Historia życia w wodzie

Dawno, dawno temu powstało, czyli około 3,8 miliarda lat temu życie na Ziemi. Pierwsze komórki pojawiły się w morzach. Możemy to określić na podstawie występowania skamieniałości, czyli zachowane w skałach szczątki organizmów. Okres, w którym żył organizm zachowany w postaci skamieniałości, odpowiada okresowi, w którym powstały skały zawierające tą skamieniałość. To właśnie na ich postawie geologowie mogą określić wiek skał, a paleobiologowie, czyli uczeni zajmujący się historią życia, mogą określić główne etapy ewolucji życia na Ziemi.

Na początku były komórki. Nie zawierały jądra ani innych organelli komórkowych. Życie rozwijało się wówczas w warunkach beztlenowych, ponieważ ówczesna atmosfera nie zawierała tlenu. Uczeni sądzą, że te najwcześniejsze komórki mogły żyć w wodzie, której temperatura nie przekraczała 90 stopni C. W podobnych warunkach żyją niektóre współczesne gatunki bakterii.

Prawdopodobnie pierwsze komórki powstały ze związków zawartych w meteorytach, które spadają na Ziemię. Deszcze spłukały związki organiczne do mórz. W płytkich sadzawkach stężenie związków organicznych jest tak duże, że reagują one ze sobą tworząc makrocząsteczki biologiczne. Dodatkowo wulkany wyrzucały do atmosfery węgiel, wodę i amoniak, wyładowania elektryczne dostarczały energię do reakcji chemicznych, przez co powstały pewne związki organiczne.

Jak wspominałam pierwsze komórki nie zawierały wydzielonego jądra komórkowego, ani organelli, jak chloroplasty czy mitochondria. Budową przypominała obecne bakterie. Fotosynteza, pojawiła się prawdopodobnie przed ponad 3 miliardami lat. Wówczas był to jednak proces dość prymitywny, a około miliarda lat zajęło ewolucji jego udoskonalanie. Ubocznym efektem fotosyntezy stał się tlen, który jest nim i dziś. I od tego momentu rozpoczął się proces przekształcania atmosfery ziemskiej. W rezultacie ciągłego wydzielania tlenu przez żyjące w morzu fotozyntujące komórki, atmosfera z beztlenowej zamienia się w tlenową, podobną do dzisiejszej. Miało to wielki wpływ na kierunkiem zmian ewolucyjnych. Zaczęły ewoluować organizmy, które miały zdolność wykorzystywanie tlenu do biologicznego spalania zawiązków organicznych i uzyskania w ten sposób energii do życia.

Przed 650 milionami lat życie na Ziemi trwało bardzo długo, bo ponad 3 miliardy lat. Dopiero w tym okresie jednak masowo pojawiły się zwierzęta, a konkretniej morskie bezkręgowce. Niektóre z nich przypominały dzisiejsze pierścienice, inne nie były podobne do obecnie żyjących bezkręgowców.

Zanim jednak pojawiły się zwierzęta dokonały się przemiany ewolucyjne. Oprócz pierwotnych komórek przypominających dzisiejsze bakterie powstały komórki zawierające wydzielone jądra komórkowe. oraz charakterystyczne organelle: mitochondria w komórkach zwierzęcych i mitochondria oraz chloroplasty w komórkach zielonych glonów. Powstały też pierwsze organizmy zbudowane z wielu komórek, czyli organizmy wiele komórkowe.

Warto też zaznaczyć, że mitochondria były kiedyś samodzielnie żyjącymi komórkami bakterii tlenowych, a chloroplasty - komórkami sinic. Dzisiejsze komórki roślin i zwierząt są wynikiem jednego z najstarszych przypadków symbiozy, kiedy to komórki będące przodkami dzisiejszych komórek eukariotycznych pochłonęły wyspecjalizowane bakterie, które wykorzystywały tlen do utleniania związków organicznych, a także sinice, które przeprowadzały fotosyntezę. Właściwie w ten sposób powstał sprawny sposób symbiotyczny, który funkcjonuje do dziś.

Rośliny tkankowe

Ponad 400 milionów lat temu z glonów, konkretniej zielenic, rozwinęły się rośliny tkankowe. Odziedziczyły one po zielenicach chloroplasty, organelle zawierające barwniki fotosyntetyczne, czyli chlorofile i magazynujący produkt fotosyntezę, czyli skrobię. Niedługo po nich pojawiły się pierwsze bezkręgowce. Pierwsze rośliny lądowe, podobnie jak współczesne mchy, nie miały systemu służącego do transportu wody, czy substancji odżywczych, i podobnie jak one, mogły rosnąć jedynie na wilgotnych terenach. Z nich rozwinęły się rośliny naczyniowe.

Przodkowie dzisiejszych kręgowców pojawili się w morzach ponad 500 milionów lat temu. Pierwszą dużą grupą kręgowców, która się z nich rozwinęła były ryby. Istnieją na Ziemi już około 400 milionów lat, a niektóre gatunki, np. rekiny, nie zmieniły się zbytnio od 300 milionów lat.

Kręgowce na ląd wyszły 380 milionów lat temu. Lądową linię tak zwanych czworonogów zapoczątkowały ryby, z dziwnym wyglądem - ich płetwy były osadzone na krótkich trzonkach. Używały ich zarówno do pływania, jak i do pełzania po mieliznach i przybrzeżnych obszarach lądowych. Oprócz skrzeli, miały tez płuca. Dzięki temu mogły przez pewien czas przebywać poza wodą. To właśnie z takich trzonopłetwych ryb rozwinęły się płazy.

Dodam jeszcze, że rybacy w 1938r u wybrzeży Afryki wyłowili rybę Latimerię, należącą do trzonopłetwych. Byli wtedy bardzo zaskoczeni, gdyż uważano, że jest wymarła od 65 milionów lat. Odtąd latimerie nazywa się żyjącą skamieniałością.

Historia życia na lądzie

Płazy

Pierwsze kręgowce lądowe wyglądały jak ichtiostega. Płaz ten żył 380 milionów lat temu, a jego skamieniały szkielet znaleziono na Grenlandii. Bezpośrednimi przodkami ichtiostegi były trzonopłetwe. Wczesne płaz znalazły na lądzie bardzo dobre warunki do życia. Pożywienie zapewniały im obficie występujące na lądzie bezkręgowce i ich potomkowie np. współczesne żaby i traszki. Pierwsze kręgowce lądowe potrzebowały wody do rozmnażania. Podobnie jak dziś u żyjących płazów, że składanych jaj rozwijały się kijanki. Miały skrzela do czasu przeobrażenia się w dorosłego płaza. Ich skóra nie chroniła przed utrata wody, więc żyły w miejscach wilgotnych. Płazy królowały na Ziemi przez 75 milionów lat.

Gady

Około 300 milionów lat temu na Ziemi pojawiły się gady. Powstały one z odgałęzienia prymitywnych płazów. Wykształciły się u nich przystosowania pozwalające na całkowicie lądowy tryb życia. Do najważniejszych cech zaliczamy wykształcenie się łusek na ciele, które chronią przed utratą wody i otoczone grubą osłoną jaja, które pozwalają młodym rozwijać się na lądzie.

Zdecydowania najbardziej niezwykłą grupą gadów były dinozaury. Podniosły ogromny sukces ewolucyjny - szybko zróżnicowały się i rozpowszechniły po wszystkich środowiskach lądowych, skutecznie wypierając płazy. Uczeni uważają, że jednym z powodów sukcesu ewolucyjnego dinozaurów było wykształcenie przez nie mechanizmu utrzymania stałej temperatury ciała, czyli stałocieplności, dzięki m.in. rozmiarom ciała.

Najbliższym krewniakiem dinozaurów, nie licząc ptaków, jest krokodyl. Największym dinozaurem jaki chodził po Ziemi byłTyrannpsaurus rex i miał on 15 metrów długości i ponad 6 metrów wysokości. Był dwunożny.

Według badań przeprowadzonych na skamieniałościach dinozaury przez bardzo długi okres niepodzielnie panowały na Ziemi, ale wymarły 65 milionów lat temu. Stało się tak na najprawdopodobniej na skutek uderzenia w Ziemię ogromnej planetoidy. Spowodowała ona wzniesienie się do górnych warstw atmosfery pyłów, które na wiele lat odcięły dostęp światła słonecznego do powierzchni Ziemi. Następstwem było wyginięcie roślin, co spowodowało masowe wymieranie zwierząt.

W historii Ziemi zdarzały się niejednokrotnie zjawiska zwane wielkim wymieraniem. Największe z nich nastąpiło około 250 milionów lat temu - wtedy w ciągu kilku milionów lat (czyli w bardzo krótkim czasie z punktu widzenia historii życia) wymarło blisko 90% wszystkich gatunków. Wymarcie dinozaurów nastąpiło jeszcze szybciej, prawdopodobnie w ciągu mniej niż tysiąca lat. Wielkie wymierania kształtują bieg ewolucji, gdyż dzięki nim organizmy należące do małych i słabo rozwiniętych linii ewolucyjnych mogą nagle zdobyć szansę rozwoju. Taką szansę otrzymały ssaki po wymarciu dinozaurów.

Ptaki

Jednak zanim ssaki, to zwróćmy się w kierunku bezpośrednich potomków dinozaurów - czyli ptaków. Rozwinęły się one z gadów należących do jednej z grup dinozaurów. Przodkami ptaków nie są jednak pterozaury, czyli gady latające, a Archaeopteryx. Miał on cechy zarówno gadów jak i ptaków. Miał pióra, w jego dziobie występowały zęby. Skrzydła wykorzystywał natomiast podczas biegu lub do wykonywania długich skoków typowych dla zwierzęcia o nadrzewnym trybie życia. Upierzenie współczesnych ptaków odpowiada pierzastej okrywie dinozaurów drapieżnych.

Głównymi etapami ewolucji praptaków było: udoskonalenie układów krążenia i oddechowego (konieczne dla sprawności ruchowej i koniecznej do latania), przekształcanie kończyn przednich na skrzydła, wytwarzanie pustych w środku kości oraz lekkich i elastycznych piór.

Ssaki

Ssaki rozwinęły się z grupy stałocieplnych gadów ssakokształtnych około 200 milionów lat temu. W początkowym okresie ssaki szybko się rozprzestrzeniły, ale proces ten został zahamowany w erze dinozaurów. Wtedy ssaki były nieliczną grupą małych, owadożernych zwierząt, prowadzących nocny tryb życia. Ich szansa pojawiła się z chwilą nagłego wymarcia dinozaurów. Ich ewolucja postępowała odtąd bardzo szybko, czego efektem jest zróżnicowanie tych zwierząt. Jeszcze w czasach panowania dinozaurów powstały trzy grupy ssaków, które przetrwały do dziś. Są to stekowce, czyli ssaki jajorodne (dziobak, kolczatka), torbacze, które noszą młode w torbach (np. kangur) i łożyskowce u których rozwój zarodka odbywa się w ciele matki.

Ssaki przystawały się do większości środowisk na Ziemi. Występują na biegunie północnym, na równiku, można je spotkać w lasach, pustyniach, w glebie, wodzie i powietrzu, a od niedawna także w kosmosie.

Skamieniałości, analiza podobieństw anatomicznych i podobieństwo makrocząsteczek - białek i DNA, świadczą o tym, że człowiek należy do linia, która wyodrębniła się z rzędu naczelnych. Naszymi najbliższymi krewniakami są również należące do tego rzędu małpy człekokształtne: gibony, orangutany, a zwłaszcza szympanse i goryle. DNA człowieka i szympansa w ponad 98% składają się z identycznych genów.

Do swoiście ludzkich cech zaliczamy bardzo duży mózg, charakterystyczne proporcje czaszki i w pełni spionizowana postawa. Tylko ludzie posiadają niezwykle wysoko rozwiniętą zdolność wytwarzania i posługiwania się narzędziami. Człowiek ma również wysoko rozwiniętą samoświadomość i zdolność porozumiewania się i to dzięki tym cechom ludzie stworzyli kulturę.

Warto też zwrócić uwagę na to, że mimo, że w historii życia stopniowa pojawiały się coraz bardziej skomplikowane organizmy, to na Ziemi wciąż doskonale dają sobie radę bakterie - organizmy o najprostszej budowie. Nie zmieniły się zbytnio od ponad 2 miliardów lat. Całkowita masa wszystkich bakterii przekracza całkowitą masę wszystkich pozostałych organizmów.

Formy przejściowe kręgowców

Ichthyostega - forma przejściowa między rybami a płazami

Cechy rybie:

- obecność płetwy ogonowej

- ciało pokryte łuskami -

- linia boczna - obecność kręgów w ogonie

- budowa czaszki (liczba i rodzaje kości)

Cechy płazie:

- obecność kończyn

- ciało spłaszczone grzbietobrzusznie

- oczy położone w pozycji górnej

Seymouria - forma przejściowa między płazami a gadami

Cechy płazie:

- spłaszczona czaszka

- zapłodnienie i stadium młodociane

związane z wodą

- kształt kręgów

Cechy gadzie:

- wyraźnie wyodrębniony odcinek szyjny

- palce kończyn zakończone pazurami

- obecność zębów w szczękach



Praptak - Archeopteryx - forma przejściowa między gadami a ptakami

Cechy gadzie:

- uzębione szczęki

- obecność kręgów ogonowych (około 20) na lotki I- i II-rzędowe

- palce zakończone pazurami,

niezrośnięte z kośćmi śródręcza

- brak wyrostków haczykowatych na żebrach

- kość piszczelowa i strzałkowa niezrośnięte

- słabo rozwinięty móżdżek

Cechy ptasie:

- pokrycie ciała piórami, zróżnicowanymi

- obojczyki zrośnięte w widełki

- długa kość skokowa

Cynognathus – forma między gadami i ssakami

Cechy gadzie

- żuchwa: staw miedzy kością stawową żuchwy, a kwadratową czaszki funkcjonuje w uchu

- żebra sięgające do okolicy lędźwiowej

- sylwetka gadzia

Cechy ssacze:

- heterodontyzm: zęby policzkowe o zróżnicowanej powierzchni, umożliwiają obróbkę mechaniczna pokarmu

- wtórne podniebienie kostne: Umożliwiające pochłanianie pokarmu, jego żucie i oddychanie jednocześnie

- owłosienie( homologiczne do łusek gadzich)

- stałocieplność

- kończyny pod tułowiem

- staw łokciowy wygięty do tyłu

- staw kolanowy wygięty do przodu