Структурные уровни живого и этапы его эволюции

  При сравнительном рассмотрении органов  групп животных или растений становится понятным, что они имеют сходные черты. Так, у всех цветковых растений имеются лепестки, тычинки и пестики, а конечности всех позвоночных построены по единому принципу. Органы, сходные по строению и развитию, называются гомологичными. Естественно предположить, что организмы, наделённые гомологичными органами, произошли от общего предка. Наука, изучающая сходства и различия в строении групп организмов, называется морфологией (сравнительной анатомией).

  Приспосабливаясь  к различным условиям среды, гомологичные органы могут видоизменяться. Этот процесс называется адаптивной радиацией (дивергенцией). Примером адаптивной радиации является наличие или отсутствие хвоста у амфибий, ведущих водный или наземный образ жизни. Сходными органами могут обладать и организмы, не связанные филогенетическим родством; такие органы называют аналогичными, а процесс их появления – конвергентной эволюцией. Примерами конвергенции являются параллельная эволюция сумчатых и плацентарных млекопитающих, образование тел похожей формы у рыб и китов. Причиной конвергентной эволюции является действие сходных условий существования в течение естественного отбора.

  Некоторые структуры у отдельных организмов могут не нести никакой функции. Такие структуры называют рудиментарными. Так, рудиментарными являются копчиковые позвонки у человека или аппендикс. Наличие рудиментарных органов было бы трудно объяснить вне связи с процессом эволюции. В пользу эволюции свидетельствует и появление у отдельных особей атавизмов – органов, присутствовавших у далёких предков, но впоследствии утраченных.

  Изучая  эмбриональное развитие у различных  групп животных (например, у разных классов позвоночных), можно обнаружить удивительное сходство между зародышами на начальных стадиях. Так, все многоклеточные животные повторяют в своём развитии одноклеточную стадию, что может служить намёком на происхождение всех животных от простейших. Далее следует стадия однослойного шара бластулы, в которой можно усмотреть возможный принцип появления многоклеточности – делящиеся клетки не расходились, а оставались рядом, впоследствии дифференцируясь. Далее все многоклеточные животные проходят через стадию гаструляции, что соответствует строению современных кишечнополостных (двухслойные организмы). Но чем дальше развивается зародыш, тем больше различий наблюдается между особями различных групп.

  С 1930 года геологи делят историю Земли на два больших эона: криптозой (греч. «время скрытой жизни»), он же докембрий, и фанерозой (греч. «время явной жизни»). Фанерозойский эон начался примерно 570 миллионов лет назад и идёт по сей день; первые же геологические породы докембрия, доступные для изучения, имеют возраст около 3,5 миллиардов лет.

  Криптозойский эон делят на две эры: архейскую и протерозойскую. Считается, что архей закончился (и протерозой начался) 2,5–2,7 миллиарда лет назад. Иногда из архея выделяют катархей (4,5–3 миллиарда лет назад).

  В геологии с докембрием связывают  крупнейшие месторождения меди, золота, железа, алюминия, свинца, урана и многих других металлов. В докембрийских отложениях отсутствует скелетная фауна, которая служит основой для построения шкалы времени в фанерозое; тем не менее, органических остатков здесь достаточно много. Первые организмы появились уже в архее и были, по-видимому, гетеротрофами, так как химические реакции, необходимые для синтеза органических веществ, слишком сложны, чтобы возникнуть у самых ранних форм жизни.

  Возрастание численности гетеротрофов должно было привести к уменьшению количества пищевых ресурсов. Возникшая конкуренция ускорила появление автотрофов, способных использовать энергию света для синтеза сложные органические вещества. Первые фотосинтезирующие организмы не выделяли кислород; лишь потом появились организмы, подобные синезелёным водорослям, наполнившие атмосферу молекулярным кислородом. Полагают, что за всё время жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов в атмосферу выделились десятки квадриллионов тонн кислорода – в несколько десятков раз больше, чем существует сейчас. Увеличение концентрации O₂ привело к образованию озонового слоя в атмосфере, что в свою очередь вызвало уменьшение количества жёсткого излучения, достигающего поверхности Земли. Это, с одной стороны, уменьшило скорость эволюции, но с другой стороны, позволило образоваться устойчивым формам с полезными признаками.

  Около полутора миллиардов лет назад, в  верхнем протерозое, называемом также рифей, появились первые организмы с ядром в клетках. Несколько позже от колониальных жгутиконосцев произошли многоклеточные животные. В переходном периоде между криптозоем и фанерозоем (венд; 680–570 миллионов лет назад) были представлены практически все современные царства. Особенно многочисленны остатки животных – кишечнополостных, первых кольчатых червей и членистоногих.

        Примерно 570 миллионов  лет назад организмы животных приобрели способность поглощать кальций. В отложениях той эпохи впервые появились скелетные остатки (радиолярии, губки, позднее кораллы). В отличие от криптозоя – времени скрытой жизни – следующий за ним фанерозойский эон называют временем явной жизни. Фанерозой делится на три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.

  Палеозойская  эра длилась около 350 миллионов  лет. Она разделяется на шесть периодов: кембрийский, ордовиковский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский.

  Геологи выделяют в палеозое две эпохи  складчатости. Первая из них – каледонская (силур) – проявилась в Великобритании, Казахстане, Скандинавии. В результате грандиозной герцинской складчатости (карбон и пермь) сформировались Урал, Аппалачи, горные массивы Центральной Европы. Вероятно, в палеозое существовали огромные материки: Гондвана в Южном полушарии и Ангарида(Лавразия) – в Северном. С палеозоем связаны богатейшие рудные месторождения Западной Европы, Средней Азии и Центральной Америки, месторождения каменного угля, нефти, фосфоритов, бокситов, а также известняки и мрамор.

  В кембрии (570–500 миллионов лет назад) происходит бурный расцвет многоклеточных животных; к этому времени появляются представители почти всех современных типов животных. Существуют примитивные предки моллюсков, иглокожих. Членистоногие представлены, в основном, трилобитами – вымершим подтипом животных, которые являются предками пауков. Среди растений присутствуют разнообразные отделы морских водорослей; видимо, уже в это время некоторые растения могли поселиться на литорали (в зоне приливов и отливов).

  В ордовике (500–440 миллионов лет назад) появились первые позвоночные – бесчелюстные панцирные рыбы. Голову и переднюю часть тела у них прикрывал костный панцирь, а незащищённая задняя часть тела несла острые зубы. Позднее (уже в силуре) у более совершенных рыб – акантод – зубы переместились в рот, а из первой жаберной дуги появились челюсти. В ордовике появляются морские звезды и морские лилии, первые головоногие моллюски, происходит расцвет, а затем массовое вымирание трилобитов. Пышного развития достигают известковые красные и зелёные водоросли. На суше обнаружены остатки спор и редкие находки отпечатков стеблей наземных растений.

  Следующим периодом был силур (440–410 миллионов лет назад). На сушу выходят псилофиты – примитивные травянистые сосудистые растения, жившие в прибрежной полосе. Позднее от псилофитов произошли все современные отделы высших растений кроме мохообразных (последние, видимо, являются отдельной эволюционной ветвью зелёных водорослей). В конце силура зелёные ковры мхов, возможно, уже целиком покрывали низины. А многоножки, пауки и скорпионы стали первыми животными, завоевавшими сушу.

  В девоне (410–350 миллионов лет назад) появились первые хрящевые рыбы (первобытные акулы). В нижнем девоне происходит массовое переселение рыбообразных из морей в озёра и реки; появляются двоякодышащие рыбы, которые в бедной кислородом воде озёр вынуждены были использовать для газообмена не только жабры, но и лёгкие. Позже часть рыб переселилась обратно в море; другие остались в пресной воде. У группы пресноводных кистепёрых рыб имелись лапоподобные плавники с членистым скелетом, очень похожим на кисть. На плавниках они ползали по дну, а иногда и вылезали на пустынный берег. Причиной этому были не недостаток кислорода, пищи или наличие водных хищников, а многочисленные засухи: рыбы вылезали на берег, чтобы искать новые водоёмы, ещё заполненные водой. Значительные расстояния, которые приходилось проползать для поиска, способствовали естественному отбору; так в конце девона появились первые земноводные – ихтиостеги. В связи с неудобным положением тела при ползании лёгкие не могли обеспечить организм достаточным количеством кислорода (первобытная амфибия попросту не смогла бы полноценно вдохнуть), и у первых земноводных развивается кожное дыхание.

  На  суше в это время происходит расцвет  псилофитов, появляются первые плауны и папоротники, а в конце девона – и древовидные папоротникообразные (лепидодендроны, циклостигмы и другие) высотой в несколько метров. Происходит завоевание воздуха: появляются первые насекомые.

  Небольшие залежи каменного угля начали формироваться ещё в девоне, однако в карбоне или каменноугольном периоде (350–280 миллионов лет назад) откладываются основные его толщи. Это связано с расцветом древовидных папоротникообразных. Чешуйчатые стволы лепидодендронов нередко были толще двух метров. По мере роста этих растений их кора разрасталась в толщину, а не сбрасылась, как у современных деревьев. В самом конце периода зазеленели первые боры семенных папоротников и кордаитов – настоящих голосеменных деревьев. Нередко эти деревья достигали в высоту 40 метров.

  Карбон  – время расцвета панцирноголовых  земноводных (стегоцефалов); от них, скорее всего, произошли современные земноводные. В перми и триасе стегоцефалы вымерли. От другого подкласса амфибий – батрахозавров – произошли первые рептилии – котилозавры. В этом периоде также появились белемниты – предки кальмаров.

  Последний период палеозоя – пермь (280–230 миллионов лет назад) – ознаменовался появлением первых зверообразных пресмыкающихся (терапсид). Благодаря усиливающейся засушливости возрастает роль наземных организмов. Вымирают трилобиты и гигантские скорпионы; на их место приходят современные ракообразные и насекомые. Исчезают псилофиты, а в конце периода и кордаиты. Бурно расцветают гингковые и хвойные, составлявшие уже в перми основную массу тогдашних лесов.