Развитие органического мира
Этапы геологической истории Земли Геологическая история Земли подразделяется на крупные промежутки - эры, эры — на периоды, периоды — на века. Разделение на эры, периоды и века относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов происходили существенные геологические преобразования — горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата, каждое подразделение характеризовалось качественным своеобразием флоры и фауны.
катархей (от образования Земли 5 млрд. лет назад до зарождения жизни);
архей, древнейшая эра (3,8 млрд. — 2,6 млрд. лет);
палеозой (570 - 230 млн. лет) со следующими периодами:
кембри й (570 - 500 млн. лет)
ордовик (500 - 440 млн. лет)
силур (440 - 410 млн. лет)
девон (410 - 350 млн. лет)
карбон (350 - 285 млн. лет)
пермь (285 - 230 млн. лет)
мезозой (230 - 67 млн. лет) со следующими периодами:
триас (230 - 195 млн. лет);
юра (195 - 137 млн. лет);
мел (137 - 67 млн. лет);
кайнозой (67 млн. - до нашего времени) со следующими периодами и веками:
палеоген (67 - 27 млн. лет)
палеоцен (67-54 млн. лет)
эоцен (54-38 млн. лет)
олигоцен (38-27 млн. лет)
неоген (27 - 3 млн. лет)
миоцен (27 - 8 млн. лет)
плиоцен (8-3 млн. лет)
четвертичный (3 млн. — наше время):
плейстоцен (3 млн. - 20 тыс. лет)
голоцен (20 тыс. лет — наше время)
Начальные этапы эволюции жизни. Более 3,8 млрд. лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде примитивных существ - простейших клеток, обладающих способностью к делению и наследственных свойств.
|
|
|
В первый период развития органического мира живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем; т.е., они питались готовыми органическими веществами, синтезированными в ходе химической эволюции (гетеротрофы). Но резерв органического вещества быстро убывал.
Первый качественный переход в эволюции живой материи был связан с «энергетическим кризисом»: «органический бульон» был исчерпан, и следовало выработать способы синтезирования органических соединений из неорганических внутри клеток. В этой ситуации преимущество было у тех клеток, которые могли получать большую часть необходимой им энергии непосредственно из солнечного излучения.
Такой переход был возможен, так как некоторые простые соединения, включающие в свой состав атом магния (как в хлорофилле), обладают способностью поглощать свет. Уловленная световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в частности для образования органических соединений, которые могут сначала накапливаться, а затем расщепляться с высвобождением энергии. В этом направлении и развивался процесс образования фотосинтеза.
|
|
|
Фотосинтез обеспечивает организму получение необходимой энергии от Солнца и вместе с тем независимость от внешних источников питательных веществ. Питание таких организмов (автотрофы), осуществляется внутренним путем благодаря световой энергии. При этом из внешней среды поглощаются — вода, углекислый газ, минеральные соединения. В результате фотосинтеза выделяется кислород.
Первыми фотосинтетиками были цианеи, а затем зеленые водоросли. «» Остатки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд. лет назад). В протерозое в морях обитало много разных представителей зеленых и золотистых водорослей. Вероятно, в это же время появились первые, прикрепленные ко дну водоросли. «»
В этот период значительно увеличилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород стал выделяться в атмосферу в значительных количествах, который для анаэробных организмов был ядом. Многие одноклеточные анаэробные организмы погибли в «кислородной катастрофе»; другие укрылись в болотах, где не было свободного кислорода, и, питаясь, выделяли не кислород, а метан; третьи - приспособились к кислороду, получив огромное преимущество в способности запасать энергию (аэробные клетки выделяют энергии в 10 раз больше, чем анаэробные).
|
|
|
Благодаря фотосинтезу в органическом веществе Земли накапливалось все больше и больше энергии солнечного света, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ и эволюции в целом.
Переход к фотосинтезу завершился примерно 1,8 млрд. лет назад и привел к важным преобразованиям на Земле: первичная атмосфера Земли сменилась вторичной, кислородной; возник озоновый слой, который сократил воздействие ультрафиолетовых лучей, а значит, прекратил производство нового «органического бульона»; изменился состав морской воды — она стала менее кислотной.
С «кислородной революцией» связан и переход от прокариотов к эукариотам. Первые организмы — прокариоты представляли собой клетки, у которых не было ядра, генетическая система закреплена на клеточной мембране, деление клетки не включало в себя точной дупликации генетического материала. Прокариоты — это простые, выносливые организмы, обладавшие высокой вариабельностью (генетически гибкие), способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Но новая кислородная среда стабилизировалась; первичную атмосферу заменила новая. Понадобились организмы, которые пусть были бы и не вариабельны, но зато лучше приспособлены к новым условиям. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Ответом на эту потребность явилось формирование эукариотов примерно 1,8 млрд. лет назад.
|
|
|
У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы, а хромосомы сосредоточены в ядре клетки. Такая клетка воспроизводится без каких-либо существенных изменений. «»Это значит, что в неизменной природной среде «дочерние» клетки имеют столько же шансов на выживание, сколько их имела «материнская» клетка. «»
Образование царства растений и царства животных Это разделение произошло еще в протерозое (около 1—1,5 млрд. лет назад), когда мир был заселен одноклеточными организмами.
Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает, но не дает возможности свободно перемещаться и добывать пищу в процессе передвижения. Растительные клетки совершенствуются в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ.
Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению; это дает им возможность самим искать. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы (а не отдельные органические молекулы) через оболочку. С появлением хищников естественный отбор резко ускоряется.
Эволюционное единство растительного и животного миров доказывается тем, что различия между некоторыми простейшими животными и простейшими растениями относительны.
Следующим важным этапом развития жизни и усложнения ее форм было возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения - механизма слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала. В результате потомство похоже на родителей, но не идентично им, изменчивость потомства увеличивается. Это способствует росту эффективности естественного отбора, значительно повышает видовое разнообразие, резко ускоряет эволюцию, позволяет быстрее приспосабливаться к изменениям окружающей среды.
Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление примерно 700—800 млн. лет назад многоклеточных организмов. Характерные особенности их — различие клеток, слагающих их тело; их дифференцирование и объединение в комплексы тканей и органов, выполняющих разные функции в системе организма. «»Многоклеточные происходят, по-видимому, от колониальных форм одноклеточных жгутиковых. Первые ископаемые многоклеточные животные представлены сразу несколькими типами: губки, кишечнополостные, плеченогие, членистоногие. «»
Эволюция многоклеточных животных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствования форм отражения с учетом предыдущего опыта, образования вторичной полости, совершенствования способов дыхания и т.п.
В протерозое и в начале палеозоя многоклеточные растения населяют моря. Жизнь развивается в воде. В кембрийских морях уже существовали почти все основные типы животных (исключая птиц и млекопитающих), которые впоследствии лишь специализировались и совершенствовались. Облик морской фауны определяли многочисленные ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, плеченогие, трилобиты.
В теплых и мелководных морях ордовика обитали многочисленные кораллы, значительного развития достигли головоногие моллюски - существа, похожие на современных кальмаров, длиной несколько метров.
В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10-11 м в длину. В ордовике, примерно 500 млн. лет назад, появляются и первые позвоночные — животные, имеющие скелеты. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.
Первые позвоночные возникли в мелководных пресных водоемах, а затем пресноводные формы завоевывают моря и океаны. Первые позвоночные - мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, кальмаров).
Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных, которые быстро вытеснили большинство бесчелюстных. В девоне возникают и двоякодышащие рыбы, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали и легкими.
Рыбы подразделяются на два больших класса: хрящевые (акулы и скаты) и костные - наиболее многочисленная группа рыб (96 %). Некоторые пресноводные двоякодышащие рыбы девонского периода дали жизнь сначала - первичным земноводным (стегоцефалам), а затем и сухопутным позвоночным. Таким образом, первые амфибии появляются в девоне.
В девоне возникает и другой чрезвычайно прогрессивный и богатый видами класс животных - насекомые. Появление насекомых свидетельствовало о том, что в ходе эволюции сложились два разных способа укрепления каркаса тела (основных несущих органов и всего тела в целом) и совершенствования форм отражения. У позвоночных роль каркаса играет внутренний скелет, у высших форм беспозвоночных - насекомых - наружный. У насекомых сложная нервная система, с разбросанными по всему телу огромными и относительно самостоятельными нервными центрами; врожденные реакции преобладают над приобретенными. У позвоночных развит головной мозг, условные рефлексы преобладают над безусловными.
Различие этих способов решения важнейших эволюционных задач в полной мере проявилось после перехода к жизни на суше.
Завоевание суши Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений, поскольку вес тел здесь больше, чем в воде; в воздухе не содержится питательных веществ; воздух сухой, он иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук; содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде. Вследствие всего этого выход на сушу предполагал выработку соответствующих приспособлений.
Еще в конце протерозоя на поверхность суши выходят микроскопические одноклеточные растения. В результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) условий возникает почва. Почвообразовательные процессы в протерозое подготовили условия для выхода на сушу многоклеточных растений, а затем и животных.
Выход многоклеточных растений на сушу начался в конце силура. Растения, переселявшиеся в воздушную среду, получали значительные эволюционные преимущества, а главное из них — то, что солнечной энергии здесь больше, чем в воде, а значит, и фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решалась посредством формирования водонепроницаемой внешней оболочки, пропитанной восковидными веществами. Перестройка системы питания из почвы требовала развития корневой системы и системы транспортировки питательных веществ и воды по организму. Корни способствовали также укреплению опоры. По мере увеличения размеров растений формировалась и поддерживающая ткань - древесина. Жизнь на суше требовала также изменения репродуктивной системы.
Первые наземные растения - риниофиты; они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми растениями и водорослями. У них образуется сосудистая система, перестраиваются покровные ткани, появляются примитивные листья и корни. В конце силура именно риниофиты покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши. «»Только в силуре началось сплошное озеленение Земли. После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была красной в результате коррозии минералов железа. «»
Вслед за растениями из воды на сушу и воздух (сначала по берегам рек, озер, болот) последовали различные виды членистоногих - предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали современных скорпионов.
Активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые полностью приспособившиеся к жизни на суше позвоночные - рептилии. Яйца рептилий были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона. Первые рептилии были небольшими и напоминали живущих ныне ящериц.
В карбоне значительного развития достигают насекомые. Появляются летающие насекомые. Некоторые из них имели размах крыльев до 100см.
Основные пути эволюции наземных растений Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распространения и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспособление к засушливым условиям — по сосудам вода может подниматься на большую высоту. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие голые половые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация тела на корень, стебель и лист, развивается проводящая система, совершенствуются покровные, механические и другие ткани.
С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях - гаметофитном и спорофитном.
Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую:
o гаметофит — половое поколение, на котором образуются половые органы - антеридии и архегонии
o спорофит - неполовое поколение, нормально развитое растение, которое имеет корень, стебель и листья.
На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высшими растениями, включая цветковые. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.
Для девона характерны пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных. В карбоне растения приспособились удерживать воду и защищать семена от высыхания, благодаря чему они завоевали сухие места обитания. В карбоне с его увлажненным и равномерно теплым климатом в течение всего года мощные споровые растения — лепидодендроны и сигиллярии - достигали 40 м. В карбоне и перми получают дальнейшее распространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности к диплоидности, что усиливало генетические потенции организма.
Дальнейшая эволюция связана с совершенствованием семян: превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую к достаточном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотворенный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена, и они не попадут в благоприятные условия произрастания. Тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддерживать и питать растение, вследствие чего у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.
Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ, способствовавших широкому распространению семенных растений; в частности, диплоидный зародыш в семенах защищен от неблагоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и т.п.
В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиление защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др.
В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян за счет образования дополнительной оболочки, в то же время появляются и первые покрытосеменные растения.
Возникновение покрытосеменных было связано с совершенствованием процесса оплодотворения - пыльцу стал переносить не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Цветковым растениям свойственны высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Постепенно распространяясь, цветковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играли цветки, привлекавшие насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую проводящую систему, плод, значительные запасы пищи зародыша, развитие зародыша и семени происходит быстрее и т.д.
В кайнозое формируются, близкие к современным, ботанико-географические области. На Земле покрытосеменные господствовали, леса достигли наибольшего распространения. Территория Европы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвойные, на юге - каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой. Ботанико-географические области периодически изменялись в зависимости от потеплений и похолоданий, наступления ледников и вызванного ими отступления теплолюбивой растительности на юг, а кое-где и ее полного вымирания: появились холодоустойчивые травянистые и кустарниковые растения, леса сменялись степью и т.д. В плейстоцене складываются современные фитоценозы.
Пути эволюции животных Вышедшие на сушу, рептилии дали множество видов; они осваивали все новые места обитания: большинство уходило от воды, а некоторые вновь ушли в воду (мезозавры). В конце пермского периода рептилии преобладали на суше. Мезозойская эра — время господства рептилий, пресмыкающихся.
Некоторые рептилии становятся хищными, другие — растительноядными. В меловом периоде появились гигантские растительноядные динозавры. От древних мелких рептилий, напоминающих современных ящериц, произошли самые разнообразные виды — плавающие, передвигающиеся по суше и летающие рептилии, динозавры (весом до 30 т и до 30 м длиной,- «правившие миром» более 100 млн. лет). Особенно интенсивно; развиваются морские рептилии в юре (ихтиозавры, плезиозавры).
Постепенно «заселяется» и воздушная среда. Насекомые начали летать еще в карбоне и около 100 млн. лет были единовластными хозяевами воздуха. В триасе появляются первые летающие ящеры. В юре они успешно осваивают воздушную среду. Возникают летающие ящеры — птеродактили, охотившиеся на многочисленных крупных насекомых. Некоторые летающие ящеры имели размах крыльев до 20 м. В юрском же периоде от одной из ветвей рептилий произошли птицы; первые птицы причудливо сочетали признаки рептилий и птиц (поэтому птиц иногда называют «взлетевшие рептилии»).
От примитивных рептилий, из группы цельночерепных, развивается ветвь, приведшая несколько позже — в триасе — к млекопитающим. В юрском и меловом периодах млекопитающие стали более разнообразными. В конце мезозоя появились плацентарные млекопитающие.
В конце мезозоя в условиях похолодания сокращаются пространства, занятые богатой растительностью, что влечет за собой вымирание в конце мела сначала растительноядных динозавров, а затем и охотившихся на них хищных динозавров. При этом преимущества получают теплокровные животные — птицы и млекопитающие.
Кайнозой — время расцвета насекомых, птиц и млекопитающих. В палеоцене появляются первые хищные млекопитающие, а некоторые виды млекопитающих «уходят» в море (китообразные, ластоногие, сиреневые). От древних хищных происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. В плиоцене встречаются уже все современные семейства млекопитающих.
В кайнозое формировался стайный, стадный образ жизни, который явился ступенькой к социальному общению. Причем, если у насекомых (муравьи, пчелы, термиты) биосоциальность вела к потере индивидуальности, то у млекопитающих - к усилению индивидуальных черт особи. В неогене на обширных открытых пространствах саванн Африки появляются многочисленные виды обезьян. Некоторые виды приматов переходят к прямохождению. Так в биологическом мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира Культуры.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 36; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!