Реферат
на тему: "Развитие органического мира. Биосфера"
Развитие органического мира
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
По данным науки, жизнь появилась на Земле 2—3 млрд лет назад. Однозначного ответа о зарождении жизни на планете нет. Л. Пастер доказал, что живое не может произойти из неживого. В. И. Вернадский высказал гипотезу о вечностижизни и расселении ее с планеты на планету (гипотеза панспермии).
По гипотезе А. И. Опарина, жизнь возникла из неживой материи в результате создания благоприятных условий. Абиогенный синтез органических веществ явился первым шагом к возникновению жизни на Земле (опыты С. Миллера, Павловской). Второй шаг — концентрация веществ и образование коацерватов.
Коацерваты — самопроизвольно организующиеся высококонцентрированные капли органических веществ, приводящие к усложнению органических молекул. Для коацерватов характерны некоторые свойства живого: поглощение веществ и увеличение объема (рост); выделение веществ во внешнюю среду; дробление коацерватов на более мелкие; гибель и разрушение.
Третий этап — появление самовоспроизводящих молекул — полинуклеотидов, возможность матричного синтеза белка.
Первичные организмы — полинуклеотидные коацерваты — прообраз клетки. В первичном бульоне могли возникнуть первые гетеротрофные организмы, у которых обособились наружная мембрана, цитоплазма и наследственный аппарат ДНК. В дальнейшем в результате ароморфозов и отбора происходило усложнение и развитие жизни.
В истории развития жизни можно выделить три крупных ароморфоза.
1.Появление фотосинтеза. В результате фотосинтеза активизировалось образование органических веществ, в атмосфере появился свободный кислород. Организмы разделились на анаэробные и аэробные. Аэробные организмы получили приоритетное развитие.
2. Появление полового процесса, который дал возможность к бесчисленным комбинациям хромосом, появлению комбинативной изменчивости и эволюционному преобразованию организмов, повышению их жизнеспособности.
3.Появление многоклеточности. Многоклеточность привела к дифференцировке клеток на ткани, далее к образованию органов, увеличению размеров организмов, многообразию форм жизни.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ОТ ЖИВОТНЫХ
Антропология — наука, изучающая происхождение и эволюцию человека. Человек, как биологический вид, занимает определенное систематическое положение в животном мире. Общий план строения и характерные черты позволяют отнести его к типу хордовых: наличие в эмбриональном развитии хорды, нервной трубки, жаберные щели. К классу млекопитающих он принадлежит по следующим признакам: внутриутробное развитие, наличие молочных и потовых желез, четырехкамерное сердце, развитая кора головного мозга, наличие диафрагмы, дифференциация зубов, теплокровность, волосяной покров, строение органа слуха и ушные раковины, сходство в строении внутренних органов.
Родство человека и животных подтверждается существованием у него рудиментов и появлением атавизмов. Приведем несколько примеров рудиментных органов человека (всего примерно 90 рудиментов):
1. Аппендикс — рудимент слепой кишки, развитой у травоядных.
2. Рудимент третьего века во внутреннем углу глаза, хорошо развитый у птиц, рептилий.
3. Среди ушных мышц есть рудиментарные, играющие важную роль у других млекопитающих, когда они прислушиваются.
4. Копчик представлен рудиментарными сросшимися между собой позвонками.
5. Рудиментарная мышца в основании волосяной сумки (служит для поднятия волос у млекопитающих).
6. Зубы мудрости, часто недоразвитые или отсутствующие.
К атавизмам относят появление хвоста, дополнительных сосков, образование сплошного волосяного покрова.
Человека по ряду признаков причисляют к отряду Приматов, он имеет черты сходства и отличия с человекообразными обезьянами. К сходным можно отнести следующие признаки: конечности хватательного типа, одну пару сосков, наличие ногтей на пальцах, хорошо развитые ключицы, рождение, как правило, одного детеныша, замена молочных зубов на постоянные, 4 группы крови, строение кожи, хромосомный набор (у человека 46, у человекообразных обезьян 48).
Отличительными признаками у человека можно назвать прямохождение, изгибы позвоночника, плоскую грудную клетку, широкий таз* хорошо развитый и противопоставляющийся большой палец руки, отсутствие в черепе сплошных надбровных дуг, слабые челюсти, маленькие клыки, подбородочный выступ на нижней челюсти, хорошо развитую мозговую часть черепа (у обезьян развита лицевая), объем мозга 1600 см3
(у гориллы — 750 см3
).
ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ АНТРОПОГЕНЕЗА
Антропогенез — происхождение человека и становление его как вида в процессе формирования общества. Человек имеет ряд специфических черт, отличающих его от всего остального животного мира.
1. Человек — существо социальное и живет не только по биологическим законам, но и по общественным.
2. Человек владеет членораздельной речью и передает с ее помощью свой опыт.
3. Человек мыслит отвлеченно, понятиями. У него развита вторая сигнальная система.
Биологическими факторами происхождения человека были те же, что и животных: мутации, наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор. Однако решающая роль в становлении вида Человек разумный принадлежит социальным факторам: труду, речи, общественному образу жизни, изменению характера пищи, возникновению социальных закономерностей.
Прямохождение формировалось длительно по законам биологической эволюции. Оно позволило освободить руки, применить их в трудовой деятельности. Изготовление орудий труда повлияло на формирование руки, а затем и на появление речи.
Биологические законы развития сменились на социальные, темпы антропогенеза резко ускорились. Стадность сменяется общественным образом жизни, формируется членораздельная речь, появляется вторая сигнальная система. Идет усиленное развитие мозга и процессов мышления. Изменяется характер пищи. Человек становится всеядным, учится обрабатывать пищу. Возникают социальные отношения, которые способствуют формированию сознания и мышления, что, в свою очередь, стимулирует развитие мозга.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ АНТРОПОГЕНЕЗА
Становление человека как биологического вида проходило через четыре основных этапа эволюции в пределах семейства гоминид: предшественник человека (протоантроп); древнейший человек (архантроп); древний человек (палеоантроп); человек современного типа (неоантроп).
В настоящее время еще нет палеонтологических данных для построения всех промежуточных стадий в развитии гоминид, приведших к человеку современного типа. Несомненно, что в целом эволюция гоминид представляла древо с большим числом ветвей, из которых только лишь одна достигла уровня человека.
Вся кайнозойская эра характеризуется постепенным развитием приматов. Потомки первых форм приматов третичного периода сейчас составляют подотряд низших приматов, или полуобезьян. Примерно 30 млн лет тому назад от полуобезьян отделилась ветвь, приведшая в дальнейшем к формированию древних человекообразных. Это были небольшие животные, жившие на деревьях и питавшиеся растениями и насекомыми. От них произошли все современные человекообразные и вымершая впоследствии сборная группа древесных обезьян — дриопитеки.
Дриопитеки жили примерно 25 млн лет назад на юге Азии и Европы, в Африке. Анализ находок показывает, что дриопитеки имели сходство как с человекообразными обезьянами, так и с человеком.
Рамапитеки были довольно мелкими существами, передвигавшимися на четырех конечностях. Рост доходил до 100—110 см, а масса взрослой особи не превышала 18—22 кг. Объем мозга составлял 350—380 см3
. Рамапитеки были обитателями открытых пространств. Возможно, пользовались примитивными орудиями (палками, камнями), но их не обрабатывали.
Австралопитеки — сравнительно крупные организмы (масса приблизительно 20—65 кг, рост 100—150 см), жившие на земле от 8 000 000 до 750 000 лет назад. Ходили они на коротких ногах при выпрямленном положении тела. Масса мозга достигала у некоторых видов 550 г, что больше, чем у современных человекообразных. Австралопитеки обитали на открытых пространствах, где занимались охотой и собирали растительную пищу. В своей деятельности использовали крупные гальки, а также длинные кости крупных копытных.
Архантропы — древнейшие люди. Изучено довольно значительное число форм древнейших людей. Наиболее известны: питекантроп (Ява), синантроп (Китай), гейдельбергский человек (Средняя Европа), атлантроп (Алжир) и др. Внешне они были похожи на современных людей, хотя имели существенные отличия: мощное развитие надбровного валика, отсутствие настоящего подбородочного выступа, низкий лоб и плоский нос. Объем головного мозга составлял примерно 1000 см3
. Средний рост взрослого ар-хантропа был почти 160 см, но известны формы, значительно превышающие эти размеры.
Архантропы в своей деятельности широко использовали орудия, например рубила, скребла, остроконечники. Они успешно охотились на крупных млекопитающих и птиц. Жили они в основном в пещерах, были способны строить примитивные укрытия из крупных камней. На месте постоянных стоянок обычно разводили огонь.
Древние люди. Выделяют несколько групп древних людей. Хорошо изучены неандертальцы. Для них характерны: низкий скошенный лоб, низкий затылок, сплошной надглазничный валик, большое лицо с широко расставленными глазами, обычно слабое развитие подбородочного выступа, крупные зубы. Рост их достигал 160 см, мускулатура была необычно сильно развита. Крупная голова как бы втянута в плечи.
Классические неандертальцы жили 50—60 тыс. лет
В настоящее время известно, что от 700 до 300 тыс. лет назад жили ранние западноевропейские неандертальцы, имевшие более прогрессивные по сравнению с классическими неандертальцами морфологические признаки: относительно высокий свод черепа, менее покатый лоб, менее выступающее вперед лицо и др. Вероятно, от них произошли так называемые прогрессивные неандертальцы, возраст которых насчитывает примерно 50 тыс. лет.
Каменные орудия неандертальцев были более разнообразны и совершенны. Среди них встречались остроконечники, скребла и рубила. С помощью таких орудий древний человек обеспечивал себя всем необходимым. Неандертальцы умели не только поддерживать, но и добывать огонь. Селились они по берегам рек под естественными навесами или в пещерах. У них формируется речь. Не исключено, что они сделали первые шаги в области искусства и символических обозначений.
Новые люди — кроманьонцы. Возникновение людей современного физического типа произошло относительно недавно, приблизительно 40 тыс. лет назад. Остатки ископаемых людей современного физического типа обнаружены в Европе, Азии, Африке, Австралии. По месту первой находки ископаемые люди современного типа были названы кроманьонцами. Это были высокие, с могучим телосложением люди. В целом по своему физическому строению они почти не отличались от современных людей. Объем мозга 1600 см3
, как у современного человека. Сплошной надбровный валик отсутствует. Имеется подбородочный выступ, что свидетельствует о развитой речи. Жили в пещерах, имели наскальную живопись, носили одежду.
Биосфера
СВОЙСТВА БИОСФЕРЫ
Границы биосферы
Биосфера — часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Учение о биосфере разработал русский академик В. И. Вернадский (1863—1945). Он впервые рассмотрел все живые организмы Земли как единый фактор, вовлеченный в круговорот веществ в природе, аккумулирующий солнечную энергию и определяющий геологические процессы Земли.
Биосфера занимает все три оболочки Земли: литосферу, гидросферу, атмосферу и имеет определенные границы. В атмосфере граница биосферы находится на высоте 15—20 км, совпадает с тропосферой и ограничена озоновым экраном.
Гидросфера пронизана жизнью почти полностью. Организмы, населяющие верхний слой гидросферы, называются планктоном, а придонные — бентосом. В литосфере жизнь сосредоточена в основном в ее верхней части на глубине до 80 м. Но некоторые следы жизни обнаружены на глубине до 100 м. Наиболее плотно заселен организмами поверхностный слой земной коры, который составляет почва.
Условия и плотность жизни.
Необходимыми условиями для жизни организмов являются вода, воздух, свет и тепло. Температурный фактор, степень влажности и освещенность определяют распространение жизни на планете.
Вся совокупность живых организмов планеты составляет биомассу Земли. Она равна 2423 • 109
т сухой массы, из которой 97% приходится на растения, а 3% — на животных и микроорганизмы. Вся биомасса представляет собой живое вещество, обладающее способностью расти, размножаться и расселяться по планете. Размножение определяет плотность жизни. Она неодинакова в различных средах и на поверхности Земли. Основная биомасса сосредоточена на континентах — 99,8%.
Биомассу поверхности суши составляют все живые организмы, обитающие в наземно-воздушной среде на поверхности Земли. Причем на долю растительных организмов приходится 99%, а на долю животных и микроорганизмов — лишь 1 %. Самая высокая плотность отмечается на экваторе, а по мере удаления к полюсам она уменьшается.
Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве. Наибольшее количество составляют почвенные бактерии (до 500 т/га). В поверхностных слоях распространены зеленые водоросли и цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Толща почвы пронизана корнями растений, гифами грибов. Она является средой обитания для многих животных.
Биомасса Мирового океана — совокупность живых организмов гидросферы. Она значительно меньше биомассы суши и составляет примерно 0,13%, причем соотношение растительных и животных организмов прямо противоположно их соотношению на суше. В Мировом океане на долю растений приходится лишь 6,3% , а животные составляют 93,7%. Это связано с тем, что использование солнечной энергии в воде составляет всего 0,04%, тогда как на суше — до 1% .
Состояние атмосферы также связано с жизнедеятельностью живых организмов, наличием кислорода в воздухе, его соотношением с углекислым газом и азотом.
Функции живого вещества.
Живое вещество в биосфере выполняет следующие функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.
Газовая функция заключается в постоянном газообмене организмов с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтеза. При фотосинтезе растения выделяют кислород, поглощая углекислый газ. А в процессе дыхания кислород идет на окисление органических веществ, при этом выделяется углекислый газ. Кроме того, используются азот, сероводород, вода.
Концентрационная функция проявляется в биогенной миграции атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах в процессе синтеза органических веществ, а затем после их отмирания и минерализации переходят вновь в неживую природу. Следствием концентрационной функции живых организмов являются скопления химических соединений в определенных местах земной коры, накопление полезных ископаемых, например известняка, торфа, каменного угля.
Окислительно-восстановительная функция лежит в основе обмена веществом и энергией организма с внешней средой. Она выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. Образование веществ в живых организмах есть результат окислительно-восстановительных реакций. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе расщепления и окисления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции и энергия выделяется. Жизнь — это непрекращающийся синтез и распад органических веществ, который объединяет все живые организмы на Земле.
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В БИОСФЕРЕ
Все живые организмы находятся во взаимосвязи с неживой природой и включаются в непрерывный круговорот веществ и энергии. В результате происходит биогенная миграция атомов. Необходимые для жизни организмов химические элементы переходят из внешней среды в организм. При разложении органических веществ эти элементы вновь возвращаются в окружающую среду.
В атмосфере всегда присутствуют газы: азот — 78% , кислород — 20,9% , углекислый газ — 0,033% и другие газы-примеси, в том числе пары воды. Эти газы преобразуются живым веществом планеты. В процессе фотосинтеза зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Углекислый газ идет на построение органических веществ и через растительные организмы, в виде питательных веществ, переходит в организм животных. Кислород используется всеми живыми организмами в процессе дыхания, для окисления органических веществ, при разложении отмерших остатков организмов. В результате этих процессов образуется углекислый газ, который вновь выделяется в атмосферу. Свободный азот атмосферы поглощается в почве азотфиксирующими бактериями и переводится в доступное для усвоения растениями состояние. Из почвы соединения азота поглощаются растениями для синтеза органических веществ. После отмирания другая группа микроорганизмов освобождает азот и возвращает его в атмосферу.
Таким образом, благодаря сбалансированному круговороту газов состав атмосферы поддерживается на постоянном уровне. Атмосфера имеет биогенное происхождение. В воздушный круговорот включается 98,3% всех веществ.
Большие запасы фосфора находятся в горных породах. При разрушении горных пород фосфор поступает в почву, а оттуда усваивается живыми организмами. Но часть фосфатов растворяется в воде и вымывается в Мировой океан, где оседает на дне в виде отложений.
Вода также втягивается в круговорот. В процессе фотосинтеза она используется для синтеза органических веществ, а при дыхании и разложении органических остатков выделяется в окружающую среду. Кроме того, вода необходима всем живым организмам. В ней растворяютсяминеральные соли и органические вещества, необходимые для усвоения живыми организмами. Через водную среду проходит круговорот натрия, магния, кальция, железа, серы и других элементов, которые в общей сложности составляют 1,7% от общего количества веществ, включаемых в круговорот.
В результате круговорота веществ происходит непрерывное перемещение химических элементов из живых организмов в неживую природу и обратно. Круговорот веществ состоит из двух противоположных процессов, которые связаны с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате их разложения. Причем образование живого вещества преобладает на поверхности Земли, а минерализация — в почве и морских глубинах.
Одновременно с миграцией атомов происходит и преобразование энергии. Единственным источником энергии на земле является солнце. Часть тепла расходуется на обогрев земли и испарение воды. И только 0,2% солнечной энергии утилизуется в процессе фотосинтеза. Эта энергия преобразуется в энергию химических связей органических веществ, при расщеплении и окислении которых в процессе питания энергия освобождается и расходуется на процессы жизнедеятельности организмов: рост, движение, размножение, развитие, обогрев тела. Этот процесс незамкнутый, поэтому постоянно необходимо поступление солнечной энергии.
Итак, биосфера представляет собой большую систему, состоящую из разнородных компонентов, связанных между собой процессами преобразования энергии и вещества. Миграция веществ замкнута в циклы, компонентами которых являются тела живой и неживой природы. Цикличность процессов обеспечивает непрерывное существование биосферы.