Тема 27. История жизни на Земле и методы исследования эволюции

Геологические эры Земли – крупные промежутки в геологической истории Земли, на рубеже которых существенные геологические преобразования (горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и пр.); кроме каждая ГЭ характеризовалась качественным своеобразием флоры и фауны. Выделяют следующие ГЭ : катархей (от образования Земли 5 млрд л.н. до зарождения жизни); архей, древнейшая эра (3,8–2,6 млрд. л.н.); протерозой (2,6 млрд.–570 млн. л.н.); палеозой (570–230 млн. л.н.); мезозой (230–67 млн. л.н.); кайнозой (67 млн. – до нашего времени).

Флора (лат. Flora – богиня цветов и весны) – исторически сложившаяся совокупность видов растений, обитающих или обитавших в прошлые геологические эпохи на определенной территории или в составе конкретного растительного сообщества.

Фауна (лат. Fauna – богиня лесов и полей, покровительница животных) – исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих на определенной территории или акватории.

Ароморфоз – морфо-физиологический прогресс живых организмов; макроэволюционные новообразования в форме приспособительных изменений общего значения, повышающих уровень организации и жизнеспособности особей, популяций и видов. А. приводит к появлению новых таксонов (роды, семейства, отряды, классы, типы). Примеры важнейших ароморфозов: появление фотосинтеза (автотрофов – бактерий, сине-зеленых водорослей и др.); возникновение многоклеточных организмов (дифференциация клеток); размножение с помощью семян у растений, развитие легких и теплокровности у наземных животных (освоение живыми организмами суши).

Одноклеточные организмы – растительные и животные клетки, которые возникли в протерозое (около 1-1,5 млрд. лет назад) как результат дифференциации прокариотов. Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает, но не дает им возможности свободно перемещаться и добывать пищу в процессе передвижения; поэтому они совершенствуются в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ. Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению; это дает им возможность самим искать пищу; поэтому они эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы через оболочку.

Многоклеточные организмы – организмы (растения, грибы, животные), вознишие примерно 700-800 млн. лет назад, которые обладают дифференцированным телом, развитыми тканями, органами, выполняющими выполняют определенные функции. Многоклеточные происходят, по-видимому, от колониальных форм одноклеточных жгутиковых. Всех многоклеточных разделяют на три царства: грибы, растения и животные.

Последовательность эволюции растительного мира: возникновение первичных многоклеточных растений в водной среде (1 млрд. л.н.; различные водоросли;) → выход растений на сушу (440 млн. л.н.; псилофиты, наземные сосудистые растения, размножающиеся спорами преимущественно в водной среде) → голосеменные (350 млн. л.н.; папоротники, хвойные и др.; переход к размножению семенами, освобождение полового процесса от необходимости водной среды) → покрытосеменные (цветковые) растения (195 млн. л.н.; кустарники, низкорослые деревья и др.; опыление насекомыми и внутреннее оплодотворение).

Последовательность эволюции животного мира: первые многоклеточные беспозвоночные (600 млн.л.н; губки, моллюски, ракообразные) → позвоночные, первые рыбы (425-500 млн.л.н.) → землеводные (амфибии), насекомые (345-405 млн. л.н..; лабиринтодонты, крокодилообразные и др.; выход на сушу) → пресмыкающиеся (рептилии) (230-280 млн. л.н; котилозавры, динозавры и др.; формирование легочного дыхания, оболочек яиц, защищающих от высыхания., теплокровности) → птицы (195-137 млн. л.н.; археоптериксы и др.; облегченный скелет, видизменения кожной чешуи, перья) → млекопитающие (181-230 млн. л.н.; олени; тигры, медведи, приматы и др.; формирование плаценты, вскармливание потомства молоком, более развитый мозг, большая активность, теплокровность) → возникновение человека (ок. 5-1 млн . л.н.).

Палеонтология – биологическая наука о вымерших растениях и животных, сохранившихся в виде ископаемых остатков, отпечатков и следов их жизнедеятельности; о смене их во времени и пространстве в геологическом прошлом Земли. Методы изучения эволюции в П.: восстановление рядов ископаемых форм, отражающих ход филогенеза (палеонтологических рядов); выявление ископаемых промежуточных форм организмов, сочетающих в себе признаки более старых и более молодых групп.

Биогеография – наука о закономерностях распространения и распределения по земному шару различных биоценозов, а также животных, растений и микроорганизмов (видов, родов или других таксономических категорий). Методом изучения эволюции в Б. является установление связи между видовым своеобразием живых организмов (флоры, фауны) и геологической историей отдельных территорий (островов, континентов). Согласно биогеографическому принципу исследования эволюции, своеобразие фауны и флоры определяется историческим развитием физико-географической оболочки Земли. К примеру, сравнение животного и растительного мира разных континентов показывает, что различия внутри вида тем больше, чем дольше длилась их изоляция (Австралия); в некоторых частях планеты были найдены реликты, т.е. живые-ископаемые (ящерица гаттерия, кистеперая рыба латимерия, растение гинкго).

Морфология – комплекс научных отраслей, исследующий форму и строение животных и растительных организмов. Согласно морфологическому принципу изучения эволюции, установление глубокого внутреннего сходства организмов может показать родство сравниваемых групп. Специфическими методами исследования эволюции в М. являются а) изучение рудиментарных органов и атавизмов (органов или структур, сравнительно недоразвитых, но у предковых форм выполняющие важную функцию: ушные мышцы, третье веко, копчик, слепая кишка); б) принцип рекапитуляции – повторение признаков далёких предков в ходе индивидуального развития организма.

Эмбриология – наука, изучающая развитие организма на самых ранних стадиях, предшествующих метаморфозу, вылуплению или рождению. Согласно эмбриологическому принципу изучения эволюции, в процессе онтогенеза повторяются многие черты строения предковых форм. Так, было обнаружено сходство начальных стадий эмбрионального развития животных, которые проходят стадии бластулы и гаструлы; с особой отчетливостью зародышевое сходство выступает в пределах отдельных типов или классов (к примеру, у всех наземных позвоночных, так же и у рыб, обнаруживается закладка жаберных дуг).

Экология – биологическая наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей средой. Э. изучает роль адаптаций в эволюции на модельных экосистемах, вскрывает значение приспособленности организмов к условиям окружающей среды и появление приспособлений в ходе эволюции.

Генетика – наука, изучающая законы наследственности и изменчивости организмов (т.е. сам механизм эволюции) путем анализа числа и особенностей строения хромосом в группах близких видов. Принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот едины для всего живого.

Молекулярная биология – отрасль биологии, исследующая проявление жизни на молекулярном уровне; исследует роль биологически важных молекул в росте и развитии организмов, в хранении и передаче наследственной информации, в превращении энергии в живых клетках и других явлениях. Методы исследования эволюции в МБ: анализ строения нуклеиновых кислот и белков разных видов живых организмов; анализ скорости накопления изменений в информационных молекулах и др. Данные МБ позволяют судить о сходстве строения основных молекул, составляющих живой организм, и протекания процессов во всех живых организмах.