Конспект уроку: Еволюція одноклітинних й багатоклітинних організмів. Періодизація еволюційних явищ. Палеозойська ера

1. Що таке гіпотеза?

2. На які групи можна поділити всі гіпотези виникнення життя на планеті Земля?

3. Які основні гіпотези виникнення життя на планеті ви знаєте?

4. В чому суть кожної з них?

Повідомити школярам тему та мету уроку. Разом з ними визначити головні завдання яких необхідно досягти на занятті.

Періодизація еволюційних явищ

Сучасні учені припускають, що наша планета зявилася із скупчень газів й пилу. Частинки ці були притягнені із космосу під дією сили тяжіння Сонця й обертались навколо нього по орбітах. З певним часом об’єднались вони у єдину цілісну масу. Даний гіпотетичний період розвитку планети учені визначили як «догеологічний час», який тривав близько мільярда років. Однак жодних матеріальних доказів щодо існування даного періоду не відомо й досі. Після формування на планеті земної кори взяв початок «геологічний час». Вік гірських порід, сформованих протягом даного часу, обчислюють радіометричними методами, які основані на тривалості розпаду нестійких радіоактивних елементів до стійких нерадіоактивних. Перші прадавні породи зявилися близько 4,5 млрд років назад. Геологічний час розподіляють на 5 ер: архейську, протерозойську (загальна назва - докембрій), палеозойську, мезозойську й кайнозойську. Кожну еру розподіляють на періоди, а періоди, в свою чергу, на епохи.

Рис. 1. Періодизація геологічної історії Землі

Кожен період й епоха мали порівняно стабільні свої клімато-географічні параметри, відзначаються сталими екосистемами зі специфічним особливим видовим складом продуцентів, консументів й редуцентів. В проміжках поміж стабільними періодами життя відбувались локальні або глобальні катастрофічні зміни в рельєфі й кліматі, котрі назвали «екологічні кризи». Спричинюють вони заміни старих екосистем більш новими й оновлення біосфери у цілому.

Розвиток життя у архейську еру

Перші прадавні залишки живих організмів належать до архейської ери (вона почалась близько 4,5, а завершилась - 2,5 млрд р. тому), найдено їх у осадових породах віком близько в 3,5 млрд років. Були це прокаріоти, в представлені викопному стані залишками оболонок колоніальних ціанобактерій із вуглекислого кальцію, або строматолітів, й клітинних стінок бактерій.

В відміну від еукаріотів, у яких еволюція відбувалась в більш-менш рівних геохімічних умовах, перші бактеріальні екосистеми повністю змінили дані умови протягом архейської ери й пристосувались самі до них, в свою чергу, змінившись. Найперші осадові породи переважною мірою являються наслідком життєдіяльності залізобактерій (наприклад, поклади залізної руди), зелених й пурпурових бактерій (представлені у вигляді покладів сірки), можливо, нафти й природного газу і т.п.

Унаслідок фотосинтезуючої діяльності ціанобактерій в кінці архейської ери у земній атмосфері накопичилась велика кількість кисню й сформувався озоновий шар. Це викоикало появу набагато енергетично вигіднішого аеробного розщеплення поживних речовин організмами й захист поверхні Землі з допомогою озонового екрану від космічного й ультрафіолетового сонячного опромінень.

Основні події протерозойської ери

В першій половині протерозойської ери (розпочалась 2,5 млрд, завершилась - близько 0,6 млрд років назад) прокаріотні екосистеми освоїли весь Світовий океан. Приблизно 2 млрд років назад виникли первісні одноклітинні еукаріоти, що швидко змогли дивергувати на рослини, які здатні здійснювати фотосинтез (зокрема, водорості), й тварини та гриби, які відносяться до гетеротрофів. Як один із спосібів досягнення біологічного прогресу для еукаріотів властиве ускладнення організації у процесі свого історичного розвитку. Наприклад, у одноклітинних еукаріотів (велика кількість видів водоростей, інфузорії та споровики) клітини організовані дость складно. Більшість провідних вчених вважає, якщо багатоклітинні організми похоили від колоній одноклітинних врезультаті диференціації їх клітин.

Симбіотична гіпотеза походження еукаріотів

Існує декілька гіпотез щодо походження еукаріотів, із котрих в теперішньому часі найбільш популярніша симбіотична. Послідовники цієї гіпотези вважають те, що двомембранні органели, які мають свій геном та здатні до розмноження способом поділу (пластиди й мітохондрії), є нащадками симбіотичних прокаріотів, котрі втратили свою здатність до існування поза межами клітини хазяїна. Співжиття декількох видів прокаріотів посприяло врезультаті появі еукаріотичних клітин. Подібні органели, як ядро чи апарат Гольджі й багато інших, з'явитися могли шляхом вгинів плазматичної мембрани усередину клітини.

Розвиток життя в вендському періоді протерозойської ери

Це завершаючий період протерозойської ери, який тривав приблизно 80 млн років. В ньому на мілководдях океанів сформувались біогеоценози, головними продуцентами у котрих були ціанобактерії й зелені водорості. Найбільш поширенішими тваринами були різні кишковопорожнинні: поліпи й медузи. Деякі із них досягали аж метра у діаметрі. В середині періоду виникли повзаючі й плаваючі двобічносиметричні тварини. Поміж них були несегментовані й сегментовані організми, в окремих із яких на кожному із сегментів тіла розміщувалися пара кінцівок. В кінці періоду врезультаті біосферної кризи, викликаної зледенінням, вендські екосистеми зруйнувались й більшість їх видів вимерло.

Рис. 2. Карта Землі вендського періоду

Палеозойська ера

Палеозойська ера або палеозой, чи ера давнього існування, почалась біля 540 млн й закінчилась менш аніж 250 млн років назад. Впродовж палеозою життя освоїло суходіл та біосфера вже набула сучасних меж. Цю еру розподіляють на 6 періодів в послідовності від найстарішого до наймолодшого:

• кембрійський,
• ордовицький,
• силурійський,
• девонський,
• кам'яновугільний (карбоновий),
• пермський.

Кембрійський період

Кембрійський період мав теплий клімат. Він тривав біля 50 млн років й закінчився 490 млн років назад. В даний час виникли представники майже усіх типів сучасних тварин, в тому числі форми із твердим зовнішнім, а інколи - внутрішнім скелетом і укриті черепашками види.

Рис. 3. Карта Землі кінця кембрійського періоду

Все життя було сконцентроване здебільшого на мілководдях у тропічних морях із постійною температурою води +20...25 °С. В Південній півкулі у даний час був велетенський материк, який називався Гондвана, до складу котрого входили території теперішніх Південної Америки, Африки, п-ва Індостан, Австралії і Антарктиди. Північніше здебільшого у тропічній зоні знаходилось кілька невеликих материків й островів (Балтика, Лаврентія, Сибір і ін.), розділених мілководними і теплими морями.

Із рослин в даний період виникли червоні водорості, із одноклітинних тварин - форамініфери із однокамерною черепашкою. В даний час з'являються теж губки. Кембрійські губки відносились до відповідної групи Археоціати, окремі із представників котрої зберігся до сучасних часів. В морях являлись розповсюджені різні кишковопорожнинні.

Рис. 4. Червоні водорості

Рис. 5. Форамініфера

Рис. 6. Губки

Із кембрійських відкладів відомі досить добре збережені відбитки окремих морських сегментованих тварин: багатощетинкових червів й перших членистоногих, поміж котрих відповідної різноманітності досягали трилобіти. Добре відомі представники усіх сучасних класів молюсків, тобто двостулкові, черевоногі, головоногі (вони мали зовнішню черепашку й належали до бентосних типів), а теж з викопного класу Хіоліти.

Рис. 7. Трилобіти

В цьому періоді існували представники 8 класів типу Голкошкірі. Виникли перші хордові із класу Головохордові, які загалом схожі до сучасного ланцетника, і безщелепні, розквіт котрих припадає на наступний, тобто ордовицький, період.

В канадських Скелястих горах існує гора Бьєрджес. На схилі котрої на початку XX-го ст. відкрили осадову породу - сланець віком близько 540 млн років. За 100 років досліджень в ній знайшли залишки більше 60 тис. решток тогочасних здебільшого м'якотілих тварин, що відсутні чи погано збереглись у інших кембрійських породах. Пояснюють це унікальними умовами появи сланців Бьєрджес, котрі встановила наукова експедиція у 1966 р. В той час частина мулистого пологого схилу, сформованого скелетами археоціат вапнякового рифу, розміщеного на місці гори Бьєрджес, зсунулась на глибину, це викликало загибель населення мулу. На цьому місці за умов відсутності течії і низького вмісту кисню в воді мул перетворився на сланець, зберігши ніби на фотоплівці, рештки усіх живих істот. Тільки для частини із них можна встановити відношення до відомих типів або класів; переважна кількість не має ніякої подібності до інших викопних або сучасних тварин.

Ордовицький період палеозойської ери

Ордовицький період тривав близько 50 млн років та закінчився близько 443 млн років сназад. В його відкладах містяться поліметалічні і залізні руди, горючі сланці, фосфорити, будівельні матеріали чи нафта. Клімат являвся загалом теплішим й м'якшим, аніж в кембрії. В значні мірі збільшилася площа моря, котре затопило чималі площі кембрійських материків; тільки залишились Гондвана і декілька невеликих континентів у екваторіальній частині Землі.

Рис. 8. Карта Землі ордовицького періоду

існування опанувало прісні водойми, в котрих мешкали зелені водорості, являлись розповсюджені різні ракоподібні і найбільші за усю історію Землі хижаки-членистоногі - ракоскорпіони або евриптериди. Дані хижаки досягали близько 2 м довжиною. Найбільш характернішим для ордовицьких водойм були розквіт й широка адаптивна радіація безщелепних хребетних тварин - щиткових. Мали вони обтічну (рибоподібну) форму свого тіла, хрящовий скелет, непарні, інколи ще і парні плавці. Тіла довжиною від декількох сантиметрів до метра. Переважна кількість видів являлась укрита ззовні захисними щитками із кісткової тканини, котрі нерідко зросталися в суцільний панцир. Щиткові позбавлені зябрових дуг й щелеп, дихали з допомогою сполучених із довкіллям зябрових мішків, які знаходились у товщі черепа. Мешкали ці тварини здебільшого у прісних і напівсолоних водоймах, харчувались, імовірно, дрібними планктонними та бентосними організмами й їхніми рештками.

Рис. 9. Ракоскорпіони (евриптериди)

Головними фотосинтетиками являлись ціанобактерії, зелені і червоні водорості. В морях було чимало губок, кишковопорожнинних, багатощетинкових кільчастих червів, ракоподібних, трилобітів, молюсків т.п.. Знайдені були залишки мешканців приливно-відпливної зони - мечохвостів, котрі практично не різняться від сучасних. Виникає чимало видів коралових поліпів, що стали головними рифоутворювачами. Являлись розповсюджені різні молюски (двостулкові, черевоногі і ін.), поміж котрих хижі велетенські головоногі, вкриті конусоподібними черепашками до 9 м довжиною, різні голкошкірі, в тому числі морські лілії 20 м довжиною.

Силурійський період

Силурійський період почався 443 млн років тому й закінчився біля 417 млн років назад. Продовжувала бути Гондвана; біля екватора знову розмістився материк Лаврентія. Для силуру специфічна наявність мілководних континентальних теплих морів зі незначною солоністю й багатою флорою та фауною. У них поряд з щитковими виникли перші щелепні хребетні, які представлені особливими викопними представниками риб. Дані риби мали своєрідні скелетні утвори - це зяброві дуги, передні із котрих перетворились у органи захоплення їжі, тобто щелепи, і досить добре розвинені грудні і черевні парні плавці для покращення маневрування при плаванні. Первинні із хребетних (безщелепні) риби були позбавлені зябрових дуг й обох пар парних плавців. Два силурійські класи риб до наших днів не дожили. Вони мали внутрішній хрящовий скелет, в них не було зябрових кришок й плавального міхура. Окремі із них замість луски ззовні захищені кістковим панциром (панцирні риби) і досягали 6 м довжиною. Поміж первісних риб являлись придонні й плаваючі форми. Припускають, що усі вони являлись хижаками.

Рис. 10. Карта Землі силурійського періоду

В прибережних частинах усіх прісноводних водойм врезультаті перепаду рівня води сформувався шар мулу. Став він основою первісних грунтів, на котрих сформувались одні з перших наземні біогеоценози. Їхню основу складали риніофіти до метра увисоту і повзучі плауноподібні рослини. із тварин в подібних екосистемах мешкали неоднакові грунтові види (малощетинкові черви, павукоподібні - павуки і скорпіони, рослиноїдні багатоніжки, чи ківсяки, т.п.). Тварини всі ці мало відрізнялися від сучасних.

Рис. 11. Організми силурійського періоду:
1 - екосистема морського дна; 2 - панцирні риби. Наземний біогеоценоз силурійського періоду (3)

Девонський період

Девонський період (розпочався 417 млн, закінчився біля 354 млн років назад) має виняткове значення у історії біосфери. Тоді наземні екосистеми заселили великі площі суходолу, котрий опанували теж хребетні тварини. Даний період характеризується значним різноманіттям клімату, коливаннями рівня океану, процесами гороутворення т.п.. Це, в власну чергу, спричинило місцеві (локальні) біоценотичні кризи, саме тому темпи еволюції в цілому являлись достатньо високі. В девонський час спочатку було декілька північних материків - Сибір, Єврамерика, Південний і Північний Китай т.п., котрі згодом із'єдналися і створили єдиний крупний материк Атлантію. Продовжує жити Гондвана.

Рис. 12. Карта Землі початку девонського періоду

В водоймах на початку цього періоду вимерло чимало груп тварин, поміж котрих переважна кількість трилобітів, а вкінці - панцирні риби і щиткові. Значну територію зволожених частин на суходолі суходолу займали ліси зі дерев'янистих вищих спорових - плауноподібних, хвощів, папоротей (усі риніофіти вимерли вкінці періоду). Виникають перші голонасінні, які належали до групи насінних папоротей. із безхребетних тварин суходіл заселили павуки й кліщі.

Рис. 13. Організми девонського періоду:
1 - кистепера риба; 2 - девонські земноводні. II. Ландшафт суходолу девонського періоду

Девонський період нерідко звуть «віком риб». Оскільки, в даний період у морях виникають хрящові (первісні акули й окремі інші), а у прісних водоймах вникають кісткові риби. Припускають, що плавальний міхур в них слугував для дихання атмосферним повітрям, адже в воді багатих на відмерлі рештки рослин прісних водойм розчиненого кисню було замало. Із девону відомо чимало видів кистеперих і дводишних риб, а теж окремі променепері. М'язисті плавці кистеперих допомагали їм для повзання по дну водойм; план будови даних плавців виявився пригідним та для їхнього перетворення на кінцівки для руху на суходолі. Нащадки окремих кистеперих в девоні пристосувались до існування на суходолі, там знайшли кормову базу в формі наземних безхребетних - павукоподібних, багатоніжок і т.п. Але для розмноження та розвитку їм потрібне було водне середовище. Так виникли перші земноводні. В зв'язку із диханням атмосферним киснем вміст гемоглобіну у крові різко росте, саме тому головним органом кровотворення наземних є червоний кістковий мозок (в риб - тільки селезінка).

Сучасні земноводні (Хвостаті, Безхвості й Безногі) в викопному стані існували починаючи з середини мезозойської ери і отримали достатньо мало спільних рис будови із палеозойськими видами.

Кам'яновугільний період

Наступний період - це кам'яновугільний, чи карбоновий, який розпочався 354 млн й закінчився 290 млн років назад Він загалом являвся одним із найтепліших у історії Землі, коли поверхня моря в значні мірі переважала площу суходолу. Посилена вулканічна діяльність викликала потрапляння у атмосферу значної кількості СО2, а вулканічний попіл підвищив загальну родючість ґрунтів. Теплий й вологий клімат переважав на материках тривалий час. Створило це сприятливі умови для подальшого розвитку наземної флори. В тому числі, існувало чимало болотистих низовин, де переважали ліси із вищих спорових й різних голонасінних. Потрапляючи у заболочений грунт, стовбури відмерлих дерев при умові відсутності кисню не перегнивали, замулювались та за чимало мільйонів років перетворились на кам'яне вугілля (яке складається із Карбону), від котрого та отримав назву сам період. В даний час виникли хвойні рослини, розмноження котрих не зв'язане із наявністю води у довкіллі, й мешканці перезволожених місцевостей - мохоподібні. Хвойні стали базою біогеоценозів середньозволожених й посушливих місцевостей, мохоподібні винайшли наземний ярус в рослинних угрупованнях. В кінці періоду життя опанувало увесь суходіл, тобто біосфера набула сучасних меж.

Рис. 14. Карта Землі початку карбонового періоду

Тварини стрімкими темпами заселили суходіл. В початку періоду від гіпотетичних прісноводних ракоподібних з'явилися спочатку безкрилі, а далі - крилаті комахи. Окремі із них мали великі розміри, досягаючи метра у розмаху крил. Виникли черевоногі молюски, які дихали легенями. Являлись розповсюджені багатоніжки, земноводні. Поміж них відомі як малі тварини, так й хижаки до декількох метрів довжиною. В середині періоду деяка частина амфібій набула здатності розмножуватися на суходолі дякуючи виникненню в них внутрішнього запліднення та відкладання багатих жовтком яєць зі товстими оболонками й прямого розвитку. У одних з них зникли шкіряні залози, а сама їх шкіра стала досить товстою (ймовірно, пристосування до збереження води у тілі), та вони дали початок плазунам. У окремих збереглись шкірні залози в результаті пристосування до терморегуляції шляхом випаровування води крізь шкіру; вони являлись предками послідовного ряду форм, котрі в результаті набули рис ссавців.

Вкінці кам'яновугільного періода рівень Світового океану понизився, внаслідок чого сформувалися велетенський материк Пангея і декілька менших континентів. Ділянка Пангеї вкрилася льодом. Все це викликало біосферну кризу, що дала початок наступному, пермському, періоду.

Пермський період

Останній період палеозойської ери - пермський (розпочався 290, а завершився 248 мли років назад) - характеризувався переважанням суходолу над морем: існував один величезний материк Пангея із різкою природною зональністю, і площами з сухим кліматом. Впродовж даного періоду відбулося декілька зледенінь. Внаслідок різких змін умов довкілля на початку і у кінці періоду сталися глобальні біосферні кризи та пов'язані із ними масові вимирання і виникнення нових груп. Базу наземних біогеоценозів з сухим кліматом були хвойні і окремі інші голонасінні. Відбувалася адаптивна радіація комах; в кінці періоду їх відомо уже 30 рядів, поміж котрих прямокрилі, твердокрилі, лускокрилі й перетинчастокрилі. В значні мірі росте різноманіття плазунів, в тому числі виникають черепахи, лускаті (ящірки) й окремі інші, що у мезозойську еру надали початок наземним динозаврам, вторинноводним й літаючим плазунам.

Лінія розвитку наземних хребетних, що зрештою привела до виникнення ссавців, в пермський період представлена була різноманітними плазунами - пелікозаврами і звірозубими ящерами. В їхній шкірі було чимало залозистих клітин для виділення подібної до поту вологи. Дані тварини пересувалися на спрямованих донизу чотирьох кінцівках. Поміж звірозубих відомі мілкі комахоїдні, а теж чималі (до 6-7 м довжиною) хижі і рослиноїдні види. Окрім різців й іклів, в даних рептилій являлись більш-менш розвинені й кутні зуби - це пристосування до жування їжі; чимало даних тварин являлись покриті шерстю й, не виключено що, мають здатність до підтримання сталої температури тіла як пристосування до досить холодного чи сухого жаркого клімату. Таким чином, у пермський період сталися зміни, котрі підготували панування на суходолі голонасінних й плазунів впродовж наступної, мезозойської, ери.

Рис. 15. Пелікозавр

Рис. 16. Звірозубі ящери

В морях на кінець цього періоду вимирають трилобіти, окремі групи коралових поліпів й риб, а у прісних водоймах - велика частина дводишних й кистеперих риб і первісних земноводних. Хрящові риби, головним чином акули, досягають максимально високої видової різноманітності й значних розмірів (10 м довжиною). Окремі із них мали достатньо незвичну форму нижньої щелепи, це пов'язано із особливостями живлення.

1. У чому полягає суть абіогенних гіпотез виникнення життя?

2. У чому суть біохімічної гіпотези виникнення життя?

3. Які основні положення гіпотези панспермії?

4. Які екосистеми характерні для архейської ери?

5. Які основні етапи розвитку життя у протерозойську еру?

4. Які фотосинтезуючі організми існували в початку палеозойської ери?

5. Які пристосування вищих рослин до наземного способу існування вам відомі?

6. Чому саме рептилій, на відміну від земноводних, вважають першими уже справжніми наземними хребетними тваринами?

- прочитати параграф,

- дати відповідь на запитання,

- інше.

За підручником Біологія 11 клас - Балан П.