Біологія. 9 клас. Козленко

Життя в протерозойську, палеозойську, мезозойську і кайнозойську ери

Запам’ятайте терміни: ера, період, коеволюція

Геологічна історія землі поділяється на певні часові відтинки. З ними пов’язаний також розвиток живих організмів. Історія планети поділяється на ери, а ери — на періоди.

Архейська ера

Первинні етапи формування нашої планети супроводжувалися агресивними впливами на Землю іонізуючого випромінювання, високих температур та інших фізичних факторів, що унеможливлювали появу на поверхні планети життя. Перші передумови до його виникнення стали з’являтися лише з формуванням гідросфери Землі.

Саме у водному середовищі сформувалися первинні речовини органічної природи, перш за все білкоподібні речовини (протеїноїди). Під впливом тодішніх умов середовища на планеті ці речовини піддавалися полімеризації і, як наслідок утворювали коацервати — краплеподібні структури, здатні до певної саморегуляції, вбирання речовин із середовища та включення їх у власні хімічні реакції. Наявні у воді ліпіди були здатні до формування простого молекулярного шару на поверхні води. При взаємодії з коацерватами за певних умов цей шар ставав подвійним та оточував коацервати ззовні. Такі структури отримали назву пробіонтів — попередників живих організмів.

Попри складну будову, пробіонти ще не були живими організмами. Перехід від складних колоїдних до живих систем, тобто від хімічної до біологічної еволюції, потребував вироблення низки додаткових механізмів саморегуляції.

Першим з таких механізмів стала поява речовин, що здійснювали каталіз реакцій, які проходили всередині коацервату. Поступово відбувся перехід від простих хімічних до складних біологічних каталізаторів. Основною перевагою останніх була специфічність до каталізу певної реакції, що суттєво збільшувало ефективність такого біокаталізатора (фермента).

Подальшим важливим етапом еволюції пробіонтів було формування взаємозалежності білків та нуклеїнових кислот та, що особливо важливо, стійких способів визначення елементів білків з допомогою послідовності нуклеотидів нуклеїнових кислот (генетичний код). Це зумовило виділення механізмів передачі спадкової інформації, які, в свою чергу, уможливили вплив на пробіонтів факторів еволюції. Деякі дослідники вважають виникнення такої взаємодії початковим, на противагу утворенню коацерватів.

На основі пробіонтів сформувалися перші примітивні організми-прокаріоти — бактерії та ціанобактерії. Рештки цих організмів утворюють так звані строматоліти — давні осадові породи, знайдені в формаціях Ісуа в Гренландії та Варраввуна у Західній Австралії.

Еволюція прокаріот відбувалася відносно швидко унаслідок нескладних механізмів передачі між окремими особинами спадкового матеріалу, а отже, і мутацій. Тим не менше попри велику різноманітність видів, бактерії та ціанобактерії тривалий час залишалися єдиними мешканцями Землі.

Протерозойська ера

В силу деяких геологічних процесів та активного здійснення організмами реакцій фотосинтезу в атмосфері планети накопичилася велика кількість кисню, змінивши таким чином характер атмосфери з відновного на окисний. Це явище отримало назву кисневої революції. Важливим наслідком цього явища стала поява озонового шару, що уможливила подальший вихід життя на сушу.

Киснева революція змінила не лише хімічний склад атмосфери та літосфери, а й стала чинником формування у живих організмів низки пристосувань, перш за все біохімічних. Основним таким пристосуванням стало виникнення кисневого дихання. Даний тип дихання дозволяє організму виробити енергії у декілька разів більше, ніж за попередньо існуючих процесів, що не потребували кисню — гліколізу і бродіння. Це в кінцевому результаті і зумовило подальшу еволюцію живих істот.

Основними відмінностями еукаріотичної клітини від прокаріотичної були поява різноманітних органел та, що найголовніше, просторове виокремлення спадкового матеріалу в окремій органелі — ядрі. Загальне ускладнення передачі спадкової інформації між організмами призвело до суттєвих вдосконалень механізмів цієї передачі, зокрема різних форм статевого процесу.

Подальший розвиток деяких еукаріот досягнув етапу формування колоній, що й стали предками майбутніх багатоклітинних організмів. Однак причиною появи багатоклітинності став не сам факт скупчення клітин в одному місці, а розподіл функцій (функціональна диференціація) між клітинами у колонії і утворення тканин.

Останній період протерозойської ери — вендський, або ж едіакара — характеризується наявністю великих багатоклітинних гетеротрофних організмів — вендобіонтів (мал. 64). У цей час вже існують перші багатоклітинні водорості та кишковопорожнинні.

Мал. 64. Викопний організм вендського періоду

Палеозойська ера

Кембрійський період. У цей період темпи еволюції багатократно пришвидшилися і зумовили так званий кембрійський вибух — раптове утворення величезної різноманітності практично усіх типів організмів, відомих до нашого часу. Життя у цей період вирувало у водах Світового океану, який займав здебільшого північну півкулю планети, в той час як практично уся суша концентрувалася у південній півкулі. Скам’янілі рештки цього періоду демонструють велику різноманітність організмів з черепашковим екзоскелетом. Зокрема це трилобіти — вимерлий клас членистоногих, що набув великого розквіту у кембрійський період (мал. 65). У кінці даного періоду відбулися перші спроби тварин освоїти сушу. Цими тваринами були представники типу Членистоногі.

Мал. 65. Трилобіт

Ордовицький період. У даному періоді продовжувався розвиток водоростей, що стали основними продуцентами біомаси у Світовому океані, який все ще залишався основним місцем здійснення еволюційного процесу. Спостерігався розвиток голкошкірих та велетенських головоногих молюсків — наутілоідей. Продовжувався розвиток членистоногих — саме у цей період їх представники досягли найбільших розмірів. Цими представниками були ракоскорпіони, що могли досягати у розмірах до двох метрів (мал. 66). Рифи утворюються за рахунок життєдіяльності коралових поліпів (у кембрійському періоді цей процес здійснювали організми, споріднені з сучасними губками). Наприкінці періоду активно розвиваються безщелепні хребетні. Поряд із солоними водами Світового океану життя розвивалося також у прісних водоймах.

Мал. 66. Ракоскорпіони

Силурійський період. На межі цього періоду з попереднім, ордовицьким, відбулося третє за масштабністю вимирання видів в історії Землі. Рівень Світового океану у цей період суттєво знизився. Почали з’являтися мілководдя, що поступово заселялися першими наземними рослинами — риніофітами та псилофітами (мал. 67). Вихід на сушу також здійснила ще одна група членистоногих — скорпіони. Спостерігався подальший розвиток безщелепних хребетних. В той же час починає розвиватися паралельна гілка еволюції хребетних — риби.

Мал. 67. Скам'янілі відбитки риніофітів

Девонський період. На зміну панцирним рибам силурійського періоду прийшли сучасні хрящові та кісткові риби. Серед останніх розвинулися групи кистеперих та дводишних риб, що є ранніми предками подальшої еволюції хребетних. Упродовж періоду у прісних водоймах з’являються перші чотириногі тварини. У цей час здійснюється активне освоєння суші. Флору тодішньої Землі складають вищі спорові рослини. Вони досягають значних розмірів, є деревоподібними та формують ліси. Ці ліси заселені фауною, що складається переважно із представників типу Членистоногі. Також у цей період спостерігається поява перших насінних рослин (насінні папороті) та перших хребетних тварин, що розпочали освоєння суходолу — земноводних.

Кам’яновугільний період (карбон). Основною подією геологічної історії Землі у цей період стало розділення суходолу на два великі континенти — Лавразію та Гондвану. Ці два континенти суттєво відрізнялися за кліматом — холодний та сухий у Гондвані та жаркий і вологий у Лавразії. Подальша еволюція рослин на суші призвела до появи перших голонасінних. Загалом наземна флора у цей період формує величезні поклади кам’яного вугілля, що й зумовило назву періоду. У водоймах в цей час продовжується розквіт риб. На суші продовжують панувати членистоногі. Серед них з’явилися літаючі форми, зокрема меганевра — бабка з розмахом крил близько 70 см. На суходіл виходять перші плазуни та тварини, що в подальшому стали предками ссавців.

Пермський період. Лавразія та Гондвана стикаються і утворюють супер континент Пангею, оточений суперокеаном Тетіс. Клімат Пангеї мав чітко виражений континентальний характер та був доволі близьким до сучасного. В той же час деякі райони Пангеї піддаються зльодовінню. Флора даного періоду характеризувалася подальшим розквітом голонасінних. Насамперед це стосувалося хвойних, однак активно розвивалися також листяні голонасінні — саговики та гінкгові. У південних областях колишньої Гондвани упродовж всього періоду збереглися насінні папороті. У даний період спостерігалося значне засолювання океану та опустелювання суходолу, що призвело до змін у складі фауни. Спостерігається розвиток молюсків, за винятком головоногих, серед яких панує регрес. Серед хребетних тварин подальший розвиток здійснюють риби, зокрема вимерлі на сьогоднішній день прісноводні акули. На суші мешкають перші чотириногі тварини, що харчуються рослинною їжею — плазуни та звіроподібні. Продовжується розвиток комах, з’являються нові ряди.

Мезозойська ера

Тріасовий період. Увесь суходіл планети й далі сконцентрований у єдиному материку — Пангеї. Засушливий клімат поступово став змінюватися на вологий, що зумовило деякі зміни у флорі і фауні Землі цього періоду.

У рослинному світі тривав розвиток голонасінних, головним чином хвойних. Насінні папороті також складали деяку частку флори. Вищі спорові рослини поступово дрібнішали і під кінець періоду були представлені майже виключно трав’янистими формами. Під кінець періоду на планеті остаточно ствердилося панування голонасінних.

У водоймах спостерігався розвиток двостулкових молюсків та голкошкірих, зокрема, морських лілій та їжаків. Великої чисельності набули амоніти — група вимерлих на сьогоднішній день головоногих молюсків з черепашками. З’явилися перші відомі представники коралових поліпів. Хребетна фауна тріасових водойм була представлена багатьма сучасними та вимерлими групами, зокрема, конодонтами, що до кінця періоду вимерли повністю. У цей час з’являються перші сучасні представники хрящових та костистих риб. У останніх спостерігається виділення рис, притаманних сучасним променеперим рибам. У водоймах мешкала велика кількість рептилій, зокрема, нотозаври та плакодонти. Під кінець періоду вони вимерли та замінилися іхтіозаврами та плезіозаврами.

На суші спостерігається велика різноманітність лабіринтозубих земноводних (лабіринтодонтів) — групи організмів, що походили від кистеперих риб та були одними з перших чотириногих, які вийшли на сушу.

З’явилися перші безхвості земноводні. Однак найбільш бурхливого розвитку у тріасовому періоді зазнали плазуни. З’явилися перші ящірки, черепахи та крокодили. Пануючою групою плазунів стали синапсиди — звіроподібні ящери, одна із груп яких стала предком сучасних ссавців. Наприкінці періоду з’явилися перші динозаври.

Юрський період. У цей період Пангея почала розділятися на частини. Клімат залишався вологим і сприяв формуванню рослинних біомів, подібних на джунглі. Серед рослин продовжувалося панування голонасінних. Основу голонасінної флори юрського періоду становили хвойні, однак великою чисельністю відзначалися також саговики, гінкгові та насінні папороті. Розквіт переживали бенетити — вимерлий на сьогоднішній день клас голонасінних. Спостерігався занепад вищих спорових, на час юри більшість з них мала трав’янисті життєві форми.

У тваринному світі водойм з’явився ще один клас вимерлих на теперішній час головоногих молюсків — белемніти. Амоніти та белемніти (мал. 68-69) становили основні групи морських безхребетних того часу.

Рифи утворюють форамініфери, губки та ціанобактерії. Основним хімічним елементом цих рифів стає Силіцій, нагромаджений в організмах деяких губок. Також у морях утворюються нові групи голкошкірих. Розвиваються сучасні види акул, з’являються перші скати. Відбувався занепад лабіринтозубих, їх замінили хвостаті земноводні. Пануючою групою хребетних на землі стали динозаври.

Мал. 68. Відбиток черепашки амоніта

Мал. 69. Викопні черепашки белемнітів у народі називають «чортовими пальцями»

Крейдяний період. Клімат на Землі залишався теплим та вологим. Пангея почала розділятися на сучасні континенти. Рівень Світового океану підвищувався, велика частина суші була затоплена і утворила моря.

З’явилися перші покритонасінні рослини, до кінця періоду вони склали основу планетарної флори. Занепадають голонасінні та повністю вимирають насінні папороті. Також вимирають останні деревоподібні вищі спорові рослини.

Бурхливо розвиваються найпростіші, що накопичують в організмах вапняк, давши таким чином початок покладам крейди. Серед морських безхребетних продовжують панувати белемніти та амоніти. На суші вимерли останні представники земноводних-стегоцефалів. Продовжується розквіт динозаврів усіх середовищ існування, форм та способів живлення. Розвиваються й інші групи плазунів, зокрема водні черепахи та крокодили. З’явилися перші ссавці, як примітивні, так і більш розвинені — плацентарні. Однак дана група тварин у крейдяному періоді не досягла великого розвитку.

В кінці періоду відбулося велике вимирання видів рослин та тварин. Більшість вчених пов’язує його із падінням на Землю метеорита.

Кайнозойська ера

Палеогеновий період. Упродовж періоду клімат холоднішає і на полюсах планети з’являються льодовики. Покритонасінні остаточно зайняли домінуюче положення у наземній флорі.

Багато вимерлих груп тварин зазнали заміщення на сучасні. Зокрема, у водоймах на зміну белемнітам та амонітам прийшли головоногі молюски без черепашки. Продовжується панування костистих риб. Розвиваються птахи та ссавці, окремі групи останніх починають освоювати водойми. В кінці палеогену виникають гігантські ссавці — титанотерії (мал. 70).

Мал. 70. Індрикотерій — найбільший ссавець в історії Землі — та порівняння йото розмірів зі зростом людини та слона

Неогеновий період. Материки на Землі зайняли своє сучасне положення. В океанах формуються течії. Антарктида, ізольована холодною течією, зазнала остаточного зльодовіння. Льодовик також частково укривав Південну Америку та частину континентів Північної півкулі. Клімат став холоднішим, відбулося скорочення кількості лісів та розширення степової зони. На материках Південної півкулі з’являються гігантські нелітаючі птахи — епіорніси та фороракоси.

Внаслідок цього розвинулася велика кількість трав’янистих життєвих форм рослин. Розширення степів проклало новий напрям в еволюції ссавців — розвинулася велика кількість копитних та інших пристосованих для степової зони видів. Екологічну нішу великого хижака зайняв смілодон — шаблезубий тигр (мал. 71).

Мал. 71. Череп смілодона

З’явилися перші примати, що упродовж періоду зазнали значного розвитку. Наприкінці періоду виникла родина Гомініди, у якій виділився рід Людина.

Антропогеновий період характеризується подальшим зльодовінням планети. Зльодовіння мало періодичний характер і змінювалося міжльодовиковими періодами. Рослини та тварини цього періоду виробили значну кількість пристосувань до переживання холоду. Зокрема, типовими представниками фауни того часу були печерний ведмідь, волохатий носоріг та мамонт.

Під кінець періоду льодовик відступив з майже усієї поверхні планети, залишившись лише у полярних областях. Це призвело до вимирання вищезгаданих та багатьох інших видів тварин.

З’явився та еволюціонував вид Людина розумна. У першій половині періоду виділилися людські раси.

Формування екосистем

Перші екосистеми на планеті складалися лише з прокаріот. Саморегуляція таких екосистем була слабкою. Тим не менше, розвинувшись у велику кількість видів, що різнилися між собою за способом живлення, прокаріоти могли вступати в екологічні взаємодії та забезпечувати колообіг речовин в екосистемі. З урізноманітненням та ускладненням організмів, що населяли Землю, почали формуватися складні екосистеми із розгалуженими ланцюгами живлення та ефективним колообігом речовин і потоком енергії. Основні типи взаємодій між членами екосистеми сформувалися вже у водному середовищі. Вихід життя на сушу був пов’язаний із мутуалістичними взаємовідносинами між рослинами та грибами (мікориза).

Структура біогеоценозу залежить не від видів організмів, що входять до його складу, а від функцій, які вони виконують. Екосистема є середовищем для дії природного добору. Тиск добору здійснюється як за рахунок факторів середовища, так і за рахунок інших членів екосистеми, внаслідок чого пов’язані між собою ланки біогеоценозу розвиваються залежно одна від одної, вступаючи у різні види симбіозу або ж регулюючи чисельність одна одної. Такий розвиток називається спряженою еволюцією, або ж коеволюцією.

Прикладами спряженої еволюції можуть служити механізми приваблювання комах-запилювачів у рослин, різні види мімікрії тощо. Деякі види метеликів упродовж спряженої еволюції з певними видами отруйних рослин виробили не лише здатність безпечно харчуватися частинами цих рослин, але й накопичувати отруту в організмі для захисту від ворогів.

  • 1. Створіть порівняльну таблицю геологічних ер (періодів), вказуючи, які групи організмів були пануючими в той и інший проміжок часу.
  • 2. Наведіть приклади коеволюції різних організмів. Які пристосування для спільного існування виникли у кожного з організмів?

Обговоріть у групах

Завдання, які доцільно виконати в групі