Появление царства растений и царства животных

 

В процессе формирования биосферы эукариоты еще в протерозое разделились на растительные и животные клетки. Как считает большинство биологов, их следует различать по структуре клеток и их способности к росту, по способу питания, по способности к движению. При этом отнесение живого существа к одному из этих царств следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех признаков. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы обладающие свойствами как растений, так и животных. Так, например, кораллы, моллюски, речные губки всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. Есть также живые организмы, которые питаются как растения, а двигаются как животные. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных – 70 тыс., птиц – 16 тыс., млекопитающих – 12 540 видов.

Образование и развитие растений

 

Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая, с одной стороны, защищает их, но с другой, не дает им свободно перемещаться для получения пищи. Эволюция растительных клеток была связана с совершенствованием фотосинтеза, дававшего им необходимые питательные вещества. Тем не менее, среди растений существовали не только автотрофы, но и гетеротрофы, взаимно дополнявшие друг друга. Самыми первыми растениями были одноклеточные водоросли разных типов. Они пришли на смену безраздельно господствовавшим до этого сине-зеленым водорослям и бактериям, относящимся к прокариотам.

На водорослях впервые природа опробовала половое размножение, представляющее собой слияние ДНК двух индивидов с последующим перераспределением генетического материала, вследствие чего потомство получается похожим на своих родителей, но не идентичным им. Это событие произошло около 900 млн лет назад.

Затем, 700–800 млн лет назад, появились первые многоклеточные организмы, также относящиеся к водорослям – обширной группе низших водных растений, содержащих хлорофилл и вырабатывающих органические вещества путем фотосинтеза. Именно на водоросли приходится наиболее длительный этап в развитии зеленых растений. Они же сыграли роль гигантского генератора свободного кислорода в атмосфере Земли.

Событием огромной важности стал выход растений из моря на сушу, совершившийся в силуре около 400 млн лет назад. Этот факт стал в свою очередь предпосылкой для выхода на сушу животных. Считается, что еще до массового выхода на сушу там появлялись локальные участки жизни – на побережьях мелководных заливов и лагун, в местах, где вода могла периодически отступать, оставляя растения. Именно так появились растения, нижняя часть которых находилась в воде, а верхняя – в воздухе, под прямыми лучами Солнца. Затем растения смогли развить корневую систему, позволявшую использовать грунтовые воды.

В новых условиях фотосинтез становился более совершенным, так как солнечная энергия не поглощалась водой. Чтобы защититься от высыхания, растениям пришлось сформировать восковидную водонепроницаемую оболочку. Кроме того, произошла перестройка организмов, в них появились новые органы и ткани, изменялись способы размножения, распространения и т.д. Таким образом, в растительных организмах появились корень, стебель, лист, проводящие системы, покровные ткани.

Первыми на сушу вышли псилофиты – споровые растения, похожие на плауны. У них еще не было корней и почти не было листьев. В основном они состояли из длинных ветвившихся зеленых стеблей. Псилофиты покрывали влажную почву суши настоящими зелеными коврами.

Затем появились мхи и папоротники. Они добавили значительное количество кислорода в атмосферу, а также создали большое количество пищевых веществ, необходимых для возникновения и развития сухопутных позвоночных животных. В это же время (девон, карбон и пермь – 400–230 млн лет назад) накапливается огромное количество каменного угля. Тогда же появляется множество голосеменных растений. Сэтого момента поверхность материков стала приобретать современный облик.

В мезозое (около 200 млн лет назад) широко распространяются хвойные, цикадовые, а в меловой период (около 100 млн лет назад) появляются цветковые растения. Среди них – бук, ива, береза, платан, лавр, магнолия. В связи с появлением цветковых растений произошел расцвет насекомых, играющих значительную роль в их опылении.

После этого лиственные леса стали сосуществовать с появившимися ранее хвойными лесами, давшими приют папоротникам, боящимся открытого солнца. Таким образом, в современном растительном мире сохранились наряду с высокоорганизованными растениями представители более ранних эпох, которых можно назвать «живыми ископаемыми».

Образование и развитие животных

 

Животная клетка, в отличие от растительной, имеет эластичную оболочку и поэтому не теряет способности к передвижению. Таким образом, животные клетки имеют возможность сами искать себе пищу. Их эволюция шла в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощения и выделения крупных частиц через оболочку. Сначала пищей служили крупные органические фрагменты, затем куски мертвой ткани и, наконец, поедание и переваривание целых клеток, свойственное хищникам. Их появление резко интенсифицировало естественный отбор.

Первые примитивные представители животного царства ведут свое начало от одноклеточных простейших организмов, отделившихся от общего ствола с растениями. К сожалению, мы почти ничего не можем сказать о них, так как их следы практически не сохранились. Судя по всему, они имели общие признаки с одноклеточными зелеными водорослями. Подобные организмы (радиолярии) и сегодня составляют значительную часть планктона морей и океанов.

Возникновение животной клетки было связано с переходом к гетеротрофному способу питания. Но он шел постепенно, поэтому существовали и продолжают существовать переходные формы между растениями и животными. Среди них – жгутиконосцы, которые, как животные, обладают жгутиками – органами передвижения, а как растения – автотрофным или смешанным способом питания. Так, и в наши дни существует эвглена зеленая, которая при хорошем освещении и наличии минеральных веществ в воде ведет себя как типичное растение. Но в темноте или неблагоприятных условиях она теряет хлорофилл и начинает усваивать из раствора органические вещества, как животное.

Как и у растений, важнейшим этапом в эволюции животных стало появление многоклеточных организмов. Скорее всего, этот шаг был сделан с помощью колоний, в которые объединялись некоторые одноклеточные организмы. Вначале все клетки в таких колониях были одинаковыми, но затем началось их разделение и дифференциация в соответствии с выполняемыми функциями. Массовое появление многоклеточных животных произошло в позднем кембрии. Судя по всему, это были многочисленные морские беспозвоночные организмы – медузоподобные плавающие формы, кишечнополостные, морские черви.

Дальнейшая эволюция многоклеточных организмов шла в направлении совершенствования способов их передвижения, дыхания, лучшей координации деятельности клеток и т.д:

На следующую ступень в своем развитии животное царство поднялось с появлением твердых частей тела – раковин и внутреннего скелета. В кембрийских морях были ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, трилобиты. Твердый скелет служил опорой организмам, способствовал увеличению их размеров, делал их более прочными, защищая от физических повреждений. Также он мог служить защитой от хищников, которые появились около 450 млн лет назад.

Около 500 млн лет появились первые позвоночные животные. Это наиболее высокоорганизованная, обширная и разнообразная группа животных. К ним относятся рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и млекопитающие.

Первые позвоночные появились в воде – ими были рыбы. Современные рыбы делятся на два больших класса – хрящевых и костистых. К хрящевым относятся акулы и скаты. Некоторые виды акул появились еще в девоне, около 400 млн лет назад и с тех пор не менялись. Костистых рыб сегодня большинство, они преобладают в современных водоемах. У них есть плавательный пузырь, регулирующий глубину их погружения.

Следующий шаг в эволюции животных был сделан с появлением двоякодышащих рыб, живших в периодически высыхавших водоемах. Легкие помогали им выжить в периоды засухи. В наши дни сохранилось лишь три вида таких рыб. Некоторые пресноводные двоякодышащие рыбы дали начало земноводным, которые могут далеко уходить от природных водоемов, но для размножения они должны возвращаться в них. Это произошло в девоне.

Тогда же, очевидно, появились первые насекомые. У них роль каркаса играл не внутренний скелет, а наружная хитиновая оболочка. Кроме того, насекомые обладают сложной нервной системой, с большим количеством относительно самостоятельных нервных центров. В их жизни большую роль играют врожденные реакции (у позвоночных – идет развитие головного мозга, что дает возможность преобладания условных рефлексов над безусловными). Предки насекомых, пауков и скорпионов вышли на сушу сразу вслед за растениями.

Выход жизни на сушу был связан с серьезнейшими изменениями ее форм. Ведь на суше вес тел больше, чем в воде, в воздухе не содержится питательных веществ, которые есть в воде в растворенном виде. Кроме того, воздух иначе пропускает свет и звук, а концентрация кислорода в нем выше, чем в воде. Таким образом, жизнь должна была приспособиться к новым условиям, выработав соответствующие приспособления. Первыми, полностью приспособившимися к условиям суши позвоночными, стали рептилии. Их яйца были покрыты твердой скорлупой, предотвращающей высыхание, снабжены пищей и кислородом для развития эмбриона. Первые рептилии были похожи на небольших ящериц. Они начали активное завоевание суши в карбоне (350–285 млн лет назад). В следующем, пермском периоде (285– 230 млн лет назад) они полностью преобладали на суше.

Следующая, мезозойская эра (230–67 млн лет назад), стала эрой господства рептилий, среди которых были как хищники, так и травоядные. В триасовом периоде (230–195 млн лет назад) появились и динозавры, размеры которых сильно варьировались – от мелких животных, величиной с кошку, до 30-метровых гигантов, весящих 40–50 тонн. Они жили на суше (тиранозавры, игуанодоны, стегозавры, трицератопсы и др.), в воде (бронтозавры, диплодоки, ихтиозавры, плезиозавры), в воздухе (птерозавры, птеродактили). В юрском периоде (195–137 млн лет назад) появились птицы, которых Т. Гексли в силу их родства с рептилиями, назвал «взлетевшими рептилиями». Птицы, как и рептилии, несут яйца, но в меньших количествах, заботятся о своем потомстве и имеют постоянную высокую температуру тела. Переходной формой между рептилиями и птицами стал археоптерикс.

В конце мелового периода (67 млн лет назад) произошло массовое вымирание мезозойских рептилий. Причина этого до сих пор не ясна, хотя существуют многочисленные версии, среди которых – возможное падение гигантского метеорита, вызвавшее глобальное похолодание и изменение климата. В новых условиях преимущество в естественном отборе получили птицы, а также млекопитающие, возникшие еще в триасовом периоде. Но в те времена они были небольшими, преимущественно насекомоядными животными. Лишь в кайнозойскую эру начался период их господства на Земле. Это было связано с тем, что в условиях похолодания важнейшим условием выживания стала теплокровность, обеспечившая постоянно высокую температуру тела и постоянство внутренней среды организма. Поскольку млекопитающие являются живородящими животными и вскармливают своих детенышей молоком, это обеспечивает лучшую сохранность молодняка и возможность размножения в разнообразных условиях. Кроме того, у них развитая нервная система, способная обеспечить разнообразные поведенческие формы приспособления к окружающей среде.

Первые насекомоядные млекопитающие дали начало плацентарным и сумчатым млекопитающим, которые развивались одновременно. В первой половине кайнозоя господствовали сумчатые. Но позже, в неогеновом периоде (27–3 млн лет назад), они были вытеснены более высокоорганизованными плацентарными млекопитающими. Поэтому в наши дни сумчатые сохранились лишь в Австралии, Новой Гвинее и Южной Америке. Плацентарные млекопитающие образовали 31 отряд. Среди них были китообразные и грызуны, летучие мыши, приматы и т.д. Существовавшие в те времена хищнокопытные разделились, образовав хищников и копытных животных. Во второй половине кайнозоя плацентарные млекопитающие стали господствующей группой животных на Земле.

Эволюция млекопитающих проходила в течение всей кайнозойской эры. Большую роль в этом сыграло разделение континентов, что привело к обособлению животных и формированию частично изолированных зоогеографических областей, в которых до сих пор сохранились некоторые реликтовые животные. Так, в эпоху господства сумчатых отделилась Австралия, сохранившая представителей этих животных до наших дней. Отделившаяся позже Южная Америка сохранила реликты начала кайнозойской эры, среди которых были опоссумы, броненосцы и ленивцы.

Важнейшим этапом в эволюции жизни на Земле стало появление отряда приматов, предки которых были известны с мелового периода. Они походили на современных лемуров. Около 80 млн лет назад появились приматы, обитавшие на деревьях. В палеогене (67–27 млн лет назад) приматы разделились на низших и человекообразных обезьян. Последние в свою очередь дали начало непосредственным предкам человека.

Таким образом, постепенно в кайнозое сформировались предпосылки, необходимые для появления человека. Среди них – стадный образ жизни, который вели некоторые млекопитающие. Он сформировал привычку будущего социального общения, роходившего без потери индивидуальности членов этого коллектива. Это был важнейший шаг вперед по сравнению с насекомыми, которые тоже жили большими коллективами, но при этом полностью теряли свою индивидуальность. Следующий шаг Жизнь на Земле сделала уже с появлением человека разумного, существа, обладающего способностью к целенаправленному изменению окружающего мира, созданию собственного искусственного мира культуры.

Вопросы для обсуждения

 

1. Сформулируйте принцип Реди. Каково его значение в науке?

2. Что такое вирусы? Почему они не могут быть первичными живыми организмами на Земле?

3. Изложите основные положения концепции А.И. Опарина.

4. В чем разница между концепциями голобиоза и генобиоза? Какая из этих концепций может быть названа субстратной, а какая - информационной?

5. Вспомните, что такое прокариоты и эукариоты? В чем разница между ними?

6. Дайте определение жизни. Почему при формулировании определения жизни так важно учитывать механизм сохранения и воспроизводства собственных структур?.

7. Какие условия необходимы для появления жизни? Вспомните, как ученые оценивают вероятность существования жизни на других планетах Солнечной системы.

8. Какие причины обусловили выход растений и животных на сушу?