Концепции эволюции растительного и животного мира

Первые клетки, начало биологической эволюции, появились еще в архейскую эру. Следы жизни были незначительны, обнаружены остатки анаэробных автотрофных предшественников синезеленых водорослей. Переход к фотосинтезу, длительный, завершился около 1,8 млрд лет назад, изменив нашу планету. Атмосфера стала кислородной, возник озоновый слой, затрудняющий путь ультрафиолетовому излучению к поверхности Земли. Кислотность морской воды, наоборот, уменьшилась. Произошел переход от прокариотов к эукариотам. У них ДНК уже сконцентрирована в хромосомы, сосредоточенные в ядре клетки. Эта клетка воспроизводится почти без изменений, и в неизменной среде эти новые, «дочерние» клетки имеют преимущества при отборе.

В протерозое, длившемся 2 млрд лет, мир был населен еще одноклеточными, и только началось разделение клеток на растительные и животные. Растительные клетки покрывались более жесткой оболочкой, которая защищала их, но и мешала перемещению при добывании пищи. Эти клетки совершенствовались для накопления питательных веществ в процессе фотосинтеза — образовывались клетки как с автотрофным, так и гетеротрофным питанием. Обе эти группы участвовали в биотическом круговороте веществ и взаимно дополняли друг друга. Животные клетки были покрыты более эластичной оболочкой, не мешающей им пере-

двигаться в поисках пищи, которой им служили другие клетки, — растительные или животные. Эти качества совершенствовались, животные клетки поглощали все более крупные частицы, пропуская их через свою оболочку; естественный отбор ускорял эти усовершенствования.

Следующий этап развития жизни и усложнения ее форм — появление полового размножения ( 900 млн лет назад). Его достоинство — в увеличении разнообразия видов и ускорении эволюции. Первые многоклеточные представлены губками, кишечнополостными, членистоногими. Их эволюция шла в направлении совершенствования способов передвижения и дыхания, лучшей координации деятельности клеток и пр. И за 100 млн лет усложнилась организация многоклеточных организмов с дифференцированным телом, органами и тканями, имеющими различные функции.

В протерозое и начале палеозоя растения живут в морской воде: бурые и зеленые водоросли прикреплены ко дну, а в толще воды находятся красные и золотистые водоросли. Из-за повышения солености морей животные, усваивая минеральные соли, смогли образовывать жесткий скелет (рис. 14.8).

В кембрии, длившемся 100 млн лет, произошел гигантский «взрыв» жизни. В море появились почти все виды животных, которые впоследствии развивались и совершенствовались: ракообразные, кораллы, моллюски, трилобиты, плеченогие, иглокожие. Среди окаменелостей кембрия находят немало остатков скелетов животных, похожих по строению на современные, которых не находили в докембрийских пластах. Этот скачок и определил границу между эрами на шкале геологического времени Земли. Но лишь немногие из видов животных, населяющих кембрийские моря, стали предками существующих ныне форм. Большинство видов вымерли, их считают «ошибками» природы.

Появление огромного разнообразия видов изменило и отношения между животными. Все шире распространялись организмы, питающиеся животной пищей, появились хищники, стали складываться современные типы животных сообществ, связанных пищевыми цепями. Обнаружены окаменелости хищников, поверженных ими жертв и у отдельных животных — приспособления для борьбы с хищниками. В ряде новых типов впервые возникли раковина и экзоскелет. У некоторых трилобитов развились длинные шипы, затруднявшие нападение хищников, которые стали важным элементом среды обитания. Как объяснить такой «взрыв» разнообразия форм 570 млн лет назад? Сильно изменились концентрации фосфатов, изотопов серы и стронция в морской воде, и, вероятно, еще в протерозое на поверхности суши в результате взаимодействия минералов, климатических условий и бактерий стала образовываться почва. Это подготовило выход на сушу растений, а

затем и животных. К началу кембрия при обилии питания в морских водах раскололся суперконтинент, и возникли протяженные береговые линии с тропическим климатом. Считают, что тогда геном был существенно проще, и меньше мутаций оказывались летальными. Эта генетическая пластичность при обилии незанятых экологических ниш и привела к взрыву разнообразия видов. В ордовике (500 млн лет назад) в море появились плотоядные, имеющие длину до 10 м, и небольших размеров первые позвоночные — животные, имеющие скелеты. Вероятно, это были бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала им спасаться от хищников. Господствовали иглокожие, трилобиты. В конце ордовика начался переход на сушу первых споро-

вых растений, заселявших берега пресных водоемов. В морях распространились полухордовые (типа ланцетника). Поверхность Земли была красноватой из-за коррозии минералов железа в кислородной атмосфере.

В период силура, наступившего еще через 100 млн лет, появились позвоночные — панцирные рыбы — и продолжилось заселение суши растениями. Переход на сушу сопровождался изменениями в приспособляемости их к новой среде. Так, сильно возросла масса тела (на величину выталкивающей силы). В воздухе нет питательных веществ, выше содержание кислорода, и он пропускает свет и звук иначе, чем вода. Переселявшиеся на сушу растения получали эволюционные преимущества — при обилии солнечного света фотосинтез становился более совершенным. Чтобы ограничить испарение влаги, стала формироваться водонепроницаемая оболочка, для обеспечения питанием в новой среде развивалась корневая система, для укрепления и поддержания в условиях суши формировалась и древесина. Происходила дифференциация тела на корень, стебель и лист. Изменилась и репродуктивная система — на суше оказались непригодными для размножения свободно плавающие половые клетки, стали формироваться семена и споры. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к жизни, ее представляют высшие растения. Гаметофитное направление представлено мохообразными. К концу силура поверхность Земли вблизи водоемов приобрела зеленый цвет: из древних голосеменных и прогимноспримов появились и животные — паукообразные (типа современных скорпионов).

В девоне появились двоякодышащие, т. е. помимо дыхания в воде они могли дышать и легкими, а также хрящевые рыбы — акулы и скаты. У акул сложная система поведения, прекрасные обоняние и электромагнитная система ориентации, почти не изменившиеся за прошедшие 400 млн лет. В этот период появились и костистые рыбы; двоякодышащие пресноводные рыбы, вероятно, дали жизнь первичным земноводным, а затем и сухопутным позвоночным. Постепенно вырабатываются разные способы укрепления каркаса тела: помимо внутреннего каркаса у позвоночных складывается и наружный — у насекомых. Появившиеся насекомые обладают достаточно сложной системой отражения, врожденные рефлексы преобладают над приобретенными, по всему телу распределены нервные центры, тогда как у позвоночных развивается в основном мозг и преобладают условные рефлексы над безусловными. Эти различия возрастали и стали проявляться после перехода к жизни на суше. В девоне возникли грибы, сушу освоили пауки и клещи.

В карбоне климат был теплый и влажный, Земля покрылась морями и большими заболоченными территориями, широко распространились кораллы и моллюски. В условиях постоянного лета

разрослись густые тропические леса папоротникового типа. Началось активное заселение суши животными. Первыми из позвоночных, 'приспособившимися к новым условиям среды, стали рептилии. Яйца рептилий покрыты скорлупой, предохранены от высыхания и снабжены питанием для эмбриона. Некоторые уходили в воду (мезозавры), а другие, наоборот, удалялись от воды. Растения карбона тоже уже приспособились удерживать воду и защищать семена от высыхания, мощные споровые растения достигали высоты 40 м. К концу периода распространяются голосеменные, у которых происходит переход от одинарного набора хромосом к двойному. Так растут генетические возможности организмов. Дальнейшая эволюция шла по совершенствованию семян. Переход к семенному размножению обладал рядом эволюционных преимуществ, и семенные растения разрастались. Появились первые хвойные. К концу периода карбона (285 млн лет назад) климат стал более засушливым, земноводные, которые преобладали эти 60 млн лет каменноугольного периода, стали вытесняться пресмыкающимися, способными удаляться на большие расстояния от водоемов.

В конце палеозойской эры, в перми, воздух осваивают огромное количество насекомых. Появились и покрытосеменные растения. Такие семена могли переносить животные, и растения формировали средства, привлекающие животных. Цветковые — чрезвычайно разнообразны по цвету, форме и запаху. И сейчас в тропических лесах почти 80 % составляют покрытосеменные растения. Земноводные (амфибии) жили на суше; у них усовершенствовалось легочное дыхание, развились пятипалые конечности с плечевым и бедренным суставами. Но размножались они с помощью икры, которую метали в воду, поэтому они не могли удаляться далеко от водоемов. В связи с этим господство земноводных на Земле было непродолжительным.

Мезозойская эра продолжалась 170 млн лет и закончилась 70 млн лет назад. Она разделена на три периода: триасовый, юрский и меловой. Ее называют эрой пресмыкающихся, распространившихся по всей планете и достигших огромного разнообразия. Некоторые рептилии стали хищными, а другие — травоядными. В триасе размеры динозавров достигли 6 м в длину и увеличивались по мере овладения планетой. Появились черепахи, крокодилы и первые млекопитающие. В юрский период (длившийся 60 млн лет) возникли птицы, но первые (археоптерикс) напоминали не только птиц, но и рептилий. Развивались морские рептилии — ихтиозавры и плезиозавры, появились летающие ящеры — птеродактили. К меловому периоду относится появление гигантских растительноядных динозавров — брахиозавров (длиной до 30 м, массой до 50 т). В конце мезозоя климат стал более холодным, сократились площади областей с богатой растительностью, что

привело к гибели сначала растительноядных, а затем и плотоядных динозавров. Преимущество в развитии при похолодании получили теплокровные животные — птицы и млекопитающие.

Кайнозойская эра, которая началась 67 млн лет назад, разделена на три периода: палеоген, неоген и четвертичный. Преобладают цветковые растения, насекомые, птицы и млекопитающие; прогрессируют покрытосеменные растения, формируя новые систематические группы. В начале палеогена (палеоцене) после вымирания динозавров почти все экологические ниши на суше, воде и воздухе заняли млекопитающие, среди них появились и первые хищные. Млекопитающие имели большое преимущество перед господствовавшими ранее пресмыкающимися, так как меньше зависели от перемен окружающей среды. Они имели более развитый мозг, вынашивали детенышей в теле матери и питали их через плаценту, поддерживали постоянной температуру тела. От первых хищников произошли копытные, от некоторых видов насекомоядных — приматы. В неогене появились многочисленные виды обезьян, а в конце периода — плиоцене (8 — 3 млн лет назад) сформировались почти все современные семейства млекопитающих (тогда их было 140, сейчас — около 95). Часть млекопитающих ушла в море: китообразные и ластоногие.

Палеоген и неоген иногда называют третичным периодом, а четвертичный период — антропогеном. Этот последний период, начавшийся 3 млн лет назад, характеризуется заметным похолоданием. Северное полушарие четырежды подвергается оледенению. Вымирают многие крупные животные: мамонты, саблезубые тигры и др. Природа принимает почти современный вид, в животных формируются тенденции стадного образа жизни. При этом у млекопитающих переход к стадному образу жизни не вел к потере индивидуальности, как у насекомых, а, наоборот, подчеркивал ее. Эти тенденции вели к возникновению человека. Эволюционное отделение ветви, которая привела к появлению современного человека, произошло примерно 13 — 7 млн лет назад. В эмбриональном развитии человека есть черты, похожие на черты всех животных типа хордовых, класса млекопитающих, подкласса плацентарных и отряда приматов.