§48. Apariția biosferei și începutul evoluției sale

Amintiți-vă cum corpurile vii ale naturii - organisme - diferă de corpurile neînsuflețite. Din ce elemente chimice constau organismele?

Orez. 236. Francesco Redi (1626-1698) și experiența sa

Întrebarea apariției biosferei este indisolubil legată de o altă întrebare - cum a apărut viața pe Pământ? Această întrebare este cea mai dificilă din știință. Viața este un fenomen planetar, așa că oamenii de știință de diverse specialități - biologi, fizicieni, chimiști, filozofi - sunt ocupați să caute un răspuns la aceasta. Există mai multe teorii despre originea vieții pe Pământ și, prin urmare, a biosferei. Să ne uităm la unele dintre ele.

Teorii despre originea vieții pe Pământ. Conform teoriei a creaționismului menționată mai sus, viața pe Pământ a fost creată de Dumnezeu ca un act unic (Fig. 235). Credințele susținătorilor acestei teorii se bazează pe credință. Creaționismul nu prezintă nicio dovadă științifică și nu are nimic de-a face cu știința.

Teoria generării spontane a vieții afirmă că lucrurile vii sunt capabile să ia naștere din lucruri nevii în anumite condiții. Refutări ale acestui lucru au fost obținute în experimentele medicului italian Francesco Redi (Fig. 236).

În 1668, a efectuat un experiment folosind mai multe borcane cu gât larg în care a pus șerpi morți. A acoperit unele dintre conserve cu pânză groasă, lăsând altele deschise. Curând, muștele au intrat și au depus ouă pe șerpii morți în borcane deschise, din care apoi au ieșit larvele. În borcanele acoperite cu pânză nu existau larve, deoarece muștele nu puteau pătrunde în ele și nu puteau depune ouă (Fig. 236). În consecință, a concluzionat F. Redi, larvele au apărut din ouăle depuse de muște și nu au apărut spontan din șerpii morți, așa cum se credea în mod obișnuit la acea vreme.

Orez. 235. Michelangelo Buonarott. Crearea lumii. Dumnezeu creează planetele. Fragment din pictura Capelei Sixtine din Vatican

Conform teoriei panspermiei (din greacă pan - totul și spermă - semințe), viața pe Pământ este de origine extraterestră, adică de origine cosmică. Susținători activi și dezvoltatori ai acestei teorii a originii vieții au fost chimistul suedez Svante August Arrhenius (Fig. 237) și V.I. Vernadsky.

Orez. 237. Svante August Arrhenius (1859-1927)

Embrionii unor organisme simple, cum ar fi bacteriile, așa-numitele „semințe ale vieții”, conform teoriei panspermiei, cad pe Pământ împreună cu meteoriții și praful cosmic (Fig. 238). Și apoi dau naștere la viață. Această ipoteză se bazează pe rezistența unor spori bacterieni la radiația solară, vidul spațial și temperaturile scăzute. Pe baza teoriei panspermiei, se poate presupune existența unor organisme pe alte planete care au condiții potrivite pentru aceasta.

Orez. 238. 1 - meteorit de pe Marte; 2 - Forme organice asemănătoare bacteriilor găsite în fisurile meteoriților

Teoria biopoiezei (din grecescul bios - viață și poiesis - formare) consideră apariția viețuitoarelor pe Pământ ca urmare a evoluției chimice a compușilor anorganici de carbon. Această teorie este în general acceptată în știința modernă. Potrivit acesteia, apariția vieții pe orice planetă este inevitabilă dacă sunt create și există pentru o perioadă suficient de lungă două condiții necesare pentru aceasta - anumiți compuși anorganici și surse de energie. Această teorie distinge trei etape în apariția vieții: 1) sinteza compușilor organici din cei anorganici; 2) formarea polimerilor biologici din monomeri organici; 3) formarea structurilor membranare și a primelor celule din polimeri biologici.

Evoluția chimică și apariția probionților. Pământul și alte planete ale Sistemului Solar s-au format cu aproximativ 5 miliarde de ani în urmă dintr-un nor de gaz și praf format din atomi de hidrogen, heliu, carbon, oxigen, azot și fosfor (Fig. 239). Pe măsură ce s-a rotit, norul s-a aplatizat și s-a încălzit, rezultând formarea Soarelui și a planetelor. Răcirea ulterioară a Soarelui și a planetelor a dus la formarea structurilor acestora. Astfel, Pământul a format o crustă, manta, miez și atmosferă primară, formată din metan, amoniac, dioxid de carbon, monoxid de carbon, hidrogen și vapori de apă. Nu exista oxigen în atmosfera primară a Pământului. Datorită condensării vaporilor de apă, s-a format oceanul primar.

Orez. 239. Nor de gaz și praf al materiei cosmice primare

Datorită energiei electrice în condiții fără oxigen de pe Pământ, sinteza compușilor organici - proteine ​​din cele anorganice - ar putea începe atunci. Această ipoteză a fost înaintată în 1924 de omul de știință rus Alexander Ivanovici Oparin (Fig. 240). Supunerea lui a primit ulterior confirmare experimentală.

Orez. 240. Alexander Ivanovici Oparin (1894 - 1980)

În 1953, oamenii de știință americani Stanley Miller și Harold Urey au construit o instalație în care erau reproduse condițiile Pământului antic, atmosfera sa primară și oceanul (Fig. 241). Într-un balon de reacție, o descărcare electrică cu o putere de 60.000 de volți, echivalentă cu cantitatea de energie primită de Pământ în 50 de milioane de ani, a fost trecută printr-un amestec de gaze (metan, amoniac, hidrogen) și vapori de apă la o temperatură. de 80°C. O săptămână mai târziu, în condensatul format în timpul răcirii s-au găsit compuși organici simpli - acid lactic, uree și aminoacizi.

Orez. 241. Instalație pentru sinteza abiogenă a substanțelor organice de S. Miller și G. Ury

Deci, primul pas pe calea evoluției chimice ar putea fi sinteza abiogenă (în afara sistemelor vii) a unor substanțe organice simple din substanțe anorganice în condițiile lipsite de oxigen ale Pământului antic.

Orez. 242. Coacervați picături de natură proteică

Al doilea pas pe calea evoluției chimice este formarea altora mai complexe din compuși organici simpli. Deci, din monomeri, de exemplu aminoacizi, ar fi trebuit să se formeze polimeri - proteine ​​- (Fig. 242). Oamenii de știință încă se ceartă cu privire la mecanismele acestui tip de proces și nu pot ajunge la un consens. Potrivit Oparin, acest proces ar putea avea loc prin coacervare (din latinescul coacervatus - acumulat, colectat) - separarea spontană a unei soluții apoase de aminoacizi în picături de proteine ​​separate de apă (Fig. 243).

Orez. 243. Coacervare

Al treilea, ultimul pas pe calea evoluției chimice a fost formarea structurilor membranare și a primelor celule din polimeri biologici. Impulsul pentru aceasta ar putea fi perturbarea filmului, constând din molecule de proteine ​​și lipide sintetizate abiogen, cauzate de vânt. Filmul s-a lăsat și a format bule de membrană. Bulele au fost suflate de vânt și căzând înapoi pe suprafața peliculei, au fost acoperite cu o a doua membrană (Fig. 244). Astfel, aparent, s-ar putea forma structuri membranare similare cu membrana plasmatică a unei celule.

Orez. 244. Formarea structurilor membranare din polimeri biologici

De-a lungul a milioane de ani, membranele au fost îmbunătățite, ceea ce a dus la apariția probionților (din latinescul pro - înainte și greacă bios - viață). Ei, potrivit Oparin, pot fi considerați predecesorii celulelor reale, deoarece procesele metabolice complexe și transferul precis al informațiilor genetice nu au avut loc încă în ele. Tranziția cu aproximativ 3,8-3,5 miliarde de ani în urmă de la probionți la celule reale, care posedau aceste semne de viață cele mai importante, a însemnat apariția vieții și începutul evoluției biologice.

Începutul evoluției biosferei. Toate organismele existente în prezent pe Pământ sunt indisolubil legate între ele și cu natura neînsuflețită care le înconjoară prin relații strânse. Este pur și simplu imposibil de imaginat apariția în trecut pe planeta noastră a oricăror prime organisme izolate de mediu. Aparent, viața pe Pământ a apărut imediat sub forma unui fel de biocenoză primară, deja inclusă în ciclul biogeochimic. Această biocenoză a unit unele organisme primitive unicelulare care diferă în metodele lor de hrănire. Printre acestea trebuie să fi fost organisme autotrofe și heterotrofe - producători, consumatori și distrugători de substanțe organice. Biocenoza primară a fost conectată cu natura neînsuflețită a Pământului antic într-o singură biogeocenoză. Evoluția ulterioară a biosferei a mers în direcția izolării organismelor individuale din această biocenoză primară, care au fost apoi unite în alte comunități.

Astfel, doar organismele incluse deja în ciclul biogeochimic și fluxul de energie din biosferă ar putea exista și evolua în mod durabil pe planeta noastră.

Exerciții bazate pe materialul acoperit

1. Cum explică diversele teorii apariția vieții pe planeta noastră? Comparați-le între ele. Care sunt punctele slabe și punctele forte ale diferitelor teorii despre originea vieții pe Pământ.
2. Enumeraţi principalele etape ale evoluţiei chimice.
3. Ce condiții și compuși chimici au fost necesari pentru sinteza abiogenă a compușilor organici din cei anorganici pe Pământul antic?
4. Când a început evoluția biologică pe planeta noastră?
5. Explicați de ce oamenii de știință cred că viața pe Pământ a apărut imediat sub forma unei biocenoze primare.

Astăzi se știe că toate ființele vii, In primul rand, au un set de aceleași proprietăți și constau din aceleași grupuri de polimeri biologici care îndeplinesc anumite funcții; În al doilea rând , succesiunea transformărilor biochimice care asigură procesele metabolice este similară în ele până la detalii. De exemplu, descompunerea glucozei, biosinteza proteinelor și alte reacții au loc aproape identic într-o varietate de organisme. În consecință, problema originii vieții se rezumă la cum și în ce condiții a apărut un astfel de sistem universal de transformări biochimice.

În ciuda originii comune a planetelor sistemului solar, viața a apărut doar pe Pământ și a atins o diversitate excepțională. Acest lucru se datorează faptului că anumite condiții cosmice și planetare sunt necesare pentru apariția vieții. in primul rand , masa planetei nu trebuie să fie prea mare, deoarece energia dezintegrarii atomice a substanțelor radioactive naturale poate duce la supraîncălzirea planetei sau la contaminarea radioactivă a mediului, incompatibilă cu viața; iar planetele prea mici nu pot menține o atmosferă în jurul lor, deoarece forța lor gravitațională este mică. În al doilea rând , planeta trebuie să se rotească în jurul stelei pe o orbită circulară sau aproape circulară, ceea ce îi permite să primească constant și uniform o cantitate extrem de importantă de energie de la ea. Al treilea , intensitatea radiației luminii trebuie să fie constantă; fluxul neuniform de energie va împiedica apariția și dezvoltarea vieții, deoarece existența organismelor vii este posibilă în limite de temperatură înguste. Toate aceste condiții sunt îndeplinite de Pământ, pe care acum aproximativ 4,6 miliarde de ani au început să se creeze condițiile pentru apariția vieții.

În primele etape ale istoriei sale, Pământul era o planetă fierbinte. Datorită rotației, cu scăderea treptată a temperaturii, atomii de elemente grele s-au mutat în centru, iar atomii de elemente ușoare (hidrogen, carbon, oxigen, azot), din care sunt compuse corpurile organismelor vii, s-au concentrat la suprafață. straturi. Metalele și alte elemente oxidabile s-au combinat cu oxigenul și nu exista oxigen liber în atmosfera Pământului. Atmosfera a constat din hidrogen liber și compușii săi, adică era de natură restaurativă. Potrivit lui A.I. Oparin, aceasta a servit ca o condiție prealabilă importantă pentru apariția moleculelor organice prin mijloace non-biologice. ÎN 1953 ᴦ. L.S. Miller s-a dovedit experimental posibilitatea sintezei abiogene a compuşilor organici din cei anorganici. Trecând o sarcină electrică printr-un amestec de H2, H2O, CH4 și NH3, a obținut un set de mai mulți aminoacizi și acizi organici. Ulterior s-a constatat că într-un mod similar în lipsa oxigenului Au fost sintetizați mulți compuși organici care fac parte din polimerii biologici (proteine, acizi nucleici și polizaharide).

Posibilitatea sintezei abiogene a compușilor organici este confirmată de faptul că în spațiul cosmic au fost descoperite acidul cianhidric, formaldehida, acidul formic, alcooli metilici și etilici etc.
Postat pe ref.rf
În unii meteoriți s-au găsit acizi grași, zaharuri și aminoacizi. Toate acestea indică faptul că compuși organici destul de complecși ar fi putut apărea în condițiile care au existat pe Pământ cu 4,0-4,5 miliarde de ani în urmă.

Cu mai bine de 4 miliarde de ani în urmă, mulți vulcani au erupt odată cu eliberarea de cantități uriașe de lavă fierbinte, s-au eliberat volume mari de abur și au fulgerat. Pe măsură ce planeta s-a răcit, vaporii de apă din atmosferă s-au condensat și au plouat pe Pământ, formând întinderi uriașe de apă. Deoarece suprafața Pământului era fierbinte în acel moment, apa s-a evaporat și apoi, răcindu-se în straturile superioare ale atmosferei, a căzut înapoi pe suprafața planetei, ceea ce a continuat timp de multe milioane de ani. Componentele atmosferei și diverse săruri au fost dizolvate în apele oceanului primar. În același timp, în atmosferă s-au format continuu și compuși organici - zaharuri, aminoacizi, baze azotate, acizi organici etc. - sub influența radiațiilor ultraviolete dure de la Soare, a temperaturilor ridicate în zonele de descărcări de fulgere și vulcanice active. activitate.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, condiţiile pentru apariţia abiogenă a compuşilor organici au fost : natura reducătoare a atmosferei Pământului (compuși cu proprietăți reducătoare interacționează ușor între ei și substanțe oxidante), temperatură ridicată, descărcări de fulgere și radiații ultraviolete puternice de la Soare, care nu au fost încă blocate de ecranul cu ozon.

Oceanul primar conținea aparent în formă dizolvată diverse molecule organice și anorganice care au pătruns în el din atmosferă și au fost spălate din straturile de suprafață ale Pământului. Concentrația de compuși organici a crescut constant și în cele din urmă apele oceanului au devenit ʼʼ bulionʼʼ făcut din substanțe asemănătoare proteinelor– peptide, precum și acizii nucleiciși alți compuși organici.

Moleculele organice au o greutate moleculară mare și o configurație spațială complexă. Οʜᴎ sunt înconjurate de o coajă de apă și se combină pentru a forma complexe cu greutate moleculară mare - coacervează, sau picături coacervate (cum le numea A.I. Oparin). Coacervații aveau capacitatea de a absorbi diferite substanțe dizolvate în apele oceanului primar. Ca urmare a acestui fapt, structura internă a coacervatului s-a schimbat, ceea ce a dus fie la dezintegrarea acestuia, fie la acumularea de substanțe, adică la creșterea și modificările compoziției chimice, crescând stabilitatea picăturii coacervatului în condiții în continuă schimbare.

În masa de picături coacervate s-a întâmplat selecţie cel mai durabilîn aceste condiţii specifice. După ce a ajuns la o anumită dimensiune, picătura coacervată mamă s-a putut dezintegra în picături fiice, dar numai acele picături fiice au continuat să existe. picături coacervate care, intrând la elementar forme de schimb cu mediul , au menţinut relativă constanţă a compoziţiei lor. Mai departe au dobândit capacitatea de a absorbi nu toate din mediul înconjurător substante , ci numai cele care le-au asigurat stabilitatea, și, de asemenea, excretă produse metabolice . În paralel, diferențele dintre compoziția chimică a picăturii și mediu au crescut. Pe parcursul lungului proces de selecție(evolutia chimica) se păstrează doar acele coacervate, care la descompunere în fiică nu a pierdut caracteristicile structurale, adică dobândit proprietăți de auto-reproducere .

În timpul evoluției, cele mai importante componente ale picăturilor coacervate - polipeptide – dezvoltat capacitatea la activitatea catalitică, adică la o accelerare semnificativă a reacţiilor biochimice, conducând la transformarea compuşilor organici, şi polinucleotide s-au dovedit a fi capabili să comunice între ele conform principiului complementării și, prin urmare, efectuează sinteza neenzimatică filiale lanțuri polinucleotidice.

Următorul pas important evolutie prebiologica - unificarea capacității polinucleotidelor de a se reproduce cu capacitatea polipeptidelor de a accelera cursul reacțiilor chimice, deoarece dublarea moleculelor de ADN se realizează mai eficient cu participarea proteinelor cu activitate catalitică. Comunicarea acidului nucleic Și molecule de proteine a condus în cele din urmă la apariția codului genetic, adică o astfel de organizare a moleculelor de ADN în care secvența de nucleotide a început să servească drept informație pentru construirea unei secvențe specifice de aminoacizi în proteine.

Evoluție progresivă în continuare structurile prebiologice conduse la formarea straturilor lipidice (limitele lipidice), între coacervate, bogat în compuși organici, și mediul acvatic înconjurător.În procesul evoluţiei ulterioare lipide transformat în membrana exterioară , crescând semnificativ viabilitatea și stabilitatea organismelor. Apariția membranei a predeterminat direcția evoluției chimice ulterioare de-a lungul căii de dezvoltare a sistemelor de autoreglare tot mai avansate până la apariția primele celule .

Prin urmare, apariția în sistem fizico-chimic ( coacervate) metabolism (metabolism) și auto-reproducere exactă - aceasta este principala condiție prealabilă pentru apariția unui sistem biologic - o celulă anaerobă heterotrofă primitivă.

Funcțiile biogeochimice ale vieții datorită diversității și complexității lor, nu puteau fi asociate doar cu o singură formă de viață. Biosfera primară a fost prezentat inițial bogată diversitate funcțională. Biocenozele primare constau din cele mai simple organisme unicelulare, deoarece, fără excepție, toate funcțiile materiei vii din biosferă sunt îndeplinite de acestea.

Organisme primare, care a apărut pe Pământ în urmă cu aproximativ 3,8 miliarde de ani, avea următoarele proprietăți:

‣‣‣ au fost organisme heterotrofe , adică s-au hrănit cu compuși organici gata pregătiți acumulați în stadiul de evoluție cosmică a Pământului;

‣‣‣ au fost procariote – organisme lipsite de nucleu format;

‣‣‣ au fost organisme anaerobe utilizarea fermentației drojdiei ca sursă de energie;

‣‣‣ a apărut în formular biosferei primare , constând din biocenoze, inclusiv diverse tipuri de organisme unicelulare;

‣‣‣ a apărut și a existat doar de multă vreme în ape oceanul primar .

Apariția unei celule primitive a însemnat sfârşitul evoluţiei prebiologice a vieţuitoarelor şi începutul evoluţiei biologice a vieţii . Se crede că selecția coacervatelor și stadiul limită al evoluției chimice și biologice au durat aproximativ 750 de milioane de ani. La sfârșitul acestei perioade (cu aproximativ 3,8 miliarde de ani în urmă), primul celule anucleate primitive – procariote (Mai ales bacteriene nivel) . Primele organisme vii - heterotrofi – au folosit compuși organici dizolvați în apele oceanului primar ca sursă de energie (hrană). Deoarece nu exista oxigen liber în atmosfera Pământului, heterotrofei aveau un tip de metabolism anaerob (fără oxigen), a cărui eficiență este scăzută. Creșterea numărului de heterotrofe a dus la epuizarea apelor oceanului primar, unde era din ce în ce mai puțină materie organică gata preparată care putea fi folosită pentru alimentație.

Organismele care au dezvoltat capacitatea de a utiliza energia radiației solare se află într-o poziție mai avantajoasă. Pentru sinteza materiei organice din anorganice - fotosinteză . Trecerea celor vii la fotosinteza și tipul de nutriție autotrof a fost un punct de cotitură în evoluția viețuitoarelor. Atmosfera Pământului a început să fie „umplută” cu oxigen, care era otravă pentru anaerobi. Din acest motiv, mulți anaerobi unicelulari au murit, dar unii s-au adaptat la oxigen. Primele organisme fotosintetice, eliberând oxigen în atmosferă, au fost cianobacteriile (cianea). Trecerea la fotosinteză a fost un proces lung și s-a încheiat în jur1,8 acum miliarde de ani. Odată cu apariția fotosintezei, în materia organică a Pământului s-a acumulat din ce în ce mai multă energie din lumina soarelui, ceea ce a accelerat ciclul biologic al substanțelor și evoluția viețuitoarelor în general.

Într-un mediu cu oxigen s-au format eucariote , adică unicelular, având un miez organisme. Acestea erau deja organisme mai avansate cu capacitate fotosintetică. Al lor ADN erau deja concentrate V cromozomii , în timp ce în celulele procariote substanța ereditară a fost distribuită în întreaga celulă. Cromozomi eucarioti erau concentrate în nucleul celular , iar celula în sine se reproducea deja fără modificări semnificative. Mulți oameni de știință moderni au acceptat ipoteză despre apariție eucariote celule printr-o serie de simbioze succesive, pentru că este bine întemeiată. În primul rând, algele unicelulare chiar și acum intră cu ușurință într-o alianță cu animale - eucariote (de exemplu, algele chlorella trăiesc în corpul papucului ciliat). În al doilea rând, unele organele celulare - mitocondriile și plastidele - sunt foarte asemănătoare ca structură ADN-ului cu celulele bacteriene procariote și cu cianobacteriile.

Evolutie ulterioara eucariote a fost asociat cu împărțirea în vegetal Și animalelor celule. Această diviziune a avut loc în Proterozoic, când Pământul era locuit de organisme unicelulare.

Celulele vegetale au evoluat pentru a reduce capacitatea de mișcare datorită dezvoltării unei membrane dure de celuloză, dar pentru a folosi fotosinteza.

Celulele animale au evoluat pentru a le crește capacitatea de mișcare și pentru a-și îmbunătăți capacitatea de a absorbi și de a excreta produsele alimentare.

Următoarea etapă în dezvoltarea ființelor vii a fost cea sexuală reproducere. A apărut acum aproximativ 900 de milioane de ani.

Un alt pas în evoluția viețuitoarelor s-a produs acum aproximativ 700-800 de milioane de ani, când organisme pluricelulare cu un corp diferenţiat, ţesuturi şi organe care îndeplinesc funcţii specifice. Acestea erau bureți, celenterate, artropode etc., înrudite cu animale pluricelulare.

De-a lungul Proterozoicului și la începutul Paleozoicului, plantele locuiau în principal mările și oceanele. Erau în principal alge verzi și roșii.

Cambrian perioadă a fost marcat de apariția masivă animale cu schelete minerale (var, fosfat, silex). Dintre animalele marine de atunci se cunosc crustacee, bureți, corali, moluște, trilobiți etc.. Biota terestră din Cambrian era reprezentată de briofite, licheni și primele animale pluricelulare, precum viermii și artropodele (centipede). Cyanobionts s-au dezvoltat din abundență în mări.

ÎN ordovician târziu Au început să apară carnivore mari, precum și vertebrate fără fălci asemănătoare peștilor.

Cel mai notabil eveniment Silurian este asociat cu pământul. Pentru prima dată au apărut adevărate plante superioare (cooksonia etc.) care aveau aspect erbaceu. Οʜᴎ au fost strâns asociate cu zonele de coastă cu umiditate intensivă. Printre organismele animale - artropode - au apărut și reprezentanți terestre de încredere - chelicerate.

ÎN devonian primul este tipic pentru spațiile terestre masiv dezvoltare plante superioare (rinofite, psilofite, licofite și ferigi). Evoluție ulterioară vertebratelor a mers în direcția creaturilor asemănătoare peștilor cu falci. În Devonian, vertebratele sunt reprezentate de trei grupuri pește adevărat: pește pulmonar, pește cu aripioare raze și pește cu aripioare lobe. Doar peștii cu aripioare lobe s-au putut adapta la viața de pe uscat datorită membrelor și plămânilor lor musculare. La sfârșitul devonianului, peștii cu aripioare lobe au dat naștere primului amfibieni terestre (vertebrate). La sfârșitul devonianului au apărut insectele (rezerva de hrană pentru viitoarele vertebrate terestre).

Trecerea la viața în aer a necesitat multe schimbări de la organismele vii și a presupus dezvoltarea unor adaptări adecvate. El a crescut brusc rata de evoluție a vieții pe Pământ.

Asa de, carbon , sau perioada carboniferă, a fost timp de formare intensivă şi diversificare pentru plante superioare, nevertebrate terestre și vertebrate. Pentru plante superioare carbon - ϶ᴛᴏ timp ziua de glorie licofite, artropode (sau coada-calului), ferigi și primele gimnosperme, ale căror forme lemnoase atingeau o înălțime de 20-40 m (de exemplu, Lepidodendron). Înflorirea vegetației și apariția diferitelor nișe ecologice este strâns legată de dezvoltarea condițiilor terestre de către moluște, arahnide și insecte. În Carbonifer, nevertebratele au stăpânit pentru prima dată spațiul aerian. Deosebit de izbitoare la acea vreme erau creaturile uriașe asemănătoare unei libelule, cu o anvergură a aripilor de până la 2 m și gândacii de până la 3 cm lungime, iar diversitatea morfofiziologică și ecologică a amfibienilor a dus la apariția reptile. Au fost primele reptile vertebrate care s-au adaptat la condițiile de viață pe uscat. Ouăle lor erau acoperite cu o coajă tare, nu se temeau să se usuce și erau furnizate cu hrană și oxigen pentru embrion.

Perioada permiană Dezvoltarea lumii organice se caracterizează în primul rând prin dispariția catastrofală a biotei marine (de la 400 de familii la început până la 200 la sfârșit). Acest lucru a fost asociat cu aridizarea climei globale, construirea intensă a munților și glaciația asociată.

Caracteristică Perioada triasică este natura tranzitorie a compoziţiei sistematice a biotei. De exemplu, au apărut noi grupuri de reptile acvatice - ihtiozauri asemănătoare peștilor, plesiozauri cu un gât lung și serpentin, un cap mic, un corp cu aripi și o coadă scurtată. Diversitatea reptilelor terestre a crescut. Au apărut dinozaurii și pterozaurii. Numeroase reptile asemănătoare animalelor au continuat să existe, dând naștere Triasicul târziu primele mamifere de dimensiuni mici (ovipare), asemănător exterior cu șobolani. ÎN Triasicul târziu a apărut și păsări . Odată cu apariția păsărilor și a mamiferelor, animalele au câștigat cu sânge cald, deși probabil că și unele reptile l-au posedat.

Ca parte a vegetației terestre Au predominat glotale (Bennettiaceae, Cycadaceae, Conifere etc.), iar ferigile sunt reprezentate de noi grupuri care au atins apogeul în Jurasic.

ÎN Jurasic Biodiversitatea în mediul marin și terestru crește rapid. Observat în Jurasic înflorirea reptilelor . Οʜᴎ au fost reprezentați de toate grupurile de mediu. Reprezentanții acvatici (ihtiosauri, plesiozauri) au continuat să existe. Pe uscat trăiau dinozauri saurieni și ornitischieni. În Jurasic, compoziția șopârlelor zburătoare a fost actualizată. Păsările au fost reprezentate de păsări cu coadă șopârlă - Archaeopteryx. A apărut o nouă subclasă de mamifere – marsupiale . Printre nevertebrate s-a observat ziua de glorie sol insecte .

Vegetația solului caracterizat înflorirea ferigilor (forme de arbore și viță de vie) și voci (cicadele și bennetite), care au format pădurile din tropice și subtropice.

Eveniment biotic major Perioada cretacică – aspectȘi dezvoltare intensivă angiosperme (înflorire) plantelor.

În perioada Cretacică, specializarea reptilelor (reptilelor) a continuat, acestea ajungând la dimensiuni enorme; Astfel, masa unor dinozauri depășește 50 de tone.Începe evoluția paralelă a plantelor cu flori și a insectelor polenizatoare. A apărut în cretă primul placentară mamifere(insectivore, ungulate antice, primate timpurii și, eventual, carnivore asemănătoare pisicilor).

La sfârșitul perioadei Cretacice (acum 67 de milioane de ani), a avut loc o extincție în masă a multor grupuri de animale și plante. Această criză globală de mediu a fost la o scară mai mică decât criza Permian-Triasic. În același timp, în urma acestei răciri, s-a redus zona de vegetație semi-acvatică; erbivorele au dispărut, urmate de dinozaurii prădători (reptilele mari au supraviețuit doar în zona tropicală); multe forme de nevertebrate și șopârle marine au dispărut în mări; Animalele cu sânge cald - păsări și mamifere - au primit un avantaj în selecția naturală.

Epoca cenozoică- ϶ᴛᴏ timp dominaţie plante cu flori, insecte, păsări Și mamifere. Viviparitatea mamiferelor și hrănirea puiilor lor cu lapte a fost un factor puternic în evoluția lor, permițându-le să se reproducă într-o varietate de condiții de mediu. Sistemul nervos dezvoltat a contribuit la o varietate de forme de adaptare și protecție a organismelor.

Paleogen(in mod deosebit Eocen) – o perioadă de răspândire globală pe scară largă a următoarelor mamifere: ovipare, marsupiale, dar factorul determinant a fost diversitatea placentarelor (prădători antici, ungulate antice, primate primitive etc.). Pe uscat trăiau și reptilele solzoase și țestoasele, iar crocodilii trăiau în corpuri de apă dulce. Noile păsări fără dinți sunt destul de diverse. Printre vertebratele acvatice au predominat peștii osoși. Nevertebratele marine sunt diverse.

În neogen, amfibienii și reptilele și-au dobândit treptat aspectul modern. Păsările mari asemănătoare struților atrag atenția. A continuat înflorirea mamiferelor placentare: cu degetele impare (hipparioni) și cu degetele pare (cerbi, cămile, porci), noi prădători (tigri cu dinți de sabie), proboscide (mastodonti). Până la sfârșitul neogenului, toate familiile moderne de mamifere au fost deja găsite.

Etapa decisivă în evoluția vieții pe Pământ a fost dezvoltarea ordinului primatelor. În Cenozoic, cu aproximativ 67-27 de milioane de ani în urmă, primatele s-au împărțit în maimuțe inferioare și mari, care sunt cei mai vechi strămoși ai oamenilor moderni.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, în înregistrarea fosilelor la impresionant apariții în masă Viața poate include multe evenimente. Dintre acestea, vom indica următoarele, notând începutul apariției lor (vezi MGS):

● 3,8–3,5 miliarde de ani (AR1 – Eoarhean). Apariția vieții. Apariția bacteriilor și a cianobionților. Litosfera incepe sa se imbogateasca cu roci de origine biogena (grafiti, shungite).

● 3,2 miliarde de ani (AR2/AR3 – paleoarhean/mezoarhean). Dezvoltarea în masă a cianobionților. Litosfera dobândește straturi carbonatice biogene numite stromatolitic. Atmosfera începe să fie îmbogățită cu oxigen molecular eliberat de cianobionți în timpul fotosintezei.

● 1,6 miliarde de ani (PR1/PR2 – Paleoproterozoic/Mezoproterozoic). Apariția bacteriilor aerobe, algelor inferioare, animalelor și ciupercilor.

● 1,0–0,7 Ga (PR3 – Neoproterozoic). Apariția algelor multicelulare de încredere și a nevertebratelor nescheletice, reprezentate de cnidari, viermi, artropode, (?) echinoderme și alte grupuri.

● 542,0 ±1,0–521 (530) Ma (cambrian timpuriu). Apariția în masă a scheletelor minerale în Regatul Animal în aproape toate tipurile cunoscute.

● 416,0±2,8 Ma (S2/D1 – Silurian târziu/Devonian timpuriu). Aspectul în masă al vegetației terestre.

● 359,2±2,5 milioane de ani (D/C – Devonianul târziu/Carboniferul timpuriu). Apariția în masă a primelor nevertebrate terestre (insecte, arahnide) și vertebrate (amfibieni, reptile).

● 65,5±0,3 milioane de ani (MZ/KZ – limita Mezozoicului și Cenozoicului). Aspectul în masă al angiospermelor și mamiferelor.

● 2,8 milioane de ani (N2 – Pliocen, Piacenza). Apariția omului.

Astăzi descris mai mult 1 milion de specii de animale, aproape 0,5 milioane de specii de plante, sute de mii de specii de ciuperci, peste 3 mii de specii de bacterii. Se estimează că cel puțin 1 milion de specii rămân nedescrise. Biologia modernă evidențiază cinci regate : bacterii, cianobionte, plante, ciuperci, animale.

Problema începutului și evoluției vieții pe Pământ. - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Problema începutului și evoluției vieții pe Pământ”. 2017, 2018.

2. Etape inițiale ale evoluției biologice

Apariția unei celule primitive a însemnat sfârșitul evoluției prebiologice a viețuitoarelor și începutul evoluției biologice a vieții.

Primele organisme unicelulare care au apărut pe planeta noastră au fost bacterii primitive care nu aveau nucleu, adică procariote. După cum sa indicat deja, acestea erau organisme unicelulare, fără nucleu. Erau anaerobi, pentru că trăiau într-un mediu fără oxigen, și heterotrofe, pentru că se hrăneau cu compuși organici gata preparati din „bulionul organic”, adică substanțe sintetizate în timpul evoluției chimice. Metabolismul energetic la majoritatea procariotelor a avut loc în funcție de tipul de fermentație. Dar treptat „bulionul organic” a scăzut ca urmare a consumului activ. Pe măsură ce s-a epuizat, unele organisme au început să dezvolte modalități de a forma macromolecule biochimic, în interiorul celulelor, cu ajutorul enzimelor. În astfel de condiții, celulele care au putut primi cea mai mare parte a energiei necesare direct din radiația solară s-au dovedit a fi competitive. Procesul de formare a clorofilei și fotosinteza a urmat această cale.

Trecerea viețuitoarelor la fotosinteză și la tipul de nutriție autotrof a reprezentat un punct de cotitură în evoluția viețuitoarelor. Atmosfera Pământului a început să fie „umplută” cu oxigen, care era otravă pentru anaerobi. Prin urmare, mulți anaerobi unicelulari au murit, alții s-au refugiat în medii fără oxigen - mlaștini și, în timp ce se hrăneau, au eliberat mai degrabă metan decât oxigen. Alții s-au adaptat la oxigen. Mecanismul lor metabolic central a fost respirația oxigenului, ceea ce a făcut posibilă creșterea producției de energie utilă de 10-15 ori în comparație cu tipul de metabolism anaerob - fermentație. Tranziția la fotosinteză a fost un proces lung și a fost finalizată cu aproximativ 1,8 miliarde de ani în urmă. Odată cu apariția fotosintezei, în materia organică a Pământului s-a acumulat din ce în ce mai multă energie din lumina soarelui, ceea ce a accelerat ciclul biologic al substanțelor și evoluția viețuitoarelor în general.

Într-un mediu cu oxigen, s-au format eucariote, adică organisme unicelulare cu nucleu. Acestea erau deja organisme mai avansate cu capacitate fotosintetică. ADN-ul lor era deja concentrat în cromozomi, în timp ce în celulele procariote substanța ereditară era distribuită în întreaga celulă. Cromozomii eucarioți erau concentrați în nucleul celulei, iar celula în sine se reproducea deja fără modificări semnificative. Astfel, celula fiică a eucariotelor era aproape o copie exactă a celulei mamă și avea aceleași șanse de supraviețuire ca și celula mamă.

Educația plantelor și animalelor.

Evoluția ulterioară a eucariotelor a fost asociată cu diviziunea în celule vegetale și animale. Această diviziune a avut loc în Proterozoic, când Pământul era locuit de organisme unicelulare.

Încă de la începutul evoluției, eucariotele s-au dezvoltat dual, adică au avut simultan grupe cu nutriție autotrofă și heterotrofă, ceea ce asigura integritatea și autonomie semnificativă a lumii vii.

Celulele vegetale au evoluat pentru a reduce capacitatea de mișcare datorită dezvoltării unei membrane dure de celuloză, dar pentru a folosi fotosinteza.

Celulele animale au evoluat pentru a le crește capacitatea de mișcare și pentru a-și îmbunătăți capacitatea de a absorbi și de a excreta produsele alimentare.

Următoarea etapă în dezvoltarea viețuitoarelor a fost reproducerea sexuală. A apărut acum aproximativ 900 de milioane de ani.

Un alt pas în evoluția viețuitoarelor a avut loc acum aproximativ 700–800 de milioane de ani, când au apărut organismele pluricelulare cu corpuri, țesuturi și organe diferențiate care îndeplinesc funcții specifice. Acestea erau bureți, celenterate, artropode etc., înrudite cu animale pluricelulare.

De-a lungul Proterozoicului și la începutul Paleozoicului, plantele locuiau în principal mările și oceanele. Acestea sunt algele verzi și maro, aurii și roșii. Ulterior, multe tipuri de animale au existat deja în mările Cambrian. Mai târziu s-au specializat și s-au îmbunătățit. Printre animalele marine din acea vreme se numărau crustacee, bureți, corali, moluște și trilobiți.

La sfârșitul perioadei ordoviciane, au început să apară carnivore mari, precum și vertebrate.

Evoluția ulterioară a vertebratelor a mers în direcția animalelor asemănătoare peștilor cu falci. În Devonian, au început să apară peștii pulmonari - amfibieni și apoi insecte. Sistemul nervos sa dezvoltat treptat ca o consecință a îmbunătățirii formelor de reflecție.

O etapă deosebit de importantă în evoluția formelor vii a fost apariția organismelor vegetale și animale din apă pe uscat și creșterea în continuare a numărului de specii de plante și animale terestre. În viitor, din ele iau naștere forme de viață extrem de organizate. Apariția plantelor pe uscat a început la sfârșitul Silurianului, iar cucerirea activă a pământului de către vertebrate a început în Carbonifer.

Trecerea la viața în aer a necesitat multe schimbări de la organismele vii și a presupus dezvoltarea unor adaptări adecvate. El a crescut brusc rata de evoluție a vieții pe Pământ. Omul a devenit punctul culminant al evoluției viețuitoarelor. Viața în aer a „creștet” greutatea corporală a organismelor, aerul nu conține substanțe nutritive, aerul transmite lumină, sunet, căldură diferit de apă, iar cantitatea de oxigen din el este mai mare. A fost necesar să ne adaptăm la toate acestea. Primele vertebrate care s-au adaptat la condițiile de viață de pe uscat au fost reptilele. Ouăle lor erau furnizate cu hrană și oxigen pentru embrion, acoperite cu o coajă tare și nu se temeau să se usuce.

Cu aproximativ 67 de milioane de ani în urmă, păsările și mamiferele au câștigat un avantaj în selecția naturală. Datorită naturii cu sânge cald a mamiferelor, acestea au câștigat rapid o poziție dominantă pe Pământ, care este asociată cu condițiile de răcire de pe planeta noastră. În acest moment, sângele cald a devenit factorul decisiv pentru supraviețuire.

A asigurat o temperatură constantă ridicată a corpului și o funcționare stabilă a organelor interne ale mamiferelor. Viviparitatea mamiferelor și hrănirea puiilor lor cu lapte a fost un factor puternic în evoluția lor, permițându-le să se reproducă într-o varietate de condiții de mediu. Sistemul nervos dezvoltat a contribuit la o varietate de forme de adaptare și protecție a organismelor. A existat o împărțire a animalelor carnivore în ungulate și prădători, iar primele mamifere insectivore au marcat începutul evoluției organismelor placentare și marsupiale.

Etapa decisivă în evoluția vieții pe planeta noastră a fost apariția ordinului primatelor. În Cenozoic, cu aproximativ 67–27 de milioane de ani în urmă, primatele s-au împărțit în maimuțe inferioare și mari, care sunt cei mai vechi strămoși ai oamenilor moderni. Condițiile prealabile pentru apariția omului modern în procesul de evoluție s-au format treptat.

La început a existat un stil de viață de turmă. A făcut posibilă formarea fundației viitoarei comunicări sociale. Mai mult, dacă la insecte (albine, furnici, termite) biosocialitatea a dus la pierderea individualității, atunci la strămoșii străvechi ai oamenilor, dimpotrivă, a dezvoltat trăsăturile individuale ale individului. Aceasta a fost o forță motrice puternică pentru dezvoltarea echipei.

Ryadov) N.I. Vavilov a condus la formularea de ipoteze despre evoluție bazate pe modele, mai degrabă decât pe variabilitatea aleatorie (nomogeneza de L.S. Berg, bathmogeneza de E.D. Kop etc.). În anii 1920-1940, interesul pentru teoriile selecționiste a fost reînviat în biologia evoluționistă datorită sintezei geneticii clasice și a teoriei selecției naturale. Teoria sintetică a evoluției rezultată...

Sistemele de clasificare ale lui K. Linné, creșterea plantelor și animalelor, anatomia comparată, embriologia comparată, biochimia comparată sunt ipoteze care constituie împreună o teorie destul de bine întemeiată. 3. Doctrina evoluționistă a căderilor libere Însuși conceptul de nomogeneză și argumente în favoarea faptului că, spre deosebire de Darwin, evoluția nu este în niciun caz un proces întâmplător, ci natural în detaliu...

Apariția unei celule primitive a însemnat sfârșitul evoluției prebiologice a viețuitoarelor și începutul evoluției biologice a vieții.

Primele organisme unicelulare care au apărut pe planeta noastră au fost bacterii primitive care nu aveau nucleu, adică procariote. După cum sa indicat deja, acestea erau organisme unicelulare, fără nucleu. Erau anaerobi, pentru că trăiau într-un mediu fără oxigen, și heterotrofe, pentru că se hrăneau cu compuși organici gata preparati din „bulionul organic”, adică substanțe sintetizate în timpul evoluției chimice. Metabolismul energetic la majoritatea procariotelor a avut loc în funcție de tipul de fermentație. Dar treptat „bulionul organic” a scăzut ca urmare a consumului activ. Pe măsură ce s-a epuizat, unele organisme au început să dezvolte modalități de a forma macromolecule biochimic, în interiorul celulelor, cu ajutorul enzimelor. În astfel de condiții, celulele care au putut primi cea mai mare parte a energiei necesare direct din radiația solară s-au dovedit a fi competitive. Procesul de formare a clorofilei și fotosinteza a urmat această cale.

Trecerea viețuitoarelor la fotosinteză și la tipul de nutriție autotrof a reprezentat un punct de cotitură în evoluția viețuitoarelor. Atmosfera Pământului a început să fie „umplută” cu oxigen, care era otravă pentru anaerobi. Prin urmare, mulți anaerobi unicelulari au murit, alții s-au refugiat în medii fără oxigen - mlaștini și, în timp ce se hrăneau, au eliberat mai degrabă metan decât oxigen. Alții s-au adaptat la oxigen. Mecanismul lor metabolic central a fost respirația oxigenului, ceea ce a făcut posibilă creșterea producției de energie utilă de 10-15 ori în comparație cu tipul de metabolism anaerob - fermentație. Tranziția la fotosinteză a fost un proces lung și a fost finalizată cu aproximativ 1,8 miliarde de ani în urmă. Odată cu apariția fotosintezei, în materia organică a Pământului s-a acumulat din ce în ce mai multă energie din lumina soarelui, ceea ce a accelerat ciclul biologic al substanțelor și evoluția viețuitoarelor în general.

Într-un mediu cu oxigen, s-au format eucariote, adică organisme unicelulare cu nucleu. Acestea erau deja organisme mai avansate cu capacitate fotosintetică. ADN-ul lor era deja concentrat în cromozomi, în timp ce în celulele procariote substanța ereditară era distribuită în întreaga celulă. Cromozomii eucarioți erau concentrați în nucleul celulei, iar celula în sine se reproducea deja fără modificări semnificative. Astfel, celula fiică a eucariotelor era aproape o copie exactă a celulei mamă și avea aceleași șanse de supraviețuire ca și celula mamă.

Educația plantelor și animalelor

Evoluția ulterioară a eucariotelor a fost asociată cu diviziunea în celule vegetale și animale. Această diviziune a avut loc în Proterozoic, când Pământul era locuit de organisme unicelulare.

Încă de la începutul evoluției, eucariotele s-au dezvoltat dual, adică au avut simultan grupe cu nutriție autotrofă și heterotrofă, ceea ce asigura integritatea și autonomie semnificativă a lumii vii.

Celulele vegetale au evoluat pentru a reduce capacitatea de mișcare datorită dezvoltării unei membrane dure de celuloză, dar pentru a folosi fotosinteza.

Celulele animale au evoluat pentru a le crește capacitatea de mișcare și pentru a-și îmbunătăți capacitatea de a absorbi și de a excreta produsele alimentare.

Următoarea etapă în dezvoltarea viețuitoarelor a fost reproducerea sexuală. A apărut acum aproximativ 900 de milioane de ani.

Un alt pas în evoluția viețuitoarelor a avut loc acum aproximativ 700–800 de milioane de ani, când au apărut organismele pluricelulare cu corpuri, țesuturi și organe diferențiate care îndeplinesc funcții specifice. Acestea erau bureți, celenterate, artropode etc., înrudite cu animale pluricelulare.

De-a lungul Proterozoicului și la începutul Paleozoicului, plantele locuiau în principal mările și oceanele. Acestea sunt algele verzi și maro, aurii și roșii. Ulterior, multe tipuri de animale au existat deja în mările Cambrian. Mai târziu s-au specializat și s-au îmbunătățit. Printre animalele marine din acea vreme se numărau crustacee, bureți, corali, moluște și trilobiți.

La sfârșitul perioadei ordoviciane, au început să apară carnivore mari, precum și vertebrate.

Evoluția ulterioară a vertebratelor a mers în direcția animalelor asemănătoare peștilor cu falci. În Devonian, au început să apară peștii pulmonari - amfibieni și apoi insecte. Sistemul nervos sa dezvoltat treptat ca o consecință a îmbunătățirii formelor de reflecție.

O etapă deosebit de importantă în evoluția formelor vii a fost apariția organismelor vegetale și animale din apă pe uscat și creșterea în continuare a numărului de specii de plante și animale terestre. În viitor, din ele iau naștere forme de viață extrem de organizate. Apariția plantelor pe uscat a început la sfârșitul Silurianului, iar cucerirea activă a pământului de către vertebrate a început în Carbonifer.

Trecerea la viața în aer a necesitat multe schimbări de la organismele vii și a presupus dezvoltarea unor adaptări adecvate. El a crescut brusc rata de evoluție a vieții pe Pământ. Omul a devenit punctul culminant al evoluției viețuitoarelor. Viața în aer a „creștet” greutatea corporală a organismelor, aerul nu conține substanțe nutritive, aerul transmite lumină, sunet, căldură diferit de apă, iar cantitatea de oxigen din el este mai mare. A fost necesar să ne adaptăm la toate acestea. Primele vertebrate care s-au adaptat la condițiile de viață de pe uscat au fost reptilele. Ouăle lor erau furnizate cu hrană și oxigen pentru embrion, acoperite cu o coajă tare și nu se temeau să se usuce.

Cu aproximativ 67 de milioane de ani în urmă, păsările și mamiferele au câștigat un avantaj în selecția naturală. Datorită naturii cu sânge cald a mamiferelor, acestea au câștigat rapid o poziție dominantă pe Pământ, care este asociată cu condițiile de răcire de pe planeta noastră. În acest moment, sângele cald a devenit factorul decisiv pentru supraviețuire.

A asigurat o temperatură constantă ridicată a corpului și o funcționare stabilă a organelor interne ale mamiferelor. Viviparitatea mamiferelor și hrănirea puiilor lor cu lapte a fost un factor puternic în evoluția lor, permițându-le să se reproducă într-o varietate de condiții de mediu. Sistemul nervos dezvoltat a contribuit la o varietate de forme de adaptare și protecție a organismelor. A existat o împărțire a animalelor carnivore în ungulate și prădători, iar primele mamifere insectivore au marcat începutul evoluției organismelor placentare și marsupiale.

Etapa decisivă în evoluția vieții pe planeta noastră a fost apariția ordinului primatelor. În Cenozoic, cu aproximativ 67–27 de milioane de ani în urmă, primatele s-au împărțit în maimuțe inferioare și mari, care sunt cei mai vechi strămoși ai oamenilor moderni. Condițiile prealabile pentru apariția omului modern în procesul de evoluție s-au format treptat.

La început a existat un stil de viață de turmă. A făcut posibilă formarea fundației viitoarei comunicări sociale. Mai mult, dacă la insecte (albine, furnici, termite) biosocialitatea a dus la pierderea individualității, atunci la strămoșii străvechi ai oamenilor, dimpotrivă, a dezvoltat trăsăturile individuale ale individului. Aceasta a fost o forță motrice puternică pentru dezvoltarea echipei.