Тема происхождения и эволюции органического мира помогает понять, как возникла жизнь на Земле, почему менялись живые организмы и как учёные определяют возраст древних находок. В статье разберём основные гипотезы происхождения жизни, радиоизотопное датирование и работу с геохронологической шкалой. Эти знания нужны для заданий ЕГЭ по биологии на эволюцию, доказательства эволюции и определение эры или периода по таблице.
Возраст Земли и методы его определения
Наука далеко не сразу пришла к современным представлениям о возрасте Земли.
Уильям Томсон, более известный как лорд Кельвин, был одним из крупнейших физиков второй половины XIX в. Несмотря на глубокую религиозность, он не принимал библейское представление о том, что Земле всего несколько тысяч лет. Вместо этого Кельвин попытался определить возраст планеты с помощью научного метода, опираясь на изучение тепла, исходящего из недр Земли.
При этом он оставался противником теории Чарлза Дарвина и надеялся использовать свои расчёты как аргумент против эволюции. Логика Кельвина была простой: если Земля существует сравнительно недолго, то эволюция не могла происходить достаточно долго, чтобы привести к такому разнообразию живых организмов.
Кельвин попытался определить возраст Земли, исходя из скорости её остывания. Он знал, что температура горных пород повышается по мере приближения к центру планеты, и считал это следствием постепенной потери внутреннего тепла. Учёный предполагал, что Земля сформировалась из множества небольших космических тел. Энергия их столкновений, по его мнению, создала раскалённое ядро. После завершения формирования планета уже не получала нового тепла и потому должна была медленно остывать, подобно горячему углю.
Кельвин считал, что поверхность Земли остыла быстрее всего, тогда как ядро продолжает постепенно отдавать тепло. В будущем, полагал он, планета должна полностью остыть. Основываясь на этих расчётах, физик оценил возраст Земли всего в 20–40 миллионов лет.
Однако история пошла по другому пути. Главная ошибка лорда Кельвина заключалась в том, что он считал Землю полностью лишённой внутренних источников тепла.
Спустя несколько лет после смерти Чарльза Дарвина, в 1896 г., французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности. Исследуя связь между люминесценцией и недавно обнаруженными рентгеновскими лучами, он выяснил, что уран самопроизвольно испускает излучение.
Это открытие показало, что внутри Земли постоянно выделяется дополнительная энергия. Радиоактивный распад нагревает недра планеты и замедляет её остывание. Именно поэтому расчёты Кельвина оказались неверными, а реальный возраст Земли — значительно больше, чем предполагал учёный.
Радиоактивный распад элементов в недрах Земли выделяет огромное количество энергии. Именно он поддерживает высокую температуру мантии и ядра, замедляя остывание планеты.
Сам лорд Кельвин до конца жизни так и не признал, что радиоактивности достаточно для постоянного нагрева Земли. Тем не менее именно радиоактивный распад позже стал главным инструментом для определения возраста планеты.
Сегодня геологи и палеонтологи используют радиоизотопные методы датирования. Согласно современным расчётам, возраст Земли составляет около 4,5 миллиарда лет — на несколько порядков больше, чем предполагал Кельвин.
Современные методы датирования в геологии и палеонтологии основаны на распаде радиоактивных элементов. Период полураспада изотопов — величина постоянная, поэтому учёные могут использовать его как своеобразные «часы».
Для определения возраста специалисты измеряют соотношение между исходным радиоактивным элементом и продуктом его распада в горной породе или окаменелости. На основе этих данных вычисляется время образования образца. Благодаря этому методу учёные могут определять возраст находок и выстраивать точную геохронологическую шкалу истории Земли.
Происхождение жизни
На протяжении всей истории люди пытались объяснить появление живых организмов. Рассмотрим самые известные концепции, выделив их ключевые отличия.
Креационизм
Эта концепция основана на вере в то, что жизнь была создана сверхъестественной силой или божеством. Креационизм относится к области религиозных убеждений, а не науки, поэтому его положения нельзя проверить или подтвердить научными методами.
Теория самозарождения
Автором этой античной концепции считается Аристотель. Её сторонники полагали, что живые организмы могут самопроизвольно возникать из неживой материи. Например, долгое время люди верили, что мухи появляются сами собой из тухлого мяса.
Эту гипотезу экспериментально опроверг Франческо Реди. Он поместил куски мяса в несколько сосудов, часть из которых накрыл марлей. В закрытых сосудах личинки не появились, потому что мухи не могли отложить туда яйца. Эксперимент Реди показал, что живые организмы не возникают самопроизвольно из неживой материи.
Теория панспермии
Теория панспермии утверждает, что жизнь возникла не на Земле, а была занесена из космоса вместе с метеоритами или кометами. Известно, что многие космические тела действительно содержат органические молекулы, необходимые для формирования живых организмов. Однако эта гипотеза не объясняет, как именно появилась жизнь. Она лишь переносит место её возникновения с Земли в космическое пространство.
Абиогенез
Современная биология опирается на теорию абиогенеза — концепцию, согласно которой жизнь возникла из неорганических веществ в условиях ранней Земли.
Одной из самых известных гипотез абиогенеза стала коацерватная теория, предложенная Александром Опариным. Учёный предположил, что в «первичном бульоне» древнего океана органические молекулы постепенно объединялись в коацерваты — микроскопические капли, окружённые водной оболочкой. Внутри таких структур химические реакции протекали быстрее, что могло стать первым шагом к появлению примитивных клеток.
В 1950-х годах возможность химической эволюции экспериментально подтвердил Стэнли Миллер. Он попытался воспроизвести условия древней атмосферы Земли, используя смесь метана, аммиака, водорода и водяного пара. Через эту газовую смесь Миллер пропускал электрические разряды, имитируя удары молний. Спустя несколько дней в установке образовались сложные органические вещества, включая аминокислоты — важнейшие компоненты живых организмов.
Сегодня в науке наиболее распространена гипотеза РНК-мира. Согласно этой концепции, первые формы жизни были основаны не на ДНК, а на молекулах РНК. РНК считается уникальной молекулой, потому что способна одновременно выполнять две важнейшие функции: хранить генетическую информацию и действовать как фермент, ускоряя химические реакции.
Учёные предполагают, что именно молекулы РНК стали первыми органическими структурами, способными к передаче наследственной информации. Это могло стать ключевым этапом в возникновении жизни на Земле.
Разбор задания ЕГЭ
Это вымершее животное обитало 157–146 миллионов лет назад. Используя фрагмент геохронологической таблицы, установите эру и период, в которые обитал данный организм.
1. Определим эру, в которую жил бронтозавр. Мезозойская эра началась около 240 миллионов лет назад и продолжалась примерно 170 миллионов лет — до начала кайнозоя около 70 миллионов лет назад. Время жизни бронтозавра попадает в этот интервал: от 240 до 70 миллионов лет назад. Следовательно, бронтозавр жил в мезозойскую эру. При таких расчётах важно внимательно проверять каждое действие: правильно определить границы эры, сопоставить с ними время жизни организма и только после этого сделать вывод.
2. Теперь определим период внутри мезозойской эры, в который жил бронтозавр. Триасовый период начался 240 миллионов лет назад и продолжался 35 миллионов лет. Следовательно, он завершился около 205 миллионов лет назад: 240 − 35 = 205. После триаса начался юрский период. Он длился 58 миллионов лет — от 205 до 147 миллионов лет назад: 205 − 58 = 147. Бронтозавр жил примерно 157–146 миллионов лет назад. Этот временной промежуток почти полностью совпадает с концом юрского периода. Следовательно, бронтозавр относится к юрскому периоду мезозойской эры.
3. Вывод: мезозойская эра, юрский период.
Типичные ошибки учеников связаны с обычными арифметическими просчётами. Поэтому все вычисления лучше сначала выполнять на черновике и только затем записывать окончательный ответ.
Задания для самопроверки
Задание 1
Это вымершее животное, обитавшее 400 тысяч лет назад. Используя фрагмент геохронологической таблицы, установите эру и период, в которые обитал данный организм, а также укажите признаки, по которым вы определили класс животного по рисунку.
Задание 2
Рассмотрите организмы, изображённые на рисунке. Заполните пустые ячейки таблицы, используя элементы из списка. На рисунке показан окаменелый отпечаток древнего моллюска на горной породе.
Рисунок к заданию 2
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:_.jpg
(А) Доказательство эволюции (Б) Название организма (В) Время существования организма Список элементов: 1. Трилобит. 2. Архей. 3. Аммонит. 4. Сравнительно-анатомическое. 5. Мезозой. 6. Палеонтологическое.
Задание 3
Рассмотрите рисунок «Конечности разных отрядов млекопитающих». Заполните пустые ячейки таблицы.
Конечности разных отрядов млекопитающих
https://litvek.com/br/309267?p=74
(А) Тип приспособленности (Б) Уровень эволюционных изменений (В) Путь достижения биологического прогресса
Кайнозойская эра (животное существовало 400 тысяч лет назад, кайнозой начался 67 миллионов лет назад и длится до сих пор).
Период — антропоген (антропоген начался 1,5 миллиона лет назад и продолжается сейчас).
Класс Млекопитающие. Признаки на рисунке: дифференцированные зубы на челюсти (присутствуют клыки и резцы) и шёрстный покров. Возможные родственники — современные медведи.
Задание 2:
А — 6 (палеонтологическое доказательство).
Б — 3 (аммонит — эти моллюски часто встречаются в виде закрученных раковин).
В — 5 (мезозой, так как аммониты достигли своего расцвета именно в мезозойской эре).
Ответ: 635.
Задание 3:
А — 6 (морфологическая, так как наблюдается изменение формы и строения костей скелета).
Б — 5 (макроэволюция, поскольку речь идёт об образовании разных отрядов).
В — 3 (идиоадаптация, потому что общий уровень организации млекопитающих не изменился, но животные приспособились к различным средам обитания).
Ответ: 653.
Заключение
Эволюция — это длительный процесс изменений живых организмов, а современные научные методы позволяют восстановить историю жизни на Земле. Теперь ты умеешь различать основные теории происхождения жизни и понимать, какие доказательства подтверждают эволюцию, а также определять эры и периоды по геохронологической шкале. Эти знания пригодятся при решении заданий ЕГЭ по биологии из эволюционного блока и задач на анализ рисунков и таблиц. Чтобы лучше закрепить тему и избежать ошибок в вычислениях, потренируйся на заданиях из «100балльного банка».
