www.Grandars.ru » География » Природопользование »

Этапы эволюции биосферы

Основные этапы эволюции биосферы

Изучением основных этапов эволюции живого занимается палеонтология - наука об ископаемых организмах.

Поскольку биологической эволюции предшествовала длительная предбиологическая эволюция, отдельные этапы биогенеза современная наука увязывает с геогенезом.

В геологической истории Земли выделяют различные эры, в которые происходили значительные геологические преобразования, перераспределялись суша и море, менялся климат и т.п. Кроме того, после возникновения жизни каждая эра характеризовалась своеобразием растительного и животного мира.

За период от 5 млрд лет назад до настоящего времени известны следующие геологические эры: катархей, архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой.

Возраст Земли — около 5 млрд лет. Жизнь на нашей планете возникла в архее примерно 3,5 млрд лет назад. В это время появляются первые живые клетки — прокариоты. Прокариоты — простые организмы, способные к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям окружающей среды. Характерное свойство прокариотов — отсутствие выраженного ядра. Эти организмы были анаэробными, т.е. могли жить без кислорода. Все необходимые для жизни вещества они получали в готовом виде из окружающей среды, т.е. были гетеротрофами.

С этого геологического времени начал действовать принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, несмотря на то, что имеется постоянное взаимодействие. В дальнейшем данное обобщение было заново сформулировано В.И. Вернадским в 1924 г.

Однако истощение первичного органического «бульона» потребовало радикального изменения способов питания. На смену гетеротрофам пришли автотрофы — живые организмы, существующие за счет солнечной энергии и вырабатывающие необходимые для жизни вещества самостоятельно (фотосинтез).

Фотосинтез сыграл существенную роль в биогенезе, способствовал общему ускорению эволюции органической материи. На этом этапе преимущество получили аэробные организмы, способные жить только в присутствии кислорода. Появление автотрофов существенно повлияло на состав земной атмосферы.

Сформировался озоновый слой, изменился состав воды в водоемах и т.д. Таким образом, биогенез оказал существенное влияние на эволюцию нашей планеты и гармонично «встроился» в геогенез, став его продолжением.

Считается, что нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21 %) было достигнуто в палеозое 250 млн лет назад, но процесс начался еше в архее (рис. 2.2).

В протерозое (1,8 млрд лет назад) появляются эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат выраженное ядро. Эукариоты более соответствовали новым условиям.

Рис. 2.2. Происхождение кислорода в атмосфере (по Ю. Одуму)

Примерно 1 млрд лет назад произошло разделение эукариотов на растительные и животные клетки. В дальнейшем растительные клетки эволюционировали в сторону использования фотосинтеза для обеспечения себя энергией, а животные клетки развивались в направлении совершенствования способов передвижения.

Следующим существенным шагом в биологической эволюции стало появление 900 млн лет назад полового размножения. Этот механизм размножения значительно повышает видовое разнообразие, что, с одной стороны, позволяет живым организмам лучше приспособиться к условиям окружающей среды, а с другой стороны значительно ускоряет эволюционный процесс.

Появление первых многоклеточных организмов произошло примерно 800 млн лет назад. Многоклеточный организм обладает развитыми органами и тканями, т.е. более дифференцирован по сравнению с одноклеточным.

Первый период палеозоя - кембрий - характеризуется таким взрывом биологического разнообразия, что он получил название кембрийской революции. Кембрийские породы насыщены многочисленными организмами (рис. 2.3). За этот период возникли практически все типы ныне существующих животных и целый ряд других, не дошедших до нашего времени. Появились археоциаты и губки, плеченогие, знаменитые трилобиты, разные группы моллюсков, ракушковые рачки и иглокожие.

Рис. 2.3. Реконструкция биоты раннего кембрия

В палеозое 500 млн лет назад появляются первые крупные (10- 11 м) плотоядные животные и первые небольшие по размерам (около 10 см) позвоночные. Примерно 410 млн лет назад живые организмы начинают завоевывать сушу.

Первые наземные животные были двоякодышащими. Они жили как в воде, так и на суше. От двоякодышащих существ впоследствии произошли сначала земноводные, а затем и сухопутные позвоночные животные.

Первыми полностью приспособленными для жизни на суше животными организмами стали древние рептилии, которые по виду напоминали современных яшериц. Примерно в этот же период возникают насекомые.

Около 300 млн лет назад насекомые начинают летать.

В мезозое (230 млн лет назад) происходит дальнейшая эволюция животного и растительного мира. Постепенно у наземных растений формируется компактная форма — происходит дифференциация на корень, стебель, листья, совершенствуется проводящая система, обеспечивающая растения водой и питательными веществами, изменяются способы размножения.

Для целей размножения на суше более подходят споры и семена, поэтому эволюционное преимущество получили те растения, которые размножались именно таким способом.

Наземная растительность эволюционировала так быстро, что к концу девона в сырых и приводных местообитаниях возникли леса из плауновых, хвощовых и папоротникообразных (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Споровые леса девона

Еше раньше на суше появились мхи. Эта споровая растительность могла существовать только во влажных полузатопляемых биотопах и, захораниваясь в анаэробных условиях, оставила залежи нового типа ископаемых — каменных углей.

В девоне уже существовали мелкие почвенные членистоногие, очевидно, потреблявшие гниющую органику. Однако деструкцион- ный процесс на суше был еще недостаточно эффективным, и биологический круговорот — незамкнутым. Массовое захоронение растительной органики и выход ее из системы биологического круговорота повлекли за собой ускоренное накопление 02 в воздухе. По расчетам М.И. Будыко [40], содержание атмосферного кислорода в начале фанерозоя составляло около трети от современного. В девоне, и особенно в следующем периоде - карбоне, оно достигло современного уровня и даже превзошло его. Карболовые леса — вершина развития споровой растительности. Они состояли из древовидных плауновых — лепидодендронов и сигиллярий, гигантских хвощовых — каламитов, мощных и разнообразных папоротниковых (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Споровые леса карбона

Дальнейшая эволюция растительного мира связана с совершенствованием семян.

Развивалось и царство животных. В начале мезозоя рептилии полностью завоевали сушу, поэтому эру мезозоя часто называют эрой пресмыкающихся. Древние рептилии постепенно осваивают все новые и новые места обитания, и все далее удаляются от воды.

Постепенно в ходе эволюции возникли плавающие, летающие и передвигающиеся по суше, хищные и растительноядные рептилии.

От древних летающих пресмыкающихся 195 млн лет назад произошли первые птицы, которые сочетали в себе признаки птиц и рептилий. Примерно в это же время появляются первые млекопитающие (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Рептилии и млекопитающие мезозоя: 1- птеранодон; 2 — рамфоринх; 3 — плезиозавр; 4 — мезозавр; 5 — бронтозавр; 6 — игуанодоны; 7 — трицератопс; 8 — мелкое плотоядное млекопитающее

Кайнозой (67 млн лет назад — настоящее время) — время господства млекопитающих, птиц, насекомых и цветковых растений.

В конце мезозойской эры произошло сильное похолодание, приведшее к гибели значительного числа видов растений и общему сокращению пространств, занятых растительностью. В этих условиях эволюционное преимущество получили покрытосемянные растения, поскольку их процесс размножения не только не зависит от наличия водной среды, но и возможен в новых климатических условиях.

В течение 67 млн лет кайнозойской эры не раз происходили изменения растительного царства, но цветковые (покрытосемянные) растения по-прежнему сохраняют господство.

Похолодание в конце мезозойской эры и гибель многочисленных видов растений привели к вымиранию сначала растительных, а затем и питающихся ими хищных динозавров. В условиях похолодания значительное эволюционное преимущество получили теплокровные животные — млекопитающие и птицы. На протяжении миллионов лет происходит появление новых видов живых существ, которые распространяются по поверхности Земли, занимая сушу, воздух и водную среду.

Примерно 8 млн лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих.

В этот же период появляются разнообразные виды приматов и тем самым сложились предпосылки для начала антропогенеза: 2-3 млн лет назад началось очередное вымирание лесов. Одна из групп антропоидных обезьян постепенно стала осваивать новые огромные открытые пространства. Предположительно именно от этих обезьян произошли люди.

Сейчас жизнь на Земле представлена клеточными и доклеточными организмами. Доклеточные живые организмы — вирусы и фаги.

Вирусы - переходная форма, объединяющая в себе свойства живого и неживого. Слово «вирус» образовано от латинского «вирус» — яд. Вирусы были открыты только в 1892 г. русским ученым Д. Ивановским. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, т.е. имеют признаки живых организмов, но с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не проявляют признаков живого — не имеют собственного обмена веществ, не реагируют на раздражители, не способны к росту и размножению.

Клеточные организмы традиционно разделяют на четыре царства: микроорганизмы, грибы, растения и животные. Основными группами органической природы считаются растения и животные.

В настоящее время царство растений представлено более чем 500 ООО видов, царство животных — более 1,2 млн видов.

В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

  • появление простейших клеток-прокариотов;
  • появление значительно более организованных клеток-эукариотов;
  • объединение клеток-эукарйотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организме;
  • появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;
  • возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа сбора, систематизации, хранения информации и управления на ее основе поведением организмов;
  • формирование разума как высшей формы деятельности мозга;
  • образование социальной общности людей — носителей разума. Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека.

В ходе эволюции Земли на смену геолого-биологической эволюции пришел период социальной эволюции, который принес самые крупные изменения в биосфере Земли, во всем облике нашей планеты.