40. Развитие жизни в позднем палеозое

Определения и обозначения

Каменноугольный период — период позднего палеозоя, когда обширные влажные леса с древовидными плаунами, хвощами и папоротниками оставили залежи каменного угля. Название напоминает о важном результате накопления древних растительных остатков, а не о том, что уголь образовался из современных деревьев. Этот термин помогает связать особенности древней растительности с природными ресурсами, которые формировались миллионы лет.

Пермский период — последний период палеозойской эры; в это время климат во многих областях стал суше, широко распространились голосеменные растения и пресмыкающиеся. Изменение условий среды давало преимущество организмам, способным переносить недостаток влаги и размножаться на суше. Понятие «пермский период» обозначает этап крупных преобразований перед переходом к мезозойской эре.

Амниотическое яйцо — яйцо с оболочками, защищающими зародыш от высыхания и позволяющими развиваться вне водоёма. Оболочки создают вокруг зародыша подходящую среду, а запас питательных веществ поддерживает его развитие. Благодаря этому размножение пресмыкающихся стало меньше зависеть от водоёмов, чем размножение земноводных.

Голосеменные — семенные растения, у которых семена развиваются открыто, не внутри плода. Семя содержит зародыш и запас питательных веществ, а его покровы помогают защищать зародыш от неблагоприятных условий. Термин отличает эти растения от покрытосеменных, у которых семена находятся внутри плода.

Как это устроено

В каменноугольном периоде во многих местах был тёплый влажный климат, благоприятный для разрастания болотистых лесов. Обильная растительность производила много органических остатков, а в заболоченной почве они разлагались не полностью из-за недостатка кислорода. Слои остатков постепенно накапливались и погружались под новые отложения. За длительное время давление и другие геологические процессы преобразовали часть этого материала в каменный уголь.

Позднее климат во многих областях стал суше, поэтому условия, подходившие для прежних влажных лесов, изменились. Споровым растениям для оплодотворения часто нужна вода: по ней мужские половые клетки достигают яйцеклетки. У голосеменных пыльца переносит мужские половые клетки без такой водной среды, а семя защищает развивающийся зародыш. Поэтому в более сухих условиях у них было преимущество, и они широко распространились.

Семя стало важным приспособлением растений к жизни при непостоянной влаге, а амниотическое яйцо — пресмыкающихся. У семени есть защитные покровы и запас питания, благодаря которым зародыш может пережить неблагоприятное время. Оболочки амниотического яйца удерживают влагу и обеспечивают условия для развития зародыша на суше. Эти особенности снизили зависимость размножения от водоёмов, хотя не означали полной независимости организмов от воды для всех процессов жизнедеятельности.

В позднем палеозое насекомые осваивали разные наземные местообитания и становились многочисленнее. Земноводные были связаны с влажными местами: их размножение и ранние стадии развития зависели от воды. Первые пресмыкающиеся благодаря амниотическому яйцу могли откладывать яйца на суше и расселяться дальше от водоёмов. Различия в строении и размножении позволяли этим группам использовать неодинаковые условия и источники пищи.

В конце пермского периода произошло крупнейшее массовое вымирание в истории Земли: за геологически короткое время исчезли многие группы организмов. Учёные связывают его с масштабными изменениями среды, включая мощную вулканическую активность, изменения климата и нарушение условий в океанах. Такие перемены могли одновременно ухудшить условия обитания в разных экосистемах. Вымирание не уничтожило всю жизнь, но освободило множество экологических ниш, которые позднее заняли пережившие катастрофу организмы.

Особенности жизни в каменноугольном и пермском периодах

Читайте таблицу по строкам, чтобы увидеть, как один и тот же признак менялся от периода к периоду. Затем сопоставьте климат с растительностью и приспособлениями животных: изменения среды влияли на то, какие организмы могли успешно жить и размножаться. Формулировки «во многих областях» важны: климатические условия не были одинаковыми на всей планете.

Разбор задач

Задача 1

Условие: установите, к какому периоду позднего палеозоя относится описание — влажный климат, обширные леса из древовидных плаунов и хвощей, формирование залежей каменного угля. Чтобы ответить, нужно не просто узнать отдельное растение, а связать вместе климат, состав лесов и геологический результат. Эти признаки образуют характерную комбинацию.

1. Отмечаем влажный климат и распространение заболоченных мест.
2. Сопоставляем леса из древовидных плаунов и хвощей с растительностью каменноугольного времени.
3. Проверяем вывод по залежам угля, связанным с накоплением древних растительных остатков.

Ответ: это каменноугольный период. Здесь решающим служит сочетание влажных лесов и формирования залежей каменного угля, а не один признак в отдельности.

Задача 2

Условие: объясните, почему амниотическое яйцо позволило пресмыкающимся размножаться вдали от водоёмов. Нужно показать причинную связь между устройством яйца и развитием зародыша, а не ограничиваться утверждением, что яйцо находится на суше. Сравните его с размножением животных, у которых яйцам необходима вода.

1. Указываем, что оболочки яйца защищают зародыш от высыхания.
2. Учитываем, что внутри яйца зародыш получает условия и запас питательных веществ для развития.
3. Делаем вывод: для развития такого яйца не требуется водоём, поэтому пресмыкающиеся могут откладывать его на суше.

Ответ: амниотическое яйцо создаёт защищённую среду для зародыша и не даёт ему высохнуть. Поэтому размножение пресмыкающихся меньше зависит от близости водоёмов, чем размножение земноводных.

Задача 3

Условие: сравните каменноугольный и пермский периоды по климату, преобладающим растениям и приспособлениям животных к жизни на суше; объясните влияние смены условий на живой мир. Здесь требуется не перечислить признаки, а показать, как они связаны. Удобно рассуждать от изменения климата к смене растительности и затем к преимуществам животных.

1. Для каменноугольного периода отмечаем влажные условия и леса из древовидных плаунов, хвощей и папоротников.
2. Для пермского периода указываем более сухой климат во многих областях и широкое распространение голосеменных.
3. Сравниваем животных: земноводные сохраняли связь размножения с водой, а амниотическое яйцо помогало пресмыкающимся размножаться на суше.
4. Объясняем результат: при высыхании среды преимущества получали организмы, способные переносить недостаток влаги и меньше зависеть от водоёмов.

Ответ: в каменноугольном периоде преобладали влажные леса, а в пермском во многих областях стало суше и широко распространились голосеменные. Семена и амниотическое яйцо помогали растениям и пресмыкающимся размножаться без непосредственной зависимости от водной среды, поэтому состав живого мира менялся вместе с условиями.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что каменный уголь образовался из современных деревьев. Её допускают, потому что нынешние леса тоже дают много растительных остатков, но угольные залежи связаны с остатками древней растительности, накапливавшимися в каменноугольном периоде. Проверка: если в объяснении есть древние заболоченные леса и длительное преобразование отложений, причина названа верно.

Ошибка: смешивать земноводных и пресмыкающихся, считая, что обе группы одинаково размножаются на суше. Путаница возникает потому, что обе группы относятся к наземным позвоночным, но их зависимость от воды различается. Проверка: вспомните, что амниотическое яйцо позволяет пресмыкающимся развиваться вне водоёма, тогда как земноводные теснее связаны с водой при размножении.

Ошибка: утверждать, что голосеменные образуют плоды. Плоды часто связывают со всеми семенными растениями, хотя у голосеменных семена развиваются открыто, не внутри плода. Проверка: задайте вопрос, заключено ли семя в плод; если да, речь идёт о покрытосеменных.

Ошибка: считать, что массовое вымирание в конце перми означало исчезновение всей жизни. Катастрофу легко представить как полное обнуление жизни, но вымерли многие группы, а некоторые организмы выжили. Проверка: формулируйте вывод как резкое изменение состава организмов и экосистем, а не как полное исчезновение жизни на Земле.

Связь с другими темами

Чтобы понять поздний палеозой, нужно знать основные этапы геологической истории и различать палеозойскую и мезозойскую эры. Материал связан с естественным отбором: при смене условий преимущество получают организмы с подходящими приспособлениями. Он также продолжает тему освоения суши растениями и животными. Эти знания пригодятся при изучении мезозоя, дальнейшей эволюции растений и позвоночных и причин массовых вымираний.

Что запомнить

• Поздний палеозой включает каменноугольный и пермский периоды.
• Во влажных лесах каменноугольного периода накапливались растительные остатки, давшие начало залежам каменного угля.
• В пермском периоде климат во многих областях стал суше.
• В позднем палеозое широко распространились голосеменные растения.
• Амниотическое яйцо уменьшило зависимость размножения пресмыкающихся от водоёмов.
• В конце пермского периода произошло крупное массовое вымирание.