6. Етапи розвитку життя на Землі

• Утворилася планета (4,5-4,6 млрд. р. назад)

• З’явились мінерали (4,2 млрд.р.т.)

• Синтезувались прості органічні молекули

В природних умовах можливий абіогенний синтез органічних сполук:

угарний газ (CO) + ціаністий водень (HCN) = амінокислоти

(каталізатори - тверді частинки, що містять залізо та нікель)

Такі умови наявні в підводних гарячих вулканічних гідротермальних джерелах, де роль каталізаторів відіграють стінки з металовмісних порід.

• Конкуренція хімічних реакцій

Між хімічними реакціями виникає конкуренція за субстрати: виграють взаємодії, що протікають швидше та мають ефективні каталізатори. Перевагу отримують реакції, що каталізуються своїми власними продуктами (автокаталітичні або ланцюгові).

• Еволюція гіперциклів

Гіперцикли - клас хімічних реакцій, компонентам яких властивий відбір. Вони об’єднують хімічні речовини в систему, яка здатна до узгодженої еволюції, де переваги одного «індивіда» можуть використовуватись усіма його «членами». Ця система як ціле інтенсивно конкурує з будь-якою одиницею іншого складу.

• Відбір кругообігів на стабільність

Елементарні геохімічні цикли – праобраз екосистем. Нова інформація виникає в системі тільки якщо в ній відбувається випадковий вибір з наступним запам’ятовуванням його результатів.

• Складні органічні молекули – матеріал для компонентів клітини

Невеликі органічні молекули об’єднались в складні, в результаті чого утворились компоненти перших клітин.

• З’явились прокаріоти - бактерії та ціанобактерії (3,8 млрд. р.т.)

Прокаріоти існували 3,5 млрд. р., не об’єднуючись в багатоклітинний організм, оскільки багатоклітинність на прокаріотичній основі не можлива в принципі.

• У складі планктону з'явились перші еукаріоти (1,9-2 млрд. р.т.)

Одночасно виникли автотрофи та гетеротрофи.

• Утворення клітинних органел шляхом сімбіогенезу

Велика факультативно-анаеробна бактерія-гетеротроф проковтнула маленьку аеробну бактерію–гетеротроф (мітохондрії). До поверхні прикріпились інші симбіонти – джгутикоподібні бактерії (джгутики). Далі були поглинуті маленькі фотоавтотрофи – ціанобактерії (хлоропласти).

• Функціональна диференціація в ціанобактеріальних матах

Мікроорганізми інтегрувались в багатошарові угруповання на водній поверхні - ціанобактеріальні мати. Поверхневий шар утворювали автотрофні фотосинтезуючі ціанобактерії, які виділяли кисень під дією сонячного світла. Наступний шар складався з аеробних гетеротрофів, що утилізували кисень та органічні залишки відмерлих клітин. Третій шар – гетеротрофні анаеробні мікроорганізми, які мінералізували органічні залишки. Замкнена екосистема ціанобактеріальних матів стала праобразом тканини або цілісного організму, який збагатив оточуюче середовище киснем.

• Виникнення безхребетних (до 600 млн. р.т.)

З колоніальних одноклітинних організмів виникли перші багатоклітинні губки. Близько 600 млн. р. тому вже існували всі типи безхребетних: губки, кишковопорожнинні, черви, членистоногі, молюски та голкошкірі.

• Формування ґрунту

• Скелетна революція

Матеріал для скелетів з’явився завдяки фекальним пеллетам, що фільтровали океанічний осад і упаковували в компактні грудки органіки. Внаслідок цього вода океану стала прозорою, розширилась фотична зона, зросла продуктивність екосистем, а нижні шари води збагатились киснем. Таким чином утворення мінеральних скелетів стає «економічно виправданим», тому скелетні утвори «придбали» практично всі існуючі в кембрії організми - від найпростіших (радіолярії, форамініфери), губок, молюсків до рослин (вапняні водорості).

• З’являються представники практично всіх основних підрозділів живого царства (кембрій – ордовик 540-490 млн. р.т.)

Життя було пов'язане з водним середовищем. Водорості виділяли вільний кисень і значно змінили склад атмосфери. Це дало можливість розвинутися іншим формам життя, зокрема тим, які дихають киснем повітря.

• Життя виходить на суходіл (силур – 440 млн. р.т.)

У перших наземних рослин псилофітів у зв'язку з виходом на суходіл почала відбуватися диференціація тканин. У пізньому силурі з'являються перші наземні тварини — стародавні павукоподібні. Серед членистоногих в опріснених прибережних акваторіях типу лагун з’явились велетенські ракоскорпіони, а серед хребетних – перші щелепороті (справжні риби).

• З’явилися тетраподи (девон – 400 млн. р.т.)

Водойми населяли численні водорості та безліч різних видів риб (кистепері, дводишні, променепері). Псилофіти набули складнішу організацію тіла, яке чітко поділялося на корінь, стебло та гілки. Виникли інші групи наземних рослин — папороті та плауни, які поступово вони витіснили своїх предків і склали основу флори. Наприкінці девону з'явилися перші комахи та наземні хребетні - примітивні амфібії лабіринтодонти (їх зуби мали складну лабіринтоподібну складчасту емаль).

• З’явились крилаті комахи та перші насінні рослини (карбон - 300 млн.р.т.)

Поява крилатих гігантських комах у кінці раннього карбону (намюр) стало однією з ключових подій, оскільки вся історія наземних екосистем – це фактично історія взаємодії трьох груп: судинних рослин, комах та хребетних. Великого поширення набули плауни, хвощі, папороті, які утворили безліч дерев'янистих форм. Відмираючи, рослини потрапляли у воду, заносилися мулом і, пролежавши мільйони років, перетворювалися на вугілля. Перші насінні рослини з'явилися в середині карбону.

• Сезонні зміни температури (тріас - 250 млн.р.т.)

Сезонна зміна температур у тріасовому періоді почала помітно впливати на рослини та тварин. Плазуни в тріасі характеризуються великою різноманітністю: це текодонти, крокодили та динозаври. Перші групи плазунів пристосувалися до холодних сезонів і саме вони дали початок ссавцям. Всі сучасні форми плацентарних ссавців походять від примітивного комахоїдного предка Megazostrodon, який схожий на щура. Континентальні водойми населяли великі хрящові риби, представлені переважно акулами, з’явились перші примітивні кісткові риби. Ліси утворювали листопадні дерева, що пристосувались до холодів позбавляючись листя.

• Виникли справжні ссавці (мезозой - 230 млн. р.т.)

Домінування завроморфів: на суходолі – динозаври, в морях – евриапсиди, в повітрі – птерозаври. Серед тероморф виникла просунута група хребетних – маммалії (ссавці).

• Ссавці зайняли екологічні ніші вимерлих динозаврів (крейдовий - 70 млн.р.т.)

Ссавці були представлені хижими та рослиноїдними, сумчастими та плацентарними видами, які наприкінці крейдового періоду широко розселилися на Землі, зайнявши екологічні ніші вимерлих динозаврів. На відміну від динозаврів, ссавці мали сталу температуру тіла, тому менше залежали від умов середовища.

• Поява гомінід (міоцен - 5-6 млн. р.т.)

Сухий спекотний клімат сформував нові типи угруповань - тропічні ліси та трав'яні біоми. Набули розвитку такі групи тварин, як копитні, хоботні та великі хижаки. На території Східної Африки в пліоценовій саванні з’явились перші гомініди – австралопітеки. Це були невеликі прямоходячі істоти вагою 25-30 кг, які пересувались групами, не утворюючи постійних родин, характерно, що самці були вдвічі більше ніж самки.

• Еволюція гомінід

3 млн.р.т. – від австралопітеків відокремилось 2 гілки: робустна – з масивним скелетом, крупними зубами, сильно висунутою щелепою, майже повністю рослиноїдні; грацильна – легка будова, велика черепна коробка, стали широко використовувати тваринну їжу

2,5 млн.р.т. – від грацильної гілки відокремилось перший представник роду Homo: H. habilis (людина уміла): виготовлював кам’яні знаряддя праці, збільшений об’єм черепної коробки, змінена будова таза, яка забезпечила біпедальність та народження «головастих» дитинчат

1,6 млн.р.т. – Homo erectus (прямоходячий або питекантроп) прийшов на зміну H. habilis; австралопітеки повністю вимирають

1,2-1,0 млн.р.т. – Homo erectus вийшов за межі Африки, заселив Південну Азію та Європу

400 тис.р.т. – з’явився Homo sapiens, а представники Homo erectus вимерли

300-400 тис.р.т. – Homo sapiens, що жили в цьому інтервалі називаються архаїчні люди

100 тис.р.т. – в Східній Африці з’явилися кроманьйонці

70-30 тис.р.т. –в Європі поселились неандертальці – низькорослі, масивної конституції, з висунутою щелепою, з мозком більш об’ємним, ніж у сучасної людини

30-40 тис.р.т. – кроманьйонці заселили Європу та витіснили неандертальців

Систематичне положення сучасної людини: еукаріоти, задньоджутикові тварини, вториннороті, хордові, хребетні, щелепороті, четвероногі, амніоти, синапсиди, ссавці, плацентарні, примати, мавпи, антропоїди, вузконосі мавпи, людиноподібні мавпи, гомініди (apes), великі людиноподібні мавпи (great apes), великі африканські людиноподібні мавпи (african great apes), Homo sapiens Linneus.

Додаткові питання:

1. Закономірності походження та історичного розвитку організмів

2. Основні положення теорії еволюції Ч. Дарвіна

3. Синтетична теорія еволюції

4. Причини виникнення різноманітності організмів на Землі

5. Сучасні погляди на історичний розвиток організмів