§ 28. Развитие жизни в палеозое

Вопрос. Рассмотрите рис. 117–123. Опишите условия, которые были на Земле в палеозое. Какие организмы существовали в эту геологическую эру?

Ответ. В палеозойскую эру случились большие и малые перемены во внешнем виде земли, ее развитии, формировании растительного и животного мира.

Шло интенсивное образование гор и горных гряд, отмечалась активность существующих вулканов, похолодания и жара все время менялись, увеличивался и уменьшался уровень морей и океанов.

Начало палеозойской эры было ознаменовано кембрийским взрывом или резким увеличением количества живых существ. Жизнь проходила преимущественно в морях и океанах и лишь начинала перебираться на сушу. Тогда существовал один суперконтинент – Гондвана.

К концу палеозоя произошли значительные перемены в движении тектонических плит. Несколько материков соединились образовав новый суперконтинент – Пангея.

В начале рассматриваемого периода на Земле было тепло. На всех сухопутной территории преобладал тропический климат, ниже 20 градусов по Цельсию не опускалась температура в морях и океанах. В последующие два периода климат существенно меняется.

К концу ордовика начались холода. Температура в субтропиках опустилась на 10–15 градусов, а в тропиках на 3–5 градусов. В силуре климат вновь нормализовался – потеплело. Увеличение растительности привело к обильному фотосинтезу. Образование Пангеи привело к тому, что некоторое время практически вообще не было осадков. Климат был сухой и умеренный. Но в скорее началось похолодание.

В позднем карбоне и ранней перми лед покрывал всю северную часть Пангеи. Завершение эры принесло тепло, расширился пояс тропиков и экваториальной зоны. Температура воды значительно повысилась.

В палеозойскую эру существовали следующие организмы:

Кембрийский период. Развитие водорослей, морских беспозвоночных, моллюсков.

Ордовикский период. Трилобиты сменили панцирь на известковый. Распространены головоногие моллюски с прямой или немного изогнутой раковиной. Первые позвоночные – рыбоподобные бесчелюстные животные телодонты. Живые организмы сосредоточены в воде.

Силурийский период. Развитие кораллов, трилобитов. Появляются первые позвоночные. Выход растений на сушу (псилофитов).

Девонский период. Появление первых рыб, стегоцефалов. Появление грибов. Развитие и вымирание псилофитов. Развитие на суше высших споровых.

Каменноугольный и пермский периоды. Древняя земля полна пресмыкающимися, возникают звероподобные пресмыкающиеся. Вымирают трилобиты. Вымирание лесов каменноугольного периода. Развитие голосеменных, папоротников.

Вопрос 1. В чём состоит своеобразие кембрийской морской фауны?

Ответ. В начале кембрия произошли существенные изменения химического состава океана. С поверхности суши атмосферные осадки смывали огромное количество минеральных солей, вследствие чего резко возросла их концентрация в морской воде. Поступающие соли, в первую очередь кальциевые и магниевые, активно усваивались морскими животными, становясь основой для формирования их скелета. Поэтому для кембрия характерно появление разных групп организмов с минерализованным скелетом.

Именно скелетные беспозвоночные – отличительная особенность кембрийской фауны. Наиболее широко в ней распространились древнейшие членистоногие – трилобиты, внешне сходные с современными ракообразными – мокрицами. Некоторые трилобиты были размером с горошину, другие достигали более полуметра в длину. Их остатки находят в кембрийских отложениях в различных районах земного шара.

Кроме них типичными представителями кембрийской фауны были археоциаты – многоклеточные животные, которые полностью исчезли к концу периода. Они имели прочный известковый скелет и прикреплялись ко дну, образуя скопления, сходные с колониями кораллов. Помимо трилобитов и археоциатов, в кембрийских морях обитали губки, медузы, кораллы, моллюски, сидячие иглокожие (морские лилии) и морские ежи.

К концу кембрия уже существовали почти все типы беспозвоночных животных. Наряду с ними учёные находят остатки животных, систематическое положение которых наукой до сих пор точно не установлено.

Вопрос 2. Какие основные предпосылки для выхода растений на сушу имелись в силуре? Сравните риниофиты с зелёными водорослями. Какие приспособления были характерны для риниофитов в связи с переходом к жизни на суше?

Ответ. В силуре произошло очень важное событие – выход растений на сушу. На берегах водоёмов появились первые наземные споровые растения – риниофиты. Предпосылки: в самом конце ордовика произошло повсеместное отступление моря, образовались горные системы – Скандинавская и Саяны. Вместо тёплых мелководных морей на Земле появились значительные площади суши, вследствие чего климат стал более сухим. Деятельность наземных бактерий привела к образованию почвы, снабжавшей риниофиты питательными веществами. Благодаря фотосинтезу содержание кислорода в атмосфере планеты увеличилось до 2 % и завершилось формирование озонового экрана.

Это первые наземные растения, которые внешне были больше похожи на водоросли, чем на высшие растения. Они состояли из элементарного осевого органа и выростов на нем: филлоидов и ризоидов. Имели только верхушечную меристему и терминальные спорангии, примитивную проводящую систему, простые устьица, механические ткани отсутствовали. Гаметофит неизвестен. Риниофиты – первые растения суши. Как наземные растения, в отличие от водорослей, они были покрыты типичной эпидермой, характеризовались наличием проводящей системы. Наружные стенки клеток эпидермы утолщены и покрыты слоем кутикулы. Имелись немногочисленные просто устроенные устьица (доказательство их наземного существования) – с двумя замыкающими клетками и устричной щелью.

Приспособления: покровная и проводящая ткани, обеспечившие им защиту от высыхания в наземно-воздушной среде и транспорт растворов питательных веществ, устьица, способность к ветвлению.

Вопрос 3. В чём заключается эволюционное значение древних кистепёрых рыб?

Ответ. От пресноводных кистепёрых рыб произошли первые земноводные (примерно 300 млн лет назад). Скелет плавников кистепёрых рыб имеет значительное сходство со скелетом конечностей земноводных. Пресноводные кистепёрые рыбы, как и современные двоякодышащие рыбы, уже имели лёгкие, которые, предположительно, развились из плавательного пузыря. Благодаря лёгким во время засухи они переползали из одних водоёмов в другие. Передвигались они при помощи плавников. От них и появились первые хвостатые земноводные. Они и стали родоначальниками первых наземных позвоночных.

Вопрос 4. Чем объяснить процветание папоротникообразных в карбоне и их постепенное вымирание к концу палеозойской эры? Приведите примеры таких растений.

Ответ. Этот период характеризуется установлением тёплого влажного климата. Наземная растительность стала разнообразнее, возникли первые леса, в которых росли гигантские древовидные плауны – лепидодендроны, сигиллярии, достигавшие в высоту 30—40 м, и каламиты – родственники современных хвощей. Появилось много видов папоротников, в том числе семенные – птеридоспермы, первые голосеменные растения – кордаиты. На месте этих лесов из остатков отмерших растений впоследствии образовались каменноугольные бассейны (Кузнецкий, Донецкий, Рурский), что и дало название этому периоду. В пермском периоде климат повсеместно становится сухим и более холодным. Отступают моря и формируются внутренние водоёмы.

Крупные споровые растения постепенно вымирают, исчезают леса из древовидных плаунов, хвощей и папоротников. Им на смену приходят голосеменные растения, в том числе хвойные, особенно распространившиеся в Северном полушарии.

Вопрос 5. Какие ароморфозы позволили голосеменным растениям выдержать конкуренцию со споровыми? К чему это привело впоследствии?

Ответ Крупнейшим ароморфозом стало преобразование женского спорангия в семязачаток, а мужского – в пыльцевые гнёзда. Так появились настоящие семенные растения – голосеменные, у которых женские гаметофиты представлены архегониями с яйцеклетками, а мужские – пыльцевыми зёрнами. Потеря гаметофитом самостоятельности привела к полной его редукции. Кроме того, половые клетки стали формироваться во внутренних тканях растений, поэтому водная среда перестала играть роль необходимого условия для протекания полового процесса.

Не менее важным ароморфозом у семенных растений стало размножение не спорами, а семенами, хорошо защищёнными покровами и содержащими питательные вещества, необходимые для развития зародыша и прорастания. Это позволило голосеменным широко распространиться по планете, даже на территориях с засушливым климатом

Первые голосеменные растения появились еще в карбоне и были представлены семенными папоротниками (птеридоспермами). В перми голосеменные растения успешно выдержали конкуренцию со споровыми, вытеснили их и были широко представлены хвойными, цикадовыми, гинкговыми. Этому способствовали развитие засушливого климата и похолодание, вызванные дальнейшим поднятием суши, возникновением гор Урала, Алтая, Тянь-Шаня.

Вопрос 6. Почему к концу палеозоя пресмыкающиеся стали властелинами суши?

Ответ. Развитие засушливого климата в пермском периоде привело к постепенному вымиранию стегоцефалов и развитию пресмыкающихся, в жизненном цикле которых нет стадий, связанных с водой.

В связи с сухопутным образом жизни у пресмыкающихся возникло несколько крупных ароморфозов, обеспечивших преимущество этих животных перед земноводными:

• Размножение на основе откладывания яиц, имеющих специфическую прослойку из жидкости, защищающей зародыш от высыхания. Эта жидкая прослойка, заключенная внутри яйца, как бы заменила пресмыкающимся и другим высшим позвоночным водную среду, в которой развиваются икринки рыб и земноводных. Яйцеклетка оплодотворяется внутри яйца женского организма, что обеспечивает большую надежность размножения.

• Роговой покров тела, предохраняющий его от высыхания.

• Более развитые мускулатура, дыхание, кровообращение, появление зачаточных мозговых полушарий.

• Обособление шейного отдела позвоночника, позволяющего свободно двигать головой и, следовательно, быстро реагировать на внешние события.

• Более совершенные конечности, поднимающие тело над землей и обеспечивающие быстрое передвижение.

• Благодаря этим ароморфозам пресмыкающиеся могли удаляться от водных бассейнов и широко распространяться по пермской суше, оставаясь ее могучими властелинами почти 200 млн. лет.

Вопрос 7. Внесите в таблицу «Развитие жизни на Земле» сведения о палеозойской эре.

Ответ.