Однако в протерозое произошел крупный эволюционный шаг с появлением эукариот.
Эукариотические клетки, эволюционировавшие примерно 2,1–1,6 миллиарда лет назад, стали более сложными, с клеточными органеллами и ядром с более сложной репликацией и регуляцией ДНК, митохондриями для получения дополнительной энергии и хлоропластами для осуществления фотосинтеза и выработки энергии.
Некоторые органеллы даже имеют собственную ДНК, например, митохондрии. Эукариоты — это ветвь древа жизни, которая дала начало грибам, растениям и животным.
Около 1,2 миллиарда лет назад произошло еще одно важное событие в биологической истории Земли, когда некоторые эукариоты изобрели размножение.
Обмен генетическим материалом между воспроизводящимися особями (самцами и самками) способствовал эволюционным изменениям за счет увеличения генетической изменчивости. Это позволило повысить сложность отдельных организмов и, в конечном итоге, экосистем.
Важно понимать, что поверхности суши в протерозойскую эру были бесплодны, по крайней мере в отношении растений, таких как травы, деревья и животные.
Геологические процессы были такими же активными, как и сегодня, но применение принципа однородности требует осознания различий в средах, в которых происходят эти процессы.
Например, дожди и реки присутствовали, но эрозия на бесплодных поверхностях земель происходила с иной скоростью, чем на современных поверхностях земель, защищенных растениями.
Эдиакарская фауна (635,5–541 млн лет назад) дает первое представление об этих эволюционирующих экосистемах к концу протерозоя.
Эти организмы были одними из первых многоклеточных форм жизни и, возможно, были похожи на мягких медуз или червеобразных организмов.
Поскольку эдиакарская фауна не имела твердых частей, таких как раковины, они плохо сохранились в протерозойских породах. Однако исследования показывают, что они были широко распространены по всей Земле.
Ученые до сих пор спорят, какие из них являются вымершими тупиковыми ветвями эволюции или предками современных биологических групп.
Переход жизни от мягкотелых эдиакарских форм к бурному развитию форм с твердыми частями в конце протерозоя и начале фанерозоя кардинально изменил нашу способность понимать историю Земли и историю жизни.
Дослушав историю до протерозоя, Эон Цзя почувствовала, будто слушает повествование из фильма «ЛЮСИ», который она смотрела несколько лет назад.
После протерозоя настало время для последнего эона — фанерозоя. Промежуток геологического времени, простирающийся примерно на 541 миллион лет от конца протерозоя (который начался около 2,5 миллиардов лет назад) до настоящего времени.
Фанерозой, эпоха видимой жизни, делится на три основных периода времени, в основном на основе характерных совокупностей форм жизни: палеозойская (541–252 млн лет назад), мезозойская (252–66 млн лет назад) и кайнозойская (66 млн лет назад и по настоящее время).
Хотя жизнь, несомненно, зародилась в какой-то момент, вероятно, довольно рано, в архейском эоне (длившемся от 4 до 2,5 миллиардов лет назад), только в фанерозое произошло быстрое расширение и эволюция форм, заполнивших различные доступные экологические ниши.
Ключ к этому великому фанерозойскому расширению, по-видимому, лежит в развитии растений, способных осуществлять процесс фотосинтеза и, таким образом, выделять свободный кислород в атмосферу.
До этого времени атмосфера Земли содержала ничтожно малое количество свободного кислорода, и животные, у которых критически важен перенос энергии с участием процесса дыхания, не могли развиваться.
В течение фанерозоя Земля постепенно приобрела свою нынешнюю конфигурацию и физические характеристики под воздействием таких процессов, как дрейф континентов, горообразование и континентальное оледенение.
Таким образом, хотя фанерозойский эон представляет собой лишь последнюю восьмую часть времени с момента образования земной коры, его значение намного превосходит его относительно короткую продолжительность.
Кембрийский период открывает фанерозойскую эру — последние 542 миллиона лет, в течение которых существуют ископаемые останки с твердыми частями.
Это первый раздел палеозойской эры (542 млн лет назад -251 млн лет назад). Морские животные с минерализованными скелетами впервые появляются в мелководных морях кембрия, хотя только «небольшие ракушечные окаменелости» (крошечные раковины, шипы и чешуя ранних метазоа) и следы ископаемых сохраняются в течение первых десяти миллионов лет или около того.
В «кембрийском взрыве» многообразия метазойных большинство групп животных появляются в течение короткого промежутка следующих десяти миллионов лет. Все типы беспозвоночных, а также хордовые, по-видимому, устанавливаются к концу периода.
Крупным ранним кембрийским событием была трансформация морского дна. Раннее кембрийское морское дно, как и позднепротерозойское (эдиакарское) морское дно, было покрыто микробными матами с бескислородным, богатым сульфидами, твердым слоем ила прямо под поверхностью.
Животные (метазойные) кембрийского взрыва были организованы в уникальную морскую кембрийскую фауну, одну из трех признанных морских фаун фанерозоя. Эта фаунистическая экосистема в основном состояла из отложений, питающихся почти всеми животными, живущими вблизи поверхности морского дна. Большинство этих метазойных животных живут на морском дне, прикреплены к нему или делают неглубокие заимствования в нем. Даже питающиеся суспензией, которые были редки, такие как брахиоподы, иглокожие и рифообразующие археоциаты, живут вблизи морского дна. Трилобиты доминируют от кембрийского взрыва до конца кембрия, составляя 80-90% скелетированных останков. Большинство бентосных1 трилобитов, по-видимому, были эпифаунистическими2 отложениями.
Кембрий уникален в палеонтологической летописи по количеству лагерштеттов — отложений, в которых сохранились мягкотелые части и мягкотелые организмы.
Эти отложения дают уникальную возможность увидеть необычайное разнообразие кембрийской фауны, поскольку только 5-10% организмов, сохранившихся в них, были бы окаменелыми при нормальных условиях. Кембрийские лагерштетты сохранились отчасти благодаря уникальным химическим условиям, возникшим в результате минимального уровня рытья нор в этот период.
В ископаемых отложениях, включающих мягкотелые организмы, таких как нижнекембрийские отложения Чэнцзян в Китае и среднекембрийские сланцы Берджесс в Канаде, по-прежнему преобладают трилобиты.
Большинство других организмов из сланцев Чэнцзян и Берджесс также питались осадками, хотя сохранилось несколько мягкотелых хищников. В целом, кембрийские животные тяготеют к эпифауне или инфауне, и даже питающиеся суспензией организмы группируются близко к морскому дну.
Кембрийский период можно разделить на три периода: нижний (ранний), средний и фуронгийский (поздний).
Как отмечено выше, трилобиты являются наиболее распространенными типами ископаемых, и эти доминирующие животные кембрийских морей характеризуют этот период. Каждое подразделение кембрия идентифицируется с определенными родами трилобитов. Почти 75% трилобитов и других животных, включая рифообразующих археоциатид, исчезли в результате большого вымирания в середине периода, когда отступили мелководные моря.
Когда мелководные моря вернулись, появилось еще большее разнообразие кембрийской фауны, снова заполнив океаны разнообразными экзотическими организмами. Спустя почти 54 миллиона лет кембрий заканчивается еще одним крупным вымиранием. В это время исчезло почти 75% семейств трилобитов и 50% семейств губок.
Уникальная кембрийская эволюционная фауна продолжается в палеозое, но палеозойская фауна быстро становится доминирующей. Немногие оставшиеся организмы кембрийской фауны окончательно теряются в великих пермских вымираниях.
В глобальном масштабе кембрий был временем теплого климата, при этом демонстрируя сильный провинциализм среди своей фауны. Тектонически кембрий увидел открытие океана Япетус и разделение плит Лаунтентия, Балтика и Сибирь.
Ордовик продолжался около 45 миллионов лет и стал свидетелем перехода от очень примитивных к относительно современным формам жизни в морях. «Ордовикская радиация», которая последовала за поздними кембрийскими вымираниями, привела к утроению морского разнообразия, самому большому увеличению в истории жизни и к наивысшему уровню разнообразия, наблюдаемому в палеозойскую эру.
В результате к концу этого периода присутствовали все распространенные группы ископаемых беспозвоночных и несколько позвоночных. Морские звезды, офиуры, криноидеи и морские ежи, все из которых имеют современных представителей, впервые появились в ордовике. В эволюционной истории животных эта радиация уступала по важности только «кембрийскому взрыву».
Новая палеозойская фауна, созданная «ордовикской радиацией», доминировала в морях в течение следующих 230 миллионов лет. Пандемические виды планктонных граптолитов и конодонтов появляются в палеонтологической летописи в этот период.
Их всемирное распространение и эволюция в ордовике делают их ключевыми видами для корреляции ископаемых отложений. В отличие от кембрия, большая часть эволюции животных в ордовике включала в себя совершенствование существующих планов тела, а не разработку новых.
Мшанки, последний тип животных, появившийся в палеонтологической летописи, имеют единственный новый план строения тела, и они, возможно, эволюционировали в кембрии, но минерализовались и, таким образом, оставили окаменелости только в ордовике.
В ордовике произошла замена кембрийской морской фауны, состоящей в основном из илофагов, таких как трилобиты, на палеозойскую фауну, в которой доминировали фильтраторы, расположенные ярусами.
В новых палеозойских экосистемах доминируют многоуровневые сообщества организмов, питающихся суспензией и прикрепленных к морскому дну: брахиоподы фильтруют придонные воды, кораллы и разветвленные мшанки фильтруют воду чуть выше, а криноидеи фильтруют воду на самом высоком уровне.
Палеозойская фауна также характеризовалась отходом от границы океана и океанического дна — животные научились проникать глубже в субстрат и вторгаться в пелагические (в толщу воды, а не на берег или дно) районы океанов.
Растущие брюхоногие моллюски стали более важными, в то время как эффективные хищники, такие как морские звезды и головоногие моллюски, эволюционировали. Остаточная кембрийская фауна, такая как черви, питающиеся осадками, и трилобиты, продолжала иметь уменьшающееся значение на протяжении всего палеозоя.
С тектонической точки зрения, в ордовике наблюдалась быстрая перестройка плит вокруг океана Япетус. Сегодняшние южные континенты были объединены в суперконтинент Гондвана, в то время как другие оставались независимыми. Движение плит привело к миграции Гондваны из экваториального положения к Южному полюсу, в результате чего Южный полюс переместился из Северной Африки в Центральную Африку.
Движение Гондваны к Южному полюсу привело к глобальному похолоданию и самому суровому ледниковому периоду фанерозойского эона. Уровень моря повышался в течение большей части ордовика до самого высокого уровня моря в палеозое, прежде чем отступить. Период закончился сильным понижением уровня моря (сильное отрицательное эвстатическое событие) из-за оледенения высоких широт.
Существовали значительные колебания климата с длительными периодами теплых «тепличных» условий с периодическими холодными, «ледниковыми» интервалами и оборотами океанов. Высокие уровни CO2 в начале периода привели к очень высоким температурам — океаны могли достигать 113°F (45°C). Эти высокие температуры могли задержать диверсификацию животных в раннем ордовике. Позже температуры океана постепенно снизились до тех, которые наблюдаются в современных экваториальных водах.
Ордовик закончился вторым по величине вымиранием фанерозойского эона. Два крупных сокращения, разделенных миллионом лет, создали это событие, приведшее к вымиранию более 60% беспозвоночных. Это событие связано с изменением уровня моря и образованием ледников. Только великое пермское вымирание было более разрушительным для биосферы Земли.
