Гипотезы происхождения жизни на Земле

В эволюции многоклеточных животных, начиная с кишечнополостных, наблюдается усложнение морфологической структуры. Оно идет через усиление тканевой специализации — от возникновения зародышевых листков, определяющих развитие пищеварительной, выделительной, половой и других систем органов. Возникает хорошо выраженная центральная нервная система: у беспозвоночных — ганглиарная, у позвоночных — с центральным и периферическим отделами. Одновременно совершенствуются способы полового размножения — от наружного оплодотворения к внутреннему, от развития яиц вне материнского организма к живорождению.

В палеозое наблюдается дальнейшая эволюция жизни. Достигают расцвета водоросли и грибы. В силуре вышли на сушу растения — мхи и псилофиты. Последние дали начало папоротникам, хвощам и плаунам, которые в эту эру достигают расцвета и в большинстве вымирают к концу палеозоя.

Вместе с растениями на сушу вышли первые животные, дышащие атмосферным воздухом — паукообразные.

Кистеперые рыбы имели две основные предпосылки для перехода в наземную среду обитания: мускулистые конечности и легкие. В конце девона они дали начало первым земноводным — стегоцефалам.

В каменноугольном периоде (карбоне) появились голосеменные растения, произошедшие от семенных папоротников. Возникновение семени дало голосеменным большие преимущества, так как освободило половой процесс от необходимости наличия воды для оплодотворения.

Рептилии приобрели свойства, позволившие им окончательно порвать с водной средой. Внутреннее оплодотворение и накопление желтка в яйцеклетке сделали возможным размножение на суше.

В юрском периоде вымирают семенные папоротники и появляются первые покрытосеменные растения, постепенно распространившиеся на все материки.

В мезозойскую эру достигают расцвета моллюски и крупные рептилии — динозавры. Поэтому эту эру называют веком аммонитов, или веком динозавров.

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

Финалом эволюции многоклеточных животных было появление организмов с поведением «разумного типа». Сюда относятся животные с высокоразвитой условно рефлекторной деятельностью, способные передавать информацию следующему поколению не только через наследственность, но и в ходе передачи опыта молодняку посредством научения.

Заключительным этапом в эволюции животного мира стало возникновение человека.

Историю Земли делят на крупные промежутки времени — эры и периоды. Крупные геологические события вызывали периодические изменения климата, что, в свою очередь, оказывало существенное влияние на эволюцию органического мира. Палеонтологические находки позволяют проследить историю живой природы на Земле и основные направления эволюции.

Основные этапы эволюции растительного и животного мира

 

Основные этапы и направления эволюции растительного мира. До конца силурийского периода растения были представлены многоклеточными водорослями, которые либо плавали в воде, либо вели прикрепленный образ жизни. Многоклеточные водоросли явились исходной ветвью для наземных листостебельных растений. В конце силурийского периода палеозойской эры в связи с интенсивными горообразовательными процессами, сокращением площади морей часть водорослей, оказавшись в новых условиях среды (в мелких водоемах и на суше), погибла.

Другая часть в результате разнонаправленной изменчивости и адаптации к наземной среде приобрела признаки, способствовавшие выживанию в новых условиях. Такими признаками у первых наземных растений — риниофитов — являются дифференциация тканей на покровные, механические и проводящие и наличие оболочки у спор. Выход растений на сушу был подготовлен деятельностью бактерий и цианобактерий, которые при взаимодействии с минеральными веществами образовали на поверхности суши почвенный субстрат.

В девонском периоде на смену риниофитам пришли плауны, хвощи и папоротники, также размножающиеся спорами и предпочитающие влажную среду. Их появление сопровождалось возникновением вегетативных органов, что повышало эффективность функционирования отдельных частей растений и обеспечивало их деятельность как целостной системы.

В каменноугольном периоде (карбоне) появляются первые голосеменные, возникшие от древних семенных папоротников. Возникновение семенных растений имело большое значение для дальнейшего развития растительного мира, так как половой процесс стал независимым от наличия капельножидкой среды. Возникшие семенные растения могли обитать в более сухом климате. В пермском периоде климат во многих районах Земли стал более сухим и холодным, древовидные споровые растения, достигшие своего расцвета в карбоне, вымирают. В этот же период начинается расцвет голосеменных, господствовавших в мезозойскую эру. Эволюция высших наземных растений пошла по пути все большей редукции гапло идного поколения (гаметофита) и преобладания диплоидного поколения (спорофита).

В меловой период произошел следующий крупный шаг в эволюции растений — появились покрытосеменные растения. Первые представители этой группы растений были кустарниками или низкорослыми деревьями с мелкими листьями. Затем довольно быстро покрытосеменные достигли огромного разнообразия форм со значительными размерами и крупными листьями.

Приобретение различных приспособлений для опыления цветков и распространения плодов и семян позволило покрытосеменным занять в кайнозое господствующее положение в растительном мире.

Таким образом, основными особенностями эволюции растительного мира были:

- постепенный переход к доминирующему положению спорофита над 
гаметофитом в цикле развития;

- выход на сушу, дифференциация тела на органы (корень, стебель, лист) 
и дифференциация тканей (проводящие, механические, покровные);

- переход от наружного оплодотворения к внутреннему; возникновение цветка и двойного оплодотворения;

- возникновение семян, содержащих запах питательных веществ и защищенных от воздействия неблагоприятных условий среды семенными покровами (и стенками околоплодника у покрытосеменных);

- совершенствование органов размножения и перекрестного оплодотворения у покрытосеменных параллельно с эволюцией насекомых;

- возникновение разнообразных способов распространения плодов и 
семян.

Основные этапы и направления эволюции животного мира. История эволюции животных изучена наиболее полно в связи с тем, что многие из них имеют скелет и поэтому лучше сохраняются в окаменелых остатках.

Многоклеточные животные происходят от одноклеточных организмов через колониальные формы. Первыми животными были, вероятно, кишечнополостные. Древние кишечнополостные дали начало плоским червям, которые являются трехслойными животными с двусторонней симметрией.

От древних ресничных червей произошли первые вторичнополостные животные — кольчатые черви. Древние морские многощетинковые, вероятно, послужили основой для возникновения типов членистоногих, моллюсков и хордовых.

Самые древние следы животных относятся к докембрию (около 700 млн лет назад). В кембрийском и ордовикском периодах преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты, появляются моллюски.

В позднем кембрии возникают бесчелюстные панцирные рыбы, а в девоне — челюстные рыбы. Для большинства из этих животных характерны наличие двусторонней симметрии, третьего зародышевого листка, полости тела, наружного (членистоногие) или внутреннего (ходовые) твердого скелета, прогрессирующая способность к активному передвижению, обособление переднего конца тела с ротовым отверстием и органами чувств, постепенное совершенствование центральной нервной системы.

От первых челюстноротых возникли лучеперые и кистеперые рыбы. Кистеперые имели в плавниках опорные элементы, из которых позже развились конечности наземных позвоночных. Наиболее важные ароморфозы в этой линии эволюции — развитие из жаберных дуг подвижных челюстей (обеспечивали активный захват добычи), развитие из кожных складок плавников, а затем формирование поясов парных грудных и брюшных конечностей (увеличивали маневренность движений в воде). Двоякодышащие и кистеперые рыбы посредством плавательных пузырей, имеющих связь с пищеводом и снабженных системой кровеносных сосудов, могли дышать атмосферным кислородом.

От кистеперых рыб берут начало первые наземные животные — стегоцефалы. Стегоцефалы разделились на несколько групп амфибий, которые достигли расцвета в карбоне. Выход на сушу первых позвоночных животных был обеспечен преобразованием плавников в конечности наземного типа, воздушных пузырей — в легкие.

От амфибий ведут свое начало истинно наземные животные — рептилии, завоевавшие сушу к концу пермского периода. Освоение суши пресмыкающимися обеспечило наличие сухих ороговевших покровов, внутреннего оплодотворения, большого количества желтка в яйцеклетке, защитных оболочек яиц, предохраняющих эмбрионы от высыхания и других воздействий среды. Среди рептилий выделилась группа динозавров, давшая начало млекопитающим. Первые млекопитающие появились в триасовом периоде мезозойской эры. Позднее, также от одной из ветвей пресмыкающихся, произошли зубатые птицы (археоптерикс), а затем — современные птицы. Для птиц и млекопитающих характерны такие черты, как теплокровность, четырехкамерное сердце, одна дуга аорты (создает полное разделение большого и малого кругов кровообращения), интенсивный обмен веществ — черты, обеспечившие расцвет этих групп организмов.

В конце мезозоя появляются плацентарные млекопитающие, для которых основными прогрессивными особенностями стали появление плаценты и внутриутробного развития плода, вскармливание детенышей молоком, развитая кора головного мозга. В начале кайнозойской эры от насекомоядных обособился отряд приматов, эволюция одной из ветвей которого привела к возникновению человека.

Параллельно эволюции позвоночных шло развитие беспозвоночных животных. Переход от водной к наземной среде обитания осуществился у паукообразных и насекомых с развитием совершенного твердого наружного скелета, членистых конечностей, органов выделения, нервной системы, органов чувств и поведенческих реакций, появлением трахейного и легочного дыхания. Среди моллюсков выход на сушу наблюдался значительно реже и не приводил к такому разнообразию видов, какое наблюдается у насекомых.

Основные особенности эволюции животного мира:

- прогрессивное развитие многоклеточности и, как следствие, специализация тканей и всех систем органов;

- свободный образ жизни, который определил выработку различных механизмов поведения, а также относительную независимость онтогенеза от колебаний факторов окружающей среды;

- возникновение твердого скелета: наружного у некоторых беспозвоночных (членистоногие) и внутреннего у хордовых;

- прогрессивное развитие нервной системы, что явилось основой для возникновения условно-рефлекторной деятельности.

Среди основных этапов эволюции растительного мира можно выделить выход на сушу, переход от наружного оплодотворения к внутреннему, возникновение семян и совершенствование способов их распространения; в эволюции животного мира — специализацию тканей и систем органов, возникновение твердого скелета, прогрессивное развитие нервной системы и возможность вести свободный образ жизни.

Эволюция живых существ шла параллельно по двум линиям: с одной стороны, развивались одноклеточные доядерные и ядерные организмы, с другой стороны, — многоклеточные организмы. Причем развитие многоклеточных организмов осуществлялось, по меньшей мере, в трех направлениях: по линии автотрофных организмов (растения), линии гетеротрофных организмов с поглощением пищи путем всасывания (грибы) и линии гетеротрофных организмов с заглатыванием пищи (животные).

В настоящее время при построении биологической системы используется совокупность признаков организмов:

1) особенности строения организмов  и их клеток;

2) история развития группы на  основе ископаемых остатков;

3) особенности размножения и  эмбрионального развития;

4) нуклеотидный состав ДНК и  РНК;

5) состав белков;

6) тип питания;

7) тип запасных питательных веществ;

8) распространение организмов и  т.д.

Принципы систематики. Первую научную систему живой природы создал шведский натуралист К. Линней. Она была изложена в 10-м издании «Системы природы» (1758). В основу своей системы К.Линней положил два принципа: бинарной номенклатуры и иерархичности. В соответствии с бинарной номенклатурой каждый вид называется по-латыни двумя словами: существительным и прилагательным.

Принцип иерархичности, ила соподчиненности, означает, что подобно тому, как в армии отделения объединяются во взводы, взводы — в роты, роты — в батальоны, батальоны — в полки и т.д., виды животных, например, объединяются в роды, роды — в семейства, семейства — в отряды, отряды — в классы, классы — в типы, типы — в царства. При классификации бактерий, грибов и растений вместо ранга отряд используется порядок, а вместо тип — отдел. Часто, чтобы подчеркнуть разнообразие в какой-либо группе, используют подчиненные категории, например, подвид, подрод, подотряд, подкласс или надсемейство, над-класс. Всего в биологической системе семь наиболее распространенных рангов:

Биологическая система. Общепринятой системы органического мира пока не создано. Наибольшее распространение в настоящее время получает система, разработанная американскими исследователями Р.Х. Виттаке-ром, Л.С. Маргулис и К. Шварц. В соответствии с этой системой вся живая природа делится на пять царств: Бактерии (Монеры), Протисты, Грибы, Растения и Животные.