Цель: рассмотреть преобразования климата в мезозойской эре, выявить основные ароморфозы живых организмов, населявших Землю; рассмотреть изменения климатических условий, выявить их значение в направлении развития живых организмов.
Студент должен:
- Иметь представления о процессах, происходящих в мезозойскую и кайнозойскую эру на Земле;
- Знать определения: «ароморфоз», «идиоадаптация»;
- Уметь объяснять эволюционные преимущества цветковых растений, пресмыкающихся, млекопитающих.
Ход занятия
Проверка домашнего задания и опрос.
Изучение нового материала.
1. Преобразование Земли в мезозое.
Мезозойская эра – эра «средневековья» в истории Земли – длилась около 165 миллионов лет: с 230 до 65 миллионов лет назад. Мезозой делится на три периода: триасовый, юрский и меловой. Участки суши, занимавшие в начале мезозоя огромные пространства, начали раскалываться и опускаться. Материк Гондвана разделился на обособленные Африку, Южную Америку, Антарктиду, Австралию и Индостан. Обширные равнины Северного полушария занимались наступающим морем. Основными полезными ископаемыми этой эпохи являются месторождения нефти, угля и осадочных руд.Флора триасового периода (230–195 миллионов лет назад) всё ещё похожа на пермскую. Полностью исчезают кордаиты и древние плауновидные; повсюду распространяются семенные папоротники и хвойные. Начинается расцвет пресмыкающихся: появились древние крокодилы, черепахи, ихтиозавры, гаттерии, мелкие динозавры. Появились первые млекопитающие и настоящие костистые рыбы. В морях сократилось количество плеченогих, морских лилий и фораминифер; доминируют головоногие цератиты.
В конце палеозоя происходит горообразование, вызвавшее поднятие суши и возникновение Урала, Тянь-Шаня, Алтая. Все это приводит к дальнейшему усилению засушливости климата. Площадь суши была значительно большей, чем в настоящее время. Мезозой называют голосеменных растений и пресмыкающихся, завоевавших воду, сушу и воздух.
В триасе климат стал более сухим, сократилось количество водоемов. Это привело к полному вымиранию папоротникообразных. Появилось множество насекомых, в том числе летающих. В морях большое распространение получили аммониты, белемниты, кораллы, иглокожие.
В юрском периоде (195–135 миллионов лет назад) появляются гигантские хищные и растительноядные динозавры, а также летающие и морские ящеры. Современные слоны по сравнению с ними показались бы карликами; так, некоторые диплодоки превышали в длину 25 метров, а десятиметровый тираннозавр был самым крупным в истории Земли хищником
В юрский период динозавры достигли пика своего разнообразия и поистине ста ли властелинами планеты.
Самый крупный динозавр – крупнейшее из известных когда-либо живших наземных животных – брахиозавр достигал более 30 метров в длину и имел массу до 50 тонн. У него были длинные хвост и шея, маленькая голова и громадное туловище. Большую часть времени он проводил в воде. Обладая пастью, почти лишенной зубов, брахиозавры питались мягкой прибрежной растительностью. Гигантских размеров достигли также растительноядные диплодоки и бронтозавры.
От текодонтов произошли не только крокодилы, но и динозавры и птерозавры. В юрском периоде появились птицетазовые динозавры. Большинство из них питались растительностью; разнообразные кожные щитки, шипы и рога служили защитой от хищников. Передняя часть челюстей была лишена зубов и напоминала клюв. Длина тела этих динозавров могла достигать 10 м; большинство из них вернулось к хождению на четырёх ногах для уменьшения площади поверхности тела, открытой хищникам.
Другая группа ящеротазовых динозавров – тероподы – так и остались хищниками. Пятнадцатиметровые тираннозавры, достигавшие 6 метров в высоту, – самые крупные наземные хищники на Земле. Они отличались мощным черепом, большими кинжаловидными зубами и короткими передними конечностями. Как и большинство других теропод, они передвигались на мощных задних ногах, опираясь на хвост, передние конечности были короткими. Огромные челюсти тираннозавра были вооружены сотнями больших и острых зубов.
Весьма разнообразны были морские ящеры. Наиболее известны среди них ихтиозавры, похожие по строению тела на акул и дельфинов, и плезиозавры – животные с широким туловищем, длинными ластами и змеевидной шеей. Зауроптеригии к настоящему времени вымерли уже полностью. Жившие в триасе нотозавры имели строение, свойственное сухопутным животным; они были хищниками (длиной до 3 м), питавшимися рыбой. Появившиеся позднее плезиозавры почти полностью утратили связь с сушей, став морскими хищниками. Большинство из них характеризовались маленькой головой и очень длинной шеей; некоторые плезиозавры были настоящими гигантами длиной до 15 м. В меловом периоде плезиозавры вымерли.
2. Появление птиц и млекопитающих.
В конце триаса возникли первые мелкие примитивные представители теплокровных. В процессе естественного отбора у них вались такие признаки, как постоянная температура, кормление детенышей молоком, четырехкамерное сердце, дифференцировка зубов. Все эти признаки – ароморфозы, определившие появление нового класса животных – млекопитающих.
Млекопитающие произошли от живших в конце палеозоя зверообразных пресмыкающихся – терапсид. Первые млекопитающие обнаружены в триасе 170 миллионов лет назад. В юрском периоде уже существовали 5 отрядов яйцекладущих млекопитающих, впоследствии вымерших. Чуть позже появились первые сумчатые; среди ископаемых мелового периода были обнаружены первые плацентарные (насекомоядные).
В палеоцене сумчатые начали вымирать, а плацентарные млекопитающие, наоборот, развивались, достигнув в эоцене расцвета. В это время существовало около 30 отрядов зверей, часть из них впоследствии вымерла. Полагают, что общее количество вымерших отрядов составляет 20, а вымерших видов – 8000.
Из существовавших ранее, но вымерших к настоящему времени зверей можно отметить крупных копытных (гиппарион, индрикотерий, большерогий олень), хоботных (меритерий, мастодонт), хищных (пещерный медведь, саблезубый тигр). Некоторые из них (например, мамонты) вымерли в эпоху, когда уже существовал пещерный человек.
Назовём основные отличия млекопитающих от пресмыкающихся:
- строение черепа, поясов конечностей;
- более совершенное строение зубов;
- наличие шерстяного покрова и многочисленных желёз на коже;
- четырёхкамерное сердце с полным разделением артериального и венозного кровотока;
- лёгкие с хорошо развитой ячеистой структурой;
- наличие лимфатической системы;
- постоянная температура тела;
- выкармливание детёнышей молоком;
- развитый головной мозг и органы чувств;
- высокий уровень психической деятельности.
В юрском периоде рептилии завоевали воздух. Между длинным наружным пальцем передних конечностей и боками тела выросла натянутая кожная перепонка – крыло. Тело птерозавров имело волосяной покров; возможно, они были теплокровными. Рамфоринхи имели длинный хвост, хвост птеродактилей был значительно короче. Острые хорошо развитые зубы у рамфоринхов сменились беззубым роговым клювом у птеродактилей. Среди летающих ящеров были и карлики размером с воробья, и гигантские птеранодоны с размахом крыльев более 7 м. Сходство птерозавров с летучими мышами – интересный пример конвергенции.
Изучение эволюции птиц сильно осложнено тем, что их достаточно хрупкие кости плохо сохранились. Вместе с тем, учёные сходятся во мнении, что предками птиц (а также крокодилов и динозавров) были мезозойские рептилии из группы текодонтов – псевдозухии. По-видимому, некоторые из этих животных постепенно приспособились к жизни на деревьях. Чешуйки, покрывавшие передние конечности, сильно разрослись и превратились в перья. Таким образом предки птиц сначала получили возможность перепрыгивать с ветки на ветку, затем планировать и, наконец, завоевали воздушную среду.
Один из «кандидатов» на звание первой птицы – это ископаемое юрского периода – археоптерикс. Это небольшое животное размером с ворону имело перья, но наличие зубов и брюшных рёбер, длинный хвост, пальцы с когтями, отсутствие киля и воздухоносных полостей в костях сближают его с пресмыкающимися. Возможно, археоптерикс не мог поддерживать температуру своего тела на постоянном уровне. Археоптериксы жили на деревьях; по-видимому, они умели лишь планировать. Эти животные настолько отличаются от современных птиц, что их выделяют в отдельный подкласс ящерохвостых птиц, противопоставляя всем остальным птицам.
Остатки настоящих (веерохвостых) птиц были обнаружены в отложениях мелового периода. Первые из них – гесперорнисы и ихтиорнисы – ещё имели зубы, однако впоследствии зубы были утрачены, а челюсти образовали клюв.
В настоящее время появилось много свидетельств о том, что археоптерикс – тупиковая ветвь эволюции, а развитие ящерохвостых и веерохвостых птиц шло параллельно друг другу.
В начале мелового периода (135–65 миллионов лет назад) происходит коренное изменение флоры: возникают первые цветковые растения; в конце периода уже растут тополь, платан, дуб.
Широкое развитие получают костистые рыбы. Появляются первые беззубые птицы, сумчатые и плацентарные млекопитающие (сначала насекомоядные, а затем древние копытные и полуобезьяны).
В конце мелового периода внезапно вымирают динозавры, летающие и морские пресмыкающиеся, аммониты и белемниты. Среди причин массового вымирания назывались:
- медленные климатические изменения (смещение земной оси, изменение состава атмосферы, горообразование с последующим изменением температуры и влажности);
- катастрофы (падение метеорита, резкое увеличение космической радиации);
- экологические причины (конкуренция с теплокровными млекопитающими, истребление хищниками травоядных животных);
- генетические причины (образование слишком толстой скорлупы, дегенерация и рождение нежизнеспособного потомства).
Каждая из версий имеет своих последователей и противников, но ни одна из них не может объяснить одновременное вымирание разнообразных групп древних организмов.
В конце мелового периода динозавры и птерозавры вымерли. Причина этого до конца не ясна. Скорее всего, вымирание рептилий связано с глобально изменившимся в это время климатом, хотя возможны и причины катастрофического характера.
3. Развитие жизни в кайнозое.
Кайнозой (греч. «новая жизнь») – самая молодая группа слоёв земной коры. Эта эра началась 65–67 миллионов лет назад и длится по сей день. Ранее кайнозой разделялся на третичный и четвертичный период, теперь – на палеоген, неоген и антропоген. Каждый из периодов делится на 2–3 эпохи (отдела).
В начале кайнозоя закончился распад древнего материка Гондваны. Евразия и Африка составляли единый материковый массив Старого Света; от Гибралтара до Гималаев протягивался океан Тетис. К неогену обширные площади в Западной Сибири, Северной Африке, Аравии, юго-западе России освободились от моря. В результате горообразования появились Пиренеи, Альпы, Карпаты, Кавказ, Памир, Гималаи. От Тетиса остались Средиземное, Черное и Каспийское моря. В Южной Америке образовались Анды. Среди полезных ископаемых этой эпохи довольно мало руд; наибольшее значение имеют ископаемые осадочного происхождения.
Климат в начале кайнозоя был значительно теплее современного. Даже в пределах Арктики произрастали смешанные леса, а на большей части Европы и Северной Америки находились тропики и субтропики. Обширные поднятия суши вызвали ледниковые периоды; последний из них закончился 10–12 тысяч лет назад.
Растительность, близкая к современной, сформировалась ещё в середине мелового периода. К началу палеогена возникло большинство семейств цветковых растений. С их появлением начинается бурный расцвет насекомых. В морях после вымирания аммонитов и белемнитов фауна становится близкой к современной.
В палеогеновом периоде (70–25 миллионов лет назад) начинается расцвет млекопитающих и птиц. В палеоцене (70–55 миллионов лет назад) появляются хищные звери (пока ещё мелкие), грызуны, зайцеобразные. В эоцене (55–35 миллионов лет назад) появились первые парнокопытные, древнейшие предки лошадей и слонов, зубатые киты. Появляются и исчезают гигантские нелетающие птицы. В середине палеогена существуют практически все ныне существующие отряды плацентарных млекопитающих; только в Австралии, отделившейся от остальной суши достаточно давно, доминируют сумчатые и однопроходные. Примерно в это же время происходит обособление фауны Южной Америки с её неполнозубыми и длиннохвостыми обезьянами. В олигоцене (35–25 миллионов лет назад) появляются усатые киты и первые обезьяны. Развиваются гигантские формы непарнокопытных – индрикотерии, бронтотерии и другие. Некоторые из них достигали в длину десяти метров.
Особенно богата фауна второго периода кайнозоя – неогена, длившегося примерно 23 миллиона лет. Вымирают сумчатые и древние хищники. В миоцене (25–10 миллионов лет назад) происходит расцвет парнокопытных, появляются тюлени и ядовитые змеи. В плиоцене (10–2 миллиона лет назад) появились древнейшие родственники людей – австралопитеки.
Достаточно многочисленна группа копытных животных, включающая шесть современных отрядов: сирены, даманы, хоботные, непарнокопытные, мозоленогие и парнокопытные. Некоторыми зоологами выделяется ещё большее количество отрядов, другие рассматривают, например, мозоленогих как подотряд парнокопытных. Все копытные произошли от древних кондилятр, известных по отложениям палеогена; предками кондилятр были, скорее всего, хищные креодонты. Рассмотрим по порядку все отряды копытных.
Несмотря на принадлежность к копытным, у сирен передние конечности превратились в ласты, а задние и вовсе отсутствуют. Это водные животные, на сушу они не выходят. Торпедообразное тело заканчивается цельным хвостовым плавником. Морские коровы достигали в длину 8 м и весили до 3,5 т. Зубы приспособлены к питанию водной растительностью.
Три семейства с несколькими видами: морские коровы, дюгоневые и ламантиновые. Численность сирен сокращается, они нуждаются в охране. Морские коровы, открытые экспедицией Беринга в 1741 году, к 1765 году истреблены.
Даманы (жиряки) – примитивные растительноядные животные длиной до 60 см. Они похожи на зайцев, однако также относятся к копытным животным. Резцы постоянно растут, клыков нет. Арабскому названию даманов обязана своим названием страна Испания. Около 10 видов.
Расцвет хоботных пришелся на неоген: в это время обитали мастодонты, дейнотерии и прочие вымершие животные. К настоящему времени остались только 2–3 вида животных семейства слоновых в лесах и саваннах Юго-Восточной Азии и Африки (к югу от Сахары). Это крупные животные высотой до 3,5 м с массивным туловищем. Толстая кожа покрыта редкими волосами. Верхняя губа и нос срослись вместе и образуют хобот, служащий одновременно хватательным органом, органом обоняния, осязания. Пара сильно развитых резцов превратилась в бивни.
Слоны питаются растительной пищей, которую собирают хоботом. Воду набирают в хобот, а затем выливают в рот. Живут стадами.
Слоны в значительной мере истреблены человеком и находятся под охраной. Бивни («слоновая кость») используются для изготовления различных изделий и украшений. Слоны легко приручаются и поддаются дрессировке.
Непарнокопытные – крупные животные (длина носорогов до 4 м, вес – до 3,5 т) с нечётным количеством пальцев на конечностях. Третий палец развит лучше других и несёт основную тяжесть тела. Желудок простой. У некоторых (современные носороги) на голове рог.
Непарнокопытные (гиппарионы, индрикотерии) – типичные представители неогеновой фауны; в настоящее время отряд представлен тремя семействами: лошадиные, носороговые и тапировые, около 20 видов в Африке, Южной Азии и Америке.
Дикая лошадь (тарпан), в настоящий момент истреблённая, – вероятный предок домашних пород лошадей. Дикий африканский осёл – родоначальник домашнего осла. Гибридами осла и лошади являются мулы и лошаки. Все эти животные широко используются человеком в сельском хозяйстве (как тягловая сила, а также для производства молока и мяса), в качестве транспорта, для конного спорта.
Дикие непарнокопытные в значительной мере истреблены и находятся под охраной.
Антропоген (четвертичный период) начался приблизительно два миллиона лет назад. Примерно 250 тысяч лет назад закончился ледниковый период или плейстоцен. В это время вымирают многие крупные млекопитающие: мамонты, шерстистые носороги, саблезубые тигры, пещерные медведи и львы, гигантские слоны, большерогие олени.
Причиной гибели некоторых из них были пещерные люди. Появляется Homo sapiens – человек разумный.
Последняя из эпох – голоцен. В это время флора и фауна уже соответствуют современным.