Наземные обитатели. Первые животные на суше

Сегодня мы отправимся в захватывающее путешествие в прошлое нашей планеты, когда поверхность Земли только начала заселяться её первыми жителями.

Сотни миллионов лет назад вся жизнь кипела в океане. Вода покрывала почти всю Землю, и никаких растений или животных на суше не существовало. Тогда природа поставила своим жителям необычную задачу: научиться жить вдали от привычной влажной среды. Сегодня мы узнаем о тех отважных пионерах, которые решились сделать первый шаг из океана на сушу, чем навсегда изменили облик нашей планеты.

Вопросы занятия: какие бывают животные; первые беспозвоночные на суше; первые позвоночные на суше; как древние животные покорили сушу.

Животный мир Земли невероятно многообразен. Около 95 % всех живых существ относятся к группе беспозвоночных. Эти существа отличаются отсутствием позвоночника и внутреннего костного скелета.

Среди них выделяются разнообразные формы жизни: насекомые, паукообразные, черви, моллюски и морские обитатели вроде медуз. Многие виды имеют защитный панцирь или внешнюю раковину, обеспечивающую прочность и защиту организма. Именно беспозвоночные были первыми живыми существами, которые освоили сушу.

Позвоночные, напротив, представляют собой лишь небольшую долю животного мира, составляя всего около 5 %. Однако именно эта группа включает наиболее сложных и высокоорганизованных существ, среди которых находятся рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие, включая человека. Ключевыми особенностями позвоночных являются наличие внутреннего костного или хрящевого скелета, развитого мозга и сложной системы кровообращения.

В этом уроке из позвоночных мы будем упоминать земноводных и пресмыкающихся. Давайте немного подробнее о них узнаем.

Земноводные, или амфибии, ведут двойную жизнь

Земноводные – класс животных, ведущих двойственную жизнь – и в воде, и на суше. В воде они откладывают икру и проходят стадию личинки.  Личинки земноводных называются головастиками. Они тоже живут в воде и дышат жабрами. А вот взрослую жизнь земноводные ведут на суше и дышат не только лёгкими, но и кожей. Их голая кожа, покрытая слизью, может пропускать воду и воздух. Все земноводные холоднокровные, то есть температура их тела приспосабливается к температуре окружающей среды. Обитают земноводные во влажных местах – у водоёмов, на болотах, в тропических лесах.

Именно земноводные были первыми позвоночными животными, которые вышли из воды и начали осваивать сушу.

От земноводных произошли пресмыкающиеся, по-другому их называют «рептилии». Это змеи, ящерицы, черепахи и крокодилы.  Рептилии тоже холоднокровные, но они способны поднимать температуру своего тела, например, греясь на солнце.

В ходе эволюции кожа пресмыкающихся стала сухой, она покрылась чешуёй, что защитило её от высыхания; их яйца приобрели защитную оболочку, а некоторые из них стали живородящими.

Именно благодаря этим изменениям рептилии стали первыми сухопутными позвоночными животными на Земле. Это значит, что весь их жизненный цикл стал проходить на суше.

Рептилии, в свою очередь, дали начало динозаврам и птицам, а также млекопитающим – всем зверям, которые выкармливают детёнышей молоком.

Давайте подробнее узнаем, как же проходило освоение суши живыми существами.

Представьте, что вы перенеслись на 450 миллионов лет назад. В те времена суша была пустынной и безжизненной – ни деревьев, ни травы, только камни и песок. А в воде кипела жизнь! Но однажды смелые первопроходцы решили выбраться на берег.

Сначала это были растения. Они «вышли» из воды и приспособились к жизни на суше, чем создали основу для будущей наземной экосистемы.

Ещё через 50 миллионов лет на сушу начали постепенно выходить животные.

Первым таким «разведчиком» стал тиктаалик – удивительное существо, похожее и на рыбу, и на ящерицу.

В его строении сочетаются черты тех и других. У него были жабры, но также и лёгкие, а плавники напоминали короткие лапы с костными элементами, похожими на пальцы. Он ещё плавал, но уже мог ползать по мелководью, опираясь на плавники.

Пока тиктаалик и его родственники только осваивали мелководья, древние беспозвоночные существа (далёкие предки скорпионов, многоножек и пауков) уже выбрались сушу.  Некоторые из них выглядели как настоящие монстры!

Почему именно они стали первыми?

Прочный панцирь защищал их от высыхания, лёгкие или трахеи позволяли дышать воздухом, а большое количество ног позволяло удобно передвигаться по неровной поверхности.

Учёные считают, что было несколько причин, почему они выбрались на сушу.

Главные из них: конкуренция в воде – в океанах было много хищников; новая пища – на суше появились первые растения и грибы; свободная экологическая ниша – на суше пока не было крупных хищников.

Первыми из беспозвоночных на сушу выбрались гигантские скорпионы.

Возраст самого старого, известного науке сухопутного скорпиона составляет 437 миллионов лет. Такой вывод учёные сделали благодаря тому, что на отпечатке сохранились следы кровеносной системы. А это значит, что эти существа уже могли дышать воздухом.

Эти скорпионы размером доходили до 70 сантиметров, что соизмеримо с размером средней современно собаки. Но они не имели жала, а добычу хватали как крабы – клещами.

После гигантских скорпионов, около 420 миллионов лет назад на суши выбрались панцирные пауки.

Они относятся к паукообразным, но не являются настоящими пауками, а представляют собой отдельную вымершую ветвь.

Размером они были от 2 миллиметров до 5 сантиметров и походили на мелких современных пауков, но не умели плести паутину. Как и скорпионы они вели хищный образ жизни, но для защиты от врагов некоторые их представили имели на спине твёрдые пластины.

Раньше учёные думали, что первые сухопутные животные появились около 428 миллионов лет назад. Этим рекордсменом считалась гигантская многоножка, потому что на её окаменелостях разглядели отверстия для дыхания воздухом. Но позже выяснилось, что возраст этих слоёв был определён неверно. На самом деле многоножка жила позже – около 414 млн лет назад. Многоножки достигали в длину двух с половиной метров, но были травоядными.

Таким образом, беспозвоночные животные первыми освоили сушу, приспособившись к новым условиям. А тиктаалик и ему подобные существа показали, как позвоночные смогли со временем полностью перейти к жизни на суше.

Можно сказать, что эти первые сухопутные существа изменили облик нашей планеты. Они помогли создать почву, то есть землю обогатили полезными веществами. Это позволило развиваться растениям. Они распространялись по поверхности земли благодаря животной активности и потребляли углекислый газ, выделяя кислород. Что в свою очередь привело к изменению атмосферы Земли – она стала более благоприятной для жизни.  Новые условия на суше привлекли туда первых позвоночных животных.

Первыми позвоночными, которые окончательно переселились из воды на сушу, стали древние земноводные – стегоцефалы.

Именно они заложили основу дальнейшей эволюции позвоночных, открыв путь рептилиям, птицам и млекопитающим, включая современного человека.

Стегоцефалы произошли от рыб-амфибий, к которым принадлежал и тиктаалик, но уже были приспособлены к жизни на суше.

Так, вместо плавников у них уже были лапы и лёгкие вместо жабр. Их кожа удерживала влагу, что позволяло находиться на суше долгое время. Некоторые виды имели панцирные пластины на голове, поэтому они и получили название «стегоцефалы», что означает «панцирноголовые».

Обитали они у воды, но могли ползать по суше в поисках пищи или новых водоёмов. Охотились на насекомых и мелких беспозвоночных.

Стегоцефалы откладывали икру в воду, как современные лягушки, потому что их детёныши (головастики) всё ещё дышали жабрами. Это показывает, что они не полностью порвали связь с водной средой.

Таким образом, стегоцефалы – не просто первые, а самые успешные наземные позвоночные своего времени.

После земноводных стегоцефалов эволюция сделала революционный шаг – появились пресмыкающиеся, которые окончательно порвали связь с водой. От них в свою очередь произошли звероподобные ящеры – терапсиды.

Эти удивительные животные имели признаки и рептилий и современных млекопитающих. Например, их конечности располагались под туловищем (а не по бокам, как у ящериц), что давало большую скорость и выносливость, а мозг был более развитым.

Терапсиды могли жить в засушливом климате и при необходимости питаться падалью. Их потомки – цинодонты – дали начало первым млекопитающим, в том числе и нам с вами.

Выход на сушу был серьёзным испытанием для древних организмов. Чтобы успешно адаптироваться к новым условиям, им пришлось преодолеть несколько важных препятствий.

Под водой рыбы дышат кислородом, растворённым в воде, используя свои жабры. Однако на суше этот способ дыхания бесполезен. Воздух намного менее плотный, чем вода, и кислород содержится в нём в виде газа. Вот почему первым наземным животным потребовались особые органы для извлечения кислорода из атмосферы.

Когда все эти существа вышли из воды, им пришлось научиться дышать по-новому.  Так, панцирные пауки и скорпионы «спрятали» свои жабры внутрь тела, и они превратились в «книжные лёгкие» – особые пластинки, похожие на страницы книги. Многоножки же для дыхания стали использовать трахеи – тонкие трубочки, по которым воздух поступал прямо к органам. Эти приспособления помогли им навсегда покинуть воду и заселить сушу.

Тиктаалик же использовал двойную систему дыхания: жабры в воде и примитивные лёгкие на суше.

Кроме того, что на суше живым существам необходимо было научиться дышать воздухом, перед ними стояли ещё две важных задачи: не высохнуть на солнце, ведь вода мгновенно испаряется с поверхности тела, и научиться ходить без поддержки воды, ведь из-за гравитации на суше каждый шаг даётся с трудом.

На суше главной проблемой становится быстрое высыхание тела. Без воды ткани теряют эластичность, кровь сгущается, обмен веществ замедляется. Животные искали пути защитить себя от чрезмерной потери жидкости.

И нашли такие решения. Чтобы преодолеть испытание солнцем многоножки покрылись восковым панцирем, первые земноводные научились запасать воду внутри тела, а некоторые существа вели ночной образ жизни, прячась днём во влажных укрытиях.

Водная среда обеспечивает поддержку веса тела, позволяя свободно двигаться. Но на суше всё иначе: гравитация тянет животное вниз. Чтобы держать собственное тело, передвигаться и преодолевать препятствия нужны крепкие ноги.

Поэтому со временем плавники превратились в крепкие лапы с суставами, появился прочный позвоночник, способный выдерживать вес тела и развились мощные мышцы.

Конечно, первые шаги наземных существ были медленнее и неуклюжее, чем плавание в воде, однако со временем структура костей и суставов совершенствовалась, обеспечивая возможность быстрого перемещения по земле.

Таким образом, решение трёх главных задач – дыхание воздухом, защита от высыхания и передвижение по твёрдой поверхности – позволило древним животным завоевать новый мир, став основоположниками всей последующей жизни на суше.

Давайте подведём итоги. Животные делятся на беспозвоночных и позвоночных. Первыми на сушу вышли скорпионы, паукообразные и многоножки. Первыми позвоночными на суше стали земноводные – стегоцефалы. Животные покорили сушу, научившись дышать воздухом, защищаться от высыхания и передвигаться по твёрдой поверхности.