Основные этапы эволюции органического мира на Земле

На этой странице вы узнаете

• Что делает самый древним организм в человеческом теле?
• Чем болели динозавры?
• Кто был главным врагом древних людей?

Давайте вспомним мультфильм «Ледниковый период». В нем показана одна из эр развития Земли — кайнозойская эра. Мультфильм познакомил нас с вымершими уже животными: мамонтами, саблезубыми кошками, саблезубыми белками, дронтами, динозаврами, глиптодонтами и т.д. Растительный мир в нем также хорошо нарисован, например, древовидные папоротники. Упоминаются в нем и некоторые виды, сохранившиеся до наших времен — ежи, опоссумы, ленивцы. В этой статье, как в мультсериале, мы сможем проследить всю историю развития жизни на нашей Земле.

Палеонтология

Мы знаем о нашем прошлом благодаря интересной науке — палеонтологии. 

Палеонтология — это наука, которая изучает ископаемые останки живых организмов прошлого, их историю и влияние на современные экосистемы.

Ученые-палеонтологи изучают ископаемые останки вымерших живых организмов. В разных слоях Земли были найдены сохранившиеся раковины и скелеты древних животных, их окаменелости, отпечатки на кусках пород и т. д. 

Многие из найденных останков не могут быть сопоставлены ни с одним из существующих сегодня видов животных. Причиной этому может служить то, что некоторые из вымерших животных обладали чертами, характерными для разных групп животных, то есть представляли собой переходные формы между разными таксонами (систематическими группами).

Методы датировки событий прошлого

Современные палеонтологи научились определять эпоху, используя ткани ископаемых животных и растений. Такие свидетельства особенно полезны для археологии при анализе артефактов (находок прошлого). Нужно лишь измерить, например, радиоактивность тканей: это совсем не гадание, это — датировка.

Относительный метод датирования (по образцам)

Останки определенных организмов используются в качестве индексов (маркеров, отметок), по которым можно датировать древний слой. Это специфические организмы, которые существовали только в определенный эволюционный период. Так, при обнаружении рядом с такими индексными организмами других, еще не исследованных, можно смело сказать, что они существовали в одну и ту же эпоху.

Посмотрим на аммониты. Они были очень распространены в древнем океане примерно 245—65 млн лет назад в Мезозойскую эру. Поэтому являются отличным примером индексного организма.

Радиоизотопные методы

Радиоактивный распад не зависит от внешних факторов среды. Поэтому любой радионуклид (радиоактивное вещество) представляет собой идеальные часы, по которым можно определять скорость тех или иных процессов в природе, а также возраст объектов.

Выделяют несколько радиоизотопных методов:

1. Радиоуглеродный метод.

Любой живой организм на Земле содержит в себе соединения углерода. Растения получают углерод из воздуха, а животные, грибы и бактерии уже из растений. Часть этого углерода образуется в атмосфере. Там атомы азота попадают под удары космических лучей и превращаются в углерод-14. Атомы такого радиоактивного углерода накапливаются в телах живых организмов пропорционально его содержанию в окружающей среде. 

По современным данным, период полураспада этого изотопа составляет около 5730 лет, что позволяет датировать возраст любого образца по содержанию этого элемента в собственной ткани организма.

Предельный возраст, который можно определить радиоуглеродным методом, — около 60 тысяч лет.

2. Калий-аргоновый метод.

Этот метод основан на самопроизвольном распаде изотопов калия до изотопов аргона. Используя этот метод, палеонтологи могут определить возраст осадочных пород свыше 1 млн лет. 

Любопытно, что общепринятая оценка возраста нашей планеты в 4,5—4,6 млрд лет на самом деле косвенная: она основана на возрасте вещества метеоритов и лунного грунта, доставленного на Землю американскими экспедициями «Аполлон» и советскими автоматическими станциями «Луна».

3. Уран-свинцовый метод.

Этот метод считается одним из самых надежных методов датировки. Большая надежность и точность достигаются благодаря использованию двух изотопов урана, цепочки распада которых оканчиваются разными изотопами свинца.

Геохронологическая шкала

Геохронологическая шкала — это своеобразный «календарь» для периодов времени в миллионах лет, применяемый в геологии и палеонтологии. 

В основу большого «календаря» истории Земли положены принципы, сформулированные в 1669 году шведским врачом и основателем научной геологии Н. Стеноном. 

Он гласит: когда не нарушена первичная последовательность образования геологических толщ, вышележащие геологические породы образовались после нижележащих. Говоря простыми словами, это означает, что вышележащие породы моложе, а нижележащие — древнее.

Самые крупные промежутки времени, на которые подразделяют биологическую историю Земли, — это эоны: криптозой, или докембрий, и фанерозой. 

Эоны делят на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой, в фанерозое — три эры: палеозой, мезозой и кайнозой. 
Эры делят на периоды, а в периодах выделяют эпохи.

Основные этапы эволюции органического мира

Давайте пройдемся по истории нашей Земли. Рассмотрим поэтапно становление органического мира.

Криптозо́й (доке́мбрий). Длился около 3 млрд лет. Это примерно 85% времени биологической эволюции.

Продолжительность: 1500 млн лет.

Состав атмосферы: хлор, водород, метан, аммиак, углекислый газ, сероводород, кислород, азот.

Климат: В древнем мире анаэробные условия, то есть кислород отсутствовал. Наблюдалась активная вулканическая деятельность.

Основные события: 

• Живые организмы развивались в водной среде. Для организмов было опасно выходить на сушу из-за интенсивного ультрафиолетового излучения.
• Первыми живыми организмами были анаэробные гетеротрофы. Они потребляли органические вещества из «первичного бульона»: древний океан содержал множество белков и жиров, созданных абиогенным путем и собранных в капли – коацерваты. Вскоре запас органических веществ истощился, что привело к их усложнению.
• Бактерии нашли другой способ питания. Они начали использовать ультрафиолетовое излучение для создания органических веществ. Возникли автотрофные организмы (организмы, способные улавливать солнечный свет и создавать органические вещества из неорганических) и фотосинтез.
• В атмосфере начал накапливаться кислород.

Ароморфозы:

1. появился половой процесс;
2. появился фотосинтез;
3. в клетках появилось оформленное ядро, что привело к возникновению эукариот;
4. появилась многоклеточность.

Что делает самый древним организм в человеческом теле? Археи — самые древние из ныне живущих организмов. Об их существовании стало известно научному миру только 40 лет назад.  Археи — это не бактерии. Они имеют схожие черты, но их выделили в отдельный домен. Они составляют значительную часть микрофлоры человека: их обнаружили в ротовой полости, кишечнике, легких и на коже.  Благодаря им наш организм быстрее формирует иммунный ответ. Также они помогают пищеварению и снижают общее давление в ЖКТ, уменьшают вздутие. Но есть и отрицательная роль. По современным данным, метаногенные археи, присутствующие в кишечнике, могут стимулировать развитие ряда заболеваний: рак, ожирение, анорексия и воспалительное заболевание кишечника.

Протерозо́йская эра

Продолжительность: 1300 млн лет.

Состав атмосферы: азот, кислород, сероводород, углекислый газ, метан.

Климат: Поверхность планеты — ледяная пустыня.
Климат холодный. Интенсивно начали образовываться осадочные породы. В конце эры содержание кислорода в атмосфере составляло около 1%. Суша представляла собой единый суперконтинент (Пангея). 

Основные события:  

• Появляются аэробные одноклеточные организмы, и возникает новый тип энергетического процесса — кислородное дыхание. 
• Появляются эукариоты. Образование ядра в клетке привело к появлению 2-х типов деления клетки. Сначала появился митоз, а затем мейоз. 
• В протерозое сформировались все царства живого мира: бактерии, растения, животные и грибы. В конце протерозоя появились губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, членистоногие, моллюски. 
• Формируется озоновый экран. Он защитил тогда и защищает по сей день все живое на Земле от ультрафиолетового излучения. Это позволило растениям «выйти» на сушу.

Ароморфозы: 

1. появление эукариот;
2. появление митоза и мейоза;
3. появление 2-х сторонней (билатеральной) симметрии тела;
4. появление мышц;
5. появление сегментации тела на отделы.

Палеозо́йская эра.  Ранний палеозой

Продолжительность: 350 млн лет. 

Состав атмосферы: похож на современный состав. 

Период  Ке́мбрий — длительность 80 млн лет.

Климат: Холодный климат постепенно сменяется на умеренно влажный, а затем на теплый сухой. Начали таять ледники. Суша раскололась на материки.

Основные события: большинство растений и животных обитают в море. На суше появляются грибы, лишайники. В океане появились трилобиты и мечехвосты, коралловые полипы, иглокожие.

 Период Ордо́вик — длительность 55 млн лет.

Климат: Умеренно влажный с постепенным повышением средней температуры. Активное горообразование приводит к освобождению от воды значительную часть территории.

Основные события: в теплых водах океана расцвета достигли кишечнополостные. Появляются хордовые животные (бесчелюстные). Эти два типа вы можете подробнее изучить в статьях «Общая характеристика типа Хордовые» и «Тип кишечнополостные».

Период Силу́р — длительность 35 млн лет. 

Климат: Становится более сухим. В результате активного горообразования площадь суши единого материка Пангеи увеличивается. 

Основные события: бесчелюстные быстро распространяются в теплых морях. Споровые растения, псилофиты, древние паукообразные первыми выходят на сушу.

Палеозо́йская эра. Поздний палеозой

Период Дево́н — длительность 55 млн лет.

Климат: Смена сухих и дождливых сезонов. На территории современной Южной Америки и Африки резко падает температура и происходит оледенение.

Основные события:

• Появились все систематические категории рыб. Рыбы, обитающие в бедных кислородом (пересыхающих) водоемах, научились дышать атмосферным воздухом и переползать из одного водоема в другой. Это были двоякодышащие рыбы. 

• К концу девона появились земноводные: ихтиостеги и стегоцефалы. 

• На суше начинают преобладать древовидные папоротникообразные, образуя густые леса. 

Период Карбо́н (каменноугольный период) — длительность 65 млн лет.

Климат: Меняется на более холодный.

Основные события: 

• Из-за смены климата древесные папоротники начали погибать. Падая в тропические болота, они не сгнивали во влажном тропическом климате, а постепенно превращались в каменный уголь. Появились семенные папоротники, теперь их размножение перестало зависеть от наличия воды.
• Под конец периода появляются пресмыкающиеся, размножение которых также не связано с наличием воды. Это позволило им расширить свой ареал обитания.
• Появляются крылатые гигантские насекомые, напоминающие современных стрекоз.

Период Пе́рмь — длительность 50 млн лет.

Климат: Возобновляется вулканическая деятельность. Увеличивается площадь суши. Климат также меняется, он становится резко континентальным.

Основные события: 

• Сокращается разнообразие амфибий. 
• Лидирующее положение среди обитателей суши занимают рептилии. Они были наиболее приспособленными к новым условиям: переход полностью на легочное дыхание и наличие роговых покровов кожи. Это все позволило им экономить воду. Чтобы зародыш рептилий развивался на суше и был надежно защищен от воздействия окружающей среды, возникла плотная скорлуповая оболочка.
• Образуются и широко распространяются новые виды голосеменных растений.

Ароморфозы растений	Ароморфозы животных
1. Появление тканей и органов (псилофиты). 2. Появление корневой системы и листьев (папоротники, хвощи, плауны). 3. Появление семени (семенные папоротники).	1. Костные челюсти (рыбы). 2. Пятипалые конечности (земноводные). 3. Легочное дыхание (земноводные). 4. Накопления питательных веществ (желток) в яйцеклетке (пресмыкающиеся), то есть появление яйца. 5. Разделение животных на отделы. 6. Образование поясов конечностей. 7. Появление внутреннего оплодотворения.

Знание этого материала важно нам потому, что на экзамене обязательно встречаются вопросы по теме эволюции. Например, в задании 17 ЕГЭ нужно выбрать несколько верных вариантов ответа. Пример такого задания: 

Выберите условия, при которых существовали организмы в Архейскую эру. Выберите три верных ответа из шести.

1) отсутствие озонового экрана
2) глобальное оледенение
3) анаэробные условия
4) постоянная вулканическая активность
5) условия, близкие к современным
6) бурное развитие наземной растительности 

Исходя из полученных знаний об Архейской эре, мы можем сказать, что организмы существовали при отсутствии озонового экрана, в анаэробных условиях, а также при постоянной вулканической активности. Глобальные оледенения происходили позже, например, в Протерозое. Архейская эра была раньше всех, поэтому условия в ней были далеки от современных, а наземная растительность появилась только тогда, когда сформировался озоновый экран. 

Ответ: 134

Мезозо́йская эра

Продолжительность: 150 млн. лет.

Период Триа́с — длительность 40 млн лет.

Климат: Отсутствие дождей приводит к пересыханию внутренних морей. Происходят тектонические движения плит, горообразования, образуются пустынные пространства.

Основные события: 

• Господствующее положение среди растений занимают голосеменные.
• Большинство амфибий окончательно вымирает. 
• В животном мире господствуют пресмыкающиеся.
• Зверозубые рептилии дают начало млекопитающим.

Период Юра́ — длительность 60 млн лет.

Климат: Влажный. Происходит движение континентов. Образовались многочисленные озера и болота.

Основные события: 

• Наибольший расцвет среди голосеменных растений переживают беннеттитовые, гнетовые, саговниковые.
• В морях и на суше господствуют динозавры. В конце периода возникает археоптерикс. По предположению ученых, именно археоптерикс дал начало классу Птиц. 

Чем болели динозавры?  Древние рептилии из-за своего массивного тела страдали остеохондрозами (заболевания позвоночника), остеопорозами (разрушение костей), артритами (воспаление суставов) и кариесом (разрушение твердых тканей зуба). Ученые выяснили, что у динозавров были проблемы и с легкими, они болели туберкулезом, пневмонией и даже аэросаккулитом (воспаление воздушных мешков).

Период Ме́л — длительность 70 млн лет.

Климат: Климат становится более холодным. Образуются горы Анды, Альпы, Гималаи. Моря отступают, увеличивается площадь Мирового океана.

Основные события: 

• Появились покрытосеменные растения. Они постепенно вытеснили голосеменных и папоротникообразных. Некоторые покрытосеменные растения, которые возникли еще в меловом периоде, вы можете встретить и по сей день: дубы, ивы, эвкалипты, пальмы. 
• В конце периода происходит массовое вымирание динозавров. 
• Лидирующее положение среди представителей животного мира занимает класс Млекопитающие. Данное положение млекопитающие смогли занять, благодаря появлению теплокровности и живорождению. 
• Появляются сумчатые и плацентарные млекопитающие.

Ароморфозы растений	Ароморфозы животных
1. Возникновение цветка и плода.  2. Защита семени оболочками (покрытосеменные).	1. Четырехкамерное сердце и теплокровность (птицы и млекопитающие). 2. Перьевой покров (птицы). 3. Усложнение нервной системы. 4. Вынашивание детенышей в теле матери, питание эмбриона через плаценту, появление млечных желез и матки (млекопитающие).

На ЕГЭ в задании 19 вам может потребоваться установить соответствие между примерами живых организмов и эрами, в которые они возникли: 

А) пресмыкающиеся	1) Палеозой 2) Мезозой
Б) первозвери
В) псилофиты
Г) наземные беспозвоночные
Д) грибы
Е) цветковые растения

Если вспомнить, что мы обсуждали выше, легко можно определить следующее:
— в Палеозое возникли наземные беспозвоночные (в Силур), псилофиты (в Силур), трилобиты (в Кембрий), а также первые пресмыкающиеся (в Карбон);
— в Мезозое появляются первозвери (в Триас), цветковые растения (в Меловой период).

Ответ: 121112

Кайнозо́й — текущая эра геологической истории

Мы с вами живем в кайнозойскую эру, которая длится уже 67 млн лет.

Период Палеоге́н — длительность 41 млн лет.

Климат: Устанавливается теплый тропический и субтропический климат. В Арктике и Антарктике появляются первые ледяные шапки.

Основные события: 

• Среди растительного мира лидирующее положение занимают покрытосеменные растения. 
• Параллельно с эволюцией покрытосеменных растений идет развитие и увеличение многообразия насекомых.
• В течение этого периода формируется большинство современных отрядов млекопитающих, появляются первые примитивные приматы.

Период Неоге́н — длительность 23 млн лет.

Климат: Становится более сухим, образуются полупустыни и пустыни, саванны и лесостепи.

Основные события: 

• Широко распространяются однодольные травянистые растения. 
• Отступление лесов способствует появлению первых человекообразных обезьян.
• Формируютсявиды растений и животных, близкие к современным.

Период Антропоге́н — длительность 1,5 млн лет и по настоящий момент.

Климат: Много раз изменялся. 

Основные события:

• В период оледенения появились млекопитающие, приспособленные к суровому климату: мамонты, шерстистые носороги, овцебыки, саблезубые тигры. 
• Между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами возникли небольшие участки суши, соединяющие их. Это помогло видам живых организмов, включая и наших древних предков, широко расселится.
• В конце периода началось глобальное потепление. Результат глобального потепления — вымирание многих видов растений и крупных млекопитающих, таких как мамонты. 
• Сформировались современный растительный и животный мир.
• Самым важным событием этого периода стало появление человека. Деятельность человека тогда и сегодня является ведущим фактором дальнейших изменений в животном и растительном мире Земли.

Кто был главным врагом древних людей? Несмотря на то, что большинство саблезубых кошек не поражали своими габаритами, они являлись главными врагами наших далеких предков — австралопитеков. И даже на такую тему современные авторы сочиняют стихи: Убийца хищный в злобной силе — первый! Сознанье зарождается у жертвы… (Александр Лисафьин, 2019)

Ароморфозы растений	Ароморфозы животных
Не возникают.	1. Развитие коры головного мозга. 2. Прямохождение (человек).

В ЕГЭ в задании 27 часто попадаются вопросы по обобщению и применению знаний об эволюции органического мира, требующие развернутого ответа. Например:
Перечислите изменения, которые произошли в размножении цветковых растений в процессе эволюции, по сравнению с папоротникообразными?

Если мы с вами вспомним ароморфозы растений, которые произошли в Меловой период Мезозойской эры, то можем ответить следующее:

1) Появление цветков у покрытосеменных.
2) Половое размножение с двойным оплодотворением, в результате которого образуется семя.
3) Плоды, в которых располагаются семена, способствуют их распространению.

Вымершие растения

В мире существовало множество растений, которые когда-то были широко распространены на Земле, но со временем вымерли из-за различных факторов, таких как изменение климата, деятельность человека или природные катастрофы. Изучением таких растений занимается наука палеоботаника.

Риниофиты

Около 450-420 миллионов лет назад суша постоянно преображалась: обширные участки то осушались, то вновь покрывались водой, а водоемы постепенно высыхали и мелели (уменьшалась глубина вследствие испарения воды). Некоторые виды водорослей смогли приспособиться к этим изменениям: у них появились приспособления, позволяющие им жить вне воды. Эти виды водорослей стали основой для новой группы растений – Риниофитов (другое название – Псилофиты).

Ископаемые останки сохранились до наших времен и были хорошо изучены. Удалось выявить следующие особенности в строении этой группы растений:

• нет органов: организм состоит из голых ветвящихся стеблей с ризоидами на нижней части;
• развиты покровная (кожица) и примитивная проводящая (луб) ткани;
• размножение спорами, которые развиваются в спорангиях.

Считается, что от риниофитов произошли высшие споровые растения: мхи, хвощи, плауны и папоротники. О них вы можете узнать из статьи «Споровые растения».

Гигантские споровые растения

В палеозое на Земле существовало большое количество древних Хвощевидных (каламит) и древних Плауновидных (лепидодендрон) растений.

Они представляли собой крупные (до 40 м в высоту), быстрорастущие растения, которые имели ветвления ствола и узкие длинные листья.

Половое размножения Хвощевидных и Плауновидных может происходить только при наличии воды. 300-250 млн лет назад климат сменился на засушливый, что привело к исчезновению данной группы растений.

Семенные папоротники

Промежуточным этапом развития между Папоротниковидными и Голосеменными растениями стали Семенные папоротники. Для их размножения все так же нужна была вода, поэтому во время засухи эти растения погибли.

Наша планета необычна и удивительна, а история ее развития поражает воображение! Сейчас мы часто жалуемся на погоду, нам не нравится сильный ветер или дождь. А раньше организмы переживали то воздействие губительных ультрафиолетовых лучей, то глобальное оледенение или потепление. Климат менялся настолько быстро, что целые группы организмов вымирали, а другие, наоборот, получали возможность к благоприятному существованию. Кстати, о развитии человека как биологического вида вы можете прочитать в статье «Антропогенез».

Термины

Ризоиды — одноклеточные органы прикрепления к субстрату. Это своеобразные аналоги корням, присущие организмам, которые их не имеют.

Фотосинтез — это процесс образования органического вещества из неорганических с использованием энергии Солнца.

Экосистема — это совокупность совместно обитающих организмов (биоценоз) и компонентов неживой природы, при взаимодействии которых происходит круговорот веществ и энергии.

Фактчек

• Эра скрытой жизни (архей и протерозой) продолжалась более трех миллиардов лет, от момента возникновения жизни до наступления палеозойской эры. Важнейшими ароморфозами являются: возникновение фотосинтеза, эукариотической клетки, полового размножения, появление многоклеточных организмов. 
• Появление скелетных организмов на заре палеозоя позволило усовершенствовать способы защиты и нападения. Сушу раньше всех освоили прокариоты и гораздо позже — многоклеточные: сначала растения и беспозвоночные, а потом и позвоночные.
• Мезозойская эра практически вся принадлежала рептилиям. Свой рассвет они достигли в Юрском периоде. Млекопитающие появились почти одновременно с динозаврами, в триасовом периоде.
• В кайнозое появился Человек разумный.

Проверь себя

Задание 1.
До середины какой эры жизнь развивалась только в воде?

1. Протерозоя
2. Кайнозоя
3. Палеозоя
4. Мезозоя

Задание 2.
Как называются первые наземные растения?

1. псилофиты
2. гигрофиты
3. мезофиты
4. ксерофиты

Задание 3.
Какие животные господствовали в мезозойской эре?

1. позвоночные
2. млекопитающие
3. рептилии
4. насекомые

Задание 4.
Какой вид животного вымер из-за климатических изменений?

1. гиппопотам
2. крокодил
3. мамонт
4. тюлень

Ответы:1. — 3; 2. — 1; 3. — 3; 4. — 3.