Тема 3. История эволюции органического мира. Системы организмов. Основы современной систематики.

Эволюция (от лат. evolutio – развертывание) – необратимый процесс исторического изменения живого.

Краткая история эволюции органического мира

В истории развития жизни на Земле выделяют несколько эр: архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую, кайнозойскую.

Архейская эра — эра зарождения жизни:

• жизнь зародилась в морях около 3,5 млрд лет назад как результат усложнения материи;

• в отложениях встречаются породы, которые могли возникнуть только при участии бактерий, в том числе сине-зеленых водорослей, или цианобактерий.

Протерозойская эра — эра древнейшей жизни, началась 2 млрд. лет назад, закончилась 600 млн лет назад:

• появились ядерные формы одноклеточных организмов и первые многоклеточные;

• жизнь развивается в воде (вероятно, одноклеточные организмы были и в сырых местах суши);

• в протерозое возникли все основные группы водорослей, многие типы животных.

Палеозойская эра — эра древней жизни, продолжалась 350 млн лет, закончилась 250 млн. лет назад; характеризуется бурным развитием живых организмов. Выделяют периоды:

• кембрийский и ордовикский: в океане появились животные с прочными раковинами (до 75 см длиной) — трилобиты, плеченогие (особый тип животных);

• силурийский: существовали бесчелюстные щитковые — первые представители позвоночных с костным панцирем, отсутствием челюстей и парных плавников (они дали начало рыбам); отмечено возникновение челюстей у рыб — важный ароморфоз в эволюции позвоночных; активный способ питания способствовал развитию нервной системы; в морях процветали ракоскорпионы, головоногие моллюски с прямой раковиной — белемниты; в конце силура появились первые наземные членистоногие — многоножки и скорпионы;

• девонский: произошло овладение организмов сушей; появились псилофиты (имели механические, проводящие, покровные ткани, устьица); в конце девона на смену им пришли споровые растения: плауны, хвощи, папоротники; на сушу вышли первые позвоночные; среди рыб обособились двоякодышащие и кистеперые; появились стегоцефалы — древние земноводные (произошли от кистеперых рыб);

• каменноугольный: время расцвета древовидных папоротников, болотистых ландшафтов, образования каменного угля;

• пермский: появились древние голосеменные (оплодотворение без участия воды, зародыш в семени защищен от высыхания плотными оболочками); ссушение климата; появление пресмыкающихся (ороговевшая кожа, внутреннее оплодотворение, яйца с большим запасом питательных веществ и плотными оболочками).

Мезозойская эра. Продлилась 160 млн. лет. Выделяют периоды:

• триасовый: появились первые млекопитающие (их предки зверозубые ящеры), господство голосеменных растений, травоядных и хищных ящеров;

• юрский: появились первые зубатые птицы, предками которых были ящеры, передвигающиеся на задних ногах;

• меловой: появились настоящие птицы; в морях преобладали настоящие костные рыбы; процветали головоногие моллюски со спирально скрученной раковиной; голосеменные из-за изменения климата начали вымирать; наблюдалось распространение покрытосеменных растений.

Кайнозойская эра. Длилась 60—70 млн. лет. Выделяют периоды:

• палеоген и неоген: вечнозеленые леса сменились листопадными и степями, наступило время оледенения, теплолюбивые растения оттесняются к югу, процветают покрытосеменные (их эволюция продвинулась благодаря насекомым-опылителям); млекопитающие стали разнообразными;

• антропоген: формируется новый вид — Человек разумный. Мир живых существ насчитывает не менее 2 млн. видов. Все это многообразие организмов изучает систематика.

Систематика – (от греч. systematikos – упорядоченный, относящийся к системе), раздел биологии, задачей которого является описание и обозначение всех существующих и вымирающих организмов, а также их классификация по таксонам (группировкам) разичного ранга.

Особое значение систематики заключается в создании возможности ориентирования во множестве существующих видов организмов.

Попытки классификации организмов известны с древности (Аристотель, Теофаст и др.), однако основы систематики как науки изложены в работах Дж. Рея (1686-1704) и особенно К. Линнея (1735 и позже). Первые научные системы растений и животных были искусственными, т.е. объединяли организмы в группы по сходным внешним признакам и не придавали значения их родственным связям. Учение Ч. Дарвина (1859 и позднее) придало уже сложившейся систематике эволюционное содержание.

В дальнейшем главным направлением её развития стало эволюционное, стремящееся наиболее точно и полно отразить в естественной (или филогенетической) системе генеалогические отношения, существующие в природе.

До середины 20 века органический мир обычно делили только на два царства – растений и животных. Хотя еще в 19 веке все одноклеточные или даже все низшие организмы (простейшие, водоросли и низшие грибы) считали возможным выделить в самостоятельное царство, а некоторые микологи предлагали выделить в отдельное царство грибы. Только с развитием электронной микроскопии и молекулярной биологии в середине 20 века началась фундаментальная перестройка всей системы высших таксонов.

Принципиально важным было установление факта резкого отличия бактерий, цианобактерий (сине-зеленых водорослей) и недавно открытых архебактерий от всех остальных живых существ. У них нет истинного ядра, а генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит свободно в так называемой нуклеоплазме и не образует настоящих хромосом. Они отличаются также отсутствием митотического веретена (деление немитотическое), микротрубочек и другими существенными особенностями, в том числе в строении жгутиков. Эти организмы называются прокариотами или доядерными. Все остальные организмы (одно и многоклеточные) имеют настоящее ядро, окруженное мембраной, генетический материал ядра заключен в хромосомах, содержащих ДНК и РНК и белки, обычно имеются различные формы митоза, а также упорядоченно расположенные микротрубочки, митохондрии и пластиды. Такие организмы называются эукариотами (эвкариотами) или ядерными. Прокариоты или эукариоты образуют два разных надцарства органического мира.

Надцарство прокариот состоит из двух царств – бактерий (включая цианобактерий) и архибактерий. Сложнее обстоит дело с гораздо более разнообразным надцарством эукариот. Оно состоит из трех царств животных, грибов и растений. Царство животных включает в себя подцарство простейших и многоклеточных животных.

Следующее царство эукариот грибы. Большинство микологов включает низшие грибы в царство грибов, но в некоторых современных системах организмов они отнесены к отдельному царству протистов. Наконец к эукариотам относят царство растений. В это царство включают все высшие растения, а также ядросодержащие водоросли.

Границы между тремя царствами эукариот служат предметом разногласий и лишь будущие исследования могут внести ясность в этот дискуссионный вопрос.

Общепринятая система организмов пока не создана, поэтому число выделяемых царств, подцарств и типов(отделов) у разных авторов не одинаково. Примерами современных систем организмов могут служить системы А.Л. Тахтаджяна (1973), Л.Маргелис и др. авторов. На основе данных, приведенных в этих работах, система организмов представляется в следующем виде.