Тема 10. Концепция эволюции растительного и животного мира в протерозойскую и палеозойскую и мезозойскую эры.

Первые клетки, начало биологической эволюции, появились еще в архейскую эру. Следы жизни были незначительны, обнаружены остатки анаэробных автотрофных предшественников сине-зеленых водорослей. Переход к фотосинтезу, длительный, завершился около 1,8 млрд.лет назад, изменив нашу планету. Атмосфера стала кислородной, возник озоновый слой, затрудняющий путь ультрафиолетовому излучению к поверхности. Кислотность морской воды, наоборот, уменьшилась. Произошел переход от прокариотов к эукариотам. У них ДНК уже сконцентрирована в хромосомы, сосредоточенные в ядре клетки. Эта клетка воспроизводится почти без изменений, и в неизменной среде эти новые, «дочерние» клетки имеют преимущества при отборе.

В протерозое, длившемся 2 млрд..лет, мир был населен еще одноклеточными, и началось разделение клеток на растительные и животные. Растительные клетки покрывались более жесткой оболочкой, которая защищала их, но и мешала перемещению при добывании пищи. И эти клетки совершенствовались для накопления питательных веществ в использовании фотосинтеза—образовывались клетки как с автотрофным, так и гетеротрофным питанием. Обе эти группы участвовали в биотическом круговороте веществ и взаимно дополняли друг друга. Животные клетки были покрыты более эластичной оболочкой, не мешающей им передвигаться в поисках пищи, которой им служили другие клетки — растительные или животные. Эти качества совершенствовались, животные клетки поглощали все более крупные частицы, пропуская их через свою оболочку; естественный отбор ускорял эти усовершенствования.

Следующий этап развития жизни и усложнения ее форм — появление полового размножения (~ 900 млн. лет назад). Его достоинство — в повышении разнообразия и ускорении эволюции. Первые многоклеточные представлены губками, кишечнополостными, членистоногими. Их эволюция шла в направлении совершенствования способов передвижения и дыхания, лучшей координации деятель­ности клеток и пр. И за 100 млн. лет усложнилась организация многоклеточных организмов с дифференцированным телом, органами и тканями, имеющими различные функции.

В протерозое и начале палеозоя растения живут в морской воде: бурые и зеленые водоросли прикреплены ко дну, а в толще воды — красные и золотистые. Из-за повы­шения солености морей животные, усваивая минеральные соли, смогли образовывать жесткий скелет.

В кембрии, длившемся 100 млн. лет, произошел гигантский «взрыв» жизни. Появились в море почти все виды животных, которые впоследствии развивались и совер­шенствовались: ракообразные, кораллы, моллюски, трило­биты, плеченогие, иглокожие. Среди окаменелостей Кемб­рия немало животных, похожих на современные по планам строения, но которых не нашли в докембрийских пластах. Этот скачок и определил границу между эрами на шкале геологического времени Земли. Но лишь немногие из видов животных, населяющих кембрийские моря, стали предками существующих ныне форм. Большинство остальных видов сейчас вымерли, их считают «ошибками» природы.

Появление огромного разнообразия видов изменило и отношения между животными. Все шире распространялись организмы, питающиеся животной пищей, появились хищ­ники, стали складываться современные типы животных сообществ, связанных пищевыми цепями. Обнаружены окаменелости хищников, поверженных ими жертв и у отдельных животных приспособления для борьбы с хищ­никами. В ряде новых типов впервые возникли раковина и экзоскелет. У некоторых трилобитов развились длинные шипы, затруднявшие нападение хищников, которые стали важным элементом среды обитания. Как объяснить такой «взрыв» разнообразия форм 570 млн лет назад? Сильно изменились концентрация фосфатов, изотопов серы и стронция в морской воде, и, вероятно, еще в протерозое на поверхности суши в результате взаимодействия минералов, климатических условий и бактерий стала образовываться почва. Это подготовило выход на сушу растений, а затем и животных. К началу кембрия при обилии питания в морских водах раскололся суперконтинент, и возникли протя­женные береговые линии с тропическим климатом. Считают, что тогда геном (набор генов организма) был существенно проще, и меньше мутаций оказывались летальными. Эта генетическая пластичность при обилии незанятых экологических ниш и привели к взрыву разнообразия.

В ордовике (500 млн. лет назад) в море появились плотоядные, до 10 м в длину, и небольших размеров первые позвоночные — животные, имеющие скелеты. Вероятно, это были бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала им спасаться от хищников. Господствовали иглокожие, трилобиты. В конце ордовика начался переход на сушу: первые споровые растения заселили берега пресных водоемов. В морях распространились полухордовые (типа ланцетника). Поверхность Земли была красноватой из-за коррозии минералов железа в кисло­родной атмосфере.

В период силура, наступившего еще через 100 млн лет, появились позвоночные — панцирные рыбы — и продолжилось заселение суши растениями. Переход на сушу сопровождался изменениями приспособлений к новой среде. Так, сильно возрос вес тела (на величину выталкивающей силы). В воздухе нет питательных веществ, выше содержание 0₂, и он пропускает свет и звук иначе, чем вода. Переселявшиеся на сушу растения получали эволюционные преимущества при обилии солнечного света фотосинтез становился более совершенным. Чтобы ограничить испарение влаги, стала формироваться водонепроницаемая оболочка, для обеспечения питанием в новой среде развивалась корневая система, для укрепления и поддержания в условиях суши формировалась и древесина. Происходила дифференциация тела на корень, стебель и лист. Изменилась и репродуктивная система — на суше оказались непригодными для размножения свободно плавающие половые клетки, стали формироваться семена и споры. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к жизни, ее представляют высшие растения. Гаметофитное направление представлено мохообразными. К концу силура поверхность Земли вблизи водоемов приобрела зеленый цвет, появились из древних голосеменных и прогимно-спримов и животные: паукообразные (типа современных скорпионов).

В девоне появились двоякодышащие, т.е. помимо дыхания в воде они могли дышать и легкими, а также хрящевые рыбы — акулы и скаты. У акул — сложная система поведе­ния, прекрасные обоняние и электромагнитная система ориентации, почти не изменившиеся за прошедшие 400 млн. лет. В этот период появились и костистые рыбы; двояко­дышащие пресноводные рыбы, вероятно, дали жизнь пер­вичным земноводным, а затем и сухопутным позвоночным. Постепенно вырабатываются разные способы укрепления каркаса тела. Помимо внутреннего каркаса у позвоночных, складывается и наружный — у насекомых. Появившиеся насекомые обладают достаточно сложной системой отра­жения, врожденные рефлексы преобладают над приоб­ретенными, по всему телу распределены нервные центры, тогда как у позвоночных развивается в основном мозг, и преобладают условные рефлексы над безусловными. Эти различия возрастали и стали проявляться после перехода к жизни на суше. В девоне возникли грибы, сушу освоили пауки и клещи.

В карбоне климат был теплый и влажный, Земля покры­лась морями и большими заболоченными территориями, широко распространились кораллы и моллюски. В условиях постоянного лета разрослись густые тропические леса папоротникового типа. Началось активное заселение суши животными. Первые из позвоночных, приспособившиеся к новым условиям среды, стали рептилии. Яйца рептилий покрыты скорлупой, предохранены от высыхания и снабжены питанием для эмбриона. Некоторые уходили в воду {мезозавры), а другие, наоборот, дальше от воды. Растения карбона тоже уже приспособились удерживать воду и защищать семена от высыхания, мощные споровые расте­ния достигали высоты в 40 м. К концу периода распрост­раняются голосеменные, у которых происходит переход от одинарного набора хромосом к двойному. Так растут генетические возможности организмов. Дальнейшая эво­люция шла по совершенствованию семян. Переход к семенном)' размножению обладал рядом эволюционных преиму­ществ, и семенные растения разрастались. Появились первые хвойные. К концу периода карбона (285 млн лет назад) климат стал более засушливым, земноводные, которые преобладали эти 60 млн лет каменноугольного периода, стали вытесняться пресмыкающимися, способ­ными удаляться на большие расстояния от водоемов.

В конце палеозойской эры, в перми, осваивает воздух огромное количество насекомых. Появились и покрыто­семенные растения. Такие семена могли переносить живот­ные, и растения формировали средства) привлекающие животных. Цветковые — чрезвычайно разнообразны по цвету, форме и запаху. И сейчас покрытосеменных в тропических лесах — почти 80% растений. Земноводные (амфибии) могли ненадолго удаляться от воды, хотя жили на суше; у них усовершенствовалось легочное дыхание, развились пятипалые конечности с плечевым и бедренным суставами. Но размножались они с помощью икры, которую метали в воду, поэтому они не могли удаляться далеко от водоемов. Господство земноводных на Земле было непро­должительным.

Мезозойская эра продолжалась 170 млн лет и закончилась 70 млн лет назад. Она разделена на три периода: триасовый, юрский и меловой. Ее называют эрой пресмыкающихся, распространившихся по всей планете и достигших огромного разнообразия. Некоторые рептилии стали хищными, а другие — травоядными. В триасе размеры динозавров достигли 6 м и возросли по мере овладения планетой. Появились черепахи, крокодилы и первые млеко­питающие. В юрский период (длиной в 60 млн лет) возникли птицы, но первые (археоптерикс) напоминали не только птиц, но и рептилий. Развивались морские рептилии — ихтиозавры и плезиозавры, появляются летающие ящеры— птеродактили. К меловому периоду появились гигантские растительноядные динозавры — брахиозавры (до 30 м в длину, весом до 50 т). В конце мезозоя климат стал более холодным, сократились области с богатой растительностью, это привело к гибели сначала растительноядных, а затем и плотоядных динозавров. Преимущество при похолодании получили теплокровные животные — птицы и млекопитающие.

Кайнозойская эра, которая началась 67 млн.лет назад, разделена на три периода: палеоген, неоген и четвертичный. Преобладают цветковые растения, насекомые, птицы и млекопитающие; прогрессируют покрытосеменные расте­ния, формируя новые систематические группы. В начале палеогена (палеоцене) после вымирания динозавров почти все экологические ниши на суше, воде и воздухе заняли млекопитающие, среди них появились и первые хищные. Млекопитающие имели большое преимущество перед господствовавшими ранее пресмыкающимися, так как меньше зависели от перемен окружающей среды. Они имели более развитый мозг, вынашивали детенышей в теле матери и питали их через плаценту, поддерживали постоянной температуру тела. От первых хищников произошли копытные, от некоторых видов насекомоядных—приматы.