 |
Эволюция биосферы. Учение Вернадского о биосфере
|
|
|
|
Вопросы к Госэкзаменам
Дисциплина «Экология»
Вопрос Эволюция биосферы. Законы эволюции В.И. Вернадского. Учение о ноосфере
Понятие, основные этапы
Эволюция биосферы – это история жизни на Земле. Наша Земля, по утверждениям ученых, возникла около 5 млрд. лет назад. За этот период времени она немало изменилась и прошла в своей истории путь от раскаленной массы до планеты, защищенной атмосферой, имеющей воду и населенной различными формами жизни, то есть обладающей биосферой.
Эволюция биосферы имеет основные этапы или эры: архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой. Катархей, что означает ниже или ранее древнего, этап существования планеты, имеет отношение только к истории планеты, так как в этот период жизни на Земле еще не было, она появилась позже – в архее или древнем.
Эра архея начинается тем, что появляются первые живые клетки. На этом этапе повествования об «эволюции биосферы», любознательный человек спросит: «Откуда появились? И чего это вдруг?». Такие вопросы будут возникать на все протяжение освещения этой темы. Но продолжим.
Временные периоды и эры
Первые живые клетки получили название – прокариоты, то есть клетки, которые не имеют ограниченных мембраной ядер. Это были простейшие организмы, способные к быстрому размножению. Они жили без кислорода и не могли синтезировать органическое вещество из неорганического. Легко приспосабливались к окружающей среде и ею же и питались. Сформулированный принцип Реди говорит о том, что в это время появляется непреодолимая граница между живым и неживым, хотя они взаимодействуют. Живое происходит только от живого. Опять вопрос: «Если живое происходило от живого и не могло переваривать неживое, то чем оно питалось? Неужели себе подобными?»
|
|
|
Далее происходит, по утверждению ученых, истощение питательной для этих клеток среды и они изменяются и начинают существовать за счет солнечной энергии и сами вырабатывать вещества, необходимые им же для жизни. Этот процесс получил название «Фотосинтез». Он является в эволюции биосферы главным фактором. С этого момента начинается формирование атмосферы Земли, а кислород становится главным условием для существования живых организмов. Постепенно формируется озоновый слой, и содержание кислорода в воздухе достигает привычных на сегодня 21%. То есть пока защитный слой не сформировался, устойчивость живых организмов была такой, что позволяло им существовать и в той среде. Тогда зачем ее менять? Или кислород был побочным эффектом жизнедеятельности, то есть ее отходами?
Так идет эволюция примерно 2 млрд. лет. А в протерозое, то есть 1,8 млрд. лет назад, появляются живые организмы с клетками, в которых явно выражено ядро. Еще через 800 млн. лет, эти организмы, названные эукариоты, разделились на растительные и животные клетки. Растительные продолжили функцию фотосинтеза, а животные начали «учиться» передвигаться.
900 млн. лет назад было положено начало эпохи полового размножения. Это приводит к видовому разнообразию и лучшей приспосабливаемости к условиям окружающей среды. Эволюционный процесс ускоряется.
Проходит около 100 млн. лет и, по мнению ученых, появляются первые многоклеточные организмы. Интересно, как до этого отличались одноклеточные? У многоклеточных организмов появляются органы и ткани.
Наступает эра палеозоя и ее первый этап – кембрий. В кембрийский период возникают практически все животные, в том числе существующие и сейчас. Это: моллюски, рачки, иглокожие, губки, археоциаты, плеченогие и трилобиты.
500 млн. лет назад появляются крупные плотоядные и небольшие позвоночные. Еще через 90 млн. лет они начинают заселять сушу. Живые организмы способные существовать на суше и в воде назвали двоякодышащими. Из них произошли земноводные и сухопутные. Это древние рептилии, схожие на современных ящериц. Появляются и первые насекомые. Еще 110 млн. лет проходит, и насекомые научились летать.
|
|
|
Мезозой. 230 млн. лет назад. Эволюция продолжается. У растений появляется корень, стебель, листья. Формируется система, обеспечивающая растение водой и питательными веществами. Меняются и способы размножения. Споры и семена становятся самыми пригодными для этих целей на суше. Начинаются отложения не переработанных органических отходов. Вместе с отложениями каменных углей, начинает высвобождаться дополнительный кислород.
В эру палеозоя, особенно в период девона и карбона, уровень растительного мира значительно превышал существующий. Леса представляли собой заросли из древовидный плауновых, гигантский хвощовых и различных папоротников. Фауна идет по пути совершенствования семян. Хозяева суши этого периода – рептилии, которые все дальше уходят от воды. Появляются плавающие, летающие и двигающиеся по суше. Они плотоядные и травоядные.
195 млн. лет назад – первые птицы и млекопитающие. Это: птеранодон, плезиозавр, мезозавр, бронтозавр, трицератопс и другие.
Кайнозой. 67 млн. лет назад. Мир млекопитающих, птиц, насекомых и растений огромен. В предыдущий период произошли значительные похолодания, которые внесли некоторые изменения в процесс размножения растений. Преимущества получили покрытосемянные.
8 млн. лет назад – период формирования современных существ и приматов.
Хотя процесс эволюции шел почти 4 млрд. лет, доклеточные живые организмы существуют и сегодня. Это вирусы и фаги. То есть одни доклеточные эволюционировали в человека, а другие остались, как были.
На сегодня фауна насчитывает порядка 1,2 млн. видов, а флора около 0,5 млн.
Как мы видим, каждая эра характеризуется своеобразием видов флоры и фауны. Причем виды, как правило, не переходят из одной эры в другую. Есть лишь некоторые сходства. Можно ли их считать наследованием или это совершенно иные формы жизни? Как один вид преобразовывался в другой и почему? Доказательств, то есть останков переходных форм, а они должны обязательно быть при эволюционных изменениях, нет и у палеонтологии. Во всяком случае, они широко неизвестны.
|
|
|
Палеонтология
Ученые утверждают, что в процессе эволюции были существенные остановки развития. Чем является ее новая эра – эра социальной революции?
В развитии биосферы, биологическая эволюция определяется как процесс развития живой природы, проходящий естественным образом. При этом изменяются и преобразовываются как отдельные экосистемы, так и биосфера в целом. Доказательствами чего считают останки животных и растений, существовавших в прошлом, и следы их жизнедеятельности, найденные в процессе раскопок. Обнаружением и изучением таких ископаемых останков и следов занимается наука палеонтология. Она также пытается воссоздать или реконструировать внешний вид, особенности питания, поведения и размножения живых организмов прошлого.
Человек с древних времен волей-неволей сталкивался с останками древних животных и растений. Об этом свидетельствуют записи античных авторов: Ксенофона, Геродота, Аристотеля. Ученых эпохи Возрождения: Леонардо да Винчи, Георгия Агрикола, Джироламо Фракасторо. В XIX веке – это, конечно, Чарльз Дарвин, Жорж Кювье, основатель палеонтологии, а в XX – Владимир Ковалевский, Тейар де Шардена и В.И. Вернадский.
Новый этап эволюции
Именно В.И. Вернадский поддерживает термин «Ноосфера», то есть разумная сфера, данный да Шарденом и развивает и научно обосновывает это понятие. Он выделяет этапы эволюции биосферы. Их три: возникновение жизни и первичной биосферы, в котором главенствующее положение отведено химическим реакциям и климатическим изменениям. Следующий — второй этап – это появление новых и разнообразных одно- и многоклеточных организмов. Здесь главной является биологическая эволюция. И третий этап – появление человека и общества, которое начинает по-своему и в своих интересах воздействовать на биосферу, превращая ее в ноосферу или новое эволюционное состояние биосферы.
|
|
|
Жизнь на нашей планете зародилась примерно 3,5 млрд. лет назад и кратко эволюция биосферы представляла собой: появление жизни и постоянный процесс изменения ее форм и видов, вплоть до настоящего времени. После того как в эволюцию стал вмешиваться человек, какие новые виды и формы жизни появились? Наоборот, количество видов и число представителей этих видов стало сокращаться прогрессирующими темпами. И они такие, что новое эволюционное состояние биосферы будет ее последним этапом. Человек лишь пользуется тем, чтобыло создано до него. Просто степень этого использования становиться с развитием науки и технологий, все более глубокой. Единственным достижением человека можно считать его попытки расширить свое присутствие за пределами Земли и ее биосферы.
Вопросы без ответов
Изменения происходят под воздействием каких-то факторов, которые возникли и не дают системе существовать в привычной и удобной для нее манере. Что же это были за факторы? Почему процесс возникновения новых форм и видов ускоряется по мере приближения к нашему времени, а с началом нашей эры – разнообразие видов и их численность начинает сокращаться?
Как люди, которые до сих пор не могут определить возраст Туринской плащаницы, где речь идет о тысяче лет, с легкостью и убежденностью называют эры и их временные промежутки в миллионы лет? Как человек, который отстаивает такое происхождение жизни, после работы идет в церковь, обращается к религии и молится? Ведь церковь утверждает иное происхождение сущего. От кого же мы произошли? От вируса и обезьяны или это был промысел Божий? Достоверных доказательств нет ни у кого. Биосфера в своей истории прошла эволюцию, то есть была причинно-следственная связь, обуславливающая переход от одной стадии к другой или одна биосистема заканчивала свое существование и на ее место приходила другая, с предыдущей совершенно несвязанная?
Эволюция биосферы
В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Термин "биосфера" впервые был использован в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.
|
|
|
Рис.1. Общий вид биосферы
Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем. Отдельные живые организмы не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности они соединяются в различные системы (сообщества), например, в популяции.
В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых систем, так называемые биоценозы - совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания. Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри биосферы. В совокупности с окружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы - биогеоценозы или, как их еще называют, экосистемы. Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т. д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образуют суперсистему - биосферу.
Эволюция биосферы. Учение Вернадского о биосфере
Существуют различные точки зрения относительно времени возникновения биосферы. Согласно одной из них (концепция В.И. Вернадского), биосфера возникла на самой ранней стадии развития планеты Земля и имеет возраст, близкий к возрасту Земли (приблизительно 4,6 млрд. лет). По Вернадскому, переход от неживого вещества к простейшим формам живого занял незначительный (в геологическом масштабе) отрезок времени - не более 200 лет. Характерными чертами биосферы, в рамках концепции Вернадского, являются следующие:
1. Биосфера возникла сразу как совокупность биогеоценозов. Живое вещество сформировалось как совокупность сложных живых организмов.
2. Первичные организмы способны обеспечить все основные процессы (биохимические, биологические), происходящие в оболочках Земли.
3. Живые организмы обеспечивают миграцию химических элементов в земной коре.
Согласно другой точке зрения, биосфера сформировалась на определенном этапе развития Земли. Сначала был этап предоболочек, затем сформировались основные земные оболочки и лишь потом появилась биосфера.
По мнению Beрнадского, появление и существование человека в биосфере определяет высшую ступень ее развития. Само появление человека представляет переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей среды разумными существом Живое вещество планеты при этом активно приспосабливается к новым условиям существования в природе. Происходит внезапное совместное влияние природы на человека и человека природу, и человек теперь несет ответственность за эволюцию жизни.
Существуют два основных определения понятия "биосфера", одно из которых известно со времени появления в науке данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.
Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле.
Рассматривались следующие варианты:
1) жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее;
2) жизнь зародилась после образования Земли;
3) жизнь зародилась вместе с формированием Земли.
Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.
Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера тесно связана со всеми другими земными оболочками, является следствием, прежде всего биогеохимического круговорота, который обеспечивается солнечной энергией. В биосфере организмы и среда их обитания вследствие длительного взаимодействия друг с другом образуют целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии.
Биосфера, согласно Вернадскому, включает в себя следующие составные части.
1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.
2. Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и т.д.).
3. Косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (в результате движения земной коры, деятельности вулканов, метеоритов).
4. Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почвы).
Вернадский сформулировал основные принципы организации биосферы в целом. Это два биогеохимических принципа.
1. Геохимическая энергия живого вещества в биосфере (включая человека как высшее наделенное разумом существо) стремится и максимальному проявлению.
2. В ходе эволюции видов живых организмов выживают организмы, которые своей жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.
Рис.5. Фрагмент эволюции живого вещества биосферы
Вернадский осуществил оценки количества живого вещества в биосфере, на основании которых сформулировал следующий принцип: на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. В настоящее время человек нарушил свое равновесие с биосферой. Пока человек (и крупные животные) в своем потреблении продуктов биосферы не превышали 1 % их общего количества, биосфера находилась в динамическом равновесии с другими земными оболочками. Современный человек потребляет на свои нужды уже более 7%. продуктов биосферы и существенно нарушает ее естественный баланс. Например, уже изменилось соотношение запасов углерода в атмосфере и на суше, разность между синтезом и разложением органических веществ стала в сотни раз больше, чем было первоначально.
Биосфера уже не справляется со своей функцией стабилизации, и скоро эту функцию человечеству придется взять на себя. В конце концов, когда вся система жизни и среды станет управляться человеком, тогда биосфера превратится в ноосферу. Но тогда основная часть энергетических и трудовых затрат уйдет на стабилизацию окружающей среды (по некоторым оценкам - более 99%). На поддержание и развитие цивилизации останется всего лишь несколько процентов (или даже менее 1%). Занимаясь им же созданной биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Вернадский подчеркивал также важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.
Детальное обоснование теоретические представления В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского получают в наши дни. Так, исследования нашей космонавтики:
1. Позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов.
2. Радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий.
3. Привели к своеобразной научной революции в астрофизике.
Так, например, в 60-х гг. были открыты квазары - космические объекты с грандиозным по энергетической мощи уровнем излучения (излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики), а также такие космические явления, как вспышки сверхновых. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике. Они могут оказывать влияние, так как рентгеновский поток, исходящий от сверхновых, может создавать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота - разрушителя озонового слоя, являющегося экраном, предохраняющим все живое Земли от воздействия жесткого излучения Солнца.
Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании, по меньшей мере, в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Они указывают на присутствие огромного количества микроорганизмов в космическом пространстве нашей Галактики. Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельство в пользу концепции, выдвигавшейся В.И. Вернадским о широком, космическим по масштабам, распространении во Вселенной живого вещества, его космическом значении.
Естественнонаучные гипотезы и факты показывают, что исследования взаимодействий, начатые трудами В.И. Вернадского и его последователей, представляют опережающие, перспективные направления в естествознании, постижении тайн природы.
По В.И. Вернадскому, наша планета и Космос представляются ныне как единая система, в которой жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле с процессами космического характера. Согласно оценкам В.И. Вернадского, на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. Грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление человека - носителя Разума, который ускорил все процессы, развивающиеся на планете. Он говорил, что воздействие человека на природу растет столь быстро, что он превратиться в основную в основную геологическую силу и должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Биосфера постепенно превращается в ноосферу.
|
|
|
