Эволюция на Земле
СОДЕРЖАНИЕ: Введение 1. Эволюция жизни на Земле 1.1 Эволюция одноклеточных организмов 1.2 Эволюция многоклеточных организмов 1.3 Эволюция растительного мира 1.4 Эволюция животного мираПлан
Введение
1. Эволюция жизни на Земле
1.1 Эволюция одноклеточных организмов
1.2 Эволюция многоклеточных организмов
1.3 Эволюция растительного мира
1.4 Эволюция животного мира
1.5 Эволюция биосферы
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Часто кажется, что организмы находятся всецело во власти среды: среда ставит им пределы, и в этих пределах они должны либо преуспеть, либо погибнуть. Но организмы и сами воздействуют на среду. Они изменяют ее непосредственно за недолгое свое существование и за долгие периоды эволюционного времени. Как известно, гетеротрофы поглощали питательные вещества из первичного «бульона» и что автотрофы способствовали появлению окислительной атмосферы, подготовив, таким образом, условия для возникновения и эволюции процесса дыхания.
Появление в атмосфере кислорода обусловило возникновение озонового слоя («озонового щита Земли»). Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и действует как фильтр, который задерживает ультрафиолетовое излучение, губительное для белков и нуклеиновых кислот, и не дает ему дойти до поверхности Земли.
Первые организмы жили в воде, и вода экранировала их, поглощая энергию ультрафиолетового излучения. До появления защитного озонового слоя ультрафиолетовое излучение было, вероятно, одним из главных факторов, препятствовавших выходу первых живых организмов из воды на сушу.
Первые поселенцы суши нашли здесь в изобилии и солнечный свет, и минеральные вещества, так что вначале они были практически избавлены от конкуренции. Деревья и травы, покрывшие вскоре растительную часть земной поверхности, пополняли запас кислорода в атмосфере; кроме того, они изменяли характер водного стока па Земле и ускоряли процесс образования почв из горных пород. Так организмы и среда на протяжении всей истории жизни на нашей планете взаимно формировали друг друга.
Гигантский шаг на пути эволюции жизни был связан с возникновением основных биохимических процессов обмена — фотосинтеза и дыхания, а также с образованием эукариотической клеточной организации, содержащей ядерный аппарат.
1. Эволюция жизни на Земле
1.1 Эволюция одноклеточных организмов
Различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что прокариоты могут жить как в бескислородной среде, так и в среде с разным содержанием кислорода, в то время как для эукариотов, за немногим исключением, обязателен кислород.
Сравнение прокариот и эукариот по потребности в кислороде приводит к заключению, что прокариоты возникли в период, когда содержание кислорода в среде изменялось. Ко времени же появления эукариот концентрация кислорода была высокой и относительно постоянной.
Первые фотосинтезирующие организмы появились около 3 млрд. лет назад. Это были анаэробные бактерии, предшественники современных фотосинтезирующих бактерий. Именно они образовали самые древние среди известных строматолитов. Обеднение среды азотистыми органическими соединениями вызывало появление живых существ, способных использовать атмосферный азот. Такими организмами являются фотосинтезирующие азотфиксирующие сине-зеленые водоросли, осуществляющие анаэробный фотосинтез. Они устойчивы к продуцируемому ими кислороду и могут использовать его для собственного метаболизма. Поскольку сине-зеленые водоросли возникли в период, когда концентрация кислорода в атмосфере изменялась, вполне очевидно, что они — промежуточные формы между анаэробами и аэробами.
Считается, что хемосинтез, в котором источником атомов водорода для восстановления углекислого газа является сероводород (такой хемосинтез осуществляют современные зеленые и пурпурные серные бактерии), предшествовал более сложному двустадийному; фотосинтезу, при котором источником атомов водорода являются молекулы воды. Второй тип фотосинтеза характерен для зеленых растений.
Фотосинтезирующая деятельность первичных одноклеточных имела два последствия, оказавшие решающее влияние на всю дальнейшую эволюцию живого.
Во-первых, фотосинтез освободил организмы от конкуренции за природные запасы абиогенных органических соединений, количество которых в среде значительно сократилось. Развившиеся посредством фотосинтеза автотрофное питание и запасание питательных готовых веществ в растительных тканях создали затем условия для появления громадного разнообразия автотрофных и гетеротрофных организмов.
Во-вторых, фотосинтез обеспечивал насыщение атмосферы достаточным количеством кислорода для возникновения и развития организмов, энергетический обмен которых основан на процессах дыхания.
Когда же появились эукариотические клетки? Значительное количество данных об ископаемых эукариотах позволяет сказать, что их возраст составляет около 1,5 млрд. лет. В эволюции одноклеточной организации выделяются ступени, связанные с усложнением строения организма, совершенствованием генетического аппарата и способов размножения.
Прогрессивным явлением в филогенезе простейших было возникновение у них полового размножения. Постепенно в ходе прогрессивной эволюции произошел переход к разделению генеративных клеток на женские и мужские.
1.2 Эволюция многоклеточных организмов
Следующая после возникновения одноклеточных ступень эволюции заключалась в образовании и прогрессивном развитии многоклеточных организмов. Эта ступень отличается большой усложненностью переходных стадий (форм), из которых выделяются колониальная одноклеточная, первично-дифференцированная, централизованно-дифференцированная.
Колониальная одноклеточная стадия.
Колониальная одноклеточная стадия считается переходной от одноклеточного организма к многоклеточному и является наиболее простой из всех стадий в эволюции многоклеточной организации.
Первично-дифференцированная стадия.
Первично-дифференцированная стадия в эволюции многоклеточных организмов характеризуется началом специализации по «принципу разделения труда» у членов колонии. На первично-дифференцированной стадии происходит специализация функций на тканевом, органном и системно-органном уровнях. Так, у кишечнополостных сформировалась простая нервная система, которая, распространяя импульсы, координирует деятельность двигательных, железистых, стрекательных, репродуктивных клеток. Нервного центра как такового еще нет, но центр координации имеется.
Централизованно-дифференцированная стадия.
С кишечнополостных начинается развитие централизованно-дифференцированной стадии в эволюции многоклеточной организации. На этой стадии усложнение морфофизиологической структуры идет через усиление тканевой специализации, начиная с возникновения зародышевых листков, детерминирующих морфогенез пищевой, выделительной, генеративной и других систем органов. Возникает хорошо выраженная централизованная нервная система. Одновременно совершенствуются способы полового размножения — от наружного оплодотворения к внутреннему, от свободной инкубации яиц вне материнского организма к живорождению.
Заключительным этапом в эволюции централизованно-дифференцированной стадии стало возникновение человека.
1.3 Эволюция растительного мира
В протерозойскую эру (около 1 млрд. лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде, часть прикреплялась ко дну.
Существенным условием дальнейшей эволюции растений был образование субстрата на поверхности суши в результате воздействия бактерий на минеральные вещества и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (41 млн. лет назад).
Первыми растениями, освоившими сушу, были псилофиты. Затем возникли другие группы наземных сосудистых растений: плауны, хвощи, папоротники, размножающиеся спорами и предпочитающие водную среду. Примитивные сообщества этих растений широко распространились в девоне. В этот же период появились и первые голосеменные, возникшие от древних папоротников и унаследовавшие от них внешний древовидный облик.
Переход к размножению семенами имел большое значение, так как освободил процесс полового размножения от связи со средой.
Значительного разнообразия достигла наземная флора в каменноугольный период. Среди древовидных широко распространились плаунообразные, достигавшие в высоту 30 м и более, из первичных голосеменных господствовали разнообразные птеридоспермы и кордаиты, напоминавшие стволами хвойные и имевшие длинные лентовидные листья. Начавшийся в пермский период расцвет голосеменных, в частности хвойных, привел к их господству в мезозойскую эру. К середине пермского периода климат стал засушливее, что во многом отразилось на изменениях в составе флоры. Сошли с арены гигантские папоротники, древовидные плауны, каламиты и исчез столь яркий для той эпохи колорит тропических растений.
Опыление насекомыми и внутреннее оплодотворение создали значительные преимущества цветковых над голосеменными, что обеспечило их расцвет в кайнозое.
Итак, можно отметить следующие основные особенности эволюции растительного мира:
1) постепенный переход к преобладанию диплоидного поколения над гаплоидным;
2) половое размножение, не зависимое от капельно-воздушной среды; переход от наружного оплодотворения к внутреннему, возникновение двойного оплодотворения.
3) в связи с прикрепленным образом жизни на суше растение расчленяется на корень, стебель и лист, развиваются сосудистая проводящая система и защитные ткани;
4) совершенствование органов размножения и перекрестного опыления у цветковых в сопряженной эволюции с насекомыми – развитие зародышевого мешка для защиты растительного эмбриона от неблагоприятных влияний внешней среды; возникновение разнообразных способов распространения семян и плодов физическими и биологическими способами.
1.4 Эволюция животного мира
История животных изучена наиболее полно в связи с тем, что они обладают скелетом и поэтому лучше сохраняются в окаменелых остатках. Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн. лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей. Наиболее близки к предкам простейших животных одноклеточные зеленые водоросли. Не случайно, например, эвглену и вольвокс, способных и к фотосинтезу, и к гетеротрофному питанию, ботаники относят к типу зеленых водорослей, а зоологи — к типу простейших животных.
Разнообразие и количество палеонтологических документов истории животных резко возрастают в породах, датируемых менее 570 млн. лет. В течение примерно 50 млн. лет довольно быстро появляются почти все типы животных с прочным скелетом. Возникновение Типа Хордовых относится ко времени менее 500 млн. лет.
Начало палеозоя отмечено образованием многих типов животных, из которых примерно треть существует и в настоящее время. В позднее кембрийское время появляются первые рыбы. В девоне возникают челюстные рыбы в результате таких крупных эволюционных преобразований, как превращение передней пары жаберных дуг в челюсти и формирование парных плавников. Первых челюстноротых представляли две группы: лучеперые и лопастеперые рыбы. Почти все живущие рыбы — потомки лучеперых. Лопастеперые имели в плавниках костные опорные элементы, из которых развились конечности первых обитателей суши. Следовательно, все четвероногие позвоночные имеют свою далеким предком эту исчезнувшую группу рыб.
Наиболее древние представители амфибий - ихтиостеги - обнаружены в верхнедевонских отложениях (Гренландия). Они обладали пятипалыми конечностями, с помощью которых переползали по суше. Конкуренция с кистеперыми заставляла первых земноводных занимать местообитания, промежуточные между водой и сушей.
От примитивных амфибий ведут свое начало рептилии, широко расселившиеся на суше к концу пермского периода благодаря приобретению легочного дыхания и оболочек яиц, защищающих от высыхания. Первые рептилии уступили место гигантским рептилиям, динозаврам, появившимся 150 млн. лет назад. Вполне вероятно, что последние были теплокровными животными. В связи с теплокровностью динозавры вели активный образ жизни, чем можно объяснить их длительное господство и сосуществование с млекопитающими.
Уже в период господства динозавров существовала группа млекопитающих — небольших по размеру животных с шерстным покровом, возникших от одной из линий хищных рептилий — терапсид. Млекопитающие вышли на передний край эволюции благодаря таким прогрессивным особенностям, как более развитый мозг и связанная с этим большая активность, теплокровность, вскармливание потомства молоком.
Значительного разнообразия млекопитающие достигли в кайнозое, тогда же появились приматы. Третичный период был временем расцвета млекопитающих. Прогрессивная эволюция приматов оказалась уникальным явлением в истории развития жизни на Земле, в итоге она привела к возникновению человека.
Особенности эволюции животного мира:
1) прогрессивное развитие многоклеточных организмов и связанная с ним специализация тканей и всех систем органов. Свободный образ жизни и способность к перемещению в значительной мере определили совершенствование форм поведения, а также относительную независимость индивидуального развития от колебаний факторов внешней среды на основе развития внутренних регуляторных систем;
2) возникновение твердого скелета: наружного — у членистоногих, внутреннего — у позвоночных. Такое разделение определило разные пути эволюции этих типов животных. Наружный скелет членистоногих препятствовал увеличению размеров тела, именно поэтому все насекомые представлены мелкими формами. Внутренний скелет позвоночных не ограничивал увеличение размеров тела, которые постигли максимальной величины у мезозойских рептилий — динозавров и ихтиозавров;
3) возникновение органо-полостных и совершенствование их на централизованно-дифференцированной стадии до млекопитающих. На этой стадии произошло разделение насекомых и позвоночных. Развитие центральной нервной системы у насекомых характеризуется| совершенствованием форм поведения по типу наследственного укрепления инстинктов. У позвоночных развился головной мозг и система условных рефлексов. Наблюдается ярко выраженная тенденция к повышению средней выживаемости отдельных особей.
Данный путь эволюции позвоночных привел к развитию форм группового адаптивного поведения, заключительным событием которогo стало возникновение биосоциального существа — человека.
1.5 Эволюция биосферы
Эволюция биосферы обусловлена тремя группами факторов:
1) развитием Земли как космического тела и протекающими и ее недрах химическими преобразованиями;
2) биологической эволюцией живых организмов;
3) развитием человеческого общества.
С момента возникновения жизнь оформилась в виде примитивной биосферы, и с этого времени ее эволюция тесно сопряжена с возникновением разнообразных видов микроорганизмов, грибов, растений, животных. Число вымерших видов, некогда обитавших на земном шаре, определяется от одного до нескольких миллиардов. Многообразие видов, существовавших в прошлом и населяющих планету сейчас, есть результат исторического развития биосферы в целом.
Создателем современного учения о биосфере стал В.И. Вернадский.
Согласно выдвинутому В.И. Вернадским закону, названному им «вторым биогеохимическим принципом», эволюция видов и возникновение устойчивых форм жизни шли в направлении усиления биогенной миграции атомов в биосфере. Взаимосвязь эволюции органического мира с основными биогеохимическими процессами в биосфере В.И. Вернадский усматривал, прежде всего, в биогенных миграциях химических элементов, т.е. в «прохождении» их через организмы.
Основная структурная единица биосферы — биогеоценоз. Свойства биосферы в значительной мере определяются свойствами структурных единиц. Входя в состав биосферы, биогеоценозы, естественно, связаны между собой. Совокупность геологических и космических факторов существенно изменяла условия жизни на Земле. Поэтому уже с момента зарождения живое приспосабливалось к этим изменениям, что сопровождалось увеличением многообразия органических форм. Постепенно захват новых, ранее непригодных зон жизни, привел к почти полному заселению всех возможных для существования живого мест обитания. Таким образом, эволюционные преобразования биосферы, обусловленные совместным действием биотических и абиотических факторов, — необходимые условия для существования жизни на Земле.
Заключение
Каждый из видов, населяющих нашу планету, есть результат многомиллионнолетней эволюции, носитель неповторимых генетических особенностей. Мы обязаны сохранить и передать потомкам то биологическое разнообразие, которое существует на Земле и является следствием неповторимости эволюционных путей, приведших к формированию каждого вида. То принципиально новое, что внес XX в. в понимание проблемы органического многообразия, сводится к следующему: сохранение биологического разнообразия — непременное условие существования человека на Земле.
В связи с проблемой устойчивости экосистем возникла необходимость разработки концепции устойчивого развития. По своему замыслу принятие этой концепции должно стимулировать разработку общей стратегии развития человеческого общества на базе экологически целесообразного природопользования, сохранения благоприятного для людей состояния окружающей среды, обеспечивающем приемлемое качество жизни для нынешнего и последующих поколений людей.
Существующая в настоящее время идеология «общества потребления» губительна для биосферы, для составляющих ее экосистем, для сохранения видового и экосистемного биоразнообразия, для вида Homo sapiens, выживание которого зависит в первую очередь от устойчивости биосферы, а, в конечном счете — от ее биологического разнообразия.
Список использованной литературы
1. Биологический энциклопедический словарь. — М., 1989.
2. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. — М.: Наука, 1989.
3. Концепции современного естествознания: Учебник / Под ред. В.Н. Лавриненко. - М.: ЮНИТИ, 2004.
4. Кузнецов В.Н, Идлис Г.М., Гущина В.Н. Естествознание. — М.: Агар, 1996.
5. Мамонтов Г.С., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник. — М.: Высшая школа, 2003.
6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. — М.: Гардарики, 2005.
7. Энциклопедия «Современное естествознание»: В 10 т. — Т. 2 - 2001.