Лекция
План
1. Основные гипотезы происхождения жизни на Земле.
2. Основные эволюционные события в криптозое
3. Основные эволюционные события в фанерозое.
1. Ученые многие столетия пытаются объяснить происхождение жизни на Земле. В настоящее время обсуждаются следующие гипотезы: креационизм — возникновение жизни в результате божественного творения, гипотеза самозарождения. авторами которой можно считать Аристотеля, Ван Гельмонта и ряд других ученых, предполагавших возможность неоднократного зарождения жизни из неживого: гнилого мяса, грязного белья, воздуха, почвы и т.д.
Еще одна гипотеза — абиогенеза развивала идею возникновения организмов из неорганического вещества в течение длительной физикохимической эволюции материи. Эта гипотеза была выдвинута академиком А.И. Опариным и английским биологом Дж. Холдейном. Современная теория биопоэза сформулирована английским ученым Дж. Берналом. Его гипотеза заключается в следующих идеях:
1) сначала из неорганических веществ возникли простые органические соединения — аминокислоты, углеводы и т.д.,
2) затем образовались биологические полимеры,
3) следующим этапом было образование первичных организмов, отграниченных от окружающей среды мембранами.
Задолго до возникновения жизни на Земле были очень высокие температуры, величина которых достигала нескольких тысяч градусов. В процессе охлаждения Земли в ее поверхностных слоях концентрировались такие элементы, как Н, О, С, N, необходимые для возникновения жизни. Затем возникли такие химические соединения, как углекислый газ, метан, аммиак, давшие начало органическим соединениям. При температуре поверхности Земли ниже 100° происходило сгущение водяных паров, шли ливни, образовались большие водоемы. Из углерода и тугоплавких металлов образовалась земная кора. В результате вулканической деятельности образовались углеводороды, а затем и простейшие органические соединения. Постепенно в водах первичного океана из растворенных в воде неорганических веществ абиогенным путем возникли простые органические соединения (сахара, аминокислоты, азотистые основания и др). Постепенно в атмосфере Земли стал накапливаться кислород в результате разложения воды под действием света. С этого момента создались предпосылки к развитию жизни на Земле.
|
|
2. В конце XVIII в. возникла палеонтология – наука, изучающая историю живых организмов по их ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Чем глубже расположен слой осадочных пород с окаменелостями, следами или отпечатками, пыльцой или спорами, тем древнее эти ископаемые организмы. Сравнение окаменелостей различных пластов горных пород позволило выделить в истории Земли несколько временных периодов, которые отличаются друг от друга особенностями геологических процессов, климатом, появлением и исчезновением определенных групп живых организмов.
Самые крупные промежутки времени, на которые подразделяют биологическую историю Земли, – это эоны: криптозой, или докембрий, и фанерозой. Зоны делят на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой, в фанерозое – три эры: палеозой, мезозой и кайнозой.
Криптозой (докембрий). Это самая древняя эпоха, которая длилась около 3 млрд лет (85 % времени биологической эволюции). В начале этого периода жизнь была представлена простейшими прокариотическими организмами. В самых древних известных на Земле осадочных отложениях архейской эры, обнаружены органические вещества, которые, по-видимому, входили в состав древнейших живых организмов. В породах, чей возраст изотопным методом оценивается в 3,5 млрд лет, найдены окаменевшие цианобактерии.
|
|
Жизнь в этот период развивалась в водной среде, потому что только вода могла защитить организмы от солнечного и космического излучения. Первыми живыми организмами на нашей планете были анаэробные гетеротрофы, которые усваивали органические вещества из «первичного бульона». Истощение запасов органики способствовало усложнению строения первичных бактерий и появлению альтернативных способов питания – около 3 млрд. лет назад возникли автотрофные организмы. Важнейшим событием архейской эры стало появление кислородного фотосинтеза. В атмосфере начал накапливаться кислород.
Протерозойская эра началась около 2,5 млрд. лет назад и длилась 2 млрд. лет. В этот период, около 2 млрд. лет назад, количество кислорода достигло так называемой «точки Пастера» – 1 % от его содержания в современной атмосфере. Ученые считают, что такой концентрации было достаточно для появления аэробных одноклеточных организмов, возник новый тип энергетических процессов – дыхание. В результате сложного симбиоза разных групп прокариот появились и начали активно развиваться эукариоты. Образование ядра повлекло за собой возникновение митоза, а в дальнейшем и мейоза. Примерно 1,5–2 млрд лет назад возникло половое размножение. Важнейшим этапом эволюции живой природы стало появление многоклеточности (около 1,3–1,4 млрд лет назад). Первыми многоклеточными организмами были водоросли. Многоклеточность способствовала резкому увеличению многообразия организмов. Появилась возможность специализации клеток, образования тканей и органов, распределения функций между частями тела, что привело в дальнейшем к усложнению поведения.
|
|
В протерозое сформировались все царства живого мира: бактерии, растения, животные и грибы. В последние 100 млн. лет протерозойской эры произошел мощный всплеск разнообразия организмов: возникли и достигли высокой степени сложности разные группы беспозвоночных (губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, членистоногие, моллюски). Увеличение количества кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя, защитившего Землю от излучения, поэтому жизнь могла выходить на сушу. Около 600 млн лет назад, в конце протерозоя, на сушу вышли грибы и водоросли, образовав древнейшие лишайники. На рубеже протерозоя и следующей эры появились первые хордовые организмы.
3. Фанерозой. Эон, состоящий из трех эр, охватывает около 15 % всего времени существования жизни на нашей планете.
Палеозойская эра началась 570 млн лет назад и продолжалась около 340 млн лет. В это время на планете происходили интенсивные горообразовательные процессы, сопровождавшиеся высокой вулканической активностью, сменяли друг друга оледенения, периодически на сушу наступали и отступали моря. В эре древней жизни (греч. palaios – древний) выделяют 6 периодов: кембрийский (кембрий), ордовикский (ордовик), силурийский (силур), девонский (девон), каменноугольный (карбон) и пермский (пермь).
В кембрии и ордовике увеличивается разнообразие животного мира океана, это время расцвета медуз и кораллов. Появляются и достигают огромного разнообразия древние членистоногие – трилобиты. Развиваются хордовые организмы.
В силуре климат становится более сухим, увеличивается площадь суши – единого континента Пангеи. В морях начинается массовое распространение первых настоящих позвоночных – бесчелюстных, от которых в дальнейшем произошли рыбы. Важнейшим событием силура становится выход на сушу споровых растений – псилофитов. Вслед за растениями на сушу выходят древние паукообразные, защищенные от сухого воздуха хитиновым панцирем.
В девоне увеличивается разнообразие древних рыб, господствуют хрящевые (акулы, скаты), но появляются и первые костные рыбы. В мелких пересыхающих водоемах с недостаточным количеством кислорода появляются двоякодышащие рыбы, имеющие помимо жабр органы воздушного дыхания – мешковидные легкие, и кистеперые рыбы, имеющие мускулистые плавники со скелетом, напоминающим скелет пятипалой конечности. От этих групп произошли первые наземные позвоночные – стегоцефалы (земноводные).
В карбоне на суше распространяются леса из древовидных хвощей, плаунов и папоротников, достигавших в высоту 30–40 м. Именно эти растения, падая в тропические болота, не сгнивали во влажном тропическом климате, а постепенно превращались в каменный уголь, который мы используем сейчас в качестве топлива. В этих лесах появились первые крылатые насекомые, напоминающие громадных стрекоз.
В последний период палеозойской эры – пермский – климат стал более холодным и сухим, поэтому те группы организмов, жизнедеятельность и размножение которых полностью зависели от воды, начали приходить в упадок. Сокращается разнообразие амфибий, чья кожа постоянно требовала увлажнения и личинки которых имели жаберный тип дыхания и развивались в воде. Основными хозяевами суши становятся пресмыкающиеся. Они оказались более приспособленными к новым условиям: переход на легочное дыхание позволил им защитить кожу от высыхания с помощью роговых покровов, а яйца, покрытые плотной оболочкой, могли развиваться на суше и защищали зародыш от воздействия окружающей среды. Образуются и широко распространяются новые виды голосеменных растений, причем некоторые из них дожили до настоящего времени (гинкго, араукарии).
4. Мезозойская эра началась около 230 млн лет назад, длилась примерно 165 млн лет и включала три периода: триасовый, юрский и меловой. В эту эру продолжалось усложнение организмов и темпы эволюции возрастали. В течение почти всей эры на суше господствовали голосеменные растения и пресмыкающиеся.
Триасовый период – начало расцвета динозавров; появляются крокодилы и черепахи. Важнейшим достижением эволюции является возникновение теплокровности, появляются первые млекопитающие. Резко сокращается видовое разнообразие амфибий и почти полностью вымирают семенные папоротники.
В юрском периоде господствуют голосеменные растения и пресмыкающиеся. В образовавшемся за счет дрейфа континентов Атлантическом океане появляются головоногие моллюски. В конце периода появляются археоптериксы.
Меловой период характеризуется образованием высших млекопитающих и настоящих птиц. Появляются и быстро распространяются покрытосеменные растения, постепенно вытесняющие голосеменные и папоротникообразные. Некоторые покрытосеменные растения, возникшие в меловом периоде, сохранились до наших дней (дубы, ивы, эвкалипты, пальмы). В конце периода происходит массовое вымирание динозавров.
5. Кайнозойская эра, начавшаяся около 67 млн лет назад, продолжается и в настоящее время. Она подразделяется на три периода: палеогеновый (нижнетретичный) и неогеновый (верхнетретичный), общей продолжительностью 65 млн лет, и антропогеновый, который начался 2 млн лет назад.
Уже в палеогене господствующее положение заняли млекопитающие и птицы. В течение этого периода формируется большинство современных отрядов млекопитающих, появляются первые примитивные приматы. На суше господствуют покрытосеменные растения (тропические леса), параллельно с их эволюцией идет развитие и увеличение многообразия насекомых.
В неогене климат становится более сухой, образуются степи, широко распространяются однодольные травянистые растения. Отступление лесов способствует появлению первых человекообразных обезьян. Формируются виды растений и животных, близкие к современным.
Последний антропогеновый период характеризуется похолоданием климата. Четыре гигантских оледенения привели к появлению млекопитающих, приспособленных к суровому климату (мамонты, шерстистые носороги, овцебыки). Возникли сухопутные «мосты» между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами, что способствовало широкому расселению видов, в том числе и человека. Примерно 35–40 тыс. лет назад, перед последним оледенением, по перешейку на месте нынешнего Берингова пролива люди достигли Северной Америки. В конце периода началось глобальное потепление, вымерли многие виды растений и крупных млекопитающих, сформировались современные флора и фауна. Крупнейшим событием антропогена стало появление человека, чья деятельность стала ведущим фактором дальнейших изменений в животном и растительном мире Земли.
ВОПРОСЫДЛЯ КОНТРОЛЯ
1. Почему представление о божественном происхождении жизни нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть?
2. Каковы основные положения гипотезы Опарина — Холдейна?
3. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?
4. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?
5. Когда возникли первые живые организмы?
Литература:
1. Биология. 11 класс: учеб. для общеобразоват.организаций: базовый уровень / (Д.К. Беляев, Г. М. Дымшиц, Л. Н. Кузнецова и др.) под ред. Д. К. Беляева и Г. М. Дымшица. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 2016. - 223 с.
2. Общая биология: Пробн. учебн. для 10 кл.сред. общеобразоват. учебн. завед. /Н.Е. Кучеренко, Ю.Г.Вервес
План занятия №
Тема занятия: Возникновение и развитие жизни на Земле
Цели занятия:
- дидактическая: ознакомить студентов с взникновением и основными этапами развития жизни на Земле, основными эрами и периодами в развитии живой природы, местом и ролью человека в биосфере.
-воспитательная - формировать научную картину мира, поощрять студентов к изучению предмета
Вид занятия: лекция
Межпредметные связи:
-предыдущие: биология; химия
-перспективные: микробиология;. экология; товароведение;
Методическое обеспечение: фотографии или таблицы с изображением биологических объектов,а) наглядные пособия: таблицы
Технические средства обучения: ПК
Учебные места: ауд. 4-61
Литература:
1. Биология. 11 класс: учеб. для общеобразоват.организаций: базовый уровень / (Д.К. Беляев, Г. М. Дымшиц, Л. Н. Кузнецова и др.) под ред. Д. К. Беляева и Г. М. Дымшица. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 2016. - 223 с.
Ход занятия
1. Подготовительный этап
1.1. Организационная работа
1.2. Ознакомление студентов с темой и целью занятия
1.3. Мотивация обучения
2. Основной этап
2.1. Актуализация опорных знаний:
2.1.1. Устное фронтальное опрашивание:
1. Что такое эволюция?
2. В чем заслуга Ч. Дарвина?
3. Что является движущими силами эволюции?
4. Приведите примеры доказательств эволюции
5. Приведите аргументы, которые доказывают, что эволюционный процесс является необратимым.
2.2. Изложение нового материала:
1. Основные гипотезы происхождения жизни на Земле.
2. Основные эволюционные события в криптозое
3. Основные эволюционные события в фанерозое.
3. Заключительный этап
3.1. Закрепление знаний студентов путем устного опрашивания.
1. Почему представление о божественном происхождении жизни нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть?
2. Каковы основные положения гипотезы Опарина — Холдейна?
3. Какие экспериментальные доказательства можно привести в пользу данной гипотезы?
4. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?
5. Когда возникли первые живые организмы?
3.2. Подведение итогов занятия.
3.3. Домашнее задание: Л.2 § 13 - 19;
Самостоятельная работа Основные эволюционные события в фанерозое.