Выход на сушу: как менялись растения и животные без «лестницы прогресса»
Сушу осваивали разные линии в разное время. На филогенетической карте разберём многоклеточных водорослей, ранние наземные растения, сосудистые ткани, семена и цветки, а также ранних животных, хордовых, четвероногих, рептилий, птиц и млекопитающих.
Федеральная программа · углублённый уровень · 11 класс
Происхождение и развитие жизни на Земле
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Происхождение многоклеточности и крупных линий
- Растения: выход на сушу, споры, сосудистые ткани, семена, цветки
- Животные: вендская фауна и кембрийское разнообразие
- Первые хордовые и эволюция позвоночных
- Амфибии, рептилии, млекопитающие и птицы
- Освоение суши беспозвоночными и позвоночными
- Принцип ключевого ароморфоза
- Практические сравнения отделов растений и позвоночных
Как это устроено
Растения произошли в эволюционной истории от зеленоводорослевой линии, но современная водоросль не является прямым предком современного дуба. Наземная жизнь требовала защиты от высыхания, транспорта и размножения в новых условиях. У ранних наземных форм были споры; позднее у отдельных ветвей появились развитые сосудистые ткани, семена, а у покрытосеменных — цветки и плоды. Мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные — не четыре последовательные ступеньки одной ныне живущей линии.
Многоклеточность животных и растений имеет разные истории. Эдиакарские ископаемые показывают позднепротерозойское разнообразие, но родство многих форм спорно. Кембрийское увеличение находок и форм строения занимало значительное геологическое время; его нельзя представлять как одномоментное создание всех современных типов животных. Хордовые — ветвь внутри животных; ранние позвоночные развивались в водной среде.
Переход потомков лопастепёрых рыб к разнообразным четвероногим включал изменение опоры, дыхания и размножения. Амфибии в школьном смысле не являются прямыми предками каждой ныне живущей рептилии, а рептилии как крупная линия включают птиц при кладистическом рассмотрении. Млекопитающие и птицы происходят от разных ветвей амниот и имеют собственные истории. Беспозвоночные, включая членистоногих, также независимо осваивали сушу.
Термин «ключевой ароморфоз» помогает связать новшество с расширением доступных экологических возможностей, но не обещает неизбежного успеха и не измеряет ценность организмов. Семя полезно в определённых условиях, а бессеменные растения успешно существуют сегодня. Практическое сравнение строения отделов растений и позвоночных требует различать общий наследственный план и приспособление, а не составлять лестницу «низший — высший».
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Выход растений на сушу
Длительный эволюционный переход потомков водорослевых линий к жизни на суше с изменениями защиты, размножения и транспорта веществ.
Пример: Покровы, споры и взаимодействие с грибами помогали ранним наземным растениям.
- Сосудистая ткань
Специализированная проводящая ткань растения для переноса воды, минеральных и органических веществ и часто механической поддержки.
Пример: Ксилема и флоэма помогли увеличивать размеры многих наземных растений.
- Спора
Клетка размножения или расселения, способная развиваться без слияния с другой клеткой на данном этапе жизненного цикла.
Пример: Споры папоротника дают гаметофит в подходящих условиях.
- Семя
Структура семенного растения, содержащая зародыш, запас питательных веществ или источник питания и защитные оболочки.
Пример: Семена сосны развиваются без образования плода.
- Цветок
Специализированный орган полового размножения покрытосеменных, включающий структуры образования гамет и часто привлечения опылителей.
Пример: После оплодотворения части цветка участвуют в формировании семени и плода.
- Ароморфоз в школьной модели
Крупное эволюционное изменение организации, расширяющее возможности освоения разных условий у потомковых линий; термин не задаёт универсального ранга «лучше».
Пример: Появление семени уменьшило зависимость части этапов размножения растений от свободной воды.
- Эдиакарская биота
Совокупность разнообразных позднепротерозойских ископаемых организмов и следов, многие из которых имеют спорное положение на дереве жизни.
Пример: Не каждого эдиакарского организма можно уверенно отнести к современной группе животных.
- Кембрийское расширение разнообразия
Геологически сравнительно быстрый рост видимого в ископаемой летописи разнообразия животных и планов строения в кембрии, не одномоментное возникновение всех нынешних типов.
Пример: Минерализованные скелеты и новые экологические взаимодействия улучшили сохранность и разнообразие находок.
- Хордовые
Эволюционная линия животных, у представителей которой на некотором этапе развития имеются хорда, спинная нервная трубка и другие общие признаки.
Пример: Позвоночные — одна из линий хордовых, но не все хордовые имеют позвоночник.
- Четвероногие
Линия позвоночных, восходящая к предкам с конечностями, возникшими при переходе от лопастепёрых рыб; некоторые потомки позже утратили конечности.
Пример: Киты и змеи принадлежат к линиям четвероногих, хотя их современное строение сильно изменено.
- Амниоты
Линия четвероногих с эмбриональными оболочками и особенностями размножения, к которой относятся млекопитающие и рептилии, включая птиц.
Пример: Амниотическое яйцо или соответствующие оболочки эмбриона изменили зависимость размножения от воды.
- Птицы
Современная ветвь тероподных динозавров с общими наследственными признаками и собственной дальнейшей эволюцией.
Пример: Птицы пережили вымирание конца мела, хотя другие динозавры исчезли.
Пример по шагам
Если птицы появились в истории тероподных динозавров, правильно ли сказать, что все динозавры полностью исчезли в конце мела?
- Нептичьи линии динозавров исчезли в массовом вымирании конца мела.
- Птицы — живущая ныне ветвь динозавров и пережили это событие.
- Поэтому уточнение «нептичьи динозавры» точнее, чем «все динозавры».
Вывод: Вымирание затронуло нептичьих динозавров; птицы продолжают их эволюционную историю.
Практическая работа
Ветвистая карта растений и позвоночных
- По опубликованным схемам разместите споровые, семенные и цветковые растения на ветвистом дереве с подписями новшеств.
- Отдельно разместите хордовых, четвероногих, амниот, млекопитающих и птиц, не проводя линию от современного вида к современному виду.
- На готовых цифровых изображениях сравните по три признака двух групп растений и двух групп позвоночных.
Что можно заключить: Древо показывает общих предков и новшества, а сравнительная работа проверяет конкретные признаки.
Безопасность: Используйте цифровые препараты и гербарии разрешённых обычных видов; не собирайте редких животных и растений.
Практическая работа
Изучение особенностей строения растений разных отделов
- По подписанным фотографиям мха, папоротника, хвойного и цветкового растения заполните одинаковые графы: проводящие ткани, корни, споры, семена и цветки.
- Для каждого объекта отмечайте «есть», «нет» либо «по этому изображению не определить», не называя спорангий семенем.
- Нанесите подтверждённые признаки на ветвящуюся схему родства и объясните, почему современные мхи не являются предками современных цветковых.
Что можно заключить: Сравнение органов и способов размножения выявляет разные эволюционные ветви растений; общие признаки отражают родство, а не линейную лестницу «простых» и «высших».
Безопасность: Используйте цифровые гербарии и обычные учебные образцы; не собирайте редкие мхи, папоротники и семенные растения и не пробуйте их части на вкус.
Практическая работа
Изучение особенностей строения позвоночных животных
- На сопоставимых изображениях рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих найдите общий план позвоночника и опишите различия в конечностях, покровах и дыхательных структурах.
- Отмечайте происхождение признака и исключения; например, отсутствие полёта у страуса не лишает его признаков птиц, а жабры личинки амфибии не делают её рыбой.
- Постройте упрощённое ветвящееся дерево и запишите, какие признаки видны на снимках, а какие требуют анатомических либо генетических данных.
Что можно заключить: Позвоночные имеют общий план строения с разнообразными производными признаками; сравнение современных групп не означает, что одна современная группа произошла от другой.
Безопасность: Работайте с открытыми музейными моделями и изображениями; не вскрывайте и не отлавливайте животных, особенно охраняемые виды, ради школьного задания.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.