История жизни на земле и методы исследования эволюции

История жизни  на земле и методы исследования эволюции

История жизни на Земле началась с момента появления первого живого существа — 3,7 миллиарда лет назад — и продолжается по сей день.

Эры геологические - наиболее крупные деления, принимаемые геологами в прошедшей истории Земли. Соответствующие данной Э. геологические отложения отличают наименованием группы. В настоящее время общеприняты 4 эры и группы: 1) архейская или эозойская, от которой иногда отделяют еще особую альгонскую группу; 2) палеозойская; 3) мезозойская и 4) самая новая, кайнозойская, к которой причисляется и переживаемый нами период. Эры и группы в свою очередь подразделяются на системы и периоды (см.) и характеризуются главным образом свойственной им флорой и фауной. Из отложений архейской группы известны лишь немногие проблематические остатки низших морских организмов. В палеозойскую эру морская фауна беспозвоночных достигает высокой степени развития и значительного разнообразия. Из позвоночных обилуют панцирные рыбы с наружным скелетом, а в конце эры появляются и многочисленные наземные позвоночные — земноводные и пресмыкающиеся. Растительность вначале выражена по преимуществу морскими водорослями, но скоро и на материках развивается роскошная растительность, состоящая по преимуществу из древовидных папоротников, плаунов, а также цикадовых и хвойных. В мезозойскую эру появляются первые млекопитающие и птицы, но характеризуется органический мир этой эры громадным развитием аммонитов из головоногих моллюсков, земноводных и пресмыкающихся позвоночных. Из растений к цикадовым и хвойным присоединяются и в конце эры получают преобладание лиственные деревья. В кайнозойскую эру флора и фауна постепенно приближаются к современной и появляется на земле человек. Как выяснилось с развитием геологических знаний, деление протекших периодов жизни Земли на 4 эры в значительной мере произвольно и искусственно. Притом и промежутки времени, соответствующие отдельным эрам, крайне неравномерны. Продолжительность архейской эры во много раз превышает продолжительность всех последующих эр в их совокупности; палеозойская — много продолжительнее мезозойской, а кайнозойская, по сравнению с предшествующими, является настолько кратковременной, что представляет как бы одну страничку в толстом томе истории Земли.

Геологический период - подразделение геохронологической шкалы, соответствующее времени образования горных пород. Продолжительность периодов - десятки миллионов лет. На периоды принято разделять три последние эры:  
- палеозойская эра: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный, пермский периоды;  
- мезозойская эра: триасовый, юрский, меловой периоды;  
- кайнозойская эра: палеогеновый, неогеновый, четвертичный (антропогеновый) периоды.

в 1930 г. американским геологом Дж. Чедвиком, разделившим всю геологическую историю Земли криптозо́й и фанерозой

Криптозой - (докембрий), подразделение геохронологической шкалы. Охватывает древнейшие и самые продолжительные этапы (акротемы) развития Земли (архей и протерозой), в течение которых на планете обитали лишь простейшие организмы, не имевшие скелета. Продолжался не менее 3 млрд. лет, закончился 570 млн. лет назад

Фанерозо́й -  (фанерозойский эон), подразделение геохронологической шкалы. Охватывает последние 570 млн. лет истории развития Земли, в течение которых существуют скелетные организмы; их остатки позволили произвести дробное стратиграфическое подразделение осадочных толщ. Фанерозой включает палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры. Это также фанерозойская эонотема, т. е. совокупность слоёв горных пород, объединяющая соответствующие эратемы.

 Некоторые важнейшие ароморфозы: фотосинтез, эукариоты, многоклеточные, скелет:

Фотосинтез (от фото... и синтез), образование высшими растениями, водорослями, фотосинтезирующими бактериями сложных органических веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех др. организмов, из простых соединений (например, углекислого газа и воды) за счёт энергии света, поглощаемой хлорофиллом и др. фотосинтетическими пигментами. Один из важнейших биологических процессов, постоянно и в огромных масштабах совершающийся на нашей планете. В результате Ф. растительность земного шара ежегодно образует более 100 млрд. т органического веществ (около половины этого количества приходится на долю Ф. растений морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т CO₂ и выделяя во внешнюю среду около 145 млрд. т свободного кислорода. Полагают, что благодаря Ф. образуется весь кислород атмосферы. Ф. – единственный биологический процесс, который идёт с увеличением свободной энергии системы; все остальные (за исключением хемосинтеза) осуществляются за счёт потенциальной энергии, запасаемой в продуктах Ф. Количество энергии, ежегодно связываемой фотосинтезирующими организмами океана и суши (около 3×10²¹ дж), во много раз больше той энергии, которая используется человечеством (около 3×10²⁰ дж).

Эукариоты, одно- или многоклеточные растительные и животные организмы, у которых тело клеток, в отличие от клеток прокариот, дифференцировано на цитоплазму и отграниченное мембраной ядро. Согласно новейшей системе органического мира, Э. придают ранг надцарства (включающего царства животных, грибов, растений), противопоставляя его надцарству прокариот. Генетический материал ядра Э. организован в хромосомы, способные к удвоению и распределению путем митоза между дочерними клетками. Молекулярную основу хромосом составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), тесно ассоциированная с гистонами и другими белками. У большинства Э. есть типичный половой процесс (со слиянием клеточных ядер при оплодотворении и редукционным делением в процессе мейоза); цитоплазма клеток Э., в отличие от цитоплазмы клеток прокариот, обладает сложной системой мембран, формирующих эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии и другие органоиды.

Многоклеточные организмы, животные и растения, тело которых состоит из многих клеток и их производных (различные виды межклеточного вещества). Характерный признак М. — качественная неравноценность слагающих их тело клеток, их дифференцировка и объединение в комплексы различной сложности (ткани, органы), выполняющие разные функции в целостном организме. Для М. характерно также индивидуальное развитие (онтогенез), начинающееся в большинстве случаев (исключая вегетативное размножение) с делений и дифференцировки одной клетки (половой клетки, споры или др.)

Скелет (от греч. skeletos, букв. — высохший), совокупность твёрдых тканей в животном организме, служащих опорой тела или отд. его частей и (или) защищающих его от механич. повреждений. У нек-рых беспозвоночных С. наружный, обычно в виде раковины или кутикулы. Кутикулярный С. характерен для мн. червей и особенно для членистоногих, у к-рых он представлен хитиновым панцирем, иногда пропитанным известью. Колонии гидроидных одеты общей скелетной оболочкой — перисарком. Массивный известковый С. мадрепоровых кораллов, образующих основу коралловых рифов тропич. морей, также наружный, хотя выделяющая его эктодерма образует складки, глубоко вдающиеся в тело. Внутр. С. беспозвоночных в простых случаях (у губок) представлен известковыми или кремневыми иглами — спикулами. Известковый С. иглокожих залегает в соединительнотканном слое кожи и образуется мезодермой. У головоногих моллюсков имеется внутр. хрящевой С, защищающий мозг и глаза. У низших хордовых (бесчерепных) внутр. С. представлен хордой. У позвоночных внутр. С. крайне усложнён и подразделяется на С. головы (череп), осевой С. туловища (хорда, позвонки и рёбра) и С. конечностей. У круглоротых и нек-рых рыб хорда сохраняется пожизненно, но у большинства позвоночных она в ходе онтогенеза вытесняется телами позвонков. Внутр. С. круглоротых и хрящевых рыб остаётся хрящевым пожизненно, у костных же рыб и наземных позвоночных хрящ в онтогенезе б. или м. полно замещается костью, образующей почти весь С. у костистых рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. У хрящевых рыб внутр. С. дополняется наружным, состоящим из плакоидных чешуи. У костных рыб и наземных позвоночных чешуи головы и передней части туловища преобразуются в кожные, или накладные, кости черепа и плечевого пояса. Кожные кости черепа срастаются с внутр. черепом и у высших позвоночных частично замещают его. Остатки чешуйчатого покрова сохраняются на теле у безногих земноводных, а в виде т. н. брюшных рёбер — у гаттерии и крокодилов. Костные чешуи, или пластины, возникают в коже у наземных позвоночных и вторично; они хорошо развиты у крокодилов и нек-рых ящериц, а у черепах и броненосцев образуют наружный костный панцирь, к-рый у черепах срастается с позвонками и рёбрами. Кости и хрящи могут соединяться друг с другом подвижно (суставы) или неподвижно (швы и сращения). Осн. план строения С. позвоночных весьма консервативен, хотя адаптация организмов к существованию в разнообразных условиях среды может сопровождаться значит, изменчивостью С. Особенно это относится к С. конечностей, к-рые приспособлены к разным способам передвижения (хождение, бег, прыгание, рытьё, лазание, плавание, полёт и т. д.). При этом конечности могут исчезнуть совсем (напр., у безногих земноводных, змей, передние — у китов), отд. их кости могут исчезать либо сливаться с соседними и, наоборот, число их может увеличиться (см. КИСТЬ, СТОПА рис. при ст.,). У человека в составе С. более 200 костей. По строению он близок к С. человекообразных обезьян, от к-рого отличается гл. обр. строением и большей ёмкостью черепа, формой костей конечностей, позвоночника и таза, что обусловлено интенсивным развитием головного мозга и прямохождением. По сравнению с женщинами для С. мужчин характерны более массивные кости конечностей, более широкая грудная клетка и узкий таз. (см. ЧЕРЕП, ПОЗВОНОЧНИК, ПЛЕЧЕВОЙ ПОЯС, ТАЗОВЫЙ ПОЯС, КОНЕЧНОСТИ) и др. статьи об отд. элементах скелета. Скелет в палеоантропологии — осн. источник для изучения морфологич. эволюции человека и реконструкции физич. облика его предков. Наиб, ранние и значит, преобразования С. в процессе антропогенеза связаны с развитием прямохождения. Изменения в С. нижней конечности, к-рые позволили перейти к передвижению на двух ногах, оформились не позднее 3—4 млн. лет назад (австралопитеки, ранние представители рода Homo). Эволюция руки представлена в палеоантропологии более скудно, но на основании имеющихся данных можно предполагать, что совр. тип человеческой кисти сложился на поздних этапах антропогенеза; то же, по-видимому, справедливо и для черепа. Своеобразными морфологич. чертами С, связанными прежде всего с увеличением его массивности, обладали мн. палеоантропы (неандертальцы). Большой интерес изучение С. представляет также для освещения нек-рых сторон жизнедеятельности ископаемых предшественников совр. человека. Так, по данным остеологии возможны: косвенная оценка состояния нек-рых функц. систем организма, напр. его гормонального статуса (палеоэндокринология), суждение об особенностях возрастной динамики (темпы развития С, прорезывания зубов, преждеврем. и физиологич. старение) и репродуктивной функции («палеоакушерские» исследования), представления о диете (белковая недостаточность, наличие нек-рых микроэлементов, растит, пигментов и т. д.), а также о болезнях.

Основные таксономические группы растений и животных и последовательность их эволюции:

• Моллюски - мягкотелые, тип беспозвоночных животных. классов: Брюхоногие моллюски, Моноплакофоры, Панцирные моллюски, Желобобрюхие моллюски, Двустворчатые моллюски, Лопатоногие моллюски и Головоногие моллюски.

         Строение М. характеризуется  двусторонней симметрией тела  и отсутствием сегментации.Тело М. состоит из головы, туловища, раковины и ноги.         

 Размножение М. происходит  только половым путём. Одни  группы М. раздельнополы, другие  гермафродитны.      Большинство М. обитает в морях и океанах, особенно в прибрежной зоне; многие М. живут на суше; сравнительно небольшое число видов — в солоноватых и пресных водах. Среди морских М. большинство ведёт ползающий образ жизни, но имеются и сидящие на дне формы или роющиеся в грунте (большинство двустворчатых). Некоторые брюхоногие, а также часть головоногих (например, Кальмары) — хорошие пловцы. Наземные улитки населяют самые различные биотопы и ландшафты от тундры до тропиков и от низин до верхних поясов в горах. Особенно разнообразны М. в тропических морях.        

 Нынеживущих М. 107 тыс. видов; ряд зоологов считает, что их только около 32 тыс. видов. В СССР особенно разнообразны М. в дальневосточных морях, а наземные — в Крыму, на Кавказе, в Карпатах и Средней Азии (много эндемичных видов). В зоогеографическом отношении интересны эндемичные М. озера Байкал и Каспийского моря.     

 Предками М. были  малочленистые кольчатые черви с несовершенной и преимущественно наружной сегментацией, следы которой сохранились в строении некоторых низших М. 

 Ископаемые М. (моноплакофоры, брюхоногие, двустворчатые, головоногие, возможно панцирные) известны с кембрия. Для палеозоя и мезозоя особенно характерны головоногие; расцвет двустворчатых и брюхоногих начался с мезозоя. В связи с тем, что ископаемые М. были широко распространены и их остатки часто встречаются, они имеют большое значение для решения ряда вопросов стратиграфии, палеогеографии и т. д. Большое разнообразие в строении раковины и возможность выяснения последовательности её изменения во времени у разных групп делают М. важнейшим объектом для решения отдельных проблем эволюции животного мира. Условно к М. относят также несколько групп не очень ясного систематического ранга (предположительно, классы), известных только из палеозойских отложений, — Ксеноконхии, Кониконхии, пробивальвии и др.  

Рыбы (лат. Pisces) — надкласс водных животных, обширная группа челюстноротых позвоночных, для которых характерно жаберное дыхание на всех этапах постэмбрионального развития организма. Рыбы распространены как в солёных, так и в пресных водах, от глубоких океанических впадин до горных ручьев. Рыбы играют большое значение для всех водных экосистем как составляющая пищевых цепей и большое экономическое значение для человека из-за употребления их в пищу.Размеры современных рыб варьируют от 7,9 мм (Paedocypris progenetica^[1]) до 13,7 м (китовая акула).В мире известно, по разным данным, от 25 000 до 31 000 видов рыб. В России обитает около 3000 видов^[2], в том числе в пресных водах встречается более 280 видов^[3].Изучению рыб посвящён раздел зоологии — ихтиология.

Считалось, что наиболее древние известные бесчелюстные животные, напоминающие рыб, известны из раннего ордовика (около 450—470 миллионов лет назад). Однако в 1999 году в китайской провинции Юннань были найдены окаменелости рыбообразного существа из группы бесчелюстных возрастом около 530 миллионов лет (ранний кембрий). Возможно, подобные формы были предками всех позвоночных.

С развитием челюстей из одной из жаберных дуг, возникли первые рыбы. Кроме челюстей, рыбы имеют  парные плавники, внутреннее ухо с  тремя полукруглыми каналами и жаберные дуги. Несмотря на появление первых челюстноротых рыб еще в ордовике, они занимали подчиненное положение вплоть до девона. Таким образом, рыбы и бесчелюстные существовали больше 100 миллионов лет в условиях преобладания бесчелюстных, в отличие от настоящего времени. Хрящевые рыбы появились на рубеже силура и девона, около 420 миллионов лет назад, достигнув расцвета в карбоне. Костные рыбы водятся в мировых океанах как минимум с девона, не исключено, что они существовали уже в силуре.

Более половины всех живущих  ныне видов позвоночных, а именно около 31 тысячи, относятся к рыбам. Число признанных видов продолжает меняться вследствие открытий новых видов, а также таксономических ревизий отдельных групп рыб. Ныне живущие рыбы представлены двумя классами: хрящевые рыбы (Chondrichthyes) и костные рыбы (Osteichthyes).

• Земноводные, амфибии (Amphibia) (от греч. amphíbios — живущий двоякой жизнью), класс позвоночных животных. З. — первые позвоночные, перешедшие от водного к водно-наземному образу жизни. Откладывают икру, подобно рыбам, т.к. их яйца (икра) и зародыши лишены приспособлений для наземного развития (анамнии). Развитие завершается метаморфозом, во время которого личинки утрачивают сходство с рыбами и превращаются во взрослых животных. Организация З. как наземных позвоночных во многом несовершенна: интенсивность обмена веществ очень невысока, температура тела непостоянна и соответствует температуре внешней среды.

К современным З. относится около 2850 видов, объединяемых в 3 отряда: безногие, хвостатые и бесхвостые З. Безногие земноводные имеют удлинённое тело, конечности и хвост отсутствуют. Хвостатые земноводные имеют вытянутое тело, хвост хорошо развит, ноги обычно слабые и короткие. Бесхвостые земноводные имеют две пары конечностей, по земле передвигаются прыжками; в воде плавают, отталкиваясь задними конечностями, снабженными у большинства видов плавательные перепонками.

Ископаемые З. гораздо  многочисленнее и разнообразнее  современных. Классификация ископаемых З. основана на строении их позвоночника и черепа. Наиболее древние и примитивные З. — ихтиостеги — обладали значительным сходством с кистепёрыми рыбами, будучи их потомками. Главная ветвь ископаемых З. составляли лабиринтодонты; от них, по-видимому, отделились батрахозавры, бесхвостые и лепоспондильные З., а также микрозавры. Батрахозавры — вероятные предки пресмыкающихся. Появившись в девоне, З. достигли широкого распространения и разнообразия в карбоне, чему благоприятствовал влажный и жаркий климат того периода; в пермский, более сухой, период среди З. появилось много наземных форм. В триасе многообразие З., представленных преимущественно водными формами, резко сократилось; 2-й этап их относительного процветания приходится уже на кайнозой. Некоторые ископаемые З. достигали гигантских размеров, имея череп длиной более 1 м (мастодонзавр). Основные местонахождения остатков древних З. (девон — триас) известны из Северного полушария, отдельные находки — из Южной Африки и Индии. В СССР остатки ископаемых З. многочисленны в восточной части Русской платформы и служат надёжными руководящими формами для установления геологического возраста отложений