Эволюция царства растений и царства животных

Для первого периода развития органического мира на Земле характерна

анаэробная (без кислородная) жизнь,

живые организмы были гетеротрофами, питались готовыми органическими веществами, синтезированными в ходе химической эволюции.

Первый великий кризис в эволюции живой материи был «энергетический», когда был исчерпан «органический бульон» и был найден способ синтеза органических соединений из неорганических внутри клеток с помощью энергии солнечного излучения. Стал развиваться процесс фотосинтеза.

Питание организмов, называемых автотрофными, стало осуществляться внутренним путем благодаря световой энергии, с одновременным поглощением из внешней среды воды, углекислого газа, минеральных соединений и выделением в нее в результате фотосинтеза кислорода.

Около 3 млрд лет назад первыми такими организмами стали, видимо,

цианеи, а затем зеленые водоросли.

Остатки их находят в породах архейского возраста.

Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию привел к значительному увеличению биомасса Земли. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, для анаэробных организмов он был ядом, автотрофные организмы или аэробные клетки приспособились к вторичной атмосфере с кислородом, выделяя энергию в 10 раз большую, чем анаэробные клетки. Энергии солнечного света благодаря фотосинтезу стала накапливаться в органическом веществе Земли, это способствовало ускорению биологического круговорота веществ и эволюции в целом.

Переход к фотосинтезу завершился 1, 8 млрд лет назад и привел к возникновению озонового слоя во вторичной атмосфере, ослабившего воздействие ультрафиолетовых лучей, изменился состав морской воды – она стала менее кислотной.

С возникновением вторичной атмосферы связан и переход от прокариотов – клеток без ядер. Новая кислородная среда породила организмы, не так вариабельные, но зато лучше приспособленные к новым условиям, т.е не столь генетически гибки, зато генетически стабильны.

Примерно 1, 8 млрд лет назад ответом на эту потребность явилось формирование эукариотов. У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы, а хромосомы сосредоточены в ядре клетки. Такая клетка воспроизводится без каких-либо существенных изменений.

Около 1 – 1, 5 млрд лет назад дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки в протерозое, когда мир был заселен одноклеточными организмами.

Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает. Растительные клетки совершенствуются в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ.

Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому способны к передвижению; это дает им возможность самим искать пищу – растительные клетки или другие животные клетки. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы (а не отдельные органические молекулы) через оболочку. Что привело к формирование первых хищников, с их появлением естественный отбор резко ускорился.

Примерно 900 млн лет назад возникает усложнение формы существования жизни – механизм слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала, т.е. половое размножение. Результатом стало: потомство похоже на родителей, но не идентично им, изменчивость потомства увеличивается, значительно повысилось видовое разнообразие, резко ускоряется эволюция приспособления к изменениям окружающей среды.

Примерно 700 – 800 млн лет назад как значительный шаг в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление многоклеточных организмов, из различных клеток, слагающих их тело; их дифференцирование и объединение в комплексы тканей и органов, выполняющих разные функции в системе организма. Многоклеточные происходят, по-видимому, от колониальных форм одноклеточных жгутиковых.

Первые многоклеточные животные были нескольких типов: губки, кишечнополостные, плеченогие, членистоногие. Их эволюция шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствования форм отражения с учетом предыдущего опыта, образования вторичной полости, совершенствования способов дыхания и т.п.

В начале палеозоя (кембрий) многоклеточные растения населяют моря: зеленые, бурые, золотистые, красные и др водоросли. В кембрийских морях уже существовали почти все основные типы животных (исключая птиц и млекопитающих). Морскую фауну представляли многочисленные ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, плеченогие, трилобиты.

В ордовик появляются многочисленные кораллы, значительного развития достигли головоногие моллюски – существа, похожие на современных кальмаров, длиной несколько метров, появляются и первые позвоночные – животные, имеющие скелеты. В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10–11 м в длину. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.

Первые позвоночные – мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, кальмаров). Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении вытеснения большинства бесчелюстных.

В девоне возникают и двоякодышащие рыбы, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали и легкими. Рыбы подразделяются: хрящевые (акулы и скаты) и костные – наиболее многочисленная группа рыб (96%), в настоящее время преобладающая. Двоякодышащие рыбы девонского периода дали жизнь сначала первичным земноводным (стегоцефалам), а затем и сухопутным позвоночным: первые амфибии появляются в девоне.

Акулы – очень древние животные, появились еще в девоне и с тех пор некоторые их виды не изменились. Акулы обладают сложной системой поведения, прекрасным обонянием и электромагнитной системой ориентации.

В девоне возникает класс животных – насекомые. В ходе эволюции сложились два разных способа укрепления каркаса тела: у позвоночных - внутренний скелет, у насекомых – наружный. Форма отражения: у насекомых - сложная нервная система, с разбросанными по всему телу огромными и относительно самостоятельными нервными центрами, врожденные реакции преобладают над приобретенными; у позвоночных развит головной мозг и условные рефлексы преобладают над безусловными. Это различие в полной мере проявилось после перехода к жизни на суше.

Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды. Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений и выработку соответствующих приспособлений.

Видимо, раньше в конце протерозоя на поверхность суши выходят микроскопические одноклеточные растения, в результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) происходят почвообразовательные процессы (возникает почва), т.е. создаются условия для выхода на сушу многоклеточных растений, а затем и животных.

В конце силура многоклеточных растения выходят на сушу начался, в воздушной среде, получают значительные эволюционные преимущества, фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решилась формированием водонепроницаемой внешней оболочки, пропитанной восковидными веществами. Перестройка системы питания из почвы привела к развитию корневой системы и системы транспортировки питательных веществ и воды по организму, корни способствовали укреплению опоры. По мере увеличения размеров растений формировалась и поддерживающая ткань – древесина. Жизнь на суше требовала изменения и репродуктивной системы.

Первые наземные растения – риниофиты с формирующейся сосудистой системой, и перестраиваемой покровной тканью; появляются примитивные листья и корни. В конце силура именно риниофиты покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши: началось сплошное озеленение Земли.

После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была красной в результате коррозии минералов железа.

Вслед за растениями из воды на сушу и воздух последовали предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов.

Активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые приспособившиеся к жизни на суше позвоночными были небольшие рептилии, напоминали живущих ныне ящериц, размножались откладкой яиц, покрытых твердой скорлупой, снабженных пищей и кислородом для эмбриона.

В карбоне значительного развития достигают насекомые. Появляются летающие насекомые с размахом крыльев до 100 см.

Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распространения и т.д. Для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Происходит дифференциация тела на корень, стебель и лист.

Растения развиваются в двух направлениях – гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаметофит – половое поколение, на котором образуются половые органы – антеридии и архегонии, и спорофит – неполовое поколение, нормально развитое растение, которое имеет корень, стебель и листья. На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное – остальными высшими растениями, включая цветковые.

Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.

Для девона характерны пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных. В карбоне растения приспособились удерживать воду и защищать семена от высыхания, благодаря чему они завоевали сухие места обитания. В карбоне с его увлажненным и равномерно теплым климатом в течение всего года мощные споровые растения –лепидодендроны и сигиллярии достигали 40 м. В карбоне и перми получают дальнейшее распространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности (одинарный набор хромосом) к диплоидности (двойной набор хромосом), что усиливало генетические потенции организма.

Дальнейшая эволюция связана с совершенствованием семян: превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую в достаточном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотворенный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена, и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддерживать и питать растение, вследствие чего у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ, способствовавших широкому распространению семенных растений; в частности, диплоидный зародыш в семенах защищен от неблагоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и т.п.

В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиление защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян за счет образования дополнительной оболочки. Примерно в это же время появляются и первые покрытосеменные растения.

Возникновение покрытосеменных было связано с совершенствованием процесса оплодотворения – пыльцу стал переносить не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Такой организм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, которые должны отнести пыльцу на другое растение того же вида; поэтому цветки каждого растения по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений; животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу). Результатом трансформации растений стало появление множества разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений.

Цветковым растениям свойственна высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Ведь отбор шел как по растениям, так и по насекомым. Цветковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играли цветки, привлекавшие насекомых-опылителей.

В кайнозое формируются, близкие к современным, ботанико-географические области. На Земле покрытосеменные господствовали, леса достигли наибольшего распространения. Ботанико-географические области периодически изменялись в зависимости от потеплений и похолоданий, появились холодоустойчивые травянистые и кустарниковые растения, леса сменялись степью и т.д. В плейстоцене складываются современные фитоценозы.