10: היסטוריה קצרה של החיים על פני כדור הארץ
- Page ID
- 208121
מגוון המינים, המערכות האקולוגיות והנופים המקיפים אותנו כיום הם תוצר של אולי 3.7 מיליארד (כלומר 3.7 × 1093.7 × 109) עד 3.85 מיליארד שנות התפתחות החיים על פני כדור הארץ (Mojzsis et al., 1996; פדו ווייטהאוס, 2002). ייתכן שהחיים התפתחו לראשונה בתנאים קשים, אולי דומים לפתחי האוורור התרמיים בים העמוק שבהם נמצאים כיום חיידקים כימו-אוטוטרופיים (אלה אורגניזמים שמקבלים את האנרגיה שלהם רק ממקורות כימיים אנאורגניים).
הוצעה גם התפתחות תת -קרקעית של החיים. שכבות סלע עמוק מתחת ליבשות ורצפות האוקיינוס, שבעבר נחשבו דלות מדי בחומרים מזינים מכדי לקיים חיים, נמצאו כעת כתומכות באלפי זנים של מיקרואורגניזמים. סוגי חיידקים נאספו מדגימות סלע כמעט 2 מייל מתחת לפני השטח, בטמפרטורות של עד 75 מעלות צלזיוס. מיקרואורגניזמים כימו-אוטוטרופיים אלה שואבים את חומרי המזון שלהם מכימיקלים כגון פחמן, מימן, ברזל וגופרית. קהילות תת קרקעיות עמוקות יכלו להתפתח מתחת לאדמה או מקורן על פני השטח ולהיקבר או להעביר בדרך אחרת לשכבות סלע תת-קרקעיות, שם התפתחו לאחר מכן בבידוד. כך או כך, נראה כי מדובר בקהילות ותיקות מאוד, וייתכן שחיידקים תת -קרקעיים אלה היו אחראים לעיצוב תהליכים גיאולוגיים רבים במהלך ההיסטוריה של כדור הארץ (למשל, המרת מינרלים מצורה אחת לאחרת ושחיקת סלעים) (Fredrickson and Onstott, 1996).
העדויות המוקדמות ביותר לחיידקים פוטוסינתטיים - החשודים כציאנובקטריה - מתוארכות מתישהו בין 3.5 ל -2.75 מיליארד שנה (שופף, 1993; Brasier et al., 2002; הייז, 2002). האורגניזמים הפוטוסינתטיים הראשונים הללו היו אחראים לשחרור חמצן לאטמוספירה. (פוטוסינתזה היא היווצרות פחמימות מפחמן דו חמצני ומים, באמצעות פעולת אנרגיית האור על פיגמנט רגיש לאור, כגון כלורופיל, ובדרך כלל גורמת לייצור חמצן). לפני כן האטמוספירה הורכבה בעיקר מפחמן דו חמצני, כאשר גזים אחרים כמו חנקן, פחמן חד חמצני, מתאן, מימן וגופרית קיימים בכמויות קטנות יותר.
זה כנראה לקח יותר מ-2 מיליארד שנים, מההופעה הראשונית של הפוטוסינתזה עד שריכוז החמצן באטמוספירה הגיע לרמה בה הוא נמצא כיום (Hayes, 2002). ככל שרמות החמצן עלו, חלק מהמינים האנאירוביים המוקדמים כנראה נכחדו, ואחרים כנראה הוגבלו לבתי גידול שנותרו נקיים מחמצן. חלקם הניחו אורח חיים השוכן באופן קבוע בתוך תאים אירוביים. התאים האנאירוביים עשויים, בתחילה, להיות משולבים בתאים האירוביים לאחר שהאירובים האלה בלעו אותם כמזון. לחלופין, ייתכן שהאנאירובים פלשו למארחים האירוביים והפכו לטפילים בתוכם. כך או כך, לאחר מכן התפתח קשר סימביוטי אינטימי יותר בין תאים אירוביים ואנאירוביים אלה. במקרים אלה ההישרדות של כל תא הייתה תלויה בתפקוד התא השני.
ההתפתחות של קשר סימביוטי זה הייתה צעד חשוב ביותר בהתפתחותם של תאים מורכבים יותר שיש להם גרעין, המאפיין את האוקריה או האוקריוטות (eu = טוב, או נכון; וקריון = גרעין, או גרעין). מחקרים אחרונים על סלעים ממערב אוסטרליה העלו כי הצורות המוקדמות ביותר של אוקריוטות חד תאיות עשויות להיות בנות 2.7 מיליארד שנה לפחות (Anon, 2001). על פי התיאוריות העכשוויות, היה מספיק זמן, במשך 2.7 מיליארד השנים הללו, כדי שחלק מהגנים של האנאירובי הפולש אבדו, או אפילו הועברו לגרעין התא האווירוב המארח. כתוצאה מכך, הגנום של הפולש האבות והמארח האבות התערבב וכעת ניתן לראות את שתי הישויות כאחת מבחינה גנטית.
ההיסטוריה האבולוציונית של האוקריה מתוארת בהתייחסויות סטנדרטיות שונות ולכן אינה מכוסה בפירוט כאן. בקצרה, אוקריוטים מהווים שלוש קבוצות ידועות - Viridiplantae או הצמחים הירוקים, הפטריות והמטאזואה או בעלי החיים. ישנן גם קבוצות בסיסיות רבות של אוקריוטות מגוונות ביותר - ורבות מהן עתיקות מבחינה אבולוציונית. לדוגמה, הרודופיטה, או האצות האדומות, שעשויות להיות קבוצת האחיות של Viridiplantae, כוללת נציגי מאובנים המתוארכים לפרקמבריון, לפני 1025 מיליארד שנה. הסטרמנופילים כוללים אורגניזמים קטנים חד-תאיים כגון דיאטומים, מינים דמויי פטריות של תבניות מים וטחב פלומתי, ואצות ים חומות רב-תאיות גדולות במיוחד כגון אצות ים.
הצמחים הירוקים המוקדמים ביותר הידועים הם אצות ירוקות, המתוארכות לקמבריון, לפני לפחות 500 מיליון שנה. בסוף הדבון, לפני 360 מיליון שנה, הצמחים הפכו למגוונים למדי וכללו נציגים הדומים לצמחים מודרניים. צמחים ירוקים היו חשובים ביותר בעיצוב הסביבה. מונעים מאור השמש, הם היצרנים העיקריים של פחמימות, סוכרים המהווים משאבי מזון חיוניים לאוכלי עשב שהם טרף לאחר מכן לטורפים טורפים. האבולוציה והאקולוגיה של חרקים מאביקים קשורה קשר הדוק להתפתחות האנגיוספרמים, או צמחים פורחים, מאז תקופות היורה והקרטיקון.
פטריות, המתוארכות לתקופה הפרה-קמברית לפני כ-650 עד 540 מיליון שנה, חשובות גם בעיצוב ושמירה על המגוון הביולוגי. על ידי פירוק חומר אורגני מת ושימוש בזה לצמיחתם, הם ממחזרים חומרים מזינים בחזרה דרך מערכות אקולוגיות. פטריות אחראיות גם לגרימת מספר מחלות צמחים ובעלי חיים. פטריות יוצרות גם קשרים סימביוטיים עם מיני עצים, לעתים קרובות בקרקעות דלות בחומרים מזינים כמו שנמצאות באזורים הטרופיים הלחים, ומאפשרות לעצי הסימביונט שלהן את היכולת לפרוח במה שאחרת תהיה סביבה קשה.
Metazoa, המתוארכת לפני למעלה מ -500 מיליון שנה, הייתה אחראית גם על עיצוב מערכות אקולוגיות רבות, החל מתולעי הצינור המיוחדות של ים עמוק, קהילות אוורור הידרותרמיות של קרקעית האוקיינוס, וכלה בציפורים החיים בגבהים הגבוהים של ההימלאיה, כגון פסיון אימפיאן ותרנגול שלג טיבטי. מינים רבים של בעלי חיים טפילים על מינים אחרים ויכולים להשפיע באופן משמעותי על התנהגותם ומחזורי החיים של מארחיהם.
לפיכך, ההיסטוריה האבולוציונית של כדור הארץ עיצבה פיזית וביולוגית את הסביבה העכשווית שלנו. נופים קיימים רבים מבוססים על שרידים של צורות חיים קודמות. לדוגמה, כמה תצורות סלע גדולות קיימות הן שרידי שוניות עתיקות שנוצרו לפני 360 עד 440 מיליון שנה על ידי קהילות של אצות וחסרי חוליות (Veron, 2000).
רשימת מילים
- פוטוסינתזה
- היווצרות פחמימות מפחמן דו חמצני ומים, באמצעות פעולת אנרגיית האור על פיגמנט רגיש לאור, כגון כלורופיל, ובדרך כלל וכתוצאה מכך ייצור חמצן