам работать на старых участках, не содержащих окаменелостей. Стрелки радиоактивных часов — это изотопы — атомы одного и того же элемента, имеющие разный атомный вес, — а геологическое время измеряется скоростью распада одного изотопа на другой [см. «Самая ранняя история Земли» Дерека Йорк; Scientific American , январь 1993 г.].Среди множества часов особенными являются часы, основанные на распаде урана-238 в свинец-206 и урана-235 в свинец-207. Геохронологи могут определить возраст образцов, анализируя только дочерний продукт — в данном случае свинец — радиоактивного родителя, урана.

Капли для цирконов
ИЗОТОПНАЯ ГЕОЛОГИЯ позволила геологам определить, что аккреция Земли завершилась дифференциацией планеты: созданием ядра — источника магнитного поля Земли — и возникновением атмосферы.В 1953 году в классической работе Клэр К. Паттерсон из Калифорнийского технологического института с помощью ураново-свинцовых часов был установлен возраст Земли и многих образовавших ее метеоритов в 4,55 миллиарда лет. Однако в начале 1990-х работа одного из нас (Аллегре) по изотопам свинца привела к несколько новой интерпретации.

Как утверждал Паттерсон, некоторые метеориты действительно образовались около 4,56 миллиарда лет назад, и их обломки составляли Землю. Но Земля продолжала расти за счет бомбардировки планетезималями до тех пор, пока не прошло от 120 до 150 миллионов лет.В то время — от 4,44 до 4,41 миллиарда лет назад — Земля начала сохранять свою атмосферу и создавать свое ядро. Эта возможность уже была предложена Брюсом Р. Доу и Робертом Э. Зартманом из Геологической службы США в Денвере два десятилетия назад и согласуется с оценками Wetherills.

Возникновение континентов произошло несколько позже. Согласно теории тектоники плит, эти массивы суши являются единственной частью земной коры, которая не перерабатывается и, следовательно, разрушается в ходе геотермального цикла, движимого конвекцией в мантии.Континенты, таким образом, обеспечивают форму памяти, потому что в их скалах можно прочитать записи о ранней жизни. Однако геологическая деятельность, включая тектонику плит, эрозию и метаморфизм, разрушила почти все древние горные породы. От этой геологической машины сохранилось очень мало фрагментов.

Тем не менее, в последние десятилетия было сделано несколько важных открытий, опять же с использованием изотопной геохимии. Одна группа, возглавляемая Стивеном Мурбатом из Оксфордского университета, обнаружила местность в Западной Гренландии, которая находится между 3.7 миллиардов и 3,8 миллиарда лет. Кроме того, Сэмюэл А. Боуринг из Массачусетского технологического института исследовал небольшой участок в Северной Америке — гнейс Акаста, возраст которого оценивается в 3,96 миллиарда лет.

В конце концов, поиски минерала циркона привели других исследователей к еще более древней местности. Обычно встречающийся в континентальных породах циркон не растворяется в процессе эрозии, а откладывается в форме частиц в отложениях. Таким образом, несколько кусочков циркона могут сохраняться в течение миллиардов лет и служить свидетельством более древней коры Земли.Поиски старых цирконов начались в Париже с работы Анни Витрак и Джола Р. Ланселота, позже в Марсельском университете, а теперь в Университете Нмеса, соответственно, а также благодаря усилиям Мурбата и Альгре. В конце концов успеха добилась группа из Австралийского национального университета в Канберре под руководством Уильяма Компстона. Команда обнаружила в западной Австралии цирконы возрастом от 4,1 до 4,3 миллиарда лет.

Цирконы сыграли решающую роль не только в понимании возраста континентов, но и в определении того, когда впервые появилась жизнь.Самые ранние окаменелости неоспоримого возраста были найдены в Австралии и Южной Африке. Этим остаткам сине-зеленых водорослей около 3,5 миллиардов лет. Манфред Шидловски из Института химии им. Макса Планка в Майнце изучал формацию Исуа в Западной Гренландии и утверждал, что органическое вещество существовало уже 3,8 миллиарда лет назад. Поскольку большая часть сведений о ранней жизни была уничтожена геологической деятельностью, мы не можем точно сказать, когда она впервые появилась — возможно, она возникла очень быстро, может быть, даже 4 года назад.2 миллиарда лет назад.

Истории из газов
ОДИН ИЗ НАИБОЛЕЕ важных аспектов эволюции планеты — это формирование атмосферы, потому что именно это скопление газов позволило жизни выползти из океанов и сохраниться. С 1950-х годов исследователи выдвигали гипотезу о том, что земная атмосфера была создана газами, выходящими из недр планеты. Когда вулкан извергает газы, это пример непрерывного, как это называется, выделения газа из Земли.Но ученые задаются вопросом, произошел ли этот процесс внезапно — около 4,4 миллиарда лет назад, когда ядро ​​дифференцировалось, — или он происходил постепенно с течением времени.

Чтобы ответить на этот вопрос, Аллегре и его коллеги изучили изотопы инертных газов. Эти газы, в том числе гелий, аргон и ксенон, обладают тем свойством, что они химически инертны, т. е. в природе не реагируют с другими элементами. Два из них особенно важны для изучения атмосферы: аргон и ксенон.У аргона есть три изотопа, из которых аргон 40 образуется при распаде калия 40. У ксенона девять изотопа, из которых ксенон 129 имеет два разных происхождения. Ксенон-129 возник в результате нуклеосинтеза до образования Земли и Солнечной системы. Он также был создан в результате распада радиоактивного йода 129, которого больше нет на Земле. Эта форма йода присутствовала очень рано, но с тех пор вымерла, а ксенон-129 вырос за ее счет.

Как и у большинства пар, у аргона 40 и калия 40, ксенона 129 и йода 129 есть что рассказать.Это отличные хронометры. Хотя атмосфера образовалась в результате дегазации мантии, она не содержит ни калия-40, ни йода-129. Весь аргон-40 и ксенон-129, образовавшиеся на Земле и выделившиеся, сегодня находятся в атмосфере. Ксенон был изгнан из мантии и остался в атмосфере; поэтому соотношение атмосферы и мантии этого элемента позволяет оценить возраст дифференциации. Аргон и ксенон, попавшие в мантию, образовались в результате радиоактивного распада калия-40 и йода-129.Таким образом, если бы в начале формирования Земли произошла полная дегазация мантии, то в атмосфере не было бы аргона 40, но был бы ксенон 129.

Основная проблема, стоящая перед исследователем, который хочет измерить такие отношения распада, состоит в том, чтобы получить высокие концентрации инертных газов в породах мантии, потому что они чрезвычайно ограничены. К счастью, на срединно-океанических хребтах происходит природное явление, во время которого вулканическая лава выносит часть силикатов из мантии на поверхность.Небольшие количества газов, захваченных мантийными минералами, поднимаются вместе с расплавом на поверхность и концентрируются в мелких пузырьках во внешней стекловидной окраине лавовых потоков. Этот процесс служит для концентрирования количества мантийных газов в 10 ⁴ или 10 ⁵ раз. Сбор этих пород путем драгирования морского дна и последующего их измельчения в вакууме в чувствительном масс-спектрометре позволяет геохимикам определять соотношение изотопов в мантии. Результаты весьма удивительны.Вычисления соотношений показывают, что от 80 до 85 процентов атмосферы было дегазировано в течение первого миллиона лет существования Земли; остальное высвобождалось медленно, но постоянно в течение следующих 4,4 миллиардов лет.

В составе этой примитивной атмосферы, безусловно, преобладал углекислый газ, а азот был вторым по распространенности газом. Также присутствовали следовые количества метана, аммиака, диоксида серы и соляной кислоты, но не было кислорода. За исключением наличия большого количества воды, атмосфера была похожа на атмосферу Венеры или Марса.Детали эволюции первоначальной атмосферы обсуждаются, особенно потому, что мы не знаем, насколько сильным было солнце в то время. Однако некоторые факты не оспариваются. Очевидно, что углекислый газ играл решающую роль. Кроме того, многие ученые считают, что развивающаяся атмосфера содержала достаточное количество газов, таких как аммиак и метан, для образования органического вещества.

Тем не менее, проблема солнца остается нерешенной. Согласно одной из гипотез, в течение архейского эона, который длился примерно с 4 г.От 5 до 2,5 миллиардов лет назад мощность Солнца составляла всего 75 процентов от сегодняшней. Эта возможность ставит дилемму: как могла жизнь выжить в относительно холодном климате, который должен сопровождать более слабое солнце? Решение так называемого парадокса слабого раннего солнца было предложено Карлом Саганом и Джорджем Малленом из Корнельского университета в 1970 году. Эти два ученых предположили, что метан и аммиак, которые очень эффективно улавливают инфракрасное излучение, были в изобилии. Эти газы могли создать суперпарниковый эффект.Идея подверглась критике на том основании, что такие газы очень реакционноспособны и имеют короткое время жизни в атмосфере.

Что контролирует компания?
В КОНЦЕ 1970-х Вирабхадран Раманатан, ныне работающий в Океанографическом институте Скриппса, и Роберт Д. Сесс и Тобиас Оуэн из Университета Стоуни-Брук предложили другое решение. Они постулировали, что в ранней атмосфере не было необходимости в метане, потому что углекислого газа было достаточно, чтобы вызвать суперпарниковый эффект.Этот аргумент снова поднял другой вопрос: сколько углекислого газа было в ранней атмосфере? Углекислый газ на Земле теперь погребен в карбонатных породах, таких как известняк, хотя неясно, когда он там оказался в ловушке. Сегодня карбонат кальция создается в основном в процессе биологической деятельности; в архейский период углерод мог в основном удаляться в ходе неорганических реакций.

Быстрое выделение газа планеты высвободило огромное количество воды из мантии, создав океаны и гидрологический цикл.Кислоты, которые, вероятно, присутствовали в атмосфере, размывали горные породы, образуя породы, богатые карбонатами. Однако относительная важность такого механизма обсуждается. Генрих Д. Холланд из Гарвардского университета считает, что количество углекислого газа в атмосфере быстро уменьшалось в течение архея и оставалось на низком уровне.

Понимание содержания углекислого газа в ранней атмосфере имеет решающее значение для понимания климатического контроля. Два противоборствующих лагеря выдвинули идеи о том, как работает этот процесс.Первая группа считает, что глобальные температуры и углекислый газ контролировались неорганическими геохимическими обратными связями; второй утверждает, что они контролировались путем биологического удаления.

Джеймс К. Уокер, Джеймс Ф. Кастинг и Пол Б. Хейс, тогда работавшие в Мичиганском университете в Анн-Арборе, предложили неорганическую модель в 1981 году. Они постулировали, что уровни газа были высокими в начале архея и не падать стремительно. Трио предположило, что по мере потепления климата испарялось больше воды, а гидрологический цикл становился более активным, увеличивая осадки и сток.Углекислый газ в атмосфере смешивается с дождевой водой, образуя сток углекислоты, подвергая минералы на поверхности воздействию выветривания. Силикатные минералы соединились с углеродом, побывавшим в атмосфере, изолировали его в осадочных породах. Меньше углекислого газа в атмосфере, в свою очередь, означало меньше парникового эффекта. Неорганический процесс отрицательной обратной связи компенсирует увеличение солнечной энергии.

Это решение контрастирует со второй парадигмой: биологическим удалением. Одна теория, выдвинутая Джеймсом Э.Лавлок, создатель гипотезы Геи, предположил, что фотосинтезирующие микроорганизмы, такие как фитопланктон, будут очень продуктивными в среде с высоким содержанием углекислого газа. Эти существа медленно удаляли углекислый газ из воздуха и океанов, превращая его в отложения карбоната кальция. Критики возразили, что фитопланктон даже не развивался большую часть времени, пока на Земле была жизнь. (Гипотеза Гайи утверждает, что жизнь на Земле способна регулировать температуру и состав земной поверхности и поддерживать комфортные условия для живых организмов.)

В начале 1990-х Тайлер Волк из Нью-Йоркского университета и Дэвид В. Шварцман из Университета Говарда предложили другое решение Гайи. Они отметили, что бактерии увеличивают содержание углекислого газа в почвах, разрушая органические вещества и образуя гуминовые кислоты. Оба действия ускоряют выветривание, удаляя углекислый газ из атмосферы. Однако по этому поводу споры обостряются. Некоторые геохимики, в том числе Кастинг из Пенсильванского государственного университета и Холланд, постулируют, что, хотя жизнь может объяснить некоторое удаление углекислого газа после архея, неорганические геохимические процессы могут объяснить большую часть секвестрации.Эти исследователи рассматривают жизнь как довольно слабый механизм стабилизации климата на протяжении большей части геологического времени.

Кислород из водорослей
ПРОБЛЕМА УГЛЕРОДА по-прежнему имеет решающее значение для того, как жизнь повлияла на атмосферу. Углеродное захоронение является ключом к жизненно важному процессу увеличения концентрации атмосферного кислорода — предпосылки для развития определенных форм жизни. Кроме того, сейчас происходит глобальное потепление из-за того, что люди выделяют этот углерод. В течение одного миллиарда или двух миллиардов лет водоросли в океанах производили кислород.Но поскольку этот газ обладает высокой реакционной способностью и поскольку в древних океанах было много восстановленных минералов — железо, например, легко окисляется, — большая часть кислорода, вырабатываемого живыми существами, просто израсходовалась, прежде чем достигла атмосферы, где он столкнулся бы с газами, которые вступали бы с ним в реакцию.

Даже если бы эволюционные процессы породили более сложные формы жизни в эту анаэробную эру, у них не было бы кислорода. Более того, если бы они покинули океан, их, скорее всего, убил бы нефильтрованный ультрафиолетовый солнечный свет. Такие исследователи, как Уокер и Престон Клауд из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, предположили, что только около двух миллиардов лет назад, после того как большая часть восстановленных минералов в море была окислена, атмосферный кислород начал накапливаться. Между миллиардом и двумя миллиардами лет назад содержание кислорода достигло современного уровня, создав нишу для развития жизни.

Изучая стабильность некоторых минералов, таких как оксид железа или оксид урана, Холланд показал, что содержание кислорода в архейской атмосфере было низким два миллиарда лет назад.Принято считать, что современное содержание кислорода в 20 процентов является результатом фотосинтетической деятельности. Тем не менее, вопрос заключается в том, увеличивалось ли содержание кислорода в атмосфере постепенно с течением времени или внезапно. Недавние исследования показывают, что резкое увеличение количества кислорода началось между 2,1 и 2,03 миллиарда лет назад и что нынешняя ситуация была достигнута 1,5 миллиарда лет назад.

Присутствие кислорода в атмосфере имело еще одно важное преимущество для организма, пытающегося жить на поверхности или над ней: он фильтровал ультрафиолетовое излучение.Ультрафиолетовое излучение разрушает многие молекулы — от ДНК и кислорода до хлорфторуглеродов, которые участвуют в истощении стратосферного озона. Такая энергия расщепляет кислород на крайне нестабильную атомарную форму O, которая может снова объединяться в O ₂ и в особую молекулу O ₃ или озон. Озон, в свою очередь, поглощает ультрафиолетовое излучение. Только когда в атмосфере стало достаточно кислорода, чтобы образовался озон, у жизни появился шанс закрепиться или закрепиться на суше.Не случайно быстрая эволюция жизни от прокариот (одноклеточных организмов без ядра) к эукариотам (одноклеточным организмам с ядром) и метазоа (многоклеточным организмам) происходила в миллиарднолетнюю эру кислород и озон.

Хотя в этот период содержание кислорода в атмосфере достигало довольно стабильного уровня, климат едва ли был однородным. При переходе к современному геологическому времени были длительные этапы относительного тепла или прохлады.Состав раковин ископаемого планктона, который жил у дна океана, позволяет определить температуру придонной воды. Запись предполагает, что за последние 100 миллионов лет придонные воды охладились почти на 15 градусов по Цельсию. Уровень моря упал на сотни метров, и континенты разошлись. Внутренние моря в основном исчезли, а климат похолодал в среднем на 10–15 градусов по Цельсию. Примерно 20 миллионов лет назад на Антарктиде образовался вечный лед.

Около двух-трех миллионов лет назад палеоклиматические записи начали показывать значительное расширение и сокращение теплых и холодных периодов в 40 000-летних или около того циклах.Эта периодичность интересна тем, что она соответствует времени, которое требуется Земле, чтобы совершить колебание наклона своей оси вращения. Давно предполагалось и недавно было подсчитано, что известные изменения в геометрии орбиты могут изменить количество солнечного света, поступающего между зимой и летом, примерно на 10 процентов или около того, и могут быть ответственны за начало или окончание ледниковых периодов.

Теплая рука человека
НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫМ и озадачивающим является открытие, что между 600 000 и 800 000 лет назад доминирующий цикл сменился с 40 000-летних периодов на 100 000-летние интервалы с очень большими флуктуациями.Последняя крупная фаза оледенения закончилась около 10 000 лет назад. 20 000 лет назад ледяные щиты толщиной около двух километров покрывали большую часть северной Европы и Северной Америки. Ледники росли на высоких плато и в горах по всему миру. На суше было заперто столько льда, что уровень моря упал более чем на 100 метров ниже сегодняшнего уровня. Массивные ледяные щиты изрыли землю и изменили экологическое лицо Земли, которая в среднем была на пять градусов холоднее, чем сейчас.

Точные причины увеличения интервалов между теплыми и холодными периодами еще не выяснены. Вулканические извержения могли сыграть значительную роль, о чем свидетельствует влияние вулкана Эль-Чичон в Мексике и горы Пинатубо на Филиппинах. Тектонические события, такие как развитие Гималаев, могли повлиять на мировой климат. Даже воздействие комет может влиять на краткосрочные климатические тенденции с катастрофическими последствиями для жизни [см. «Что вызвало массовое вымирание? Внеземной удар» Уолтера Альвареса и Фрэнка Асаро; и «Что вызвало массовое вымирание? Извержение вулкана» Винсента Э.Куртильо; Scientific American , октябрь 1990 г.]. Примечательно, что, несмотря на резкие эпизодические возмущения, климат достаточно смягчился, чтобы поддерживать жизнь в течение 3,5 миллиардов лет.

Одно из самых важных климатических открытий за последние 30 лет было сделано из ледяных кернов в Гренландии и Антарктиде. Когда на эти замерзшие континенты выпадает снег, воздух между снежинками захватывается в виде пузырьков. Снег постепенно спрессовывается в лед вместе с захваченными газами.Некоторым из этих записей может быть более 500 000 лет; ученые могут анализировать химический состав льда и пузырьков из участков льда, которые лежат на глубине до 3600 метров (2,2 мили) под поверхностью.

Бурильщики ледяных кернов определили, что воздух, которым дышали древние египтяне и индейцы анасази, был очень похож на тот, которым мы дышим сегодня, за исключением множества загрязнителей воздуха, появившихся за последние 100 или 200 лет. Основными среди этих добавленных газов или загрязняющих веществ являются дополнительный углекислый газ и метан.Примерно с 1860 года, когда началась промышленная революция, уровень углекислого газа в атмосфере увеличился более чем на 30 процентов в результате индустриализации и обезлесения; уровень метана более чем удвоился из-за сельского хозяйства, землепользования и производства энергии. Способность повышенного количества этих газов улавливать тепло — вот что вызывает опасения по поводу изменения климата в 21 веке [см. «Изменение климата» Стивена Х. Шнайдера; Scientific American , сентябрь 1989 г.].

Ледяные керны показали, что устойчивые естественные темпы глобального изменения температуры обычно составляют около одного градуса Цельсия за тысячелетие. Эти сдвиги по-прежнему достаточно значительны, чтобы радикально изменить места обитания видов и потенциально способствовать исчезновению такой харизматичной мегафауны, как мамонты и саблезубые тигры. Но самая необычная история из ледяных кернов — это не относительная стабильность климата в течение последних 10 000 лет. Оказывается, в разгар последнего ледникового периода 20 000 лет назад в воздухе было на 50 процентов меньше углекислого газа и меньше половины метана, чем в нашу эпоху, голоцен.Это открытие свидетельствует о положительной обратной связи между углекислым газом, метаном и изменением климата.

Аргументация, которая поддерживает идею этой дестабилизирующей системы обратной связи, выглядит следующим образом. Когда мир был холоднее, концентрация парниковых газов была меньше, и поэтому задерживалось меньше тепла. По мере того, как Земля нагревалась, уровни углекислого газа и метана увеличивались, ускоряя потепление. Если бы жизнь приложила руку к этой истории, она должна была бы стимулировать, а не противодействовать климатическим изменениям.Становится все более вероятным, что когда люди стали частью этого цикла, они тоже способствовали ускорению потепления. Такое потепление стало особенно заметным с середины 1800-х годов из-за выбросов парниковых газов в результате индустриализации, изменений в землепользовании и других явлений. Тем не менее, опять же, неопределенность остается.

Тем не менее, большинство ученых согласны с тем, что жизнь вполне может быть основным фактором положительной обратной связи между климатическими изменениями и парниковыми газами. В конце 20-го века наблюдался быстрый рост средней глобальной приземной температуры [ , см. иллюстрацию на противоположной странице ].Действительно, период с 1980-х годов был самым теплым за последние 2000 лет. Девятнадцать из 20 самых теплых лет в истории наблюдений произошли с 1980 года, а 12 самых теплых лет — с 1990 года. Рекордно высоким годом был 1998 год, а 2002 и 2003 годы были на втором и третьем местах соответственно. Есть веские основания полагать, что десятилетие 1990-х годов было бы еще жарче, если бы не извержение горы Пинатубо: этот вулкан выбросил в высокие слои атмосферы достаточно пыли, чтобы заблокировать часть падающего солнечного света, вызвав глобальное похолодание на несколько десятых градуса в течение нескольких лет. годы.

Могло ли потепление последних 140 лет произойти естественным путем? Со все возрастающей уверенностью ответ — нет.

В рамке справа показано замечательное исследование, в ходе которого была предпринята попытка отодвинуть температурный рекорд Северного полушария на целых 1000 лет. Климатолог Майкл Манн из Университета Вирджинии и его коллеги провели сложный статистический анализ, включающий около 112 различных факторов, связанных с температурой, включая годичные кольца деревьев, протяженность горных ледников, изменения коралловых рифов, активность солнечных пятен и вулканизм.

Результирующая запись температуры представляет собой реконструкцию того, что можно было бы получить, если бы измерения на основе термометра были доступны. (Фактические измерения температуры используются для лет после 1860 года.) Как показывает доверительный интервал, существует значительная неопределенность в каждом году этой 1000-летней реконструкции температуры. Но общая тенденция ясна: постепенное понижение температуры в течение первых 900 лет, за которым последовал резкий подъем температуры в 20 веке. Этот график свидетельствует о том, что десятилетие 1990-х годов было не только самым теплым за столетие, но и за все прошедшее тысячелетие.

Изучая переход от атмосферы архея с высоким содержанием углекислого газа и низким содержанием кислорода к эпохе большого эволюционного прогресса около полумиллиарда лет назад, становится ясно, что жизнь могла быть фактором стабилизации климата. В другом примере — во время ледниковых периодов и межледниковых циклов — жизнь, по-видимому, выполняет противоположную функцию: ускоряет изменения, а не замедляет их. Это наблюдение привело одного из нас (Шнайдера) к утверждению, что климат и жизнь развивались совместно, а не жизнь служила исключительно отрицательной обратной связью с климатом.

Если мы, люди, считаем себя частью жизни, то есть частью природной системы, то можно утверждать, что наше коллективное влияние на Землю означает, что мы можем играть значительную роль в совместной эволюции в будущем планеты. Нынешние тенденции роста населения, требования повышения уровня жизни и использование технологий и организаций для достижения этих целей, ориентированных на рост, — все это способствует загрязнению. Когда цена загрязнения низка и атмосфера используется как бесплатная канализация, могут накапливаться двуокись углерода, метан, хлорфторуглероды, оксиды азота, оксиды серы и другие токсичные вещества.

Впереди кардинальные перемены
В СВОЕМ ОТЧЕТЕ Изменение климата, 2001 г. эксперты по климату из Межправительственной группы экспертов по изменению климата подсчитали, что к 2100 году мир потеплеет на 1,4–5,8 °C. лет — это все еще в 14 раз быстрее, чем один градус С за 1000 лет, который исторически был средней скоростью естественных изменений в глобальном масштабе. Если произойдет верхняя граница диапазона, то мы сможем увидеть темпы климатических изменений почти в 60 раз быстрее, чем средние естественные условия, что может привести к изменениям, которые многие сочтут опасными.Изменения с такой скоростью почти наверняка заставят многие виды попытаться изменить свои ареалы, как они это сделали во время перехода от ледникового периода к межледниковью между 10 000 и 15 000 лет назад. Мало того, что виды должны были бы реагировать на климатические изменения в 14–60 раз быстрее, но лишь немногие из них имели бы ненарушенные, открытые маршруты миграции, как это было в конце ледникового периода и в начале межледниковой эры. Негативные последствия этого значительного потепления — для здоровья, сельского хозяйства, прибрежной географии и объектов наследия — и это лишь некоторые из них — также могут быть серьезными.

Чтобы сделать критические прогнозы будущих климатических изменений, необходимых для понимания судьбы экосистем на Земле, мы должны копаться в земле, море и льду, чтобы узнать как можно больше из геологических, палеоклиматических и палеоэкологических данных. Эти записи обеспечивают фон для калибровки грубых инструментов, которые мы должны использовать, чтобы заглянуть в туманное будущее окружающей среды, будущее, на которое мы все больше влияем.

АВТОРЫ
КЛОД Ж. АЛЛГРЕ и СТИВЕН Х.SCHNEIDER изучает различные аспекты геологической истории Земли и ее климата. Альгре является профессором Парижского университета и руководит кафедрой геохимии в Парижском геофизическом институте. Является иностранным членом Национальной академии наук. Шнайдер — профессор кафедры биологических наук Стэнфордского университета и содиректор Центра экологических наук и политики. В 1992 году он был удостоен стипендии премии Макартура, а в 2002 году был избран членом Национальной академии наук.

Эволюция жизни на Земле Подготовка к эволюции на Гавайях | Эволюция на Гавайях: дополнение к «Учению об эволюции и природе науки»

вещи. Но они идентифицировали и воспроизвели несколько химических процессов, которые могли создать сложные молекулы на основе углерода, необходимые для жизни, и исследуют гипотезы о том, как эти молекулы могли собраться вместе в сборки, которые могли бы создавать копии самих себя.

Эволюция, должно быть, была частью жизни с самого начала. Механизмы, копирующие генетический материал в клетках, не точны на 100%. Таким образом, по мере размножения первых примитивных клеток они должны были начать производить варианты, некоторые из которых имели преимущества перед своими предшественниками. Растущие популяции клеток также столкнулись бы с новой средой, которая благоприятствовала бы вариантам, способным выжить и произвести больше потомства в новых условиях. Таким образом, живые существа со временем диверсифицировались и воспользовались преимуществами растущего числа различных экологических ниш.

За миллиарды лет земной истории произошло несколько важных эволюционных вех:

• Появление эукариотических клеток более миллиарда лет назад привело к появлению организмов с признаками, отсутствовавшими в более ранних прокариотических клетках, поскольку развитие клеточных органелл (например, связанной с мембраной ядерной оболочки) позволило клеткам стать больше и сложнее.

• Точно так же эволюция многоклеточных организмов с клетками, специализированными для определенных задач, привела к появлению новых видов организмов с новыми формами и функциями.

• Способность отращивать твердые панцири, развившаяся, по-видимому, около 570 миллионов лет назад, привела к появлению множества новых видов животных, при этом одни линии организмов процветали, а другие вымирали.

• Эволюция растений и животных, которые могли жить исключительно на суше, начавшись около 400 миллионов лет назад, привела к дальнейшему разнообразию форм и функций. У сосудистых растений, например, появились настоящие листья, обеспечивающие более эффективный фотосинтез, стебли для поддержки листьев и корни для закрепления растения, а также для поглощения воды и питательных веществ из почвы.

• Первые рептилии, птицы и млекопитающие появились между 300 и 200 миллионами лет назад, так что впервые в земной истории поверхность планеты была заселена широким кругом крупных наземных животных.

• Вымирание динозавров около 65 миллионов лет назад позволило видам млекопитающих занять целый ряд экологических ниш, из которых они ранее были исключены.

Около 30 миллионов лет назад, когда формировался нынешний атолл Куре, мир приобретал многие характеристики, которые мы знаем сегодня.Континент Антарктида отделился от Южной Америки и двигался к своему нынешнему местоположению. В результате похолодания мировых температур образовался новый тип растительной зоны в более высоких широтах, смешанные леса умеренного пояса, подобные сегодняшним лесам Канады и Северной Европы. Примерно в это же время появились виды, имеющие отчетливое сходство с современными собаками, кошками, верблюдами, свиньями и оленями. В северных широтах многие виды приматов вымерли из-за похолодания климата, но в тропиках сохранилось несколько эволюционных линий приматов.Миллионы лет спустя одна из этих линий дала начало гориллам, шимпанзе и людям.

Когда каждый новый гавайский остров возвышался над водами Тихого океана, он был таким же горячим и безжизненным, как поверхность ранней Земли (см. рис. 9). Но он недолго оставался бесплодным. Как только лава остывала, ее заселяли споры водорослей, мхов и папоротников, переносимые ветром с других островов и с далеких континентов. Кроме того, некоторые виды птиц, летучих мышей и насекомых способны на

Теория истории жизни – обзор

Введение

Теория истории жизни объясняет общие черты жизненного цикла, т.е.т. е. как быстро растет организм, в каком возрасте он созревает, как долго живет и как часто размножается. Эта теория занимает центральное место в эволюционной экологии, поскольку она напрямую связана с естественным отбором, приспособленностью, адаптацией и ограничениями. Теория предполагает наличие фенотипа, включающего в себя демографические признаки, т. е. рождение, возраст и размер при достижении зрелости, количество и размер потомства, рост и репродуктивные инвестиции, продолжительность жизни и смерти, которые связаны с сдерживающими отношениями, компромиссами. Взаимодействие между признаками определяет приспособленность, а анализ взаимодействий между признаками объясняет фенотипическую адаптацию (Stearns, 1992).

Теория, впервые сформулированная Макартуром и Уилсоном, была основана на предпосылке, согласно которой плотность населения регулирует демографические характеристики. В расширяющихся популяциях, когда плотность популяции низкая, отбор будет отдавать предпочтение особям, которые быстро приобретают ресурсы, превращают их в потомство и быстро увеличивают размер популяции. Напротив, в стабильной среде организмы, как правило, остаются близкими к своей несущей способности, где отбор благоприятствует индивидуальной стойкости перед лицом дефицита пищи и более эффективному использованию пищевых ресурсов.Позже эту теорию раскритиковали как слишком упрощенную и переформулировали в более общем контексте. Модели предполагают, что эволюция стратегий анамнеза жизни зависит от гетерогенной смертности среди возрастных классов. Причины смертности могут быть внешними или зависеть от плотности, а также взаимодействовать с факторами окружающей среды, такими как присутствие хищников, доступность ресурсов и изменчивая среда (обзор в Reznick et al. , 2002).

Широкий контекст, в котором изучаются истории жизни, увеличил сложность этого сегмента исследований.Следовательно, в таких сложных системах нет общих предсказаний, потому что всегда можно найти организм с неожиданными компромиссами (Stearns, 1992). С другой стороны, Stearns (1992) считает, что стоит попытаться связать среду обитания с историями жизни в двухэтапной процедуре, т. е. как среда обитания определяет режим смертности, а последний определяет оптимальный жизненный цикл.

Наземная и подземная среда явно различаются по трем экологическим факторам, влияющим на эволюцию жизненных циклов, а именно по стабильности климата, нехватке пищи и простым сообществам с уменьшенным хищничеством.Истории жизни пещерных видов являются не только самой интересной, но и самой сложной областью исследований подземной биологии. Исследования истории жизни требуют знаний о демографии, регулировании роста населения в зависимости от плотности и факторах окружающей среды, влияющих на смертность определенных возрастных групп. Понимание этих процессов требует программ разведения и подробных полевых наблюдений. Одна проблема, присущая изучению подземных животных, заключается в том, что лабораторное разведение многих видов затруднительно.Вторая проблема заключается в том, что темпы роста и старения подземных животных медленные и требуют долгосрочных исследований, превышающих обычные схемы финансирования. Третья проблема заключается в том, что дикие популяции могут быть недоступны в течение всего года, например, при повышенном уровне воды. Следовательно, влияние колебаний окружающей среды на демографические процессы часто невозможно оценить и явно ввести в аналитические рамки.

Наше понимание истории жизни основано на нескольких многолетних наблюдениях, таких как изучение амблиопсид (Poulson, 1963, табл. 1).Тем не менее, есть также несколько небольших исследований, которые сделали шаги к пониманию индивидуальных черт истории жизни. Учитывая скудость данных, я не пытаюсь сделать общий обзор жизненных историй подземных животных, а скорее пересматриваю фрагменты закономерностей, обнаруженных в индивидуальных чертах жизненного цикла.

Таблица 1. Признаки жизненного цикла амблиопсидов

Вид	Экология	Возраст при первом размножении (мес.)	Количество икринок	Максимальная доля самок с 9 )	Продолжительность жизни (лет)	Диаметр яйца (мм)	Среднее кол.выводков	Макс. Из выручки	репродуктивные усилия на вывод (мм 3 GM — 1 GM — 1 гн. Максимальное время жизни. +		Болото 12			1,00 2,4-3,8		1.3 0.9-1.2	1,0	1	64	64
Forbesichthys agassizi		Spring 12	150	1.00	1.7-2.2	2.3	1.5-2.0	2	2	2	298
Typhylichys Subterraneus	Пещера	24	50	0. 0	4.2	4.0-2.3	1.5	3	4		541
Amblyopsis Spelaea	Пещера	40	70	0.10	1.0	7	7	2 9	2.0-2.3	5 9	5 9	52
Troglichtys Rosae	Cave	37	23	0.20	0.9	4.8	1.9-2.2	0,6	3	3	83	83	249	249

(после Poulson, TL, 1963. Пещерная адаптация в амарсидских рыбах. Am. Midl. Nat. 70 (2), 257-290 .)

10.2 Репрезентации истории жизни | История жизни на Земле

10.2 Представления истории жизни (ESGCB)

Основное внимание в этом разделе уделяется тому, чтобы помочь учащимся понять, как ученые используют дедуктивные рассуждения для понимания прошлого. Ученые никогда не могут точно знать, что произошло в прошлом, но они могут использовать различные формы доказательств (подсказок), чтобы собрать воедино связную картину. Когда данные из многих различных областей начинают согласовываться друг с другом, это придает теории больше доверия.Будут представлены различные формы доказательств, такие как геологические записи и свидетельства окаменелостей.

Ученые разделили историю жизни на разные периоды времени, используя геологическую шкалу времени . В этом разделе мы представим ключевые доказательства, которые ученые использовали для построения этой временной шкалы. Мы обсудим теорию дрейфа континентов , которая объясняет, как образовались континенты. Мы также кратко коснемся теории естественного отбора, которая объясняет, как одна форма жизни может эволюционировать в другую в течение многих лет, адаптируясь к изменяющейся среде.Затем мы представим методы, с помощью которых мы можем определить эволюцию форм жизни с течением времени, изучив летопись окаменелостей .

Геологическая шкала времени (ESGCC)

Геологическая шкала времени — это «календарь» событий в истории Земли. Он показывает основные геологические и климатические события и то, как эти события повлияли на появление и исчезновение видов с течением времени. Чтобы помочь нам разобраться в этом огромном количестве времени, ученые разделили его на более мелкие единицы времени.В порядке убывания этими единицами являются: эоны, эры и периоды.

• Эон ​​ : определяется как единица времени, равная миллиарду лет.

• Эра : это период времени внутри эона, но не имеет фиксированного количества лет. Например, мезозойская эра длилась от 252 миллионов лет до 66 миллионов лет назад.

• Период : обычно относится к подразделению эпохи, и его продолжительность определяется системой датирования, основанной на изучении ископаемых свидетельств, принадлежащих определенной эпохе.

На рис. 10.1 ниже показан один из методов представления геологической шкалы времени:

Хотя от вас не требуется помнить названия конкретных периодов, от вас требуется понимание эпох и их конкретных характеристик.

Еще одним мощным визуальным способом представления истории Земли является использование геологических «часов» (рис. 10.2). Человеческая история занимает всего 2 миллиона из \(\text{4 500}\) миллионов лет истории Земли.По этим часам человеческое существование составляет менее минуты эволюционной истории жизни на Земле.

Рисунок 10.2: «История человечества на Земле составляет всего одну секунду на часах». В этом представлении два миллиона лет человеческой истории представляют собой эффект, слишком малый, чтобы его можно было увидеть на временной шкале.

На этом веб-сайте есть инфографика, показывающая геологическое время на часах. Каждый час на часах соответствует периоду истории Земли и показывает характеристики каждого периода и ключевые события внутри них.

Построить хронологию ключевых событий в истории жизни на Земле (Essential CAPS)

Цель

В этом упражнении вы научитесь комбинировать всю информацию, полученную по истории жизни, и отображать ее на собственной простой геологической шкале времени.

Материалы

• тетрадь или картон

• цветные ручки и карандаши

• картинки и информация из интернета и книг

Инструкции

Нарисуйте шкалу времени от `0 лет назад’ до \(\text{530}\) миллионов лет назад.

Изобразите историю жизни на этой временной шкале. На временной шкале покажите:

• Мезозойская, палеозойская и кайнозойская эры
• Два крупных климатических изменения, характерных для каждой эпохи
• Крупные изменения в растительном и животном мире, произошедшие за это время

Упражнение: Построить хронологию ключевых событий в истории жизни на Земле (Essential CAPS)

В этом упражнении учащиеся должны объединить всю информацию об истории жизни и отобразить эту информацию на собственной простой геологической шкале времени.

Учащиеся могут сделать это в формате плаката или в качестве упражнения в классе. Они могут работать индивидуально или в небольших группах от 2 до 4 человек. Можно использовать фотографии из Интернета, чтобы проиллюстрировать их временную шкалу.

Любая временная шкала , нарисованная учащимся, может быть приемлемой при условии, что она соответствует следующим критериям:

• Он должен иметь шкалу ВРЕМЕНИ, например. если это прямая линия, время может быть записано непосредственно на самой линии. Если это круг, секции могут быть помечены годами.
• Должны быть показаны все три недавние эры, т.е. палеозойская, мезозойская и кайнозойская.
• Использование цвета необязательно, но это сделает весы более привлекательными.
• Важно, чтобы относительные размеры трех эпох были более или менее правильными.
• Он должен показать два основных климатических изменения в течение каждой из трех эпох.
• Должны быть серьезные изменения в растительной и животной жизни в течение 3 эпох.

Континентальный дрейф (ESGCD)

Учащимся не нужно знать даты дрейфа континентов.Эти даты являются приблизительными и даны в качестве ориентира и для того, чтобы дать представление о шкале времени.

Континентальный дрейф — это раскол и перемещение континентов Земли относительно друг друга путем дрейфа по поверхности Земли. С тех пор как была предложена первоначальная гипотеза дрейфа континентов, изучение тектоники плит помогло нам понять, почему континенты движутся.

Тектоника плит — это изучение складчатости и разломов земной коры (литосферы).

Биогеография — раздел биологии, изучающий географическое распространение растений и животных. Это сыграло важную роль в развитии нашего понимания свидетельств дрейфа континентов.

Доказательства дрейфа континентов

Существует множество доказательств теории дрейфа континентов, основанной на свидетельствах окаменелостей, теории тектоники плит и исследованиях ледниковых отложений. Например:

• Подобные окаменелости растений и животных были обнаружены на берегах разных континентов, что позволяет предположить, что когда-то они были соединены.Например:
  • Мезозавр , найденный в Бразилии и Южной Африке.
  • Lystrosaurus из пород того же возраста, найденных в Южной Африке, Южной Америке, Индии, Австралии и Антарктиде
  • дождевых червей, обнаруженных в Южной Америке и Африке, позволяют предположить, что они существовали в общей среде обитания на одном континенте.
• Дополняющие друг друга формы Южной Америки и Африки позволили ученым предположить, как эти континенты разошлись из-за различных тектонических сил.
• Изучение ледников, оставшихся после ледниковых периодов, дало важные доказательства дрейфа континентов. Ледниковые отложения из Южной Америки, Африки, Индии, Мадагаскара, Аравии, Индии, Антарктиды и Австралии свидетельствовали о том, что когда-то они были соединены вместе, что свидетельствует о существовании суперконтинента Гондвана.

Используя эти данные, ученые пришли к выводу, что в прошлом Земля существовала как суперконтинент, известный как Пангея, до начала мезозойской эры.В распаде Пангеи было три основных этапа:

• Первая фаза : около \(\text{175}\) миллионов лет назад Пангея начала раскалываться, в результате чего образовались суперконтиненты Лавразия и Гондвана.
• Вторая фаза : началась в раннем меловом периоде (\(\text{150}\)–\(\text{140}\) миллионов лет назад), когда Гондвана раскололась и разделилась на несколько континентов: Африку, Южную Америку, Индия, Антарктида и Австралия.
• Третья фаза : произошла в раннекайнозойскую эру.На этом этапе Лавразия раскололась, когда Северная Америка / Гренландия отделились от Евразии, что привело к расширению Атлантического и Индийского океанов.

Рисунок 10.3: Схема, показывающая дрейф континентов.

РЕСУРСЫ ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ:

Смотрите анимацию дрейфа континентов по ссылке:

Естественный отбор (ESGCF)

Благодаря процессу, известному как естественный отбор , адаптации, которые позволяют одному организму выживать лучше, чем другой, и производить больше потомства, приводят к тому, что будущие поколения организмов приобретают эти черты. Для 10 класса вы должны понимать следующие ключевые особенности эволюции путем естественного отбора:

Естественный отбор — это процесс, о котором вы узнаете более подробно в 11 и 12 классах.

Это видео объясняет, как происходит естественный отбор!

Видео: 2CXX

• Особи одного вида демонстрируют широкий диапазон вариаций: например, много разных типов собак вы видите.
• Вариация вызвана генетическими различиями.
• Особи, хорошо приспособленные к среде, в которой они живут, с большей вероятностью выживут и произведут больше потомства.
• Гены, позволившие индивидам добиться успеха, передаются потомству в следующем поколении.
• На протяжении многих сотен (и тысяч) поколений это приводит к изменениям внешнего вида и привычек организмов.

Ископаемые формации (ESGCG)

Летопись окаменелостей является ключевым источником доказательств, которые помогают ученым понять историю жизни. Окаменелости — это останки, отпечатки или следы животных и растений из далекого прошлого.Окаменелости обычно имеют форму формы или слепка в скале. Как правило, сохранившийся образец считается окаменелостью, если он старше примерно \(\text{10 000}\) лет (хотя это не строгое определение).

Примерами обычных окаменелостей являются скелеты или части скелетов, раковины или зубы. Иногда растения или животные могут оставлять отпечатки, которые сохраняются в виде окаменелостей.

Изучение окаменелостей на протяжении геологического времени, способов их формирования и эволюции древних организмов по отношению к другим филогенетическим группам называется палеонтологией .

Как образуются окаменелости

1. Чтобы произошло окаменение, растение или животное должно сначала умереть. Мягкие ткани разлагаются довольно быстро, поэтому животные с твердым экзоскелетом и древесные растения склонны к окаменению лучше, чем организмы с мягким телом.

2. Организм (растение или животное) должен быть погребен под илом и/или землей вскоре после смерти. Хотя распад все еще происходит, недостаток кислорода замедляет его. По мере добавления все большего количества слоев грязи и почвы отложения уплотняются.

3. В конце концов, это сжатие превращает осадок в горную породу, которая формирует форму по форме исходного скелета. Иногда первоначальная кость или панцирь размягчаются и полностью растворяются, иногда кость или панцирь остаются. Вода, богатая растворенными минералами, просачивается сквозь слои осадка в форму.

4. Богатая минералами вода попадает в дупло и кристаллизуется, создавая естественный слепок первоначального организма.В противном случае минералы медленно просачиваются в скелет, изменяя его химический состав и делая его способным к длительному существованию.

5. В течение многих миллионов лет порода, которая когда-то была погребена, снова поднимается на поверхность и подвергается эрозии, обнажая окаменелости.

Если породы, окружающие окаменелость, деформированы и сжаты геологическими силами, это приведет к деформации окаменелостей внутри них.

Окаменение происходит очень редко и происходит только тогда, когда растение или животное умирает при правильных обстоятельствах.Обычно трупы животных поедаются другими животными или разлагаются бактериями до того, как может произойти окаменение. Даже твердые части, такие как кости и панцири, со временем разрушаются в результате эрозии и коррозии.

РЕСУРС ДЛЯ УЧИТЕЛЯ:

На этом веб-сайте есть видео с подробным описанием окаменения Люси:

Требуется редкое стечение обстоятельств, чтобы превратить живое существо в окаменелую кость. В случае Люси, известной окаменелости гоминида, обнаруженной в Великой рифтовой долине Эфиопии в 1974 году, нет никаких доказательств того, что она встретила насильственную смерть.Ни один хищник или падальщик не нашел ее тело до того, как оно начало гнить в мягких отложениях озера. Ее кости, осевшие в иле, могли быть сломаны или раздроблены животными, бродившими по берегу.

Проливные дожди постепенно вымыли достаточное количество песка и гравия, чтобы похоронить ее кости. Эти отложения накапливались тысячи лет, погребая ее останки на сотни метров в глубину. Кальций в ее костях, молекула за молекулой, замещался минералами из этих отложений, превращая кости в камень.

Она оставалась погребенной миллионы лет, в то время как земная кора постоянно перемещалась, заставляя остатки ее тела приближаться к поверхности. Сильные бури, обрушившиеся на землю, размыли отложения и, скорее всего, снова вынесли ее на поверхность Земли. Ее разоблачение позволило антропологам позже обнаружить ее останки примерно через три миллиона лет после ее смерти.

Методы датирования окаменелостей (ESGCH)

Мы узнали, как формируются окаменелости в геологических масштабах времени.В этом разделе мы узнаем, как мы определяем возраст окаменелости. Существует два метода датирования окаменелостей:

1. Радиометрическое датирование
2. Родственные знакомства

1. Радиометрическое датирование

Чтобы понять радиометрическое датирование, необходимо пересмотреть наше понимание атома. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов . Количество протонов в ядре определяет тип элемента.Однако количество нейтронов элемента может варьироваться. Атомы с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов называются изотопами .

Некоторые изотопы стабильны, а другие нестабильны. Нестабильные изотопы подвергаются процессу, называемому радиоактивным распадом , при котором они спонтанно превращаются в элементы другого типа. Мы никогда не можем предсказать, когда конкретный атом подвергнется радиоактивному распаду. Однако при рассмотрении многих атомов мы наблюдаем, что распад происходит с экспоненциальной скоростью распада .Экспоненциальный распад означает, что в течение определенного периода времени, называемого 90 454 периодом полураспада 90 455 , половина нестабильных изотопов в образце подвергнется радиоактивному распаду.

Одним из наиболее полезных методов радиометрического датирования является радиоуглеродное датирование.

Радиоуглеродный анализ

Узнайте больше о том, как работает радиоуглеродный анализ.

Видео: 2CXY

• Атом углерода существует в виде трех различных изотопов. Это углерод-12 (С-12), углерод-13 (С-13) и углерод-14 (С-14).
• Все живые организмы поддерживают равновесие углерода-14 с атмосферным углеродом-14.
• После того, как организм умирает, он больше не включает новый углерод в свое тело.
• Присутствующий в них углерод-14 подвергается радиоактивному распаду до азота-14 и уменьшается по сравнению с первоначальным равновесием с углеродом-12.
• Период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет. Это означает, что если мы начнем, скажем, с 10 единиц углерода-14, через 5730 лет останется только 5 единиц.Еще через 5730 лет останется только 2,5 единицы и так далее.

• Таким образом, используя радиоуглеродное датирование, ученые могут определить, сколько углерода-14 осталось в конкретной окаменелости, и тем самым сделать вывод о возрасте окаменелости.

Радиометрическое датирование: График, показывающий период полураспада C-14. Количество углерода-14 уменьшается вдвое каждые 5730 лет.

Изотопы различных элементов распадаются с разной скоростью; некоторые разлагаются гораздо быстрее, чем другие.Это делает радиометрическое датирование полезным инструментом, поскольку ученые могут использовать различные элементы для датирования более длинных и коротких временных масштабов. У углерода относительно короткий период полураспада, и поэтому он не очень полезен при датировании окаменелостей, которым миллионы лет.

Уран-свинцовое и калий-аргоновое датирование

Чтобы датировать более старые окаменелости, ученые используют уран-свинцовую датировку и калий-аргоновую датировку . Период полураспада урана-235 составляет 700 миллионов лет, а период полураспада калия-40 — 1.3 миллиарда лет. Чтобы оценить возраст невероятно старых окаменелостей, ученые определяют возраст изверженной (вулканической) породы, в которой захоронены окаменелости. Это дает им оценку возраста окаменелостей, содержащихся в них.

2. Относительное знакомство

• Относительное датирование — это метод определения последовательности событий по летописи окаменелостей.
• Изучая порядок, в котором окаменелости встречаются в палеонтологической летописи, геологи могут определить порядок событий в том порядке, в котором они произошли, но не то, когда именно они произошли.
• Окаменелости, найденные в самом нижнем слое горных пород, будут самыми древними, поскольку они были бы захоронены дольше всех, в то время как окаменелости, найденные ближе к поверхности, были бы захоронены позже и, следовательно, были бы моложе.
• Геологическая временная шкала, которую вы изучали ранее, была почти полностью разработана методами относительного датирования. Это полезный метод датирования, когда в ископаемых материалах отсутствуют радиоактивные изотопы.

Рисунок 10.5: При относительном датировании окаменелости датируются относительно слоев изверженных (вулканических) пород, рядом с которыми они находятся. Более старые слои находятся глубже в Земле, более молодые – ближе к поверхности.

Дедуктивное рассуждение для понимания прошлого (ESGCJ)

Дедуктивное рассуждение сочетает в себе использование фактов и теорий, чтобы делать выводы о прошлом. Поэтому ученые используют свое понимание дрейфа континентов и теории естественного отбора, а также свидетельства климатических изменений и вымерших организмов из летописи окаменелостей, чтобы собрать воедино историю Земли.

• Ученые используют летопись окаменелостей, чтобы сделать выводы об истории жизни посредством процесса дедуктивных рассуждений .
• Дедуктивное рассуждение включает в себя объединение нашего понимания известных принципов, чтобы сделать выводы о новых доказательствах, которые мы обнаружили.
• Наши знания об истории жизни основаны не только на методах радиометрического датирования. Скорее, наше понимание изменений климата и биогеографии Земли позволяет нам делать выводы о недавно обнаруженных окаменелостях.
• Например, из наших знаний об изменениях ранней атмосферы Земли мы знаем, что образование озонового слоя заблокировало разрушительные лучи солнечного УФ-излучения.Это привело к росту видов растений, которые постепенно сделали возможным наземное существование.

• Переходная окаменелость — это любые окаменелые останки, которые являются общими для предковой формы жизни, а также для группы, которая произошла от нее.

• Переходные окаменелости дают нам информацию о том, как предковые виды эволюционировали, чтобы сформировать существующие виды.

• Примером переходной окаменелости является археоптерикс . Считается, что он принадлежит к роду тероподовых динозавров, тесно связанных с птицами.

В приведенном ниже упражнении вам нужно понять сходство между археоптериксом и современной птицей.

Сравнение скелета современной птицы со скелетом археоптерикса

Цель

Сравнить скелеты современной птицы (курицы) и археоптерикса

Инструкции

1. Используйте рисунки ниже, чтобы сравнить скелеты динозавра (теропод), археоптерикс и курицы (современная птица). Назовите четыре различия и четыре сходства между археоптериксами и динозаврами, а также между археоптериксами и современными птицами.

Решение задачи:

Археоптерикс против динозавра: ПОДОБИЯ:
1. Челюсти с зубами
2. Кисть/рука с когтями
3. Длинный костяной хвост присутствует		5
Археоптерикс против динозавра: Отличия:
1. Длинные передние проема, как крылья	короткие передние
2. Перья
No Peathers
3. Рука имеет три когти	рука имеет пять когтей
4. Фуркула / поперечная кость присутствуют	Фуркула отсутствует
Археоптерикс против современной птицы ПОДОБИЯ:
1.Перья присутствуют
2
2. Ферелимблы длинные и крыло — как
3. Фуркала / желание Костяная Кость (слитые ключицы)
4. Кости нижней формы превышают
Археоптерикс против современной птицы Отличия:
1. Зубы в челюстях	Нет зубов в квартале
2. Когти на передние Ферились	Ферелимбсы без когтей
3.Длинный костяной хвост	Короткий хвостовик / пигостральный имеется
4. Author: alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт 2019 © Все права защищены. Карта сайта