§ 15. Этапы развития жизни на Земле

Страница 136

Используя текст параграфа, заполните таблицу по предложенному образцу.

История развития органического мира

1. Ответьте на вопросы.

• На какие промежутки принято делить историю Земли?

Ответ: Наша планета сформировалась около 4,6 млрд лет пазад. Ее историю принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятие и опускание суши, изменение очертаний материков и уровня океанов, оледенения, смена полярности и другие глобальные преобразования. Вулканические процессы, изменения в атмосфере, умение количества солнечной радиации вызывало массу изменений на планете. Оледенения изменяли климат, влияя на растительный и животный мир.

• Почему в архейскую эру жизнь существовала только в воде?

Ответ Жизнь на суше была невозможна в архее из-за губительного воздействия ультрафиолетового излучения. А вода была защитой от действия излучения

• Назовите главные ароморфозы архейской и протерозойской эр.

Ответ: В архейскую эру происходят крупные изменения — ароморфозы: появляются организмы эукариоты, многоклеточные организмы, фотосинтез. В результате изменений климата естественным отбором сохранялись организмы, у которых формировались приспособления, соответствующие среде обитания. Это обусловило эволюцию живой природы, формирование новых видов. В конце архейской эры появились первые зеленые водоросли — эукариоты — организмы с оформленным ядром. Повысилась надежность хранения и передачи генетической информации, поскольку в ядрах клеток сосредоточилась почти вся ДНК. Формирование многоклеточных организмов положило начало дифференциации органов и тканей, специализации клеток, их приспособленности к выполнению определенных функций. В протерозойскую эру произошли основополагающие ароморфозы: важнейшим ароморфозом было появление дыхания; появились многоклеточные организмы — созданы предпосылки для специализации клеток, увеличения размеров и усложнения организмов; возникло половое размножение (комбинативная изменчивость), при котором слияние генетического материала разных особей поставляло материал для естественного отбора; важнейшим ароморфозом стало образование двусторонней симметрии у активно передвигающихся организмов.

• Какие особенности строения псилофитов позволили им жить на суше?

Ответ. В процессе эволюционного развития первыми наземными растениями стали псилофиты. Наземные условия существенно отличались от водных и потребовали изменений в строении.

У растений появилась необходимость не только закрепиться в почве, но и добывать воду с минеральными веществами. Для этого у псилофитов появляются ризоиды. Чтобы обеспечить транспорт веществ, необходима проводящая система. Т.е. в корневищеподобных и стеблеподобных органах псилофитов появляется древесина, состоящая из трахеид, и луб из вытянутых клеток. Опорную функцию выполняет механическая ткань.

Несмотря на то, что псилофиты произрастали на болотистых почвах, большая часть растения взаимодействовала с воздушной средой и нуждалась в защите от высыхания. Поэтому у псилофитов появляется эпидермис с устьицами для регуляции испарения.

Кратко:

1. Ризоиды для закрепления в почве и питания.

2. Появление проводящей ткани для транспорта веществ.

3. Появление механической ткани, выполняющей опорную функцию.

4. Покровная ткань (эпидермис с устьицами) для защиты от испарения.

• Почему на суше в карбоне господствовали амфибии, а в перми — рептилии?

Ответ: Карбон (каменноугольный период) характеризуется влажным и тёплым климатом, отсутствием сезонных колебаний погоды. Земля покрыта мелкими морями и огромными заболоченными территориями, что способствует расцвету земноводных. У некоторых из этих животных развились настоящие пятипалые конечности и лёгочное дыхание, появился двойной круг кровообращения с трёхкамерным сердцем. Но размножение амфибий связано с водой, так как они откладывают икру в воду. В связи с этим они не могли освоить удалённые от воды территории; период их господства на Земле был непродолжительным. В перми, когда произошло крупнейшее отступление моря и климат стал более засушливым, многие земноводные погибли, а оставшиеся начали вытесняться пресмыкающимися. Эти животные способны удаляться от воды на значительное расстояние, так как процесс их размножения не связан с водной средой. Они имеют более совершенную дыхательную систему и плотные покровы, защищающие от испарения.

• Какие особенности строения млекопитающих и покрытосеменных привели к их господству в кайнозое?

Ответ Расцвету млекопитающих способствовал целый ряд ароморфозов: постоянная температура тела, внутриутробное развитие зародышей в теле матери и питание их через плаценту (у плацентарных млекопитающих), выкармливание молоком, усложнение строения головного мозга и развитие коры больших полушарий и др. Они распространены на всех материках и во всех средах. У них всегда развивается плацента, а детеныши рождаются способными сосать молоко. Расцвет покрытосеменных идёт параллельно с расцветом разнообразных форм насекомых-опылителей. Господствующее положение в кайнозое занимают покрытосеменные растения, насекомые, костистые рыбы, птицы, млекопитающие. Появились самоопыляющиеся и перекрестноопыляемые растения, у которых сформировались приспособления к опылению ветром, водой, насекомыми. Многообразие приспособлений у плодов и семян обеспечивало их распространение животными, ветром, водой.

2*. Используя таблицу «Общая характеристика современных организмов», предположите, какие ароморфозы происходили в процессе формирования современного мира живой природы.

Основные ароморфозы на ранних этапах развития органического мира

Первые живые организмы Земли (архебионты) населяли водную среду обитания. В этих условиях первичным способом питания является гетеротрофный. Совершенствование этого способа питания приводит к появлению разнообразных внутриклеточных мембран и органоидов движения. Происходит увеличение объема генетической информации, в результате чего образуется ядро. В дальнейшем появляются настоящие хромосомы и совершенные способы деления клетки: митоз и мейоз. Таким образом, происходит формирование эукариотических клеток.

Недостаток органического вещества вынудил часть организмов перейти на автотрофное питание. Древнейшим способом автотрофного питания является хемосинтез. На основе мембранных систем хемосинтеза формируются системы фотосинтеза.

Основные ароморфозы в эволюции растений

Настоящие ткани у водорослей отсутствуют, поэтому они остаются первично-водными организмами. Таким образом, собственные ароморфозы у водорослей отсутствуют.

В конце силура возникают Высшие (наземные) растения. Они произошли от организмов, близких к современным Харовым водорослям, благодаря возникновению крупнейшего ароморфоза – дифференцированных тканей. Наиболее примитивные наземные растения представлены Мхами у которых ткани слабо дифференцированы, побеги имеют примитивное строение, корень отсутствует. В дальнейшем появляются все остальные типы тканей, происходит дифференцировка тела растений на корень и побег. В течение девона формируются современные группы Сосудистых споровых растений (Плауны, Хвощи, Папоротники). Однако у споровых растений отсутствует семя. Для оплодотворения необходима капельножидкая вода, что ограничивает распространение споровых растений.

В начале мезозоя появляются первые Голосеменные растения, которые характеризуются рядом ароморфозов:

1. Появление семязачатков; в семязачатке развивается женский гаметофит

2. Появление пыльцевых зерен; пыльцевое зерно прорастает в пыльцевую трубку, образуя мужской гаметофит. В результате для оплодотворения капельножидкая вода не нужна.

3. Появление семени, в состав которого входит дифференцированный зародыш и эндосперм, который содержит питательные вещества для развития зародыша и проростка.

Первые Покрытосеменные (Цветковые) растения появляются в юрском периоде. Покрытосеменные характеризуются следующими ароморфозами:

1. Всегда имеется пестик – замкнутый плодолистик с семязачатками.

2. В большинстве случаев имеются «приманки» для насекомых – нектар и околоцветник. Это сделало возможным переход к энтомофилии (опылению насекомыми).

3. Имеется зародышевый мешок, структура которого обеспечивает двойное оплодотворение.

В настоящее время Покрытосеменные находятся в состоянии биологического прогресса.

Основные ароморфозы в эволюции животных

Эукариотические организмы, специализирующиеся на гетеротрофном питании, дали начало Животным и Грибам. Первые животные были представлены Одноклеточными организмами, у которых отсутствуют ткани.

В протерозойской эре возникают все известные типы Многоклеточных беспозвоночных животных. Наиболее примитивными настоящими Многоклеточными являются Двуслойные животные, в частности, Кишечнополостные. Их появление связано с первым крупным ароморфозом – появлением двуслойного зародыша; стенки их тела состоят из эктодермы и энтодермы.

У Низших червей (Плоские и Круглые черви) появляется третий зародышевый листок – мезодерма. Это крупный ароморфоз, благодаря которому появляются дифференцированные ткани и системы органов.

Следующим крупным ароморфозом является вторичная полость тела, или целом. Благодаря этому становится возможным разделение тела на отделы

Затем эволюционное древо животных разветвляется на Первичноротых и Вторичноротых.

Наиболее примитивные Первичноротые животные (Кольчатые черви и им подобные) имеют примитивные конечности. Но в начале кембрия появляются Членистоногие, у которых примитивные конечности преобразованы в членистые конечности.

В начале девона (после выхода на сушу растений и формирования наземных экосистем) происходит выход на сушу Паукообразных и Насекомых. Паукообразные перешли в наземно-воздушную среду обитания благодаря многочисленным идиоадаптациям.

Среди Вторичноротых животных появляется ряд крупных ароморфозов: хорда, нервная трубка, брюшная аорта (а затем – сердце). В результате формируется тип Хордовые.

Часть Костных рыб благодаря двум ароморфозам – легочному дыханию и появлению настоящих конечностей – дала начало первым Четвероногим – Амфибиям (Земноводным).

Рептилии не смогли утратить зависимость от низких температур: теплокровность у них невозможна из-за неполного разделения кругов кровообращения. В конце мезозоя с изменением климата происходит массовое вымирание рептилий.

У части высших Рептилий появляется полная перегородка между желудочками, редуцируется левая дуга аорты, происходит полное разделение кругов кровообращения, и становится возможной теплокровность. В дальнейшем эти животные приобрели ряд адаптаций к полету и дали начало классу Птицы.

Зверозубые рептилии дали начало Млекопитающим, которые возникли благодаря целому ряду ароморфозов: увеличенные полушария переднего мозга с развитой корой, четырехкамерное сердце, появление шерстного покрова, млечных желез, дифференцированных зубов .

Плацентарные млекопитающие, благодаря появлению плаценты и настоящего живорождения заняли господствующее положение.

СТРАНИЦА 139

1. Вспомните сущность двойного оплодотворения покрытосеменных. Почему его называют двойным?

1) В процессе двойного оплодотворения происходит два слияния клеток.

2) Один спермий сливается с яйцеклеткой и образуется зигота.

3) Другой — с крупной диплоидной центральной клеткой и образуется триплоидный эндосперм — питательная ткань для зародыша. Таким образом, в результате двойного оплодотворения образуется семя, состоящее из зародыша, обеспеченного питательными веществами и защищенного семенной кожурой.

Двойное оплодотворение, половой процесс у покрытосеменных растений, при котором оплодотворяются как яйцеклетка, так и центральная клетка зародышевого мешка. В завязь покрытосеменных растений проникает два спермия, один из них сливается с яйцеклеткой, дав начало диплоидному зародышу. Другой соединяется с центральной диплоидной клеткой. Образуется триплоидная клетка, из которой возникнет эндосперм (этим достигается существенная экономия энергетических ресурсов) — питательный материал для развивающегося зародыша.

В результате опыления – переноса пыльцы из пыльников на рыльце пестика, пыльцевое зерно – пылинка, начинает прорастать. При участии вегетативной клетки формируется пыльцевая трубка, по которой движется генеративная клетка. Она дает начало двум мужским гаметам спермиям. Спермий – безжгутиковый сперматозоид, не способный к активному движению. Пыльцевая трубка продвигается вниз к завязи и врастает в зародышевый мешок в области пыльцевхода. После этого кончика трубки разрывается и два спермия попадает внутрь зародышевого мешка. Одни из них сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой – с центральным ядром, формируя триплоидное ядро центральной клетки. Из зиготы развивается зародыш с диплоидным набором хромосом, из триплоидной клетки – эндосперм (питательная ткань семени). Из покровов семязачатка закладывается кожура семени, а из стенок завязи – околоплодник. Таким образом, цветок – это укороченный спороносный побег, служащий для образования спор и гамет, для опыления и оплодотворения, после которого образуются плоды и семена.

В чём эволюционное преимущество такого типа оплодотворения по сравнению, например, с оплодотворением у голосеменных?

Семяпочка защищена от неблагоприятных воздействий завязью (отсюда и название отдела). Зародыш в семени имеет запас питательных веществ в эндосперме или семядолях. Завязь участвует в образовании плода, а последний играет важную роль в распространении вида.

2. Назовите основные ароморфозы в эволюции растительного мира.

Ответ: Основные ароморфозы в эволюции растительного мира. В архей-скую эру появились синезелёные водоросли, это были одноклеточные и прокариотические организмы, способные к фотосинтезу с вьщелением кислорода.

В силурийском периоде палеозоя благодаря крупнейшему ароморфозу — возникновению дифференцированных тканей — появляются древнейшие высшие (наземные) растения — риниофиты (или псилофиты). Псилофиты уже имели побеги, но у них ещё не было листьев и корней. Размножались они спорами и вели наземный или полуводный образ жизни.

В дальнейшем появляются все остальные типы тканей, происходит дифференцировка тела растений на корень и побег.

Появление покрытосеменных растений было связано с целым рядом ароморфозов. У этих растений появляется цветок — видоизменённый укороченный побег, приспособленный для образования спор и гамет. В цветке осуществляется опыление, оплодотворение, формируется семя и плод. Семена покрытосеменных растений защищены околоплодником, который способствует их сохранению и распространению. При половом размножении происходит двойное оплодотворение.

СТРАНИЦА 140

Как вы думаете, в каком направлении (биологического прогресса или регресса) идёт в настоящее время эволюция покрытосеменных? Эволюция мхов, папоротникообразных и голосеменных? Приведите аргументы.

Среди покрытосеменных есть разнообразные жизненные формы — травы, кустарники, деревья. Вегетативные органы (корень, стебель, лист) имеют множество видоизменений. Эволюция покрытосеменных растений шла очень быстро. Для них характерна высокая эволюционная пластичность. Большую роль в их эволюции и расселении сыграли насекомые-опылители. Покрытосеменные — единственная группа растений, образующая сложные многоярусные сообщества. Это способствует более интенсивному использованию среды и успешному завоеванию новых территорий

К главным направлениям эволюционного процесса помимо морфофизиологического прогресса (ароморфоза) и регресса (дегенерации) относят и биологический прогресс и регресс. Особенностью биологического прогресса является лучшее приспособление организмов к условиям окружающей среды, в результате этого происходит увеличение численности особей данного вида, его ареал расширяется, появляются новые популяции, подвиды и виды. Биологический прогресс может быть следствием как усложнения организации (к примеру, появление покрытосеменных растений или различных классов позвоночных животных), так и, наоборот, ее упрощения (утрата большинства органов, характерное для различных паразитов). Таким образом, существуют различные пути для биологического процветания вида. К качестве примеров биологического прогресса можно привести распространение зайца русака на огромной территории нашей страны, вытеснение серыми крысами черных крыс и их широкое распространение, широкое распространение рыжих тараканов и вытеснение ими черных тараканов и т.д.

В отличие от биологического прогресса биологический регресс можно охарактеризовать снижением уровня приспособленности к условиям обитания. В результате этого численность особей вида уменьшается, его ареал сокращается, число и разнообразие популяций также уменьшается. В итоге биологический регресс приводит к вымиранию данного вида. Например, биологическому регрессу подверглись трилобиты, ракоскорпионы, динозавры, псилофиты, семенные папоротники и т.д. В настоящее время биологический регресс происходит у плаунов, хвощей, черных тараканов, черных крыс, зубров, бобров, выхухолей и т.д., список можно продолжить. В этом процессе одним из главных факторов сейчас становится деятельность человека: это как и прямое истребление (уссурийский тигр, зубры), так и сокращение численности видов и их ареалов в результате хозяйственной деятельности (различные степные растения и животные).

СТРАНИЦА 142

Вспомните из курсов «Животные» и «Человек», каким образом строение сердца обеспечивает теплокровность. Каково строение сердца у холодно-кровных амфибий и рептилий?

В процессе дыхания позвоночных задействованы жабры, легкие, кожа. Присутствует двухкамерное, трехкамерное или четырехкамерное сердце, а кровеносная система имеет замкнутое строение.

У всех птиц и млекопитающих (в том числе и человека) , а также (недоразделенное) — у крокодила)

Считается, что впервые четырёхкамерное сердце появилось у динозавров и примитивных млекопитающих. В дальнейшем такое строение сердца унаследовали прямые потомки динозавров — птицы и потомки примитивных млекопитающих — современные млекопитающие.

Единственная современная рептилия, имеющая хотя и неполноценное (межпредсердиевая перегородка не полностью разделяет предсердия), но уже четырёхкамерное сердце — крокодил.

Появление четырехкамерного сердца дало возможность снабжать органы тела животного богатой кислородом артериальной кровью. Это привело к повышению уровня обмена веществ и теплокровности

Проанализируйте содержание таблицы 5 и объясните причины возникновения каждого из представленных ароморфозов.

В результате ароморфоза образуются новые систематические группы: типы и классы.

Ароморфоз формируется на основе наследственной изменчивости и естественного отбора. Подъем общей активности животных способствовал появлению сложных изменений органов дыхания: жабер, легких. Усложнились сердца у рыб, птиц и млекопитающих. Все это способствовало активной жизнедеятельности животных, уменьшило их зависимость от условий внешней среды. Крупные систематические группы — тип, класс, отряд — образовались в процессе длительной эволюции путем ароморфоза. Ароморфоз — основной путь к биологическому прогрессу.

Эволюция кровеносной системы — это усложнение от трубчатых кровеносных сосудов ланцетника до двух-, трех-, четырехкамерного сердца. В эволюции млекопитающих можно выделить несколько крупных ароморфозов: живорождение, теплокровность, прогрессивное развитие кровеносной системы (формирование большого и малого кругов кровообращения) и головного мозга. Высокий общий уровень организации млекопитающих, достигнутый благодаря перечисленным ароморфозным изменениям, позволил им освоить все возможные среды обитания (Арктика, Антарктида) и привел в итоге к появлению высших приматов и человека.

Ароморфоз растений:

1) переход от размножения спорами к размножению семенами; 2) развитие цветка; 3) образование плода из цветков; 4) размножение в воде и на суше; 5) усложнение строения растений.

Ароморфоз — это основной путь эволюции, идущий в направлении:

а) от одноклеточных к многоклеточным;

б) от двухслойного к трехслойному организму;

в) от низших уровней до хордовых.

Основные ароморфозы в развитии органического мира на Земле

СТРАНИЦА 144

• Каковы причины возникновения фотосинтеза?

Исходным материалом для фотосинтеза служат углекислый газ атмосферы и вода. Для синтеза органических веществ растения используют только неорганические вещества: азотистые, фосфорные, сернистые соединения. Источником азота служат также молекулы атмосферного азота, который способны фиксировать бактерии, живущие в корневых клубеньках, главным образом бобовых растений. Газообразный азот переходит при этом в состав аммиака — NH3 и далее входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и иных соединений. Органические вещества, которые образуются в фотосинтезирующих клетках из углекислого газа, воды, азота атмосферы и неорганических солей почвы или водных сред, используются всеми живыми существами нашей планеты, которые не способны к фотосинтезу. В число этих существ входят все животные и человек, живущие благодаря трансформированной растениями энергии солнца. Исключение составляют хемосинтезирующие микроорганизмы, о которых речь будет далее Фотосинтезирующие клетки, захватывая углекислый газ из атмосферы, выделяют в нее кислород.

До появления на нашей планете фотосинтезирующих клеток и организмов атмосфера Земли была лишена кислорода. С появлением фотосинтезирующих клеток она стала насыщаться кислородом. Постепенное наполнение атмосферы кислородом привело к появлению клеток с энергетическим аппаратом нового типа. Это были клетки, производящие энергию вследствие окисления органических соединений, главным образом углеводов и жиров, при участии атмосферного кислорода в качестве окислителя. В результате этого наступил следующий важный этап в развитии жизни на Земле — этап кислородной или аэробной, жизни. Первые клетки, способные использовать энергию солнечного света, возникли, очевидно, около 3 млрд. лет назад. Это были одноклеточные сине-зеленые водоросли. Окаменелые остатки таких клеток были найдены в слоях сланцев, относящихся к тому периоду в истории Земли, который называют архейской эрой. Потребовалось еще более 1 млрд. лет для насыщения атмосферы Земли кислородом и возникновения аэробных клеток. Очевидно, что планетарная роль растений и иных фотосинтезирующихорганизмов исключительно велика:

1) они трансформируют энергию солнечного света в энергию химических связей органических соединений, которая используется всеми остальными живыми существами нашей планеты;

2) они насыщают атмосферу Земли кислородом, который служит для окисления органических веществ и извлечения этим способом запасенной в них химической энергии аэробными клетками;

3) наконец, определенные виды растений в симбиозе с азотфиксирующими бактериями вводят газообразный азот атмосферы в состав молекул аммиака, его солей и органических азотсодержащих соединений. В почве есть и несимбиотические азотфиксирующие микроорганизмы. Из всего сказанного следует, что роль зеленых растений в планетарной жизни трудно переоценить. Сохранение и расширение зеленого покрова Земли имеет решающее значение для всех живых существ, населяющих нашу планету.

Естественно, что эта задача ложится на человека, на нас с вами, также несущих ответственность за сохранение жизни на Земле.

В результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. т. органического вещества и выделяется около 200 млрд. т свободного кислорода в год. Фотосинтез создал и поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Он препятствует увеличению концентрации CO2 в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (парниковый эффект).

Таким образом, фотоавтотрофный тип питания и фотосиптез возникли в процессе эволюции как«надстройка» над первичным гетеротрофным типом питания. Появление на Земле фотосинтеза былообусловлено всем ходом предшествовавшей биологической эволюции и явилось поворотпым пунктом впереходе от анаэробного к аэробному типу обмена веществ.

• Когда растения и беспозвоночные вышли на сушу? Какие факторы внешней среды позволили им это сделать?

Переход растений к наземному образу жизни, по-видимому, был связан с существованием периодически заливавшихся и освобождавшихся от воды участков суши (из-за колебаний земной коры). В это время на земном шаре был влажный и тёплый климат. Начался переход некоторых растений от водного к наземному образу жизни. У древних многоклеточных водорослей строение постепенно усложнялось, и они дали начало первым наземным растениям.

Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Из них в дальнейшем и происходят высокоорганизованные формы жизни.

Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений. Во-первых, вес тел здесь больше, чем в воде. Во-вторых, в воздухе не содержится питательных веществ. В-третьих, воздух сухой, он иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук. Кроме того, содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде. Выход на сушу предполагал выработку соответствующих приспособлений.

По-видимому, еще в протерозое на поверхности суши в результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) условий возникает почва. Почво-образовательные процессы в протерозое подготовили условия для выхода на сушу растений, а затем и животных.

Выход растений на сушу начался, очевидно, в конце силура. Растения, переселявшиеся в воздушную среду, получали значительные эво-люционные преимущества. И главное из них — то, что солнечной энергии здесь больше, чем в воде, а значит, и фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решалась посредством формирования водонепроницаемой внешней оболочки, пропитанной восковидными веществами. А перестройка системы питания из почвы требовала развития корневой системы и системы транспортировки питательных веществ и воды по организму. Корни способствовали также укреплению опоры. А по мере роста размеров растений формировалась и поддерживающая ткань — древесина. Жизнь на суше требовала и изменения репродуктивной системы.

Первые наземные растения — псилофиты; они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми растениями и водорослями. У псилофитов образуются сосудистая система, перестраиваются покровные ткани, появляются примитивные листья. Именно псилофиты в конце силура покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши. Кстати, только в силуре началось сплошное озеленение Земли. После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была красной — результат коррозии минералов железа.

Вслед за растениями из воды на сушу и воздух (сначала по берегам рек, озер, болот) последовали различные виды членистоногих — предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. И если первые амфибии появились в девоне, то активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые полностью приспособившиеся к жизни на суше позвоночные — рептилии. Яйца рептилий были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона. Первые рептилии были небольшими животными, напоминающими ныне живущих ящериц. В карбоне значительного развития достигают насекомые. Появляются летающие насекомые,

Рассмотрим основные пути исторического развития основных наземных групп органического мира Земли — царства животных и царства растений.

Какие противоречия необходимо разрешить растениям при выходе из воды на сушу? Первое, что становится очевидным, — защита от потерь воды. В водной среде эта проблема решена. Значит должны быть приспособления, регулирующие процесс испарения. Это устьица, а впоследствии кутикула, видоизмененные листья. дальше надо вспомнить о том, что растениям необходимо было поднимать воду на определенную высоту. Значит, нужна проводящая система, которая действительно возникла у первых наземных растений. Водные растения были подвижны и эластичны. Их тело колебалось под влиянием течений, но не ломалось. На суше необходимо выдерживать напоры ветра. Поэтому должны были появиться механические ткани, а также органы, закрепляющие растение в почве, — ризоиды, корни, корневища.

Следовательно, ответ может быть таким.

1. Возникновение покровной ткани (эпидермиса с устьицами), способствующей защите от испарения.

2. Появление проводящей системы, обеспечивающей транспорт веществ.

З. Развитие механической ткани, выполняющей опорную функцию.

4. Образование ризоидов, с помощью которых растения закреплялись в почве.

Главными условиями, которые "подтолкнули" позвоночных к выходу из водной среды были: накопление атмосферного кислорода в наземно-воздушной среде, ухудшение условий обитания в водоёмах( постоянное изменение объёма воды, малое количество кислорода, большая конкуренция между популяциями). Важнейшие ароморфозы, позволившие данным животным обитать на суше — это появление челюстей у панцирных рыб, смена способа дыхания на легочной и изменение строения плавников у кистепёрых рыб. Позднее отмечается появление внутреннего оплодотворения и разных оболочек, защищающих зародыш от высыхания, а также усложнение строения многих органов (например,сердца) и кожных покровов.

• Какие особенности строения псилофитов позволили им освоить сушу?

В начале палеозойской эры (эры древней жизни) растения населяют в основном моря, но спустя 150–170 млн. лет появляются первые наземные растения – псилофиты, занимающие промежуточное положение между водорослями и наземными сосудистыми растениями. Псилофиты уже имели слабо дифференцированные ткани, способные к проведению воды и органических веществ, и могли укрепляться в почве, хотя настоящие корни (как и настоящие побеги) у них ещё отсутствовали. Такие растения могли существовать только во влажном климате, при установлении засушливых условий псилофиты исчезли. Однако они дали начало более приспособленным наземным растениям.

Большая часть суши была безжизненной пустыней. По берегам пресноводных водоёмов в густых зарослях растений обитали кольчатые черви, членистоногие. Климат сухой, с резкими колебаниями температуры в течение суток и по сезонам. Уровень воды в реках и водоёмах часто менялся. Многие водоёмы полностью высыхали, зимой промерзали. Водная растительность при пересыхании водоёмов гибла, накапливались растительные остатки. На их разложение расходовался кислород, растворённый в воде. Всё это создавало очень неблагоприятную среду для рыб. В этих условиях их могло спасти только дыхание атмосферным воздухом.

• Что и почему ограничивало в прошлом и ограничивает в настоящем распространение споровых растений на Земле?

Для споровых растений вода является ограничивающим фактором, потому что их размножение невозможно без воды, т.к. оплодотворение у них происходит подвижными мужскими гаметами, которые движутся к яйцеклеткам в капельках воды. Без воды размножение споровых растений будет невозможно.

• Назовите признаки биологического прогресса покрытосеменных растений.

Высокая численность растений.

Высокая плодовитость.

Большой ареал.

Хорошая адаптация к условиям среды.

Их отличительной особенностью является наличие цветка в качестве органа полового размножения и замкнутого вместилища у семяпочки (а затем и у происшедшего из неё семени, откуда и появилось название покрытосеменные). Ещё одна существенная особенность цветковых растений — двойное оплодотворение.

Основные преимущества семенных растений над всеми остальными сводятся к следующему. Гаметофитное поколение сильно редуцировано и полностью зависит от хорошо приспособленного к жизни на суше спорофита, внутри которого гаметофит всегда защищен. У других растений гаметофит очень легко высыхает. Оплодотворение происходит независимо от воды. Мужские гаметы неподвижны и разносятся внутри пыльцевых зерен ветром или насекомыми. Окончательный перенос мужских гамет к женским происходит с помощью пыльцевой трубки. Оплодотворенные семязачатки (семена) остаются некоторое время на родительском спорофите, от которого они получают защиту и пищу прежде, чем будут развеяны. У многих семенных растений наблюдается вторичный рост с отложением больших количеств древесины, несущей опорную функцию. Такие растения вырастают в деревья и кустарники, способные эффективно конкурировать в борьбе за свет и другие ресурсы.

• Почему современные водоросли мало отличаются по строению от своих древних предков? Какой вид естественного отбора преобладал в эволюции этой группы организмов?

Все современные отделы водорослей возникли в протерозое более 800 млн. лет назад от различных групп одноклеточных организмов, преимущественно – от различно окрашенных жгутиковых. Происхождение водорослей обычно связывают с поглощением эукариотической аэробной клеткой цианобактерий, которые стали хлоропластами. Обитая в более или менее постоянных условиях в водоемах, водоросли мало изменились, и современные водоросли похожи на древние формы.

• Почему появление мезодермы считается крупным ароморфозом животных?

Появление среднего зародышевого листка — мезодермы, которая спровоцировала дифференциацию тканей и появление систем органов (Плоские и Круглые черви). Следующим ароморфозом стало появление целома — вторичной полости, благодаря которой тело животных начало разделяться на отделы.

• Назовите признаки строения и жизнедеятельности рептилий, связанные с выходом на сушу.

1. Оплодотворение внутреннее, размножаются на суше с помощью богатых желтком яиц, покрытых пергаментной оболочкой. Сухая кожа без желез препятствует потере воды. – Всё это позволило пресмыкающимся стать первыми полностью сухопутными позвоночными животными.

2. Увеличивается дыхательная поверхность легких. Неполная перегородка в желудочке уменьшает смешивание крови. – Всё это позволяет доносить до органов кровь, богатую кислородом.

3. Увеличиваются размеры головного мозга, особенно за счет увеличения полушарий и мозжечка.

Существенными изменениями, которые позволили предкам земноводных выйти на сушу и приспособиться к жизни на ней это: появление легочного дыхания, что позволяет усваивать атмосферный кислород; появление трехкамерного сердца и 2 кругов кровообращения, что значительно усиливает обмен веществ; появление пятипалой конечности для передвижения по суше; формирование среднего уха, появление век на глазах.

В связи с выходом на сушу пресмыкающиеся по сравнению с земноводными имеют ряд преимуществ: внутреннее оплодотворение, увеличение размеров яиц и появление зародышевых оболочек, обеспечивают возможность развития зародыша в воздушной среде(вне воды);увеличение относительных размеров головного мозга и появление зачатка коры больших полушарий, с чем связана их более сложная рефлекторная деятельность; удлинение шеи и обособление 2-х первых шейных позвонков обеспечивает большую подвижность головы и более совершенное использование органов чувств: более прочное причленение поясов конечностей к позвоночнику способствует усилению опоры на конечности; в коже формируются роговые чешуи, щитки, которые защищают тело от иссушения; дыхание только легочное и механизм дыхания более сложный; 3-х камерное сердце с неполной перегородкой в желудочке и 3 сосуда, самостоятельно отходящие от разных отделов желудочка, способствуют более полному разделению артериальной и венозной крови; важный признак высокой организации — замена туловищных почек на тазовые.

1. внутреннее оплодотворение, увеличение размеров яиц и появление зародышевых оболочек, обеспечивающих возможность развития зародыша в воздушной среде — защита от высыхания (вне воды).

2. увеличение относительных размеров головного мозга и появление зачатка коры больших полушарий, с чем связана их более сложная рефлекторная деятельность

3. удлинение шеи и подвижность головы обеспечивается 2-мя первыми шейными позвонками — атлантом и осевым, также обеспечивает более совершенное использование органов чувств

4. более прочное (чем у земноводных) причленение поясов конечностей к позвоночнику — способствует усилению опоры на конечности

5. Конечности устроены по типу пятипалой.

6.Кожа сухая, лишена желез. Ороговение верхнего слоя кожи — эпидермиса и образование роговых чешуй или щитков предохраняет их от потери воды, что позволяет им обитать в местах с засушливым климатом и одновременно сводят на нет кожное дыхание.

7. У рептилий воздух втягивается в легкие и выталкивается наружу через ноздри в результате изменения объема грудной клетки. Дыхательные пути включают гортань и трахею, делящуюся на 2 бронха. Тип дыхания — всасывательный.

8. Для рептилий характерна настоящая грудная клетка. В процессе эволюции она возникла в связи с наземным образом жизни и активным легочным дыханием.

9. трех камерное сердце с неполной перегородкой в желудочке и 3 сосуда, самостоятельно отходящие от разных отделов желудочка, способствуют более полному, чем у земноводных, разделению артериального и венозного потоков крови;

10. замена туловищных почек на тазовые — они не теряют много воды, поэтому моча состоит в основном из мочевой кислоты, плохо растворимой в воде. Моча по мочеточникам собирается в клоаку и мочевой пузырь, из которого в виде взвеси мелких кристалликов выводится наружу.

11. Мускулатура более дифференцирована, чем у земноводных. Большое значение приобрела межреберная мускулатура, участвующая в механизме дыхания. Имеется зачаток диафрагмы. Развиты мышцы конечностей, хвоста (у ящериц) и мышцы туловища (у змей, удава), участвующие в умерщвлении добычи.

12. Ротовая полость снабжена однотипными зубами (для захвата и удержания пищи); Глотка четко отделена от ротовой полости. Желудок снабжен сильной мускулатурой и переходит в кишечник, состоящий из тонкого и толстого отделов. На границе между ними находится зачаток слепой кишки, которая развита у растительноядных черепах. Открывается кишечник в клоаку. Имеются печень и поджелудочная железа, протоки которых впадают в передний отдел тонкой кишки — 12-перстную.

13. Органы чувств также соответствуют наземному образу жизни. Зрение у них приспособлено к восприятию более удаленных предметов. У большинства рептилий глаза снабжены веками, включая третье веко — мигательную перепонку. Органы слуха представлен внутренним и средним ухом. Органы обоняния открываются 2-мя отверстиями наружу (ноздрями). Органом осязания служит раздвоенный язык. Механические раздражения рептилии воспринимают с помощью осязательных 'волосков', расположенных по краям чешуй. Некоторые змеи имеют органы термического чувства, расположенные на переднем конце головы и улавливающие незначительные изменения температуры, что позволяет им охотиться на теплокровных животных даже ночью.