Реферат: Эволюция

В органическом мире кембрийского периода, начале палеозоя, появляются археоциаты (Рис.1) и древнейшие членистоногие – трилобиты (Рис.2), брахиоподы, строматопороидеи.

Рис.1

В ордовикском и силурийском периодах появляются первые позвоночные – безчелюстные рыбообразные организмы. К концу силура сокращается роль трилобитов, появляются новые роды кораллов, брахиопод, первые настоящие челюстные рыбы. Конец силура – время выхода на сушу высших растений, прежде всего псилофитов. Распространение наземных растений явилось важным шагом в завоевании суши и животными.

В девоне получили распространение головоногие моллюски аммониты и белемниты (Рис.3), гигантские раки, потомки трилобитов, рыбы (панцирные,двоякодышащие и кистепёрые). Кистепёрые рыбы – предки появившихся в девоне первых земноводных – стегоцифалов.

Рис.2

Довольно широкое распространение в девоне получила наземная растительность. Это прежде всего риниофиты, расцвет которых приходится на средний девон. К концу позднедевонской эпохи риниофитовая флора вымирает, на смену ей приходят папоротникообразные и некоторые представители голосеменных. До появления человека остаётся около трёхсот миллионов лет .
Для флоры карбона наиболее типичны наземные растения, населяющие увлажнённые приморские равнины, болота, мелководные водоёмы. Это плауновые, хвощи, папоротники, голосеменные. Плауновые представлены мощными древовидными формами высотой до 40 метров и диаметром ствола до 2 метров – лепидодендронами и сигилляриями. Примерно такие же размеры имели примитивные голосеменные – кордаиты. В верхнем карбоне появляются хвойные.

Рис.3

Фауна карбона по сравнению с девонской отличалась большим разнообразием. Разнообразные иглокожие, мшанки, брахиоподы, которые имели большие размеры и многочисленные иглы на раковинах. Широко распространены головоногие, пластинчатожаберные и брюхоногие моллюски. Появляются и достигают большого разнообразия (свыше 1000 видов) насекомые, в том числе и гигантские, с размахом крыльв до 70 см. Из позвоночных в морях обитали рыбы, особенно акуловые. Амфибии представлены панцирноголовыми (стегоцифалами), похожими на ящериц, змей, крокодилов, длина их составляла около 2 метров. В среднем карбоне появляются первые рептилии, среди которых были хищные, растительноядные и насекомоядные.

Процессы развития растительного и животного мира сопровождались, и в значительной мере определялись изменением климата. Изменение климата, в свою очередь, определялось как изменением тектонических процессов, поскольку гравитационная дифференциация подходила к своему завершению, таки движением континентов. В частности, в связи с тем, что Антарктида заняла своё место на южном полюсе. Движение океанических течений стало затруднено и климат стал более контрастным.

В связи с широким распространением пустынных ландшафтов в пермском периоде сокращается количество влаголюбивых хвощей, папоротников и плаунов. Их место занимают голосеменные растения: хвойные, цикадовые, гинкговые. Существенные изменения происходят в составе морской и наземной фауны. К концу перми вымирают физулиниды, табуляты, четырёхлучевые кораллы, некоторые головоногие, моллюски, иглокожие, полностью исчезают трилобиты, древние лучепёрые рыбы, отдельные группы кистепёрых и двоякодышаших рыб. Резко сокращается количество хрящевых рыб. Наряду с этим широко распространяются рептилии, причём, если одна их ветвь дала начало предкам мезозойских рептилий, то другая имеет черты сходства с первыми млекопитающими. Вымирание к концу палеозоя большинства видов палеозойских организмов было обусловлено, по-видимому, как общими законами эволюционного развития, так и изменением условий существования. Итак, наступал мезозой. До нашего времени оставалось двести пятьдесят миллионов лет.

В органическом мире триаса, первом периоде мезозоя преобладают мезозойские формы, но вместе с тем еще существенную роль играли представители палеозойской фауны и флоры. Из морских позвоночных характерны костистые рыбы, а также двоякодышащие, рептилии – ихтиозавры (Рис.4) и плезиозавры (Рис.5). Позвоночные суши пополняются динозаврами – бронтозаврами (Рис.6), тарбозаврами (Рис.7), трицератопсами (Рис.8), протоцератопсами (Рис.9), стегозаврами (Рис.10), зауролофами (Рис.11), пинакозаврами (Рис.12) и пр. Рептилии осваивают воздушное пространство, в начале юрского периода появляются птеранодоны (Рис.13), сордесы (Рис.14), лонгисквамы (Рис.15). Роль амфибий постепенно сокращается. В конце юрского периода появляются мезозавры (Рис.16), первые птицы, например археоптериксы (Рис 17) и первые млекопитающие, вроде триконодона (Рис.18). Среди растений в юрском периоде господствовали голосеменные.

В течении мелового периода существенно изменяется органический мир Земли. Уже в начале раннемеловой эпохи появляются покрытосеменные растения, которые к концу периода полностью вытесняют голосеменные, и флора приобретает облик кайнозойской эры, в которой мы и живём. К концу мелового периода вымирают крупные динозавры. Дальнейшее развитие получают птицы, млекопитающие, костистые рыбы.

Часто факт вымирания крупных динозавров облекается некоторой таинственностью. Однако, нужно учитывать, что процесс их вымирания продолжался миллионы лет. Причины же, вообще говоря, не так уж и загадочны. Во-первых, это время, когда на смену голосеменным растениям приходят покрытосеменные. Их листва значительно более жёсткая, чем у более ранних видов растений. Физиология травоядных динозавров не могла приспособиться к новой пище. Во-вторых, климат становился более контрастным. При ночном холоде рептилии коченели и становились лёгкой добычей теплокровных животных. В-третьих, у крупных динозавров и яйца крупные. Спрятать и защитить их, особенно ночью, динозавры не могли, поэтому они поедались опять же теплокровными млекопитающими.

Кроме того, не так уж они и вымерли. И сейчас мы видим их в виде яванского варана, например, который по величине больше коровы, и крокодилов, и гигантских анаконд. Кроме того, разнообразие видов, после исчезновения крупных динозавров, не только не уменьшилось, но даже возросло. Их потомками являются и птицы, и млекопитающие и мы, наконец.

Кайнозойская эра началась около 67 млн. лет тому назад. К этому времени структура земной коры была близка к современной. Обширные территории занимали древние и молодые платформы, геосинклинальный режим сохранился только на отдельных участках Средиземноморского и Тихоокеанского поясов, оформились современные Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый океаны. Однако очертания континентов ещё отличались от современных. Евразия и Северная Америка соединялись сушей в районе Берингова пролива, перемычка существовала между Африкой и Южной Америкой. Австралия, Антарктида, а возможно, и Индостан представляли собой единое целое.

Кайнозойская эра подразделяется на палеогеновый (67 – 25 млн. лет), неогеновый (25 – 1 млн. лет) и четвертичный (антропогеновый) периоды. Как уже отмечалось, на границе мезозоя и кайнозоя происходит резкое обновление фауны: вымирают аммониты, белемниты, гигантские рептилии. Наступает расцвет костистых рыб, млекопитающих, рыб. Растительный мир представлен в основном покрытосеменными. На суше господствуют млекопитающие, среди которых выделяются хищные, копытные, хоботные, приматы, а несколько позже грызуны и насекомоядные. Рептилии играют скромную роль и в основном представлены современными формами.

К концу палеогена вымирают древние примитивные хищники, парнокопытные. В неогене появляются древние виды медведей, гиен, носорогов, собак, жираф, человекообразные обезьяны, а к концу неогена в основном все современные животные.

И наконец, антропогеновый (четвертичный) период. Главнейшей особенностью антропогенового периода является появление человека. Вторая особенность антропогена – его небольшая продолжительность и незавершённость. Для этого периода характерно также широкое распространение материковых оледенений, в связи с которыми происхлдили колебания уровня Мирового океана. Эти изменения приводили к появлению новых видов животных, приспособленных к холодному климату. Таких как мамонты, шерстистые носороги, олени и т.д. Часть из них вымерло при последующем потеплении.

Таким образом, со времени появления жизни на Земле, она развивалась непрерывно. Ни природные катаклизмы, ни внутренние причины её не могли остановить. Постоянно увеличивался объём биомассы, количество видов животных и растений, занимались всё новые экологические ниши, усложнялись взаимоотношения между видами и внутри них, возрастала сложность строения животных и растений. Общий поток жизни (животных) показан на Рис.19

Предположительно общее число ныне живущих видов растений и животных, по-видимому, достигает не менее 1,5 миллионов. Из них на долю растений приходится около полумиллиона. Виды сравнительно быстро меняются. При изменении условий обитания вида (экологической ниши), вид может приобретать новые видовые признаки, в естественных условиях, буквально за сотни лет. Вот на таком фоне появляется человек.

Рис.19

По дробно пересказывать процесс эволюции в нашем исследо­вании вряд ли является необходимым. В принципе, в наш образованный век, вряд ли здесь есть что ни будь, вызывающее особые сложности в понимании. В любом учебнике по ботанике и зоологии подробно изло­жена как систематизация живых организмов, так и процесс эволюции их вплоть до высших представителей. Нашей задачей является, в неко­торой степени, философское осмысление этого процесса. При этом мы должны с очевидностью увидеть, что эволюции - закономерный процесс, каждый из этапов которого закономерно вытекает из предыдущего этапа и в свою очередь обладает имманентно присущими для него посылками, условиями для следующего этапа. Затем, мы должны вскрыть некоторые особенности этого этапа саморазвития материи. Кроме того, хотелось бы понять некоторые загадочные моменты в развитии жизни.

Такое явление, как жизнь, уже настолько сложное, что ввести строгую систематику его, при исследовании, практически не возможно.

Мало того, нам и не очень хотелось бы этого делать, во-первых , потому что такая систематика уже давно определена, во-вторых, потому, что жизнь настолько внутренне едина, что уже систематизируя мы омертвляем ее. В связи с этим, дальнейшее изложение мы будем вести в виде отдельных очерков, хотя, конечно, их последовательность будет следовать определенной системе. Но эта система будет в большей мере носить гносиологический характер, чем онтологический.

Вряд ли необходимо доказывать, что основной жизненной формой является клетка. Были бы, или не были бы многоклеточные организмы, жизнь была бы жизнью. А вот без клеток жизни бы не было. Тем не менее, колония клеток, при их специализации, приобретает определенные свойства, позволяющее ей устойчиво существовать как целому. Действительно, специализация делает клетку зависимой от других клеток, эта зависимость порождает связи внутри колонии. Именно эти связи, а не физическое соединение, делают колонию чем-то целым, единым.

Вообще говоря, это интересный момент. Действительно, всякий объект представляет собой сущность, как входящие в него элементы и связи между ними. При этом элементы сами представляют собой объекты, состоящие в свою очередь из элементов объединенных связями между собой и так далее, вплоть до эсхатонов, которые уже не состоят из элементов. Важно отметить, что наличие связей не самоцель, а средство получения некоторого выигрыша, который делает данную систему предпочтительной в процессе естественного отбора. Например, атом состоит из элементарных частиц, суммарная энергия которых меньше в атоме, чем по отдельности. При этом обеспечивается не только устойчивость такого объединения элементарных частиц, но и появляется, хоть и небольшая, избыточная энергия, которая может быть использована на объединение в систему уже атомов, и т.д. То же мы можем увидеть и в социальной области. По существу это универсальный принцип мироздания - соединяйся чтобы победить.

Таким образом, образование многоклеточных организмов - процесс запрограммированный природой. Он закономерно необходим, эта закономерность обусловлена хотя бы тем, что дальнейшая эволюция клетки невозможна, все возможности клетки сами по себе уже исчерпаны. Дальнейший прогресс в саморазвитии материи возможен только одним путем - комбинацией из клеток. Такая комбинация может осуществляться двояко - путем сохранения индивидуальности клетки и путем такой глубокой специализации клетки, что она теряет свою индивидуальность. Первый путь возможен при достаточно слабых связях. При этом связи могут быть между одинаковыми и неодинаковыми клетками. В первом случае это колония. Во втором - это как минимум симбиотическая группа, а как максимум биоценоз.

При глубокой специализации общность клеток порождает много­клеточный организм. При этом возникает новая сущность, вместе с которой возникают новые свойства, новые закономерности саморазвития бытия. Клетки объединяются в колонию собственно с одной целью - более эффективно поддерживать динамическое равновесие со средой. В чём именно заключается это равновесие? Чтобы попытаться ответить на этот вопрос вернемся немного назад. Органические молекулы являются настолько сложными, что они не могут долгое время существовать. Если неорганические химические соединения могут сохранятся неопре­деленно долго, то сложные органические соединения под действием факторов среды распадаются довольно быстро, и чем молекула сложнее, тем быстрее распад. С другой стороны и само возникновение сложных органических молекул в десятки и, тем более, сотни атомов в силу случая невозможно. Существование таких молекул возможно при наличие процесса репликации с одной стороны, и постоянного восстановления белков и других соединений в клетке. Весь клубок процессов, происходящий в клетке с целью обеспечения ее существования не только (да и не столько) как индивидуальности, а как вида, то есть как некоторой массы белка определенной структуры, и даже как всей массы белка, и является жизнью. Вот здесь будет истинно определение – «жизнь это способ существования белковых тел».

Таким образом, жизнь это процесс обеспечивающий динамическое равновесие между массой белка (очень сложными молекулами) и окружающей средой. Этот процесс имеет две формы - восстановление белка на ДНК как на матрице и восстановление самих матриц, иначе - обмен веществ в клетке и размножение. В свою очередь, обмен веществ делится на процессы ассимиляции и диссимиляции. Размножение делится на половое и бесполое. Такая структура процессов лежит в основе существования всех форм организмов. Только по способу обмена веществ, как мы видели, уже на клеточном уровне живые существа делятся на автотрофов и гетеротрофов. А в многоклеточных организмах это порождает две великие ветви живого - растения и животные. Есть ли в этой паре необходимость и достаточность?

Как мы говорили, жизнь это процесс. Но процесс это форма движения. Движение включает в себя то, что движется - вещество, и причину его движения - энергию. Жизнь это превращение сложных органических молекул в другие молекулы. Происходит это превращение за счет потребляемой энергии. Жизнь без энергии невозможна. Рассматривая жизнь в целом, очевидно, что энергия должна потребляться вне жизни как таковой. Какой же эта энергия может быть? Ясно, что в своей основе процесс энергетического обмена в клетке и во всех доклеточных формах жизни вплоть до самых простых не может быть целенаправленным. Он может быть только случайным, стохастическим, то есть должен подчинятся принципам термодинамики. То есть процесс синтеза органических молекул должен представлять собой тепловую, если хотите, машину со своим циклом. А именно, должен быть источник с большей энергией чем среда. От этого источника энергии потребляется энергия на выполнение работы по соединению меньших молекул в большую, преодолевая при этом тепловое воздействие среды стремящейся меньшие молекулы разбросать в разные стороны, то есть совершается работа против увеличения энтропии. Затраченная работа становится частью внутренней энергии новой молекулы и выражается в электронной связи.

Нетрудно показать, что в условиях зарождения жизни наиболее подходящей формой энергии были световые кванты. Действительно, процесс образования связей между электронными оболочками требует, чтобы энергия поступала порциями небольшими, но концентрированными до размеров сравнимых с электронами и с уровнями энергии достаточ­ных для перевода электрона с одного уровня энергии в атоме на другой.

Исходя из этого ясно, что основной формой жизни должна бить такая форма, которая осуществляет синтез белка за счет энергии света. Это как минимум. Но ясно и другое, что при распаде таких молекул, которые синтезируются в растении может также получена быть энергия для синтеза белков другого организма. Однако, учитывая, что коэффициент полезного действия любой машины выполняющей работу не может быть равен ста процентам, и как правило он гораздо меньше, биомасса гетеротрофов должна быть гораздо меньше чем биомасса автотрофов. В свою очередь гетеротрофы тоже могут рассматриваться как источник сложных органических молекул и энергии для синтеза из них белков другого организма. В свою очередь биомасса этих животных, являющихся хищниками, будет еще меньше.

Эту цепь можно продлить и дальше. Могут быть хищники хищников. Но это уже хищники в целом и каких либо существенных отличии они друг от друга не имеют. Таким образом, цепь передачи органического вещества и энергии включает в себя автотрофов - растения, гетеротрофов - растениеядных и гетеротрофов-хищников. Кроме того, безусловно должны быть и переходные виды живых существ, хотя конечно в значи­тельно меньших масштабах. Например миксотрофные организмы, грибы и т.п.. Таким образом наличная структура жизни возникает с необходимостью как продукт ее саморазвития. Первичными здесь являются растения. Без них невозможно существование последующих форм жизни.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--