БІОЛОГІЯ ЗНО 2018 - КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ
ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЧНОГО СВІТУ
Сучасна система органічного світу
Органічний світ на Землі характеризується величезною різноманітністю видів: їх описано близько 3 млн, зокрема понад 2 млн тварин і близько 600 тис. рослин, решта — це гриби, прокаріоти та віруси. Учені підрахували, що у викопному стані збереглося більш як 0,1-1 % вимерлих видів, з них нині описано близько мільйона. Тому реальна кількість видів, які живуть тепер чи існували в минулому на нашій планеті, становить від 100 мільйонів до мільярда.
Вивчити цю різноманітність неможливо без систематики — науки, що займається питаннями класифікації живих істот. Сучасна систематика розвивається в тісному взаємозв’язку з іншими біологічними науками, передусім еволюційною морфологією, цитологією, генетикою, біохімією, екологією, біогеографією. Систематика має на меті встановлення родинних зв’язків між живими організмами, подібності і відмінності у тваринному і рослинному світі.
Принципи класифікації організмів. Таксономічні одиниці
Принципи класифікації організмів. Різноманітність видів вивчає систематика, а екосистем — біогеоценологія та біогеографія. Різні види об’єднують у групи (таксони) різних категорій (рангів), кожна з яких має індивідуальну наукову (латинську) назву. Основні систематичні категорії — це вид, рід, родина, ряд (у ботаніці — порядок), клас, тип (у ботаніці — відділ), царство. Кожен вид слід обов’язково класифікувати, тобто віднести до кожної із згаданих категорій. Наприклад, собака домашній має таку систематичну належність:
Вид собака домашній — Сап is familiaris;
Рід Собака — Canis;
Родина Собачі — Canidae;
Ряд Хижі — Carnivora;
Клас Ссавці — Mammalia;
Тип Хордові — Chordata;
Царство Тварини — Аnіmаlіа.
Крім основних, у систематиці деяких груп організмів застосовують і допоміжні категорії. Найуживаніші з них — це підвид, підродина, надродина, підряд, надряд, підклас, надклас, підтип, надтип, підцарство. Наприклад, вид собака належить до надкласу Чотириногі (Tetrapoda), підтипу Хребетні (Vertebrata) та підцарства Багатоклітинні (Metazoa).
Основним критерієм для створення штучної (формальної) системи є ступінь подібності класифікованих об’єктів. При цьому не враховують дані палеонтології та будь-які інші свідчення еволюції. Такі штучні системи створюють через нестачу даних про історичний розвиток, онтогенез, будову та екологічні особливості певних груп організмів. Наприклад, тривалий час виділяли штучний тип Черви чи відділ Папоротеподібні; до першого відносили плоских, круглих і кільчастих червів та деяких інших червоподібних тварин, до другого — папороті, хвощі та плауни.
Філогенетична, або природна, система базується на кількох принципах: усі сучасні види є нащадками викопних форм, що зумовлене безперервністю життя; видоутворення відбувається переважно завдяки дивергенції, тому кожна систематична група походить від спільного предка, тобто має монофілетичне походження; кожен тип (відділ) має властивий лише йому загальний план будови, який докорінно відрізняється від інших; як нині існуючі, так і вимерлі види входять в єдину класифікацію живого, тобто систематичне місце виду не залежить від часу його існування.
Отже, природна класифікація ґрунтується на розумінні того, що ступінь подібності видів є результатом їхнього історичного походження від спільного предка. Ступінь подібності видів тим менший, що більше розійшлися ознаки порівнюваних видів унаслідок послідовних дивергенцій у минулому.
Поділ геологічної історії Землі на ери та періоди
Ери (млн років)
Періоди (млн років)
Тваринний і рослинний світ
Кайнозойська (нового життя) — 65
65
Антропоген близько 2
Поява і розвиток людини. Тваринний і рослинний світ набув сучасного вигляду.
Неоген — 23
Панування ссавців, птахів.
Палеоген — 40
Поява хвостатих лемурів, довгоп’ятів, пізніше — парапітеків та дріопітеків. Бурхливий розвиток комах. Продовжується вимирання великих плазунів. Зникає багато груп головоногих молюсків. Панування покритонасінних.
Мезозойська (середнього життя) — 175
240
Крейдяний — 65
Поява вищих ссавців, справжніх птахів, хоча зубаті птахи ще поширені. Переважають кісткові риби. Різке зменшення кількості папоротей і голонасінних. Поява й поширення покритонасінних.
Юрський — 55
Панування плазунів. Поява археоптерикса. Процвітання головоногих молюсків. Панування голонасінних.
Тріасовий — 55
Розвиток звірозубих ящерів. Поява перших ссавців, справжніх кісткових риб.
Палеозойська (давнього життя) — 330
570
Пермський — 40
Бурхливий розвиток плазунів. Виникнення звірозубих плазунів. Вимирання трилобітів. Зникнення кам’яновугільних лісів. Багата флора голонасінних.
Кам’яновугільний — 70
Розквіт земноводних, виникнення перших плазунів. Поява павуків, скорпіонів, комах, що літають. Зменшення кількості трилобітів. Розквіт папоротеподібних. Поява насінних папоротей.
Девонський — 50
Розквіт щиткових. Поява кистеперих риб. Поява стегоцефалів. Поширення на суші вищих спорових.
Силурійський — 40
Розвиток коралів, поява безщелепних. Вихід рослин на сушу, поява псилофітів.
Ордовицький — 60
Кембрійський — 70
Розквіт морських безхребетних. Дуже поширені трилобіти і водорості.
Протерозойська (раннього життя) близько 1900
2500
Органічних решток мало, але вони належать усім типам безхребетних. Поява первинних хордових з підтипу Безчерепні
Архейська (найдавніша в історії Землі) близько 2000
4500
Сліди життя не значні. Породи органічного походження вказують на існування бактерій і водоростей.
Основні події, що відбувались у різні геологічні періоди Землі
Історію Землі ділять на ери, ери — на періоди, періоди — на епохи, епохи — на століття. Ерами розвитку життя на Землі є: архейська, протерозойська, палеозойська, мезозойська і кайнозойська. Періоди трьох останніх ер становлять найбільший інтерес.
Розвиток органічного світу в архейську еру
Перші рештки живих організмів знайдено в австралійських та південноамериканських осадових породах, вік яких 3,5-3,8 млрд років. Це були прокаріоти, представлені залишками карбонатних оболонок колоній ціанобактерій (синьо-зелені водорості) та клітинними стінками бактерій різної форми (кулястих, паличкоподібних та ниткоподібних). Саме ці організми панували в архейську еру. Перші бактерії отримували енергію переважно шляхом фотосинтезу, а в результаті появи фотосинтезуючих ціанобактерій в атмосфері та гідросфері почав накопичуватись кисень та формуватись озоновий шар, тобто виникли передумови для виходу життя на суходіл.
На кінець архейської ери бактерії в морях та океанах повністю здійснювали всі ті біогенні геохімічні процеси, що й нині, — біогенну міграцію різних хімічних елементів та перетворення енергії в ланцюгах живлення.
Еволюційних змін у прокаріот майже не було: усі їхні викопні форми не відрізняються від сучасних. Це пояснюється, насамперед, тим, що серед них немає багатоклітинних організмів, тобто прокаріоти не здатні до диференціації клітин та ускладнення організації. Внаслідок простої будови генома (єдина кільцева молекула ДНК) у них легко відбувалось горизонтальне (між різними видами) перенесення спадкової інформації шляхом обміну фрагментами ДНК. Переносниками спадкової інформації могли бути віруси-бактеріофаги або плазміди, які являють собою ланцюжки з кількох нуклеотидів.
Наприкінці архейськой ери (2,6-2,7 млрд років тому) з’явились перші одноклітинні еукаріоти. Це визначили за біомаркерами — залишками хімічних сполук, властивих виключно еукаріотам. Перші еукаріоти швидко дивергували на рослини (зелені водорості), тварин (найпростіші) та гриби.
Є кілька гіпотез походження еукаріот від прокаріот. Найвірогіднішою на сьогодні є симбіотична гіпотеза, за якою еукаріотична клітина виникла в результаті кількох актів симбіогенезу. Спочатку велика амебоїдна клітина (архебактерії) поєднувалась із дрібними аеробними бактеріями, які перетворились на мітохондрії. Після відокремлювання ядра в цитоплазмі ця клітина стала вихідною для утворення царств грибів і тварин. Внаслідок її поєднання із ціанеями утворилась пластидна клітина, що дала початок рослинам.
Формування ядра в еукаріот підвищило надійність зберігання і передачі генетичної інформації.
Наступним важливим етапом еволюції органічного світу стала поява багатоклітинних організмів (близько 1 млрд років тому). Це дало початок диференціації органів і тканин, спеціалізації клітин, їх пристосованості до виконання певних функцій. Більшість науковців вважають, що багатоклітинні організми походять від колоніальних унаслідок диференціації їх клітин.
Розвиток органічного світу в протерозойськую еру
На початку ери атмосфера не містила кисню; формувались кліматичні пояси, зокрема арктичний, з’явились сезонні зміни клімату. До кінця ери в атмосфері та гідросфері накопичувався кисень, що спричинило появу організмів-аеробів і як наслідок— нових відносин між організмами: рослини виділяли кисень і синтезували органічні речовини, які використовували тварин.
Значного поширення набувають кишковопорожнинні. Вони були здатними до руху, але радіальна симетрія і відсутність м’язової тканини обмежували їх подальшу еволюцію.
Двобічна симетрія тіла і поява м’язів — ароморфози, на основі яких виникли плоскі черви. Активне пересування і хижацький спосіб живлення сприяли розвитку в них нервової системи і складнішої поведінки.
Розчленування тіла на сегменти в кільчастих червів — ароморфоз, завдяки якому збільшилась різноманітність рухів. Це стимулювало розвиток нервової системи, органів чуттів, що давало значні переваги в боротьбі за існування. Від стародавніх кільчастих червів походять членистоногі.
До кінця ери з’являються всі типи безхребетних: одноклітинні, губки, кишковопорожнинні, плоскі, круглі і кільчасті черви, членистоногі.
В океані з’явились перші хордові тварини підтипу Безчерепні (ланцетники). Виникнення хорди, котра відіграє роль осьового скелета, мало величезне значення в еволюції хребетних, оскільки у них збільшились розміри тіла, став розвиватись головний мозок, ускладнилась поведінка.
Розвиток органічного світу в палеозойську еру
Кембрійський і ордовицький періоди. Панує клімат «вічної весни», не виражена зміна пір року. Життя зосереджене у водах океану, де поширені різноманітні водорості й усі типи безхребетних тварин. Значно поширені трилобіти — безхребетні членистоногі тварини, що жили тільки в палеозої. В ордовицькому періоді з’являються перші хребетні — панцирні безщелепні.
Силурійський період. Формуються кліматичні пояси. Спостерігається наступ льодовика. Життя продовжує розвиватись у воді.
У морях і океанах значно поширені корали, різноманітні молюски, трилобіти, ракоскорпіони, які вимерли до кінця палеозойської ери. Широкого розповсюдження набули безщелепні панцирні «риби» — самостійна гілка хордових, що дійсно нагадують риб. Вони жили в прісних водоймах і вели придонний спосіб життя. Їхнє тіло було захищене панцирем, що складався з окремих пластин.
Наприкінці періоду, внаслідок горотвірних процесів, збільшилась площа суходолу і виникли передумови для виходу рослин на сушу. Першими наземними рослинами вважають псилофітів і риніофітів, що з’явились близько 440—410 млн років тому. Припускають, що мохи і псилофіти виникли від стародавніх зелених водоростей. Поява псилофітів супроводжувалась низкою ароморфозів. Виникли: тканина, що забезпечувала вертикальне положення тіла на суші; покривна тканина, яка забезпечувала захист внутрішніх клітин і зменшувала випаровування вологи; провідні тканини, які забезпечували пересування речовин. У псилофітів не було листя і коренів. На нижній частині стебла містились ризоїди, які служили для закріплення в ґрунті. ґрунт утворився ще в архейській ері в результаті життєдіяльності бактерій і водоростей, що поширювались у вологих місцях. Наприкінці періоду на сушу вийшли перші тварини — павуки та скорпіони.
Девонський період. Від псилофітів походять стародавні папороті, хвощі та плауни. Їх поява пов’язана з ароморфозами — формуванням кореневої системи, котра забезпечує поглинання води і мінеральних солей із ґрунту, а не з повітря, і листя — фотосинтезуючого органа.
У морях з’являються щелепнороті панцирні риби, що витіснили безщелепних. Формування кісткових щелеп — ароморфоз, який дав змогу тваринам активно полювати й перемагати в боротьбі за існування.
З’являються дводишні та кистепері риби, у яких, окрім зябрового, виникло й легеневе дихання. Дводишні згодом перейшли до придонного способу життя. У наш час вони збереглись в Австралії, Африці, Південній Америці. У кистеперих риб, що жили в прісних водоймах, плавець за будовою нагадував п’ятипалу кінцівку. Вона давала змогу рибам не тільки плавати, але й переповзати з водойми у водойму. До нашого часу зберігся один вид цих риб — латимерія, що трапляється в Індійському океані.
Від кистеперих риб походять перші наземні хребетні — стегоцефали, котрі поєднують ознаки риб, земноводних і плазунів, Вони жили в болотах. Поява стегоцефалів була пов’язана з рядом ароморфозів, серед яких важливе значення для життя на суші мало формування п’ятипалої кінцівки та легеневого дихання.
Кам’яновугільний період. Панував теплий і вологий клімат. Суходіл вкритий болотами, лісами з плаунів, хвощів, папоротей. Бурхливий розвиток рослинності сприяв формуванню родючих ґрунтів і родовищ вугілля. З’являються папороті, що розмножуються за допомогою насіння, перші види літаючих комах, перші плазуни. У плазунів простежується ряд ароморфозів, які зменшують їх залежність від водного середовища існування — збільшується запас поживних речовин в яйцеклітині, формуються оболонки, котрі захищають зародок від висихання.
Пермський період. Відбуваються потужні горотвірні процеси, клімат стає посушливим. Значного поширення набувають голонасінні рослини і плазуни.
Розвиток органічного світу в мезозойську еру
Тріасовий період. Клімат переважно посушливий, континентальний. Панували голонасінні та плазуни, які мали ряд пристосувань до перенесення несприятливих умов, нестачі вологи.
Голонасінні мали ряд переваг перед папоротями. Важливим ароморфозом стала поява покритої оболонками насінини із запасом поживних речовин. Яйцеклітина розвивалася всередині насінного зачатка. Розмноження голонасінних не залежало від наявності вологи. У голонасінних добре розвинені провідні і покривні тканини, листя видозмінене в голки — хвою, що, з одного боку, покращує постачання рослин водою, а з іншою — зменшує випаровування води.
Поява плазунів була пов’язана з рядом ароморфозів: внутрішнім заплідненням, щільними оболонками і запасом поживних речовин в яйцеклітині, роговими покривами тіла, досконалішими дихальною і кровоносною системами.
З’являються перші примітивні ссавці.
Юрський період. Клімат вологіший і тепліший, що сприяло розвитку пишної рослинності. Це створювало потужну кормову базу, яка зумовила появу гігантських плазунів (динозаврів), наприклад, бронтозавра, котрий досягав у довжину 20 м, диплодока (26 м завдовжки). У водоймищах трапляються іхтіозаври та плезіозаври. З’являються літаючі плазуни: рамфорінхи і птеродактилі.
Крейдяний період. Різко змінився клімат унаслідок розсіювання хмар і збільшення кількості сонячної радіації. Скоротилась чисельність папоротеподібних, голонасінних. З’являються перші покритонасінні рослини.
Від стародавніх плазунів походять птахи і ссавці.
Еволюцію і розповсюдження птахів зумовили такі ароморфози: чотирикамерне серце і теплокровність, пір’я, краще розвинена нервова система (збільшення розмірів великих півкуль і поява кори головного мозку), збільшення запасу поживних речовин в яйці і формування його вапнякової оболонки. Завдяки цим ароморфозам зменшилась залежність птахів від навколишнього середовища. Розвиток головного мозку ускладнив поведінку птахів: у них добре виражена турбота про потомство, виробляються складні умовні рефлекси, що забезпечує їм процвітання.
Предками ссавців вважають стародавніх звірозубих плазунів. Від них відокремилась група дрібних плазунів, які мали постійну температуру тіла, народжували живих малят. Від них походять перші ссавці, що нагадували щурів або мишей. Ссавці виникли внаслідок кількох ароморфозів: чотирикамерне серце, волосяний покрив, завдяки яким удосконалилась терморегуляція, теплокровність, розвиток нервової системи, особливо великих півкуль і кори головного мозку; живородіння і вигодовування дитинчат молоком. Ці зміни забезпечили панування ссавців на Землі.
Розвиток органічного світу в кайнозойську еру
Кайнозойська ера включає три періоди: палеоген, неоген, антропоген. Усі великі таксони виникли в попередні ери. Тому в кайнозойську еру еволюція відбувається шляхом ідіоадаптацій.
Панують покритонасінні рослини, комахи, кісткові риби, птахи, ссавці.
Уже на початку ери рослинність стає близькою до сучасної. Численні ідіоадаптації забезпечили широке розповсюдження покритонасінних рослини з їх різноманітністю способів запилення, квіток, плодів і насіння, листя, кореневих систем, пагонів.
На початку ери значно поширились теплолюбні рослини тропічного і субтропічного поясів: бамбук, виноград, лавр, пальми, магнолії, у північніших районах — рослини помірного поясу (бук, дуб, вільха, береза, верба).
Жаркий і вологий клімат поступово змінювався сухішим, континентальним. Це призвело до зменшення площі лісів, появи саван, степів із трав’яною рослинністю.
У другій половині ери клімат став холоднішим, тому зменшилась чисельність вічнозелених рослин. Тропічна і субтропічна рослинність відступає на південь, на її місці з’являється тундрова — полярні мохи, полярна верба, карликова береза. Пізніше з потеплінням клімату тундрові рослини відступили на північ, на їх місці поширилась листяна і хвойна рослинність помірного поясу.
У кайнозої інтенсивною є еволюція комах, ароморфні зміни дали змогу їм ще в палеозої заселити сушу: хітиновий покрив захищав внутрішні органи і виконував роль скелета; членисті кінцівки та м’язи у вигляді пучків забезпечували різноманітніші рухи порівняно із червами; поява крил дозволила їм літати; трахеї забезпечували дихання атмосферним повітрям. Комахи заселяють різні середовища життя, у них формуються пристосування до життя в різних умовах: різноманітні типи забарвлення і форми тіла, особливості будови кінцівок, ротового апарату, розвиток з повним і неповним перетворенням.
Завдяки численним ідіоадаптаціям (різноманітні форми дзьоба, забарвлення, особливості будови кінцівок) в кайнозої розповсюджуються птахи.
Ще в крейдовому періоді з’явились яйцекладні, сумчасті і плацентарні ссавці. З яйцекладних до наших днів збереглись лише качконіс і єхидна, що живуть в Австралії. Ці тварини відкладають яйця, у них немає сосків, молоко виділяється на поверхню шкіри, є клоака, температура тіла непостійна. Такі примітивні риси свідчать про стародавність цієї групи ссавців, їхню спорідненість із плазунами.
Примітивну будову мають і сумчасті ссавці, поширені переважно в Австралії, частково — у Південній Америці. Їхня головна особливість полягає в тому, що період внутрішньоутробного розвитку їхніх дитинчат дуже короткий, вони народжуються слаборозвиненими, тому мати доношує їх у сумці.
В антропогені кайнозойської ери сформувався теперішній клімат, сучасні види тварин і рослин, з’явилась людина.
Тренувальні тести
1. Елементарною одиницею еволюції є:
А окремий організм;
Б родина;
В вид;
Г популяція.
2. До форм штучного добору належить:
А рушійний;
Б методичний;
В дизруптивний;
Г популяційний.
3. Наявність понад 20 видів жовтецю на території Європи й Азії є, насамперед, результатом:
А макроеволюції;
Б штучного добору;
В спадкової мінливості;
Г популяційних хвиль.
4. Рука людини є органом, гомологічним до:
А хобота слона;
Б щупальця восьминога та гідри;
В крила кажана;
Г хвостового плавника акули.
5. Редукція органів травлення в паразитичних червів — це:
А біологічний регрес;
Б ароморфоз;
В біологічний прогрес;
Г конвергенція.
6. До ідіоадаптацій у живих організмів належить:
А розмноження насінням;
Б перехресне запилення;
В внутрішнє запліднення;
Г присоски в рослин-паразитів.
7. Рецесивні мутації:
А проявляються в гомозиготному стані;
Б завжди призводять до летального результату;
В проявляються фенотипно в першому поколінні;
Г проявляються в гетерозиготному стані.
8. Укажіть ароморфоз у рослинному світі:
А вітрозапилення;
Б утворення квітки;
В опушення листків;
Г листопад.
9. Укажіть ароморфоз у тваринному світі:
А багатоклітинність;
Б подвійне дихання;
В редукція волосяного покриву;
Г чотирикамерне серце.
10. Основою біорізноманітності біогеоценозів є добір:
А штучний;
Б усвідомлений;
В природний;
Г методичний.
11. Біогенетичний закон сформулювали:
А Ч. Дарвін і М. Шлейден;
Б Ф. Мюллер та Е. Геккель;
В Ж.-Б. Ламарк і Т. Шванн;
Г К. Лінней та Дж. Сімпсон.
12. До атавізмів організму людини належать:
А апендикс;
Б багатососковість;
В третя повіка;
Г куприк.
13. Для розвитку життя на Землі виникнення фотосинтезу мало значення внаслідок:
А появи вільного кисню в атмосфері;
Б появи вуглекислого газу в атмосфері;
В нагромадження органічних речовин;
Г створення передумов для появи легеневого дихання.
14. Укажіть, чим зумовлена подібність у будові рослин, які належать до різних родин, африканських, азіатських і американських пустель:
А наявністю спільного предка;
Б географічною ізоляцією;
В антропогенним фактором;
Г одноманітними селективними факторами середовища.
15. Біле забарвлення ведмедя та лебедя на Півночі — це пристосування має назву:
А маскування;
Б мімікрія;
В захисне забарвлення;
Г застережливе забарвлення
16. Найдавнішою ерою в розвитку Землі є:
А протерозойська;
Б палеозойська;
В мезозойська;
Г архейська.
17. Гіпотеза абіогенного виникнення життя стверджує:
А можливість самозародження життя з хімічних сполук;
Б Божественне походження життя;
В життя як форма існування живої матерії виникло разом із Всесвітом;
Г можливість самозародження життя в наш час.
18. Еукаріоти з’явились в:
А протерозойську еру;
Б кайнозойську еру;
В архейську еру;
Г мезозойську еру.
19. У кембрійському періоді палеозойської ери з'явились:
А ціанобактерії;
Б губки, форамініфери;
В трилобіти, перші головохордові;
Г коралові поліпи.
20. Покритонасінні рослини з’явились у:
А протерозойську еру;
Б мезозойську еру;
В палеозойську еру;
Г кайнозойську еру.
21. Гіпотеза панспермії Ареніуса — Вернадського стверджує:
А можливість самозародження життя з хімічних сполук;
Б біогенне походження життя;
В життя як форма існування живої матерії виникло разом із Всесвітом;
Г можливість самозародження життя в наш час.
22. Сукупність видів організмів на Землі, упорядкована шляхом включення їх у таксони надвидового рангу, — це:
А фауна;
Б система органічного світу;
В жива природа;
Г царство.
23. Установіть відповідність між назвами царств живих організмів та кількістю видів у них:
1 еубактерії;
А 4500 видів;
2 рослини;
Б 100 000 видів;
3 гриби;
В 500 000 видів;
4 тварини.
Г 1 500 000 видів;
Д 3 500 000 видів.
24. Установіть відповідність між назвами періодів палеозою та подіями, які відбулись у них:
1 кембрій;
А поява щиткових;
2 ордовик;
Б поява тварин з мінералізованим скелетом;
3 силур;
В поява вищих спорових, риб і земноводних;
4 девон.
Г вихід псилофітів і павукоподібних на суходіл;
Д панівне становище покритонасінних серед рослин.