Задания на ароморфозы растений и животных регулярно встречаются в ЕГЭ по биологии. В этой статье мы разберём ключевые эволюционные изменения — от бактерий до млекопитающих. Ты поймёшь, как усложнялись живые системы в ходе эволюции, и научишься уверенно решать задания по этой теме.
Ароморфоз — крупное эволюционное изменение строения и функций организма, которое приводит к общему повышению уровня биологической организации и позволяет живым существам освоить принципиально новую среду обитания. Важнейшие ароморфозы можно сравнить с глобальным обновлением системы: организмы получают уникальные свойства, которых не было у их предков. Например, появление лёгких позволило позвоночным животным покинуть воду и начать дышать атмосферным воздухом на суше.
Развитие растительного мира
Изменения климата и состава атмосферы Земли напрямую определяли ход эволюции растений. Рассмотрим основные приобретения в хронологическом порядке.
Архейская и протерозойская эры
В архейскую эру зародились базовые биологические процессы. Сначала возникли хемоавтотрофные бактерии, способные получать энергию из химических реакций. Затем у зелёных и пурпурных бактерий, а позже у цианобактерий, возник процесс фотосинтеза. Это обеспечило постепенное накопление кислорода в атмосфере планеты.
В протерозойскую эру появилось кислородное дыхание, которое оказалось эффективнее бескислородного брожения в 19 раз. Приблизительно 1,5 миллиарда лет назад возникли первые эукариоты — организмы с ядром. Затем последовало появление многоклеточности. Она позволила разделить функции: одни клетки стали отвечать за питание, а другие — за размножение. Появление полового процесса обеспечило источник комбинативной изменчивости и ускорило темпы эволюции.
Палеозойская эра: выход на сушу
В силурийский период палеозойской эры (около 440 миллионов лет назад) растения начали осваивать сушу. Для выживания в воздушной среде им потребовались серьёзные изменения структуры:
- возникновение покровной ткани обеспечило защиту от высыхания под лучами солнца;
- формирование механической ткани дало внутреннюю опору, так как воздух не поддерживает тело так, как это делает плотная водная среда;
- появление проводящей ткани (ксилемы и флоэмы) сделало возможным целенаправленный транспорт воды и питательных веществ по всему организму;
- образование ризоидов, а затем и настоящих корней, помогло поглощать воду из почвы;
- образование листьев многократно увеличило площадь поверхности для фотосинтеза.
В каменноугольный период (карбон) появились семенные растения. Их главными ароморфозами стали переход к опылению с помощью ветра и образование семени. Семя содержит запас питательных веществ и надёжно защищает зародыш от неблагоприятных условий. Это позволило растениям размножаться без обязательного присутствия капельно-жидкой воды.
Мезозойская эра: торжество цветковых
В меловой период мезозойской эры (около 130 миллионов лет назад) появились покрытосеменные растения. Возникновение цветка помогло привлекать насекомых для точечного и эффективного опыления, а завязь пестика надёжно скрыла семязачатки. Образование плода обеспечило дополнительную защиту семян и способствовало их дальнему распространению с помощью ветра, воды или животных.
Важнейшие ароморфозы животных
У животных на протяжении истории тоже наблюдается постепенное усложнение строения. Переход от одноклеточности к многоклеточности позволил распределить задачи между группами клеток. Возникновение двусторонней симметрии дало возможность активно и целенаправленно двигаться вперёд.
Образование трёх зародышевых листков (эктодермы, мезодермы и энтодермы) привело к формированию комплекса внутренних органов. Развитие мышечной ткани позволило животным совершать быстрые движения, а появление нервной системы обеспечило координацию работы всего тела.
Беспозвоночные животные
Каждый тип беспозвоночных внёс вклад в усложнение животного мира. У плоских червей впервые сформировался третий зародышевый листок — мезодерма, из которой развилась настоящая мышечная ткань. Также появилась протонефридиальная выделительная система для фильтрации внутренней среды.
У круглых червей возникла первичная полость тела — схизоцель. Она работает как гидроскелет и переносит питательные вещества. Появление анального отверстия сделало пищеварение завершённым, пища стала двигаться только в одном направлении. Возникновение раздельнополости усилило генетическое разнообразие потомства.
Кольчатые черви приобрели сегментацию тела, что позволило специализировать отдельные участки организма. У них образовалась вторичная полость тела — целом, ставшая надёжным вместилищем для органов. Замкнутая кровеносная система во много раз ускорила транспорт кислорода.
У членистоногих произошло полное освоение суши. Появление хитинизированной кутикулы дало защиту от высыхания и прочный наружный скелет. Членистые конечности позволили совершать сложные движения. Тело разделилось на отделы: голову, грудь и брюшко. Появились органы воздушного дыхания — трахеи и лёгочные мешки, а внутреннее оплодотворение сделало процесс размножения независимым от водоёмов.
У моллюсков произошло слияние сегментов в крупные функциональные отделы: голову, туловище и ногу. Появилось сердце для ускорения кровообращения и пищеварительная железа (печень) для эффективного расщепления химических соединений.
Хордовые животные
Общие черты всех хордовых включают наличие хорды — упругого осевого скелета, нервной трубки на спинной стороне тела и жаберных щелей в глотке для газообмена.
У позвоночных хорда заменяется позвоночником, а головной мозг защищается черепом. Появление парных конечностей и челюстей, образованных из жаберных дуг, сделало рыб более подвижными и позволило им активно охотиться. У костных рыб важным ароморфозом стало возникновение плавательного пузыря, который обеспечивает контроль плавучести.
При выходе предков земноводных на сушу появились лёгкие для дыхания атмосферным воздухом и сформировался второй круг кровообращения благодаря трёхкамерному сердцу. Грудные и брюшные плавники превратились в пятипалые конечности рычажного типа. Для восприятия звуков в воздушной среде сформировалось среднее ухо с барабанной перепонкой.
Пресмыкающиеся окончательно завоевали сушу. Кожа покрылась роговой чешуёй для защиты от потери влаги. Появились ячеистые лёгкие с развитыми дыхательными путями. Главным достижением стало возникновение зародышевых оболочек (амниона, хориона, аллантоиса) и яйцевых оболочек, что позволило эмбриону безопасно развиваться вне водоёма. Выделение мочевой кислоты через тазовые почки помогло экономить воду в организме.
У птиц и млекопитающих сформировалось четырёхкамерное сердце с полным разделением потоков крови, что привело к появлению постоянной температуры тела (теплокровности). Головной мозг с развитой корой больших полушарий обеспечил сложные формы поведения. Млекопитающие приобрели волосяной покров и млечные железы для выкармливания молодняка.
Решение заданий по геохронологической шкале
В экзаменационных вариантах ЕГЭ часто встречаются задачи, где предлагается изображение вымершего животного или растения. Нужно определить эру и период его обитания по физико-географической таблице, а также указать его ароморфозы.
Для решения необходим алгоритм. Разберём его на примере. Перед тобой схематичное изображение древней птицы — археоптерикса. В условии сказано, что животное обитало 150 миллионов лет назад. Дана классическая геохронологическая таблица.
Алгоритм:
1. Определи эру. Изучи колонку возраста эр. Нужно найти накопительную сумму миллионов лет сверху вниз по таблице, в которую укладывается цифра 150. Мезозойская эра началась 252 миллиона лет назад и закончилась 66 миллионов лет назад. Наше значение идеально укладывается в этот временной промежуток. Эра — мезозойская.
2. Определи период. Считай длительность периодов мезозойской эры снизу вверх (от самого древнего к новому).
Триас длился 51 миллион лет. Юра длилась 56 миллионов лет. Мел длился 79 миллионов лет. Начало мезозоя — 252 миллиона лет назад.
Отнимаем триас: 252 − 51 = 201 миллион лет назад (это граница триаса и юры).
Отнимаем юру: 201 − 56 = 145 миллионов лет назад (конец юры).
Животное жило 150 миллионов лет назад. Значение находится между 201 и 145 миллионами лет назад. Следовательно, период — юрский.
3. Опиши признаки и дай объяснения. Опираясь на знания теории, дай характеристику организма. У археоптерикса птичьи черты включают наличие перьевого покрова и крыльев (образованных передними конечностями). Черты пресмыкающихся: челюсти с настоящими зубами, длинный хвост с позвонками и развитые пальцы с когтями на передних конечностях. Каждую деталь нужно явно прописать в ответе.
Практика
Теперь выполни несколько упражнений, чтобы закрепить материал. Внимательно читай условия.
Задание 1
Установи соответствие между ароморфозом и эрой, в которой он впервые возник.
Ароморфозы:
А) Появление хлорофилла и фотосинтеза.
Б) Выход растений на сушу.
В) Появление двойного оплодотворения и цветка.
Г) Появление первого семени.
Эры:
1. Протерозойская.
2. Палеозойская.
3. Мезозойская.
4. Архейская.
Пояснение:
- А — 4. Фотосинтез возник у цианобактерий в архее.
- Б — 2. Выход на сушу (появление риниофитов) произошёл в палеозое, силурийский период.
- В — 3. Цветковые растения появились в мезозое, меловой период.
- Г — 2. Семенные папоротники образовались в палеозое, каменноугольный период.
Ответ: 4232.
Задание 2
Выбери три верных ответа из шести предложенных. Какие из перечисленных структур относят к ароморфозам пресмыкающихся, позволившим им полностью освоить наземную среду?
- Возникновение теплокровности.
- Внутреннее оплодотворение.
- Наличие амниотического яйца.
- Появление костного или хрящевого черепа.
- Формирование роговых чешуй на эпидермисе.
- Органы дыхания в виде наружных жабр.
Пояснение: внутреннее оплодотворение позволило размножаться без скоплений воды (2). Амниотическое яйцо защитило развивающийся зародыш от высыхания на суше благодаря оболочкам (3). Роговые чешуи предотвратили избыточную потерю воды через поверхность кожи (5).
Теплокровность возникла только у птиц и млекопитающих. Череп появился ещё у рыб. Наружные жабры характерны для личинок земноводных.
Ответ: 235.
Задание 3
Назови не менее трёх ароморфозов, возникших у предков земноводных животных при переходе к наземному образу жизни. Объясни их приспособительное значение.
Чтобы получить максимальный балл, детально изложи пункты и объясни значение каждого:
- Рычажные пятипалые конечности обеспечили возможность передвигаться по твёрдому субстрату суши, опираясь на землю.
- Лёгочное дыхание сделало возможным газообмен с атмосферным воздухом в условиях отсутствия постоянной водной среды.
- Трёхкамерное сердце и второй (лёгочный) круг кровообращения повысили уровень обмена веществ. Ткани стали получать смешанную кровь, более богатую кислородом, чем венозная кровь рыб.
- Среднее ухо с барабанной перепонкой усилило звуковые колебания, которые в воздушной среде распространяются хуже, чем в плотной воде.
Заключение
Теперь ты понимаешь последовательность усложнения живых организмов и можешь объяснить значение ключевых ароморфозов. Ты умеешь:
- определять эру и период по геохронологической таблице;
- находить признаки адаптаций у растений и животных;
- использовать эти знания для обоснования развёрнутых ответов на ЕГЭ.
Важно не просто назвать новый орган или структуру (например, семя), а объяснить, какое преимущество они дали организму: защиту, независимость от воды, более эффективное размножение и так далее.
Чтобы закрепить материал, реши несколько заданий с изображениями вымерших организмов и переходных форм из «100балльного банка».
