Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Концепции современного естествознания

3. ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОТНОГО МИРА

Как и когда произошло разделение живого на растения и животных? До конца этот вопрос не выяснен. Возможно, первые животные произошли от общего ствола одноклеточных зеленых водорослей, способных и к фотосинтезу (как растения), и к гетеротрофному питанию (как животные), например эвглена зеленая. Поэтому ботаники относят ее к типу водорослей, а зоологи — к типу простейших. Еще примеры — кораллы и губки, которые всю жизнь остаются неподвижными, не имеют ни явно дифференцированных органов, ни нервной ткани, но по другим своим свойствам могут быть отнесены к животным.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце протерозойской эры, 600-800 млн лет назад. К началу палеозоя земные моря уже были заселены разнообразными животными: одиночными и колониальными полипами, медузами, членистоногими и иглокожими. Примечательно, что первые животные были бесскелетными (желеподобными), поэтому их останки встречаются крайне редко.

В кембрийский период уже существуют почти все типы животных, кроме хордовых. Жизнь господствовала в морях, площадь которых значительно превышала площадь современных морей (в частности, почти вся современная Европа была морским дном). В кембрийский период происходит изменение химизма океана: увеличивается смыв солей с суши, возрастает концентрация кальция и магния в морской воде; в результате морские животные получили возможность усваивать в больших количествах минеральные соли, что открыло перед ними широкие возможности для построения жесткого скелета. Скелетные беспозвоночные определяют облик кембрийских морей. Наибольшее распространение получили древние членистоногие — трилобиты. Их тело заключено в хитиновый панцирь, а размеры колебались от нескольких сантиметров до полуметра. В то же время в море жили громадные хищные ракоскорпионы, а также губки, кораллы, моллюски, иглокожие и плеченогие.

В ордовике продолжается совершенствование и специализация основных типов. В геологических отложениях этого периода впервые обнаружены останки животных, имевших внутренний осевой скелет.

В силурийский период появляются первые позвоночные — панцирные рыбы. Их внутренний скелет был хрящевым, а снаружи тело покрывал костный панцирь, состоящий из щитков. Из-за малоподвижного образа жизни панцирные рыбы оказались неспособными к дальнейшему развитию.

В ходе дальнейшей эволюции, продолжавшейся в палеозое, мезозое и кайнозое, позвоночные (образующие, по современной классификации, подтип типа хордовых) составили наиболее высокоорганизованную, обширную и разнообразную группу животного царства. У представителей этого типа осевым скелетом является хорда — упругий эластичный стержень, простирающийся от хвостовой до головной части, а центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга. Современные позвоночные подразделяются на рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Для возникновения четырех классов наземных позвоночных потребовалось около 250 млн лет. К концу силурийского периода содержание кислорода в атмосфере поднимается настолько, что формируется достаточно плотный озоновый экран, защищающий поверхность Земли от губительного ультрафиолетового излучения Солнца (ультрафиолетовое излучение быстро убивает живые клетки путем разрушения молекул ДНК).

В девонский период большого расцвета достигли рыбы — потомки панцирных рыб; среди них были хрящевые (от которых произошли современные акулы, скаты, химеры), а также появились рыбы с костным скелетом: кистеперые и лучеперые, которые отличались друг от друга строением плавников. У кистеперых рыб были короткие мясистые плавники, при помощи которых они могли не только плавать, но и передвигаться по высыхающим озерам в поисках воды и пищи. В условиях обмелевших водоемов они приобрели способность дышать воздухом: для дыхания им служил плавательный пузырь с сильно разветвленными кровеносными сосудами. Постепенно парные плавники превратились в пятипалую конечность, а плавательный пузырь, разрастаясь, — в легкие. В позднедевонскую эпоху приблизительно через 50 млн лет после появления псилофитов по суше стали распространяться потомки кистеперых рыб. Новый способ передвижения позволил им на некоторое время удаляться от воды, в результате чего сформировались существа с новым образом жизни — земноводные (амфибии). В связи с выходом на сушу в строении земноводных получили дальнейшее развитие черты сухопутных животных: плавники постепенно преобразовались в пятипалые конечности, развилось шарнирное сочленение в плечевом и бедренном суставах (что обеспечило удобство передвижения на суше с помощью полза- нья), совершенствовалось легочное дыхание.

В каменноугольный период древние амфибии, представленные большим разнообразием форм (объединяемых общим названием «стегоцефалы»), достигают пика своего развития. Однако из-за особенностей своего размножения земноводные навсегда остались связанными со своей колыбелью — водной средой и поэтому не могли завоевать сушу. Хозяевами суши примерно через 50 млн лет после выхода на сушу земноводных стали их потомки — пресмыкающиеся (рептилии). У пресмыкающихся нет стадий, связанных с водой. Их размножение происходит на основе откладывания яиц, имеющих специальную прослойку из жидкости, которая предохраняет зародыши от высыхания; пресмыкающиеся снабжены роговым покровом, защищающим тело; обособленный шейный позвонок позволяет им свободно двигать головой и быстрее реагировать на внешние события. Эти особенности пресмыкающихся дали им преимущества перед земноводными, обеспечившие их выживание в условиях наступления засушливого климата в пермский период. Пресмыкающиеся могли далеко удаляться от водных бассейнов и широко распространились по земной суше.

В животном мире мезозоя расцвета достигают насекомые и пресмыкающиеся. Рептилии занимали господствующее положение в течение всей мезозойской эры, освоив все три среды — сушу, море и воздух. Подлинными хозяевами Земли в течение 150 млн лет становятся динозавры, не имевшие конкурентов и быстро распространившиеся по всему земному шару. Масса некоторых динозавров достигала 50 т, а длина — более 30 м. В юрский период появляются летающие ящеры — птерозавры и археоптериксы. Еще раньше, в конце триаса, выделилась водная форма пресмыкающихся — ихтиозавры. В конце мезозойской эры на Земле идут горообразовательные процессы. Наступает похолодание, сокращается ареал растительности. Происходит массовое вымирание динозавров.

Существует множество гипотез о причинах вымирания динозавров, которые можно разделить на два типа: эволюционные и катастрофические. Эволюционные гипотезы объясняют это явление постепенно действующими причинами. Одна из них — изменение климата, которое способствовало массовому сокращению растительности, что привело к вымиранию вначале растительноядных, а затем и хищных животных. Другая гипотеза — смена типа растительности в конце мелового периода, что вызвало обогащение атмосферы кислородом и снижение свободной углекислоты. Катастрофические гипотезы объясняют факт вымирания динозавров космической катастрофой, имевшей место в далеком прошлом.

Одна из таких гипотез возникла в конце 1970-х гг. на основании исследований американских ученых Луиса и Уолтера Альваресов, которые обнаружили в слоях земной коры, относящихся к границе мелового и палеогенового периодов, избыточное количество иридия и других металлов платиновой группы. Этот факт был подтвержден данными для различных географических районов, что доказывает распространение в то время над Землей аэрозольного облака, включающего частицы, содержащие металлы группы платиноидов. На основании того, что повышенное содержание этих металлов характерно для вещества астероидов, Альваресы сделали вывод о происшедшем в конце мелового периода столкновении Земли с астероидом диаметром около 10 км. В результате этого произошел грандиозный взрыв, который выбросил в верхние слои атмосферы большое количество аэрозольных частиц, образовавших над всей поверхностью Земли экран для солнечных лучей. Альваресы и их сотрудники считали, что следствием этого явилось резкое ослабление солнечной радиации, приведшее к прекращению фотосинтеза зеленых растений. Гибель растений должна была привести сначала к вымиранию растительноядных животных (т. е. консу- ментов 1-го порядка), а затем и хищников, питающихся этими животными (консументов 2-го порядка) и т. д.

Наряду с этим высказывались предположения, что значительное количество частиц, содержащих иридий, оказалось в атмосфере не из-за падения астероида, а вследствие крупного вулканического извержения или в результате обоих этих событий (так как падение астероида могло вызвать серию взрывных вулканических извержений).

По мнению известного климатолога М. И. Будыко [4], причиной вымирания многих организмов мезозойской эры, включая динозавров, было резкое понижение температуры воздуха, имевшее характер глобальной климатической катастрофы. Существуют данные, указывающие на неоднократность в истории Земли аэрозольных климатических катастроф, приводивших к массовому вымиранию организмов.

Другая гипотеза была выдвинута отечественными учеными В. П. Красовским и И. С. Шкловским. Ее суть в том, что в результате вспышки сверхновой в непосредственной близости от Солнца произошло длительное, продолжавшееся несколько тысячелетий воздействие на земные организмы космических лучей с интенсивностью в десятки и сотни раз больше обычной. Это привело к увеличению частоты мутаций, что особенно негативно сказывается на долгоживущих организмах.

В настоящее время многие специалисты считают наиболее вероятной причиной этой катастрофы падение гигантского метеорита на полуостров Юкатан (современная Мексика) 65 млн лет назад. При этом падение Юкатанского метеорита спровоцировало серию сильных землетрясений и цунами, а поднятая при ударе пыль экранировала Землю от солнечных лучей, вызвав гибель растений, а затем и животных, зависевших от растительной пищи. Хотя эта гипотеза является весьма распространенной, ее еще нельзя считать окончательно доказанной.

В последние годы стало ясно, что вымирание динозавров не было изолированным эпизодом. Одновременно исчезли и многие другие формы животного мира — от микроскопического планктона до рыб. Далее, оказывается, что подобные вымирания происходили и ранее. В геологии они характеризуются внезапным и одновременным исчезновением больших групп ископаемых организмов, за которым вскоре следует появление эволюционно новых групп. Цикличность вымираний составляет примерно 26-32 млн лет. Этот период хорошо согласуется с периодичностью прохождения Солнечной системы через так называемую центральную плоскость Галактики — плоскость, в которой сосредоточена основная галактическая масса. Существует большое число гипотез относительно форм взаимодействия Галактики с Солнечной системой. Хотя ни одна из этих гипотез не получила окончательного подтверждения, но наблюдаемая синхронизация вымираний видов организмов и прохождений Земли через центральную галактическую плоскость, по-видимому, не является случайной.

Еще в триасе в период господства динозавров существовала группа примитивных млекопитающих — небольших по размеру теплокровных животных с шерстным покровом, возникших от одного из видов пресмыкающихся (терапсид). В течение мезозойской эры млекопитающие были на периферии основной линии развития животного мира — доминирующее положение занимали пресмыкающиеся. Но уже в начале кайнозойской эры господствующее положение заняли млекопитающие, приспособившись к изменившимся условиям жизни и заняв ту нишу, которая освободилась после исчезновения динозавров. Млекопитающие выходят на передний край эволюции благодаря таким прогрессивным адаптациям, как вскармливание потомства молоком, более развитый мозг и связанная с этим большая активность, теплокровность. Значительного разнообразия млекопитающие достигли в кайнозое, а прогрессивная эволюция приматов привела к возникновению человека.

Время существования современного человека составляет всего одну десятитысячную часть от времени распространения животных на суше и менее одной тысячной от времени существования млекопитающих. Почему же возникновение мыслящего существа происходило столь медленными темпами? Главное здесь то, что (вопреки довольно распространенному мнению) процесс эволюции организмов не имел никакой заранее определенной цели вообще и цели создания человека в частности. Процесс эволюции жизни много раз и на длительное время замедлялся по разным причинам, происходили грандиозные вымирания видов, вытеснения более прогрессивных форм менее прогрессивными. Например, в пермском периоде, 280-240 млн лет назад обитали довольно близкие к млекопитающим звероподобные рептилии. Однако из-за неблагоприятных условий внешней среды и главным образом из-за уменьшения в этот период количества атмосферного кислорода они постепенно вымерли, и ко времени увеличения массы кислорода в атмосфере от этой ранее процветающей группы осталось лишь незначительное число видов. От них и произошли первые млекопитающие. Около 130 млн лет млекопитающие сосуществовали с динозаврами, но явно уступали последним. И лишь когда примерно 65 млн лет назад динозавры исчезли, млекопитающие выдвинулись на передний край эволюции, заняв освободившуюся экологическую нишу.

В работе [4] обсуждается следующая интересная проблема: были ли шансы для появления «мыслящего динозавра»? В антропологии возникновение человека связывается со следующими качествами, достигнутыми в ходе эволюции его предков: прямохождением, развитием свободно действующих пальцев верхних конечностей, увеличением объема головного мозга и усложнением его структуры. К этим условиям необходимо добавить еще одно: определенный размер тела. Исследования современной фауны показывают, что как у животных маленьких размеров, так и у гигантских форм возникновение сложного головного мозга маловероятно. Оптимальный размер тела, обеспечивающий такие условия, соответствует массе организмов в несколько десятков килограммов. Что касается динозавров, то среди них прямохождение было распространено гораздо больше, чем среди млекопитающих, а также были формы со свободно действующими пальцами передних конечностей. Условию оптимальной массы соответствовали многие виды динозавров в течение почти всей истории их существования, длившейся около 150 млн лет. Главным препятствием для появления «мыслящего динозавра» было ограниченное развитие их головного мозга (хотя мозг динозавров по объему не уступал мозгу других рептилий таких же размеров, он сильно уступал по отношению к размерам тела объему мозга даже примитивных млекопитающих мезозойской эры). Однако в конце мезозойской эры появились динозавры из семейства заврорнитои- дов, которые при массе тела в несколько десятков килограммов, прямохождении и наличии хорошо развитых пальцев передних конечностей обладали головным мозгом, который по своим относительным размерам лишь немного уступал мозгу млекопитающих. Предполагается, что некоторые виды заврор- нитоидов обладали стереоскопическим зрением — качеством, которым среди млекопитающих обладают только высшие приматы. По мнению М. И. Будыко, причиной того, что заврорни- тоиды не смогли стать «мыслящими динозаврами» и вымерли вместе с другими видами в конце мелового периода, явилось их холоднокровие (эктотермность). По-видимому, значительное развитие высшей нервной деятельности недостижимо для эктотермных животных даже при значительных размерах их головного мозга. Итак, динозавры, появившиеся раньше млекопитающих и успешно освоившие наземные экологические системы, оказались первыми претендентами на продвижение в категорию мыслящих существ. Если бы это произошло, то «мыслящее млекопитающее» — человек — не имело бы никаких шансов на появление.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы