<<
>>

Глава 18. РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровня океанов.

Движения и разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, выбросом в атмосферу громадного количества газов и пепла. Понижение прозрачности атмосферы уменьшало количе­ство солнечной радиации, попадающее на Землю, и было одной из причин развития оледенения[12]. Не случайно горообразователь­ные процессы сопровождались оледенениями. Грандиозные ледниковые щиты, покрывавшие поверхность Земли, значительно изменяли климатические условия и тем самым оказывали глубокое влияние на растительный и животный мир. Одни группы организмов вымирали, другие сохранялись и в межледниковые эпохи достигали расцвета. В табл. 5 приведена геохронологическая ткала с указанием групп животных и растений, существовавших в разные геологические эпохи.
Таблица 5.
Геохронологическая шкала
Эры Периоды и их Животный и растительный мир
название и

длительность, млн. лет

длительность.
Кайнозойская (новой жизни), 60—70 60-70 Антропоген,

1,5—2

Верхнетретич­ный (неоген), 20 Нижнетретич­ный (палеоген), 41

Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик

Господство млекопитающих, птиц. Появление лемуров и долгопятов — нкжюорааннэованных приматов, поз­днее — парапитеков, дриопитеков.

Расцвет насекомых. Продолжается вымирание крупных пресмыка­ющихся. Исчезают многие группы го­ловоногих моллюсков. Господство покрытосеменных растений. Сокра­щение флоры голосеменных растений
Мезозойская (средней жизни), 173 240±10 Меловой, 70

Юрский, 58 Триасовый, 45

Появление высших млекопита­ющих и настоящих птиц, хотя еще распространены зубастые птицы Преобладают костистые рыбы. Резко окрагцается численность папо­ротников и голосеменных Появ­ление и распространение покрытосеменных

Господство пресмыкающихся. По­явление археоптерикса. Расцвет го­ловоногих моллюсков. Господство голосеменных

Начало расцвета пресмыка­ющихся. Появление первых мле­копитающих, настоящих костистых рыб. Исчезновение семенных папо­ротников

Животный и растительный мир

длительность.

В архейскую эру возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами и в качестве пищи использовали органические соединения «первичного бульона». Важнейший этап эволюции жизни на Земле связан с возникновением фотосинтеза, что обусловило разделение органического мира на растительный и животный. Первыми фотосинтезирующими организмами были прокариотические синезеленые водоросли — цианеи. Цианеи и 216

появившиеся затем эукариотические зеленые водоросли выделили в атмосферу из океана свободный кислород, что способствовало возникновению бактерий, способных жить в аэробной среде.

По-видимому, в это же время — иа границе архейской и протерозойской эр — произошло еще два крупных эволюционных события: появились половой процесс и многоклеточность. Чтобы яснее представить значение двух последних ароморфозов, оста­новимся на них подробнее. Гаплоидные организмы (микробы, синезеленые водоросли) имеют один набор хромосом. Каждая новая мутация сразу же проявляется в фенотипе. Если мутация полезна, она сохраняется отбором, если вредна, устраняется отбором. Гаплоидные организмы непрерывно приспосабливаются к среде, но принципиально новых признаков и свойств у них не возникает.

Половой процесс резко повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчисленных комбинаций в хромосомах. Диплоидность, возникшая одновременно с оформ­ленным ядром, позволяет сохранять мутации в гетерозиготном состоянии и использовать их как резерв наследственной изменчивости для дальнейших эволюционных преобразований. Кроме того, в гетерозиготном состоянии многие мутации часто повышают жизнеспособность особей и, следовательно, увеличивают их шансы в борьбе за существование. Возникновение диплоидности и генетического разнообразия одноклеточных эукариот, с одной стороны, обусловило неоднородность строения клеток и их объединение в колонии, с другой — возможность «разделения труда» между клетками колонии, т.е. образование многоклеточных организмов.

Разделение функций клеток у первых колониальных много­клеточных организмов привело к образованию первичных тканей — эктодермы и энтодермы, дифференцированных по структуре в зависимости от выполняемой функции. Дальнейшая диффе- ренцировка тканей создала разнообразие, необходимое для расширения структурных и функциональных возможностей организма в целом, в результате чего создавались все более сложные органы. Совершенствование взаимодействия между клет­ками — сначала контактного, а затем опосредованного с помощью нервной и эндокринной систем — обеспечило существование мно­гоклеточного организма как единого целого со сложным и тонким взаимодействием его частей и соответствующим реагированием на окружающую среду.

Пути эволюционных преобразований пераых многоклеточных были различны. Некоторые перешли к сидячему образу жизни и превратились в организмы типа губок. Другие стали ползать, перемещаться по субстрату с помощью ресничек. От них произошли плоские черви. Третьи сохранили плавающий образ жизни, приобрели рот и дали начало кишеч­нополостным (см. рис. 126).

В протерозойскую эру в морях уже обитало много разнообразных водорослей, в том числе прикреплен­ных ко дну форм. Суша была безжизненной, но по берегам водо­емов начались почвообразовательные процессы в результате деятельности бактерий и микроскопических водо­рослей. Начальные звенья эволюции животных не сохранились. В проте­розойских отложениях находят пред­ставителей вполне сформировавшихся типов животных: губок, кишечнопо­лостных, членистоногих.

В начале палеозойской эры рас­тения населяют в основном моря, но в ордовике — силуре появляются пер­вые наземные растения — псилофиты (рис. 120), занимающие промежуточ­ное положение между водорослями и наземными сосудистыми растениями. Псилофиты уже имели проводящую (сосудистую) систему, первые слабодиффе­ренцированные ткани, могли укрепляться в почве, хотя настоящие корни (как и настоящие побеги) отсутствовали. Дальнейшая эволюция растений на суше шла в направлении расчленения тела на вегетативные органы и ткани, совершенствования сосудистой системы (обеспечивающей быстрое передвижение воды на большую высоту).

Уже в засушливом девоне совсем исчезают псилофиты и широко распространяются хвощи, плауны, папоротникообразные. Еще большего развития достигает наземная растительность в каменноугольном периоде (карбоне), характеризующемся влажным и теплым климатом на протяжении всего года. Появляются голосеменные растения, произошедшие от семенных папоротников. Переход к семенному размножению дал растениям много преиму­ществ: зародыш в семенах теперь защищен от неблагоприятных условий оболочками, обеспечен пищей и стал иметь диплоидное число хромосом.

У части голосеменных (хвойных) процесс полового размножения уже не связан с водой. Опыление у голосеменных осуществляется ветром, а семена снабжены приспо­соблениями для распространения животными. Эти и другие преимущества способствовали широкому расселению семенных растений. Крупные споровые растения вымирают в пермском периоде в связи со значительным иссушением и похолоданием климата.

Животный мир в палеозойскую эру развивался чрезвычайно бурно и был представлен большим количеством разнообразных форм. Пышного расцвета достигла жизнь в морях. В кембрийский период уже существовали все основные типы животных, кроме хордовых. Губки, кораллы, иглокожие, моллюски, громадные хищные ракоскорпионы — вот неполный перечень обитателей кембрийских морей.

В ордовике продолжается совершенствование и специализация основных типов. В геологических отложениях этого периода впераые обнаруживаются остатки животных, имевших внутренний осевой скелет,— бесчелюстных позвоночных, отдаленными потом­ками которых являются современные миноги и миксины. Их жаберные дуги в ходе дальнейшей эволюции превратились в челюсти, усаженные зубами. Жаберная мускулатура преобразова­лась в челюстную и подъязычную. Так, на основе существующих структур — скелетных жаберных дуг, служивших опорой органов дыхания,— возник ротовой аппарат хватательного типа.

Крупный ароморфоз — появление хватательного ротового ап­парата — вызвал перестройку всей организации позвоночных. Возможность выбирать пищу способствовала улучшению ориентации в пространстве путем совершенствования органов чувств. Первые челюстноротые не имели плавников и

передвигались в воде путем змееподобных движений. Однако этот способ передвижения при необходимости поймать движущуюся добычу оказался неэффективен. Поэтому для улучшения передвижения в воде имели значение кожные складки. В филогенезе определенные участки этих складок развиввлись дальше и дали начало плавникам, парным и непарным. С увеличением размеров складок потребовался скелет для их укрепления.

Скелет возник в виде ряда хрящевых (затем костных) лучей. Очень важно, что хрящевые лучи оказались связанными между собой хрящевой пластинкой, тянущейся под кожей вдоль основания плавников. Эта пластинка дала начало поясу конеч­ностей (рис. 121). Таким образом, складки превратились в парные грудные и брюшные плавники, средняя часть складки редуцирова­лась.

Появление парных плавников — конечностей — следующий крупный ароморфоз в эволюции позвоночных.

Итак, челюстноротые позвоночные приобрели хватательный ротовой аппарат и конечности. В своей эволюции они разделились на хрящевых и костных рыб.

Рис 121. Скелет парного плавника кистеперой рыбы и стегоцефала А — пле­чевой пояс и плавник кистеперой рыбы; Б — внутренний скелет плавника, В — Скелет передней конечности стегоцефала:

В силурийский период на сушу вместе с первыми наземными растениями — псилофитами — вышли первые дышащие воздухом животные — членистоногие (паукообразные). В водоемах продол­жалось бурное развитие низших позвоночных. Предполагается, что позвоночные возникли в мелких пресноводных водоемах и лишь затем переселились в моря.

В девоне позвоночные представлены тремя группами: двояко­дышащими, лучеперыми и кистеперыми рыбами. В конце девона появились насекомые (кормовая база для будущих наземных позвоночных). Кистеперые рыбы были типично водными живот­ными, но могли дышать атмосферным воздухом с помощью примитивных легких, представлявших собой выпячивания стенки кишки. Чтобы понять дальнейшую эволюцию рыб, необходимо представить климатические условия в девонском периоде. Большая часть суши была безжизненной пустыней. По берегам пресновод­ных водоемов в густых зарослях растений обитали кольчатые черви, членистоногие. Климат сухой, с резкими колебаниями температуры в течение суток и по сезонам. Уровень воды в реках и водоемах часто менялся. Многие водоемы полностью высыхали, зимой промерзали. Водная растительность гибла при пересыхании водоемов, накапливались и затем гнили растительные остатки. Все это создавало очень неблагоприятную среду для рыб. В этих условиях их могло спасти только дыхание атмосферным воздухом.

Таким образом, возникновение легких можно рассматривать как идиоадаптацию к недостатку кислорода в воде. При пересыхании водоемов у животных были два пути спасения: 220

Рис 122. Животные палеозойской эры. Л — двоякодышащая рыба; Б — стегоцефал; В — гигантское стрекозоподобное насекомое; Г—Е — древнейшие пресмыкающиеся

зарывание в ил или миграция в поисках воды. По первому пути пошли двоякодышащие рыбы, строение которых почти не изменилось со времени девона и которые обитают сейчас в мелких пересыхающих водоемах Африки (рис. 122И)- Эти рыбы переживают засушливое время года, зарываясь в ил и дыша атмосферным воздухом. Лучеперые рыбы имели плавники, под­держивающиеся отдельными костными лучами. Они широко распространились и сейчас представляют самый большой по числу видов класс позвоночных. Приспособиться к жизни на суше смогли только кистеперые рыбы (см. рис. 96,£>). Их плавники имели вид лопастей, состоящих из отдельных костей с прикрепленными к ним мышцами (см. рис. 121). С помощью плавников кистеперые рыбы — крупные животные от 1,5 до нескольких метров в длину — могли ползать по дну. Эти рыбы имели две основные предпосылки для перехода в наземную среду обитания: мус-

221

кулистые конечности и легкое. В конце девона кистеперые рыбы дали начало первым земноводным — стегоцефалам (рис. 122, Б).

Для приспособления к жизни на суше потребовалась коренная перестройка всей организации животных. Конечность из цельной упругой пластинки преобразуется в систему рычагов, разделенных суставами. Наибольшая нагрузка падает на пояс задних конеч­ностей, который становится значительно более мощным. Конеч­ности удлиняются, особенно задние. Между позвонками развиваются суставы. Появляются слезные железы, подвижные веки, мышцы, втягивающие глаза внутрь орбиты; все это защищает роговицу глаза от высыхания. Боковые сегменты мышц разделяются на большое число отдельных мышц, прикрепля­ющихся к разным частям скелета. Движение по суше связано с необходимостью увеличения подвижности головы, вследствие чего у наземных позвоночных череп обособляется от костей плечевого пояса. Большая подвижность конечностей сопровождается отде­лением мышц плечевого пояса от боковых мышц тела и сильным развитием брюшных мышц.

На протяжении каменноугольного периода стегоцефалы жили, питались и размножались в воде. Они выползали на сушу, но не совершали сколько-нибудь значительных миграций. Стегоце­фалы разделились (дивергировали) на большое число форм — от крупных рыбоядных хищников до мелких, питавшихся беспозво­ночными. На суше у стегоцефалов не было врагов и имелся обильный корм — чераи, членистоногие, достигавшие крупных размеров (рис. 122, В). Многие группы земноводных переходили к жизни на суше и возвращались в воду только для размножения.

В пермский период происходило поднятие суши, а также иссушение и похолодание климата. Амфибии вымирают как из-за ухудшения климатических условий, так и вследствие истребления подвижными хищными рептилиями. Еще в карбоне среди стегоцефалов выделилась группа, имевшая хорошо развитые конечности и подвижную систему двух первых позвонков (рис. 122, Г, £). Представители группы размножались в воде, но уходили по суше дальше амфибий, питались наземными живот­ными, а затем и растениями. Эта группа получила название котилозавров. В дальнейшем от них произошли рептилии и млекопитающие.

Рептилии приобрели свойства, позволившие им окончательно порвать связь с водной средой. Внутреннее оплодотворение и накопление желтка в яйцеклетке сделали возможным размножение на суше. Ороговение кожи и более сложное строение почки способствовали резкому уменьшению потерь воды организмом и широкому расселению- Грудная клетка обеспечила более эф- 222 фективный тип дыхания — всасывающий. Отсутствие конкуренции вызвало широкое распространение рептилий на суше и возвра­щение части их в водную среду.

В начале следующей, мезозойской, эры на Земле происходят горообразовательные процессы. Появляются Урал, Тянь-Шань, Алтай. На большей части Земного шара устанавливается теплый климат, близкий к современному тропическому. К концу мезо­зойской эры зона сухих климатических условий расширяется, сокращаются площади морей и океанов. В триасе вымирают гигантские папоротники, древовидные хвощи, плауны. Достигают расцвета голосеменные растения. В юрский период вымирают семенные папоротники и появляются первые покрытосеменные растения, постепенно распространившиеся на все материки. Это было обусловлено рядом преимуществ: покрытосеменные имеют сильно развитую проводящую систему, цветок привлекает насе- комых-опылителей, что обеспечивает надежность перекрестного опыления, зародыш снабжается запасами пищи (благодаря двой­ному оплодотворению развивается триплоидный эндосперм) и защищен оболочками и т.д. В животном мире достигают расцвета насекомые и рептилии. Рептилии занимают господствующее положение и представлены большим числом форм (рис. 123).

В юрский период появляются летающие ящеры и завоевывают воздушную среду. В меловой период специализация рептилий продолжается, они достигают громадных размеров. Масса некото­рых из них (динозавры) достигала 50 т. Начинается параллельная эволюция цветковых растений и насекомых-опылителей. В конце мелового периода вновь происходят горообразовательные процессы. Возникают Альпы, Анды, Гималаи. Наступает похолодание, сокращается ареал о половодной растительности. Вымирают растительноядные, за ними хищные динозавры. Крупные рептилии сохраняются лишь в тропическом поясе (крокодилы). Вследствие вымирания хищных рептилий наиболее приспособленными оказы­ваются теплокровные животные — птицы и млекопитающие. В морях вымирают многие формы беспозвоночных и морские ящеры.

Птицы произошли от вполне сформированных рептилий — архозавров. Возникновение птиц сопровождалось появлением крупных ароморфозов в их строении: они утратили одну из двух дуг аорты и приобрели полную перегородку между правым и левым желудочками сердца. Полное разделение артериального и венозного кровотока обусловило теплокровность птиц. В остальных чертах своей организации они сходны с пресмыкающимися, и их иногда называют «пернатыми рептилиями». Все особенности строения птиц — перьевой покров, преобразование передних ко­нечностей в крылья, роговой клюв, воздушные мешки и двойное

Рис. 123. Пресмыкающиеся мезозойской эры. Л — рогатый динозаврі В — ихтиозавр; В — летающий хвостатый ящер; Г — бронтозавр; Д, Ж —летающие бесхвосты* ящеры; Е — стегозавр; 3 — плезиозавр

дыхание, укорочение задней кишки — являются приспособлениями к полету, т.е. ндиоадаптациями.

Возникновение млекопитающих связано с рядом крупных ароморфозов, развивавшихся у представителей одного из подклас­сов пресмыкающихся. К ароморфозам, определившим форми­рование млекопитающих как класса, относятся: образование волосяного покрова и четырехкамерного сердца, полное разделение артериального и венозного кровотока, внутриутробное развитиепотомства и вскармливание детеныша молоком. Вынашивание зародышей в теле матери и забота о потомстве резко повысили выживаемость млекопита­ющих. К ароморфозам следует отнести и развитие коры головного мозга, обус­ловившее преобладание условных реф­лексов над безусловными и возможность приспособления к Непостоянным ус­ловиям среды путем изменения пове­дения. Млекопитающие возникли в триасе (рис. 124), но не могли кон­курировать с хищными динозаврами и на протяжении 100 млн. лет занимали подчиненное положение.

В начале кайнозойской эры завер­шаются горообразовательные процессы, начавшиеся в конце мезозоя. Обособ­ляются Средиземное, Черное, Каспий­ское и Аральское моря. Устанавливается теплый равномерный климат. На севере преобладали хвойные, на юге — растительность теплого и умерен­ного климата. Вся Европа была покрыта лесами, состоящими из дуба, березы, сосны, каштана и др. В тропиках росли фикусы, лавровые, гвоздичные, эвкалипты и др. В четвертичный период кайнозойской эры (2—3 млн. лет назад) наступило оледенение значительной части Земли. Ледяной покров доходил в среднем до 57° с.ш., достигая в отдельных районах 40° с.ш. Теплолюбивая растительность отступила на юг или вымерла, появилась холодо­устойчивая травяная и кустарниковая растительность, на больших территориях леса сменились степью, полупустыней и пустыней. Шло формирование современных растительных сообществ.

Развитие животного мира в кайнозойскую эру характеризуется дальнейшей дифференциацией насекомых, интенсивным видооб­разованием у птиц и чрезвычайно быстрым прогрессивным развитием млекопитающих.

Млекопитающие представлены тремя подклассами: однопроход­ными (утконос н ехидна), сумчатыми и плацентарными. Одно­проходные возникли независимо от других млекопитающих еще в юрский период от звероподобных рептилий. Сумчатые и плацентарные млекопитающие произошли от общего предка в меловой период и сосуществовали до наступления кайнозойской эры, когда наступил «взрыв» в эволюции плацентарных, в результате которого эти млекопитающие вытеснили сумчатых с большинства континентов.

Наиболее примитивными были насекомоядные млекопитающие, от которых произошли первые хищные и приматы. Древние хищные дали начало копытным. В палеогене млекопитающие начинают завоевывать море (китообразные, ластоногие и др.). К концу неогена встречаются уже все современные семейства млекопитающих. Одна из групп обезьян—австралопитеки — стала родоначальницей ветви, ведущей к роду Человек.

Оледенения четвертичного периода, достигшие максимального распространения около 250 тыс. лет назад, способствовали развитию холодоустойчивости фауны. На Северном Кавказе н в Крыму встречались мамонты, шерстистые носороги, северные олени, песцы, полярные куропатки. Образование больших масс льда вызвало понижение уровня Мирового океана. Это понижение в разные периоды составляло 85—120 м по сравнению с современным. В результате обнажались материковые отмели Северной Америки и Северной Евразии и появились сухопутные «мосты», соединявшие североамериканский континент с

еараэийским (на месте нынешнего Берингова пролива). Британские острова с европейским материком и т.д. По таким «мостам» происходила миграция видов, приведшая к

формированию современной нам фауны материков. Изменения климата в четвертичный период кайнозойской эры оказали влияние на эволюцию предков человека.

Вопросы для повторения н задания По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

Копи возникли первые живые организмы?

Какими организмами был представлен живой мир в протерозойскую эру?

Копи появились первые наземные растения'*

Кдк назывались первые наземные растения и какие отличительные особенности они имели?

В каком направлении шла эволюция растений на суше?

Какие эволюционные преимущества дает переход растений к семенному размно­жению?

Охарактеризуйте эволюцию животных в палеозойскую эру.

Какие особенности строения позвоночных животных послужили предпосылками выхода их на сушу?

Какие условия внешней среды послужили причиной выхода позвоночных насушу? Какие изменения в строении позвоночных животных произошли в процессе приспособления их к жизни на суше?

Почему земноводные каменноугольного периода достигли биологического процве-

Какне яроморфоэы привели к возникновению пресмыкающихся?

Копи возникли цветковые растения?

Укажите эволюционные преимущества цветковых растений Когда и вследствие каких ароморфоэов возникли млекопитающие? Охарактеризуйте эволюцию жизни в кайнозойскую эру.

<< | >>
Источник: Мамонтов С .Г.. Общая биология учебник /С. Г. Мамонтов, В Б. Захаров — 11-е над , стер. — М.: КНОРУС.2015. — 328 с. — (Среднее профессиональное об­разование).. 2015

Еще по теме Глава 18. РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ:

  1. Глава 4. ФОРМЫ ПОЛОВОЙ жизни. РАЗВИТИЕ БРАКА
  2. ЭТАПЫ СЕНСОМОТОРНОГО РАЗВИТИЯ РЕБЕНКА ПЕРВОГО ГОДА ЖИЗНИ
  3. РЕФЕРАТ. ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ КАК УСЛОВИЕ ГАРМОНИЧНОГО РАЗВИТИЯ ДЕТЕЙ, ПЕРВИЧНОЙ ПРОФИЛАКТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ И ВРЕДНЫХ ПРИВЫЧЕК2018, 2018
  4. Глава 6 ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОЛОВОЙ жизни
  5. Глава 5 СЕМЬЯ И ПРОБЛЕМЫ СЕКСУАЛЬНОЙ ЖИЗНИ
  6. Глава З. Физическое развитие
  7. Глава 3НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ФИЗИОЛОГИИ ПОЛОВОЙ жизни
  8. Глава 1 История развития кольпоскопии
  9. Глава 1Периоды развития ребенка
  10. Глава 4Нервная система и нервно-психическое развитие
  11. ГЛАВА 5. ПАТОХИМИЧЕСКАЯ СТАДИЯ РАЗВИТИЯ ХИМЕРГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
  12. Глава 9 ГИГИЕНА ПОЛОВОЙ ЖИЗНИ. ПСИХОГИГИЕНА И ПСИХОПРОФИЛАКТИКА СЕКСУАЛЬНЫХ ДИСГАРМОНИЙ
  13. ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ФИЗИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
  14. Глава 1. исторический очерк развития. ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПАТОЛОГИИ