Развитие органического мира кратко

Обновлено: 04.07.2024

Posted in Биология Tags: Эволюционное учение

Ученые условно подразделяют историю развития Земли на большие временные отрезки: эры и периоды.

История развития Земли

Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад образовалась Земля, а около 3,5 миллиардов лет назад началась эра первобытной жизни или архейская эра, продолжавшаяся около миллиарда лет. По некоторым косвенным данным было установлено, что в начале архейской эры появились первые живые организмы: бактерии и сине-зеленые водоросли, хотя температура на планете в то время была еще очень высокой. Зарождение жизни произошло в водной среде, там же происходили и первые этапы эволюции. К важнейшим ароморфозам архейской эры можно отнести появление фотосинтеза, эукариотических клеток, полового процесса, а ближе к концу эры – появление первых многоклеточных организмов.

На протяжении следующей протерозойской эры или эры ранней жизни (от 2,5 миллиарда до 600 миллионов лет назад) появились более сложные по своему устройству организмы: все отделы водорослей, беспозвоночные (черви, иглокожие, членистоногие), первичные хордовые (бесчерепные). Важнейшим ароморфозом данной эры было появление двусторонней симметрии.

Своего дальнейшего развития многоклеточные водоросли и животные достигли в следующую палеозойскую эру или эру древней жизни (приблизительно от 600 до 300 миллионов лет назад). Данная эра подразделяется на 6 периодов:

В кембрийский и ордовикский периоды суша пока ненаселена, растения и животные пока обитают в воде. Все отделы водорослей и древние морские беспозвоночные, а именно, губки, трилобиты, моллюски, кишечнополостные, иглокожие, черви достигают своего широкого расцвета. Появляются первые бесчелюстные позвоночные (щитковые).
В силурийском периоде органический мир становится разнообразнее и богаче. Сушу начинают осваивать растения (псилофиты или риниофиты), появляются животные, которые дышат кислородом воздуха (паукообразные). Кораллы и трилобиты достигают большого расцвета. Появляются первые позвоночные и наземные беспозвоночные: многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые. Важнейшими ароморфозами силурийского периода является дифференцировка тела растений на ткани, разделение тела животных на отделы, образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных. Происходящие эволюционные процессы связаны с изменением климата, обмелением или высыханием водоемов, горообразовательными процессами и т.п.
В девонский период появляются высокоорганизованные споровые растения: плауны, хвощи, папоротники. В морях господствуют рыбы: челюстные панцирные акулы, кистеперые, двоякодышащие. В конце данного периода появляются стегоцефалы – первые наземные позвоночные. Важнейшими ароморфозами этого периода считается расчленение тела растений на органы, преобразование плавников в наземные конечности и появление органов воздушного дыхания.
В каменноугольный период происходит опускание материков, как следствие, огромные пространства оказываются заболоченными. На них вырастают величественные леса, состоящие из плаунов, папоротников, хвощей. При отмирании остатки всех этих растений образовывали мощные залежи каменного угля. Растения в данном периоде уже имели настоящие органы: стебель, листья, корни, но для их размножения все еще была необходима вода. Позже появляются семенные папоротники, а псилофиты исчезают. Каменноугольный период принес настоящий расцвет земноводных, появляются пресмыкающииеся и крылатые насекомые. К ароморфозам этого периода можно отнести появление внутреннего оплодотворения, плотных яйцевых оболочек и ороговение кожи (у пресмыкающихся).
Пермский период характеризуется недостатком воды и непостоянством климата. Это послужило причиной вымирания видов, которые были связанны с водой. В данный период вымирают плауны, древовидные папоротники и хвощи, зато большого развития достигают семенные и травянистые папоротники, а также появившиеся голосеменные. В морях господствуют акулы и морские беспозвоночные, на суше происходит бурное развитие пресмыкающиеся и насекомые, появляются зверозубые и травоядные пресмыкающиеся, стегоцефалы и трилобиты вымирают. К важнейшим ароморфозам этого периода можно отнести возникновение пыльцевой трубки и семени.

В триасовый период на Земле господствуют древние голосеменные и появляются современные голосеменные. В это время вымирают семенные папоротники. В морях хотя и преобладают головоногие моллюски, но уже появляются костистые рыбы. На суше преобладают земноводные, травоядные и хищные пресмыкающиеся. Появляются первые яйцекладущие и сумчатые млекопитающие. Самыми важными ароморфозами данного периода является появление четырехкамерного сердца и полное разделение
артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желез.
В следующем юрском периоде древние голосеменные вымирают, а господствуют современные. Появляются первые покрытосеменные. На суше — господство гигантских пресмыкающихся и насекомых. Появляются первые птицы (археоптерикс). В морях древние хрящевые рыбы вымирают, а господствуют головоногие моллюски и костистые рыбы.
Меловой период характеризуется доминированием современных покрытосеменных и сокращением распространения голосеменных и папоротников. На суше вымирают гигантские пресмыкающиеся, и преобладают мелкие млекопитающие, первоптицы. Появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы. В морях — господство костистых рыб. К важным ароморфозам этого периода относят появление цветка и плода; появление матки.

И наконец в кайнозойскую эру или эру новой жизни (от 70 миллионов лет назад до наших дней) проходило дальнейшее расселение покрытосеменных растений, которые осваивали различные места обитания. Насекомые, отличавшиеся от других беспозвоночных целесообразными приспособлениями типа ароморфоза (развитой нервной и трахейной системой), твердым хитиновым покровом тела, достигают большого разнообразия. Иногда кайнозойскую эру иногда разделяют на два периода (третичный и четвертичный), но, обычно, на три периода:

Архейская (самая древняя) эра, продолжавшаяся более 900 млн. лет, оставила мало следов жизни, так как пласты сильно изменились под воздействием высокой температуры и давления. Найденные в горных породах этой эры графит, известняк и мрамор говорят о существовании в ту пору сине-зеленых водорослей и бактерий, которые за простую организацию (у них мелкие клетки без четко выраженного ядра) получили название прокариотов.

В архее произошли три крупных ароморфоза, сыгравших громадную роль в дальнейшем развитии жизни на Земле:

возник половой процесс, приведший к обмену генами и появлению комбинативной изменчивости, которая значительно расширила материал для естественного отбора;
появился фотосинтез, приведший к разделению единого органического мира по способу питания на мир растений и мир животных. Растения оказались способными синтезировать необходимые для жизни вещества из неорганических — автотрофные организмы. Они обеспечили накопление кислорода и органических веществ, которые использовали для своей жизнедеятельности животные — гетеротрофные организмы;
образовались многоклеточные организмы, способные захватывать и переваривать более крупные частицы и осваивать новые среды обитания.

Протерозойская эра длилась примерно 2 млрд. лет. В эту эру процветали зеленые водоросли — организмы с типичными клетками — эукариоты. Среди них были формы свободноплавающие и придонные. От последних в дальнейшем возникли формы с расчлененным телом. В протерозое процветали многоклеточные морские животные — кишечнополостные, кольчатые черви, моллюски, иглокожие и членистоногие, а в конце эры появились низшие хордовые (бесчерепные).

В протерозойскую эру произошли следующие крупные ароморфозы: сформировалась двусторонняя симметрия, обеспечившая дифференцировку тела на спинную и брюшную стороны, передний и задний концы. Спинная сторона выполняла защитную функцию, брюшная — обеспечивала движение и захват пищи, в переднем конце развивались органы чувств, а затем — нервные узлы и головной мозг. Это значительно повысило жизненную активность животных; появились первые хордовые — самый высокоорганизованный тип животных. Наличие хорды обеспечило опору мускулатуры; центральная нервная система в виде трубки способствовала их активизации, появились органы дыхания — жабры.

Палеозойская эра характеризовалась значительно большим разнообразием жизни.

В кембрийский и ордовикский периоды суша не была заселена, в море из растений были широко распространены все типы водорослей, из животных — все типы беспозвоночных. Особенно процветали плеченогие и трилобиты (членистоногие).

Важнейшим ароморфозом было появление панцирных рыб, у которых имелся скелет и тело было расчленено на голову, туловище и хвост.

В морях силура из растений были широко распространены водоросли. Из животных процветали плеченогие и трилобиты, появились бесчелюстные позвоночные — щитковые. В конце силура произошли горообразовательные процессы; на поднявшихся обширных территориях без воды погибло множество животных и растений.

Важнейшим ароморфозом этого периода был выход на сушу первых растений — псилофитов, происшедших от прикрепленных ко дну многоклеточных зеленых водорослей.

В девоне ракоскорпионы теснили трилобитов и плеченогих, широко расселились разнообразные отряды рыб. В морях процветали все типы беспозвоночных. На суше на смену псилофитам пришли более высокоорганизованные споровые растения: плауны, хвощи и папоротники. Образовалась почва.

Крупнейшим ароморфозом было появление и выход на сушу первых позвоночных — кистеперых рыб, способных передвигаться по суше и дышать жабрами и легкими. Они дали начало древнейшим земноводным — стегоцефалам, соединявшим в себе признаки рыб и земноводных.

Каменноугольный период (карбон) отличался теплым, мягким климатом и активной вулканической деятельностью. Чередующиеся наступления и отступления моря погубили массы животных и растений и образовали многочисленные топи и болота, зараставшие древовидными папоротниками и хвощами. В этих условиях шло приспособление животных к различным средам обитания: на суше процветали пауки и скорпионы; в воздухе летали насекомые; в топях и болотах царствовали различные земноводные; в морях плавали иглокожие, моллюски; уменьшилось количество трилобитов и панцирных рыб.

В конце карбона и начале Перми произошли горообразовательные процессы, влажный климат сменился сухим. Это привело к новым ароморфозам. На смену споровым растениям пришли более высокоорганизованные и приспособленные к произрастанию в условиях сухого климата семенные папоротники и голосеменные растения, у которых оплодотворение происходило вне воды. На смену земноводным пришли более приспособленные к новым условиям и высокоорганизованные — пресмыкающиеся. Роговой слой защищал их тело от высыхания, плотная оболочка и большой запас питательных веществ в яйце обеспечивали благоприятные условия для развития зародыша.

Пермь отличалась засушливым континентальным климатом и активной вулканической деятельностью. Это способствовало дальнейшему распространению голосеменных и исчезновению древовидных хвощей и папоротников. В этот период вымерли трилобиты, многие земноводные, большее развитие получили пресмыкающиеся, насекомые, акулы и кистеперые рыбы.

Основной ароморфоз — на смену хвощам и папоротникам приходят голосеменные растения.

Мезозойская эра — эра средней жизни. В триасовый период климат был континентальным. Это способствовало развитию голосеменных растений и пресмыкающихся, заселивших всю планету. В морях обитали моллюски, иглокожие, акулы, двоякодышащие рыбы.

Крупным ароморфозом было появление в конце триаса первых млекопитающих и настоящих костистых рыб.

Юрский период отличался мягким климатом. В этот период господствовали голосеменные растения, были распространены небольшие хвощи, папоротники. Из животных особый расцвет получили пресмыкающиеся, заселившие сушу, моря и воздух. На суше широко распространились насекомые, в морях обитали моллюски, иглокожие, костистые рыбы.

Основные ароморфозы — появление первых покрытосеменных растений, у которых зародыш хорошо защищен от неблагоприятных воздействий и долгое время сохраняется вне материнского организма, что позволило им проникнуть в глубь материков, и археоптерикса — родоначальника птиц.

В меловом периоде дальнейшее развитие получили покрытосеменные растения, резко сократились голосеменные и папоротники. В этот период продолжался расцвет пресмыкающихся. В морях распространились костистые рыбы, появились современные земноводные, птицы и насекомые. В конце мела происходил активный горообразовательный процесс. Климат стал резко континентальным. Это привело к уменьшению растительности и вымиранию большинства пресмыкающихся. Им на смену пришли новые, более высокоорганизованные классы позвоночных — птицы и млекопитающие.

Основные ароморфозы этого периода — появление у птиц и млекопитающих четырехкамерного сердца, теплокровности, утепляющих покровов (перья, пух, шерсть), а у млекопитающих — внутриутробного развития зародышей и значительного развития коры головного мозга. Все эти изменения позволили птицам и млекопитающим выжить в новых, более суровых климатических условиях.

Кайнозойская эра — эра новой жизни. Палеоген и неоген характеризовались значительными геологическими изменениями. Поверхность Земли стала похожа на современную. В эти периоды дальнейший расцвет получили покрытосеменные растения, а из животных — насекомые, птицы и млекопитающие, заселившие все материки. Среди млекопитающих появились древние человекообразные обезьяны, предки которых дали начало человеку.

Антропоген — период истории Земли, который длится и в настоящее время. Характеризовался оледенением северного полушария. В этот период сформировалась современная биосфера, появился человек.

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.

Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.

Геохронологическая шкала истории развития органического мира Земли включает эры и периоды. Выделяют следующие эры:

архейская (архей) — эра древнейшей жизни,
протерозойская (протерозой) — эра первичной жизни,
палеозойская (палеозой) — эра древней жизни,
мезозойская (мезозой) — эра средней жизни,
кайнозойская (кайнозой) — эра новой жизни.

Названия периодов образованы либо от названий местностей, где впервые были найдены соответствующие отложения (город Пермь, графство Девон), либо от происходивших в то время процессов (в угольный период — карбон — происходила закладка отложений каменного угля, в меловой — мела и т.д.).

Архейская эра (эра древнейшей жизни: 3500 (3800-2600) млн лет назад)

Атмосфера Земли состояла преимущественно из CO₂, CO, H₂, N₂, водяных паров, небольших количеств NH₃, H₂S, CH₄ и почти не содержала свободного кислорода O₂. Отсутствие свободного кислорода обеспечило возможность накопления в океане абиогенно созданных органических веществ, в противном случае они сразу же расщеплялись бы кислородом.

Первые гетеротрофы осуществляли окисление органических веществ анаэробно — без участия кислорода путем брожения. При брожении органические вещества расщепляются не полностью, и энергии образуется немного. По этой причине эволюция на ранних этапах развития жизни шла очень медленно.

С течением времени гетеротрофы сильно размножились и им стало не хватать абиогенно созданного органического вещества. Тогда возникли прокариотические автотрофные анаэробы. Они могли синтезировать органические вещества из неорганических самостоятельно сначала посредством хемосинтеза, а затем — фотосинтеза.

Первым был фотосинтез анаэробный, который не сопровождался выделением кислорода:

Затем появился фотосинтез аэробный:

Аэробный фотосинтез был характерен для существ, похожих на современных цианобактерий.

Выделяющийся при фотосинтезе свободный кислород стал окислять растворенные в воде океана двухвалентное железо, соединения серы и марганца. Эти вещества превращались в нерастворимые формы и оседали на дне океана, где образовали залежи железных, серных и марганцевых руд, которые в настоящее время использует человек.

Окисление растворенных в океане веществ происходило в течение сотен миллионов лет, и только когда их запасы в океане были исчерпаны, кислород стал накапливаться в воде и диффундировать в атмосферу.

Необходимо отметить, что обязательным условием накопления в океане и атмосфере кислорода было погребение некоторой части синтезированного организмами органического вещества на дне океана. В противном случае, если бы вся органика расщеплялась с участием кислорода, его излишков не оставалось бы и кислород не смог бы накапливаться. Неразложившиеся тела организмов оседали на дне океана, где образовали залежи ископаемого топлива — нефти и газа.

Накопление в океане свободного кислорода сделало возможным появление автотрофных и гетеротрофных аэробов. Это произошло когда концентрация O₂ в атмосфере достигла 1% от современного уровня (а он равен 21%).

При аэробном окислении (дыхании) органические вещества расщепляются до конечных продуктов — CO₂ и H₂O и образуется в 18 раз больше энергии, чем при бескислородном окислении (брожении):

Поскольку при аэробных процессах стало выделяться намного больше энергии, эволюция организмов значительно ускорилась.

В результате симбиоза различных прокариотических клеток появились первые эукариоты (ядерные).

В результате эволюции эукариот возник половой процесс — обмен организмов генетическим материалом — ДНК. Благодаря половому процессу эволюция пошла еще быстрее, поскольку к мутационной изменчивости добавилась комбинативная.

Сначала эукариоты были одноклеточными, а затем появились первые многоклеточные организмы. Переход к многоклеточности у растений, животных и грибов произошел независимо друг от друга.

Многоклеточные организмы получили ряд преимуществ по сравнению с одноклеточными:

большую продолжительность онтогенеза, так как в ходе индивидуального развития организма происходит замещение одних клеток другими;
многочисленное потомство, поскольку для размножения организма может выделить больше клеток;
значительные размеры и разнообразное строение тела, что обеспечивает большую устойчивость к внешним факторам среды за счет стабильности внутренней среды организма.

Ученые не имеют единого мнения по вопросу, когда возникли половой процесс и многоклеточность — в архейскую или протерозойскую эру.

Протерозойская эра (эра первичной жизни: 2600-570 млн лет назад)

Появление многоклеточных еще более ускорило эволюцию и за относительно короткий период (в геологическом масштабе времени) появились различные виды живых организмов, приспособленные к разным условиям существования. Новые формы жизни занимали и формировали все новые экологические ниши в разных областях и глубинах океана. В породах возрастом 580 млн лет уже имеются отпечатки существ с твердыми скелетами и поэтому изучать эволюцию с этого периода гораздо легче. Твердые скелеты служат опорой для тел организмов и способствуют увеличению их размеров.

К концу протерозойской эры (570 млн лет назад) сложилась система продуценты-консументы и сформировался кислородно-углеродный биогеохимический круговорот веществ.

Палеозойская эра (эра древней жизни: 570-240 млн лет назад)

Так как кислорода образовывалось все больше, атмосфера постепенно приобретала окислительные свойства. Когда концентрация O₂ в атмосфере достигла 10% от современного уровня (на границе силура и девона), на высоте 20-25 км в атмосфере начал образовываться озоновый слой. Он формировался из молекул O₂ под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца:

Молекулы озона (O₃) обладают способностью отражать ультрафиолетовые лучи. В результате озоновый экран стал защитой живых организмов от губительных для них в больших дозах ультрафиолетовых лучей. До этого защитой служила вода. Теперь жизнь получила возможность выйти из океана на сушу.

Выход живых существ на сушу начался в кембрийском периоде: первыми на нее вышли бактерии, а затем — грибы и низшие растения. В результате на суше образовалась почва и в силурийский период (435-400 млн лет назад) на суше появились первые сосудистые растения — псилофиты. Выход на сушу способствовал появлению у растений тканей (покровных, проводящих, механических и др.) и органов (корня, стебля, листьев). В результате появились высшие растения. Первыми сухопутными животными стали членистоногие, произошедшие от морских ракоскорпионов.

В это время в морской среде эволюционировали хордовые: от беспозвоночных хордовых произошли позвоночные рыбы, а в девоне от кистеперых рыб амфибии. Они господствовали на суше 75 млн лет и были представлены очень крупными формами. В пермский период, когда климат стал холодней и засушливей, превосходство над амфибиями получили рептилии.

Мезозойская эра (эра средней жизни: 240-66 млн лет назад)

Кайнозойская эра (эра новой жизни: 66 млн лет назад — настоящее время)

В кайнозойской эре широко распространились млекопитающие, птицы, членистоногие, цветковые растения. Появился человек.

В настоящее время деятельность человека стала важным фактором развития биосферы.

На настоящий момент установлено, что жизнь на Земле возникла около 3-3,5 млрд. лет назад. За это время на планете произошли существенные изменения: менялся климат, двигались материки, активно шли горообразовательные процессы. Вода то затапливала гигантские пространства на миллионы лет, то отступала под натиском испепеляющего солнца и жары.

Об этих процессах мы можем только догадываться, изучая осадочные породы, которые за это время пластами накладывались друг на друга. Химический анализ позволяет определить их возраст, а также сделать вывод о климате того периода. В определение возраста окаменелостей помогает радиоуглеродный анализ.

Архейская эра (от греч. archē - начало)

Наиболее ранняя эра Земли, начавшаяся около 3-3,5 млрд. лет назад и продлившаяся 900 млн. лет. Самые древние живые организмы были найдены в этот промежуток времени: они были гетеротрофами, заселявшими дно теплых морей. Кислород отсутствовал, был возможен только анаэробный тип дыхания.

В архейский период отмечалась активная вулканическая деятельность, происходили значительные колебание температуры. На поверхности Земли жизнь была невозможна из-за губительных УФ (ультрафиолетовых) лучей. Именно поэтому жизнь "спряталась" на дне океана, где не так выражены перепады температур и рассеивается УФ излучение.

В течение архея появились первые фотосинтезирующие организмы - сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Атмосфера начала постепенно обогащаться кислородом.

Как оказалось, это вещество - кислород - предопределит путь развития жизни на Земле: в дальнейшем возникнут миллионы видов, которые им дышат, и жить без него не смогут. В числе этих видов и мы с вами.

К концу архея животные разделились на про- и эукариотические организмы.

Протерозойская эра (от греч. proteros — первый из двух + zoe — жизнь)

Протерозойская эра продолжалась около 2000 млн. лет. Поверхность планеты напоминала ледяную пустыню, климат соответственно был холодный.

Дальнейшее развитие жизни продолжалось. В этой эре выделились царства растений, животных и грибов. Возникли первые многоклеточные организмы: кишечнополостные, губки, водоросли, предки трилобитов. Были распространены сине-зеленые водоросли - цианобактерии, которые выделяли кислород в ходе фотосинтеза.

В течение этой эры в атмосфере возросла концентрация кислорода и приблизилась к 1% - точки Пастера, критического для эволюции значения. Считается, что по достижении точки Пастера становится возможным кислородный тип дыхания и устойчивая жизнедеятельность аэробных организмов.

В течение протерозойской эры концентрация кислорода в атмосфере достигнет 10% - сформируется озоновый слой, служащий эффективной защитой для всего живого от губительного УФ-излучения. Благодаря озоновому слою появятся первые наземные экосистемы.

Палеозойская эра (греч. palaios - древний)

Холодный климат меняется на умеренно влажный, а затем на теплый сухой. Тают оледенения суши, в результате чего огромные пространства заполняются водой.

Все растения и животные обитают в море, однако, на побережье появляются первые наземные грибы, лишайники. Животный мир активно развивается: на глубине в море появились трилобиты и мечехвосты, коралловые полипы, иглокожие.

Большая часть суши подверглась сильнейшему затоплению, наземные животные почти не встречались. В толще океана обитали фораминиферы и радиолярии.

В теплых морях процветали кишечнополостные (в их числе и коралловые полипы), иглокожие, моллюски. Установлено, что в этом периоде жили первые представители типа хордовых - бесчелюстные.

Климат становится более сухим, суша поднимается - вода отступает, тем самым создаются условия для развития наземных видов. И действительно, силур отличается этими знаменательными событиями: растения и животные осваивают сушу.

В приливно-отливных зонах возникают первые наземные растения: риниофиты и псилофиты, еще имеющие очень много общего с водорослями. И, тем не менее, псилофиты - пионеры суши. У них появляются проводящие и механические ткани, которые водорослям были ни к чему.

Появились первые наземные животные: многоножки и паукообразные - скорее всего произошедшие от трилобитообразных, которые долгое время могли оставаться на отмелях после отлива. На образовавшейся суше они чувствовали себя просторно и вальяжно: хищники отсутствовали, конкуренция была небольшой. В таких условиях размножение происходило быстро.

Это период господства рыб в морях. Возникают активно плавающие хрящевые рыбы, у которых имеются челюсти для захвата пищи. Появляются все известные на настоящее время систематические группы рыб.

Некоторые рыбы, обитающие в бедных кислородом (пересыхающих) водоемах, используя плавники, приобрели способность переползать из одного водоема в другой и дышать атмосферным воздухом. Так появляются двоякодышащие и кистеперые рыбы.

К концу девона на сушу выходят первые земноводные: ихтиостеги и стегоцефалы, произошедшие от кистеперых рыб. Возникают древовидные леса, состоящие из хвощей, плаунов и папоротников.

В карбоне материки еще более опускаются, часть суши оказывается заболоченной. Поначалу теплый и влажный климат сменяется к концу периода холодным и сухим.

Бурно развиваются древовидные леса из папоротников, которые достигали в высоту 40 метров. Массовое отмирание папоротникообразных в этом периоде привело к образованию обширных залежей каменного угля, в честь которого период и получил свое название.

Размножение семенных растений, появившихся в карбоне, более не связано с наличием воды, благодаря чему они расселяются вглубь материков.

В морях все также распространены фораминиферы, радиолярии, кораллы и моллюски. Возникают первые насекомые: тараканы, стрекозы, жесткокрылые. Под конец периода появляются пресмыкающиеся, размножение которых не связано с наличием воды, что позволяет им заселить сухие, ранее незаселенные территории.

В перми активируется вулканическая деятельность, происходит крупнейшее отступление моря, вследствие которого образуются большие пространства суши. Климат также меняется: он становится резко континентальным.

К таким серьезным изменениям не приспособлены многие виды животных и растений: полностью вымирают трилобиты, многие моллюски, крупные рыбы и насекомые, значительная часть амфибий, исчезают древовидные папоротники, хвощи и плауны.

В природе не бывает пустого места: приспособленные особи выживают, размножаются и занимают освобожденные другими видами ниши. Бурно развиваются пресмыкающиеся, появляются звероподобные ящеры, примерно в это же время возникают первые млекопитающие.

Чтобы легко запомнить периоды палеозойской эры, рекомендую взять на вооружение мнемоническое правило: "Каждый Отличный Студент Должен Курить Папиросы". Если вы обратите внимание на первые буквы этих слов, то поймете, что они совпадают с первыми буквами периодов палеозоя и расположены в нужном порядке.

Мезозойская эра (греч. mesos — средний + zoe — жизнь)

Мезозойская эра продлилась 186 млн. лет. Если бы мы сейчас перенеслись в то далекое время, то внешне заметили бы сходство мезозойского мира с нынешним, однако более детальное изучение показало бы нам, что его составляют совершенно иные растения и животные.

Климат становится более сухим, что приводит к пересыханию внутренних морей. Активно идут горообразовательные процессы, начавшиеся в перми. Начинается движение материков, образуются пустынные пространства.

В царстве растений господствуют голосеменные, размножение которых не зависит от воды. Среди голосеменных активно заселяют территории саговниковые, хвойные, гинкговые растения.

Большинство амфибий окончательно вымирает. В животном мире господствуют пресмыкающиеся, среди которых встречаются черепахи, ихтиозавры, птицетазовые и ящеротазовые динозавры, клювоголовые, крокодилы и чешуйчатые. Часть рептилий дает начало млекопитающим, близким к однопроходным животным.

Климат становится более теплым и влажным, несколько увеличивается площадь морей. В глубине материков образовались многочисленные озера и болота.

В царстве растений господство остается за голосеменными растениями, наибольший расцвет среди которых переживают беннеттитовые, гнетовые, саговниковые.

В морях многочисленны головоногие моллюски. Самые разнообразные формы принимают морские пресмыкающиеся - ихтиозавры, плезиозавры. Эта эра принадлежит динозаврам. Рептилии господствуют в воде, на земле и в воздухе. К концу периода возникает первоптица - археоптерикс, давшая начала обширной группе птиц.

Климат становится более холодным. Активируются горообразовательные процессы - именно в этом периоде образовались Анды, Альпы, Гималаи. Название периода связано с многочисленными отложениями мела, которые образовались за счет раковин фораминифер.

Появляются цветковые (покрытосеменные) растения, вероятно произошедшие от голосеменных растений в результате скачкообразного изменения (мутации) женских органов размножения. Появления цветка и плода - важнейшие ароморфозы этого периода. К концу периода вымерли многие голосеменные растения.

Крупные моллюски и рептилии вымирают, эра динозавров заканчивается. На первый план выходят млекопитающие, ароморфозы которых, теплокровность и живорождение, позволяют занять господствующее положение. Появляются сумчатые и плацентарные млекопитающие.

Кайнозойская эра (греч. kainos - новый + zoe - жизнь)

Отправной точкой кайнозойской эры служит образование Альп, в это же время возникли и другие высочайшие горные системы. Я искренне рад быть вашим современником, и сообщаю, что мы с вами живем в кайнозойскую эру, которая длится уже 67 млн. лет. За это время произошло несколько материковых оледенений, возникновение человека.

В начале палеогена устанавливается теплый тропический и субтропический климат. Широко распространяются леса и редколесья. Большая часть животных представлена лесными обитателями.

Сумчатые и плацентарные млекопитающие эволюционируют параллельно. Возникают приматы, хищные и копытные животные, широкого разнообразия достигает мир птиц.

К концу палеогена климат становится континентальным, в Арктике и Антарктике появляются первые ледяные шапки. Леса преобразуются в саванны и заросли кустарников.

Климат в неогене был влажным и теплым. Расселившиеся в палеоген кустарники сменяются саванной и степной растительностью, образуются полупустыни и пустыни.

По берегам рек и озер растут березы, можжевельник, сосны, ивы, тополя. Среди животных расцвет происходит у обитателей открытых пространств: гиппарионов (примитивных лошадей), быков, слонов, жирафов, антилоп. Среди разнообразного и многочисленного класса птиц нередко встречаются хищные гигантские бегающие птицы.

Для неогена характерно большое разнообразие среди приматов, и появление первых человекообразных обезьян - антропоидов.

В ходе данного периода неоднократно происходили изменения климата. Поверхность Северного полушария оледеневала. Изменился и растительный мир - в Евразии распространилась таежная и тундровая растительность. Флора приобрела сегодняшний облик.

Среди животных были распространены бизоны, мамонты, носороги, пещерные медведи. Примерно 2 млн. лет назад появился человек умелый, начался процесс антропогенеза - становления человека, в результате которого возник вид Homo sapiens.

Активная деятельность человека: распашка земель, вырубка лесов, вытаптывание полей крупным рогатым скотом - привели к сужению ареала обитания многих видов животных, часть из которых вымерла.

Рекомендую мнемоническое правило, которое поможет запомнить периоды мезозойской и кайнозойской эры по первым буквам слов: "Ты, Юра, Мал - Подожди, Немного, А?"

Пангея и удивительная Австралия

В конце палеозоя и начале мезозоя всю сушу представлял один единственный континент - Пангея (др.-греч. Πανγαῖα - всеземля). В юрском периоде Пангея разделилась на два континента: северный - Лавразия (позже разделилась на Евразию и Северную Америку), и южный - Гондвана (позже разделилась на Африку, Южную Америку, Индию, Австралию и Антарктиду.)

Особого внимания требует Австралия. Этот материк отделился раньше всех, вследствие чего флора и фауна на нем формировались изолированно от остальных континентов.

Именно по этой причине в Австралии можно обнаружить виды растений и животных, которые более нигде не встречаются: сумчатые животные (кенгуру, куница, коала), подземные орхидеи, банксии и многие другие удивительные виды.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
Раздел 7. Эволюция живых систем. Глава 7.2. Эволюция органического мира.

7.2. Эволюция органического мира

7.2.1. Доказательства эволюции органического мира

Доказательства эволюции — свидетельства общности происхождения всех организмов от единых предков, изменяемости видов и возникновения одних видов от других. Доказательства эволюции подразделяют на группы (табл. 7.9).

Таблица 7.9. Доказательства эволюции

Рис. 7.8. Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных

Рис. 7.9. Примеры вымерших переходных форм: а — стегоцефал (переходная форма от рыб к земноводным); б — археоптерикс (переходная форма от пресмыкающихся к птицам); в — звероподобная рептилия (переходная форма от пресмыкающихся к млекопитающим)

Рис. 7.10. Филогенетический ряд лошади: а — эогиппус; б — меригиппус; в — гиппарион; г — современная лошадь

Рис. 7.11. Реликтовые формы, живущие в настоящее время: а — кистепёрая рыба латимерия (потомок переходной формы между рыбами и земноводными); б — гаттерия (потомок переходной формы между земноводными и пресмыкающимися)

7.2.2. Происхождение жизни

Развитие взглядов на происхождение жизни.

С глубокой древности и по сей день человечество ищет ответ на вопрос о происхождении жизни. Ранее считали, что возможно самозарождение жизни из неживой материи. По мнению учёных Средневековья, рыбы могли зарождаться из ила, черви — из почвы, мыши — из грязных тряпок, мухи — из гнилого мяса. В XVII в. итальянский учёный Ф. Реди провёл оригинальный эксперимент: он поместил кусочки мяса в стеклянные сосуды, часть из них он оставил открытыми, а часть прикрыл кисеёй. Личинки мух появились только в открытых сосудах (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Эксперимент Ф. Реди: а — банки открыты; б — банки закрыты от мух, но пропускают воздух

В середине XIX в. французский микробиолог Л. Пастер поместил простерилизованный бульон в колбу с длинным узким горлышком S-образной формы. Бактерии и другие находящиеся в воздухе организмы оседали под действием силы тяжести в нижней изогнутой части горлышка и не достигали бульона, тогда как воздух поступал в саму колбу (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Эксперимент Л. Пастера: а — кипячение бульона; б — сосуд оставлен на один год; в — микроорганизмов нет; г — удалено S-образное горлышко; д — появление микроорганизмов

Эти и другие сходные опыты убедительно показывали, что в современную эпоху живые организмы происходят только от других живых организмов. Невозможность самозарождения жизни из неживого назвали принципом Реди. В результате закономерен вопрос о происхождении первых живых организмов.

Многообразие подходов к вопросу о происхождении жизни.

По вопросу о происхождении жизни, так же как и по вопросу о сущности жизни, среди учёных нет единого мнения. Существует несколько подходов к решению вопроса о происхождении жизни, которые тесно переплетаются между собой. Классифицировать их можно следующим образом.

По принципу: идея, разум первичны, а материя вторична (идеалистические гипотезы) или материя первична, а идея, разум вторичны (материалистические гипотезы).
По принципу: жизнь существовала всегда и будет существовать вечно (гипотезы стационарного состояния) или жизнь возникает на определённом этапе развития мира.
По принципу: живое только от живого (гипотезы биогенеза) или возможно самозарождение живого из неживого (гипотезы абиогенеза).
По принципу: возникла жизнь на Земле или была занесена из космоса (гипотезы панспермии).

Рассмотрим наиболее значимые из гипотез.

Креационизм. Согласно этой гипотезе, жизнь была создана Творцом. Творец — это Бог, Идея, Высший разум и т. п.

Гипотеза панспермии. Жизнь на Землю была занесена из космоса и прижилась здесь после того, как на Земле сложились благоприятные для этого условия. Это предположение высказал немецкий учёный I Рихтер в 1865 г., а окончательно сформулировал шведский учёный С. Аррениус в 1895 г. С метеоритами и космической пылью на Землю могли попасть споры бактерий, которые в значительной степени устойчивы к радиации, вакууму, низким температурам. Решение вопроса о том, как возникла жизнь в космосе, в силу объективных трудностей его решения отодвигается на неопределённое время. Она могла быть создана Творцом, существовать всегда или возникнуть из неживой материи. В последнее время среди учёных появляется всё больше сторонников гипотезы панспермии.

Гипотеза абиогенеза (самозарождения живого из неживого и последующей биохимической эволюции). Жизнь зародилась на Земле из неживой материи.

В 1924 г. русский биохимик А. И. Опарин, а позднее в 1929 г. английский учёный Дж. Холдейн высказали предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи в результате химической эволюции — сложных химических преобразований молекул. Этому событию благоприятствовали сложившиеся в то время на Земле условия.

Согласно этой гипотезе в процессе становления жизни можно выделить 4 этапа: 1) синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы; 2) полимеризация мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот; 3) образование фазовообособленных систем органических веществ, отделённых от внешней среды мембранами; 4) возникновение простейших клеток, обладающих свойствами живого, в том числе репродуктивным аппаратом, осуществляющим передачу дочерним клеткам всех химических и метаболических свойств родительских клеток. Первые три этапа относят к периоду химической эволюции, с четвёртого начинается биологическая эволюция.

Представления о возможности химической эволюции вещества подтверждены рядом модельных экспериментов. В 1953 г. американский химик С. Миллер и физик Г. Юри в лабораторных условиях имитировали состав первичной атмосферы Земли, состоявшей из метана, аммиака и паров воды, и, воздействуя на неё искровым разрядом, получили простые органические вещества — аминокислоты глицин, аланин и др. (рис. 7.14). Тем самым была доказана принципиальная возможность абиогенного синтеза органических соединений (но не живых организмов) из неорганических веществ.

Рис. 7.14. Аппарат Миллера

Таким образом, органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых неорганических соединений. В результате накопления в океане органических веществ образовался так называемый первичный бульон. Затем, объединяясь, белки и другие органические молекулы образовали капли коацерватов, которые служили прообразом клеток. Капли коацерватов подвергались естественному отбору и эволюционировали. Первые организмы были гетеротрофными. По мере исчерпания запасов первичного бульона возникли автотрофы.

Следует отметить, что с точки зрения теории вероятности вероятность синтеза сверхсложных биомолекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка.

В.И. Вернадский о происхождении и сущности жизни и биосферы.

В. И. Вернадский изложил свои взгляды на происхождение жизни в следующих тезисах:

Начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого космоса. Жизнь вечна, поскольку вечен космос, и всегда передавалась путём биогенеза.
Жизнь, извечно присущая Вселенной, явилась новой на Земле, её зародыши приносились извне постоянно, но укрепились на Земле лишь при благоприятных для этого возможностях.
Жизнь на Земле была всегда. Время существования планеты — это лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически (планетарно) вечна. Возраст планеты неопределим.
Жизнь никогда не была чем-то случайным, ютящимся в каких-то отдельных оазисах. Она была распространена всюду, и всегда живое вещество существовало в образе биосферы.
Древнейшие формы жизни — прокариоты — способны выполнять все функции в биосфере. Значит, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Вероятно, что такова она и была в прошлом.
Живое вещество не могло произойти от косного. Между этими двумя состояниями материи нет никаких промежуточных ступеней. Напротив, в результате воздействия жизни происходила эволюция земной коры.

Рис. 7.15. Филогенез основных групп организмов

Таким образом, необходимо признать, что к настоящему времени ни одна из существующих гипотез о происхождении жизни прямыми доказательствами не располагает, у современной науки нет однозначного ответа на вопрос о происхождении жизни.

7.2.3. Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.

Краткая история развития органического мира представлена в таблицах ниже. Филогенез основных групп организмов отражён на рисунке 7.15. Органический мир былых эпох воссоздан на рисунках 7.16— 7.21.

Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды. Выделяют следующие эры: архей — эра древнейшей жизни, протерозой — эра первичной жизни, палеозой — эра древней жизни, мезозой — эра средней жизни, кайнозой — эра новой жизни. Названия периодов образованы либо от названий местностей, где впервые были найдены соответствующие отложения (город Пермь, графство Девон), либо от происходивших в то время процессов (в угольный период — карбон — происходила закладка отложений каменного угля, в меловой — мела и т.д.).

Архейская эра

Архейская эра — эра древнейшей жизни: 3500 (3800) — 2600 млн лет назад.

Первые живые организмы на Земле появились по разным данным 3,8—3,2 млрд лет назад. Это были прокариотические гетеротрофные анаэробы (доядерные, питающиеся готовыми органическими веществами, не нуждающиеся в кислороде). Они жили в первичном океане п питались растворёнными в его воде органическими веществами, созданными абиогенно из неорганических веществ под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца и грозовых разрядов.

Атмосфера Земли состояла преимущественно из СО₂, СО, Н₂, N₂, водяных паров, небольших количеств NH₃, H₂S, СН₄ и почти не содержала свободного кислорода О₂. Отсутствие свободного кислорода обеспечило возможность накопления в океане абиогенно созданных органических веществ, в противном случае они сразу же расщеплялись бы кислородом.

Первые гетеротрофы осуществляли окисление органических веществ анаэробно — без участия кислорода, путём брожения. При брожении органические вещества расщепляются не полностью и энергии образуется немного. По этой причине эволюция на ранних этапах развития жизни шла очень медленно.

С течением времени гетеротрофы сильно размножились, и им стало не хватать абиогенно созданного органического вещества. Тогда возникли автотрофные прокариотические анаэробы. Они могли синтезировать органические вещества из неорганических самостоятельно сначала посредством хемосинтеза, а затем — фотосинтеза.

Первый фотосинтез был анаэробным и не сопровождался выделением кислорода:

Затем появился аэробный фотосинтез:

Аэробный фотосинтез был характерен для существ, похожих на современные цианобактерии.

Выделяющийся при фотосинтезе свободный кислород стал окислять растворённые в воде океана двухвалентное железо, соединения серы и марганца. Эти вещества превращались в нерастворимые формы и оседали на дне океана, где образовали залежи железных, серных и марганцевых руд, которые в настоящее время использует человек.

Окисление растворённых в океане веществ происходило в течение сотен миллионов лет, и только когда их запасы в океане были исчерпаны, кислород стал накапливаться в воде и диффундировать в атмосферу.

Накопление в океане свободного кислорода сделало возможным появление аэробов (и автотрофных, и гетеротрофных). Это произошло, когда концентрация О₂ в атмосфере достигла 1 % от современного уровня (а он равен 21 %).

При аэробном окислении (дыхании) органические вещества расщепляются до конечных продуктов — СО₂ и Н₂О, и образуется в 18 раз больше энергии, чем при бескислородном окислении (брожении):

Поскольку при аэробных процессах стало выделяться намного больше энергии, эволюция организмов значительно ускорилась. В результате симбиоза различных прокариотических клеток появились первые эукариоты (ядерные).

В результате эволюции эукариот возник половой процесс — обмен организмов генетическим материалом — ДНК. Благодаря половому процессу эволюция пошла ещё быстрее, поскольку к мутационной изменчивости добавилась комбинативная.

Сначала эукариоты были одноклеточными, а затем появились первые многоклеточные организмы. Переход к многоклеточности у растений, животных и грибов осуществился независимо друг от друга.

Многоклеточные организмы получили ряд преимуществ по сравнению с одноклеточными:

большую длительность онтогенеза, так как в ходе индивидуального развития организма происходит замещение одних клеток другими;
большее количество потомства, поскольку для размножения организм может выделить больше клеток;
большие размеры и разнообразное строение тела, что обеспечивает большую устойчивость к внешним факторам среды за счёт стабильности внутренней среды организма.

У учёных нет единого мнения по вопросу о том, когда возникли половой процесс и многоклеточность — в архейскую или протерозойскую эру.

Протерозойская эра

Протерозойская эра — эра первичной жизни: 2600—570 млн лет назад.

Появление многоклеточных ещё более ускорило эволюцию, и за относительно короткий период (в геологическом масштабе времени) появились различные виды живых организмов, приспособленные к разным условиям существования. Новые формы жизни занимали и формировали всё новые экологические ниши в разных областях и глубинах океана. В породах возрастом 580 млн лет уже имеются отпечатки существ с твёрдыми скелетами, и поэтому изучать эволюцию с этого периода гораздо легче. Твёрдые скелеты служат опорой для тел организмов и способствуют увеличению их размеров.

Палеозойская эра

Палеозойская эра — эра древней жизни, 570—240 млн лет назад.

Так как кислорода образовывалось всё больше, атмосфера постепенно приобретала окислительные свойства. Когда концентрация О₂ в атмосфере достигла 10% от современного уровня (на границе силура и девона), на высоте 20—25 км в атмосфере начал образовываться озоновый слой. Он формируется из молекул О₂ под действием энергии ультрафиолетовых лучей Солнца:

Молекулы озона (О₃) обладают способностью отражать ультрафиолетовые лучи. В результате озоновый экран стал защитой живых организмов от губительных для них в больших дозах ультрафиолетовых лучей. До этого защитой служила вода. Теперь жизнь получила возможность выйти из океана на сушу.

Выход живых существ на сушу начался в кембрийском периоде: первыми на неё вышли бактерии, а затем — грибы и низшие растения. В результате на суше образовалась почва, и в силурийский период (435—400 млн лет назад) на суше появились первые сосудистые растения — псилофиты. Выход на сушу способствовал появлению у растений тканей (покровных, проводящих, механических и др.) и органов (корня, стебля, листьев). В результате появились высшие растения. Первыми сухопутными животными стали членистоногие, произошедшие от морских ракоскорпионов.

В это время в морской среде эволюционировали хордовые: от беспозвоночных хордовых произошли позвоночные рыбы, а в девоне от кистепёрых рыб — амфибии. Они господствовали на суше 75 млн лет и были представлены очень крупными формами. В пермский период, когда климат стал холодней и засушливей, превосходство над амфибиями получили рептилии. В триасе появились крокодилы и черепахи, а от зверозубых рептилий произошёл класс Млекопитающие.

Мезозойская эра

Мезозойская эра — эра средней жизни, 240—66 млн лет назад.

Кайнозойская эра

Кайнозойская эра — эра новой жизни, 66 млн лет назад — настоящее время.

В кайнозойскую эру широко распространились млекопитающие, птицы, членистоногие, цветковые растения. Появился человек. В настоящее время деятельность человека стала важным фактором развития биосферы.

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
7.2. Эволюция органического мира

Читайте также: