Реферат: Історичний розвиток органічного світу

Походження життя на Землі. Найбільш аргументована теорія походження життя на Землі розроблена російським ученим О. І. Опаріним та англійським — Д. Холдейном. Вона грунтується на тому, що до складу первинної атмосфери входили Н2О, СО2, CO, H2S, NH3, CH4 та інші речовини і температура її була високою. Коли температура поверхні Землі стала нижчою за 100 °С, пішли зливи. Вода заповнювала западини поверхні землі, утворювались моря й океани, в яких розчинялися різні речовини атмосфери. Досить висока температура води первісного океану і значна концентрація перелічених вище сполук були сприятливими для синтезу складних високомолекулярних органічних речовин. У синтезі цих речовин важливу роль відігравали енергія електричних розрядів, ультрафіолетове випромінювання та розпечені вулканічні викиди.

Таблиця 4. Геохронологічна історія Землі

Первісний океан поступово наповнювався все складнішими і складнішими органічними полімерними сполуками — вуглеводами, амінокислотами, азотистими основами тощо. Із них абіогенним шляхом формувались первинні білки, нуклеїнові кислоти.

Правомірність абіогенного синтезу органічних сполук підтверджена численними експериментами. Абіогенним шляхом синтезовано аденін, піримідин, рибозу, дезоксирибозу, АДФ, полісахариди і полінуклеотиди.

Таким був перший етап виникнення життя на Землі. Другим етапом став процес концентрування органічних речовин у "поживному бульйоні", що супроводжувався утворенням коацерватних краплин, а далі — багатомолекулярних систем найпростішої організації — "пробіонтів", до складу яких входили поліпептидноліпоїднополінуклеотидні комплекси. Коацерватні краплини були здатні вибірково адсорбувати речовини з навколишнього середовища і за рахунок цього "рости", подрібнюватися й утворювати """дочірні" краплини. На думку О. І. Опаріна і Д. Холдейна, між коацерватними краплинами йшов добіологічний природний "добір", який був спрямований на вдосконалення молекул білків і нуклеїнових кислот, виникнення процесів матричного синтезу. В результаті такого добору утворювалися білковонуклеїноволіпоїдні системи, які характеризувалися упорядкованим обміном речовин і самовідтворенням. Тривала еволюція хімічних процесів, яку вчені розглядали як третій етап виникнення життя на Землі, спричинила перетворення окремих коацерватних краплин на перші примітивні живі істоти, які вступили в біологічний природний добір і започаткували органічний світ Землі.

Серед гіпотез біогенетичного виникнення життя (біогенезу) слід назвати гіпотезу панспермії, яку сформулював шведський фізик С. Арреніус, а розвинув український учений В. І. Вернадський. Суть цієї гіпотези грунтується на припущенні, що організми позаземного походження занесені на Землю з космосу з метеоритами та космічним пилом. На сьогодні немає достовірних підтверджень позаземного виникнення мікроорганізмів, хоча їх і знайшли на метеоритах, тобто вони мають значну стійкість до космічного випромінювання. Можливо, це й так, але не знімається запитання: а як же там виникло життя?

Розвиток життя в архейську еру. Життя зародилось в архейську еру. Оскільки перші живі організми ще не мали жодних скелетних утворів, від них майже нічого не залишилось у викопних рештках. Проте наявність серед архейських відкладів порід органічного походження — вапняків, мармуру, графіту та інших — підтверджує існування в цю еру примітивних живих організмів. Такими були одноклітинні доядерні організми (прокаріоти): бактерії і синьозелені водорості.

Життя у воді було можливим завдяки тому, що вода захищала організми від згубної дії ультрафіолетового випромінювання. Саме тому море змогло стати колискою життя.

В архейську еру в еволюції органічного світу відбулися чотири великі ароморфози: з'явились еукаріоти, сформувався фотосинтез, виникли статевий процес і багатоклітинні організми. Поява еукаріотів пов'язана з утворенням клітин, які містять справжнє ядро (з хромосомами) і мітохондрії. Тільки такі клітини здатні ділитися мітотичне, що забезпечує їх стабільність і передачу генетичної інформації. Це стало передумовою виникнення статевого процесу.

Перші мешканці нашої планети були гетеротрофними і живились за рахунок органічних речовин абіогенного походження, розчинених у первісному океані. Прогресивний розвиток первісних живих організмів забезпечив появу нового ароморфозу в розвитку життя: виникнення автотрофних організмів, які для синтезу органічних сполук із простих неорганічних використовували сонячну енергію. Цілком зрозуміло, що хлорофіл виник не відразу. Спочатку з'явились простіше побудовані пігменти, які забезпечували синтез органічної речовини з неорганічних компонентів. Із цих пігментів утворився, мабуть, хлорофіл.

З часом органічні речовини, які утворилися в первісному океані абіогенним шляхом, почали вичерпуватись. З появою автотрофних організмів, насамперед зелених рослин, став можливим синтез органічних речовин з неорганічних сполук завдяки використанню сонячної енергії (космічна роль рослин), а отже, існування і подальший розвиток життя.

З виникненням фотосинтезу відбулася дивергенція органічного світу в двох напрямках, які відрізнялися способом живлення (автотрофні і гетеротрофні організми). Завдяки появі автотрофних фотосинтезуючих організмів вода й атмосфера почали збагачуватися на вільний кисень. Це стало передумовою появи аеробних організмів, здатних до ефективнішого використання енергії в процесі життєдіяльності. Нагромадження кисню зумовило утворення у верхніх шарах атмосфери озонового екрана, який не пропускав згубного для життя ультрафіолетового випромінювання. Це забезпечило можливість виходу життя на суходіл. Поява фотосинтезуючих рослин, у свою чергу, забезпечила можливість існування і прогресивного розвитку гетеротрофних організмів.

Виникнення статевого процесу зумовило появу комбінативної мінливості. І, нарешті, в цю еру від колоніальних джгутикових утворилися багатоклітинні організми. Виникнення статевого процесу і багатоклітинних організмів стало фундаментом для подальшого прогресивного еволюційного розвитку.

Розвиток життя в протерозойську еру. В протерозойську еру життя існувало також переважно в морі. Однак панували вже не прокаріоти, а зелені водорості (еукаріоти). У них з'являється розчленування тіла, що забезпечувало більшу поверхню всмоктування. Рештки фауни цієї пори нечисленні, але відомо, що вже тоді існували всі типи безхребетних. Важливим ароморфозом розвитку тіла тварин була поява двобічної симетрії. З нею пов'язані диференціювання тіла на передню і задню частини, спинний і черевний боки. На передній частині зосереджуються органи чуття, нервові вузли, а в тварин, що мають вищу організацію, — головний мозок. У цю еру в результаті ідіоадаптивних змін від найдавніших багатоклітинних організмів, що вели повзаючий спосіб життя і тому мали двобічну симетрію, виникли плоскі і круглі черви. Внаслідок нових ароморфозів та ідіоадаптацій від потемків найдавніших тварин, що мали двобічну симетрію, виникли молюски і кільчасті черви. Споріднені з кільчастими червами членистоногі. Від найдавніших тварин з двобічною симетрією виникли також голкошкірі і хордові, що мають низку подібних ознак, які виявляються в характері розвитку та утворення скелета, будові шкіри і відрізняються за цими ознаками від інших типів тварин. У протерозої з'явились і найдавніші хордові — безчерепні. Представником цих організмів у сучасній фауні є ланцетник.

На суходолі у вологих місцях могли існувати бактерії, синьозелені водорості, одноклітинні тварини. Вони були першими ґрунтоутворювачами.

Розвиток життя в палеозойську еру. На початку ери в кембрійський період життя все ще існувало у воді. Значно поширились великі багатоклітинні бурі і зелені водорості. В силурійський, а можливо, ще в ордовицький або кембрійський період у деяких популяціях зелених водоростей, які мешкали у водоймах, що періодично пересихали, в результаті ароморфозу сформувались тканини, які вперше виникли у наземних рослин — псилофітів. Псилофіти — збірна назва. Ці рослини мали невеликі розміри (не більше півметра), стеблоподібну наземну частину і кореневище, від якого відходили ризоїди. Деякі з них були ще дуже схожими на водорості, а інші вже мали ознаки, які зближували їх з мохоподібними і папоротеподібними рослинами. Рослини могли існувати на суходолі, оскільки бактерії, синьозелені водорості, одноклітинні тварини уже сформували тонкий шар грунту. В цей час з'явились і гриби, життєдіяльність яких сприяла ґрунтоутворенню.

У морях кембрійського, ордовицького, силурійського періодів жили найпростіші, губки, кишковопорожнинні, членистоногі, молюски, голкошкірі, нижчі хордові. В силурійський період з'явилися найпримітивніші хребетні — круглороті. У них ще не було щелеп, але внаслідок ароморфозу виникли череп і хребці. У девонський період досягли розквіту щиткові, що належали до класу круглоротих. У риб внаслідок ароморфозу утворився щелепний апарат, що дав їм змогу активно полювати, захоплювати здобич. Це сприяло підвищенню рівня організації нервової системи, органів чуття, вдосконаленню інстинктів.

Серед сучасної фауни найближчими до цих найдавніших риб є акули і скати. З'явились і кистепері риби. Нечисленних представників цих риб виявлено в Індійському океані біля берегів Африки. Кистепері риби, які населяли прісні водойми в девонський період, зробили важливий крок в еволюції тварин — вийшли на суходіл. Першими наземними хребетними були найдавніші земноводні стегоцефали — потомки кистеперих риб. Скелет плавців кистеперих гомологічний скелету п'ятипалої кінцівки стегоцефалів, як і в сучасних земноводних, яйця і личинки могли розвиватися лише у воді, тому ці тварини змушені були жити поблизу водойм.

У девонський період важливий ароморфоз відбувся і в рослин: розвинувся спеціальний апарат для всмоктування мінеральних розчинів (корінь), як основний орган асиміляції вуглекислого газу сформувались пагони. Таким чином відбулося диференціювання тіла рослини на пагін і корінь. Першими листостебловими рослинами були мохи. Спорідненість мохів з водоростями і псилофітами виявляється в тому, що їхня протонема подібна до зелених водоростей, замість коренів вони мають ризоїди, запліднення відбувається у водному середовищі. В девонський період від псилофітів виникли вищі спорові: плауни, хвощі, папороті. В них утворились добре сформовані корені, але для розмноження їм необхідна вода, в якій переміщуються статеві клітини.

Клімат наступного, кам'яновугільного періоду був теплим, вологим, атмосфера містила велику кількість вуглекислого газу. Це сприяло бурхливому розвитку папоротеподібних, це був період їхнього розквіту. Деякі хвощі досягали 30метрової висоти.

Розвиток наземної рослинності сприяв формуванню грунту, з решток рослин того періоду утворилося кам'яне вугілля. В ньому ніби законсервувалась значна частина вуглекислого газу атмосфери. В результаті інтенсивного фотосинтезу, який відбувався в зелених рослинах, атмосфера збагачувалась на кисень. Внаслідок зміни хімічного складу атмосфери з'явилась можливість заселення суходолу тваринами.

У рослинному світі відбувся ще один ароморфоз — з'явились насінні папороті. В насінні нагромаджувались поживні речовини, воно мало оболонку, яка захищала його від несприятливих умов. Насінним рослинам для запліднення насінини вода не потрібна, що дало їм змогу завоювати суходіл.

Клімат кам'яновугільного періоду сприяв також розквіту земноводних (стегоцефалів). На суходолі ворогів у них ще не було, а численні черви і членистоногі, особливо павукоподібні і комахи, були для земноводних відмінним кормом. Внаслідок дивергенції та ідіоадаптацій з'явилось багато видів стегоцефалів, деякі з них досягали гігантських розмірів (до 47 м завдовжки).

Наприкінці кам'яновугільного й особливо в пермський період клімат змінився, став сухим. Це призвело до масового вимирання папоротеподібних і земноводних. Ті ж особини, які вижили у більш вологих місцях, дали початок земноводним і папоротеподібним невеликих розмірів. Від стегоцефалів виникли не лише земноводні, а й плазуни.

Походження плазунів пов'язане з ароморфозами, що забезпечували розмноження на суходолі: внутрішнє запліднення, запас поживних речовин в яйці, вкритому щільною оболонкою, яка захищала його від висихання. Під час розвитку зародка всередині яйця нагромаджувалась рідина, в якій зародок знаходився як в акваріумі, відбувається формування зародка. Це дало змогу плазунам завоювати всі середовища існування: суходіл, повітря і повторно оселитися у воді. Прогресу плазунів сприяв розвиток рогового покриву, який захищав від висихання, досконаліший розвиток легень, кровоносної системи, кінцівок, головного мозку. Все це дає підстави визнати плазунів першими справжніми наземними хребетними.

У пермський період від насінних папоротей виникли голонасінні рослини, які значно поширились на суходолі, оскільки з'явився новий спосіб запліднення, не пов'язаний з водою, а формування насінини давало змогу зародкам рослин тривалий час витримувати несприятливі умови. Внаслідок цього насінні рослини змогли оселятись не лише на вологих узбережжях, а й проникати в глибину материків.

Розвиток життя в мезозойську еру. Початок мезозойської ери — тріасовий і юрський періоди — був часом розквіту і панування плазунів. Деякі з них досягали гігантських розмірів і мали масу тіла до 20 т. Були серед них як рослиноїдні, так і м'ясоїдні. Однак ще в пермський період з'явились звірозубі плазуни — предки ссавців. Перші ссавці (однопрохідні та сумчасті) відомі з тріасового періоду. Тоді ж виникли справжні костисті риби і псевдозухії — плазуни, які пересувалися лише на задніх кінцівках. Псевдозухій вважають предками птахів. Першоптах — археоптерикс — з'явився в юрський період і існував ще й У крейдовий період.

Прогресивний розвиток дихальної і кровоносної систем птахів і ссавців забезпечив теплокровність цих тварин, послабив їх залежність від температури навколишнього середовища, що сприяло розселенню їх по всіх географічних широтах.

Справжні птахи і вищі ссавці з'явилися у крейдовий період. Вони швидко посіли панівне становище серед хордових. Цьому сприяли також розвиток нервової системи, виникнення умовних рефлексів, виховання потомства, а у ссавців — живородіння і вигодовування малят молоком. Прогресивною була і диференціація зубів у ссавців, що стало передумовою вживання різноманітної їжі.