Какие глобальные ароморфозы обеспечили развитие организмов на земле на начальных этапах эволюции

Обновлено: 28.04.2024

Этапы: - абиогенный синтез органических веществ из неорганических, в результате чего образуются "кирпичики жизни": аминокислоты, простые углеводы, нуклеотиды.

- образование биополимеров: белков, углеводов, нуклеиновых кислот.

- биополимеры объединяются в структуры (коацерваты). Нестабильные коацерваты разрушались с течением времени, стабильные долго существовали. Затем сформировались биологические мембраны, обмен веществ, генетический код. В результате возникли первые примитивные организмы - протобионты.

РАННИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ

Первые организмы были гетеротрофными.

- фотосинтез - автотрофный тип питания (независимость от наличия в среде органических соединений). После появления в атмосфере кислорода значительная часть гетеротрофов погибла и пошёл следующий ароморфоз.

- аэробное дыхание (использование кислорода в энергетическом обмене). Повысилась эффективность использования питательных веществ.

- половое размножение. Обмен генами между разными особями увеличил изменчивость, что привело к повышению эффективности отбора.

- появление эукариотической клетки: поглощенный клеткой аэробные бактерии дали начало митохондриям. А цианобактерии оказавшиеся внутри клетки со временем превратились в хлоропласты. сформировалась ядерная мембрана, стала надёжной защитой наследственной информации. Дальнейшее возникновение диплоидности привело к накоплению резерва наследственной изменчивости в виде гетерозигот. - многоклеточность - предпосылки для дифференциации клеток и возникновения тканей, дальнейшее повышение уровня организации

ОСНОВНЫЕ АРОМОРФОЗЫ ЭВОЛЮЦИИ РАСТЕНИЙ

Возникновение тканей - первыми растениями одноклеточными водорослями. Дифференциация клеток привела к возникновению тканей. Этот ароморфоз помог растениям выйти на сушу. первыми наземными растениями были псилофиты (риниофиты)
Появление органов и прогрессивное развитие проводящих органов - привело к распространению растений на суше, появлению папоротниковидных.
Появление семенного размножения - появилось потому, что для оплодотворения наземных растений нужна вода, роль сыграло потепление климата. Первыми семенными растениями были семенные папоротники. В отличии от спор, семена содержали запас питательных веществ и защиту в виде семенной кожуры. Оплодотворение семенных растений не нуждается в воде.
Появление цветковых и двойного оплодотворения - появление цветков и насекомых привело к дальнейшей коэволюции обеих групп. Опыление насекомых обеспечило возможность производства меньшего количества гамет и обмен генами между разными организмами. Плод обеспечивает защиту семян и их распространение различными способами. Двойное оплодотворение обеспечивает формирование зародыша, триплоидного эндодерма, содержащего большой запас питательных веществ.

ОСНОВНЫЕ АРОМОРФОЗЫ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

1. дифференциация клеток (кишечнополостные)
2. двухсторонняя симметрия (плоские черви)
3. системы органов (плоские черви)
4. анальное отверстие - пищеварительная система "конвеерного" типа
5. кровеносная система (кольчатые черви)
6. членистые конечности (членистоногие)

ОСНОВНЫЕ АРОМОРФОЗЫ ПОЗВОНОЧНЫХ

1. осевой скелет (хорда, а позднее позвоночник) - эффективное передвижение.
2. челюсти - захват пищи.
3. прогрессивное развитие нервной системы, особенно центральной - усложнённое поведение
4. конечности, лёгочное дыхание, связанный с ним второй круг кровообращения привёл к выходу на сушу (земноводные)
5. внутренние оплодотворение, развитие зародыша в яйце привело к независимости размножения от воды и освоению суши (пресмыкающиеся)
6. 4-х камерное сердце, усложнение строения лёгких, теплокровность - освоение холодных климатических зон (птицы и млекопитающие)
7. шерстяной покров, внутренние оплодотворение, вскармливание молоком. (млекопитающиеся)
8. забота о потомстве (птицы и млекопитающиеся)

АНТРОПОГЕНЕЗ

человек (отряд приматы, семейство гоминиды, род человек, вид человек разумный)

ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ (ФАКТОРЫ) АНТРОПОГЕНЕЗА

- наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор преобладали на ранних этапах

- имели большое назначение индивидуальный и групповой отбор

- индивидуальный отбор привёл к выживанию наиболее приспособленных особей. Следствие: изменение кисти, увеличение мозга, прямохождение.

- групповой отбор способствовал сохранению прогрессивных групп (племён, родов)

По мере развития значение приобрели социальные факторы (труд, сознание, речь, общественный образ жизни) Действие социальных факторов привело к появлению вида Человек Разумный.

ЭТАПЫ АНТРОПОГЕНЕЗА

Австралопитек - населял открытые лесостепные пространства, передвигался на двух ногах (об этом говорят строение таховых и бедренных костей, а также сдвинутое к центру черепа затылочное отверстие). Передние конечности использовались, как хватательный орган (камни и палки для защиты и нападения)
Человек умелый - одни учёные относят его к автролопитекам, другие к представителям рода Человек. Это связано с тем, что с одной стороны они изготавливали примитивные орудия труда, а с другой имели много общего с австралопитеками.

Человек прямоходящий (Древнейшие люди) - наиболее известные из них: пятикантроп (остатки которого найдены впервые на о.Яве) и синатроп (обнаружен в Китае). Признаки приматов: массивная челюсть без подбородочного выступа, покатый лоб, надглазничный валик. Объём мозга - 800 - 1400 см3, левое полушарие больше правого. Синатропы могли использовать, но не добывать огонь. Изготавливали орудия труда. Неодертальцы (древние люди) - остатки найдены в Европе, Азии, Африке

- умели поддерживать, но не добывать огонь, т.к. жили в холодных условиях

Креационизм — теория происхождения жизни в результате сотворения мира сверхъестественным существом. Во времена Аристотеля и позже возникла теория самозарождения жизни. Согласно гипотезе панспермии, жизнь существует в космосе вечно, и ее зародыши были занесены на Землю метеоритами, пришельцами либо божественным провидением.

Взгляды на происхождение организмов формировались в течение всего существования человеческого общества, изменялись в связи с развитием науки, открытиями и находками.

Рис. 1. Модель газопылевого облака

Постепенно температура первичной Земли снижалась, усиленно происходила миграция химических элементов из разных слоев. Сформировались плотное ядро, мощная полужидкая мантия и тонкая, но твердая кора. Происходившие затем тектонические движения, извержения вулканов и другие геологические процессы привели к образованию первых океанов и морей. Сформировалась первичная бескислородная атмосфера.

При высокой температуре и действии электрических разрядов из метана, аммиака, углекислого газа и паров воды могли синтезироваться аминокислоты, углеводы, жирные кислоты. Возникали молекулы органических веществ, которые объединялись в более сложные структуры. Этот процесс происходил на теплых мелководьях океанов и морей. Автор теории биохимической эволюции — советский ученый А.И. Опарин.

Рис. 2. Деление клеток

Основные ароморфозы в эволюции растений и животных

Представители двух основных ветвей эволюции органического мира прошли длительный путь развития. Они приобретали черты строения, которые были полезны, способствовали выживанию в борьбе за существование.

Важнейшие ароморфозы у растений:

Первый в этом перечне ароморфоз повысил устойчивость растений к действию факторов внешней среды. Изменение не коснулось моховидных, у которых в цикле развития преобладает гаметофит.

Появление автотрофного питания
Способность к фотосинтезу
Наличие специальных фотосинтетических пигментов
Появление органоидов - хроматофоров
Половое размножение
Появление клеточной стенки из двух слоев: целлюлозного и пектинового
Чередование полового и бесполого поколений
Появление тканей
Разделение тела на стебель и листообразные пластинки
Появление половых органов - мужский (антеридии), женских (архегонии)
Появление корня
Возникновение оплодотворения, не связанного с водой
Возникновение семени
Появление шишки - видоизмененного побега
Возникновение семенных зачатков
Возникновение хвои
Возникновение семенных зачатков, из которых после оплодотворения развиваются семена
Возникновение двойного оплодотворения у цветковых растений
Появление цветка
Способность к опылению насекомыми

Один из главных ароморфозов в эволюции животных связан с формированием многоклеточных организмов. Произошла специализация групп клеток, что позволило им лучше выполнять функции. Продолжалось обособление органов и систем органов. Возник прочный скелет, сформировалась центральная нервная система.

Кроме формирования тканей, к основным ароморфозам у животных относят половое размножение, разделение большого и малого кругов кровообращения у птиц и млекопитающих. Для низших групп характерно смешивание артериальной и венозной крови из-за неполной перегородки в сердце.

Многоклеточность
Лучевая симметрия
Возникновение 2-х зародышевых листков (эктодермы, энтодермы)
Нервная система диффузного типа
Двусторонняя симметрия
Появление 3-го зародышевого листка - мезодермы
Появление первичной полости тела
Появление вторичной полости тела (целома)
Дыхательная система - жабры
Возникновение нервной системы - окологлоточное нервное кольцо и нервные стволы
Расчленение тела на голову, грудь, брюшко
Возникновение наружного хитинового скелета
Членистые конечности у насекомых
Развитие с личиночной стадией (полное, неполное превращение)
Возникновение хорды
Дыхательная система - легкие развиваются как парные выпячивания задней части глотки
Дифференциация мускулатуры
Парные конечности с шарнирными суставами
Передний мозг четко разделен на 2 полушария
Крупные, богатые белком и желтком яйца
Внутреннее оплодотворение
Постоянная температура тела птиц, млекопитающих
Появление перьев у птиц
Кровеносная система - полное разделение кругов кровообращения
Тело покрыто волосяным покровом
Появление желез в коже
Появление наружного уха
Появление коры головного мозга
Появление четырехкамерного сердца

Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции

Химическая эволюция привела к появлению протобионтов. Они прошли огромный путь биологической эволюции. Палеонтологи выделяют в истории Земли два эона — криптозой или время скрытой жизни и фанерозой — явную жизнь. Для удобства изучения эти крупнейшие отрезки времени делят на более мелкие — эры и периоды. Границы между ними проводят согласно возрасту преобладающих ископаемых остатков живых организмов в горных породах (рис. 3).

Рис.3. Отпечаток скелета древнего животного

Редко находят органические остатки в отложениях криптозоя по причине малого распространения жизни, отсутствия минерального скелета у животных. Первые виды прокариотических организмов появились 3,5 млрд лет назад. В архейскую и протерозойскую эры на Земле уже обитали одноклеточные и многоклеточные существа, преимущественно гетеротрофы.

В протерозое возникли ядерные организмы — эукариоты. Следы жизнедеятельности и остатки живых организмов в протерозойских отложениях представлены выделениями водорослей, червей, отпечатками кишечнополостных.

Около 1 млрд. лет назад произошло важное эволюционное событие — эукариоты разделились на части, от которых возникли многоклеточные растения и грибы (рис. 4). Первыми из воды на сушу вышли псилофиты, давшие впоследствии начало мхам, хвощам, плаунам. От семенных папоротников произошли голосеменные растения. Позже начался расцвет покрытосеменных, которые до сих пор господствуют на Земле.

Рис. 4. Пути эволюции эукариот
1– фотосинтезирующая клетка, 2– колония клеток, 3 – многоклеточное растение, 4 – клетка, не обладающая хлоропластами; 5– клетка с хитином; 7 – колония клеток, 8 – грибы; 9 – примитивный предок животных, высокоорганизованное животное.

Эволюция животных тоже обусловлена появлением эукариот (рис. 4). Возможно, предками были одноклеточные организмы, напоминающие эвглену зеленую и вольвокс. Наиболее древними животными являются кишечнополостные, черви, трилобиты, иглокожие. Моллюски, рыбы появились позже. От кистеперых рыб возникли земноводные и сухопутные позвоночные.

Рис. 5. Древние птицы и первые млекопитающие

Время появления млекопитающих — триасовый период мезозойской эры (рис. 5). Прогрессивные черты этой группы животных: теплокровность, развитие коры головного мозга, вскармливание детенышей молоком. Для высокоорганизованных животных характерно социальное поведение. Его усложнение дало толчок к эволюции человека.

Ароморфозом в биологии называют способность живых организмов в процессе эволюции адаптироваться к изменению окружающей среды, при этом значительно повышая свой уровень организации, приобретая новые полезные способности и умения. Ярким примером ароморфоза может служить возникновение шерстного покрова у млекопитающих, что дало им возможность адаптироваться к общему понижению температуры на нашей планете, и в то время как большие и теплолюбивые динозавры вследствие похолодания, попросту вымерли, сумевшие адаптироваться млекопитающие стали доминирующей формой жизни. По сути, ароморфоз – это главное направление в эволюции и детальное изучение его помогает ученым более детально проследить все основные этапы эволюции живых существ.

Также помимо этого в эволюции известны такие трансформации, как идиоадаптация и дегенерация. Идиоадаптация – небольшое усовершенствование в рамках одного вида, в то время как ароморфоз – это качественный скачок на более высокий уровень. Дегенерация же наоборот обратный процесс в эволюции, переход на более низкий уровень.

Значение в биологии

Формирование ароморфоза – очень длинный процесс, порой длящийся сотнями тысяч лет. Тем не менее его значение очень велико, ведь благодаря ему живые существа развиваются. В основе этого развития стоят такие биологические механизмы, как наследственность (приобретенные положительные гены от родителей передаются их детям), так и естественный отбор, когда особи, не поддающиеся воздействию ароморфоза, вымирают (помним про динозавров). Далее детально разберем, какие есть виды ароморфозов.

Примеры в органическом мире

Прежде всего, ароморфозы сыграли большую роль в эволюции органического мира, и самым первым и важным тут является ароморфоз образования многоклеточных организмов, которые в ходе эволюции стали доминировать над более примитивными одноклеточными. По времени это произошло в архейскую эру, то есть около 4 миллиарда (плюс минус пару миллионов) лет назад.

Также к весьма важному ароморфозу органического мира можно отнести и половое деление клеток, как и половое размножение в целом. Именно благодаря ему, все мы, как люди, так и животные, разделены на полы.

Примеры у растений

Одним из важнейших ароморфозов в эволюции растений, пожалуй, является возникновение у них явления фотосинтеза – процесса преобразования энергии света в энергию химических связей. По времени этот ароморфоз можно отнести к началу палеозойской эры, когда растения и живые организмы постепенно стали осваивать сушу (вы ведь помните, что жизнь на Земле зародилась в воде).

Также стоит отметить важный ароморфоз у растений, произошедший в силурийский период палеозойской эры (443 миллиона лет назад) – появление первых споровых, риниофитов. Они были первыми растениями, тело которых было представлено побегом, а не талломом (как у подводных водорослей), по сути это были уже первые полноценные наземные растения нашей планеты. Благодаря им, атмосфера Земли пополнилась кислородом и стала пригодной для обитания и первых наземных животных.

Далее перечислим другие не менее важные ароморфозы у высших растений, произошедшие за долгие миллионы лет эволюции:

Появление семезачатков.
Появление пыльцевых зерен и оплодотворение цветов пыльцой, переносимой пчелами, фруктовыми летучими мышами и другими животными и насекомыми.
Появление нектара, служащего приманкой для насекомых, (этот ароморфоз тесно связан с предыдущим).
Появление пестиков у цветов.

Примеры у земноводных

Ученные до сих спорят о происхождение земноводных, но согласно наиболее популярной теории, они ведут свое начало от кистеперых рыб, являющихся далекими предками современных амфибий. И согласной этой же теории, самым важным ароморфозом, который позволил первым земноводным осваивать сушу, было развитие у них легких, позволяющих дышать кислородом.

Помимо этого можно отметить и другие не менее важные ароморфозы древних земноводных, а именно:

Появление пятипалой конечности.
Развитие среднего уха.
Появление трехкамерного сердца.

Примеры у пресмыкающихся

Пресмыкающиеся, появившиеся следом за земноводными, по сути, были следующим этапом в освоении животными наземной жизни. Это были первые, уже полноценные наземные животные, дышащие исключительно легкими и исключительно кислородом.

Среди важных ароморфозов, которые позволили древним пресмыкающимся вытеснить древних земноводных можно отметить:

Появление защитных оболочек вокруг яиц детенышей.
Внутреннее оплодотворение.
Появление ячейстых легких с развитыми дыхательными путями.

Впоследствии от первых пресмыкающихся произошли гигантские динозавры, ставшие на долгие миллионы лет подлинными хозяевами нашей планеты.

Примеры у птиц

Первые птицы на Земле появились в Юрский период мезозойской эры (200 миллионов лет назад). Первым предком всех пернатых был такой себе археоптерикс, по мнению ученых занимающий промежуточное положение между пресмыкающимися и собственно птицами.

Археоптерикс еще не умел летать, а только лишь планировать с ветки на ветку, но, несмотря на это он дал начало развития рода птиц. Само же развитие сопровождалось важными ароморфозами, позволившими птицам, наконец-таки подняться в небо. Приведем основные ароморфозы, которые привели к появлению птиц:

Появление перьевого покрова и формирование крыльев.
Значительное развитие органов зрения и слуха.
Развитие четырехкамерного сердца.
Развитие двойного дыхания.
Наличие теплокровности и значительное увеличение интенсивности обмена веществ.

Примеры у рыб

Если брать во внимание, то, что жизнь наша зародилась в воде, и рыбы, по сути, являются древнейшими (не считая водоросли, планктон и прочие одноклеточные организмы) представителями жизни на Земле, они те не менее в процессе своей эволюции также прошли через ряд важных ароморфоз, среди которых можно отметить:

Появление костного скелета.
Возникновение замкнутой кровеносной системы с одним кругом в сочетании с жаберным дыханием.

Примеры у млекопитающих

Важным ароморфозом животных млекопитающих, уже упоминавшемся нами в начале статьи стало развитие у них шерстяного покрова, равно как и приобретение постоянной температуры тела, что позволило млекопитающим приспособится к более холодному климату умеренных широт. Также можно отметить и такие важные ароморфозы как развитие легких, кровеносной системы, головного мозга, кормление детенышей молоком матери.

Отдельно можно отметить ароморфозы, которые обеспечили теплокровность млекопитающим, это:

Полное разделение венозного и артериального потоков крови, когда все тело снабжается именно артериальной кровью.
Наличие альвеолярных легких, которые имеют большую поверхность газообмена. Они увеличивают интенсивность обмена веществ.
Появление шерстяного покрова и подкожной жировой клетчатки, обеспечивающей сохранение тепла.

Примеры у насекомых

Насекомые, самые мелкие (не считая микробов, разумеется) обитатели нашей планеты также в процессе эволюции проходи через свои различные ароморфозы, правда не так интенсивно, как другие животные, например, те же тараканы вообще никак не видоизменялись еще со времен динозавром. Тем не менее, может отметить следующие ароморфозы у насекомых:

На ранних этапах эволюции выделяют три крупных ароморфоза:

половой процесс, фотосинтез и многоклеточность. Половой процесс резко повысил комбинативную изменчивость, а вместе с этим и приспособительные возможности каждой особи и популяции в целом.

Фотосинтезлег в основу разделения органического мира на животных и растения, отличающихся по способу питания. Растения, выделяя кислород, насытили им воду и атмосферу, что создало предпосылки для развития аэробных организмов, со временем привело к образованию озонового экрана в атмосфере и сделало возможным выход организмов на сушу. В процессе фотосинтеза аккумулируется и трансформируется энергия солнечного света в энергию химических связей образующихся органических веществ. Благодаря этому стало возможным длительное существование и преобразование гетеротрофных организмов. Многоклеточностьоткрыла широкие возможности в структурно-функциональных преобразованиях организмов, в усложнении их организации, что способствовало расширению их адаптивных возможностей.

Важнейшим ароморфозом у растений стало появление в палеозойской эре псилофитов, у которых впервые появились ткани - проводящая, покровная и механическая. Хотя у них еще не было настоящих листьев и корней, в них шел интенсивный процесс фотосинтеза. Это были первые вышедшие на сушу растения. Однако они были связаны в размножении с водой: вода была необходима для передвижения половых клеток. В пермском периоде палеозойской эры появились голосеменные. Переход к семенному размножению дал много преимуществ: зародыш в семенах защищен и обеспечен пищей. Опыление у голосеменных осуществляется ветром, а семена имеют приспособления для распространения животными.

В меловом периоде мезозойской эры появились покрытосеменные растения, у которых семена развивались внутри плода, были лучше защищены и снабжены питательным материалом. У них яркие душистые цветки, привлекающие насекомых-опылителей, и большая площадь листьев и корней. Они быстро завладели не только поверхностью суши, но и освоили водную среду, дали разнообразные формы - деревья, кустарники, многолетние и однолетние травы.

Важнейшим ароморфозом у животных было появление в протерозойской эре двустороннесимметричных, трехслойных животных. Впервые двусторонняя симметрия появилась у плоских червей. В связи с этим в теле произошла дифференциация на передний и задний конец, спинную и брюшную стороны. На переднем конце располагались: орган захвата пищи - рот, органы чувств и концентрировались нервные клетки. На спинной стороне развивались органы защиты (панцирь, щитки, крючки и т.д.). Формировалась покровительственная окраска. Брюшная поверхность обеспечивала продвижение по твердому субстрату. Трехслойность - это значит, что кроме эктодермы и энтодермы, возник третий зародышевый листок - мезодерма, из которого развилась мышечная, соединительная ткань и такие системы органов, как кровеносная, мочеполовая и скелет. В ордовикский период палеозойской эры появляются позвоночные - это, как правило, активные животные, у которых сильно выражена цефализация (расположение нервных центров и органов чувств на голове). Первыми позвоночными были бесчелюстные панцирные (щитковые).

В девонском периоде произошел крупный ароморфоз ~ возникновение челюстных. В отличие от бесчелюстных, животные, обладающие костными челюстями, могли активнее охотиться и энергичнее справляться с добычей, в связи, с чем в процессе естественного отбора совершенствовалась нервная система и поведение. Челюсти оказались устойчивым органом, сохранившимся в эволюции. Следующий ароморфоз - это появление парных плавников-конечностей у позвоночных, что давало возможность передвижения и активного поиска пищи в разных средах обитания. В девонском периоде появились кистеперые рыбы, которые, будучи типичными водными животными, могли дышать атмосферным воздухом с помощью примитивного легкого, развившегося на фоне видоизмененного плавательного пузыря. Кроме того, их мускулистые плавники по строению напоминали наземную конечность, и они могли переползать из одних водоемов по суше в другие водоемы. В конце девонского периода они дали начало первым земноводным - стегоцефалам, у которых были пятипалые конечности наземного типа и кожно-легочное дыхание. На протяжении каменноугольного периода стегоцефалы жили, питались и размножились в воде. В пермском периоде среди стегоцефалов выделилась группа, которая, размножаясь в воде, жила на суше и питалась животными и растениями. Это были котилозавры. От них произошли рептилии. У рептилий произошел ряд ароморфозов, позволивших им окончательно порвать с водой. Это внутреннее оплодотворение, яйцеклетка, богатая желтком и защищенная оболочками, это зародышевые оболочки (например, амнион - оболочка, создающая водную среду для зародыша в яйце, откладываемом на суше), что сделало их размножение полностью независимым от воды. У пресмыкающихся появилась грудная клетка, что обеспечивало более эффективный тип дыхания - всасывающий. От рептилий в конце меловогопериода произошли птицы и млекопитающие. Возникновение птиц сопровождалось появлением крупных ароморфозов в их строении. У них произошло полное разделение артериальной и венозной крови в сердце, которое стало четырехкамерным. Это послужило основой теплокровности. Но перьевой покров, преобразование передних конечностей в крылья, облегченный скелет рассматриваются как идиоадаптации.

Возникновение млекопитающих также связано с рядом ароморфозов: появление четырехкамёрного сердца, с такими же последствиями, как и у птиц, внутриутробное развитие потомства (у плацентарных) и вскармливание детей молоком. Все это повысило выживаемость млекопитающих и дало возможность широко распространиться и приспособиться к разным условиям жизни. К ароморфозам также относится возникновение коры больших полушарий, центрального органа управления сложным поведением, которое расширяет адаптивные возможности в более сложных условиях существования.

Читайте также: