Роль эукариот в эволюции биосферы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Эволюция жизни на Земле имеет долгую историю. Около 4 миллиарда лет назад, когда у атмосферы Земли не был сформирован озоновый слой, концентрация O 2 в воздухе на тот момент была крайне низкая и на поверхности планеты слышны были только извергающиеся вулканы и шум ветра. Ученые считают, что именно так выглядела наша планета на момент появления жизни. Подтвердить или опровергнуть это достаточно сложно. Горные породы, дающие больше информации людям, разрушились очень давно, вследствие геологических процессов на планете.

С пoявлением простейших одноклеточных организмов, жизнь получила свое начало. Первыми среди них считаются прокариотыапрррррфо. Эти организмы появились первыми, таким организмам был не обязателен O 2 для существования. С увеличением концентрации кислорода в атмосфере появились эукариоты. Для этих организмов главным для жизни становился кислород, в среде где концентрация кислорода была маленькой, они не выживали. Актуальность данной работы заключается в том, что объединение именно клеток-эукариот приводят к образованию многоклеточных организмов, функциональной дифференциации клеток в организмах; появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных; возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов; формирование разума как высшей формы деятельности мозга. [1] [2]

Эукарио́ты или я́дерные, — домен (надцарство) живых организмов , клетки которых содержат ядро . Все организмы, кроме прокариот ( бактерий и архей ), являются ядерными. Вирусы и вироиды также не являются ни прокариотами, ни эукариотами; более того, считать ли их живыми организмами, является дискуссионным вопросом.

Эукариоты - живые организмы, клетки которых содержат ядро и мембранные органеллы. Генетический материал у эукариот находится в ядре, а ДНК организовано в хромосомы. Эукариотические организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными. Все животные являются эукариотами. Также эукариоты включают растения, грибы и простейших. Типичная клетка эукариота содержит следующие части: плазматическая (клеточная) мембрана; ядрышко; ядро; хромосомы; рибосомы; эндоплазматический ретикулум; аппарат (комплекс) Гольджи; цитоскелет; цитоплазма; лизосома; центриоль; митохондрии.

Таким образом, клетка обладает тонкой и организована довольно сложно. Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения органоидов позволяют отграничить друг от друга множество химических реакций, одновременно протекающих в клетке. Каждое из внутриклеточных образований имеет свою структуру и соответствующую функцию, но только при их взаимодействии возможна гармоничная жизнедеятельность клетки. На основе такого взаимодействия вещества из окружающей среды поступают в клетку, а продукты образованные в результате обмена выводятся из нее во внешнюю среду – таким образом совершается обмен веществ. Совершенство структурной организации клетки могло возникнуть только в результате долго текущего биологического процесса -эволюции, в процессе которой выполняемые ею функции постепенно усложнялись.

Живой мир возник на планете Земля вскоре после ее формирования - около 3,5 млрд. лет тому назад - в результате самоорганизации из неживых химических систем. С тех времен живые организмы в составе популяций, сообществ, биогеоценозов претерпевают необратимое историческое развитие - филогенез. Биологическая эволюция совершается параллельно и взаимообусловлено с геологической перестройкой Земли.

Сформированное биоразнообразие включает в себя эволюционно молодые группы, а также и группы древние, создавшие такие виды, которые были способны выиграть борьбу за существование с новыми, более сложными организмами и занять свободные экологические ниши. Поэтому на современной Земле благополучно сосуществуют и взаимодействуют в сложных биогеоценозах самые разные организмы - от бактерий и вирусов до высших растений и животных.

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂ , СО₂ , H₂ S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.

Цель представленной работы заключается в раскрытии вопроса о роли живых организмов в эволюции земли.

- Охарактеризовать появление живых организмов;

- Рассмотреть этапы развития жизни и их роль в эволюции земли;

От античных времен до средних веков многие философы и ученые считали, что живые организмы могут возникать из неживой материи. Но эта принципиально важная мысль не получала доказательств.

Восторжествовал закон: все живое - от живого. Но значило ли это, что жизнь не могла зародиться на Земле из неживого субстрата в доисторические времена, когда еще не было никаких организмов, да и состав земной поверхности, вероятно, был другим, нежели в современную эпоху.

Существует интересная гипотеза вечности жизни, которая в представлениях шведского физико-химика конца XIX века Аррениуса известна как теория панспермии. Согласно этой гипотезе жизнь всегда присутствует в космосе в виде мельчайших спор микроорганизмов, которые мигрируют между планетами, галактиками в составе комет, метеоритов и других космических тел, пересекающих большие пространства.

Существует еще теория направленной панспермии, согласно которой жизнь в виде простейших организмов на Землю занесли инопланетяне, опередившие нас по уровню развития на миллиарды лет.

В современной биологии сложилось два подхода к объяснению этих механизмов и соответственно две модели абиогенного происхождения жизни: бульонно-коацерватная и твердоматричная модели.

В 20-е годы XX века гипотеза возникновения жизни на основе химической эволюции была детально разработана российским академиком А. О. Опариным и, независимо от него, американцем Дж. Холденом, а позднее получила некоторые экспериментальные подтверждения. В современном толковании, согласно этой гипотезе, жизнь возникла из неорганических веществ в несколько этапов, причем химическая эволюция перешла в биологическую эволюцию.

Возраст Земли определяют в 5-7 млрд лет. В этот ранний период наша планета представляла раскаленное газо-пылевое облако. Около 4 млрд лет назад образовалась кора. Примерно 3,6 млрд лет назад уже возникла жизнь. По геологическим данным первые организмы - бактерии и сине-зеленые водоросли - населяли воды мирового океана: моря, лагуны, ванны, гидротермы (места выхода горячих газов). Но появлению микроорганизмов предшествовала длительная химическая эволюция, в ходе которой на первом этапе из неорганических веществ синтезировались органические биополимеры.

В 1953 г. молодой американский аспирант С. Миллер сумел воспроизвести в колбе искусственный абиогенный синтез органических веществ. Из метана, аммиака, водорода и воды при температуре 80 градусов Цельсия, при высоком давлении и при пропускании электрических разрядов напряженностью 60 тысяч вольт он получил жирные кислоты, мочевину, уксусную кислоту и, самое главное, прямые предшественники белка – аминокислоты. Позднее американец С. Фокс при нагревании смеси аминокислот синтезировал и сам белок - в виде простейшего полипептида. Были получены также и нуклеотиды - предшественники ДНК и РНК.

Таким образом, теория Опарина-Холдена совершала триумфальное шествие в лабораториях биохимиков середины XX века. Однако появилась и альтернативная версия о том, что органические вещества могли приноситься на Землю в составе комет и метеоритов. Но как бы там ни было, от органических веществ до простейшей клетки - дистанция большого размера. Как представлял себе Опарин, на втором этапе химической эволюции происходило концентрирование органических веществ в плотных капельках - коацерватах.

Твердоматричная модель происхождения жизни исходит из того, что органические вещества образовались не в растворе, а на твердых фазах минералов. Минеральная поверхность может служить катализатором, то есть резко ускорять реакции синтеза, и одновременно образцом (матрицей) для той химической структуры, которая на ней синтезируется.

Современная наука уже располагает знаниями, достаточными, чтобы утверждать: жизнь возникла на первобытной Земле вполне естественным путем как процесс самоорганизации, на основе преобразования неорганических субстратов в органические макромолекулярные комплексы и, далее, в протоклетки. Что касается конкретных механизмов образования органических комплексов, то, как показывает последний материал, будущее, очевидно, за твердоматричными моделями, среди которых наиболее продуктивна модель апатитовой матрицы.

2.Этапы развития жизни и их роль в эволюции земли

Как уже было отмечено выше, первые следы жизни на Земле датируются возрастом примерно 3,6 млрд, или 3600 млн, лет. Таким образом, жизнь возникла вскоре после образования земной коры. Историю развития жизни изучают по данным геологии и палеонтологии, поскольку в структуре земной поверхности сохранилось много ископаемых остатков, произведенных живыми организмами. Это - так называемые осадочные породы, содержащие огромные пласты мела, песчаников и других пород, представляющих донные осадки известковых раковин одноклеточных фораминифер, кораллов, моллюсков, кремниевые скелеты и другие твердые остатки древних организмов.

Изменение форм жизни на Земле шло параллельно с геологической перестройкой структуры и рельефа земной коры, состава атмосферы, границ мирового океана и другими геологическими процессами. Эти изменения и обусловливали в решающей степени направление и динамику биологической эволюции. В соответствии с наиболее значительными событиями гео-биологической эволюции в истории Земли выделяют крупные интервалы времени - эры, внутри них - периоды, в пределах периодов - эпохи и т. д. Проследим и мы наиболее важные события, менявшие шаг за шагом биосферу нашей планеты

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 (0 лет), когда живем мы с вами. Как видим, отсчет геологического времени принято вести в обратном порядке.

Архейская эра (эра древнейшей жизни) - от 3600 млн лет до 2600 млн лет, протяженность 1 млрд лет - примерно четверть всей истории жизни (на нашем условном календаре это - январь, февраль, март и несколько дней апреля). В Архейскую эру возникли про- и эукариотные клетки с разным типом питания и энергетического обеспечения и наметился переход к многоклеточным организмам.

Протерозойская эра (эра ранней жизни) - от 2600 до 570 млн лет - самая протяженная эра, охватывающая около 2 млрд лет, то есть более половины всей истории жизни (на нашем условном календаре это период от апреля до начала ноября). Конец Протерозоя ознаменовался и очень важным геологическим событием, которое сильно повлияло на дальнейшую биологическую эволюцию. В течение Протерозойской эры господство прокариот сменилось господством эукариот, произошел радикальный переход от одноклеточности к многоклеточности, сформировались все основные типы животного царства.

Палеозойская эра (эра древней жизни) - от 570 до 230 млн лет - общая протяженность 340 млн лет. Очередной период интенсивного горообразования, по которому и проводят разделение Протерозоя и Палеозоя, привел к изменению рельефа земной поверхности. Посреди бывшего океана встали материки, бывшие участки суши оказались под водой. В этих условиях судьба большинства групп организмов решалась радикально - быть или не быть. Некоторые группы вымерли, но другие приспосабливались и осваивали новые среды обитания вслед за изменениями земной поверхности и климата. Следует обратить внимание на то, что большинство групп организмов, зародившихся в прежние эпохи, 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.

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. Эволюция идет по пути морфофизиологического прогресса. 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.

Кайнозойская эра (эра новой жизни) - от 67 млн лет до настоящего времени. Это эра цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. В эту эру появился и человек.

Таким образом, каждая очередная крупномасштабная перестройка земной поверхности влекла за собой неизбежные эволюционные преобразования в живом мире. Каждое новое похолодание приводило к вымиранию неприспособленных. Дрейф материков определил различие темпов и направлений эволюции в изолятах.

С другой стороны, прогрессивное развитие и размножение групп растений и животных сказывалось и на самой геологической эволюции.

3. Вернадский о роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы

К проблемам изучения роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы Вернадский пришел через занятия геохимией и изучение эволюции земной коры. Он был первым, кто понял, что весь лик Земли, ее ландшафты, химизм океана, структура атмосферы – все это порождение жизни. В результате возникла новая научная дисциплина – биогеохимия.

В основе этой картины развития Земли как космического тела должна была лежать некая изначальная гипотеза, фиксирующая факт становления жизни на нашей планете. Вернадский не занимался специально проблемой возникновения жизни, ограничившись констатацией эмпирического факта: жизнь на Земле возникла. Для совокупности всех существующих организмов (включая микроскопические) он ввел термин живое вещество, и, выясняя его полный химический состав, подошел к изучению всех химических и энергетических процессов, которые происходят в той оболочке Земли, в которой существует живое вещество, т.е. в биосфере.

Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км под поверхность суши и на 1-2 км под дно океана. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: живое вещество, биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и др., т.е. вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами), косное вещество (образуется в процессах, в которых живые организмы не участвуют), биокосное вещество (создается одновременно живыми организмами и в ходе процессов неорганической природы, например почва), радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши и гидросферы, где в массе развиваются зеленые растения и живущие за их счет гетеротрофные организмы (организмы, использующие в качестве источника углерода экзогенные органические вещества). Более 90 % всего живого вещества биосферы, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97-98 % биомассы суши).

Основной источник биохимической активности организмов – солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2 млрд лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый слой, защищающий от жесткого космического излучения. Фотосинтез и дыхание зеленых растений поддерживают современный газовый состав атмосферы. Появление кислорода в первичной бескислородной атмосфере Земли рассматривается как важнейший этап эволюции биосферы.

Жизнь на Земле в геологически обозримый период всегда существовала в форме сложно организованных комплексов разнообразных организмов (биоценозов). Вместе с тем живые организмы и среда их обитания тесно связаны, взаимодействуют друг с другом, образуя целостные системы - биогеоценозы. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов – их биогеохимические циклы, в ходе которых атомы большинства химических элементов проходят бесчисленное число раз через живое вещество.

В ходе развития жизни неоднократно происходила смена одних групп организмов другими, но при этом всегда поддерживалось более или менее постоянное соотношение форм, выполняющих те или иные геохимические функции.

Совокупная деятельность живого вещества на Земле непрерывно поддерживала режим неорганической среды, необходимой для существования жизни, т.е. относительный гомеостаз (способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять постоянство состава и свойств) в биосфере, одним из характерных свойств которой В.И.Вернадский считал организованность. Поэтому биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Таким образом, история живого вещества в ходе времени выражается в медленном изменении форм жизни, форм живых организмов, непрерывно связанных между собой генетически, от одного поколения к другому, без перерыва. Веками эта мысль высказывалась в виде догадки. В 1859 г. она наконец получила прочное обоснование в великом учении Ч. Дарвина (1809-1882) об эволюции видов (растений и животных, в том числе и человека).

Одним из центральных звеньев концепции биосферы является учение о живом веществе. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т. е. энергия живого вещества биосферы, увеличилась во много раз и продолжает расти, элементов. Живому веществу присуща также высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с веществом неживым, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы раз медленнее.

Для живого вещества характерно то, что слагающие его химические соединения, главнейшими из которых являются белки, устойчивы только в живых организмах. После завершения процесса жизнедеятельности исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей. Живое вещество существует на планете в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся генетически связано с живым веществом прошлых эпох. Это главная структурная единица биосферы, определяющая все другие процессы поверхности земной коры. Для живого вещества характерно наличие эволюционного процесса. Генетическая информация любого организма зашифрована в каждой его клетке.

Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Сегодня общепризнанной является та система взглядов на биосферу, которую создал В. И. Вернадский, который ссылается на Ж.Б. Ламарка, заметив, что "он дал нам представление о роли биосферы в истории нашей планеты".

Впервые идею о геологических функциях "живого вещества", представленного совокупностью всего органического мира в виде " единого нераздельного целого" высказал В. И. Вернадский. В 1919 г. В. И. Вернадский дал одно из самых первых своих определений живого вещества: "Под именем живого вещества я буду подразумевать всю совокупность организмов, растительных и животных, в том числе и человека". Впоследствии он уточнял это определение. Уточнения касались суждений о трансформации (преобразовании) различных форм энергии, их роли в функционировании "живого вещества" и роли "живого вещества" в истории химических элементов на Земле. По Вернадскому живое вещество - это то звено, которое соединяет историю химических элементов с эволюцией организмов и человека, а также с эволюцией всей биосферы.

Список используемой литературы

1. Вонсовский С.В. Современная естественнонаучная картина мира. –М.: НОРМА, 2008. -686с.

2. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. –М.: Юнити, 2007. -632с.

3. Дж.Фейкберг. Из чего создан Мир. –М.: Мир, 1989. -299с.

4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для ВУЗов. –М.: КноРус, 2007. -412с.

5. Концепции современного естествознания. – М.: Высшая школа, 2004. -455с.

6. Колчинский Э. И. Эволюция биосферы. –М: Знание, 2001. -259с.

7. Рузавин Г.И. Концепция современного естествознания. –М.: НОРМА, 2007. -395с.

8. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. -Омега-Л, 2008. -632с.

Суханов А.Д. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. –М.: Дрофа, 2007. -642с.

В историческом развитии органического мира четко прослеживается наличие целого ряда этапов, свидетельствующих об усложнении и совершенствовании свойств организмов. Они наблюдаются уже на самых ранних этапах существования живого. Важнейшим из них является появление многообразия прокариот и эукариот.

Роль прокариот в эволюции биосферы

Появление автотрофов среди прокариот — крупное событие в эволюции живого мира.

Среди автотрофов — организмов, самостоятельно образующих органическое вещество из неорганических соединений, различают фототрофов, создающих органические соединения за счет энергии Солнца, и хемотрофов, живущих за счет энергии, высвобождающейся при химических реакциях окисления неорганических соединений (молекулярного водорода, окиси углерода, соединений серы или азота и др.).

Ученые полагают, что процесс появления хемосинтезирующих и фотосинтезирующих автотрофов начался еще на этапе коацерватных капель, когда их содержимое все более усложнялось. Происходившие при этом случайные мутации нуклеиновых кислот могли дать некоторые молекулы, по строению близкие к хлорофиллу, способные использовать энергию света.

Пока питательные вещества в окружающей водной среде были в избытке, это свойство не давало преимуществ в существовании организмам, имеющим активные пигменты. Но по мере увеличения численности организмов и сокращения питательных веществ в окружающей среде способность усваивать CO₂ при участии энергии света оказалась полезной для автотрофов и их потомства, обеспечивая их выживание в конкурентной борьбе за существование.

Особенно важным для развития живой природы оказалось появление хлорофилла — зеленого пигмента, способного улавливать энергию солнечного света и осуществлять фотосинтез. Появление фотосинтеза произошло примерно 3,9 млрд лет назад. Оно стало крупнейшим прогрессивным событием в эволюции живого мира.

Роль эукариот в эволюции биосферы

С появлением эукариот началось становление и развитие новых крупных групп организмов — царств растений, животных и грибов. Пышный расцвет эукариотных форм жизни привел к возникновению в органическом мире таких крупных ароморфозов, как многоклеточность и половое размножение, обеспечивающее развитие организмов из зиготы.
Отпечатки червей на выветренной поверхности известняка (1200-600 млн лет назад, протерозой)

Развитие организма из зиготы, которая образуется при слиянии половых клеток двух родительских организмов, послужило началом регулярного появления и закрепления новых качеств у дочерних организмов, что позволяло последующим поколениям лучше приспосабливаться к жизни в изменяющихся условиях среды. После этого события, произошедшего около 1,9 млрд лет назад, заметно ускорились процессы прогрессивного развития живого.

Благодаря происходящим физико-химическим изменениям в биосфере формировалась атмосфера, в которой начал накапливаться свободный кислород. Вскоре произошла так называемая кислородная революция: установилась достаточно устойчивая концентрация свободного кислорода — 1% от нынешнего, современного, количества. Накопление свободного кислорода привело к возникновению первичного озонового экрана в верхних слоях биосферы, что обусловило ускорение развития жизни. Формирование озонового слоя началось в конце протерозоя (1200-600 млн лет назад).

Появление фотосинтезирующих организмов, особенно эукариот — водорослей, ускорило накопление свободного кислорода в атмосфере. Уже на границе силура и девона содержание свободного кислорода в атмосфере достигло 10% от современного уровня, а к концу палеозоя (около 250 млн лет назад), в пермском периоде, — приблизительно той же концентрации, которая наблюдается и в наше время.

Формы наземной жизни

Важным событием в эволюции органического мира был выход живых организмов на сушу. Первыми это сделали бактерии и цианобактерии. Ученые полагают, что это произошло около 3,5-3,2 млрд лет назад, то есть задолго до появления эукариот. Выйдя на обмелевшие участки суши, прокариоты начали процесс образования почвы. Спустя большой период времени на сушу вышли и эукариоты — растения, животные и грибы. Это произошло около 500-450 млн лет назад. С этих пор биологическая эволюция шла не только в водной, но и в наземно-воздушной среде.

Первые растения, вышедшие на сушу, поселились на влажных прибрежных участках вдоль пресных водоемов. Это были теперь уже давно вымершие многоклеточные растения — риниофиты, произошедшие от зеленых многоклеточных водорослей. Почти одновременно с растениями на сушу вышли и первые животные — ракоскорпионы из паукообразных.
Первые наземные растительные организмы: 1 — риния; 2 — куксония

Выход живых организмов на сушу обусловил появление у них в процессе эволюции разных приспособительных свойств. У растений сформировались система почвенного (минерального) питания — корни и система воздушного (углеродного) питания — побеги.
В условиях сухости наземной среды у организмов возникли плотные покровы, сохраняющие влагу. Для газообмена стали использоваться внутренние поверхности, возникли специальные ткани и органы, осуществляющие дыхание, а также ограничивающие потерю воды. В связи с низкой плотностью воздушной среды у животных возникли панцири и скелеты, а у растений — особые механические ткани во всех органах тела. Для передвижения по поверхности в поисках пищи или для укрытия у животных сформировались конечности, помогающие бегать, плавать, копать, прыгать, летать и т. д. У растений, ведущих прикрепленный образ жизни, выработалась способность к ветвлению и нарастанию побегов и корней. В результате увеличивалась площадь соприкосновения растений с внешней средой, откуда они добывали неорганические вещества для воздушного и почвенного питания.
Растение и четвероногое животное

На суше организмы столкнулись с обилием света, его суточным и сезонным ритмом яркости и продолжительности. Это обусловило появление организмов, ведущих ночной или дневной образ жизни. При этом у многих видов наблюдалась выработка совместных, сопряженных друг с другом ритмов развития. Для лучшего улавливания света у растений развились листья. Эти и многие другие черты приспособленности появились у организмов в процессе эволюции в связи с тем, что они вышли из водной среды в новые разнообразные условия наземно-воздушной среды.

Выход растений и животных на сушу произошел сравнительно недавно в истории Земли. Но к этому времени в водах Мирового океана и пресных водоемах жизнь уже достигла достаточно высокого уровня развития. За многие миллионы лет путем длительной биологической эволюции здесь появились разнообразные бактерии, цианобактерии, простейшие, многоклеточные животные, растения и грибы. Значительная часть их вымерла, но многие группы древних организмов или производные от них существуют и в наше время.

Как в водной среде, так и на суше жизнь различных организмов протекала совместно — в сообществах (биогеоценозах). Распространяясь по земной поверхности, сообщества живых организмов все более и более меняли ее облик и создавали особые условия жизни на этих территориях. С появлением высокорослых растений и разнообразных животных образовывались такие природные сообщества, которые не только по горизонтали, но и по вертикали многометровым слоем жизни охватывали поверхность суши. При этом различные виды, обитая в сообществах рядом друг с другом, в процессе эволюции вырабатывали разные приспособительные свойства к совместной жизни.

Совместная жизнь различных видов в природных сообществах, появившаяся в биосфере еще на заре развития живого мира, является чрезвычайно важным фактором биологической эволюции, совершающейся на Земле.

Земля имеет 6 оболочек. В результате эволюции биосферу заселили живые организмы. Ученые выделяют несколько факторов, способствующих развитию планеты. К ним относятся ее свойства, условия существования биологических систем, экология. Процесс носит непрерывный характер. Он начался в период зарождения истории и продолжается до текущего момента.

Основные понятия

Оболочка Земли, населенная живыми организмами, называется биосферой. Она находится под постоянным их воздействием и занята продуктами жизнедеятельности растений, животных, человека. Особую роль выполняет домен живых организмов — эукариот. В отличие от прокариотов, в нем содержится ядро. В результате эволюционных процессов в биологии появились новые клетки — вирусы, которые не относятся к прокариотам и эукариотам.

Этапы изменений протекали под влиянием 2 главных факторов — естественные геологические и климатические изменения, протекающие на планете, физические и химические явления, протекающие в живых организмах. В условиях современности наблюдается возникновение отдельного фактора — антропогенный (общественная деятельность). Биосфера смогла возникнуть, пройдя через 3 этапа:

Формирование сферы.
Зарождение организмов.
Появление человека.

Первые 2 этапа проходили на основе биологической закономерности, поэтому их можно назвать биогенезом. Так как на последнем этапе возникает и развивается общество, поэтому он называется ноогенезом. Для первой стадии характерен биотический круговорот веществ. Она началась около 3 млрд лет назад и продолжалась до кембрийской эры.

На втором этапе главная роль эукариот в эволюции биосферы может заключаться в появлении многоклеточных. Он длился до появления современного человека. Последняя стадия началась 40−50 тыс. лет тому назад и продолжается до текущего момента.

Описание планеты

Процесс образования биосферы сопровождался появлением живых организмов. Первыми были одноклеточные: гетеротрофные, анаэробные. Их основное отличие от других существ — способность накапливать энергию за счет брожения и гликолиза. За счет естественного отбора появились аутотрофные клетки. Они легко синтезируются из неорганических организмов.

С помощью первых фотосинтезирующих существ, которым свойственно поглощать углекислый газ, а выделять кислород, изменился состав планеты. В верхних слоях атмосферы под влиянием электрохимических процессов кислород привел к появлению озонового экрана. В его задачи входит защита живых организмов от:

отрицательного влияния ультрафиолетовых лучей;
космических лучей.

В подобных условиях увеличивалась численность живых организмов на земле и море. Значительный объем свободного кислорода — фактор появления на Земле организмов, которым свойственно аэробное дыхание. Ученые предполагают, что многоклеточные появились в период, когда уровень кислорода в атмосфере не превышало 3%.

Организмы, которым свойственно выделять кислород, но обитающие в воде, вырабатывают чрезмерное количество микроэлемента. Они способствовали интенсивному развитию аэробных клеток. При их дыхании выделялось много энергии, что позволили усложнить строение организмов.

Обитание на Земле

Организмы обитают в разных сферах. В палеозойском периоде они жили в воде и на суше. За счет интенсивного развития растений атмосфера обогащается кислородом. Это способствовало постоянному росту и усложнению строения клеток. В середине периода наблюдалось равновесие между появлением и расходом кислорода. Подобный баланс наблюдается и в условиях современности.

За счет равновесия между веществами, участвующими в круговороте, в биосфере образовалось постоянство (гомеостаз). Существование человека привело к формированию самого важного фактора за историю существования биосферы — деятельность. Она спровоцировала дисбаланс гомеостаза. Человеческая деятельность повлияла на состав биосферы.

Для предупреждения экологических кризисов используются разные методы ноогеники (наука, в основе которой находятся технические процессы). Она появилась в середине XX в. Ее задачи:

восстановление отношений между природой и человеком;
разработка новых мер по расширению видов жизненных форм;
создание новых микробов, животных, растений.

Ученые считают, что невозможно установить постоянное равновесие между природой и человеком. В задачи людей входит осознанное управление эволюцией биосферы.

Биология

Биосфера — не статичный объект. С течением времени она изменяется и эволюционирует. Важнейший элемент биосферы — живые организмы. С момента своего появления на планете они оказывали серьезное влияние на биологическую оболочку земли. Именно благодаря их деятельности сформировалась атмосфера. Процесс усложнения и развития жизненных форм называется эволюция биосферы. Кратко эта тема рассматривается в 9 классе на биологии.

Определение понятия

Биосфера представляет собой условную оболочку планеты, населенную различными живыми организмами. В ее состав входят атмосфера до высоты 30 км (именно здесь начинается озоновый слой, который уже не является частью биологической оболочки), гидросфера и литосфера (глубиной не более 3 км). Именно в этих частях обитают все живые организмы, являющиеся важнейшим элементом биосферы.

Зарождение жизни

Эволюция не может протекать быстро. Весь процесс физико-химического развития биосферы можно разделить на несколько этапов. Наиболее значимыми среди них можно назвать:

образование Солнечной системы в виде газового или протопланетного облака;
зарождение центральной звезды (Солнца) в планетарной системе;
формирование холодных планет, в том числе и Протоземли;
развитие Земли и формирование земной коры;
создание атмосферы (бескислородной) благодаря разогреву поверхности планеты и выхода различных газов наружу;
формирование Мирового океана из-за соединения водорода с углекислым газом.

Это основные этапы эволюции биосферы.

Эпоха прокариотических организмов

Возникновению живых существ предшествовали сложнейшие физические процессы, а также химические реакции. Первыми на земле появились прокариотические клетки. Их отличительной чертой является отсутствие ядра, ограниченного оболочкой (мембраной). Так как они не использовали в процессе своей жизнедеятельности кислород, то не могли синтезировать органические вещества из неорганических.

Им удалось быстро приспособиться к окружающей среде и начать питаться ею. В XVII столетии итальянский ученый Реди сформулировал принцип, согласно которому в те далекие времена образовалась непреодолимая граница между неживым и живым, хотя они и взаимодействовали. Реди был уверен, что живое могло произойти только от живого. По мнению современных ученых, постепенно питательная среда прокариотов истощалась, и они были вынуждены эволюционировать.

Именно благодаря этому появились первые клетки, которые начали использовать в своей жизнедеятельности процесс фотосинтеза. С его помощью населявшие тогда планету организмы смогли синтезировать нужные им питательные элементы из неорганических веществ. Этот момент считается поворотным в истории эволюции биосферы, так как именно тогда начала формироваться кислородная атмосфера.

Появление эукариотов

Эпоха прокариотов длилась около 2 миллиардов лет. Примерно 1,8 млрд лет назад во времена протерозоя возникли живые организмы, клетки которых имели ярко выраженное ядро — эукариоты. Еще спустя 800 миллионов лет они разделились на растительные и животные организмы. Первые продолжили с помощью фотосинтеза создавать кислородную атмосферу. Вторым же предстояло научиться перемещаться.

Около 900 миллионов лет назад началась эпоха полового размножения. Благодаря этому существенно улучшилось видовое разнообразие. Кроме этого, живые организмы получили возможность быстрее адаптироваться к условиям среды обитания. Ученые предполагают, что первые многоклеточные организмы на планете появились 100 миллионов лет назад. По их мнению, животный мир Земли был сформирован в первый период эпохи палеозоя — кембрий.

Это были морские обитатели:

плеченогие;
моллюски;
трилобиты;
иглокожие .

Около 500 миллионов лет назад появились первые крупные хищники и небольшие позвоночные. Им потребовалось 90 миллионов лет, чтобы выйти на сушу. При этом сначала они могли жить в двух стихиях и назывались двоякодышащие. Именно от них затем произошли земноводные и сухопутные животные. Одновременно с этим начинают появляться первые насекомые, которые через 110 миллионов лет научились летать.

Развитие жизни на планете после этого начинает протекать быстрее. Постепенно у растений появляются листья, корни и стебли. Изменяется и система их размножения — в новых условиях они начинают использовать для этого семена и споры. Одновременно с этим создаются запасы не переработанных органических отходов, что приводит к началу формирования залежей каменного угля. Этот процесс протекает с выделением дополнительного кислорода. Все эти события происходили во времена мезозоя.

Первые млекопитающие и птицы появились 195 миллионов лет назад. Еще через 100 миллионов лет мир флоры и фауны был огромным. Однако последующее похолодание внесло изменения в эволюционный процесс растительных организмов — господствующее положение заняли покрытосеменные. Примерно 8 миллионов лет назад появились первые приматы, что ознаменовало собой начало эпохи формирования современных живых существ

. Роль эукариот в эволюции биосферы сложно переоценить. Именно благодаря им планета приобрела современный облик.

Учение Вернадского

Живые существа распределились по всей поверхности планеты. Ученые установили, что в атмосфере обитает несколько миллионов микроорганизмов. Самая известная на сегодняшний день глубоководная рыба приспособилась к жизни на глубине свыше 6000 метров. Работа Вернадского об эволюции биосферы является фундаментальным учением. Согласно ему, биологическая оболочка планеты прошла 3 этапа развития, описанных в таблице:

Этап	Движущий фактор	События
Формирование биосферы	Изменения климата планеты и различные геохимические преобразования.	Появление живых существ.
Видоизменение	Биологическая революция.	Появление эукариотических и многоклеточных организмов.
Антропогенез	Появление человека.	Становление общества и переход биосферы в ноосферу — активное взаимодействие людей с природой.

Биосфера, по мнению Вернадского, является глобальной экосферой и состоит из двух частей — абиотической и биотической. Первая представлена следующими элементами:

почвой и расположенными под ней породами, населенными живыми организмами;
атмосферой до высот, на которых встречаются признаки жизни;
водной средой.

Функции организмов

Суть учения русского ученого сводится к тому, что именно живое вещество играло главную роль в изменении облика планеты. Оно выполняет 5 важных функций:

Газовая. Все основные газы, составляющие атмосферу планеты (кислород и азот) являются продуктом процессов разложения органических веществ.
Концентрационная. Живые организмы способны накапливать в своем теле различные химические элементы. Среди них наиболее важными являются углерод, кальций, кремний, йод и фосфор.
Окислительно-восстановительная. Живые существа, населяющие водные просторы, регулируют кислородный режим, создавая тем самым благоприятные условия для осаждения либо растворения неметаллов и металлов.
Биохимическая. Размножение, развитие и перемещение живого вещества в пространстве.
Биогеохимическая. Это деятельность человека, связанная с использованием полезных ископаемых.

Благодаря выполнению всех этих функций, живое вещество способно адаптироваться к условиям среды обитания и приспосабливать ее под свои биологические потребности.

Читайте также: