Чем можно объяснить возникновение большого разнообразия многоклеточных животных в конце протерозоя
§ 55. Развитие жизни в криптозое
По мнению ученых, планета Земля формировалась 4,5—7 млрд лет назад. Около 4 млрд лет назад стала остывать и затвердела земная кора, на Земле возникли условия, позволившие развиваться живым организмам. Эти первые организмы были одноклеточными, не имели твердых оболочек, поэтому обнаружить следы их жизнедеятельности очень трудно. Неудивительно, что ученые долгое время считали, что Земля значительную часть времени своего существования была безжизненной пустыней. Хотя на криптозой приходится около 7/8 всей истории Земли, интенсивное изучение этого зона началось только в середине XX в. Применение современных методов исследования, таких, как электронная микроскопия, компьютерная томография, методов молекулярной биологии позволило установить, что жизнь на Земле намного древнее, чем представлялось ранее. В настоящее время науке неизвестны такие осадочные породы, в которых бы не было следов жизнедеятельности. В самых древних известных на Земле осадочных породах, возраст которых 3,8 млрд лет, обнаружены вещества, входившие, по-видимому, в состав живых организмов.
Архей. Архей — самая древняя эра, начался более 3,5 млрд лет назад и продолжался около 1 млрд лет. В это время на Земле были уже довольно многочисленны цианобактерии, окаменевшие продукты жизнедеятельности которых — строматолиты — найдены в значительных количествах. Австралийскими и американскими исследователями были найдены и сами окаменевшие цианобактерии. Таким образом, в архее уже существовала своеобразная «прокариотическая биосфера». Цианобактериям обычно для жизнедеятельности нужен кислород. Кислорода в атмосфере еще не было, однако им, по-видимому, хватало кислорода, который выделялся при химических реакциях, протекавших в земной коре. Очевидно, биосфера, состоящая из анаэробных прокариот, существовала еще раньше. Важнейшим событием архея явилось возникновение фотосинтеза. Нам неизвестно, какие именно организмы явились первыми фотосинтетиками. Самым ранним свидетельством существования фотосинтеза являются содержащие углерод минералы с таким соотношением изотопов, которое характерно именно для углерода, прошедшего через процесс фотосинтеза. Эти минералы имеют возраст более 3 млрд лет. Возникновение фотосинтеза имело огромное значение для дальнейшего развития жизни на Земле. Биосфера получила неиссякаемый источник энергии, а в атмосфере начал накапливаться кислород (см. рис. 71). Содержание кислорода в атмосфере еще долго оставалось низким, однако появились предпосылки бурного развития аэробных организмов в дальнейшем.
Протерозой. Протерозойская эра — самая длинная в истории Земли. Она продолжалась около 2 млрд лет. Примерно через 600 млн лет после начала протерозоя, около 2 млрд лет назад, содержание кислорода достигло так называемой «точки Пастера» — около 1% от его содержания в атмосфере, современной нам. Ученые считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов. Медленное, но постоянное увеличение содержания кислорода в атмосфере способствовало совершенствованию клеточного дыхания, возникновению окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование, будучи значительно более эффективным способом утилизации энергии углеводов, чем анаэробный гликолиз, в свою очередь, вело к процветанию аэробных организмов. Накопление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана в стратосфере, что сделало принципиально возможной жизнь на суше, защитив ее от смертоносного жесткого ультрафиолета. Прокариоты — бактерии и одноклеточные водоросли — жили, по-видимому, и на суше, в пленках воды между минеральными частицами в зонах частичного затопления вблизи водоемов. Результатом их жизнедеятельности стало образование почвы.
Рис. 72. Флора и фауна позднего протерозоя.
1 — многоклеточная водоросль; 2 — губка; 3 — медуза; 4 — ползающий кольчатый червь; 5 — сидячий кольчатый червь; 6 — восьмилучевой коралл; 7 — примитивные членистоногие неясного систематического положения
Не менее важным событием было и возникновение эукариот. Когда оно произошло, неизвестно, так как зафиксировать его очень трудно. Исследования на молекулярном уровне дали основание некоторым ученым предположить, что эукариоты могут быть столь же древними, как и прокариоты. В геологической же летописи признаки деятельности эукариот появились примерно 1,8—2 млрд лет назад. Первые эукариоты были одноклеточными организмами. По-видимо-му, уже у них сформировались такие фундаментальные признаки эукариот, как митоз и наличие мембранных органелл. Ко времени 1,5—2 млрд лет назад относят возникновение одного из самых важных ароморфозов — полового размножения.
Важнейшим этапом в развитии жизни явилось возникновение многоклеточности. Это событие дало мощный толчок увеличению разнообразия живых организмов, их эволюции. Многоклеточность делает возможными специализацию клеток в пределах одного организма, возникновение тканей и органов, в том числе органов чувств, активное добывание пищи, передвижение. Эти преимущества способствовали широкому расселению организмов, освоению всех возможных экологических ниш и в конечном итоге формированию современной биосферы, пришедшей на смену «прокариотической». Первые многоклеточные организмы появились в протерозое не менее 1,5 млрд лет назад. Однако некоторые ученые считают, что это произошло гораздо раньше — около 2 млрд лет назад. Это были, по-видимому, водоросли.
Вспышка разнообразия животных. Конец протерозоя, примерно 680 млн лет назад, ознаменовался мощной вспышкой разнообразия многоклеточных организмов и появлением животных (рис. 72). До этого периода находки многоклеточных редки и представлены растениями и, возможно, грибами. Возникшая в конце протерозоя фауна получила название эдиакарской по местности в Южной Австралии, где в середине XX в. в слоях возрастом 650—700 млн лет были обнаружены первые отпечатки животных. Впоследствии похожие находки были сделаны и на других материках. Эти находки послужили причиной выделения в протерозое особого периода, получившего название венд (по названию одного из славянских племен, живших на берегу Белого моря, где обнаружено множество ископаемых остатков представителей этой фауны). Венд продолжался примерно 110 млн лет. За это короткое по сравнению с предыдущими эпохами время возникло и достигло значительного разнообразия большое количество видов многоклеточных животных, относящихся к типам кишечнополостных, червей, членистоногих. Некоторые из этих животных имели до 1 м в длину, по-видимому, они были студенистыми, как медузы. Отличительная особенность животных вендо-эдиакарской фауны — отсутствие какого бы то ни было скелета. Вероятно, тогда еще не было хищников, от которых надо было защищаться.
Процессы развития жизни в протерозое и палеозое
Вопрос 2. Какие условия способствовали выходу растений и животных на сушу?
Выходу растений и животных на сушу способствовало накопление в атмосфере кислорода и, как следствие, образование озонового экрана, защищающего все живое от ультрафиолетового излучения.
Вопрос 3. Какие приспособления возникают у растений и животных в связи с выходом на сушу?
С выходом на сушу для растений понадобилась сосудистая система, обеспечивающая проведение воды и питательных веществ. Дальнейшая эволюция растений на суше была направлена на дифференцировку таллома на органы и совершенствование полового размножения — уменьшение зависимости от воды. Не меньшее значение имело и появление механических тканей, обеспечивающих поддержание формы тела в менее плотной по сравнению с водной наземно-воздушной средой. Образование пыльцевой трубки и семени способствовало распространению семенных растений на суше (голосеменные).
Для животных, вышедших на сушу, важнейшее значение имели органы, обеспечивающие: возможность дышать атмосферным воздухом (системы трахей, легочные мешки, легкие), передвижение (свободные конечности с их поясами) и размножение (органы, обеспечивающие возможность внутреннего оплодотворения, появление яйцевых оболочек), ороговение кожи.
Вопрос 4. Чем объяснить процветание папоротникообразных в карбоне и их постепенное вымирание к концу палеозойской эры?
В девоне происходит окончательное заселение суши растениями (сначала это были плауны, хвощи и папоротники, а затем голосеменные); возникают первые леса, которые получили широкое распространение на суше. Наибольшего расцвета папоротниковые леса достигли в каменноугольном периоде. Для карбона был характерен влажный и теплый климат. Земля была покрыта мелкими морями и огромными заболоченными территориями. Еще не было сезонных колебаний погоды, и в условиях постоянного лета развились обширные и густые тропические леса, состоящие в основном из папоротников, хвощей и плаунов. В пермский период климат стал суше и прохладнее. Это привело к вымиранию крупных форм папоротниковидных.
Чем можно объяснить возникновение большого разнообразия многоклеточных животных в конце протерозоя
Развитие жизни в протерозое и палеозое.
1. В чем отличие низших растений от высших?
2. В чем преимущества семенного размножения перед споровым?
3. Почему рептилии более распространенная по сравнению с амфибиями группа животных?
В протерозое — эре ранней жизни — продолжалось усложнение организмов, совершенствовались способы питания и размножения.
Широкого распространения и многообразия достигали водоросли. Возникли формы многоклеточных водорослей, которые вели прикрепленный образ жизни и имели сложно дифференцированное слоевище, или таллом.
Среди животных возникло колоссальное разнообразие кишечнополостных и губок. К концу протерозойской эры появились все типы беспозвоночных, а также первые хордовые животные — подтип бесчерепных. В протерозойских отложениях находят остатки различных червей, моллюсков, примитивных членистоногих (рис. 92).
Крупнейшими ароморфозами протерозоя считаются появление животных с двусторонней симметрией тела и возникновение первых хордовых животных. Их единственным потомком, сохранившимся до наших дней, по-видимому, можно считать ланцетника.
Практически вся жизнь была сосредоточена в водной среде. Суша была безжизненна, лишь по берегам водоемов, в результате деятельности бактерий и других микроорганизмов, происходили процессы почвообразования.
Продолжалось накопление кислорода в атмосфере и обогащение кислородом вод, что способствовало появлению более высокоразвитых гетеротрофных организмов.
В палеозое — эре древней жизни — выделяют следующие периоды: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).
В начале палеозоя жизнь господствовала в основном в морях. На суше по-прежнему жили лишь бактерии и цианобактерии.
В морях кембрия господствовали многочисленные водоросли; среди животных появились беспозвоночные, покрытые твердым скелетом, который строился из карбоната и фосфата кальция, хитина и кремнезема. Животный мир был представлен в основном донными организмами, такими, как коралловые полипы, губки, черви, архециаты, различные иглокожие и членистоногие. Наибольшего распространения достигли древнейшие членистоногие — трилобиты. Их тело было заключено в хитиновый панцирь, расчлененный на 40—50 сегментов. От каких-то перешедших к хищничеству трилобитообразных произошли ракоскорпионы. В позднем кембрии появляются головоногие моллюски (рис. 93).
В ордовике произошло самое сильное в истории Земли затопление суши, в результате большая ее часть покрылась огромными болотами. В морях были распространены членистоногие и головоногие моллюски.
Появились первые бесчелюстные позвоночные, отдаленными потомками которых являются современные миноги и миксины.
В девоне широко распространились хвощи, плауны, папоротники. Наибольшего расцвета они достигли в каменноугольный период. Этому способствовал теплый и влажный.
Первыми наземными беспозвоночными были многоножки и паукообразные. Они, очевидно, произошли от каких-то трилобитообразных.
В девоне появились примитивные челюстноротые рыбы. Они имели хрящевой скелет и были покрыты панцирем. От них произошли настоящие акулы и кистеперые рыбы.
От кистеперых, способных дышать атмосферным воздухом и переползать из водоема в водоем, используя плавники, произошли первые земноводные, или амфибии, — ихтиостеги и стегоцефалы (рис. 96).
В обширных болотных лесах карбона земноводные достигли своего наибольшего разнообразия. Появляются первые примитивные насекомые — тараканы, жесткокрылые, стрекозы. В карбоне возникли примитивные формы рептилий, которые заселяли более сухие места.
В пермский период климат стал суше и прохладнее. Это привело к вымиранию крупных папоротниковидных. Среди растений господствующее положение на суше заняли голосеменные.
В перми вымерли многие крупные морские моллюски, трилобиты, крупные рыбы, крупные насекомые и паукообразные. Погибли и многие земноводные, с тех пор они уже никогда не были многочисленным классом животных. В то же время стали многочисленными и многообразными представители класса рептилий. Появились терапсиды — вероятные предки млекопитающих, объединявшие признаки амфибий, рептилий и млекопитающих.
Кембрий. Ордовик. Силур. Девон. Карбон. Пермь. Трилобиты. Риниофиты. Кистеперые рыбы. Стегоцефалы. Ихтиостеги. Терапсиды.
1. Какие ароморфозы произошли в протерозое и палеозое?
2. Какие условия способствовали выходу растений и животных на сушу?
3. Какие приспособления возникают у растений и животных в связи с выходом на сушу?
4. Чем объяснить процветание папоротникообразных в карбоне и их постепенное вымирание к концу палеозойской эры?
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроковс Биологии 9 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 9 класса
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.