История Земли и жизни на ней
Программа: авторская
Автор: канд. биол. наук Еськов К.Ю.
Год утверждения (начало апробации): 1994
Курс ведет канд. биол. наук К.Ю. Еськов
Публикация по теме:
Пояснительная записка
Цель настоящего спецкурса мне видится в том, чтобы у ученика возникла максимально целостная картина функционирования биосферы Земли в процессе ее исторического развития. Между тем, одно из положений теории систем гласит: систему невозможно оптимизировать по двум независимым параметрам одновременно; в частности, добиваясь целостности рисуемой картины, неизбежно приходится жертвовать ее детальностью — или наоборот. Попытка запихнуть в голову ученика побольше конкретных фактов в отсутствии некой обобщающей концепции неизбежно приведет нас к созданию ухудшенной копии старого университетского курса палеонтологии — унылого мартиролога вымерших организмов, который по сдаче экзамена следует забыть как страшный сон. Именно поэтому во многих случаях я вполне сознательно жертвовал палеонтологической и геологической конкретикой в пользу теоретических (иногда к тому же — в достаточной степени умозрительных) обобщений.
Поскольку спецкурс этот предназначен не для «среднестатистического школьника», а для людей, собирающихся связать свою судьбу с наукой, есть смысл по мере возможности демонстрировать им всю «научную кухню»: ход рассуждений, приведших исследователя к обсуждаемым выводам, историю борьбы различных теорий, и т.д. При этом я старался честно указывать на слабые стороны не только прошлых, но и ныне господствующих научных концепций; кое-кому это, возможно, покажется «подрывом авторитета науки в глазах школьника», но я думаю иначе. Выбирая форму изложения, я постарался приблизить ее (насколько это возможно) к реальному научному тексту — пускай приучаются.
Эйнштейн как-то раз вполне справедливо заметил, что если ученый не в состоянии объяснить ребенку суть своей работы на доступном для того уровне, это свидетельствует о его профессиональной непригодности. Все так, однако по ходу обсуждения у нас иногда будет возникать необходимость обращаться к знаниям, накопленным в иных, чем палеонтология областях — от методологии науки до теории систематики (они излагаются в специальным образом обозначенных «вставных» главах, предназначенных лишь для желающих). Честно говоря, я никак не могу поручиться, что мое изложение, к примеру, принципов неравновесной термодинамики (которая, разумеется, не входит в сферу моих профессиональных занятий) будет достаточно квалифицированным, и уж тем более — доходчивым.
Хочу также предупредить, что в ряде случаев я буду излагать факты и обобщения последних лет, которые в принципе могут быть названы «не достаточно проверенными» или, во всяком случае, «необщепринятыми». По этому поводу придется заметить, что в палеонтологии с «общепринятостью» концепций дело вообще обстоит неважно; вероятно, это общая специфика всех наук, имеющих дело с событиями прошлого — ведь в них прямо подтвердить или опровергнуть некую теорию можно, лишь имея в своем распоряжении пресловутую машину времени.
Структура программы
Эволюция и периодизация истории Земли (6 часов)
Проблема происхождения жизни (2 часа)
Эволюция биосферы в докембрии (6 часов)
Эволюция биосферы в палеозое (6 часов)
Эволюция биосферы в мезозое (6 часов)
Эволюция биосферы в кайнозое (6 часов)
Заключение (2 часа)
Содержание программы
Раздел 1. Эволюция и периодизация истории Земли
Тема 1. Возраст Земли, Солнечной Системы и Вселенной
Физическое и геологическое время. Абсолютный и относительный возраст. Изотопные методы определения абсолютного возраста. Возраст Земли и Солнечной Системы (соответствие возрастов древнейших горных пород и метеоритного вещества).
Стратиграфия — определение относительного возраста. Геохронологическая шкала.
Методология науки: принцип актуализма, «бритва Оккама» и презумпции.
Тема 2. Происхождение Земли, эволюция литосферы и климата
Происхождение нашей планеты. Гипотезы «изначально холодной» и «изначально горячей» Земли. Гравитационная дифференциация недр. Эволюция земной коры. Основные положения теории тектоники плит. Дрейф континентов и разрастание океанического дна. Мантийная конвекция: мантия с одной и двумя конвекционными ячейками и переходные состояния. Взаиморасположение материков, островных дуг и эпиконтинентальных морей в различные эпохи.
Влияние расположения материков на систему морских течений и циркуляцию атмосферы. Глобальные изменения климата и их причины. Жесткая взаимосвязь между структурой течений, размером полярных шапок и газовым составом атмосферы, их динамика. Насколько опасен парниковый эффект?
Методология науки: научность, правильность и правдоподобие гипотез. Парадигмы и их смена.
Раздел 2. Проблема происхождения жизни
Тема 3. Теории происхождения жизни на Земле
Происхождение жизни: абиогенез и панспермия. Гиперцикл. Геохимический подход к проблеме. Особая роль свойств воды в возникновении жизни.
Принципиальная возможность существования жизни на иной химической основе. Возможность жизни на других планетах.
Термодинамические подходы к сущности жизни и проблеме ее возникновения. Второе начало термодинамики, энтропия и диссипативные структуры.
Раздел 3. Эволюция биосферы в докембрии
Тема 4. Древнейшие следы жизни на Земле и прокариотный мир до кембрия
Древнейшие следы жизни на Земле, их возраст. Проблема автотрофности или гетеротрофности первых организмов. Возникновение первых экосистем. Современные водорослевые маты как аналог первых на Земле сообществ. Строматолиты. Изменения газового состава атмосферы.
Возникновение эукариотности.
Тема 5. Возникновение многоклеточности
Гипотеза кислородного контроля. Эдиакарский эксперимент — возникновение бесследно исчезнувшей фауны бесскелетных многоклеточных. Осо бенности морских экосистем венда.
Проблема взаимоотношений хищника и жертвы в экологическом и фило генетическом масштабах времени.
Теории происхождения многоклеточных животных: колониальная теория и целлюляризация.
Методология науки: Принципы биологической систематики. Филогенетическая система органического мира
Раздел 4. Эволюция биосферы в палеозое
Тема 6. Кембрий — начало фанерозоя
Кембрий — начало фанерозоя. «Скелетная революция» — возникновение современных типов организмов с минеральным скелетом. Пеллетный транспорт — ключевое событие в эволюции морской экосистемы. Расширение эвфотической зоны, появление макрофитов. Три принципиальных этапа в развитии морской экосистемы: кембрийский, палеозойский и современный.
Тема 7. Эволюция биосферы в палеозое
Появление наземных экосистем. Происхождение ключевых наземных групп — высших растений и насекомых. Возникновение почв и почвообразователей.
Палеогеография, климат, биогеографические области. Еврамерия, Гондвана и Ангарида. «Вымершие климаты». Верхнепалеозойские оледенения, их влияние на биоту. Дрейф континентов в палеозое. Эволюция растений и насекомых. Наземные и пресноводные экосистемы: понятие о «вымерших экосистемах». Углеобразование: его условия и влияние на газовый состав атмосферы.
Эволюция позвоночных. Происхождение амфибий и рептилий. Принцип ключевого ароморфоза.
Методология науки: понятие о «вертикальной» и «горизонтальной» классификациях (клады и грады).
Раздел 5. Эволюция биосферы в мезозое
Тема 8. Основные события мезозоя
Палеогеография, климат, биогеографические области. Расположение материков и обогрев полюсов. «Вся Земля — сплошные субтропики».
Эволюция растений и насекомых. Происхождение покрытосеменных. Наземные и пресноводные экосистемы
Эволюция позвоночных. Два рептильных ствола — тероморфный и завроморфный. Происхождение млекопитающих и птиц. Динозавры
«Маммализация» териодонтов, «ангиоспермизация» голосеменных и прочие «…зации»: параллельная эволюция с филогенетической и экологической точек зрения.
Тема 9. Закономерности глобальных биоценотических кризисов
Среднемеловой биоценотический кризис — экспансия покрытосеменных. Равновесная модель динамики фитоценозов. Позднемеловой кризис — «великое вымирание». Биотические и «импактные» гипотезы. Несостоятельность гипотез «ударного воздействия» и объяснение иридиевых аномалий. Общие закономерности глобальных экологических кризисов. Особенности современного кризиса и его вероятные последствия.
Раздел 6. Эволюция биосферы в кайнозое
Тема 10. Основные события кайнозоя
Кайнозой: палеогеография, климат, биогеографические области. Замыкание Полярного бассейна, установление антарктической циркуляции и усиление зональности климата.
История основных современных биомов. Появление тропических лесов. Эволюция степей и саванн (пример экосистем, регулируемых верхним трофическим уровнем).
Эволюция сообщества наземных позвоночных («дырчатая модель» фаунистических смен на примере Южной Америки).
Четвертичный период. Оледенения и их периодизация. Пульсация пустынь и ее связь с оледенениями. Перигляциальные сообщества. Тундростепь. Мамонтовая фауна и причины ее вымирания.
Тема 11. Историческая биогеография
Две альтернативные и взаимодополняющие концепции — викариантная модель и концепция оттесненных реликтов. Плюсы и минусы каждого из подходов. Попытка компромисса: схема Раутиана-Каландадзе. Реконструкция палеогеографии по распространению животных в прошлые эпохи.
Тема 12. Антропогенез
Время и место появления человека. Предпосылки становления социальной организации у приматов и ее следствия. Стадии антропогенеза. Вымершие виды людей, взаимоотношения между ними. Расогенез. Миграции больших рас, приведшие к их современному распространению.
Тема 13. Общие принципы эволюции экосистем
Циклические и направленные процессы в экосистемах. Концепция конструкционного и трансформационного филогенеза Жерихина. Эволюция планеты Земля, как биокосного тела (концепция «живой Земли» Вернадского и Лавлока).
Требования к знаниям, умениям и навыкам учащихся
Учащиеся должны знать:
Возраст Вселенной, Солнечной системы, Земли, время происхождения жизни, эукариот, многоклеточных, выхода на сушу, границ эр; сущность методов определения абсолютного и относительного возраста; геохроноло гическую шкалу (названия и последовательность эр и периодов); основные события в эволюции биосферы, их последовательность с привязкой к геох ронологической шкале; основные этапы антропогенеза;
сущность основных рассмотренных гипотез, теорий и концепций: тео рии происхождения Земли; теория тектоники плит; теории происхождения жизни; теории происхождения многоклеточных животных; принципы биологи ческой систематики; концепцию основных направлений эволюции; концепции биогеографии (викариантную модель и концепцию оттесненных реликтов).
Учащиеся должны уметь:
пользоваться положениями изученных теорий для обоснования тех выводов и предсказаний, которые на их основе делаются;
показывать взаимосвязи между
1) геологическими процессами (в первую очередь — дрейфом конти нентов) и изменениями климата и газового состава атмосферы;
2) изменениями климата и других компонентов среды и эволюцией экосистем и отдельных групп организмов;
3) расположением континентов, климатом и географическим распрост ранением экосистем и отдельных групп организмов;
раскрывать внутренние закономерности эволюции экосистем, объяс нять причины возникновения экологических кризисов и их последствия для эволюции;
раскрывать закономерности и направления эволюции основных групп животных и растений, способы адаптации к среде обитания.
Межпредметные связи
Курс в своей основе является междисциплинарным и интегрирующим, поэтому межпредметные связи играют особенно важную роль. При этом пре дусматривается как опора на уже существующие знания по физике, астро номии, географии и другим предметам школьного курса, так и опережающее введение некоторых понятий, на которые смогут опираться учителя этих предметов в дальнейшем.
Астрономия
Гипотеза расширяющейся вселенной; попытки определить возраст Сол нечной системы и методы определения возраста небесных тел; гипотезы о происхождении Земли; гипотезы о столкновениях с астероидами как причи не вымираний и объяснение иридиевых аномалий; связь климата с положе нием Земли на орбите, углом наклона земной оси, солнечной постоянной и др. космическими факторами.
Физика
Период полураспада — изотопный метод определения абсолютного воз раста;
гравитация — сжатие пылевого облака и гравитационная дифференциа ция недр;
конвекция — мантийная конвекция как движущая сила дрейфа матери ков;
начала термодинамики — термодинамические характеристики жизни, представления о неравновесных процессах;
земля как магнит — остаточная намагниченность горных пород и ее роль в палеогеографических реконструкциях.
Химия
Изотопы — изотопные методы определения возраста;
окисление и восстановление — связь с газовым составом атмосферы, его определение по характеру горных пород.
География и геология
Геохронологическая шкала — шкала относительного возраста;
теория тектоники плит — объяснение эволюции материков и океанов и их взаимного расположения;
атмосферная циркуляция и система океанических течений, их связь с расположением материков;
газовый состав атмосферы — его связь с парниковым эффектом и кли матом;
водная и ветровая эрозия — их связь с развитием наземных экосис тем и с прозрачностью океана.
Учебное пособие
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. М.: Изд-во НЦ Энас, 2004 (второе издание, исправленное).
Уникальное учебное пособие, на современном научном уровне знакомящее учеников с основными этапами эволюции Земли и биосферы. Большое внимание уделено методам изучения прошлого планеты и решаемым при этом научным проблемам. Пособие (как и сам курс) вносит большой вклад в формирование научной картины мира. Пособие есть в библиотеке биокласса, также доступно в электронном виде.
Здесь также можно ознакомиться с замечаниями С.М. Глаголева к книге К.Ю. Еськова (ZIP-архив, *.doc внутри).
2005–2022 © «БиоКласс». Контакты
Телефон: (495) 433-76-29