Historia życia na Ziemi
Życie na Ziemi powstało około 3,6 miliarda lat temu. Wciąż jednak nie potrafimy opisać wszystkich procesów, które doprowadziły do wytworzenia żywej materii. Nasze wyobrażenie o najwcześniejszych etapach ewolucji życia oparte jest głównie na hipotezach. Innym źródłem na temat pierwszych organizmów jest materiał genetyczny współczesnych organizmów jednokomórkowych.
jak powstają nowe gatunki;
jak działa dobór naturalny;
jakie dowody wskazują na to, że ewolucja jest faktem.
Przedstawisz warunki, w których powstało życie na Ziemi.
Wyjaśnisz, w jaki sposób powstały pierwsze komórki prokariotyczne.
Przedstawisz historię życia na Ziemi.
1. Początki życia
Życie powstało w wodzie – według jednej z hipotezhipotez w ciepłych i płytkich zatokach oceanów w pobliżu wulkanów (w wodach bogatych w liczne substancje mineralne) powstawały cząsteczki organiczne. Proces ten zachodził w warunkach beztlenowych, co oznacza, że ówczesna atmosfera była pozbawiona tlenu. Była natomiast przesycona wodorem, metanem oraz tlenkami węgla i azotu, które stanowiły źródło pierwiastków niezbędnych do wytworzenia związków organicznych.
Na Ziemi panowała wysoka temperatura, a brak warstwy ozonowejwarstwy ozonowej ułatwiał przenikanie promieniowania ultrafioletowego (UV) do powierzchni Ziemi. W wyniku reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem UV i wyładowań elektrycznych towarzyszących burzom, które szalały na Ziemi, powstawały proste związki organiczne takie jak aminokwasy, nukleotydy, cukry proste i kwasy tłuszczowe, które zaczęły się ze sobą łączyć, co doprowadziło do powstania białek, kwasów nukleinowych, cukrów złożonych i tłuszczów.
Związki wielkocząsteczkowe nabyły zdolność do zwiększania swojej liczby. Proces ten trwał wystarczająco długo, aby ze skupiających się w coraz bardziej złożone układy cząsteczek organicznych powstały najprostsze komórki.
W 1953 roku Stanley Miller i Harold Urey przeprowadzili eksperyment, w którym próbowali sprawdzić hipotezę Oparina–Haldane’a zakładającą, że związki organiczne budujące organizmy powstały ze związków nieorganicznych.
Pierwszym krokiem badaczy było odtworzenie warunków, jakie prawdopodobnie panowały na Ziemi, zanim pojawiło się życie. Połączyli oni ze sobą dwa naczynia – jedno z parującą wodą, symulującą praocean, i drugie, symulujące dawną atmosferę, wypełnione wodorem, tlenkiem węgla, metanem i amoniakiem, w którym odbywały się wyładowania elektryczne. Po zakończeniu doświadczenia z wody pobrano próbki, w których wykryto aminokwasy, czyli składowe białek, które budują organizmy żywe. Wyniki doświadczenia dowiodły, że cząsteczki organiczne mogły powstać samorzutnie.
2. Pierwsze organizmy prokariotyczne
Pierwsze kopalne dowody na istnienie organizmów jednokomórkowych pochodzą sprzed około 3,6 mld lat. Organizmy te przypominały dzisiejsze bakterie. Były otoczone błoną komórkową i zawierały materiał genetyczny. Pierwsze komórki nie miały wyodrębnionego jądra komórkowego, chloroplastów czy mitochondriów. Odżywiały się cudzożywnie, pobierając z otoczenia proste związki organiczne, a energię uzyskiwały podczas oddychania beztlenowego.
Wkrótce po nich pojawiły się organizmy produkujące związki organiczne z dwutlenku węgla i wody z udziałem energii chemicznej, a później organizmy zdolne do fotosyntezy, przypominające dzisiejsze sinice. Samożywność dawała im przewagę nad organizmami cudzożywnymi, dlatego ich liczba ciągle wzrastała.
Ślady organizmów bezjądrowych znajdują się w stromatolitachstromatolitach, warstwowych skałach utworzonych przez sinice.
3. Pierwsze organizmy eukariotyczne
Komórki eukariotyczne powstały ok. 2,1 mld lat temu. Zawierają one jądro komórkowe i wyspecjalizowane organelle, takie jak mitochondria i chloroplasty.
Według jednej ze współczesnych teorii komórki organelle powstały w wyniku symbiozy. Oznacza to, że komórki jednego organizmu żyją wewnątrz komórek lub tkanek drugiego.
Obecność organizmów samożywnych miała zasadniczy wpływ na atmosferę ziemską. W wyniku fotosyntezy zaczął się w niej gromadzić tlen, a w górnych warstwach atmosfery powstała warstwa ozonu, chroniącego Ziemię przed szkodliwym dla organizmów promieniowaniem UV. Umożliwiło to rozwój organizmów w pustych do tej pory oceanach. Jednak tlen okazał się trujący dla organizmów oddychających beztlenowo, wskutek czego przetrwały tylko te z nich, które żyły na przykład w osadach dennych czy głębinach oceanów. Wkrótce organizmy tlenowe stały się formami dominującymi na Ziemi.
4. Powstanie wielokomórkowców
Pierwsze organizmy wielokomórkowe pojawiły się około 1,5 mld lat temu. Przypuszcza się, że powstały one z organizmów jednokomórkowych, które nie rozłączały się po podziale lub skupiały się w zorganizowane, wielokomórkowe grupy – kolonie. Z nich rozwinęły się formy wielokomórkowe z zespołami wyspecjalizowanych komórek pełniącymi funkcję tkanek. Pierwszymi roślinami wielokomórkowymi były prawdopodobnie zielenice.
W świecie zwierząt pierwsze formy wielokomórkowe pojawiły się prawdopodobnie około 900 milionów lat temu. Przypominały one współczesne gąbki i parzydełkowce i żyły w płytkich, przybrzeżnych strefach mórz.
5. Era zwierząt wodnych
Około 540 mln lat temu tempo ewolucji organizmów było tak duże, że okres ten określa się niekiedy okresem eksplozji życia w oceanach. Wody oceanów zapełniły się licznymi i zróżnicowanymi gatunkami. Były wśród nich parzydełkowce, pierścienice, stawonogi i mięczaki, nieco później pojawiły się także ryby pancerneryby pancerne. Były to ryby o szkieletach zbudowanych z chrząstki, które głowę i przednią część tułowia miały okryte grubymi płytami kostnymi, pełniącymi funkcję pancerza.
Dno morskie zajmowały gąbki oraz inne osiadłe morskie zwierzęta, takie jak koralowce. W toni wodnej przemykały prymitywne głowonogi – łodziki i amonity. Najbardziej charakterystycznymi zwierzętami tego okresu były należące do stawonogów trylobity – przodkowie dzisiejszych raków. Obok nich żyło wiele zwierząt drążących w osadach dennych lub biernie unoszonych w wodzie. Ciała wielu gatunków pokrywały wapienne muszle lub mocne pancerze. Częsta obecność masywnych pancerzy u różnych gatunków zwierząt świadczy o tym, że w morzach musiało żyć wtedy wiele drapieżników.
Około 400 mln lat temu rozwinęło się wiele nowych linii ewolucyjnych ryb, z których pierwszymi były ryby o chrzęstnym szkielecie, podobne do współczesnych rekinów i płaszczek. Później pojawiły się pokryte łuskami ryby o szkielecie skostniałym, z których wiele gatunków przetrwało do dziś.
Wkrótce wśród ryb zamieszkujących płytkie wody pojawiły się formy o silnie umięśnionych płetwach parzystych, za pomocą których gatunki te mogły pełzać na płyciznach. Płetwy nieparzyste w takim środowisku straciły znaczenie i zaczęły w kolejnych pokoleniach stopniowo zanikać. Ponadto przedni lub tylny odcinek przewodu pokarmowego zyskiwał stopniowo zdolność pobierania tlenu z atmosfery. Ryby o budowie podobnej do opisanej dały początek pierwszym lądowym czworonogom – płazom.
6. Pierwsze organizmy lądowe
Przez ponad 3 miliardy lat życie rozwijało się wyłącznie w wodzie. Pierwsze stawonogi pojawiły się na lądzie około 450 milionów lat temu.
Około 420 milionów lat temu na lądzie pojawiły się pierwsze rośliny przypominające dzisiejsze mchy. Początkowo opanowały one obszary przymorskich, wysychających bagien, ponieważ były zależne od środowiska wodnego. Potrzebowały wody m.in. do rozmnażania płciowego.
Wyjście roślin na ląd było związane z wytworzeniem szeregu przystosowań do obcego, powietrzno‑lądowego środowiska. W obronie przed wysychaniem rośliny wytworzyły wodoodporną kutykulę i tkankę okrywającą. Transport wody wewnątrz organizmu zapewniał im system naczyń, który jednocześnie usztywniał rośliny. Pierwotne rośliny lądowe były niskie, ponieważ nie miały korzeni, tkanek wzmacniających ani liści.
Przez następne miliony lat rośliny doskonaliły swe przystosowanie do lądowego trybu życia. Ich gwałtowny i bujny rozwój nastąpił w ciepłym i wilgotnym klimacie okresu geologicznego nazywanego karbonemkarbonem. Ziemię porastały wówczas puszcze złożone z paproci, skrzypów i widłaków oraz pierwszych roślin nagonasiennych.
W dolnych warstwach karbońskiego lasu roiły się dwumetrowej długości wije (stawonogi), a w powietrzu szybowały ważki wielkości dzisiejszych mew. Stawonogi wykształciły narządy przystosowane do oddychania tlenem atmosferycznym oraz chitynowe pancerze chroniące przed wysychaniem.
Około 360 mln lat temu na lądzie pojawiły się pierwsze płazy. Obficie występujące stawonogi i inne bezkręgowce były dla nich łatwo dostępnym źródłem pożywienia, przy czym nie zagrażały im nieobecne jeszcze ssaki i ptaki. Płazy błyskawicznie zdobyły niemal wszystkie środowiska lądowe i przybrały różne formy. Jednakże nie mogły przystosować się do suchych środowisk, ponieważ nie mają odpowiedniej budowy.
Po trwającym wiele milionów lat okresie dominacji większość płazów wymarła. Nieliczne pozostałe gatunki dały początek zwierzętom mającym zdolność rozwoju zarodkowego na lądzie – gadom.
7. Era gadów
Pierwsze gady żyły wraz z płazami na bagnistych obszarach otoczonych przez wielkie pustynie. Były niewielkimi zwierzętami o masywnym ciele. Prawdopodobnie były one przodkami kotylozaurów, z których wywodzą się współczesne gady, ptaki i ssaki.
Gady jako pierwsze spośród kręgowców uniezależniły się od środowiska wodnego. Ich jaja wyposażone w zapas pokarmu dla zarodka oraz mocną, skórzastą lub wapienną osłonę mogły być składane w dowolnym miejscu na lądzie. Opuszczający jajo osobnik był całkowicie samodzielny i chroniony przed utratą wody przez suchą, zrogowaciałą skórę. Wymianę gazową przeprowadzał za pomocą płuc. Sprawne chodzenie po lądzie wymagało wzmocnienia kości i silniejszego umięśnienia ciała, wrażliwych zmysłów, ruchliwej głowy oraz wielu innych modyfikacji.
Największy rozkwit gadów nastąpił około 240 mln lat temu. Okres ten nazywany jest erą gadów, gdyż zwierzęta te opanowały wtedy wszystkie dostępne środowiska życia.
Era gadów zakończyła się 65 mln lat temu wielkim i gwałtownym wymieraniem, które objęło nie tylko gady, ale także inne zwierzęta (w tym wodne) oraz większość roślin. Najprawdopodobniej wywołała je gwałtowna zmiana warunków życia spowodowana zderzeniem z Ziemią gigantycznego meteorytu. Katastrofa ta wywoła gwałtowne ochłodzenie klimatu.
W ciągu ostatnich 540 mln lat masowe wymieranie gatunków nastąpiło 5 razy. Największe z nich wydarzyło się 250 mln lat temu, kiedy wyginęło około 95% gatunków morskich. Kryzysu sprzed 65 mln lat nie przeżyło 75% gatunków lądowych i morskich.
W województwie świętokrzyskim znaleziono dwa równoległe tropy dorosłych zauropodów i cztery tropy młodych. Na tej podstawie można przypuszczać, że dinozaury opiekowały się potomstwem.
8. Era ptaków i ssaków
Wielkie wymieranie, które nastąpiło 65 mln lat temu, okazało się szansą rozwoju dla ptaków i ssaków. Wymarcie większości gadów spowodowało pojawienie się wielu wolnych siedlisk i źródeł pokarmu, które zostały wykorzystane przez ptaki i ssaki.
Ptaki rozwinęły się z gadów należących do jednej z grup dinozaurów. Ważnymi etapami w ewolucji ptaków były: udoskonalenie wymiany gazowej, przekształcenie kończyn przednich w skrzydła oraz pokrycie ciała lekkimi i elastycznymi piórami.
Pierwsze ssaki wyewoluowały z gadów. Składały jaja. W wielu liniach rozwojowych ssaków powstał jednak nowy sposób rozmnażania – żyworodność. Nastąpiło w nich również zróżnicowanie uzębienia, które umożliwiało lepsze wykorzystanie pokarmu.
Wraz z ekspansją roślin zielnych następował rozwój ssaków roślinożernych. Pojawili się przodkowie współczesnych koni, antylop i bydła. Rozwój ssaków roślinożernych przyczynił się do rozwoju polujących na nie zwierząt drapieżnych. 23 mln lat temu w bujnych lasach żyły na drzewach pierwsze ssaki naczelne, przodkowie współczesnych małp i małpiatek, z których wkrótce wydzieliły się linie wiodące do człowiekowatych.
Aby uświadomić sobie, ile czasu potrzebowało życie, by osiągnąć obecny stan, geologiczną skalę czasu można przyrównać do 24‑godzinnej tarczy zegara. Odpowiada ona 4,6 mld lat, które upłynęły od powstania Ziemi. Czas geologiczny dzieli się na ery wyróżnione na rysunku odrębnymi kolorami.
Podsumowanie
Życie powstało w wodzie, w warunkach beztlenowych, w atmosferze przesyconej wodorem, metanem oraz tlenkami węgla i azotu, w wysokiej temperaturze, pod wpływem UV i wyładowań elektrycznych.
Najpierw powstały proste związki organiczne, takie jak aminokwasy, nukleotydy, cukry proste i kwasy tłuszczowe, które zaczęły się ze sobą łączyć, co doprowadziło do powstania białek, kwasów nukleinowych, cukrów złożonych i tłuszczów. Związki te powielały się i skupiały w złożone układy, aż powstały pierwsze komórki.
Życie na Ziemi powstało ok. 3,6 mld lat temu. Pierwsze organizmy były jednokomórkowcami. Następnie powstały jednokomórkowe organizmy eukariotyczne. Około 1,5 mld lat temu pojawiły się pierwsze organizmy wielokomórkowe.
Na początku życie rozwijało się w wodach, w których żyły parzydełkowce, pierścienice, stawonogi, mięczaki i ryby.
450 mln lat temu pojawiły się pierwsze lądowe stawonogi, a 420 mln lat temu – pierwsze rośliny lądowe.
Około 360 mln lat temu pojawiły się pierwsze płazy, z których wyewoluowały gady.
240 mln lat temu trwała era gadów, która zakończyła się 65 mln lat temu wymieraniem.
Z gadów wyewoluowały ptaki i ssaki.
Praca domowa
Słownik
era geologiczna, która trwała 185 mln lat (od 250 mln lat temu do 65 mln lat temu); na lądzie dominowały wtedy lasy złożone z roślin nagonasiennych oraz liczne i różnorodne gatunki gadów; pojawiły się pierwsze ssaki
zespół wszystkich zwierząt zamieszkujących dane środowisko
zdanie przyjęte jako założenie w celu wyjaśnienia jakiegoś zjawiska i wymagające sprawdzenia
okres geologiczny, który trwał 60 mln lat (od 359 mln lat temu do 299 mln lat temu); charakteryzował się ciepłym i wilgotnym klimatem oraz stosunkowo dużą zawartością dwutlenku węgla w powietrzu; na lądach dominowały drzewiaste paprocie, skrzypy i widłaki oraz pierwsze rośliny nagonasienne tworzące potężne lasy, z których powstały pokłady węgla kamiennego
wymarła gromada ryb chrzęstnoszkieletowych, których głowa i przednia część tułowia pokryte były płytami kostnymi
najstarsze ślady życia na Ziemi; charakterystycznie ukształtowane formy skalne utworzone w wyniku działalności sinic
warstwa atmosfery ziemskiej o podwyższonej zawartości ozonu; pochłania promieniowanie ultrafioletowe (UV), bardzo szkodliwe dla organizmów żywych
Zadania
Wskaż poprawne zakończenie zdania.
Przodkami ssaków są
- gady.
- płazy.
- ssaki naczelne.
- amonity.
- ryby pancerne.
Wskaż składniki pierwotnej atmosfery Ziemi.
- tlenki węgla
- wodór
- metan
- ozon
- tlen
Wskaż przystosowania obronne pierwszych zwierząt bezkręgowych.
- wapienne muszle
- chitynowe pancerze
- wapienne tarczki kostne
- płyty chrzęstne pokrywające tułów
Przyporządkuj nazwom grup organizmów nazwy tych elementów budowy, dzięki którym organizmy przystosowały się do życia na lądzie.
system tkanek przewodzących, chitynowy pancerz, narządy zdolne do pobierania tlenu atmosferycznego, skórzasta lub wapienna osłonka jaja, skrzydła, wodoodporna kutykula, 2 pary kończyn, płuca, zrogowaciała skóra
| rośliny | |
|---|---|
| owady | |
| gady |
Oceń prawdziwość zdań i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
W wyniku procesów prowadzonych przez organizmy zdolne do fotosyntezy
| Prawda | Fałsz | |
| powstała warstwa ozonowa, chroniąca Ziemię przed promieniowaniem UV. | □ | □ |
| w atmosferze nagromadził się tlen, który spowodował zagładę organizmów oddychających beztlenowo. | □ | □ |
| wyginęły pierwsze organizmy jądrowe. | □ | □ |
| w atmosferze zmalała ilość dwutlenku węgla. | □ | □ |