Содержание:
Образование Земли
Наша планета сформировалась около 4,5 млрд. лет назад из звёздной пыли и твёрдых частиц. С увеличением гравитации Земля стала притягивать обломки и камни из космоса, которые падали на поверхность, постепенно разогревая планету. Со временем верхний слой уплотнился и стал остывать. Горячая мантия поддерживает тепло до сих пор, не давая Земле превратиться в глыбу льда.
Долгое время планета находилась в безжизненном состоянии. Атмосфера была наполнена различными газами и не содержала кислорода. Благодаря выбросу большого количества пара из недр Земли и гравитации стали образовываться плотные облака. Интенсивные дожди способствовали возникновению Мирового океана, в котором зародилась жизнь.
Рис. 1. Формирование Земли.
Кислород появился в атмосфере с появлением первых фотосинтезирующих растений.
Этапы развития
Жизнь на Земле связана с геологическими эонам и эрами. Эон – это крупный отрезок геологической истории, объединяющий несколько эр. В свою очередь эры подразделяются на периоды. Для каждой эры характерно индивидуальное развитие животного и растительного мира, которое часто зависело от климата, состояния земной коры, подземной деятельности.
Рис. 2. Эры геологической истории Земли.
Более детальное описание эонов представлено в таблице основных этапов развития жизни на Земле.
Период
Характеристика
Начался около 4,5 млрд. лет назад, закончился 4 млрд. лет назад. Осадочные породы неизвестны. Поверхность планеты безжизненная и испещрённая кратерами
Длился от 4 до 2,5 млрд. лет назад. В конце эоархея появились первые одноклеточные организмы – анаэробные бактерии. Образование карбонатных отложений и полезных ископаемых. Формирование континентов. В неоархее образуется кислород благодаря цианобактериям
Период от 2,5 до 1,6 млрд. лет назад. Более совершенные цианобактерии выделяют большое количество кислорода, что приводит к кислородной катастрофе. Кислород становится губителен для анаэробных организмов. В статерии возникают первые аэробные эукариоты
Длился 1,6-1 млрд. лет назад. Формируются осадочные горные породы. В эктазии появляются первые многоклеточные организмы – красные водоросли. В стении возникают эукариоты, размножающиеся половым путём
Начался 1 млрд. лет назад и закончился 542 млн. лет назад. Сильное оледенение земной коры. В эдиакарии появляются первые многоклеточные мягкотелые животные – вендобионты
Длился с 541 по 290 млн. лет назад. В начале эры появляется видовое разнообразие живых организмов. Между ордовиком и силуром произошло вымирание, в результате которого исчезло более 60 % живых существ, но уже в девоне жизнь начала осваивать новые экологические ниши. Возникли хвощи, папоротники, голосеменные растения, большое количество кистепёрых рыб, первые позвоночные наземные животные, насекомые, пауки, аммониты. В конце девона также происходит вымирание. В карбоне появляются рептилии, амфибии, моллюски, мшанки, членистоногие, хрящевые рыбы. В пермский период возникают жуки, сетчатокрылые насекомые, хищные зверообразные
Начался 252 млн. лет и закончился 66 млн. лет назад. На стыке перми и триаса происходит крупнейшее массовое вымирание, в результате которого исчезает 90 % морских обитателей и 70 % наземных. В юрском периоде появляются первые цветковые растения, вытесняющие голосеменные. Рептилии и насекомые занимают господствующее положение. В меловом периоде происходит похолодание и вымирание большинства растений. Это приводит к гибели травоядных, а затем и хищных рептилий. На смену приходят первые птицы и млекопитающие
Начался 66 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Разнообразие птиц, растений, насекомых. Появляются киты, морские ежи, головоногие, слоны, лошади. В антропогене – текущем периоде – около 2 млн. лет назад возникли первые люди (Homo)
Рис. 3. Представители фанерозоя.
Катархей, архей и протерозой образуют общий эон докембрий (криптозой) – продолжительный период истории Земли. Он длился от 4,5 млрд. лет до 542 млн. лет назад, т.е. от момента образования Земли до кембрия.
Что мы узнали?
Узнали кратко об основных этапах развития жизни на Земле. Наша планета образовалась 4,5 млрд. лет назад и долгое время оставалась безжизненной. Первые одноклеточные живые существа появились на планете в эру эоархея, т.е. 4 млрд. лет назад. В последнюю эру, длящуюся до сих пор, – кайнозой – появились люди.
Основные этапы эволюции живого мира изучает палеонтология — наука об ископаемых организмах.
Как уже было отмечено, биологической эволюции предшествовала длительная предбиологическая эволюция, поэтому отдельные этапы биогенеза современная наука увязывает с геогенезом.
В геологической истории Земли выделяют различные эры, в которые происходили значительные геологические преобразования, перераспределялись суша и море, менялся климат и т.п. Кроме того, после возникновения жизни каждая эра характеризовалась своеобразием растительного и животного мира.
За период от 5 млрд лет назад до настоящего времени известны следующие геологические эры: катархей, архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой (подробности даны в гл. 11, п. 3).
Взаимосвязь геологической и биологической истории Земли наглядно показана на рис. 12.1.
Рис.12.1. Взаимосвязь геологической и биологической истории Земли
Известно, что возраст Земли составляет 4,86 млрд лет. Жизнь на нашей планете возникла в архее примерно 3,5 млрд лет назад. В это время появляются первые живые клетки — прокариоты (рис. 12.2) — простые организмы, способные к быстрому размножению и легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям окружающей среды. Характерное свойство прокариотов — отсутствие выраженного ядра. Эти организмы были анаэробными, т.е. могли жить без кислорода. Все необходимые для жизни вещества они получали в готовом виде из окружающей среды, т.е. были гетеротрофами.
Однако истощение первичного органического вещества потребовало радикального изменения способов питания. На смену гетеро- трофам пришли автотрофы — живые организмы, существующие за счет солнечной энергии и вырабатывающие необходимые для жизни вещества самостоятельно (фотосинтез).
Существенную роль в биогенезе сыграл именно фотосинтез. Он способствовал ускорению эволюции органической материи в целом. На этапе фотосинтеза преимущество получили аэробные организмы, способные жить только в присутствии кислорода, что существенно повлияло на состав земной атмосферы. Затем образовался озоновый слой, изменился состав воды в водоемах и т.д.
Как следует из изложенного, биогенез оказал существенное влияние на эволюцию нашей планеты и гармонично «встроился» в геогенез, став его продолжением и развитием.
Полагают, что нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21%) было достигнуто в палеозое 250 млн лет назад, однако процесс начался еще в архее.
1,8 млрд лет назад в протерозое появились эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат выраженное ядро [72]. Эукариоты более соответствовали новым условиям (рис. 12.2).
Рис.12.2. Последовательность этапов симбиогенетического происхождения клеток эукариот, наложенная на родословное древо клеточных (кариот), по [72, с. 3781
Примечание. Показана неоднократность этапов симбиогенеза клетки эукариот (многократное использование одних и тех же блоков).
Разделение эукариот на растительные и животные клетки произошло около 1 млрд лет назад. В дальнейшем растительные клетки развивались в сторону использования фотосинтеза для обеспечения себя энергией, а животные клетки — в направлении совершенствования способов передвижения.
Существенным шагом в биологической эволюции стало появление 900 млн лет назад полового размножения. Этот механизм размножения значительно повысил видовое разнообразие, что позволило живым организмам лучше приспособиться к условиям окружающей среды, при этом значительно ускорился и сам эволюционный процесс.
Появление первых многоклеточных организмов произошло примерно 800 млн лет назад. Многоклеточный организм обладает развитыми органами и тканями, т.е. более дифференцирован по сравнению с одноклеточным.
Первый период палеозоя — кембрий — характеризуется таким взрывом биологического разнообразия, что он получил название кембрийской революции. Кембрийские породы насыщены многочисленными организмами. В этот период возникли практически все типы ныне существующих животных и целый ряд других, не дошедших до нашего времени. Появились археоциаты и губки, знаменитые трилобиты, разные группы моллюсков, ракушковые рачки и иглокожие.
В палеозое 500 млн лет назад появляются первые крупные (10— 11 м) плотоядные животные и первые небольшие по размерам (около 10 см) позвоночные. Примерно 410 млн лет назад живые организмы начинают завоевывать сушу.
Первые наземные животные были двоякодышащими: они жили как в воде, так и на суше. От двоякодышащих существ впоследствии произошли сначала земноводные, а затем и сухопутные позвоночные животные.
Первыми полностью приспособленными для жизни на суше животными организмами стали древние рептилии, которые внешне напоминали современных ящериц. Примерно в этот же период возникают насекомые.
Около 300 млн лет назад насекомые начинают летать.
В мезозое (230 млн лет назад) происходит дальнейшая эволюция животного и растительного мира. Постепенно у наземных растений формируется компактная форма — происходит дифференциация на корень, стебель, листья, совершенствуется проводящая система, обеспечивающая растения водой и питательными веществами, изменяются способы размножения.
Для целей размножения на суше более подходят споры и семена, поэтому эволюционное преимущество получили те растения, которые размножались именно таким способом.
Наземная растительность эволюционировала так быстро, что к концу девона в сырых и приводных местообитаниях возникли леса из плауновых, хвощовых и папоротникообразных.
Еще раньше на суше появились мхи. Эта споровая растительность могла существовать только во влажных полузатопляемых биотопах и, захораниваясь в анаэробных условиях, оставила залежи нового типа ископаемых — каменных углей.
В девоне уже существовали мелкие почвенные членистоногие, очевидно потреблявшие гниющую органику. Однако деструкцион- ный процесс на суше был еще недостаточно эффективным, а биологический круговорот — незамкнутым. Массовое захоронение растительной органики и выход ее из системы биологического круговорота повлекли за собой ускоренное накопление кислорода в воздухе. По расчетам М.И. Будыко [73], содержание атмосферного кислорода в начале фанерозоя составляло около трети от современного. В девоне и, особенно, в следующем периоде — карбоне оно достигло современного и даже превзошло его. Карбоновые леса — вершина развития споровой растительности; они состояли из древовидных плауновых — лепидодендронов и сигиллярий, гигантских хвоще- вых — каламитов, мощных и разнообразных папоротниковых.
Дальнейшая эволюция растительного мира связана с совершенствованием семян.
Развивалось и царство животных. В начале мезозоя рептилии полностью завоевали сушу, поэтому эру мезозоя часто называют эрой пресмыкающихся. Древние рептилии постепенно осваивали все новые и новые места обитания и все далее удалялись от воды.
Постепенно в ходе эволюции возникли плавающие, летающие и передвигающиеся по суше, хищные и растительноядные рептилии.
195 млн лет назад от древних летающих пресмыкающихся произошли первые птицы, которые сочетали в себе признаки птиц и рептилий. Примерно в это же время появляются первые млекопитающие.
Кайнозой (67 млн лет назад — настоящее время) — время господства млекопитающих, птиц, насекомых и цветковых растений.
В конце мезозойской эры произошло сильное похолодание, приведшее к гибели значительного числа видов растений и общему сокращению пространств, занятых растительностью. В этих условиях эволюционное преимущество получили покрытосемянные растения, поскольку процесс их размножения не только не зависит от наличия водной среды, но и возможен в новых климатических условиях.
В течение 67 млн лет кайнозойской эры не раз происходили изменения растительного царства, но цветковые (покрытосемянные) растения по-прежнему сохраняют господство.
Похолодание в конце мезозойской эры и гибель многочисленных видов растений привели к вымиранию сначала растительных, а затем и питающихся ими хищных динозавров. В условиях похолодания значительное эволюционное преимущество получили теплокровные животные — млекопитающие и птицы. На протяжении миллионов лет происходит появление новых видов живых существ, которые распространяются по поверхности Земли, занимая сушу, воздух и водную среду.
Примерно 8 млн лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих.
В этот же период появляются разнообразные виды приматов и тем самым, вероятно, складываются предпосылки для начала антропогенеза.
2—3 млн лет назад началось очередное вымирание лесов. Одна из групп антропоидных обезьян постепенно стала осваивать новые огромные открытые пространства.
Сейчас жизнь на Земле представлена клеточными и доклеточными организмами. Доклеточные живые организмы — это вирусы и фаги.
Вирусы (в пер. с лат. — «яд») — переходная форма, объединяющая в себе свойства живого и неживого, — были открыты только в 1892 г. русским ученым Д. Ивановским. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, т.е. имеют признаки живых организмов, а с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не проявляют признаков живого: не имеют собственного обмена веществ; не реагируют на раздражители; не способны к росту и размножению.
По своей структуре вирусы очень похожи на гены, что подтверждали исследования современной молекулярной биологии. В связи с этим даже обсуждается вопрос об эволюционной роли вирусов, которые иногда называют «взбесившимися генами».
Фаги, или бактериофаги, — особая группа вирусов, заражающих бактериальные клетки. Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи «ножек» и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который, как через иглу шприца, проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинаются репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги. Через полчаса бактериальная стенка разрушается и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов — фагов, способных заражать другие бактериальные клетки.
Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, например с бактериями, вызывающими холеру, дизентерию и тиф.
Клеточные организмы традиционно разделяют на четыре группы: микроорганизмы, грибы, растения и животные. Основными группами органической природы считаются растения и животные.
В настоящее время царство растений представлено более чем 500 тыс. видов, царство животных — более 1,3 млн видов.
Эволюция жизни на Земле имеет долгую историю. Все началось, приблизительно, 4 млрд. лет назад. У атмосферы Земли еще нет озонового слоя, концентрация кислорода в воздухе очень низкая и ничего на поверхности планеты не слышно, кроме извергающихся вулканов и шума ветра. Ученые считают, что именно так выглядела наша планета тогда, когда на неё начала появляться жизнь. Подтвердить или опровергнуть это весьма трудно. Горные породы, которые могли бы дать больше информации людям, разрушились очень давно, благодаря геологическим процессам планеты. Итак, основные этапы эволюции жизни на Земле.
Эволюция жизни на Земле. Одноклеточные организмы.
Жизнь получила свое начало с появлением простейших форм жизни – одноклеточных организмов. Первыми одноклеточными организмами были прокариоты. Эти организмы появились первыми после того, как Земля стала пригодной для начала жизни. Древняя Земля не позволила бы появиться даже простейшим формам жизни на своей поверхности и в атмосфере. Этим организмом был не обязателен кислород для своего существования. Концентрация кислорода в атмосфере повышалась, что привело к появлению эукариот. Для этих организмов главным для жизни становился кислород, в среде где концентрация кислорода была маленькой, они не выживали.
Прокариоты 
Эукариоты
Первые организмы, способные к фотосинтезу появились через 1 млрд. лет после появления жизни. Этими фотосинтезирующими организмами были анаэробные бактерии. Жизнь постепенно начала развиваться и после того, как содержание азотистых органических соединений упало появились новые живые организмы, способные использовать азот из атмосферы Земли. Такими существами были сине-зеленые водоросли. Эволюция одноклеточных организмов происходила после ужасных событий в жизни планеты и все стадии эволюции была защищена под магнитным полем земли.
Со временем простейшие организмы стали развиваться и улучшать свой генетический аппарат и развивать способы своего размножения. Затем в жизни одноклеточных организмов произошел переход к разделению их генеративных клеток на мужские и женские.
Эволюция жизни на Земле. Многоклеточные организмы.
После возникновения одноклеточных организмов появились более сложные формы жизни – многоклеточные организмы. Эволюция жизни на планете Земля приобрела более сложные организмы, отличающиеся более сложной структурой и сложных переходных стадий жизни.
Первая стадия жизни – Колониальная одноклеточная стадия. Переход от одноклеточных организмов к многоклеточным, усложняется структура организмов и генетический аппарат. Эта стадия считается самой простой в жизни многоклеточных организмов.
Вторая стадия жизни – Первично-дифференцированная стадия. Более сложная стадия и характеризуется началом принципа “разделения труда” между организмами одной колонии. В этой стадии происходила специализация функций организма на тканевом, органном и системноорганном уровнях. Благодаря этому у простых многоклеточных организмов начала образовываться нервная система. Нервного центра у системы еще не было, но центр координации имеется.
Третья стадия жизни – Централизованно-дифференцированная стадия. За время этой стадии у организмов усложняется морфофизиологическая структура. Улучшение этой структуры происходит через усиление тканевой специализации.Усложняется пищевая, выделительная, генеративная и другие системы многоклеточных организмов. У нервных систем появляется хорошо выраженный нервный центр. Улучшается способы размножения – из наружного оплодотворения во внутреннее.
Заключением третей стадии жизни многоклеточных организмов является появление человека.
Растительный мир.
Эволюционное дерево простейших эукариот разделилось на несколько ветвей. Появились многоклеточные растения и грибы. Некоторые из таких растений могли свободно плавать по поверхности воды, а другие прикреплялись ко дну.
Псилофиты – растения, которые впервые освоили сушу. Затем возникли и другие группы наземных растений: папоротники, плауны и другие. Эти растения размножались спорами, но предпочитали водную среду обитания.
Большого разнообразия достигли растения в каменноугольный период. Растения развивались и могли достигать в высоту до 30 метров. В этом периоде появились первые голосемянные растения. Наибольшим распространением могли похвастаться плаунообразные и кордаиты. Кордаиты напоминали формой ствола хвойные растения и имели длинные листья. После этого периода поверхность Земли была разнообразна различными растениям, которые достигали 30 метров в высоту. Спустя большое количество времени наша планета стала похожа на ту, которую мы знаем сейчас. Сейчас на планете существует огромное многообразие животных и растений, появился человек. Человек, как существо разумное, после того как встал “на ноги” посвятил свою жизнь изучению нашей прекрасной планеты. Загадки и тайны планеты Земля стали интересовать человека, а так же самое главное – откуда появился человек и для чего он существует. Как вы знаете, ответов на эти вопросы до сих пор не существует, есть только теории, которые противоречат друг другу.