Organizmų evoliucija vandenyje ir sausumoje
Gyvybė atsirado vandenyje ir ten ilgą laiką vystėsi (4.1.1 pav.). Manoma, kad pirmas gyvasis organizmas turėjo susiformuoti iš negyvų organinių junginių, plūduriuojančių vandenyje. Kaip tai įvyko?
Šioje temoje jūs:
- nagrinėsite gyvybės atsiradimo Žemėje prielaidas;
- susipažinsite su gyvybės raida Žemėje;
- išsiaiškinsite, kur ir kaip susiformavo vienaląsčiai ir daugialąsčiai organizmai.
Kaip atsirado gyvybė
Pirmykštė Žemė buvo įkaitęs magmos kamuolys ir joje sąlygų egzistuoti gyvybei tiesiog nebuvo (4.1.2 pav.). Prisiminkite, kaip atrodė Žemės planeta prieš maždaug 4,5 mlrd. metų.
Jau mokėtės, kad gyvybės pradžiai didžiausią įtaką turėjo cheminiai procesai, vykę cheminės evoliucijos metu. Vandenyje buvo daug ištirpusių neorganinių junginių ir iš jų formavosi įvairios organinių junginių molekulės. Pirmosios organinių junginių molekulės buvo smulkios, joms jungiantis susiformavo sudėtingos sandaros organinių junginių molekulės. Jų vandenyje prisikaupė tiek daug, kad virto šiltu ir tirštu pirminiu sultiniu. Pirminis sultinys – tai Žemės vandenyno vanduo su jame ištirpusiais cheminiais neorganiniais junginiais ir plaukiojančiomis įvairiomis organinių junginių molekulėmis. Dėl pirminio sultinio cheminių junginių sudėties, medžiagų gausos jame, šiltõs aplinkos Žemės vandenyne galėjo formuotis pirmosios gyvybės formos.
Pirminiame sultinyje pradėjo formuotis primityvieji organinių junginių dariniai, vadinami agregãtais. Jų turinį nuo išorės skyrė pusiau laidi membrana. Jie buvo panašūs į riebalų lašelius. Ir pirminiame sultinyje, ir agregatų viduje nuolat vyko įvairios cheminės reakcijos (4.1.3 pav.). Vykstant cheminėms reakcijoms, agregatų viduje susidarė naujų organinių junginių molekulių, iš kurių ilgainiui susiformavo pirmosios baltymų ir nukleorūgščių molekulės. Pradėjo rastis pirmosios primityviosios ląstelės.
Praslinko milijonai metų, kol iš agregatų susiformavo primityviosios ląstelės. Jos susidarė vandenyje, prieš 3,5 mlrd. metų susijungus paprastiems riebalų, baltymų, nukleorūgščių fragmentams (4.1.4 pav.).
Primityviosiose ląstelėse vyko gyvai ląstelei būdingi procesai: kvėpavimas, judėjimas, energijos naudojimas, medžiagų atsargų kaupimas, šalinimas ir dauginimasis. Dauginantis buvo atgaminamos į save panašios ląstelės. Gyvybinei veiklai reikėjo energijos. Ląstelės jos gaudavo rydamos ir skaidydamos vandenyje esančias organinių junginių molekules, todėl pirmosios ląstelės buvo vartotojos.
Ilgainiui, vykstant ląstelių kaitai, susiformavo chlorofilo turinčios ląstelės. Vandenyje atsirado pirmosios fotosintezę vykdančios ląstelės. Šios ląstelės jau gebėjo naudoti šviesos energiją maisto medžiagų (angliavandenių) gamybai, o į aplinką išskirdavo susidariusį deguonį. Tokios ląstelės vadinamos gamintojomis. Dėl gamintojų išskiriamo deguonies pradėjo keistis atmosferos cheminė sudėtis: mažėjo anglies junginių (anglies dioksido), kaupėsi deguonis. Šis įvykis turėjo didelės įtakos tolesnei gyvybės evoliucijos eigai.
Susiformavo palankios sąlygos ląstelėms gyvuoti, todėl jos sparčiai dauginosi. Bėgant laikui, jų atsirado labai daug. Joms visoms reikėjo daug energijos, gaunamos iš vandenyje laisvai plaukiojančių maisto medžiagų. Vartotojoms pradėjo stigti maisto medžiagų, todėl atsirado ląstelių, pradėjusių ryti kitas ląsteles. Manoma, kad iš šių ląstelių susidarė pirmosios branduolį ir membranines organeles turinčios ląstelės – eukariotinės ląstelės.
Galiausiai iš eukariotinių ląstelių pradėjo formuotis daugialąsčiai organizmai. Besidalijančios eukariotinės ląstelės neatsiskirdavo viena nuo kitos, o pradėjo gyvuoti ir bendradarbiauti grupėmis. Taip atsirado pirmieji primityvieji daugialąsčiai organizmai: dumbliai, jūrų žvaigždės, pintys (4.1.5 pav.).
Daugialąsčių organizmų sandara sudėtingėjo. Juose ląstelės diferencijavosi, formavosi skirtingas funkcijas atliekantys audiniai, pastarieji sudarė organus, o šie susijungė į organų sistemas. Taip susiformavo augalai, gyvūnai ir kiti daugialąsčiai organizmai.
Gyvybės vystymasis iš vandens į sausumą
Išsiaiškinote, kad gyvybė susiformavo vandenyje. Ji ilgą laiką jame ir vystėsi. Per fotosintezę išsiskyrė deguonis. Jo daugėjant susidarė ozono sluoksnis. Ozono sluoksnis sulaikė ultravioletinius spindulius, todėl fotosintetinančios bakterijos pakilo į paviršių, kad gautų kuo daugiau šviesos energijos, tada intensyviau vyko fotosintezė ir atsirado daugiau maisto to daryti negalinčioms ląstelėms. Iš vandenyje gyvenusių vienaląsčių organizmų formavosi daugialąsčiai. Keičiantis aplinkos sąlygoms, organizmai taip pat keitėsi. Atsirado didelė jų įvairovė: žaliadumbliai, duobagyviai, pintys, kirmėlės, nariuotakojai (4.1.1 pav.).
Iš pradžių vyravo bestuburiai. Formavosi sudėtingi vandenyje gyvenusių organizmų mitybos ryšiai (prisiminkite mitybos grandines, mitybos tinklus ir mitybos lygmenis). Didėjo plėšrūnų gausa ir įvairovė. Bestuburiams, neturintiems apsauginių kūno darinių, tapo nesaugu ir sunku išgyventi, todėl susiformavo bestuburiai moliuskai su tvirtais kūno dangalais – kriauklėmis (4.1.6 pav.).
Ieškoti maisto, gaudyti grobį tapo sunkiau, todėl išsivystė judrūs ir sudėtingesnės sandaros bestuburiai – nariuotakojai (vėžiagyviai) (4.1.7 pav.). Išoriniai griaučiai leido jiems bėgti, plaukti, gaudyti grobį ir apsisaugoti nuo pavojų.
Gyvybės atsiradimas ir išplitimas sausumoje yra dar vienas svarbus evoliucijos įvykis. Jis siejamas su fotosinteze ir ozono sluoksnio susidarymu. Sausumoje iš dumblių išsivystė augalai, o iš vandens bestuburių (vėžiagyvių) – sausumos bestuburiai, skorpionai, šimtakojai. Manoma, kad vieni pirmųjų sausumos augalų, augančių iki mūsų dienų, buvo samanos.
Prieš maždaug 360 mln. metų sausumoje pasirodė pirmieji senoviniai varliagyviai (4.1.8 pav.), iš jų išsivystė ropliai, o iš pastarųjų – paukščiai ir žinduoliai.
Nuo pat tada, kai atsirado pirmoji primityvioji ląstelė, iki šių dienų aplinkos sąlygos nuolat kinta. Kai vandenyje atsirado pirmoji ląstelė, Žemėje sausumos buvo labai mažai, tik mažos salelės pasaulio vandenyne. Ilgainiui susiformavo sausumos – žemynai, salos ir salynai. Nuolat keitėsi ir klimatas: šiltus ir drėgnus laikotarpius keitė šaltieji – ledynmečiai. Aplinkos sąlygų pokyčiai lėmė ne tik naujų organizmų formų atsiradimą ir vystymąsi, bet ir senųjų išnykimą. Pavyzdžiui, Žemėje neberasime dinozaurų, mamutų, kardadančių tigrų (4.1.9 pav.), medžio pavidalo pataisūnų ir asiūklūnų. Daugelis prieš milijonus metų gyvenusių organizmų rūšių išnyko, nes pakitusios sąlygos jiems netiko. Manoma, kad dinozaurai, milžiniški sporiniai induočiai išnyko prasidėjus ledynmečiui, vietoje jų išplito naujos gyvūnų ir augalų rūšys. Yra iškelta daug įvairių hipotezių, kodėl išnyko tam tikros gyvūnų rūšys, tačiau tikrųjų išnykimo priežasčių tiksliai nežinoma, todėl evoliuciją tiriantys mokslininkai šias paslaptis aiškinasi iki šiol.
Klausimai ir užduotys
- Apibūdinkite sąvokas „agregatas“, „primityvioji ląstelė“.
- Apibūdinkite, kas yra pirminis sultinys.
- Nuosekliai išdėliokite žodžius, kad atsispindėtų gyvybės raida: pirmoji primityvioji ląstelė, fotosintetinanti ląstelė, agregatas, daugialąstis organizmas.
- Palyginkite, kuo organinių junginių agregatas skiriasi nuo gyvosios ląstelės.
- Paaiškinkite, kodėl fotosintezė yra tokia svarbi gyvybei vystytis.
- Paaiškinkite, kodėl besivystančių naujų organizmų sandara, elgsena turėjo būti sudėtingesnė nei jų protėvių.
Praktinė veikla
- Iškastinės organizmų rūšys – organizmai (augalai, gyvūnai), klestėję Žemėje prieš daugelį tūkstančių metų, tačiau seniai išnykę. Naudodamiesi įvairiais informacijos šaltiniais, parenkite pranešimą tema „Prieš tūkstančius metų Žemėje gyvenę organizmai“. Daugiau informacijos rasite čia:
- Prisiminkite, ką išmokote apie evoliuciją. Parenkite minčių žemėlapį, kaip gyvybė vystėsi sausumoje ir vandenyje.
Apibendrinimas
- Pirminiame sultinyje pradėjo formuotis primityvieji organinių junginių dariniai – agregatai, iš agregatų formavosi pirmosios ląstelės. Visos pirmosios ląstelės buvo vartotojos.
- Iš pirmųjų ląstelių išsivystė fotosintezę vykdančios ląstelės. Jos į aplinką išskyrė deguonį. Pasikeitus atmosferos sudėčiai, organizmai galėjo gyventi ne tik vandenyje, bet ir sausumoje.
- Dėl maisto trūkumo vandenyje ląstelės pradėjo ryti kitas ląsteles – taip atsirado pirmosios eukariotinės ląstelės. Ilgainiui iš jų išsivystė daugialąsčiai organizmai. Formavosi didelė gyvųjų organizmų įvairovė tiek vandenyje, tiek sausumoje.
- Kintant aplinkos sąlygoms, mažiau prisitaikiusios organizmų grupės išnyko, vietoje jų išplito naujos.
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"