Особенности биологии XX в

3.4. Завоевание суши

Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход рас­тений и живых существ из воды и последующее образование большо­го многообразия наземных растений и животных. Из них в дальней­шем и происходят высокоорганизованные формы жизни.

Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений. Во-первых, вес тел здесь больше, чем в воде. Во-вторых, в воздухе не содержится питательных веществ. В-третьих, воздух сухой, он иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук. Кроме того, содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде. Выход на сушу предполагал выработку соответствующих приспособлений.

По-видимому, еще в протерозое на поверхности суши в результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) условий возникает почва. Почво­образовательные процессы в протерозое подготовили условия для выхода на сушу растений, а затем и животных.

Выход растений на сушу начался, очевидно, в конце силура. Расте­ния, переселявшиеся в воздушную среду, получали значительные эво­люционные преимущества. И главное из них — то, что солнечной энергии здесь больше, чем в воде, а значит, и фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решалась посредством формирования водонепроницаемой внешней оболочки, пропитан­ной восковидными веществами. А перестройка системы питания из почвы требовала развития корневой системы и системы транспорти­ровки питательных веществ и воды по организму. Корни способство­вали также укреплению опоры. А по мере роста размеров растений формировалась и поддерживающая ткань — древесина. Жизнь на суше требовала и изменения репродуктивной системы.

Первые наземные растения — псилофиты; они занимали проме­жуточное положение между наземными сосудистыми растениями и водорослями. У псилофитов образуются сосудистая система, пере­страиваются покровные ткани, появляются примитивные листья. Именно псилофиты в конце силура покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши. Кстати, только в силуре началось сплошное озеленение Земли. После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была крас­ной — результат коррозии минералов железа.

Вслед за растениями из воды на сушу и воздух (сначала по берегам рек, озер, болот) последовали различные виды членистоногих — предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. И если первые амфи­бии появились в девоне, то активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые полностью приспособившиеся к жизни на суше позвоночные — рептилии. Яйца рептилий были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона. Первые рептилии были небольшими жи­вотными, напоминающими ныне живущих ящериц. В карбоне значи­тельного развития достигают насекомые. Появляются летающие на­секомые.

Рассмотрим основные пути исторического развития основных наземных групп органического мира Земли — царства животных и царства растений.

3.5. Основные пути эволюции наземных растений

Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распро­странения и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспо­собление к засушливым условиям, ведь с помощью сосудов можно поднимать воду на большую высоту. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие голые поло­вые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциа­ция тела на корень, стебель и лист, развитие сети проводящей систе­мы, совершенствование покровных, механических и других тканей.

С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях: гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Рас­тение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаме-тофит и спорофит. Гаметофит — это половое поколение, на котором образуются половые органы — антеридии и архегонии. Спорофит — неполовое поколение, на котором формируются органы неполового размножения. Спорофит — это нормально развитое растение, кото­рое имеет корень, стебель и листья. На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высши­ми растениями, включая цветковые. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.

Уже в девоне встречаются пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных. В карбоне растения приспособились удер­живать воду и защищать семена от высыхания; это позволило им завоевать сухие места обитания. В карбоне, характеризующемся ув­лажненным и равномерно теплым климатом в течение всего года, мощные споровые растения — лепидодендроны и сигиллярии — до­стигали 40 м высоты. В карбоне и перми получают дальнейшее рас­пространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности (одинарный набор хромосом) к диплоидности (двойной набор хромосом), что усиливало генетические потенции организма.

Дальнейшая эволюция шла по пути совершенствования семян:

превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую в доста­точном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотво­ренный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени заро­дыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена, и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддер­живать и питать растение. Так у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюцион­ных преимуществ; диплоидный зародыш в семенах защищен от не­благоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и др. Эти и другие преимущества способствовали широкому распро­странению семенных растений.

В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиле­ние защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян путем обра­зования дополнительной оболочки. В это же примерно время появ­ляются и первые покрытосеменные растения.

Возникновение покрытосеменных было связано с совершенство­ванием процесса оплодотворения: с переходом к тому, чтобы пыльцу переносил не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало зна­чительных трансформаций растительного организма. Такой орга­низм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, чтобы затем отнести пыльцу на другое растение того же вида; и в конце концов животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу). Весь этот комплекс вопросов решался на пути возникновения огромного мно­жества прекрасных и разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений: цветки каждого растения по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений.

Покрытосеменные возникают в горах тропических стран, где и ныне сосредоточено около 80% покрытосеменных. Цветковым рас­тениям свойственна высокая эволюционная пластичность, разнооб­разие, порождаемые опылением насекомыми. Ведь отбор шел как по растениям, так и по насекомым. Постепенно распространяясь, цвет­ковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играл цветок, обеспечивавший привлечение насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую про­водящую систему, плод, значительные запасы пищи зародыша, разви­тие зародыша и семени происходит быстрее и т.д.

В кайнозое формируются близкие к современным ботанико-гео-графические области. Покрытосеменные достигли господства. Леса достигали наибольшего распространения на Земле. Территория Ев­ропы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвой­ные, на юге — каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой. Ботанико-географические области изменялись в зависимости от пе­риодических потеплений и похолоданий, наступления ледников и вызванного ими отступления теплолюбивой растительности на юг, а кое-где и ее полного вымирания, а также возникновения холодо­устойчивых травянистых и кустарниковых растений, смены лесов степью и т.д. А в плейстоцене складываются современные фитоценозы.

3.6. Пути эволюции животных

Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Воз­никло множество видов рептилий; они осваивали все новые места обитания. При этом одни (большинство) уходили от воды, а некото­рые вновь ушли в воду (мезозавры). В конце пермского периода реп­тилии уже полностью преобладали на суше.

Некоторые рептилии становятся хищными, другие — раститель-ноядными. В меловом периоде возникают гигантские растительноядные динозавры. От мелких древних рептилий, напоминающих яще­риц, произошли самые разнообразные виды — плавающие, передви­гающиеся по суше и летающие рептилии, динозавры (весом до 30 т и до 30 м в длину, «правившие миром» более 100 млн лет). Особенно интенсивно развиваются морские рептилии в юре (ихтиозавры, пле­зиозавры).

Постепенно идет и завоевание воздушной среды. Насекомые на­чали летать еще в карбоне и около 100 млн лет были единовластными в воздухе. И только в триасе появляются первые летающие ящеры. В юре пресмыкающиеся успешно осваивают воздушную среду. Возни­кают самые известные летающие ящеры — птеродактили, охотив­шиеся на многочисленных и крупных насекомых. Некоторые летаю­щие ящеры имели размах крыльев до 20 м! В юрском же периоде от одной из ветвей рептилий возникают птицы; первые птицы причуд­ливо сочетали признаки рептилий и птиц. Поэтому птиц иногда на­зывают «взлетевшими рептилиями».

От примитивных рептилий, из группы цельночерепных, развивается ветвь, приведшая несколько позже — через терапсид — к возник­новению в триасе млекопитающих. В юрском и меловом периодах млекопитающие стали более разнообразными. В конце мезозоя воз­никают плацентарные млекопитающие.

В конце мезозоя в условиях похолодания сокращаются простран­ства, занятые богатой растительностью. Это влечет за собой вымира­ние сначала растительноядных динозавров, а затем и охотившихся на них хищных динозавров. В условиях похолодания исключитель­ные преимущества получают теплокровные животные — птицы и млекопитающие.

Но время расцвета насекомых, птиц и млекопитающих — это кай­нозой. В палеоцене появляются первые хищные млекопитающие. В это же время некоторые виды млекопитающих «уходят» в море (китообразные, ластоногие, сиреневые). От древних хищных проис­ходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. В плиоцене встречаются уже все современные се­мейства млекопитающих.

В кайнозое формируются те важнейшие тенденции, которые привели к возникновению человека. Это касается возникновения стайного, стадного образа жизни, который выступил ступенькой к возникновению социального общения. Причем, если у насекомых (муравьи, пчелы, термиты) биосоциальность вела к потере индиви­дуальности; то у млекопитающих, напротив, к подчеркиванию ин­дивидуальных черт особи. В неогене на обширных открытых про­странствах саванн Африки появляются многочисленные виды обезь­ян. Некоторые виды приматов переходят к прямохождению. Так в биологическим мире вызревали предпосылки возникновения Чело­века и мира Культуры.

Вывод

Методологические установки биологии XX в. значительно отличают­ся от методологических установок классической биологии  Основные направления, по которым произошло их раз­межевание, следующие.

Во-первых, качественно новое представление объекта познания. Представление о том, что «клеточкой» эволюционного процесса выступает не организм, а популяция, может рассматриваться как исходный момент в формировании сис­темы методологических установок неклассической биологии.

Во - вторых, в XX в. заметно преобразовывается мировоз­зренческая функция биологии. К концу века мировоззренческая на­целенность биологии, ориентированность ее результатов на конкре­тизацию наших представлений об отношении человек — мир реали­зуется в двух направлениях:

1) на человека, на выявление взаимосвязей биологического и со­циального в человеке; определение функционирования биологичес­кого в общественном (социуме). Человек становится непосредствен­ной исходной «точкой отсчета» биологической науки, от него, для него и на него непосредственно ориентировано познание живого. Это направление развивается в контексте взаимосвязи биологичес­кого и социального познания; историческим пьедесталом здесь вы­ступает процесс антропосоциогенеза, выявление биологических предпосылок становления человека и общества;

2) на мир, на выявление закономерностей включенности живого в эволюцию Вселенной, перспектив биологического мира в разви­тии мира космического. Это направление раскрывается прежде всего через взаимосвязь биологических и астрономических наук, истоки единства которых уходят в весьма далекое прошлое — в пе­риод становления мифологического сознания, чувственно-образные обобщения которого строились, в частности, и на базе единства ритмики некоторых биологических и астрономических явлений. В XIX—XX вв. основной формой интегрирования этих двух отрас­лей познания выступила астробиология — поиск и исследование имеющимися в нашем распоряжении средствами (во второй поло­вине XX в. это прежде всего всеволновые астрономические наблю­дения и космические аппараты) неземных форм жизни. В самое последнее время складывается новый интересный теоретический подход, имеющий не только специально научное, но и общемиро­воззренческое значение. Он связан с антропным принципом в кос­мологии и принципом глобального эволюционизма.