§ 46. Краткая история эволюции биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью. Это не просто место обитания: организмы меняют воздух, воду и почву, поэтому биосфера включает и живую природу, и созданные её деятельностью изменения. Понятие помогает рассматривать жизнь как часть единой земной системы.

Эволюция биосферы — историческое изменение состава живых организмов и условий их существования на Земле. Меняются не только сами организмы: например, фотосинтез влияет на состав атмосферы, а новая среда создаёт возможности для других форм жизни. Это понятие связывает историю организмов с историей планеты.

Геологическая эра — крупный этап истории Земли, выделяемый по характерным изменениям природы и органического мира. Границы эр связаны с большими переменами, а не с появлением каждой отдельной группы. Деление на эры помогает сравнивать события, разделённые миллионами лет.

Массовое вымирание — резкое сокращение разнообразия организмов, затрагивающее многие группы и экосистемы. После него прежние сообщества меняются, а освободившиеся места могут занять другие организмы. Термин нужен, чтобы отличать масштабный кризис биосферы от исчезновения отдельного вида.

Как это устроено

Возникновение первых живых организмов стало началом формирования биосферы, потому что появились системы, способные получать вещества и энергию из среды и воспроизводить себя. Ранние формы жизни были простыми клетками, а условия на молодой Земле отличались от современных. По мере распространения организмов их жизнедеятельность стала влиять на окружающую среду. Так жизнь и неживая природа начали изменяться совместно.

Фотосинтезирующие организмы использовали энергию света для образования органических веществ и выделяли кислород. Поначалу кислород связывался с растворёнными веществами океана и породами, поэтому его содержание в воздухе повышалось не сразу. Когда он стал накапливаться, возникли условия для аэробного дыхания — получения энергии с участием кислорода. Этот способ энергетического обмена поддержал развитие многих организмов.

Появление эукариот, клеток с оформленным ядром, открыло новые возможности для организации жизни. Позднее возникли многоклеточные организмы, чьи клетки могли специализироваться и выполнять разные функции. Половое размножение усиливало наследственную изменчивость потомства, предоставляя естественному отбору больше вариантов. Вместе эти изменения ускорили разнообразие форм жизни, хотя не сделали развитие одинаковым для всех групп.

Выход растений на сушу стал возможен благодаря приспособлениям, помогавшим получать воду, удерживаться на поверхности и не высыхать. Растительность создала пищу и укрытия, а также изменила наземную среду. Животные осваивали сушу вслед за появлением подходящих условий и источников пищи. В результате возникли наземные сообщества, связанные между собой пищевыми отношениями.

Массовые вымирания могли быть связаны с резкими изменениями климата, уровня моря и других условий среды. Они сокращали разнообразие и нарушали сложившиеся экосистемы, но не останавливали историю жизни. После кризиса оставшиеся организмы и новые группы осваивали освободившиеся экологические ниши — места и способы существования в природе. Поэтому в разные эры менялись как господствующие группы, так и облик биосферы.

Основные этапы эволюции биосферы

Сначала определите порядок этапов, затем сравните характерные организмы и события: они помогают понять, чем одна эра отличается от другой. Даты в таблице приблизительные, а границы эонтов и эр могут уточняться. Сопоставляйте изменения организмов с изменениями среды, а не запоминайте строки как отдельные факты.

Разбор задач

Задача 1

Условие: расположите события в хронологическом порядке: появление первых наземных растений, возникновение первых клеток, появление цветковых растений, накопление кислорода в атмосфере. Нужно установить, что произошло раньше, а что стало возможным позднее. Для этого сопоставим события с крупными этапами истории Земли.

1. Возникновение первых клеток относится к самому раннему этапу истории жизни, задолго до освоения суши.
2. Фотосинтез появился раньше наземных растений; выделяемый кислород после длительного накопления изменил атмосферу.
3. Первые наземные растения возникли позднее, в палеозое, а цветковые растения широко распространились ещё позже, в мезозое.

Ответ: возникновение первых клеток → накопление кислорода в атмосфере → появление первых наземных растений → появление цветковых растений. Кислородообразующий фотосинтез предшествовал освоению суши и создал условия для развития новых форм жизни. Накопление кислорода — длительный процесс, а не одномоментное событие.

Задача 2

Условие: объясните, почему появление фотосинтезирующих организмов стало важным фактором эволюции биосферы. Нужно связать деятельность организмов с изменением среды, а затем — с последствиями для других форм жизни. Одного утверждения, что фотосинтез выделяет кислород, для полного объяснения недостаточно.

1. Фотосинтезирующие организмы использовали световую энергию и выделяли кислород при образовании органических веществ.
2. Сначала кислород расходовался на окисление веществ в океане и земной коре, затем его концентрация в атмосфере стала расти.
3. Кислород сделал возможным широкое распространение аэробного дыхания и повлиял на условия существования организмов.

Ответ: фотосинтез изменил состав атмосферы и расширил возможности развития жизни. Он связал деятельность живых организмов с преобразованием среды, а изменённая среда повлияла на последующую эволюцию. Поэтому фотосинтез стал одним из важнейших факторов развития биосферы.

Задача 3

Условие: определить этап истории биосферы по признакам: господствуют динозавры, широко распространены голосеменные растения, в конце этапа происходит массовое вымирание. Здесь важно проверить, совпадают ли все признаки по времени, а не ориентироваться на один знакомый организм. Сопоставим их с характерными чертами геологических эр.

1. Динозавры были особенно характерны для мезозоя, когда пресмыкающиеся занимали важные места в экосистемах.
2. Голосеменные широко распространились в ту же эру, хотя существовали и раньше, и не исчезли полностью после неё.
3. В конце мезозоя, около 66 млн лет назад, произошло массовое вымирание, затронувшее динозавров, не относящихся к птицам.

Ответ: это мезозойская эра. Все три признака соответствуют ей, причём массовое вымирание обозначает конец этапа, а не его начало. Наличие группы в нескольких эрах само по себе не означает, что она во все эти времена была господствующей.

Типичные ошибки

Ошибка: считать геологическую эру и отдельное событие равнозначными этапами. Эра длится миллионы лет и включает много событий, тогда как появление конкретной группы или вымирание — одно событие либо процесс внутри этого крупного этапа. Такое смешение возникает, когда все даты воспринимают как одинаковые отметки времени. Проверьте себя: событие можно поместить внутрь эры, но сама эра охватывает более длинный промежуток.

Ошибка: представлять эволюцию биосферы как непрерывное усложнение. Изменения включали исчезновение видов и целых групп, а разные организмы могли оставаться простыми или успешно существовать без усложнения. Ошибку провоцирует привычная схема «от простого к сложному». Проверка: учитывайте вымирания, смену господствующих групп и разнообразие путей развития.

Ошибка: называть кислород первичным компонентом атмосферы. На ранних этапах его было мало, а фотосинтезирующие организмы постепенно выделяли кислород, который сначала связывался с другими веществами. Такое представление возникает, если переносить современный состав воздуха на прошлое. Спросите себя, какой процесс выделял кислород и почему он накапливался не сразу.

Ошибка: путать время существования группы со временем её наибольшего распространения. Некоторые группы появлялись раньше периода своего расцвета и могли сохраниться после него. Обычно путают эти даты, запоминая только первую находку или появление группы. Проверьте, говорится ли о возникновении, широком распространении или господстве: это разные характеристики.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания об уровнях организации живой природы, строении клетки, фотосинтезе, естественном отборе и эволюции. Они помогают проследить, как изменения клеток и организмов отражались на всей биосфере. Позднее эти представления понадобятся при изучении происхождения человека, разнообразия организмов, экосистем и современных изменений биосферы. С географией и экологией историю биосферы связывают изменения атмосферы, климата, почв и природных сообществ.

Что запомнить

• Биосфера формировалась постепенно вместе с развитием жизни.
• Первые организмы были простыми и преимущественно одноклеточными.
• Фотосинтез изменил атмосферу Земли и способствовал развитию аэробной жизни.
• Усложнение организмов включало появление эукариот, многоклеточности и полового размножения.
• Освоение суши привело к формированию наземных экосистем.
• Массовые вымирания изменяли состав биосферы и открывали возможности для развития новых групп.
• Современная биосфера — результат длительного взаимодействия живых организмов и неживой природы.