Развитие жизни на Земле

В архейской эре возникли первые живые организмы. Они были гетеротрофами, использовавшими для жизнедеятельности органические молекулы, растворенные в океане. Однако со временем происходило уменьшение органических веществ в окружающей их среде и преимущество получили организмы, способные синтезировать органические соединения из неорга­нических. Таким путем, вероятно, около 2 млрд. лет назад возникли первые фотосинтезирующие клетки (типа цианобак-терий), способные использовать световую энергию для синтеза органических соединений из СО₂ и Н₂О, выделяя при этом О₂, и изменившие состав атмосферы. Накопление кислорода

способствовало возникновению бактерий, способных жить в аэробной среде.

Согласно симбиотической теории некоторые гетеротрофы пошли по пути, приведшему к образованию эукариотических клеток. Часть из них вступила в симбиоз ' с аэробными бактериями, способными к окислительному фосфорилиро-ванию. Поглотив аэробные бактерии, первичные гетеротрофы не расщепили их на составляющие молекулы, а сохранили в качестве энергетических станций, называемых сегодня мито­хондриями. Такие симбионты дали начало царствам животных и грибов.

Другая часть первичных гетеротрофов "заключила союз" не только с аэробными гетеротрофами, но и с первичными фотосинтетиками, сохранив последние в качестве хлоропластов. Такие симбионты дали начало царству растений (рис. 8).

По-видимому, далее произошло еще два крупных эво­люционных события: появились половой процесс и многокле-точность. Половой процесс резко повышает возможность приспособления к условиям среды вследствие создания бесчис­ленных комбинаций в хромосомах. Диплоидность, возникшая

одновременно с оформленным ядром, позволяет сохранить 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.

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

В течение протерозойской эры сложились следующие типы животных: губки, кишечнополостные, плоские и коль­чатые черви, членистоногие, моллюски, иглокожие.

Для первых организмов кислород был ядовит в силу своей высокой окислительной способности, т. к. у них отсутствовали соответствующие защитные биохимические системы.В условиях бескислородной атмосферы распространение жизни было более ограничено, чем ныне. В раннем протерозое содержание кисло­рода в атмосфере было мало и поэтому не успел еще сформи­роваться озоновый экран, который принимает на себя большую часть ультрафиолетового излучения. Из-за жесткого ультрафи­олетового излучения поверхностные слои водоемов были недос­тупны для жизни и организмы могли существовать только под защитным слоем воды (не менее 10 м). В позднем протерозое благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов содер­жание кислорода в атмосфере Земли достигло величины, равной 0,01 нынешнего содержания кислорода. В результате начал формироваться озоновый слой и организмы поднялись в верхние слои водоемов. Здесь они располагали большим све­товым потоком, что привело к усилению фотосинтеза и увеличению концентрации кислорода в атмосфере. Кроме того

появилась возможность использовать кислород для удовлетво­рения энергетических потребностей клеток. На малых глубинах резко возросло разнообразие жизни.

В начале палеозойской эры растения населяют в основ­ном моря, чо в ордовике-силуре появляются первые наземные растения-псилофиты. Выход растений на сушу, по-!:::димому, связаь с достижением к этому времени содержания кислорода в атмосфере 0,1 современного. Теперь озоновый экран был спо­собен защитить организмы от ультрафиолета. Псилофиты занимали промежуточное положение между водорослями и наземными сосудистыми растениями. Они имели проводящую систему, первые слабодифференцированные ткани, могли укре­пляться в почве. В засушливом девоне совсем исчезают псилофиты и широко распространяются хвощи, плауны, папо­ротники. Еще большего развития достигает растительность в каменноугольном периоде, характеризующимся влажным и теплым климатом. Появляются голосеменные растения. Пере­ход к семенному размножению дал растениям много преиму­ществ: защиту зародыша в семени и его обеспеченность пищей. У части голосеменных (хвойных) процесс полового размноже­ния уже не связан с водой, а осуществляется при помощи ветра.

В кембрийском периоде уже существуют все основные типы животных, кроме хордовых. В ордовике появились бесчелюстные позвоночные. Крупный аромофоз — появление хватательного ротового аппарата — вызвал перестройку всей организации позвоночных. Следующий крупный ароморфоз — появление парных плавников-конечностей.

В силурийском периоде на сушу вместе с псилофитами вышли первые дышащие воздухом животные — членистоногие. В водоемах продолжалось бурное развитие низших позвоноч­ных. Предполагается, что позвоночные возникли в мелких пресноводных водоемах и лишь затем переселились в моря.

В девоне большая часть суши была безжизненной пус­тыней, 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. В этих неблагоприятных условиях рыб могло спас­ти два пути: зарывание в ил или миграция в поисках воды. По

*

первому пути пошли двоякодышащие рыбы, по второму — кистеперые. Их плавники имели вид лопастей, состоящих из отдельных костей с прикрепленными к ним мышцами. С помощью плавников рыбы могли ползать по дну. Благодаря двум предпосылкам — легкому и мускулистым конечностям — кистеперые рыбы дали начало первым земноводным — стего­цефалам.

На протяжении каменноугольного периода стегоцефалы дивергировали на большое число форм. На суше у них не было-врагов и был обильный корм — черви, членистоногие.

В пермском периоде происходило поднятие суши, а также иссушение и похолодание климата. Амфибии вымирают. На смену им приходят рептилии, которые 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. Грудная клетка обеспечила более эффективный тип дыхания — всасывающий.

В следующую мезозойскую эру на Земле устанавливается теплый климат, близкий к современному тропическому. В три­асе вымирают гигантские папоротники, древовидные хвощи, плауны. Достигают расцвета голосеменные растения. В юрском периоде вымирают папоротники и появляются первые покры­тосеменные растения. Преимущества покрытосеменных:

1) сильно развитая проводящая система,

2) цветок привлекает насекомых-опылителей, что обеспе­чивает перекрестное опыление,

3) зародыш снабжается запасом пищи (триплоидный эн­досперм) и защищен оболочками. В животном мире дости­гают расцвета насекомые и рептилии.

В юрском периоде начинается параллельная эволюция цветковых растений и насекомых-опылителей. В конце мелово­го периода наступает похолодание, вымирают крупные репти­лии. Наиболее приспособленными оказываются теплокровные животные — птицы и млекопитающие.

Возникновение птиц от группы рептилий сопровожда­лось появлением крупных ароморфозов: полное разделение правого и левого желудочка сердца и утрата одной из двух дуг

аорты. Полное разделение артериального и венозного крово­токов привело к теплокровности.

К ароморфозам, определившим формирование млекопи­тающих как класса, относятся: волосяной покров, четырех-камерное сердце, полное разделение артериального и венозного кровотоков, внутиутробное развитие и вскармливание молоком.

Кайнозой — век млекопитающих. В начале кайнозоя устанавливается теплый равномерный климат. На севере преоб­ладают хвойные, на юге — растительность теплого и умеренного климата. В четвертичном периоде наступило оледенение значи­тельной части Земли. На место теплолюбивой растительности приходит холодоустойчивая травяная и кустарниковая.

Млекопитающие представлены тремя подклассами: одно­проходными, сумчатыми и плацентарными. В конце концов плацентарные вытесняют сумчатых с большинства континетов. Наиболее примитивными были насекомоядные млекопитаю­щие, от которых произошли первые хищные и приматы. Древ­ние хищные дали начало копытным. В палеогене млекопи­тающие начинают завоевывать море. К концу неогена встреча­ются уже все современные семейства млекопитающих. Одна из групп обезьян — австралопитеки — стала родоначальницей вет­ви, ведущей к роду человека.

Во время антропогенного периода происходила неодно­кратная смена потеплений и похолоданий. Во время похоло­даний в Северном полушарии происходили большие континен­тальные оледенения. Южнее ледников наступало увлажнение климата. При развитии ледников, в связи с большой затратой воды на их образование, уровень мирового океана падал на 85—120 м. В результате в это время происходил обмен фауной в местах соединения отдельных частей суши. Например, на месте Берингова пролива образовался мост между Азией и Северной Америкой. В районах, близких к леднику, во > икла специфи­ческая холодолюбивая фауна — мамонт, овцебык, северный олень, песец, лемминг.

Происхождение человека

Место человека в системе животного мира. Появление в процессе эмбрионального развития человека хорды, жаберных щелей в полости глотки, полой нервной трубки, двусторонней

симметрии в строении тела — определяет принадлежность человека к типу Хордовых.

Черты подтипа Позвоночных: позвоночный столб, сердце на брюшной стороне тела, две пары конечностей.

Черты класса Млекопитающие: теплокровность, развитие млечных желез, наличие волос на поверхности тела.

Черты подкласса Плацентарных: развитие детеныша внут­ри тела матери и питание плода через плаценту.

Черты отряда Приматы: конечность хватательного типа

(первый палец противопоставлен остальным), ногти на пальцах,

одна пара сосков млечных желез, хорошо развитые ключицы,

замена молочных зубов на постоянные в процессе онтогенеза,

рождение обычно одного детеныша.

Черты подотряда Человекообразных обезьян: плоские ногти, редукция хвостового отдела позвоночника, четыре основные группы крови, развитие мимической мускулатуры.

Вместе с тем человек имеет специфические, присущие только ему особенности: прямохождение, мощно развитую мус­кулатуру нижних конечностей, сводчатую стопу с сильно раз­витым первым пальцем, подвижную кисть руки, позвоночник с четырьмя изгибами, расположение таза под углом 60° к гори­зонтали, очень большой и объемистый мозг, крупные размеры мозгового и малые размеры лицевого черепа, бинокулярное зрение, ограниченную плодовитость, плечевой сустав, допуска­ющий движения с размахом почти до 180° и некоторые другие. Эти особенности строения и физиологии человека результат эволюции его животных предков.

Эволюция человека

Решающим шагом от обезьны к человеку явилось прямо­хождение.

Одна из групп обезьян, обитавших 10 — 12 млн. лет назад, дала начало ветви, ведущей к человеку. Эти животные, иско­паемые остатки которых найдены в Южной Африке и получив­шие название австралопитеков (от лат. "австралис" — южный), жили стадами, имели массу 20 - 50 кг и рост 120 - 150 см. Они ходили на двух ногах при выпрямленном положении тела. В отличие от всех обезьян, строение зубной системы сходное с человеческой. Масса мозга составляла 550 г, руки были

свободны. Для защиты и добывания пищи австралопитеки пользовались камнями, костями животных, т.е. имели хорошую двигательную координацию.

2-3 млн. лет назад жили существа, более близкие к человеку, чем австралопитеки. Они имели массу мозга до 650 г, умели обрабатывать гальку с целью изготовления орудий. Эти человекообразные обезьны получили название Человек умелый. Эволюция австралопитеков шла в направлении прогрессивного развития прямохождения, способности к труду и совер­шенствованию головного мозга. По-видимому, в это же время началось использование огня. Естественный отбор сохранял признаки, содействовавшие развитию стадности, т.е. усилению общественного характера поисков добычи и защиты от хищных зверей, что, в свою очередь, влияло на совершенствование руки и на развитие высшей нервной деятельности (способность к обучению). Все эти особенности обеспечили победу обезьяно­людей в борьбе за существование и привели 1,5—2 млн. лет назад к широкому расселению их по Африке, Средиземно­морью, Южной, Центральной и Юго-Восточной Азии. Исполь­зование орудий, стадный образ жизни способствовали дальней­шему развитию мозга и возникновению речи.