Доке́мбрій (, ) — частина історії Землі, що передувала кембрію. Це найдавніший і найтриваліший етап розвитку земної кори. Почався з утворення планети і скінчився 541,0±1,0 млн років тому. Тривав, таким чином, близько 4 млрд років. Докембрій поділяється на три еони: гадей, архей і протерозой. Відклади, що сформувалися протягом докембрію, виходять на поверхню в межах кристалічних щитів, зокрема Українського щита. З докембрійськими товщами пов'язаний різноманітний комплекс корисних копалин: понад 70 % запасів залізних руд, 63 % — марганцевих, 73 % — хромових, 61 % — мідних, 72 % — сульфідних нікелевих, 93 % — кобальтових, 66 % — уранових руд, а також родовища алюмінієвої сировини (кіаніт і силіманіт, боксити). У докембрію містяться найбагатші поклади залізних руд залізистих кварцитів і джеспілітів.

Від початку формування Землі до 570 млн років тому

Епоха докембрію тривала з моменту утворення Землі до появи перших багатоклітинних організмів приблизно 570 млн років тому. Вік найдавніших відомих нам гірських порід становить 3,9 млрд років, так що про юність нашої планети ми знаємо мізерно мало, причому навіть ці гірські породи перетерпіли за мільярди років настільки великі трансформації, що мало про що можуть нам розповісти.

Близько 2,5 млрд років тому вся земна суша була, як видно, об'єднана в один величезний надматерик, що згодом розколовся на декілька материків.

До кінця епохи докембрію материки знову злилися, утворивши новий надматерик. Усі ці пертурбації на суші й на морі супроводжувалися грандіозними кліматичними змінами. Протягом докембрію світ пережив принаймні три льодовикові періоди. Найдавніший почався близько 2,3 млрд років тому. Найграндіозніше зледеніння за всю історію нашої планети відбулося між 1 млрд і 600 млн років тому.

Рання атмосфера Землі не містила кисню. Вона складалася в основному з метану й аміаку, меншої кількості сірководню, водяної пари, азоту і водню, а також окису і двоокису вуглецю. Однак з виникненням життя на Землі картина різко змінилася. Метан та інші гази, що утримувалися в первісній атмосфері Землі, розчинялися у воді морів, озер і калюж, утворюючи складний хімічний «бульйон». Лабораторні дослідження показали, що під впливом розряду блискавки в такому «бульйоні» починають відбуватися хімічні реакції й утворюються складніші хімічні сполуки, дуже подібні з тими, що зустрічаються в живих клітинах. В остаточному підсумку деякі з органічних сполук придбали здатність до самовідтворення, тобто почали створювати копії самих себе. У тім же «бульйоні» утримувалися і жирові кульки. Коли вітер сильно перемішував «бульйон», деякі складні з'єднання могли попадати всередину цих жирових кульок і залишатися там «під замком». Згодом ці гібридні структури еволюціонували в живі клітини, оточені жировою оболонкою. Матерія життя. Усі живі істоти містять визначений набір особливих хімічних сполук.

Клітина в основному складається з протеїнів або із синтезованих ними речовин. Усі протеїни, що зустрічаються в живій матерії, утворюються нитками особливих хімічних речовин — амінокислот. Клітини містять також іншу хімічну речовину — АТФ, використовуване для нагромадження енергії.

Програма створення нових клітин — і навіть нових тварин або рослин — існує у виді спеціального хімічного коду, що утримується в довгій молекулі під назвою ДНК. Кожен різновид живих організмів володіє своїм особливим типом ДНК. Усі ці речовини — протеїни, АТФ і ДНК — містять вуглець, тобто є органічними сполуками. Але яким же чином виникли перші органічні речовини?

Життя ставить експерименти. Гази, що утворювали ранню атмосферу Землі, поступово розчинялися у Світовому океані, і в ньому виник свого роду «теплий суп» з хімічних сполук. Оскільки в атмосфері не було кисню, у ній був відсутній озоновий шар (озон — різновид кисню), що міг би захистити земну поверхню від шкідливого ультрафіолетового сонячного випромінювання.

У 20-і рр. XX ст. російський вчений Олександр Опарін і англійський вчений Джон Холдейн висунули гіпотезу, відповідно до якої багато мільйонів років це випромінювання, разом з розрядами блискавок, створювало в хімічному «бульйоні» все більш і складніші хімічні сполуки, поки нарешті не виникла одна органічна сполука — ДНК, здатна відтворювати саме себе.

У 50-і рр. XX ст. американський хімік Стенлі Міллер вирішив перевірити цю гіпотезу. Він змішав метан і аміак над поверхнею теплої води і пропустив через них електричний струм, створивши щось на зразок блискавки. Міллер повторив цей експеримент багаторазово, змінюючи склад газової суміші і температурний режим. У декількох випадках він знайшов, що усього через 24 години приблизно половина вуглецю, що утримувалась в метані, перетворилася в органічні сполуки типу амінокислот. Виходить, можна зробити висновок, що при достатньому часі і відповідному складі газової суміші точно так само могли утворюватися і складніші хімічні сполуки, можливо, навіть ті з них, що входять до складу ДНК.

Перші живі клітини Хімічний «бульйон» у первісному океані ставав все густішим, і в ньому формувалися все нові і нові з'єднання. Деякі з них утворювали на поверхні води тонкі суцільні плівки — на зразок плівки з нафти, що розлилася на море. Вода перемішувалася, наприклад під час шторму, і плівка розривалася на окремі сферичні утворення, схожі на нафтові кульки. В середині яких виявлялися окремі хімічні сполуки, що починали походити на дійсні живі клітини. Як тільки молекули ДНК утворювалися в «бульйоні» і опинялися разом з іншими речовинами всередині такої оболонки, як це поклало початок життя на Землі.

Перші клітини багато в чому нагадували сучасні бактерії. Необхідну енергію вони виробляли, розщеплюючи неорганічні з'єднання. Клітини могли витягати вуглець з метану, а також з окису і двоокису вуглецю, розчинених у воді. Із сірководню й інших з'єднань, що його містили, вони витягали водень. Усі ці елементи клітини використовували для відтворення нової живої матерії. Подібні бактерії в наш час зустрічаються навколо гарячих мінеральних джерел і діючих вулканів. Примітивні форми бактерій і ціаней (синьо-о-зелених водоростей) і донині в великій кількості зустрічаються в гарячих мінеральних джерелах. Деякі з них використовують мінеральні речовини з цих джерел, як «сировину» для фотосинтезу. Вчені думають, що життя могло зародитися в аналогічному середовищі.

Приборкуючи енергію Сонця Наступний найважливіший етап в еволюційному процесі — приборкування сонячної енергії живою матерією. Замість того щоб витягати енергію з неорганічних з'єднань, клітини стали використовувати безпосередньо енергію сонячних променів. Це поклало початок фотосинтезові, особливому процесові, в ході якого рослини синтезують живильні речовини за допомогою енергії сонячного світла. Замість того щоб добувати потрібний клітинам водень з таких речовин, як сірководень, вони навчилися витягати його з куди більш розповсюдженої субстанції — води.

Фотосинтез: величезний стрибок еволюції Рослини, водорості і деякі види бактерій «захоплюють» сонячне світло за допомогою пофарбованих хімічних сполук, що утримуються в клітинах, — так званих пігментів. Цю світлову енергію вони використовують для синтезу всіх органічних сполук, необхідних їм для росту і розмноження. Такий процес називають фотосинтезом, що означає «створення за допомогою світла». Щоб із простих хімічних речовин, наприклад води або вуглекислого газу, створити складні з'єднання, скажемо сахарозу або протеїни, що зустрічаються в живих клітинах, потрібно затратити визначену кількість енергії. Багато в чому це нагадує зведення стіни: щоб піднімати цеглини на верхівку стіни і закріплювати їх в потрібному місці, вам необхідна енергія. При фотосинтезі ця енергія надходить із сонячного світла. Вуглекислий газ (утримуючий вуглець і кисень) і вода (що складається з водню і кисню) дають вуглець, кисень і водень. З них синтезуються сахароза та інші органічні сполуки, що утворились в ході фотосинтезу. При цьому витрачається не весь кисень, частина його викидається в атмосферу.

Щоб вловлювати сонячні промені, ці нові фотосинтезуючі клітини виробляли пігменти — пофарбовані речовини, здатні поглинати світло. До того часу життя на Землі було тьмяним і безбарвним. А тепер воно заграло різнобарв'ям. Відтепер живі організми перестали бути прив'язаними до місць з особливо енергоємними речовинами: вода і сонячне світло виявилися набагато доступнішими джерелами енергії. Нові фотосинтезатори жили в основному в мінеральних джерелах і теплих прибережних водах морів, де було достатньо мілко для того, щоб до них доходило сонячне світло, і в той же час досить глибоко, щоб охороняти їх від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання. Деякі з клітин продовжували виділяти водень із сірководню; їхні нащадки і донині зустрічаються поруч гарячих мінеральних джерел.

Живі строматоліти в затоці Шарк, Австралія. Оскільки в строматолітах відбувається фотосинтез, вони витягають з води розчинений у ній вуглекислий газ. При цьому з розчину виділяється карбонат кальцію (вапно). Клейкий слиз, що виробляють строматоліти, захоплює крихітні частинки вапняку, і в підсумку утворюються нові шари вапняку. Зображення викопного строматоліту в розрізі, на якому добре видні шари вапняку і ціанобактерій.

Епоха строматолітів Одні із самих ранніх фотосинтезуючих організмів, що дійшли до нас у викопному виді, — строматоліти (див. також с. 34). На перший погляд здається, що ці дивні структури складаються з безлічі вапнякових кілець, розділених тонкими конічними прошарками. Насправді ж їх утворили примітивні організми, схожі на найпростіших ціанобактерій, яких іноді називають синьо-зеленими водоростями. Строматоліти відрізнялися неймовірним розмаїттям форм і розмірів. Одні були округлі, як картоплини, інші конусоподібної форми, треті — високі і тонкі або навіть гіллясті.

Скам'янілі строматоліти зустрічаються по всьому світі. У багатьох місцях вони утворюють величезні рифи, що найчастіше піднімаються з морського дна на сотні метрів крізь товщу прозорої води, подібно сучасним кораловим рифам у тропіках. Найдавніші викопні строматоліти були виявлені в Західній Австралії, у гірських породах віком 2,8 млрд років. Однак непізнані структури, що, на думку вчених, також могли б виявитися скам'янілими строматолітами, зустрічаються навіть у породах віком не менш 3,5 млрд років. Живі строматоліти живуть на Землі й у наші дні. Вони, як і їхні далекі предки, віддають перевагу теплому мілководдю. Однак нинішній ареал строматолітів обмежений лише тими місцями, де мало тварин, що ними харчуються.

Червоноколірні відкладення

Деякі з найдавніших скам'янілостей, в тому числі й багато строматолітів, зустрічаються в гірських породах, іменованих сланцями, що нехарактерно для осадових порід пізніших епох. Це довго ставило в тупик геологів, поки до них нарешті не дійшло, що формування подібних шарів поєднано з життєдіяльністю строматолітів. Поступово концентрація кисню в океанах збільшувалася, і він почав вступати в хімічні реакції з розчиненим у воді залізом. Утворилися так звані органелли із власною оболонкою. У кожнім відсіку було особливе внутрішнє середовище, тому в різних частинах клітини відтепер відбувалися різні процеси. Тепер хімічні реакції в клітинах стали протікати набагато ефективніше. ДНК- речовина, що містить генетичний код, — упорядкувалася в спеціальні структури — хромосоми. Вчені думають, що ці нові клітки утворилися, коли аеробні клітини стали проникати всередину інших клітин — можливо, для захисту від нових «хижих» клітин. При цьому нові клітини ділились між собою енергією і хімічними сполуками, які виробляли.

Приблизно 2,2 млрд років тому на суші також почали формуватися осадові породи нового типу — так названі червоноколірні відкладення. Ці породи містили велику кількість окисів заліза, що додавало їм червонуватий відтінок кольору іржі. Виходить, на той час кисень з'явився й в атмосфері. Усе залізо в океані було вже зв'язане, і надлишок кисню попадав в атмосферу у виді газу.

Отруєні киснем