Развитие жизни на Земле Учитель биологии: Фоминых Г.А. - презентация

1 Развитие жизни на Земле Учитель биологии: Фоминых Г.А.

2 Возраст Земли около 4,6 млрд.лет Жизнь на Земле возникла 3,5 млрд л.н.

3

4 В архейскую эру (около 2 млрд лет назад) древние платформы образовывали единый монолитный материк Пангею. Основную массу его составляли только что возникшие древние платформы, по окраинам которых располагались геосинклиниальные пояса. Пангея была окружена древними океанами. Возможно, что уже существовал Тихий океан, являющийся основным водным бассейном Земли. Клином между континен- тами Северного и Южного полушарий вдавался гипотетичес- кий океан Тетис, получивший свое название в честь гречес- кой богини моря. В дальнейшем этот океан разделил Пангею на континенты Северного и Южного полушарий. Первый представлял суперконтинент Лавразию, а второй суперкон- тинент Гондвану. Это были голые, гористые пустыни с дово- льно разветвленными речными артериями. Северный Ледо- витый океан выглядел небольшим внутриконтинентальным морем; Атлантический и Индийский океаны еще тогда не зародились.

5

6 В протерозойскую эру развитие геосинклиналий и платформ шло различными путями. Происходило регрессивное разрастание платформ за счет сокращения территорий геосинклиналий. Лавразия и Гондвана представляли собой ассоциации платформ. Типичным ландшафтом являлись пустынные континенталь- ные равнины, обрамленные горными массивами. Океаны и моря были относительно мелководными, с большим числом архипелагов. Важным событием позднепротерозой- ской эры явилось появление в атмосфере Земли свободного кислорода и сокращение содержания углекислоты. Наличие свобод­ного кислорода послужило началом формирования озона (О 3 ). Постепенно возникает озоновый «экран», задерживающий до 97% коротковолно- вой ультрафиолетовой радиации. Повышается соленость океанических вод, достигая современных значений. Все это предопределило бурное развитие органической жизни в последующие этапы геологической истории Земли.

7 В палеозойскую эру происходит значительное увеличение территории платформ. Во многих местах геосинклиналий (особенно в девоне и карбоне) интенсивно проявляется вулканизм. На месте многих геосинклиналий возникают горы, по, испытывают и платформы.

8 В позднем палеозое наряду с областями теплового тропического климата существовали полярные зоны. Развитие материковых ледников установлено на месте юга Африки, в Австралии, Индии, Южной Америке, Антарктиде, т. е. центральные области Гондваны (особенно в карбоне) были покрыты ледяным панцирем.

9 В мезозойскую эру произошло изменение очертания материков. Единые супергигантские континенты Лавразия и Гондвана распадаются. Между отдельными блоками литосферы Гондваны намечается отделение Африки, Индии, Австралии и Антарктиды. Между ними закладывается морской бассейн, превратившийся в дальнейшем в Индий- ский океан. Возникает узкая коленообраз- ная лента Атлантики при отделении от Лавразии Северной Америки.

10 В кайнозойскую эру продолжается «расползание» материков Интенсивно формируется Атлантика. Произошло разделение Индии, Австралии и Антарктиды. Менее подвижной оказалась Африка.

11 В антропогене мощное обледенение охватывает континенты Северного полушария. В Европе центром оледенения являлись Скандинавский полуостров и Альпы. Обширные оледенения захватили также азиатскую часть бывшего СССР и Северную Америку. Последние примерно 10 тыс. лет приходятся на меж­ледниковую эпоху. Границы ледников в Северном полушарии резко сократились. Материковые льды остались в Гренландии и на некоторых островах Ледовитого океана. На современных материках выделяют от 10 до 16 древних платформ (наиболее крупными являются: Восточно- Европейская, Сибирская, Северо-Американская, Африкано- Аравийская, Индостанская, Австралийская и Антарктическая), а также 7 геосинклинальных поясов (Среднеземноморский, Тихоокеанский, Атлантический, Урало-Монгольский, Арктический, Бразильский и Внутриафриканский)

12 Весь эволюционный процесс живой материи на Земли был теоретически обоснован условиями начального состояния. 1. Наличие бескислородной первичной атмосферы. Предполагается, что первичная атмосфера Земли содержала преимущественно водород, метан, воду и аммиак. 2. Воздействие на атмосферу источника энергия. Оценил роль источников энергии нелегко. Наиболее вероятными являются: ультрафиолетовое излучение, вулканизм, энергия метеоритных ударов. Среди них ультрафиолетовое излучению представляет собой самый значительный источник энергии далеко превосходящий по величине все другие. 3. Наличие на поверхности Земля жидкой воды (таким образом колебания температуры в водоемах должны быть в пределах от 0 до 100" С). 4. Наличие в атмосфере, гидросфере и литосфере большой разнообразия несвязанных в сложные структуры химических элементов.

13 ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЗМОВ Органический мир состоит из животных и растений. Ископаемые и современные животные подразделяются на 2 группы: беспозвоночных и позвоночных. Беспозвоночные в свою очередь делятся еще на 2 группы организмов: одноклеточных (составляют один тип простейших) и многоклеточных (все остальные типы).

14 Первые одноклеточные существа, появившиеся в глубоком древности, в дальнейшем развивались 2 различными путями: Первые одноклеточные существа, появившиеся в глубоком древности, в дальнейшем развивались 2 различными путями: из одних произошли растения, из других животные. Основное отличие растений от животных- принцип питания Клетки растений способны сами создавать органические вещества на свету из веществ неорганических – углекисло- го газа и воды. Строятся эти вещества с помощью хлоро- пластов, наполненных хлорофиллом и плавающих в цитоплазме клеток растений. Такой тип питания у растений, называется автотрофным. Животные таким способом не могут вырабатывать органические вещества. В их клетках отсутствуют хлоропласты, и поэтому они потребляют уже готовые органические вещества, созданные растениями – гетеро- трофный тип питания свойствен животным и грибам. Животные питаются либо растениями, либо другими травоядными животными.

15 Некоторые простейшие одноклеточные организмы обладают и автотрофным и гетеротрофным типом питания Особенно интересны одноклеточные, питающиеся одновременно двумя способами. Таков жгутиконосец эвглена зеленая. Это позволяет считать, что такие простейшие стоят недалеко от общих истоков происхождения как растительного, так и животного мира. Те потомки простейших одноклеточных, у которых сохранился хлорофилл, но не было приспособлений для поглощения чужих белков, дали начало миру растений. Другие потомки приобрели способность поглощать и переваривать чужие белки, углеводы и жиры, но в их клетках хлорофилловые зерна не развивались, Такие орга­низмы дали начало миру животных.

16 Многоклеточные организмы произошли от одноклеточных Из существующих теорий происхождения многоклеточных основными являются теория гастреи Э. Геккеля и теория паренхимеллы И. И. Мечникова. Обе теории основываются на биогенетическом законе ГеккеляМюллера: «Онтогенез является кратким и быстрым повторением филогене- за, обусловленным наследственностью и приспособлением».

17 Теория гастреи Геккель обратил внимание на то, что зародышевые стадии многоклеточных очень сходны с колониальными жгутиковыми и низшими многоклеточными. Так, все Многоклеточ- ные проходят стадию однослойного шара бластулы, которая очень похожа на шарообразную колонию вольвокс. Следующая стадия двухслойный зародыш, или гаструла, соответствует строению низших многоклеточных кишечнополостных и т.д.

18

19 Теория паренхимеллы И. И. Мечникова в однослойных шаровидных колониях второй внутренний слой образовался не путем впячивания, а путем выселения клеток из наружного слоя внутрь (иммиграция). Отдельные простейшие однослойной колонии после захвата пищи погружались внутрь шара и образовывали там рыхлую массу (паренхиму). Внутри они переваривали пищу, после чего вновь возвращались на поверхность. Постепенно в процессе эволюции часть клеток, переваривающих пищу, утратила способность возвращаться на поверхность и образовала внутренний слой. Сначала они получали пищу через клетки наружного слоя, а затем развилось ротовое отверстие и полость кишки стала способной сообщаться с внешней средой. Как видно, теория Мечникова объясняет образование простейшего двухслойного организма вполне конкретными причинами захватом и перевариванием пищи. Этот первичный многоклеточный организм Мечников назвал паренхимеллой, или фагоцителлой

20 Филогения прокариот Современные прокариоты охватывают широкий круг организмов, отличающихся по химическому составу и физиологическим функциям. К ним относятся такие разнородные группы организмов, как бактерии и сине-зеленые водоросли.

21 Бактерии хемотрофами. существующие за счет химических реакций, происходящих в растворах газообразных или минеральных веществ, называются хемотрофами. Считается, что хемотрофы были первичными организмами на Земле, когда на ней еще не было необходимых условий для жизни растений и животных. Один из наиболее древних остатков живых существ это так называемые железобактерии железных руд в сланцах архейского отложения, найденных в Северной Америке. В более ранних отложениях не найдено пока никаких следов жизни.

22 Бактерии Между тем среди хемотрофных бактерий железобактерии являются далеко не простейшими по своему строению, и возможно, что от появления на Земле первых живых существ и до времени отложения слоев кристаллических архейских сланцев прошел не один миллион лет. Среди бактерий есть такие, которые произошли, по всей вероятности, путем упрощения более сложных организмов. Так, среди серных бактерий встречаются представители, очень сходные по окраске с имеющими хлорофилл сине- зелеными водоослями, а живущие в крови высших живот- ных бактерии спирохеты могут иметь животное происхож- дение от простейших. Образ жизни бактерий-паразитов способствует упрощению организации благодаря своему однообразию и делает сходными организмы, различные по происхождению. Когда развилась растительная и животная жизнь, то легкость питания органическими веществами, естественно, способствовала развитию бактерий, питающихся за счет животных и растений.

23 Сине-зеленые водоросли простейшая группа растительных организмов Наличие двух фотосистем (ФС1 и ФС2) у сине-зеленых водорослей свидетельствует о высоком уровне их эволюци- онного развития. Однако качественный состав фотосистем у сине-зеленых водорослей отличается от высших растений и зеленых водорослей. После изучения состава пигментов (хлоро­филл А, ФС1, ФС2, фикобиллины) и их свойств у сине- зеленых водорослей и бактерий (бактериохлорофилл, ФС2) стала очевидной безосновательность попыток выводить одинаковое происхождение сине-зеленых водорослей и бактерий, как это было принято. Сходство между ними скорее внешнее. Сине-зеленые водоросли представляют собой самостоятельную ветвь от первоначальных прокариотов. Однако поскольку эти водоросли прокариоты, было предложено назвать их цианобактериями, чтобы как-то отличать от эукариотических водорослей.

24 Филогения зеленых водорослей Зеленые водоросли прогрессивная группа растительных организмов по сравнению с сине- зелеными. Зеленые водоросли возникли из прокариот, содержащих хлорофилл А и В. В отличие от сине-зеленых в клетках зеленых одноклеточных водорослей содержатся вполне сформировавшиеся хлоропласта, или, как их называют у водорослей, хроматофоры. В дальнейшем определяющим фактором в эволюции водорослей явилась эволюция хроматофора. Наличие у многих представителей водорослей осевого хроматофора позволяет обнаружить и изучить родственные связи зеленых водорослей и проследить их историческое развитие.

25 Направления функциональной эволюции зеленых водорослей: 1. Массивный осевой хроматофор является первичным, более примитивным, и лишь впоследствии, в процессе прогрессивной эволюции, из него возник пристенный, функционально более совершенный и целесообразный для фотосинтетической деятельности. Осевой хроматофор, по мнению академика А. В. Топачевского, мог возникнуть лишь у амебовидных представителей водорослей, так как при расположении в центре клетки он не мешал образованию псевдоподий и не подвергал­ся их влиянию. Таким образом, амебовидные формы следует считать первичными среди зеленых водорослей. Другие типы строения хроматофора чашевидный, пластинчатый и особенно пристенный более прогрессивные и преобладают у подавляющего большинства современных зеленых водорослей.

26 Направления функциональной эволюции зеленых водорослей: 2. Жгутиковые формы водорослей, среди которых наиболее простыми являются хламидомонады, имеют вторичное происхождение от амебовидных организмов. Основной критерий обоснования этого вывода сложность жгутиков и относительная простота строения псевдоподий. 3. Из более простых хламидомонад путем утраты подвижности возникли хлорококковые, а из них нитчатые улотриксовые. 4. Появление многоядерных клеток положило начало развитию кладофоровых.

27 Направления функциональной эволюции зеленых водорослей: 5. Конъюгаты, включающие как одноклеточные, так и нитчатые формы (спирогира), представляют собой отдельную группу водорослей, берущую начало от первичных амебовидных форм. Поэтому в цикле их размножения отсутствуют жгутиковые формы. 6. Диатомовые водоросли происходят от жгутиковых орга- низмов, окрашенных в желтый цвет и способных отлагать в своих оболочках небольшое количество кремнезема. Диатомовые характеризуются разнообразием клеточных форм, приспособленностью к свободноплавающему образу жизни или к образу жизни организма, прикрепляющегося под водой к скалам или другим твердым предметам. Они не переходят ни в какой высший тип, являясь как бы законченным в своем развитии.

28 Филогения высших растений Основные признаки, приобретенные зелеными нитчатыми водорослями при переходе от одноклеточных форм к многоклеточным, а затем к высшим растениям. 1. Сходство зеленых нитчатых водорослей с высшими растениями прежде всего в крупных размерах их тела (таллома) Они широко распространены в тех же биотопах, что и высшие растения. Возникновение крупных макроскопических талломов способствовало захвату жизненного пространства в борьбе за условия существования.

29

30 Филогения высших растений 2. Наличие хорошо развитых вакуолей, связанных в основном с многоклеточностью организмов, что наблюдается у нитчатых водорослей и низших растений. Установлено, что объем протоплазмы клеток зеленых нитчатых водорослей изменяется в зависимости от их фотосинтетической активности. На протяжении световой фазы протопласт увеличивается в размерах за счет уменьшения объема вакуоли. Во время темновой фазы уменьшается протопласт, а объем вакуоли увеличивается. Следовательно, центральная вакуоль это пространственный резерв для интенсивного роста в процессе фотосинтеза.

31 Филогения высших растений 3. Появление фотопериодизма. Связь жизненных функций со сменой дня и ночи у нитчатых водорослей аналогична высшим растениям. 4. Предками первичных наземных растений могли быть зеленые нитчатые водоросли с многорядными нитями, поэтому легко представить возникновение флоэмы. Ситовидная трубка является аналогом и гомологом нити зеленых нитчатых водорослей и выполняет ту же функцию проводящей системы. Ксилемы у зеленых нитчатых водорослей нет. Однако процесс ее закладки у высших растений свидетельствует о том, что эта ткань возникла не сразу.

32 Филогения высших растений 5. У зеленых водорослей впервые наблюдаются различные сочетания ядерных фаз. Обычно у них преобладает гаплоидная фаза (гаметофит) над диплоидной (спорофит), но у более сложных нитчатых водорослей уже наблюдается обратное явление. Поэтому с выходом на сушу дальнейшее сокращение гаметофита вплоть до половых клеток явилось одним из важнейших факторов завоевания различных ареалов с более жесткими условиями обитания, чем в водной среде.

33 Происхождение высших растений из нитчатых водорослей является наиболее вероятным. Предками этих первичных наземных растений могли быть зеленые нитчатые водоросли с многорядными нитями. Большинство из них прикреп- лялось к субстрату (камням) с помощью специальных приспособлений ризоидов, которые являлись продолжением главной оси растения. Древнейшие остатки растений обнаружены в ранне- девонских отложениях. Эти растения относятся к классу риниопсида (псилофиты). Для представителей этой группы древнейших высших растений характерны дихотомическое (вильчатое) вет­вление и отсутствие листьев. Вместо корней у них были ризомоиды, вместо корневых волосков ризоиды. Корней у риниопсидов еще не было. Они возникли впоследствии из побегов.

34 Происхождение высших растений У таких древнейших растений обнаружена микориза (гриб-симбионт), что нашло отражение в дальнейшей эволюции высших растений. Деление клеток и рост риниопсидов верхушечный. Вторичного роста еще нет. Расположение спорангиев тоже верхушечное. Устьичный аппарат лишь в зачаточном состоянии. Для них характерно чередование гаметофита и спорофита с преобладанием последнего. Именно из риниофитных растений в процессе эволюции возникло большое количество разнообразных наземных форм, в том числе сосудистые растения

35

36 Происхождение красных и бурых водорослей Своеобразные группы водорослей как по морфологическому строению слоевища, так и по биохимическому составу эукариоты. Главное отличие этих водорослей - наличие в них кроме хлорофилла А каротиноидов и дополнительных пигментов: в красных фикоэритрина и фикоцианина, а в бурых фукоксантина. Эти типы растений имеют значительную филогенетическую обособленность. У них не прослеживается переход от одноклеточной организации к многоклеточной. Вместе с тем в зволюционной цепи многоклеточные водоросли (бурые и багрянки) зашли в тупик, достигнув значительного расцвета и высокой степени дифференциации в пределах типа растительного царства. Можно лишь только предположить их эволюционное родство с низшими представителями зеленых водорослей.

37 Происхождение мохообразных Мохообразные происходят от водорослей, у которых гаметофит преобладает над спорофитом. Гаметофит эволюционировал из простертой части многонитчатого таллома, а спорофит из вертикальной. Данная группа растений стоит особняком в филогенетическом отношении. Это слепая ветвь эволюции. Возникновение мохообразных происходило в силуре.

38 Происхождение плауновидных Среди современных высших растений плауновидные одна из древнейших групп. Они возникли в середине девона, отчленившись от растений, близких к риниофитам, которые имели антеридии с двухжгутиковыми сперматозоидами. Процветали плауновидные в палеозое, когда существовали их гигантские древовидные формы (лепидодендроны).

39 Происхождение хвощевидных Появились хвощевидные в девоне и процветали от карбона до триаса. Несмотря на членистость стеблевых органов и колосков, они по многим признакам напоминают риниофиты. Вероятно, древние хвощи произошли от растений, близких к риниофитам, имевших многожгутиковые сперматозоиды в антеридиях. Древовидные хвощи (каламиты) наряду с древними плауновидными образовали леса каменноугольного периода.

40 Происхождение папоротникообразных Древнейшие ископаемые формы известны с девона. В карбоне крупные древовидные папоротники наравне с другими споровыми растениями составляли обширные влажные леса, остатки которых участвовали в образовании залежей каменного угля. Наряду с возникновением типичной сосудистой системы у папоротников появились также листья и корни. По своему происхождению (от древних риниофитов) папоротники имеют значительно больше родства с хвощевидными, чем с плауновидными.

41 Происхождение голосеменных Первыми голосеменными растения- семенные папоротники, которые размножались семенами. Важнейшая особенность семени наличие в нем зародыша, защищенного от неблагоприятных условий среды и мутагенных факторов, а также запасных веществ белков, углеводов и жиров, необходимых для роста зародыша. Оплодотворение происходило уже не в водной среде - возможность избежать массового вымирания сначала в пермском периоде, а затем в триасовом периоде, когда климат стал более сухим. Таким образом, расцвет голосеменных относится к концу палеозоя и мезозою- эпохе горообразования, поднятия материков и проявления магматизма.

42 Происхождение покрытосеменных В середине мелового периода (около 120 млн лет тому назад) наступила вспышка видообразования цветковых растений, в результате чего к концу данного периода покрытосеменные завоевали сушу. Господство покрытосе- менных продолжается в течение всего кайнозоя до настоящего времени. Важнейшая их особенность возникновение цветка (возник из сильно укороченного листостебельного побега), открывшего возможность перекрестного оплодотворения путем переноса пыльцы сначала ветром, а затем и насекомыми. Чашелистики, лепестки, тычинки и пестик это видоизмененные листья, которые у предков цветковых растений окружали органы размножения. Крупным эволюционным достижением цветковых растений является двойное оплодотворение, открытое в 1989 г. С. Г. Навашиным. Вероятным предком покрытосеменных считают семенные папоротники, обитавшие в мезозойской эре.

43 Филогения животных Наиболее известна науке история животных. Существует точка зрения, что губки возникли от какого-то одного предка, принадлежащего простейшим, а остальные многоклеточные животные от какого-то другого. Самые крупные категории, на которые делятся животные, это типы; на протяжении геологического времени возникло по меньшей мере 35 типов, из которых 26 существуют до сих пор, а 9 вымерли.

44 Происхождение простейших Тип простейших произошел от жгутиконосцев, давшим начало голым, а затем раковинным корненожкам, а также, возможно, инфузориям. Что касается споровиков, то часть их происходит от амеб, а другие формы этого класса непосредственно от жгутиконосцев. Одиночные жгутиковые дают начало колони- альным формам, причем потомками шарообразных колоний жгутиковых являются кишечнополостные, а из других колониальных форм, жгуты которых окружены плазматичес- кими воротничками, развились губки. В настоящее время традиционной точке зрения о происхождении инфузорий от жгутиконосцев можно противопоставить представление о возникновении инфузорий от многоклеточных плоских червей. В ходе развития клеточные границы исчезли, а соматические ядра слились в единый макронуклеус, обладающий сверхвысокой плоидностыо. Гипотеза о происхождении инфузорий от многоклеточных животных, утерявших клеточные границы, была высказана в 1924 г. И. И. Месяцевым. В пользу данной гипотезы можно привести следующие аргументы.

45

46

47 Благодарю за внимание!