Архей - древнейшая жизнь. Продолжалась около 900 млн. лет, от 3500 до 2600 млн. лет. Остатков органической жизни немного. Горные породы архея содержат много графита͵ считается, что графит образовался из остатков живых организмов. Обнаружены строматолиты - конусообразные известковые образования биогенного происхождения. Бактериальное происхождение имеют многие запасы серы, железа, меди, никеля, кобальта. Живые организмы архея были представлены сначала анаэробными прокариотами, позже появляются синезеленые. Фотосинтез синезеленых - важнейший ароморфоз архейской эры. Благодаря их жизнедеятельности атмосфера обогащается кислородом.
| Протерозойская эра. |
Протерозой - эра первичной жизни. Продолжительность от 2600 млн. лет до 570 млн. лет, то есть около 2 млрд. лет. Поверхность планеты представляла собой голую пустыню, жизнь развивалась, в основном, в морях. Для этой самой продолжительной эры характерно образование крупнейших залежей железных руд, образованных за счёт деятельности бактерий. В протерозойскую эру произошли основополагающие ароморфозы:
© около 1500 млн. лет назад появляются первые эукариоты, господство прокариот сменяется расцветом эукариотических организмов;
© появились многоклеточные организмы - созданы предпосылки для специализации клеток, увеличения размеров и усложнения организмов;
© возникло половое размножение (комбинативная изменчивость), при котором слияние генетического материала разных особей поставляло материал для естественного отбора;
© важнейшим ароморфозом стало образование двусторонней симметрии у активно передвигающихся организмов.
В эту эру образуются все отделы водорослей, слоевище у многих становится пластинчатым. Для животных того времени характерно отсутствие скелетных образований, конец протерозоя иногда называют "веком медуз" . Появляются кольчатые черви, от них произошли моллюски и членистоногие. Количество кислорода в атмосфере достигло 1% от современного уровня.
Палеозой - эра древней жизни, продолжительность которой от 570 до 230 млн. лет. В эту эру в растительном и животном мире происходят значительные ароморфозы, связанные как с жизнью в воде, так и с освоением суши. Подразделяется на шесть периодов: кембрий , ордовик , силурий , девон , карбон , пермь .
Растения кембрия и ордовика населяют моря, представлены всеми отделами водорослей. В силурийском периоде (440 млн. лет назад) в зоне приливов и отливов от зеленых растений появляются первые наземные высшие растения - псилофиты (голые растения) (рис. 361). Появление покровных, механических, проводящих тканей были теми ароморфозами, которые помогли выйти растениям в воздушную среду. У псилофитов еще отсутствуют корни, воду и минеральные соли они поглощают с помощью ризоидов. Чешуйки на стебле псилофитов увеличивали поверхность фотосинтеза.
В девоне появляются папоротникообразные - травянистые и древовидные хвощи, плауны, папоротники. Появление корней и листьев обеспечивало достаточное воздушное и минеральное питание разнообразным папоротникообразным. Размножаются папоротникообразные одноклеточными спорами, во влажных местах из них развиваются заростки, формирующие половые клетки. Для оплодотворения нужна вода, из зиготы развивается взрослое растение.В карбоне устанавливается теплый и влажный тропический климат. Папоротникообразные достигают гигантских размеров - до 40 м в высоту. Каменноугольные леса впоследствии привели к образованию огромных залежей каменного угля. Вместе с тем в карбоне происходят два важнейших ароморфоза, в результате которых появились высшие семенные растения: во-первых, появляется опыление с
помощью ветра, когда пыльца с мужскими половыми клетками по воздуху попадает на органы растений, содержащие женские половые клетки, вода для оплодотворения больше не нужна; во-вторых, после оплодотворения образуются семена. Такими растениями были семенные папоротники .
Семенные папоротники дали начало развитию голосеменных растений. В пермском периоде климат стал засушливым и более холодным. Тропические леса остаются у экватора, на остальной территории распространяются голосеменные.
Для животных кембрийского периода характерно разнообразие трилобитов - древнейших членистоногих, в данный период появлеются животные с минерализованным скелетом.
В ордовикском периоде появляются первые хордовые животные, имеющие внутренний скелет, отдаленными потомками которых являются ланцетники и круглоротые - миноги и миксины.
В силурийских морях появляются иглокожие и бесчелюстные панцирные "рыбы", которые только внешне напоминали настоящих рыб и не имели челюстей. Захват и удержание крупной добычи с помощью такого рта был невозможен. На сушу выходят первые членистоногие - скорпионы и пауки.
В девоне на суше появились насекомые, в морях уже плавали настоящие рыбы - хрящевые (акулы) и рыбы с костным скелетом. В результате мутаций и отбора третья пара жаберных дуг у них превратилась в челюсти, с помощью которых можно было питаться крупной добычей.
Наиболее интересными среди костистых рыб были двоякодышащие и пресноводные кистеперые, которые имели наряду с жабрами легкие. Теплая вода и обилие растительности пресных водоемов служили предпосылками для развития дополнительных органов дыхания, глоточные карманы двоякодышащих и кистеперых постепенно превращаются в легкие. Пресноводные кистеперые рыбы к тому же имели мощные парные конечности (рис. 362) и были лучше приспособлены к жизни в прибрежном мелководье, от них и произошли стегоцефалы (панцирноголовые земноводные) (рис. 363).В карбоне на суше появляются крылатые насекомые, некоторые стрекозы в размахе крыльев имели до 70 см. Обилие членистоногих на суше вызвало появление большого количества различных форм древних земноводных (до 6 м в длину).
Дальнейшее освоение суши привело к появлению пресмыкающихся и сопровождалось рядом ароморфозов: увеличивалась поверхность легких, сухая чешуйчатая кожа защищала от испарения, внутреннее оплодотворение и откладывание крупных яиц позволило эмбрионам развиваться на суше.
В пермском периоде изменение климата сопровождалось исчезновением стегоцефалов и расселением пресмыкающихся.
| Мезозойская эра. |
Мезозой - эра средней жизни, началась 230, закончилась 67 млн. лет назад. Делится на три периода: триас, юра и мел. Растительность первых двух периодов мезозойской эры была представлена голосеменными и папоротникообразными, причем продолжалось вымирание древовидных папоротникообразных. В начале мелового периода (130 млн. лет назад) появляются первые покрытосеменные. Появление цветка и плода - крупные ароморфозы, которые привели к появлению покрытосеменных. С помощью цветка облегчался процесс опыления, лучше сохранялись семязачатки, расположенные внутри завязи пестика. Стенки околоплодника защищали семена и способствовали их распространению.
|
В юрском периоде некоторые растительноядные пресмыкающиеся достигают гигантских размеров, появляются и очень крупные хищные динозавры - тиранозавры, длина тела которых достигала 12 метров. Некоторые пресмыкающиеся осваивают воздушное пространство - появляются летающие ящеры (птерозавры). В этом же периоде появляются и первоптицы, археоптерикс (размером с голубя) сохраняет многие признаки пресмыкающихся - его челюсти имеют зубы, из крыла выступают три пальца, хвост состоит из большого числа позвонков (рис. 364).
В начале мелового периода сохраняется господство пресмыкающихся на суше, в воде и в воздухе, некоторые растительноядные пресмыкающиеся достигают массы 50 т. Появляются сумчатые и плацентарные млекопитающие, продолжается параллельная эволюция цветковых растений и насекомых опылителей. В конце мелового периода климат становится холодным, засушливым. Сокращается площадь, занятая растительностью, вымирают гигантские растительноядные, затем и хищные динозавры. В конце мезозойской эры некоторые млекопитающие из отряда насекомоядных стали вести древесный образ жизни, от них в начале кайнозойской эры появились предковые формы приматов.
| Кайнозойская эра. |
Кайнозой - эра новой жизни. Продолжается 67 млн. лет и делится на два неравных по времени периода - третичный (палеоген и неоген) и четвертичный (антропоген). В первой половине третичного периода (в палеогене) на большей части Земли вновь установился теплый тропический климат, во второй половине (неогене) тропические леса заменяются степями, распространяются однодольные растения. В четвертичном периоде, который продолжается около 1,5 млн. лет в ледниковый период Евразия и Северная Америка четыре раза подвергались оледенениям.
В результате остепнения, происходившего во второй половине третичного периода, часть приматов вынуждена была спуститься на землю и приспосабливаться к жизни на открытых пространствах. Это были предковые формы людей - гоминиды , прямоходящие приматы. Другая часть осталась жить в тропических лесах и стала предками человекообразных обезьян - понгид . В конце третичного периода от гоминид появляются обезьянолюди, питекантропы .
В четвертичном периоде холодный климат привел к уменьшению уровня мирового океана на 60 - 90 м, образовывались и спускались к югу ледники, толщина льда которых достигала десятков метров, вода испарялась, а таять не успевала. Образовались сухопутные мосты между Азией и Северной Америкой, между Европой и Британскими островами. По этим сухопутным мостам происходили миграции животных с континента на континент. Около 40 тыс. лет назад по Берингийскому мосту древние люди ушли из Азии в Северную Америку. В результате похолодания и появления человека, охотившегося на животных, исчезают многие крупные звери: саблезубые тигры, мамонты, шерстистые носороги. Рядом со стоянками древних людей обнаруживаются останки многих десятков мамонтов и других крупных животных. В связи с истреблением крупных животных 10 - 12 тыс. лет назад человек вынужден был от собирательства и охоты перейти к земледелию и скотоводству.
Развитие жизни на Земле - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Развитие жизни на Земле" 2017, 2018.
История развития Жизни на Земле
Палеонтология - наука, изучающая историю живых организмов на Земле, по сохранившимся остаткам, отпечаткам и другим следам их жизнедеятельности.
РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
КРИПТОЗОЙ(скрытая жизнь)Около 85 % всего времени существования жизни на Земле
АРХЕЙ
(древнейший)
около
3500 млн.
(длит. около 900 млн)
Активная вулканическая деятельность. Анаэробные условия жизни в мелководном древнем море. Развитие кислородосодержащей атмосферы
Возникновение жизни на Земле. Эра прокариот: бактерий и цианобактерий.Появление первых клеток (прокариоты)- цианобактери. Возникновение процесса фотосинтеза, появление эукариотических клеток
Ароморфозы: появление оформленного ядра, фотосинтеза
ПРОТЕРОЗОЙ
(первичная жизнь)
около 2600 млн. (длит. около2000 млн)
самая длинная в истории Земли
Поверхность планеты- голая пустыня, Климат холодный. Активное образование осадочных пород. В конце эры содержание кислорода в атмосфере около 1%. Суша - единый суперконтинент
( Панге я ) Процесс почвообразования.
Появление многоклеточности, процесса дыхания. Возникли все типы беспозвоночных животных. Широко распространены простейшие, кишечнополостные, губки, черви. Из растений преимущественно распространены одноклеточные водоросли
Ароморфозы у животных: появление многоклеточности, 2-х сторонней симметрии тела, мышц, сегментации тела.
ФАНЕРОЗОЙ
(явная жизнь)
ПАЛЕОЗОЙ
(древняя жизнь)
Длительность ок. 340 млн
Кембрий
ок. 570 млн
дл. 80 млн
Вначале умеренный влажный, затем теплый сухой климат. Суша раскололась на материки
Расцвет морских беспозвоночных, большинство которых - трилобиты (древние членистоногие) около 60% всех видов морской фауны. Появление организмов с минерализованным скелетом. Возникновение многоклеточных водорослей
Ордовик
ок. 490 млн
дл. 55 млн
Умеренный влажный климат с постепенным повышением сред. Температуры. Интенсивное горообразование, освобождение от воды значительных территорий
Появление первых позвоночных (хордовых)- бесчелюстных. Разнообразие головоногих и брюхоногих моллюсков, разнообразие водорослей: зеленые, бурые, красные. Появление коралловых полипов
Силур
ок. 435 млн
дл. 35 млн
Интенсивное горообразование, возникновение коралловых рифов
Пышное развитие кораллов и трилобитов, появляются ракоскорпионы, широкое распространение панцирных бесчелюстных (первые настоящие позвоночные), появление иглокожих, первые наземные животные - паукообразные . Выход на суши растений, первые наземные растения ( псилофиты )
Девон
ок. 400 млн
дл. 55млн
Климат: смена сухих и дождливых сезонов. Оледенение на территории современных Южной Америки и Южной Африки
Век рыб: Появление рыб всех систематических групп,(в наши дни можно встретить: латимерия(кистеперые рыбы), протоптер (двоякодышащая)) вымирание значительного кол-ва беспозвоночных и большинства бесчелюстных, появление аммонитов-головоногих моллюсков со спирально закрученными раковинами Освоение животными суши: пауки, клещи. Появление наземных позвоночных – стегоцефалы (панцирноголовые )(первые земноводные; произошли от кистеперых рыб) Развитие и вымирание псилофитов. Возникновение споровых растений: плауновидных, хвощевидных, папоротниковидных. Возникновение грибов
Карбон
(каменноугольный период)
ок. 345
млн.
дл. 65 млн
Всемирное распространение болот. Теплый влажный климат сменяется холодным и сухим.
Расцвет земноводных, появление первых рептилий- котилозавры , летающих насекомых, сокращение численности трилобитов. На суше – леса споровых растений, появление первых хвойных
Пермь
280 млн.
Дл. 50 млн
Зональность климата. Завершение горообразования, отступление морей, формирование полузамкнутых водоемов. Рифообразование
Быстрое развитие рептилий, возникновение звероподобных пресмыкающихся. Вымирание трилобитов. Исчезновения лесов, за счет вымирания древовидных папоротников, хвощей и плаунов. Пермское вымирание (96 % всех морских видов, 70 % наземных позвоночных)
В палеозое происходит важное эволюционное событие: заселение суши растениями и животными.
Ароморфозы у растений: появление тканей и органов (псилофиты); корневой системы и листьев (папоротники, хвощи, плауны); семени (семенные папоротники)
Ароморфозы у животных: формирование костных челюстей (челюстноротых панцирных рыб); пятипалой конечности и легочного дыхания (земноводные); внутреннего оплодотворения и накопления питательных веществ (желток) в яйцеклетке (пресмыкающиеся)
МЕЗОЗОЙ
(средняя жизнь) эра пресмыкающихся
Триас
230 млн.
Дл.40 млн
Раскол суперконинента
(Лавразия,Гондвана) движение материков
Расцвет рептилий «век динозавров», появляются черепахи, крокодилы, гаттерии. Возникновение первых примитивных млекопитающих (предки-древние зверозубые пресмыкающиеся), настоящих костистых рыб. Семенные папоротники вымирают, распространены папоротниковидные, хвощевидные, плауновидные, широкое распространение голосеменных
Юра
190 млн.
Дл.60 млн
Климат влажный, потом сменяется засушливым в области экватора, движение континентов
Господство пресмыкающихся на суше, в океане и воздухе,(летающие пресмыкающиеся- птеродактили) появление первых птиц - археоптерикс. Широко распространены папоротники и голосеменные
Мел
136 млн.
Дл. 70 млн.
Похолодание климата, отступление морей, сменяется увеличением s океана
Появление настоящих птиц, сумчатых и плацентарных млекопитающих, расцвет насекомых, появляются покрытосеменные растения, сокращение численности папоротников и голосеменных вымирание крупных рептилий
Ароморфозы животных: появление 4-камерного сердца и теплокровности, перьев, более развитой нервной системы, увеличение запаса питательных веществ в желтке (птицы)
Вынашивание детенышей в теле матери, питание эмбриона через плаценту (млекопитающие)
Ароморфозы растений: возникновение цветка, защита семени оболочками (покрытосеменные)
КАЙНОЗОЙ
Палеоген
66 млн.
дл. 41 млн.
Устанавливается теплый равномерный климат
Широко распространены рыбы, вымирают многие головоногие моллюски, на суше: амфибии, крокодилы, ящерицы, появляются многие отряды млекопитающих, в том числе и приматы. Расцвет насекомых. Господство покрытосеменных, появляется тундра и тайга, у животных и растений появляются многочисленные идиоадаптации(н-р: самоопыляющиеся, перекрестноопыляемые растения, многообразие плодов и семян)
Неоген
25 млн.
дл.23 млн.
Движение материков
Господство млекопитающих, распространены: приматы, предки лошадей, жирафов, слонов; саблезубые тигры, мамонты
Антропоген
1,5 млн.
Характерны неоднократные смены климата. Крупные оледенения Северного полушария
Появление и развитие человека, животный и растительный мир приобретают современные черты
В течении длительного исторического развития жизни на Земле возникло великое разнообразие биологических видов и систем.
1) В какой среде возникли первые живые существа на Земле? Охарактеризуйте их.
Ответ: Формирование и развитие происходило в водной среде, котора по насыщенности органическими и неорганическими веществами была подобна бульону.
2) На основании каких данных историю Земле делят на крупные этапы. На какие еще этапы их подразделяют?
Ответ: Историю Земле и развития жизни на планете подразделяют на этапы - эры. В эрах выделяются периоды, а в периодых - эпохи.
3) Заполните таблицу "Развитие жизни на Земле".
-
Название эры Продолжительность млн лет Животный и растительный мир Катархей начался около 4500 млн лет назад синтез первых органических соединений Архей начался примерно 3500 млн лет назад фотосинтез, эукариотические клетки, половой процесс, многоклеточность Протерозой начался 2500 млн лет назад двусторонняя симметрия, трехслойность, системы органив, задний отдел кишечника и анальное отверстие Палеозой начался 534 млн лет назад появление организмов с минеральным скелетом, дифференцировка тела растений на ткани, разделение тела животных на отделы, образование челюстей, появления поясов конечноустей у позвоночных. Расчленение тела растений на органы, преобразование плавников в наземные конечности, появление органов воздушного дыхания, внутреннее оплодотворение, плотные яйцевые оболочки, ороговевание кожи, образование семян, образование пыльцевой трубки и семени Мезозой начался около 248 млн лет назад 4-х камерное сердце, полное раздерение артериального и венозного кровотока, молочные железы, возникновение цветка и плода, образование матки Кайнозой начался более 65 млн лет назад интенсивное развитие коры головного мозга, мышление, прямохождение
4) Почему начало палеозойской эры можно назвать ключевым рубежом в истории развития жизни на Земле?
Ответ: Появились позвоночные, в пресных водах - акулы и костные рыбы - двоякодышащие и кистеперые рыбы; растения, животные и грибы вышли на сушу.
5) Какими были первые организмы, покинувшие водную среду и начавшие свое "триумфальное шествие" по суше? Когда и как сформировалась почва?
Ответ: Первыми на сушу вышли прокариоты (бактерии и цианобактерии). Это произошло еще в архее. С выходом прокариот на сушу начался процесс образования почвы.
6) Какие особенности были характерны для первых обитателей суши?
Ответ: Появление у организмов ночного и древнего образа жизни, выработались ритмы развития, у растений развились листья и ветвление побегов.
7) Почему в настоящее время в одной и той же среде обитания одновлеменно существуют древнейшие, примитивные и высокоорганизованные животные? Ответ проиллюстрируйте примерами.
Ответ: Все организмы взаимосвязаны между собой.
Историю развития жизни изучают по данным геологии и палеонтологии , поскольку в структуре земной коры сохранилось много ископаемых останков, произведенных живыми организмами. На месте бывших морей образовались осадочные породы, содержащие огромные пласты мела, песчаников и других минералов, представляющих донные осадки известковых раковин и кремниевых скелетов древних организмов. Имеются и надежные методы определения возраста земных пород, содержащих органику. Обычно используется радиоизотопный метод, основанный на измерении содержания радиоактивных изотопов в составе урана, углерода и др., которое закономерно изменяется во времени.
Сразу отметим, что развитие форм жизни на Земле шло параллельно с геологической перестройкой структуры и рельефа земной коры, с изменением границ материков и мирового океана, состава атмосферы, температуры земной поверхности и других геологических факторов. Эти изменения и обусловливали в решающей степени направление и динамику биологической эволюции.
Первые следы жизни на Земле датируются возрастом примерно 3,6–3,8 млрд лет. Таким образом, жизнь возникла вскоре после образования земной коры. В соответствии с наиболее значительными событиями геобиологической эволюции в истории Земли выделяют крупные интервалы времени – эры, внутри них – периоды, в пределах периодов – эпохи и т.д. Для большей наглядности изобразим календарь жизни в виде условного годового цикла, в котором один месяц соответствует 300 млн лет реального времени (рис. 6.2). Тогда весь период развития жизни на Земле как раз и составит один условный год нашего календаря – от “1 января” (3600 млн лет тому назад), когда образовались первые протоклетки, до “31 декабря” (ноль лет), когда живем мы с вами. Как видим, отсчет геологического времени принято вести в обратном порядке.
(1) Архей
Архейская эра (эра древнейшей жизни) –от 3600 до 2600 млн лет назад, протяженность 1 млрд лет – примерно четверть всей истории жизни (на нашем условном календаре это “январь”, “февраль”, “март” и несколько дней “апреля”).
Первобытная жизнь существовала в водах мирового океана в форме примитивных протоклеток. В атмосфере Земли еще не было кислорода, но в воде были свободные органические вещества, поэтому первые бактериоподобные организмы питались гетеротрофно: поглощали готовую органику и за счет брожения получали энергию. В горячих источниках, богатых выделениями сероводорода и других газов, при температурах до 120°С могли жить аутотрофные хемосинтезирующие бактерии или их новые формы – археи. По мере истощения первичных запасов органического вещества возникали аутотрофные фотосинтезирующие клетки. В прибрежных зонах происходил выход бактерий на сушу, и началось образование почвы.
С появлением в воде и атмосфере свободного кислорода (от фотосинтезирующих бактерий) и накоплением углекислого газа создаются возможности для развития более продуктивных бактерий, а за ними и первых эукариотных клеток с настоящим ядром и органоидами. От них впоследствии развивались разнообразные протисты (одноклеточные простейшие организмы) и далее растения, грибы, животные.
Таким образом, в архейскую эру в мировом океане возникли про- и эукариотные клетки с разным типом питания и энергетического обеспечения. Сложились предпосылки для перехода к многоклеточным организмам .
(2) Протерозой
Протерозойская эра (эра ранней жизни), от 2600 до 570 млн лет назад, – самая протяженная эра, охватывающая около 2 млрд лет, то есть более половины всей истории жизни.
Рис. 6.2. Эры и периоды развития жизни на Земле
Интенсивные процессы горообразования изменили соотношение океана и суши. Существует предположение, что в начале протерозоя Земля претерпела первое оледенение, вызванное изменением состава атмосферы и ее прозрачности для солнечного тепла. Многие пионерные группы организмов, сделав свое дело, вымирали, на их смену приходили новые. Но в целом биологические преобразования совершались очень медленно и постепенно.
Первая половина протерозоя проходила при полном расцвете и доминировании прокариот – бактерий и архей. В это время железобактерии мирового океана, осаждаясь поколение за поколением на дно, формируют огромные залежи осадочных железных руд. Крупнейшие из них известны под Курском и Кривым Рогом. Эукариоты были представлены в основном водорослями. Многоклеточные организмы были малочисленны и весьма примитивны.
Около 1000 млн лет назад в результате фотосинтетической деятельности водорослей темп накопления кислорода быстро возрастает. Этому способствует также завершение окисления железа земной коры, которое до сих пор поглощало основную массу кислорода. В результате начинается бурное развитие простейших и многоклеточных животных. Последняя четверть протерозоя известна как “век медуз”, так как эти и им подобные кишечнополостные животные составляют доминирующую и наиболее прогрессивную на то время форму жизни.
Около 700 млн лет тому назад наша планета и ее обитатели переживают второй ледниковый период, после которого прогрессивное развитие жизни приобретает все более динамичный характер. В так называемый вендский период закладывается несколько новых групп многоклеточных животных, но жизнь все еще сконцентрирована в морях.
В конце протерозоя происходит накопление в атмосфере трехатомного кислорода О 3 . Это озон, поглощающий ультрафиолетовые лучи солнечного света. Озоновый экран снизил уровень мутагенности солнечного излучения. Дальнейшие новообразования были многочисленны и разнообразны, но они носили все менее радикальный характер – в пределах уже сформированных биологических царств (бактерий, архей, протистов, растений, грибов, животных) и основных типов.
Итак, в течение протерозойской эры господство прокариот сменилось господством эукариот, произошел радикальный переход от одноклеточности к многоклеточности, сформировались основные типы животного царства. Но эти сложные формы жизни существовали исключительно в морях.
Земная суша в это время представляла один большой континент; геологи дали ему название Палеопангея. В дальнейшем глобальная тектоника плит земной коры и соответствующий дрейф материков будут играть большую роль в эволюции наземных форм жизни. Пока же, в протерозое, каменистая поверхность береговых областей медленно покрывалась почвой, в сырых низинах селились бактерии, низшие водоросли, простейшие одноклеточные животные, которые по-прежнему прекрасно существовали в своих экологических нишах. Суша еще ждала своих завоевателей. А на нашем историческом календаре уже было начало “ноября”. До “Нового года”, до наших с вами дней, оставалось меньше “двух месяцев”, всего 570 млн лет.
(3) Палеозой
Палеозойская эра (эра древней жизни) – от 570 до 230 млн лет назад, общая протяженность 340 млн лет.
Очередной период интенсивного горообразования привел к изменению рельефа земной поверхности. Палеопангея разделилась на гигантский материк Южного полушария Гондвану и несколько небольших материков Северного полушария. Бывшие участки суши оказались под водой. Некоторые группы вымерли, но другие приспосабливались и осваивали новые среды обитания.
Общий ход эволюции, начиная с палеозоя, отражен на рис. 6.3. Обратите внимание на то, что большинство направлений эволюции организмов, зародившихся в конце протерозоя, продолжают сосуществовать с вновь появляющимися молодыми группами, хотя многие сокращают свой объем.Природа расстается с теми, кто не соответствует меняющимся условиям, но максимально сохраняет удачные варианты, отбирает и развивает из них наиболее приспособленные и, кроме того, создает новые формы, среди них и хордовые животные. Появляются высшие растения – завоеватели суши. Их тело разделено на корень и стебель, что позволяет хорошо закрепляться на почве и доставать из нее влагу и минеральные вещества.
Рис. 6.3. Эволюционное развитие живого мира от конца протерозоя до нашего времени
Площадь морей то увеличивается, то уменьшается. В конце ордовика в результате понижения уровня мирового океана и общего похолодания произошло быстрое и массовое вымирание многих групп организмов, как в морях, так и на суше. В силуре материки Северного полушария соединяются в суперконтинент Лавразию, который разделен с Южным континентом Гондваной. Климат становится более сухим, мягким и теплым. В морях появляются панцирные “рыбы”, на сушу выходят первые членистые животные. С новым поднятием суши и сокращением морей в девоне климат становится более контрастным. На земле появляются мхи, папоротники, грибы, формируются первые леса, состоящие из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Среди животных возникают первые земноводные, или амфибии. В карбоне широко распространены болотистые леса из громадных (до 40 м) древовидных папоротников. Именно эти леса оставили нам залежи каменного угля (“каменноугольные леса”). В конце карбона идет поднятие суши и похолодание, появляются первые пресмыкающиеся животные, окончательно освободившиеся от водной зависимости. В пермском периоде очередное поднятие суши привело к объединению Гондваны с Лавразией. Снова образовался единый материк Пангея. В результате очередного похолодания полярные области Земли подвергаются оледенению. Вымирают древовидные хвощи, плауны, папоротники, многие древние группы беспозвоночных и позвоночных животных. Всего к концу пермского периода вымерло до 95% морских видов и около 70% наземных. Зато быстро прогрессируют пресмыкающиеся (рептилии) и новые насекомые: их яйца защищены от высыхания плотными оболочками, кожа покрыта чешуей или хитином.
Общий итог палеозоя – заселение суши растениями, грибами и животными . При этом и те, и другие, и третьи в процессе своей эволюции усложняются анатомически, приобретают новые структурные и функциональные приспособления для размножения, дыхания, питания, способствующие освоению новой среды обитания.
Завершается палеозой, когда на нашем календаре “7 декабря”. Природа “торопится”, темп эволюции в группах высок, сжимаются сроки преобразований, но на сцену только выходят первые пресмыкающиеся, а время птиц и млекопитающих еще далеко впереди.
(4) Мезозой
Мезозойская эра (эра средней жизни) – от 230 до 67 млн лет назад, общая протяженность 163 млн лет.
Поднятие суши, начавшееся в предыдущем периоде, продолжается. Вначале существует единый материк Пангея. Его общая площадь значительно больше, чем площадь суши в настоящее время. Центральная часть континента покрыта пустынями и горами, уже сформированы Урал, Алтай и другие горные массивы. Климат становится все более засушливым. Лишь долины рек и приморские низменности заселены однообразной растительностью из примитивных папоротников, цикадовых и голосеменных.
В триасе Пангея постепенно распадается на северный и южный континенты. Среди животных на суше начинают свое “триумфальное шествие” травоядные и хищные пресмыкающиеся, в том числе динозавры. Среди них есть уже и современные виды: черепахи и крокодилы. В морях по-прежнему живут земноводные, разнообразные головоногие моллюски, появляются костистые рыбы вполне современного вида. Это обилие пищи привлекает в море хищных пресмыкающихся, отделяется их специализированная ветвь – ихтиозавры. От каких-то ранних пресмыкающихся обособились небольшие группы, давшие начало птицам и млекопитающим животным. Они уже имеют важную особенность – теплокровность, которая даст большие преимущества в дальнейшей борьбе за существование. Но их время еще впереди, а пока земные пространства продолжают осваивать динозавры.
В юрском периоде появились первые цветковые растения, а среди животных господствуют гигантские пресмыкающиеся, освоившие все среды обитания. В теплых морях кроме морских пресмыкающихся процветают костистые рыбы и разнообразные головоногие моллюски, похожие на современных кальмаров и осьминогов. Продолжается раскол и дрейф материков с генеральным направлением к их современному состоянию. Это создает условия для изоляций и относительно независимого развития фауны и флоры на разных материках и островных системах.
В меловом периоде кроме яйцекладущих и сумчатых млекопитающих появляются плацентарные, длительно вынашивающие детенышей в материнской утробе в контакте с кровью через плаценту. Насекомые начинают использовать цветы как источник питания, одновременно способствуя их опылению. Такая кооперация принесла выгоду и насекомым, и цветковым растениям. Конец мелового периода был ознаменован понижением уровня океана, новым общим похолоданием и массовым вымиранием многих групп животных, в том числе динозавров. Полагают, что на суше осталось 10–15% прежнего видового разнообразия.
Есть разные версии этих драматических событий конца мезозоя. Наиболее популярен сценарий глобальной катастрофы, вызванной падением на Землю гигантского метеорита или астероида и приведшей к быстрому разрушению биосферного равновесия (ударная волна, запыление атмосферы, мощные волны цунами и пр.). Однако все могло быть и гораздо прозаичнее. Постепенная перестройка материков и изменение климата могли привести к разрушению сложившихся пищевых цепей, построенных на ограниченном круге продуцентов. Сначала в похолодевших морях вымерли некоторые беспозвоночные животные, в том числе крупные головоногие моллюски. Естественно, это привело к вымиранию морских ящеров, для которых головоногие были основной пищей. На суше происходило сокращение зоны произрастания и биомассы мягкой сочной растительности, что привело к вымиранию гигантских растительноядных, а за ними и хищных динозавров. Сократилась кормовая база и для крупных насекомых, а за ними стали исчезать летающие ящеры. В итоге за несколько миллионов лет основные группы динозавров вымерли. Надо иметь в виду и то обстоятельство, что пресмыкающиеся были холоднокровными животными и оказались не приспособленными к существованию в новом, значительно более суровом климате. В этих условиях выжили и получили дальнейшее развитие мелкие пресмыкающиеся – ящерицы, змеи; а относительно крупные, такие как крокодилы, черепахи, гаттерия, сохранились лишь в тропиках, где оставались необходимая кормовая база и мягкий климат.
Таким образом, мезозойская эра полноправно называется эрой пресмыкающихся. За 160 млн лет они пережили свой расцвет, широчайшую дивергенцию по всем средам обитания и вымерли в борьбе с неизбежной стихией. На фоне этих событий огромные преимущества получили теплокровные организмы – млекопитающие и птицы, перешедшие к освоению освобожденных экологических ниш. Но это уже была новая эра. До “Нового года” оставалось “7 дней”.
(5) Кайнозой
Кайнозойская эра (эра новой жизни) – от 67 млн лет назад до настоящего времени. Это эра цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. В эту эру появился и человек .
В начале кайнозоя расположение материков уже близко к современному, однако имеются широкие мосты между Азией и Северной Америкой, последняя связана через Гренландию с Европой, а Европа отделена от Азии проливом. На несколько десятков миллионов лет оказалась в изоляции Южная Америка. Индия тоже изолирована, хотя и продвигается постепенно на север, навстречу Азиатскому континенту. Австралия, которая еще в начале кайнозоя была связана с Антарктидой и Южной Америкой, около 55 млн лет назад полностью обособляется и постепенно продвигается на север. На изолированных материках создаются особые направления и темпы эволюции флоры и фауны. Например, в Австралии отсутствие хищников позволило сохраниться древним сумчатым и яйцекладущим млекопитающим, давно вымершим на других континентах. Геологические перестройки способствовали появлению все большего биоразнообразия, так как создавали большие вариации условий жизни растений и животных.
Около 50 млн лет назад на территории Северной Америки и Европы в классе млекопитающих появляется отряд приматов, давший впоследствии обезьян и человека. Первые люди появились около 3 млн лет тому назад (за “7 часов” до “Нового года”), по-видимому, в восточном средиземноморье. При этом климат становился все более прохладным, наступал очередной (четвертый, считая с раннего протерозоя) ледниковый период. В северном полушарии за последний миллион лет происходит четыре периодических оледенения (как фазы ледникового периода, чередующиеся с временными потеплениями). За это время вымерли мамонты, многие крупные звери, копытные животные. Большую роль в этом сыграли люди, которые активно занимались охотой и земледелием. Человек современного вида сформировался всего лишь около 100 тысяч лет назад (после “23 часов 45 минут 31 декабря” нашего условного года жизни; мы существуем в этом году всего-то его последние четверть часа!).
В заключение еще раз подчеркнем, что движущие силы биологической эволюции надо видеть в двух взаимосвязанных плоскостях – геологической и собственно биологической . Каждая очередная крупномасштабная перестройка земной поверхности влекла за собой неизбежные преобразования в живом мире. Каждое новое похолодание приводило к массовому вымиранию плохо приспособленных видов. Дрейф материков определил различие темпов и направлений эволюции в крупных изолятах. С другой стороны, прогрессивное развитие и размножение бактерий, растений, грибов и животных сказывалось и на самой геологической эволюции. В результате разрушения минеральной основы Земли и ее обогащения продуктами обмена веществ микроорганизмов возникала и постоянно перестраивалась почва. Накопление кислорода в конце протерозоя привело к образованию озонового экрана. Многие продукты жизнедеятельности оставались навсегда в земных недрах, преобразуя их необратимо. Это и органогенные железные руды, и залежи серы, мела, каменного угля, и многое другое. Живое, порожденное из неживой материи, эволюционирует вместе с ней, в едином биогеохимическом потоке вещества и энергии. Что же касается внутренней сущности и непосредственных факторов биологической эволюции, мы рассмотрим их в специальном разделе (см. 6.5).
Вы уже знаете, что существует много гипотез, пытающихся объяснить возникновение и развитие жизни на нашей планете. И хотя они предлагают различные подходы к решению данной проблемы, большинство из них предполагает наличие трех эволюционных этапов: химической, предбиологической и биологической эволюции (рис. 87).На этапе химической эволюции происходил абиогенный синтез органических мономеров, низкомолекулярных органических соединений .
На втором этапе, этапе предбиологической эволюции формировались биополимеры, которые объединялись в белково-нуклеиново-липоидные комплексы (ученые называли их по-разному: коацерваты, гиперциклы, пробионты, прогеноты и т. д.), у которых в результате отбора сформировался упорядоченный обмен веществ и самовоспроизведение.
На третьем этапе, этапе биологической эволюции первые примитивные живые организмы вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему многообразию органической жизни на Земле.
|
|
Следующим этапом было развитие фотосинтеза – комплекса реакций с использованием солнечного света. В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это явилось предпосылкой для возникновения в ходе эволюции аэробного дыхания. Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.
Большинство ученых считает, что эукариоты произошли от прокариотических клеток. Существуют две наиболее признанные гипотезы происхождения эукариотических клеток и их органоидов.
Первая гипотеза связывает происхождение эукариотической клетки и ее органоидов с процессом впячивания клеточной мембраны (рис. 88).
Больше сторонников имеет гипотеза симбиотического происхождения эукариотической клетки. Согласно этой гипотезе, митохондрии, пластиды и базальные тельца ресничек и жгутиков эукариотической клетки были когда-то свободноживущими прокариотическими клетками. Органоидами они стали в процессе симбиоза (рис. 89). В пользу этой гипотезы свидетельствует наличие собственных РНК и ДНК в митохондриях и хлоропластах. По строению РНК митохондрии сходны с РНК пурпурных бактерий, а РНК хлоропластов ближе к РНК цианобактерий. Данные, полученные в последние годы в результате изучения строения РНК у различных групп организмов, возможно, заставят пересмотреть устоявшиеся взгляды.
|
Поскольку генетический код во всех трех группах один и тот же, была выдвинута гипотеза, что они имеют общего предка, которого назвали «прогенот» (т. е. прародитель).
Предполагается, что эубактерии и архебактерии могли произойти от прогенота, а современный тип эукариотической клетки, по-видимому, возник в результате симбиоза древнего эукариота с эубактериями (рис. 90).
Письменная работа с карточками:
1. Три этапа развития жизни на Земле.
2. Какую энергию использовали и используют живые организмы Земли?
3. Эволюция клеточных форм жизни.
4. Гипотеза происхождения эукариотической клетки путем симбиогенеза.
Карточка у доски:
1. Что происходило на этапе химической эволюции?
2. Что происходило на этапе предбиологической эволюции?
3. Что происходило на этапе биологической эволюции?
4. Кем по типу питания были первичные живые организмы?
5. Как первичные прокариоты получали энергию?
6. Кем были первые автотрофные прокариоты?
7. К каким следствиям привело появление фотоавтотрофных организмов?
8. Как появились митохондрии согласно гипотезе симбиогенеза?
9. Как появились хлоропласты согласно гипотезе симбиогенеза?
10. Какие организмы появились первыми – бактерии окислители или цианобактерии?
1. Что происходило на этапе химической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Что происходило на этапе предбиологической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.
3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.
4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.
3. Что происходило на этапе биологической эволюции:
1. Появились прокариоты.
2. Происходил абиогенный синтез органических веществ.
3. Образовались биополимеры и объединялись в коацерваты.
4. Появились пробионты с матричным типом наследственности, способные к самовоспроизведению.
4. Первые организмы, появившиеся на Земле, по способу питания были:
1. Анаэробными гетеротрофными прокариотами.
2. Аэробными гетеротрофными прокариотами.
3. Анаэробными автотрофными прокариотами.
4. Аэробными автотрофными прокариотами.
5. Как первичные прокариоты получали энергию:
1. За счет кислородного окисления готовых органических веществ, дыхания.
2. За счет бескислородного окисления готовых органических веществ.
3. Использовали энергию света для фотосинтеза.
4. Использовали энергию, которая выделялась при окислении неорганических веществ.
6. Кем были первые автотрофные прокариоты:
1. Фотоавтотрофами.
2. Хемоавтотрофами.
**7. К каким следствиям привело появление фотоавтотрофных организмов:
1. К появлению дыхания.
2. К появлению гликолиза.
3. К появлению в атмосфере свободного кислорода.
4. К появлению растений.
8. Как появились митохондрии согласно гипотезе симбиогенеза:
9. Как появились хлоропласты согласно гипотезе симбиогенеза:
1. В результате симбиоза с бактериями-окислителями.
2. В результате симбиоза с цианобактериями.
3. В результате симбиоза с пурпурными серными бактериями.
4. В результате симбиоза с зелеными серными бактериями.
