ЕТАПИ РАННІЙ ЕВОЛЮЦІЇ:

Коацервати (поява доклітинних форм життя)

Прокаріотичні клітини (виникнення життя, клітинних форм життя – анаеробних гетеротрофів)

Хемосинтезуючі бактерії (поява хемосинтезу)

Фотосинтезуючі бактерії (поява фотосинтезу, що надалі це призведе до виникнення озонового екрану, який дозволить організмам вийти на сушу)

Аеробні бактерії (поява кисневого дихання)

Еукаріотичні клітини (виникнення еукаріотів)

Багатоклітинні організми

- (Вихід організмів на сушу)

ЕТАПИ ЕВОЛЮЦІЇ РОСЛИН:

- (Поява фотосинтезу у прокаріотів)

Одноклітинні водорості

Багатоклітинні водорості

Риніофіти, Псилофіти (вихід рослин на сушу, диференціація клітин та поява тканин)

Мохи (поява листя та стебла)

Папороть, Хвощі, Плауни (поява коріння)

Покритонасінні (поява квітки та плода)

ЕТАПИ ЕВОЛЮЦІЇ ТВАРИН:

Найпростіші

Кишковопорожнинні (поява багатоклітинності)

Плоскі черви (виникнення двосторонньої симетрії)

Круглі черви

Кільчасті черви (розчленування тіла на сегменти)

Членистоногі (виникнення хітинового покриву)

Безчерепні (освіта хорди, предки хребетних)

Риби (виникнення мозку у хребетних)

Кістепері риби

Стегоцефали (перехідні форми між рибами та земноводними)

Земноводні (виникнення легень та п'ятипалої кінцівки)

Плазуни

Яйцекладучі ссавці (виникнення чотирикамерного серця)

Плацентарні ссавці

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ:
ЗАВДАННЯ ЧАСТИНИ 2:

Завдання

1. Встановіть послідовність еволюційних процесів на Землі хронологічному порядку
1) вихід організмів на сушу
2) виникнення фотосинтезу
3) формування озонового екрану
4) утворення коацерватів у воді
5) поява клітинних форм життя

Відповідь

2. Встановіть послідовність еволюційних процесів на Землі у хронологічному порядку
1) виникнення прокаріотичних клітин
2) утворення коацерватів у воді
3) виникнення еукаріотичних клітин
4) вихід організмів на сушу
5) поява багатоклітинних організмів

Відповідь

3. Встановіть послідовність, що відбиває етапи еволюції протобіонтів. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) анаеробні гетеротрофи
2) аероби
3) багатоклітинні організми
4) одноклітинні еукаріоти
5) фототрофи
6) хемотрофи

Відповідь

4. Встановіть послідовність виникнення груп організмів у еволюції органічного світу Землі у хронологічному порядку. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) гетеротрофні прнокаріоти
2) багатоклітинні організми
3) аеробні організми
4) фототрофні організми

Відповідь

Встановіть послідовність формування ароморфозів в еволюції хордових тварин
1) виникнення легенів
2) утворення головного та спинного мозку
3) освіта хорди
4) виникнення чотирикамерного серця

Відповідь

Розташуйте органи тварин у порядку їхнього еволюційного виникнення. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) плавальний міхур
2) хорда
3) трикамерне серце
4) матка
5) спинний мозок

Відповідь

Встановіть послідовність появи ароморфозів у процесі еволюції хребетних тварин Землі у хронологічному порядку. Запишіть відповідну послідовність цифр
1) розмноження яйцями, вкритими щільними оболонками
2) формування кінцівок наземного типу
3) поява двокамерного серця
4) розвиток зародка в матці
5) годування молоком

Відповідь

Встановіть послідовність формування ароморфозів в еволюції безхребетних тварин
1) виникнення двосторонньої симетрії тіла
2) поява багатоклітинності
3) виникнення членистих кінцівок, покритих хітином
4) розчленовування тіла на безліч сегментів

Відповідь

Встановіть правильну послідовність появи Землі основних груп тварин. Запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) Членистоногі
2) Кільчасті черви
3) Безчерепні
4) Плоскі черви
5) Кишковопорожнинні

Відповідь

Встановіть, у якій послідовності слід розташувати типи безхребетних тварин з огляду на ускладнення їх нервової системив еволюції
1) Плоскі черви
2) Членистоногі
3) Кишковопорожнинні
4) Кільчасті черви

Відповідь

Встановіть послідовність ускладнення організації вказаних тварин у процесі еволюції
1) дощовий хробак
2) звичайна амеба
3) біла планарія
4) травневий жук
5) нематода
6) річковий рак

Відповідь

Встановіть послідовність процесів, що відбуваються під час еволюції рослин Землі, в хронологічному порядку. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) виникнення еукаріотичної фотосинтезуючої клітини
2) чіткий поділ тіла на коріння, стебла, листя
3) вихід на сушу
4) поява багатоклітинних форм

Відповідь

1) зелені водорості
2) хвощеподібні
3) насіннєві папороті
4) рініофіти
5) голонасінні

Відповідь

Встановіть, у якій хронологічній послідовності на Землі з'явилися основні групи рослин
1) Псилофіти
2) Голонасінні
3) Насінні папороті
4) Одноклітинні водорості
5) Багатоклітинні водорості

Відповідь

Встановіть послідовність систематичного становища рослин, починаючи з найменшої категорії. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) псилофіти
2) одноклітинні водорості
3) багатоклітинні водорості
4) голонасінні
5) папоротеподібні
6) покритонасінні

Відповідь

Встановіть, у якій послідовності відбувався розвиток рослинного світу на Землі
1) виникнення та панування покритонасінних
2) виникнення водоростей
3) виникнення та панування голонасінних
4) вихід рослин на сушу
5) виникнення та панування папоротьподібних

Відповідь

Встановіть послідовність ароморфозів в еволюції рослин, що зумовили появу високоорганізованих форм
1) диференціація клітин та поява тканин
2) поява насіння
3) утворення квітки та плоду
4) поява фотосинтезу
5) формування кореневої системи та листя

Відповідь

Встановіть правильну послідовність виникнення найважливіших ароморфозів рослин. Запишіть відповідну послідовність цифр.
1) виникнення багатоклітинності
2) поява коренів та кореневищ
3) розвиток тканин
4) освіта насіння
5) виникнення фотосинтезу
6) виникнення подвійного запліднення

Відповідь

Розташуйте рослини в послідовності, що відбиває ускладнення їх організації у процесі еволюції систематичних груп, яких вони належать.
1) Хламідомонаду
2) Псилофіт
3) Сосна звичайна
4) Папороть орляк
5) Ромашка лікарська
6) Ламінарія

Відповідь

Встановіть правильну послідовність найважливіших ароморфозів рослин. Запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) Фотосинтез
2) Утворення насіння
3) Поява вегетативних органів
4) Виникнення квітки у плода
5) Виникнення багатоклітинності

Рис. 52. Можливий шлях утворення еукаріотичних організмів

В даний час живі організми виникають лише внаслідок розмноження. Самозародження життя в сучасних умовахнеможливо з кількох причин. По-перше, за умов кисневої атмосфери Землі органічні сполуки швидко руйнуються, тому що неспроможні накопичитися й удосконалитися. А по-друге, нині існує безліч гетеротрофних організмів, які використовують будь-яке скупчення органічних речовин для свого харчування.
Питання для повторення та завдання
Які космічні чинники на ранніх етапах розвитку Землі стали передумовами виникнення органічних сполук? Назвіть основні стадії виникнення життя відповідно до теорії біопоезу. Як утворювалися, які властивості мали і в якому напрямку еволюціонували коацервати? Розкажіть, як з'явилися пробіонти. Опишіть, як могло відбуватися ускладнення внутрішньої будови перших гетеротрофів. Чому неможливе самозародження життя в сучасних умовах?
Подумайте! Виконайте! Поясніть, чому зараз на нашій планеті неможливе зародження життя з речовин неорганічної природи. Як ви вважаєте, чому саме море стало первинним середовищем розвитку життя? Візьміть участь у дискусії «Виникнення життя на Землі». Висловіть свою думку з цього питання.
Робота з комп'ютером
Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал та виконайте завдання.


Еукаріоти, еубактерії та архебактерії. Порівнюючи послідовності нуклеотидів у рибосомних РНК (рРНК), вчені прийшли до висновку, що всі живі організми нашої планети можна поділити на три групи: еукаріоти, еубактерії та архебактерії. Дві останні групи – прокаріотичні організми. У 1990 р. Карл Везе - американський дослідник, Який побудував на підставі рРНК філогенетичне дерево всіх живих організмів, запропонував для цих трьох груп термін «домени».
Оскільки генетичний код у організмів всіх трьох доменів один і той же, була висунута гіпотеза, що вони мають спільну предка. Цього гіпотетичного предка назвали «прогенотом», тобто прабатьком. Припускають, що еубактерії та архебактерії могли походить від прогенота, а сучасний тип еукаріотичної клітини, мабуть, виник у результаті симбіозу стародавнього еукаріота з еубактеріями.

В архейській ері з'явилися перші живі організми. Вони були гетеротрофами і як їжу використовували органічні сполуки «первинного «бульйону». Першими жителями нашої планети були анаеробні бактерії. Найважливіший етап еволюції життя Землі пов'язані з виникненням фотосинтезу, що зумовлює поділ органічного світу на рослинний і тваринний. Першими фотосинтезуючими організмами були прокаріотичні (доядерні) ціанобактерії та синьо-зелені водорості. Еукаріотичні зелені водорості, що з'явилися потім, виділяли в атмосферу з океану вільний кисень, що сприяло виникненню бактерій, здатних жити в кисневому середовищі. У цей же час – на межі архейської протерозойської ери відбулися ще дві великі еволюційні події – з'явилися статевий процес та багатоклітинність.

Щоб ясніше уявити значення двох останніх ароморфозів, зупинимося на них докладніше. Гаплоїдні організми (мікроорганізми, синьо-зелені) мають один набір хромосом. Кожна нова мутація відразу ж виявляється у них у фенотипі. Якщо мутація корисна, вона зберігається добором, якщо шкідлива, усувається відбором. Гаплоїдні організми безперервно пристосовуються до середовища, але нових ознак і властивостей у них немає. Статевий процес різко підвищує можливість пристосування до умов середовища внаслідок створення незліченних комбінацій у хромосомах. Диплоїдність, що виникла одночасно з оформленим ядром, дозволяє зберегти мутації в гетерозиготному стані та використовувати їх як резерв спадкової мінливостідля подальших еволюційних перетворень. Крім того, у гетерозиготному стані багато мутацій часто підвищують життєздатність особин і, отже, збільшують їхні шанси у боротьбі за існування.

Виникнення диплоїдності та генетичної різноманітності одноклітинних еукаріотів, з одного боку, зумовили неоднорідність будови клітин та їх об'єднання в колонії, з іншого – можливість «поділу праці» між клітинами колонії, тобто. освіта багатоклітинних організмів. Поділ функцій клітин у перших колоніальних багатоклітинних організмів призвело до утворення первинних тканин – ектодерми та ентодерми, що надалі дало можливість для виникнення складних органів та систем органів. Удосконалення взаємодії між клітинами спочатку контактної, а потім за допомогою нервової та ендокринної систем забезпечило існування багатоклітинного

організму як єдиного цілого.

Шляхи еволюційних перетворень перших багатоклітинних були різні. Деякі перейшли до сидячого способу життя і перетворилися на організми типу губок. Інші стали повзати за допомогою вій. Від них походять плоскі хробаки. Треті зберегли плаваючий спосіб життя, набули рота і дали початок кишковопорожнинним.

3. Історія Землі, з часу появи на ній органічного життяі до появи на ній людини, поділяється на три великі періоди - ери, що різко відрізняються одна від одної, і носять назви: Палеозою - стародавнє життя, Мезозою - середнє, Неозой - нове життя.

З них найбільший за часом - палеозой, він іноді поділяється на дві частини: ранній палеозой і пізній, оскільки астрономічні, геологічні, кліматичні та флористичні умови пізнього різко відрізняються від раннього. До першого входять: кембрійський, силурійський та девонський періоди, у другий – кам'яновугільний та пермський.

До палеозою була архейська ера, але тоді ще не було життя. Перше життя Землі - це водорості і взагалі рослини. Перші водорості зародилися у питній воді: так представляється сучасної науці виникнення першої органічної життя, і потім з'являються молюски, харчуються водоростями.

Водорості переходять у наземну траву, гігантські трави переходять у травоподібні дерева палеозою.

У девонський період Землі утворюється буйна рослинність, а воді -життя як її дрібних представників: найпростіших, трилобітів тощо. Теплий клімат – на всьому земній кулі, Бо ще немає сучасного неба з його сонцем, місяцем і зірками; все було вкрите густим, слабопроникним, потужним туманом з водяної пари, ще в колосальній кількості навколишніх землю, і лише частина осіла у водні басейни океанів. Земля мчить у холодному світовому просторі, але тоді вона була одягнена в теплу, непроникну оболонку. Внаслідок парникового (оранжерейного) ефекту весь ранній палеозой, включаючи навіть кам'яновугільний період, має тепловодну флору і фауну по всій землі: і на Шпіцбергені, і в Антарктиці - всюди поклади кам'яного вугілля, що є продуктом тропічного лісу, була тепловодна морська фауна. Тоді промені сонця не проникали безпосередньо на землю, але переломлювалися під відомим кутом через пари і висвітлювали її інакше, ніж зараз: ніч була не такою темною і не такою довгою, а день не таким яскравим. Доба була коротша за нинішню. Не було ні зими, ні літа, ще немає астрономічних і геофізичних причин для цього. Поклади кам'яного вугілля складаються з дерев, що не мають річних кілець, їхня структура трубчаста, як у трави, а не кільцева. Значить, пір року не було. Не було й кліматичних поясів, також через парниковий ефект.

Сучасна палеонтологія вже досить вивчила всі види живих організмів кембрійського періоду: близько тисячі різних видів молюсків, але є підстави вважати, що все ж таки перша рослинність і навіть перші молюски з'явилися наприкінці архейської ери.

У наступний, силурійський період, кількість молюсків збільшується до 10000 різновидів, а девонський період з'являються двоякодишащіе риби, тобто риби, які мають хребта, але вкриті панцирем, як перехідна форма від молюсків до риб. Вони дихали і зябрами, і легенями. Вони роблять спробу перетворитися на мешканців суші, але їм доводиться здійснити це. Перехід із моря на сушу виконають амфібії, із класу хребетних типу земноводних ящерів.

Перший представник ящерів – археозавр – з'являється наприкінці палеозою, розвиток отримує на початку мезозойської ери, у тріасовий період.

Відмінні властивості палеозою:світло не було відокремлене від темряви, проміжний стан, середній між світлом і темрявою, між днем ​​і вночі, частково продовжується до початку карбону. На небі не було видно світил. Не було пір року та кліматичних поясів.

Докази:відсутність річних кілець на деревах палеозою, крім останнього, пермського періоду, коли вони вперше з'являються зникнення відтоді всіх травоподібних дерев із трубчастою структурою стовбура; поширення тропічної рослинності по всій поверхні землі, включаючи полюси; така сама теплолюбна фауна по всій землі; освіту в гігантських кількостях покладів кам'яного вугілля, як наслідок загибелі травоподібних лісів, не пристосованих до прямих променів сонця і природно обуглившихся і загиблих від ультрафіолету та сонячної радіації, як обвугливалась трава в спекотне літо при посусі.

З пермського періоду з'являються кліматичні пояси та розподіл пізніх флори та фауни, що по-різному пристосувалися до кліматичних поясів.

Наступному періоду у житті Землі відповідає вся мезозойська ера, тобто періоди: тріасовий, юрський та крейдяний. Це був найбільший розквіт тваринного царства. Найрізноманітніші й химерні форми рептилій населяли Землю. Вони були як у морях, так і на суші та у повітрі. Необхідно відзначити, що весь клас комах з'явився ще наприкінці палеозою, причому вони були набагато більшими, ніж їхні сучасні нащадки.

Перші птахи з'являються у юрський період. Розмножувалися як кількісно, ​​а й у різноманітні види. В одного виду птахів народжувалися пташенята зі своїми особливостями, які давали початок новому виду птахів, у яких у свою чергу з'являлися пташенята, не зовсім на них схожі. Так розвивався різноманітний світ живих істот. У деякі моменти були зовсім дивовижні метаморфози.

Палеонтологи знають багато екземплярів різних ступенів у розвитку птахів і жодного проміжного виду між ними: це птеродактилі, археоптерикси і птахи, що зовсім розвинулися.

Птеродактилі - це напівптиці, напіврептилії. Це ящір, у якого сильно розвинулися пальці лап і між ними з'явилися плівки, як у кажана. Але наступне покоління, що зберегло той самий довгий хребет, по обидва боки якого виросло пір'я, різко відрізняється від попередників. Тулуб і крила вкрилися пір'ям, але на крилах залишилися пазурі для чіпляння за гілки.

Голова археоптерикса – морда звіра, успадкована від птеродактилю, з гострими великими зубами та м'якими губами. І лише в наступному поколінні відпадає хребетний хвіст і голова стає головою птаха з дзьобом.

Настає остання ера – неозойська. Вона включає третинний і льодовиковий (четвертинний) періоди. Людина з'являється до кінця льодовикового періоду. Саме в неозойську еру з'явилися ссавці. Це майже сучасний світ тварин. Фауну того часу можна певною мірою побачити в Африці, якої не торкнувся льодовик.

Найбільшим питанням є для багатьох питання про мавп. Більшість вчених схильні вважати, що мавпа аж ніяк не може бути попередником людини; але дехто каже, що має бути якийсь спільний предок. Але цього спільного предка наразі не знайшли.

Геохронологічна таблиця Землі

Найперші організми

Породи археяі раннього протерозоюдійшли до нас у сильно зміненому стані. Високі тиску і температури перетворили первісний вигляд породи, знищивши всякі сліди стародавнього життя. Тому вивчення найдавнішого тваринного та рослинного світу пов'язане з величезними труднощами. Однак за останнє століття за допомогою приладів вдалося дещо прояснити і у вигляді найперших організмів на Землі.

Вивчаючи за допомогою електронного мікроскопа, хімічних та ізотопних аналізів сланці свити Онвервахт (Родезія), вік яких перевищує 3,2 мільярда років, вчені Аризонського університету (США) виявили в них тисячі найдрібніших утворень сферичної, ниткоподібної та скорпуповидної форми. Розміри часток не перевищували 0,01 мм. Дослідження проводилися у спеціально обладнаній лабораторії, яка виключала можливість забруднення зразків сторонніми організмами. Вчені вважають, що знайдені утворення є скам'янілими залишками одноклітинних морських водоростей. Проте інші дослідники критично ставляться до висновків, вважаючи, що це освіти можуть мати небіологічне походження.

Схожі залишки водоростей та бактерій у породах з абсолютним віком 2,7-3,1 мільярда років виявлені у крем'янистих та залізистих сланцях Північної Америки, Центральної Африки та Австралії. Ці знахідки дають підставу вважати, що до початку архейської еризакінчилася хімічна та почалася біологічна еволюція.

На підставі виготовлених знахідок можна припускати, що вже в океанах архейського та ранньопротерозойського віківпанували найпростіші одноклітинні організми: бактерії, водорості, гриби, найпростіші тварини В археї відбувається пристосування перших організмів до різних форм харчування. Одні організми засвоювали у процесі фотосинтезу поживні речовини з води, вуглекислоти та неорганічних солей (автотрофні); інші - жили або за рахунок автотрофів (гетеротрофні), або харчувалися органічними залишками (сапрофаги), що розкладаються. Відбувалося поділ органічного світу на царство рослин та царство тварин.

У ранньому протерозої, мабуть, з'явилися перші багатоклітинні організми Це найпримітивніші форми без чітко диференційованих тканин. До них відносяться, зокрема, представники типу губок - водні організми, що ведуть придонний прикріплений спосіб життя. Форма губок різноманітна, вона може нагадувати циліндр, кубок, келих, кулю. У м'якій тканині тварини є органічний або мінеральний скелет, що складається зі спікул. Представники губок досі населяють моря та океани нашої планети, проте перші примітивні губки давно вимерли і до нас дійшли лише у викопному стані.

Дещо пізніше з'являються представники типу кишковопорожнинних. Вони вже намічається диференціація тканин, і органів. Представники кишковопорожнинних, так само як і губок, дожили до наших днів і широко розселилися в морях, океанах і навіть у прісних водоймах. Серед них добре відомі нам корали, медузи, гідри.

З рослин в археї та ранньому протерозоїактивно розвиваються синьо-зелені водорості. Залишки цих водоростей у вигляді кулястих, грибоподібних і стовпоподібних вапняних тіл, що характеризуються тонкою концентричною шаруватістю, часто знаходять у породах протерозою. Вважають, що першими представниками органічного життя на Землі були саме синьо-зелені водорості . Досліди, поставлені в МДУ ще в минулому столітті, показали, що вони можуть існувати в таких умовах, які протипоказані іншим рослинам і тваринам. У герметично запаяній скляній кулі ці водорості жили понад 16 років! Всі інші мешканці подібних скляних куль швидко загинули, деякі бактерії «трималися» 12 років, вижили лише синьо-зелені. Це доводить, що вони можуть розвиватися навіть у безкисневому середовищі.

Вражаюча пристосованість цих водоростей видно з того, що зараз вони зустрічаються в крижаній Арктиці, гарячих гейзерах, на дні Мертвого моря, в нафтових джерелах, в горах на висоті понад 5000 метрів. Це єдині живі організми, що витримали вибухи атомних і водневих бомб. Вони виявлені навіть усередині атомних реакторів. Така дивовижна життєстійкість дозволила деяким ученим висловити припущення про неземне походження. синьо-зелених водоростей. Як би там не було, але це перші організми, що з'явилися не тільки в найдавніших океанах, а й на суші.

Дослідження американського професора Е. Баргхорна показали, що синьо-зелені водоростіпершими стали запозичувати із води газоподібний кисень. В океанах у їх колоній створювалася своєрідна «водяна» атмосфера, насичена киснем. Цим киснем дихали перші морські організми (кишковопорожнинні, губки). Поступово кисень став виділятися в атмосферу, наповнювати її. Завдяки життєдіяльності синьо-зелених водоростейна нашій планеті почала формуватися киснева атмосфера.

Однією з умов виникнення життя на ранній Землі було існування первинної атмосфери, що мала відновлювальні властивості. У ранньому археї первинна атмосфера Землі складалася з вуглекислого газу, азоту, пари води, аргону та абіогенного метану. Для зародження життя Землі абсолютно необхідна вода у рідкій фазі. В археї світність Сонця була на 25% нижчою за сучасну, тому позитивні температури могли існувати тільки на екваторі.

З газів первинної атмосфери в присутності каталізаторів утворилися абіогенним шляхом перші найпростіші органічні сполуки: метан СН 4 формальдегід НСОН, ціаністий водень НСN, аміакNH 3 . З цих сполук утворюються різновиди рибонуклеїнових кислот (РНК).

Надалі утворилася рибоза як продукт полімеризації формальдегіду, а також синтезувався аденін як продукт полімеризації синильної кислоти. Вихідні продукти аденін та рибоза послужили матеріалом для синтезу нуклеотидів (рис. 4.1) та аденозинтрифосфату (АТФ).

Рис. 4.1. Утворення нуклеотиду – ланки молекули ДНК
із трьох компонентів

У пізньому археї (3 млрд років тому) на дні теплих водойм з органічних сполук, що утворилися, виникли колоїдні асоціати, відокремлені від решти маси води ліпідною оболонкою (мембраною). Надалі завдяки біосімбіозу амінокислот та напівпроникних мембран ці асоціати оформилися у найдрібніші примітивні одноклітинні істоти – протобіонти (прокаріоти) – без'ядерні клітинні форми бактерій. Джерелами енергії цих примітивних форм життя служили анаеробні хемогенні реакції, які енергію для дихання отримували шляхом бродіння (хемосинтезу). Бродіння – це неефективний спосіб енергозабезпечення, тому еволюція протобіонтів не могла піти далі за одноклітинну форму організації життя. Наприклад, в даний час хемосинтез використовуються термофільними бактеріями в «чорних курцях» серединно-океанічних хребтів.

У пізньому археї та ранньому протерозої виявлено формації строматолітів, поживною базою яких служив абіогенний метан. У Якутії виявлено найбагатше у світі родовище графіту Чебер (1,5 млн т), вміст якого у гірських породах перевищує 27%. Особливість цього факту в тому, що скупчення графіту виявлено в кристалічних сланцях архейського комплексу з віком близько 4 млрд. років.

Рис. 4.2.Схема розподілу мікрофоссилій в археї та ранньому протерозої: 1 – 4 – нано- та ціанобактерії; 5 – 10 – різноманітні мікрофоссилії; 11 – 20 – відбитки великих морфологічно
складних форм

Виявлено та описано понад 2 тис. мікроорганізмів у породах з віком до 4 млрд років (рис. 4.2). Мікроорганізми в стародавніх породах знаходять у прозорих тонких шліфах 0,03 мм. Внаслідок втрати води планктонні тварини зазнали муміфікації із збереженням прижиттєвого забарвлення. Крім того мікроорганізми зазнавали графітизації, коли органіка перетворювалася на графіт. Висока концентрація у графітових гнейсах та рудах мікроорганізмів доводить первинне органогенне походження вуглецю графітових родовищ, що узгоджується з результатами ізотопного аналізу. Можна сміливо сказати, що родовища графіту – це цвинтаря найдавніших мікроорганізмів – своєрідної репетиції життя Землі.

У стародавніх породах з віком до 3,8 млрд років знайдено рідкісні одноклітинні та багатоклітинні організми. Масовими знахідками були карбонатні породи, утворені бактеріями та синьо-зеленими водоростями, що накопичували карбонат кальцію. Їхній вік близько 1,5 млрд років.

Пізніше у воді з'явилися складніші органічні речовини, здатні здійснювати фотосинтез. Включення фотосинтезуючих речовин до складу клітин протобіонтів зробило їх автотрофними. Кількість кисню у воді почала зростати. Внаслідок виділення кисню в атмосферу вона з відновної перетворювалася на окисну.

Рис. 4.3. Еволюція вмісту кисню в атмосфері
та різних форм життя

Еукаріоти виникли завдяки біосімбіозупрокаріотних бактерій. Так в умовах відновлювальної атмосфери виникло примітивне життя, яке створило надалі сприятливі умови для розвитку високоорганізованого життя на Землі.

На початку раннього протерозою відбулося різке зростання великої кількості фотосинтезуючих мікроорганізмів – синьо-зелених водоростей. Дещо пізніше з'явилися фотосинтезуючі одноклітинні організми типу ціанобактерій, здатні окислювати залізо. Можливо перші фотохімічні організми використовували радіацію ультрафіолетової частини спектру. Після появи вільного кисню (рис. 4.3) та озонового шару автотрофні фотосинтезуючі організми почали використовувати випромінювання видимої частини сонячного спектру. На той час існувало безліч видів водоростей, як вільно плаваючих у воді, так і прикріплених до дна.

Еволюція біосфери

Еволюцію стосовно живих організмів можна визначити так: розвиток з часом складних організмів з найпростіших організмів.

У природознавстві існує поняття «точки Пастера» – такої концентрації вільного кисню, коли він кисневе дихання стає ефективнішим способом використання енергії Сонця, ніж анаеробне бродіння. Цей критичний рівень дорівнює 1% сучасного рівня вмісту кисню в атмосфері. Коли концентрація кисню наблизилася до точки Пастера, перемога аеробів над анаеробами стала остаточною. Атмосфера Землі перейшла цей рубіж приблизно 2,5 млрд. років тому. З цього часу розвиток життя відбувався під впливом оксигенізації атмосфери та багатьох інших умов зовнішнього середовища (рис. 4.4).

Дихання – це процес, зворотний фотосинтезу, який вивільняє енергії вдесятеро більше, ніж бродіння (ферментація). Ця енергія може використовуватися для зростання та переміщення організмів. Тварини з користю використали надлишок цієї енергії: вони навчилися вільно переміщатися у пошуках їжі. Рух вимагало координації частин тіла та здатності приймати складні рішення. Для цього потрібен був мозок, який відрізняє тварин від рослин. Таким чином, виникнення біосфери починається з хімічних процесів, які пізніше набувають характеру біохімічних.

Рис. 4.4. Схема еволюції складу атмосфери та біосфери

Ці події забезпечили швидке поширення життя у водному середовищі та розвиток еукаріотичних клітин. Вважається, що перші ядерні клітини з'явилися після того, як вміст кисню в атмосфері досяг 4% сучасного рівня. Сталося це приблизно 1 млрд. років тому. Приблизно 700 млн. років тому з'явилися багатоклітинні організми.

Перехід від протерозою до фанерозою став різким геолого-біологічним кордоном, радикально що змінив екологічну обстановку Землі. З цього моменту атмосфера перетворилася на окисну, що дозволило біоті перейти на обмін речовин, побудований на реакціях окиснення органіки, що синтезується рослинами.

Крім збільшення парціального тиску кисню в атмосфері, важливими факторами впливу на еволюцію біосфери стали дрейфи континентів, кліматичні зміни, трансгресії та регресії океану. Ці фактори змінювали екологічні ніші біологічних угруповань, посилювали їхню боротьбу за виживання. Наприклад, у силурі та девоні рівень океану піднявся на 250 м, у крейдяний період глобальна трансгресія досягала 400 м. У періоди зледенінь вода консервувалася в материкових льодовиках, що знижувало рівень океану на 130 м. Ці процеси суттєво змінювали клімат Землі. Істотне збільшення поверхні океану та зменшення площі суші пом'якшувало сезонні та широтні зміни клімату. У міру відступу океану зростала континентальність клімату Землі та збільшувалися сезонні контрасти температури.

Сильними процесами, що впливали на клімат та його широтну зональність, було бактеріальне видалення азоту з атмосфери та коливання кута прецесії Землі залежно від дрейфу континентів та високоширотних заледенінь. Крім того, зміна взаємного розташування континентів змінювала біологічну продуктивність океанів та циркуляцію океанічних течій. Наприклад, після того як на північ від Антарктиди відійшла Австралія, виникла південна циркумполярна течія, що відрізала Антарктиду від теплих трьох океанів, що омивають її. Ця система кліматичної ізоляції Антарктиди діє і зараз.

Корінна перебудова метаболізму океанічних організмів відбулася близько 400 млн років тому, коли в царстві тварин з'явилися форми, що мають легкі. Поява цього органу, пристосованого до газообміну у повітряному середовищі, дозволило високоорганізованому життю вийти на сушу.

У ранній крейді (близько 100 млн років тому) почалася тектонічна активність Землі, що призвела до розсунення материків та настання моря на сушу. Результатом стало збільшення різноманітності тваринного світу з відокремленням шельфових провінцій материків. Крейдяна трансгресія призвела до розквіту карбонатспоживаючої фауни та мікрофлори на шельфах, внаслідок чого сформувалися товщі писче крейди. Проте ця трансгресія викликала кризові явища у житті біоценозів коралових атолів океану.

Всі головні рубежі геологічної історії та відповідний поділ геохронологічної шкали на ери, періоди та епохи значною мірою обумовлені такими подіями, як зіткнення та розколи материків, виникнення та закриття екологічних ніш, освіта, вимирання та консервація окремих форм життя. Всі ці процеси, зрештою, викликані тектонічною активністю Землі. Яскравим прикладом можуть бути ендемічні форми життя Австралії та Південної Америки.

В останній фазі Валдайського заледеніння (10–12 тис. років тому) вимерла більша частина«мамонтової» фауни: мамонти, гігантські олені, печерні ведмеді, шаблезубі тигри. Це частково сталося з вини людини, а частково від того, що значно зросла вологість атмосфери, зими стали багатосніжними, що утруднило травоїдним доступ до підніжного корму. Внаслідок цього травоїдні гинули від голоду, а хижаки – від відсутності травоїдних.

Цілком імовірно, що неандертальці вимерли близько 30 тис років тому не лише через конкуренцію з кроманьйонцями, а й тому, що не витримали похолодання льодовикового періоду. Різкі коливання клімату визначали міграцію народів та формування расового складу людей.

Таким чином, еволюція біосфери протягом 3,5 мпрд років розвивалася у тісному взаємозв'язку з геологічною еволюцією планети. У цьому є і зворотний – вплив життя на протікання геологічних процесів. В.І. Вернадський писав: «На земної поверхні немає хімічної сили, більш могутньої за своїми наслідками, ніж живі організми, взяті загалом». Велика роль органічного життя відводиться у седиментогенезі карбонатів і фосфоритів, вугленосних і нефтегазоносных відкладень, у процесах вивітрювання і круговорота.

Після зростання в атмосфері концентрації кисню до рівня 10% від сучасного озоновий шар став ефективно захищати живу речовину від жорсткого випромінювання, після чого життя почало поступово виходити на сушу. Спочатку на сушу проникли рослини, створивши там ґрунт, потім проникли представники різних таксонів безхребетних та хребетних. тварин. Проходили ери та періоди, коли один склад флори та фауни змінювався іншим, більш прогресивним складом і появою всіх існуючих форм (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Вибухоподібний характер розвитку життя на рубежі протерозою та фанерозою

Після зростання атмосфері концентрації кисню рівня 10% від сучасного ( 2-а точка Пастера) озоновий шар став ефективно захищати живу речовину від жорсткого випромінювання.

У кембрії стався еволюційний вибух нових форм життя: губки, корали, молюски, морські водорості та предки насіннєвих рослин та хребетних. Протягом наступних періодів палеозойської ери життя заповнило Світовий океан і почало виходити на сушу.

Подальше формування наземних екосистем пішло автономно від еволюції водних екосистем. Зелена рослинність забезпечила велику кількість кисню та їжі для подальшої еволюції великих тварин. Одночасно океанічний планктон поповнився формами з вапняними та кремнієвими оболонками.

Наприкінці палеозою на Землі змінився клімат. У цей період відбулося посилення біопродуктивності і було створено величезні запаси викопного палива. Пізніше (200-150 млн років тому) вміст кисню та діоксиду вуглецю стабілізувався на рівні наших днів. В окремі періоди відбувалися зміни клімату, що викликало зміну рівня Світового океану. Періоди загального похолодання на планеті чергувалися з періодами потепління з циклічністю близько 100 тис. років. в Європі та до 37 про пн.ш. у Північній Америці. Танули льодовики відносно швидко – за 1 тис. років.

Існує незаперечний закон життя: будь-яка група не примітивних живих організмів рано чи пізно вимирає. Неодноразово відбувалися масові вимирання цілих видів тварин. Так, 65 млн років тому зникло багато рептилій (рис. 4.6). Їхні останні представники зникли на межі кайнозою. Ці вимирання були неодночасними, розтягнутими багато років і пов'язані з діяльністю людини. За підрахунками палеонтологів, переважна більшість (до 98%) будь-коли існували Землі (до 500 млн видів) видів вимерла.

Рис. 4.6. Розквіт та вимирання рептилій

Еволюційний прогрес був випадковий. Життя займало нові простори, умови існування Землі безупинно змінювалися, і всього живому доводилося до цього пристосовуватися. Спільноти та екосистеми змінювали одна одну. Виникали прогресивніші, рухливіші форми, краще пристосовані до нових умов життя.

Біосфера розвивається за тісної спільної еволюції організмів. В.І. Вернадський, продовжуючи досвід попередніх дослідників природи, сформулював наступний принцип: «Живе походить тільки від живого, між живим і неживим існує непрохідна межа, хоча і є постійна взаємодія».

Така тісна екологічна взаємодія великих груп організмів (наприклад, рослини та травоїдні) називають коеволюцією.Коеволюція йшла Землі мільярди років. Антропогенні фактори виникли за дуже короткий час, проте за потужністю на біосферу вони стали зіставні з природними. Природа та біосфера в сучасному природознавствіє динамічними системами, що проходять через кризові стани, катастрофи і точки біфуркації.

Еволюція біосфери підпорядковується наступним трьом законам:

- закон сталостіеволюційного процесу у біосфері: еволюція живих організмів відбувається постійно, доки існує Земля;

- закон незворотностіеволюції: при вимиранні виду він ніколи не виникне знову;

- закон дивергенції: з предкової форми послідовно утворюються нові популяції вищих систематичних категорій

Близько 400 млн років тому життя почало освоювати сушу. Спочатку на сушу проникли рослини, створивши там ґрунт, потім проникли представники різних таксонів безхребетних та хребетних тварин. До кінця девону вся суша була вкрита рослинністю. До кінця карбону з'являються голонасінні рослини, комахи, що літають, і перші м'ясоїдні і рослиноїдні наземні хребетні. Наприкінці пермі відбувається велике вимирання (корали, амоніти, стародавні риби та ін.).

Рис. 4.7. Фрагмент історії розвитку форм життя Землі
у мезозої та кайнозої

Перші наземні хребетні дали початок амфібіям, а ті – рептилії. Рептилії отримали розквіт у мезозої (рис. 4.7) і дали початок птахам та ссавцям. У середині юрського періоду жили гігантські чотириногі рослиноїдні динозаври довжиною до 30 м і вагою від 30 до 80 т. З'явилися акули сучасного типу. Перші звірі – предки сучасних ссавців – з'явилися близько 200 млн. років тому.

У крейдяному періоді Південна Америка та Африка віддалялися один від одного. У цей період відбулося чергове велике вимирання: зникають динозаври. Нині Землі живе до 3 млн видів тварин.

Ішло утворення нових видів життя і вимирання тих форм, які витримували конкуренції чи пристосувалися до зміни природного довкілля. До появи людини вимирання окремих видів відбувалося повільно багато мільйонів років. Встановлено, що тривалість життя виду птахів у середньому дорівнює 2 млн років, а ссавців 600 тис. років. Природне середовище змінювалося багаторазово. На зміну фауни впливали абіотичні чинники. Відбувалося формування складчастості та гороутворення, змінювався клімат. Відбувалося чергування потеплінь і зледеніння, підіймання і зниження рівня океану, посушливий клімат змінювався вологим.

Можна назвати такі основні етапи еволюції біосфери.

1. Етап прокаріотної біосфери, що завершився 2,5 млрд років тому, який характеризується: відновлювальним (безкисневим) водним середовищем проживання і хемосинтезом; появою перших фотосинтезуючих організмів типу ціанобактерій; життєдіяльністю фотосинтезуючих прокаріотів

2. Етап прокаріотної біосфери з окисним водним середовищем, який завершився близько 1,5 млрд років тому. Цей етап, що настав після досягнення 1-ої точки Пастера характеризується: появою у найпростіших організмів дихання, яке в 14 разів енергетично ефективніше, ніж процеси бродіння; виникненням перших еукаріотних (яких мають ядро) одноклітинних організмів.

3. Етап одноклітинних та нетканових організмів тривалістю до 700 млн років. Етап закінчився близько 800 млн років тому і характеризується: появою біорізноманіття найпростіших організмів, зумовленим симбіогенезом; перехідним періодом до виникнення багатоклітинності організмів.

4. Етап багатоклітинних тканинних організмів. На цьому етапі: в девоні (близько 350 млн років тому) з'явилася наземна рослинність; з'явилися ссавці близько 200 млн років тому; панує розвиток біорізноманіття рослин, грибів та тварин.

5. Етап антропогенний - поява в біосфері людини розумної.