Текст книги "Биология. Общая биология. Базовый уровень. Учебник для 10–11 класс"

Автор книги: Владислав Сивоглазов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 24 страниц)

4.16. Развитие жизни на Земле

Вспомните!

Что изучает наука палеонтология?

Какие эры и периоды в истории Земли вам известны?

Около 3,5 млрд лет назад на Земле наступила эпоха биологической эволюции, которая продолжается и сейчас. Менялся облик Земли: разрывая единые массивы суши, дрейфовали континенты, вырастали горные цепи, из морских глубин поднимались острова, длинными языками ползли с севера и с юга ледники. Возникали и исчезали многие виды. Чья-то история была скоротечна, а кто-то сохранялся практически в неизменном виде на протяжении миллионов лет. По самым скромным оценкам, сейчас на нашей планете обитает несколько миллионов видов живых организмов, а за всю долгую историю Земля видела примерно в 100 раз больше видов живых существ.

В конце XVIII в. возникла палеонтология – наука, изучающая историю живых организмов по их ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаменелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы. Сравнение окаменелостей различных пластов горных пород позволило выделить в истории Земли несколько временных периодов, которые отличаются друг от друга особенностями геологических процессов, климатом, появлением и исчезновением определенных групп живых организмов.

Самые крупные промежутки времени, на которые подразделяют биологическую историю Земли, – это зоны: криптозой, или докембрий, и фанерозой. Эоны делят на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой, в фанерозое – три эры: палеозой, мезозой и кайнозой. В свою очередь эры делят на периоды, а в периодах выделяют эпохи, или отделы. Современная палеонтология, используя новейшие методы исследования, воссоздала хронологию основных эволюционных событий, достаточно точно датируя появление и исчезновение тех или иных видов живых существ. Рассмотрим поэтапно становление органического мира на нашей планете.

Криптозой (докембрий). Это самая древняя эпоха, которая длилась около 3 млрд лет (85 % времени биологической эволюции). В начале этого периода жизнь была представлена простейшими прокариотическими организмами. В самых древних известных на Земле осадочных отложениях архейской эры, обнаружены органические вещества, которые, по-видимому, входили в состав древнейших живых организмов. В породах, чей возраст изотопным методом оценивается в 3,5 млрд лет, найдены окаменевшие цианобактерии.

Жизнь в этот период развивалась в водной среде, потому что только вода могла защитить организмы от солнечного и космического излучения. Первыми живыми организмами на нашей планете были анаэробные гетеротрофы, которые усваивали органические вещества из «первичного бульона». Истощение запасов органики способствовало усложнению строения первичных бактерий и появлению альтернативных способов питания – около 3 млрд лет назад возникли автотрофные организмы. Важнейшим событием архейской эры стало появление кислородного фотосинтеза. В атмосфере начал накапливаться кислород.

Протерозойская эра началась около 2,5 млрд лет назад и длилась 2 млрд лет. В этот период, около 2 млрд лет назад, количество кислорода достигло так называемой «точки Пастера» – 1 % от его содержания в современной атмосфере. Ученые считают, что такой концентрации было достаточно для появления аэробных одноклеточных организмов, возник новый тип энергетических процессов – дыхание. В результате сложного симбиоза разных групп прокариот появились и начали активно развиваться эукариоты. Образование ядра повлекло за собой возникновение митоза, а в дальнейшем и мейоза. Примерно 1,5–2 млрд лет назад возникло половое размножение. Важнейшим этапом эволюции живой природы стало появление многоклеточности (около 1,3–1,4 млрд лет назад). Первыми многоклеточными организмами были водоросли. Многоклеточность способствовала резкому увеличению многообразия организмов. Появилась возможность специализации клеток, образования тканей и органов, распределения функций между частями тела, что привело в дальнейшем к усложнению поведения.

В протерозое сформировались все царства живого мира: бактерии, растения, животные и грибы. В последние 100 млн лет протерозойской эры произошел мощный всплеск разнообразия организмов: возникли и достигли высокой степени сложности разные группы беспозвоночных (губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, членистоногие, моллюски). Увеличение количества кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя, защитившего Землю от излучения, поэтому жизнь могла выходить на сушу. Около 600 млн лет назад, в конце протерозоя, на сушу вышли грибы и водоросли, образовав древнейшие лишайники. На рубеже протерозоя и следующей эры появились первые хордовые организмы.

Фанерозой. Эон, состоящий из трех эр, охватывает около 15 % всего времени существования жизни на нашей планете.

Палеозойская эра началась 570 млн лет назад и продолжалась около 340 млн лет. В это время на планете пели интенсивные горообразовательные процессы, сопровождавшиеся высокой вулканической активностью, сменяли друг друга оледенения, периодически на сушу наступали и отступали моря. В эре древней жизни (греч. palaios – древний) выделяют 6 периодов: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).

В кембрии и ордовике увеличивается разнообразие животного мира океана, это время расцвета медуз и кораллов. Появляются и достигают огромного разнообразия древние членистоногие – трилобиты. Развиваются хордовые организмы (рис. 139).

В силуре климат становится более сухим, увеличивается площадь суши – единого континента Пангеи. В морях начинается массовое распространение первых настоящих позвоночных – бесчелюстных, от которых в дальнейшем произошли рыбы. Важнейшим событием силура становится выход на сушу споровых растений – псилофитов (рис. 140). Вслед за растениями на сушу выходят древние паукообразные, защищенные от сухого воздуха хитиновым панцирем.

Рис. 139. Животный мир палеозойской эры

В девоне увеличивается разнообразие древних рыб, господствуют хрящевые (акулы, скаты), но появляются и первые костные рыбы. В мелких пересыхающих водоемах с недостаточным количеством кислорода появляются двоякодышащие рыбы, имеющие помимо жабр органы воздушного дыхания – мешковидные легкие, и кистеперые рыбы, имеющие мускулистые плавники со скелетом, напоминающим скелет пятипалой конечности. От этих групп произошли первые наземные позвоночные – стегоцефалы (земноводные).

В карбоне на суше распространяются леса из древовидных хвощей, плаунов и папоротников, достигавших в высоту 30–40 м (рис. 141). Именно эти растения, падая в тропические болота, не сгнивали во влажном тропическом климате, а постепенно превращались в каменный уголь, который мы используем сейчас в качестве топлива. В этих лесах появились первые крылатые насекомые, напоминающие громадных стрекоз.

Рис. 140. Первые растения суши

Рис. 141. Леса каменноугольного периода

В последний период палеозойской эры – пермский – климат стал более холодным и сухим, поэтому те группы организмов, жизнедеятельность и размножение которых полностью зависели от воды, начали приходить в упадок. Сокращается разнообразие амфибий, чья кожа постоянно требовала увлажнения и личинки которых имели жаберный тип дыхания и развивались в воде. Основными хозяевами суши становятся пресмыкающиеся. Они оказались более приспособленными к новым условиям: переход на легочное дыхание позволил им защитить кожу от высыхания с помощью роговых покровов, а яйца, покрытые плотной оболочкой, могли развиваться на суше и защищали зародыш от воздействия окружающей среды. Образуются и широко распространяются новые виды голосеменных растений, причем некоторые из них дожили до настоящего времени (гинкго, араукарии).

Мезозойская эра началась около 230 млн лет назад, длилась примерно 165 млн лет и включала три периода: триасовый, юрский и меловой. В эту эру продолжалось усложнение организмов и темпы эволюции возрастали. В течение почти всей эры на суше господствовали голосеменные растения и пресмыкающиеся (рис. 142).

Триасовый период – начало расцвета динозавров; появляются крокодилы и черепахи. Важнейшим достижением эволюции является возникновение теплокровности, появляются первые млекопитающие. Резко сокращается видовое разнообразие амфибий и почти полностью вымирают семенные папоротники.

В юрском периоде господствуют голосеменные растения и пресмыкающиеся. В образовавшемся за счет дрейфа континентов Атлантическом океане появляются головоногие моллюски. В конце периода появляются археоптериксы.

Рис. 142. Животный мир мезозойской эры

Меловой период характеризуется образованием высших млекопитающих и настоящих птиц. Появляются и быстро распространяются покрытосеменные растения, постепенно вытесняющие голосеменные и папоротникообразные. Некоторые покрытосеменные растения, возникшие в меловом периоде, сохранились до наших дней (дубы, ивы, эвкалипты, пальмы). В конце периода происходит массовое вымирание динозавров.

Кайнозойская эра, начавшаяся около 67 млн лет назад, продолжается и в настоящее время. Она подразделяется на три периода: палеогеновый (нижнетретичный) и неогеновый (верхнетретичный), общей продолжительностью 65 млн лет, и антропогеновый, который начался 2 млн лет назад.

Рис. 143. Животный мир кайнозойской эры

Уже в палеогене господствующее положение заняли млекопитающие и птицы. В течение этого периода формируется большинство современных отрядов млекопитающих, появляются первые примитивные приматы. На суше господствуют покрытосеменные растения (тропические леса), параллельно с их эволюцией идет развитие и увеличение многообразия насекомых.

В неогене климат становится более сухой, образуются степи, широко распространяются однодольные травянистые растения. Отступление лесов способствует появлению первых человекообразных обезьян. Формируются виды растений и животных, близкие к современным.

Последний антропогеновый период характеризуется похолоданием климата. Четыре гигантских оледенения привели к появлению млекопитающих, приспособленных к суровому климату (мамонты, шерстистые носороги, овцебыки) (рис. 143). Возникли сухопутные «мосты» между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами, что способствовало широкому расселению видов, в том числе и человека. Примерно 35–40 тыс. лет назад, перед последним оледенением, по перешейку на месте нынешнего Берингова пролива люди достигли Северной Америки. В конце периода началось глобальное потепление, вымерли многие виды растений и крупных млекопитающих, сформировались современные флора и фауна. Крупнейшим событием антропогена стало появление человека, чья деятельность стала ведущим фактором дальнейших изменений в животном и растительном мире Земли.

Вопросы для повторения и задания

1. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

2. Когда возникли первые живые организмы?

3. Какими организмами был представлен живой мир в криптозое (докембрии)?

4. Почему в пермский период палеозойской эры вымерло большое количество видов амфибий?

5. В каком направлении шла эволюция растений на суше?

6. Охарактеризуйте эволюцию животных в палеозойскую эру.

7. Расскажите об особенностях эволюции в мезозойскую эру.

8. Какое влияние оказывали обширные оледенения на развитие растений и животных в кайнозойскую эру?

9. Как вы можете объяснить сходство фауны и флоры Евразии и Северной Америки?

4.17. Гипотезы происхождения человека

Вспомните!

Какие вам известны гипотезы происхождения человека?

Проблема антропогенеза (исторического развития человека) относится к числу сложнейших философских и естественнонаучных проблем. Вопрос о происхождении человека всегда привлекал к себе внимание людей. Еще в древние времена наши далекие предки, выбирая себе тотемы – священных животных, почитали их как своих прародителей и гордились ими. У многих племен Африки существуют предания о происхождении человека от обезьян.

Зачатки научных знаний о человеке возникли в недрах античной философии. Философ Анаксимандр (610–546 до н. э.), пытаясь познать происхождение и развитие живой природы, выдвигал идеи о возникновении человека путем последовательных превращений животных. Зачатки эволюционных взглядов можно найти в сочинениях Демокрита и Эмпедокла. Сократ (469–399 до н. э.) высказывал мысль, что человек занимает столь высокое положение в мире, потому что он имеет очень развитую кисть руки. Афинский учитель красноречия Исократ считал, что человек стал человеком благодаря речи.

Огромное значение для развития идей о происхождении человека имели путешествия Геродота (484–406 до н. э.). Его труды, дошедшие до нашего времени, – это ценнейший источник изучения древних народов. Свидетельства Геродота дополняют данные палеоантропологии и позволяют составить представление о распространении людей до эпохи Великих переселений.

Древнегреческий мыслитель Аристотель, разделяя животных на бескровных и имеющих кровь, относил человека ко второй группе и ставил его рядом с обезьянами. Однако он разошелся во мнении с Сократом, оценивая роль руки в происхождении человека. Аристотель писал: «Человек – разумнейшее животное не потому, что имеет руки; а потому и имеет руки, что он разумнейшее существо».

Основоположник анатомии, известный древнеримский врач К. Гален изучал анатомию человека, вскрывая других млекопитающих, в том числе обезьян. К. Линней, будучи креационистом, в своей классификации живых организмов поместил человека в один отряд с приматами, потому что считал их очень схожими по строению. В эпоху господства христианства это был очень смелый шаг, не случайно труд Линнея на долгое время был запрещен Ватиканом. Разрабатывая бинарную номенклатуру, Линней выделил вид Homo sapiens (Человек разумный) и разделил его на четыре расы.

Известный философ И. Кант в конце XVIII в. писал о возможной эволюции природы, которая могла бы превратить человекообразную обезьяну в человека, снабдив ее хватательной рукой и двуногим передвижением. Но при этом Кант считал обязательным условием такой эволюции наличие некой божественной «сверхидеи». Примерно в то же время Дж. Монбоддо попытался объяснить превращение обезьяны в человека действием труда. Однако, будучи сторонником идеи неизменности видов, Монбоддо считал человекообразных обезьян и людей представителями одного вида.

В России убежденным сторонником идей о родстве человека с животными был известный писатель и философ А. Н. Радищев (1749–1802). В своем трактате «О человеке, о его смертности и бессмертии», написанном в конце XVIII в., Радищев говорит: «Человек – единоутробный сродственник, брат всему на Земле живущему, не только зверю, птице, рыбе, насекомому… но и растению, грибу, мху… Паче всего сходственность человека примечательна с животными… Все органы, коими одарен человек, имеют и животные…» Но Радищев также подчеркивал и отличия человека, которые, по его мнению, в основном заключались в строении руки и большого пальца. Однако Радищев не распространял идею развития на бессмертную душу.

Вплотную подошел к пониманию эволюционных процессов в антропогенезе Афанасий Каверзнев, который в 1775 г., почти за сто лет до работ Ч. Дарвина, опубликовал на немецком языке в Лейпциге труд «О перерождении животных», в котором подробно развивал идею о родстве человека и обезьян.

Очень оригинального взгляда на происхождение человека придерживался Ж. Б. Робинс, который считал, что животные представляют собой неудачные попытки природы сотворить наиболее совершенную форму жизни – человека.

Создатель первой эволюционной теории Ж. Б. Ламарк в начале XIX в. изложил свою теорию происхождения человека. Он говорил, что некий «четверорукий» предок человека «утратил привычку» лазить по деревьям, но приобрел другую – передвигаться на двух ногах. Будучи сторонником идеи об упражнении и неупражнении органов (§ 4.2), Ламарк утверждал, что новые потребности предка человека рождали усилия, которые изменяли строение органов и частей тела будущего человека, а жизнь в многочисленных стаях требовала более совершенных средств общения.

Крупнейшим событием в истории развития взглядов на происхождение человека стало появление трудов Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор» (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных» (1872). Дарвин был уверен, что законы развития органического мира применимы и к человеку. Ученый поставил задачу: доказать, что основные движущие силы эволюции, действуя на предков человека, вызывали у них возникновение адаптаций к условиям окружающей среды. Сравнивая строение тела человека и высших обезьян, особенности зародышевого развития и изучая рудиментарные органы, Дарвин доказывал происхождение человека от низших форм. Он придавал большое значение естественному отбору не только по морфофизиологическим признакам, но и по умственным и нравственным качествам. Прародиной человечества Дарвин считал Древнюю Африку. Однако в своей теории великий натуралист не затронул проблему социальной сущности человека и не оценил роль труда как фактора эволюции.

Огромное значение труда в происхождении человека было обосновано философом Ф. Энгельсом в работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека». Кроме труда Энгельс обратил внимание на другие факторы антропогенеза: речь и общественный образ жизни.

Современная теория происхождения человека опирается в основном на данные сравнительной анатомии, физиологии и эмбриологии, а также на результаты исследования ископаемых остатков. Одним из ее важнейших положений является признание параллельности эволюции высшей нервной деятельности и морфологических признаков.

Вопросы для повторения и задания

1. Какие идеи о возникновении человека существовали в Древнем мире?

2. Что вам известно о взглядах российских ученых XVIII–XIX вв. на проблему происхождения человека?

3. Кто впервые разделил вид Homo sapiens (Человек разумный) на расы?

4. Какова роль трудов Ч. Дарвина в истории развития взглядов на происхождение человека?

5. Какому фактору в эволюции человечества придавал особое значение Ф. Энгельс?

4.18. Положение человека в системе животного мира

Вспомните!

Назовите общие признаки представителей типа Хордовые; класса Млекопитающие.

Данные сравнительной эмбриологии и анатомии человека и других животных позволяют четко определить, что по критериям зоологической систематики вид Homo sapiens (Человек разумный) относится к царству Животные, подцарству Многоклеточные, типу Хордовые, подтипу Позвоночные, классу Млекопитающие, отряду Приматы, семейству Гоминиды (рис. 144).

Рис. 144. Систематическое положение человека в отряде приматов

Рассмотрим те свойства и признаки, на основании которых мы занимаем это положение в системе органического мира.

Данные сравнительной анатомии. Вряд ли кто-то будет оспаривать нашу принадлежность к определенному царству и подцарству. Мы двусторонне-симметричные многоклеточные животные и по этим признакам подобны всем червям, членистоногим и хордовым.

Для человека, как и для всех представителей типа Хордовые, характерны общие черты организации, не встречающиеся у других типов.

У зародыша человека есть нерасчлененный на сегменты внутренний осевой скелет – хорда. Наши нервная и пищеварительная системы закладываются в виде двух трубок, лежащих с разных сторон от хорды. На ранней эмбриональной стадии развития передний отдел пищеварительной системы человека – глотка – пронизан жаберными щелями, которые в дальнейшем исчезают, причем одна из них дает начало слуховому проходу и евстахиевой трубе. Кровеносная система человека замкнутая, и сердце находится на брюшной стороне тела.

Тип хордовых делят на три подтипа, а подтип позвоночных, в свою очередь, объединяет шесть классов. Перечислим признаки, которые роднят нас с другими представителями класса Млекопитающие: костный позвоночник, замещающий хорду; семь шейных позвонков; две пары конечностей рычажного типа; наличие костного мозга (у птиц кости полые); волосяной покров; потовые и сальные железы кожи; молочные железы; хорошо развитые губы и мускулистые щеки; диафрагма; три слуховые косточки среднего уха (у птиц и рептилий – одна); ушная раковина; четырехкамерное сердце, два круга кровообращения и одна левая дуга аорты; безъядерные эритроциты (у всех остальных классов позвоночных – ядерные); альвеолярные легкие. Кроме этих морфологических признаков следует отметить, что для всех млекопитающих, и в том числе человека, характерны такие прогрессивные черты организации, как высокое развитие центральной нервной системы, особенно коры больших полушарий; многообразные приспособительные реакции и сложное поведение; интенсивный обмен веществ и совершенная терморегуляция. Внутриутробное развитие и питание зародыша через плаценту характеризует нас как представителей подкласса Плацентарные. Необходимо отметить, что все перечисленные морфологические признаки, общие для человека и остальных млекопитающих, являются гомологичными, т. е. имеют одинаковое происхождение.

Общими признаками человека и остальных представителей отряда Приматы являются следующие: конечность хватательного типа (первый палец кисти противопоставлен остальным); наличие ключицы, что обеспечивает высокую подвижность руки; расширенные конечные фаланги пальцев с ногтями; зубы трех типов – резцы, клыки, коренные; высокое развитие полушарий головного мозга; размножение в течение всего года; наличие одной пары молочных желез; рождение обычно одного детеныша и длительный уход за ним; сложная организация отношений между особями и высокий уровень развития высшей нервной деятельности.

О родстве человека с животными свидетельствуют также многочисленные рудименты и атавизмы, которые известны практически для всех систем органов. Рудименты – это недоразвитые органы, которые практически утратили в процессе эволюции свои функции. Их наличие указывает на родство человека с более низкоорганизованными позвоночными животными. Примерами таких рудиментов являются мышцы ушной раковины, хвостовые позвонки (копчик), остатки мигательной перепонки глаза, червеобразный отросток слепой кишки. Атавизмы – это признаки, которые некогда существовали у наших предков, в дальнейшем были утрачены, но гены, отвечающие за их развитие, еще сохраняются и при определенных условиях вызывают образование этих древних признаков. Яркими примерами атавизмов являются волосяной покров на лице, наружный хвост, лишние пары молочных желез, перепонки между пальцами (рис. 145).

Рис. 145. Атавизмы человека

Данные сравнительной эмбриологии. Кроме данных сравнительной анатомии весомыми доказательствами происхождения человека от животных являются результаты сравнительного изучения онтогенеза человека и животных.

Индивидуальное развитие человека, как и остальных животных, размножающихся половым путем, начинается с образования зиготы. В двухнедельном возрасте у эмбриона человека прослеживаются признаки рыбообразных предков: двухкамерное сердце, жаберные щели, хвостовая артерия. Позже в строении эмбриона можно наблюдать черты, унаследованные от земноводных: мигательная перепонка во внутреннем углу глаза, плавательные перепонки между пальцами. У шестинедельного зародыша есть несколько пар молочных желез, закладывается хвостовой отдел позвоночника, который затем редуцируется и превращается в копчик. Гладкая поверхность больших полушарий и сплошной волосяной покров у плода человека указывают на родство с примитивными млекопитающими. Таким образом, основные черты эмбрионального развития человека четко определяют его животное происхождение.

Рис. 146. Человекообразные обезьяны

Сходство и отличия человека и человекообразных обезьян. С человекообразными обезьянами люди имеют много общих признаков, например таких, как большая величина тела, отсутствие хвоста и защечных мешков, хорошее развитие мимической мускулатуры и сходная структура черепа (рис. 146). Шимпанзе, гориллы, орангутаны имеют хорошо развитый головной мозг, особенно его лобные доли, большое число извилин в коре больших полушарий. Кроме морфологических признаков о нашем близком родстве свидетельствуют и другие данные: мы похожи по резус-фактору и группам крови (АВ0), мы болеем одними и теми же «человеческими» болезнями. Беременность и гориллы, и человека составляет около 280 дней.

Эволюционное родство организмов можно определить, сравнивая их хромосомы. Чем больше сходство между нуклеотидными последовательностями ДНК, тем ближе родство между видами. Человек и шимпанзе имеют более 95 % схожих генов.

У человекообразных обезьян, как и у людей, высокий уровень развития высшей нервной деятельности, они легко обучаются, у них прекрасная память и богатая эмоциональная жизнь.

В то же время между человеком и высшими приматами существуют коренные отличия. Только человеку свойственно настоящее прямохождение (рис. 147). Благодаря этому человек имеет длинные и мощные ноги, сводчатую стопу, широкий таз, S-образный позвоночник. Гибкая кисть и подвижные пальцы обеспечивают точные и разнообразные движения.

Рис. 147. Скелеты обезьяны и человека

Человек имеет очень сложно устроенный головной мозг, средний объем которого составляет 1350 см³ (у гориллы 400 см³). Благодаря развитию структур гортани человек способен к членораздельной речи.

Человек – это биосоциальное существо, занимающее высокую ступень эволюционного развития, обладающее сознанием, речью, абстрактным мышлением и способное к общественному труду.

Вопросы для повторения и задания

1. Охарактеризуйте систематическое положение человека в животном мире.

2. Укажите признаки человека как представителя класса млекопитающих.

3. Какие признаки являются общими для человека и человекообразных обезьян?

4. Перечислите особенности строения, присущие только человеку.

5. Какое значение в антропогенезе имело увеличение объема мозга?