Палеозой. Расцвет и господство позвоночных

С латыни палеозой переводится как "эра древней жизни". Иногда палеозой называют временем скучных и примитивных животных. В этот период не существовало гигантских динозавров или хищных саблезубых кошек. Однако именно в палеозойскую эру животные и растения покинули океаны и колонизировали сушу. Животные из причудливых и странных созданий эволюционировали в знакомых нам рыб, лягушек и рептилий.Палеозой длился почти 300 миллионов лет. За это время изменилась не только жизнь на планете, но и сама планета. К концу палеозоя на Земле сформировался единый суперконтинент – Пангея.

Временная шкала Земли

Появление позвоночных 

В начале палеозоя произошел взрыв биоразнообразия. Из мягкотелых, сидящих всю жизнь на одном месте существ, животные превратились в подвижных, бронированных хищников. В этот период появился и предок всех позвоночных – пикайя. Пикайя была всего 3 см в длину и не обладала мощной броней или когтями. Вместо этого пикайя полагалась на скорость и маневренность. А помогал ей в этом гибкий «позвоночник» – хорда.Ланцетники – современные животные, похожие на доисторическую пикайю. Ланцетники точно так же при движении используют изгибающуюся хорду.

За формирование новых органов  и частей тела у животных отвечают Hox-геныХорда – важное эволюционное приобретение. Благодаря ей первые позвоночные животные легко ускользали от хищников. Формирование новых органов или частей тела имеет решающее значение для выживания. За развитие новых органов у животных отвечают Hox (хокс) – гены.Hox-гены контролируют, где и какие органы сформируются у животного. Чем больше разнообразных Hox-генов, тем сложнее строение животного. Благодаря появлению все новых Hox-генов позвоночные животные постепенно усовершенствовали свое строение и вышли победителями в эволюционной гонке. 

Первые рыбы 

Пикайя лишь отдаленно похожа на рыбу. Только через 50 миллионов лет сформировались первые рыбообразные существа – остракодермы. "Остракодерм" переводится как "панцирная кожа". Внутреннего скелета у этих рыб не было. Вместо этого все тело остракодерм покрывалось костной защитной броней.Спустя ещё 30 миллионов лет подобный "панцирный" план строения тела станет широко распространён у всех древних рыб. Для чего же все проторыбы внезапно обзавелись внешней костной пластиной? Во-первых, для защиты. Окаменелости броне-рыб иногда содержат следы от укусов или царапин других хищников.

А древние моря кишели хищниками! Вот лишь два гигантских представителя той эпохи:Ракоскорпионы, которые достигали 2,5 метров в длину. Две клешни этого гиганта сжимали жертву, подобно челюстям тигра. Охотник медленно подползал к добыче, а затем производил атакующий рывок, хватая рыбу клешнями. В конце палеозоя ракоскорпионы вымерли, однако их родственники – пауки и скорпионы – остаются одними из лучших хищников планеты.Моллюск камероце́рас остается загадкой для ученых. О нём мало что известно. Сохранились лишь небольшие части панциря, окаменевшие в древних породах. Однако даже немногочисленные находки говорят о том, что это создание достигало 10 метров в длину! Камероцерасы охотились на бронированных рыб или других моллюсков того времени.

Вторая, не менее важная задача костных пластин первых рыб – хранение фосфора и кальция. Фосфор и кальций необходимы прежде всего для эффективной работы мышц. В воде этих веществ не хватает. Запасание фосфора и кальция позволяло первым рыбам при необходимости быстро "извлекать" эти вещества из костных пластин. Сегодня мы точно так же извлекаем и используем кальций и фосфор, только наши кости находятся внутри тела.У первых рыб плавников не было. Двигались они только за счет волнообразного изгибания тела. Рыбы с парными плавниками по бокам появились около 450 млн лет назад. Плавники значительно улучшали скорость и маневренность рыб.

У рыб появляются челюсти

К силурийскому периоду разнообразные бесчелюстные рыбы процветали в древних морях. Однако без челюстей они были прикованы к поеданию мелкой пищи: планктона и мягкотелых медуз. Но затем произошёл важный прорыв в кормовой экологии рыб: появились челюсти. Анатомические и эмбриологические исследования указывают на то, что челюсти произошли от жаберных дуг бесчелюстных рыб (см. рисунок).Во время развития у эмбриона человека точно так же из жаберных дуг развивается челюсть. А общий план строения челюсти человека не сильно отличается от челюстей первых челюстных рыб.

Плакодермы – первые челюстные рыбы. Челюсть позволяла древним рыбам хватать пищу, разрывать её и измельчать для последующего усвоения. Слово "плакодерм" переводится как "пластинчатая кожа". Тело этих существ покрывалось огромными костными пластинами. У некоторых видов толщина пластин достигала 5 см. Постепенно плакодермы заняли господствующее положение во всех океанах, а самым грозным сверххищником того времени являлся дунклеостей.Дунклеостей охотился в морях 400 миллионов лет назад. В длину эта хищная рыба достигала 9 метров, а весила более тонны. Как и у других плакодерм, зубы дунклеостея – не что иное, как заточенные участки костных пластин.  (Не путайте древних рыб плакодерм и остракодерм)

Поверхность Земли покрывается растительностью

Пока первые рыбы боролись за власть в океанах, на суше происходила настоящая революция. До ордовика жизнь на "голой" суше ограничивалась только бактериями. Но в начале ордовика растения и грибы начали колонизировать сушу. Первые наземные растения – мхи – сначала покрывали прибрежную зону. Мхи легко растут на твердых камнях и скалах, формируя почву для более сложных растений. Со временем мхи проникали все дальше – вглубь континентов.В конце ордовика появилось первое сосудистое растение – куксония. Благодаря системе проводящих трубок – сосудов растения теперь не стелились тонким слоем по земле, а росли ввысь.

Силурский период начался с чудовищного катаклизма. Резкое похолодание климата и снижение уровня кислорода в морях привели к гибели 70% всех морских животных. Тем не менее, это не остановило экспансию жизни. В силурский период планета полностью покрылась примитивными растениями. Они являлись кормовой базой для первых наземных беспозвоночных – ракоскорпионов и многоножек.Следующий период – девон – называют эпохой рыб. Моря девонского периода населяли многочисленные бесчелюстные и челюстные рыбы. Появились первые акулы и современные лучепёрые рыбы. Но куда более интересные события происходили на мелководье водоёмов. Некоторые рыбы стали больше времени проводить на суше, с трудом волоча своё тело по илистым берегам.

Силур и девон

Рыбы выходят на сушу 

В середине девона климат был теплым и мягким – настоящий рай для обитателей мелководий и болот. Особенно повезло лопастепёрым рыбам. Их плавники были короче и мощнее, чем плавники других рыб. Это позволяло лопастепёрым рыбам выпрыгивать на берег за добычей и при помощи мощных плавников отталкиваться от суши. Некоторые современные рыбы также умеют выбираться из водоемов на поверхность. До наших дней дожил лишь один представитель лопастепёрых - латимерия. В 2006 году палеонтологи нашли окаменелость тиктаа́лика. Тиктаалик – "переходное звено" между рыбой и наземным позвоночным животным. Живший 375 млн лет назад тиктаалик имел рыбьи жабры и чешую, но шею, как у амфибии.

Эволюция передних конечностейТиктаалик был лишь первым этапом на пути освоения суши позвоночными. Как и современные саламандры, тиктаалик большую часть времени проводил в воде и не мог размножаться на суше. Даже передвижение по земле тиктаалику давалось с трудом – ласты животного лучше всего подходили для движения по мелководью.Переход от водного образа жизни к наземному происходил постепенно. Плечевая кость перестала крепиться к черепу – конечности теперь были более подвижными и могли выдерживать вес животного. В итоге, ласты превратились в лапы и 10-20 млн лет потомки тиктаалика (древние амфибии) уверенно передвигались по суше. 

Амфибии – первые наземные позвоночные 

Первых настоящих наземных позвоночных называют амфибиями. С греческого "амфибия" переводится как "ведущий двойную жизнь", что связано с их наземно-водным образом жизни. Большинство древних амфибий являлись хищниками, которые охотились на гигантских насекомых того времени. Амфибии процветали и доминировали в каменноугольный период.Век амфибий длился не долго. Эти животные так и не смогли полностью разорвать связь с водой. Для размножения амфибиям приходится возвращаться в воду, а их кожа не защищена от высыхания. Поэтому амфибии проиграли в эволюционной гонке новым, более прогрессивным наземным позвоночным – амниотам.

Каменноугольный периодВо времена каменноу́гольного периода планету покрыли первые пышные тропические леса и многочисленные болота. Но деревья той эпохи совсем не похожи на современные. Основу растительности составляли гигантские плауны́ и хвощи́, выраставшие до 50 метров в высоту! Именно благодаря этим деревьям каменноугольный период и получил свое название. Миллионы лет, слой за слоем, деревья падали, накладывались друг на друга и окаменевали. В итоге образовался уголь, который мы сегодня используем для получения электричества.Уровень кислорода в эту эпоху был достаточно высоким, чтобы могли развиться гигантские насекомые. Стрекозы с размахом крыльев 1,5 метра, метровые скорпионы и трёхметровые многоножки соседствовали с амфибиями и первыми рептилиями.

Амниоты

К началу девона от амфибий откололась новая группа животных – амниоты.Все амфибии размножаются в воде. Амниотам вода для размножения не нужна. Вместо этого амниоты стали откладывать яйца на суше. Амниотическое яйцо можно сравнить с капсулой космического корабля (см. рисунок). Зародыш амниот спрятан в оболочке, которая питает, защищает от высыхания и повреждений.Теперь позвоночные могли жить далеко от водоёмов, заселяя засушливые места. Вскоре амниоты разделились на две линии. Одна родословная приведёт нас к рептилиям и птицам, а другая – к млекопитающим. 

Пермское вымирание 

К концу пермского периода жизнь процветала. Еще никогда на планете не было такого биоразнообразия. Однако последующие события поставили жизнь на грань полного исчезновения. До сих пор точно не известно, какое событие привело к масштабному вымиранию. По одной из теорий, на севере планеты происходили извержения гигантских вулканов. Лава растекалась по поверхности тысячи лет, и покрывала территорию современной Сибири. Образовавшиеся облака пепла в итоге нагрели планету на 15 °C ! Земля из цветущего рая превратилась в засушливый ад.В итоге погибло 95% всех морских видов и 75% всех животных на суше. Потребовалось более 10 миллионов лет, чтобы жизнь смогла полностью восстановиться после катаклизма. Так как амниоты могли размножаться и в засушливых местах, то именно эта группа животных заняла доминирующее положение в последующей Мезозойской эпохе.  

Основные этапы эволюции позвоночных