Особенности эволюции биосферы

1.Введение. 

  Большинство биологов-эволюционистов до недавнего времени считали организм первичной и основной формой существования жизни, а эволюцию живого сводили преимущественно к формированию адаптации организмов к окружающей среде. Синтетическая теория эволюции доказала, что последняя может совершаться только в статистически насыщенных ансамблях родственных организмов — популяциях. Так, в центре эволюционно-биологических исследований оказались преобразования генетических и экологических структур популяций и способы видообразования. Однако эволюцию надвидовых уровней организации жизни почти не изучали, даже главные этапы развития биогеноценоза и биосферы характеризовали не специфическими признаками, присущими каждой из этих форм организации живого как целостной системы, а лишь описанием элементарных компонентов, входящих в их состав – организмов и видов.

  Но  глобальные изменения, произошедшие  за последние десятилетия на  Земле под влиянием промышленности, изменили представления о процессах развития природы. Стало общепризнанным, что эволюционный процесс захватывает не только отдельные организмы, виды, биогеоценозы, но и высший уровень организации живого – биосферу. В различных отраслях естествознания, связанных с изучением биосферы, накапливается все больше данных о том, что эволюция органического мира изменяет геохимическое строение и энергетику биосферы, ее биогеохимические функции и биогеохимический круговорот веществ. В свою очередь эти преобразования биосферы в целом становятся мощными факторами дальнейшей эволюции ее важнейшего компонента — органического мира.

2. Понятие биосферы. Структура и функции биосферы. 

В трактовке  понятия биосферы существуют значительные расхождения. Так, под биосферой  в некотроых источниках предлагается понимать совокупность живых организмов. В БСЭ в статье «Биосфера» приводится такое определение: биосфера – это «оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов», в статьях же «Геосферы» и

«Геохимия» биосферой называется „область на границе твердой, жидкой и газовой оболочек Земли, занятая живым веществом – совокупностью организмов”.

  Еще  в XVII и XVIII вв стали появляться  идеи о взаимосвязанности всех процессов неорганической и органической природы, так как уже тогда были накоплены достаточные данные для того, чтобы судить о взаимосвязи зависимости распространения животных от климатических условий, о газовом обмене у организмов, об участии животных и растений в формировании почв, известняков и горючих ископаемых, а также первые гипотезы о существовании биогенного круговорота элементов (А. Лавуазье, А. Сьнядецкий) По мнению Вернадского, понятие биосферы сформулировал Ж.-Б. Ламарк. Именно он первым отметил, что у „живых тел обнаруживаются все сложные неорганические вещества, наблюдаемые в природе” (1955, с. 10), и что в местах, незаселенных организмами, минералы весьма однородны. Это объясняется тем, что животные и растения активно участвуют в формировании поверхности Земли. Так в науке появилось представление о специальном  пространстве, охваченном и организованном жизнедеятельностью организмов. Сам термин «биосфера» был предложен Э. Зюссом в 1875 г. при рассмотрении основных геологических оболочек Земли: лито-, атмо- и гидросферы. Он полагал, что „в области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно выделять самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой” (Suess, 1875, S. 159-160). Расхождения в толковании смысла термина имеют свое начало в том, что Зюсс не дал ему конкретного определения.

  На  рубеже XIX и XX веков стала осознаваться необходимость создания целостного учения о взаимозависимых изменениях органического мира, рельефа, вод, почв, осадочных пород и климата. Это учение было разработано В.И.Вернадским, который сумел связать воедино процессы развития органического мира с геологической историей других оболочек Земли. Вернадский предлагал следующую классификацию входящих в биосферу веществ: 1) живое вещество или совокупность организмов; 2) биогенное вещество, созданное и переработанное жизнью; 3) косное вещество, в образовании которого живое вещество не участвует; 4) биокосное вещество, представляющее собой динамические равновесные системы образующих его живого и косного веществ; 5) радиоактивные элементы; 6) рассеянные атомы, возникшие в результате воздействия космических излучений; 7) вещество космического происхождения. Такая классификация была не точной. Выделенные типы из-за обилия критериев либо частично перекрывали друг друга, либо один из типов полностью входил в состав другого. В 1975 г. М. Кашмилов предложил другую классификацию: четыре типа вещества: живое, биогенное, косное и биокосное. Но здесь сомнения вызывает самостоятельность биокосного вещества как типа, так как в том смысле, который использует Вернадский, биокосное вещество означает некую динамическую систему, образуемую организмами, продуктами их жизнедеятельности и материальными условиями обитания. В 1977 г. А. И. Перельман предложил биосферу рассматривать как некую гигантскую биокосную систему, подсистемами которой являются биокосные тела более низкого уровня организации: почвы, илы, кора выветривания, поверхностные воды, водоносные горизонты, ландшафты и т. д.

  Место  живого вещества в биосфере  определяется его энергетическими  и геохимическими функциями. Энергетическая функция связана с ассимиляцией солнечной энергии и обогащением ею биогенного и косного вещества. Геохимические функции выражаются в участии организмов в перемещениях и концентрациях химических элементов, а также в преобразованиях окружающей среды и в создании новых минералов.

  В  1987 г. А.В. Лаппо, благодаря накопленным  к тому времени знаниям, предложил следующую классификацию функции живого вещества:

1) энергетическая  — поглощение солнечной энергии  при фото-синтезе и химической  энергии при разложении веществ; 

2) концентрационная  — избирательное накопление определенных  элементов; 

3) деструктивная  — минерализация органического вещества и разложение неорганического вещества;

4) средообразующая  – преобразование физико-химических  параметров среды; 

5) транспортная  – перенос организмами элементов  при миграциях.

  Следовательно,  под биосферой можно понимать  поверхностную оболочку Земли, организованную живым веществом. Важнейшим структурным компонентом биосферы является биогеоценотический покров, состоящий из биогеоценозов разного уровня сложности и эволюционной продвинутости. В биогеоценозы входит косное, живое и биогенное вещество. Как гигантская биокосная система биосфера выполняет энергетические, геохимические и средообразующие функции на поверхности Земли. 

3. Общие представления  об эволюции биосферы. 

Как планетарная оболочка биосфера сложилась более трех с половиной миллиардов лет назад. В течение этого периода сформировались ее принципиальные особенности, о которых у исследователей нет данных. Современная биосфера – это сложная, дифференцированная система, включающая несколько миллионов видов, каждый из которых выполняет в ней различные функции: средообразующие, деструктивные, концентрационные, энергетические и транспортные.

 В  отношении эволюции биосферы можно выделить два факта:

1. Биосфера  – это высоко устойчивая и  стабильная система.

2. Биосфера  постоянно эволюционирует.

  Биосфера  – это планетарная система,  материально-энергетическая устойчивость которой определяется всей совокупностью органических форм. Источником  ее развития  выступают взаимодействия между всем живым и косным веществом в поверхностной оболочке Земли, и эволюцию биосферы нельзя свести к изменению только лишь одной группы. Также нельзя применить критерии регрессивного и прогрессивного развития, хотя в развитии многих параметров биосферы существуют определенные тенденции. Выделить характерные черты в эволюции биосферы трудно, так как строение биосферы включает множество компонентов, происходящие в ней абиотические и биотические процессы разнообразны, а преобразования ее отдельных компонентов и связей непрерывны. С уверенностью можно сказать, что только органический мир в целом, а не отдельные его группы, детерминирует развитие биосферы, а источником развития выступают взаимо- и противодействие между всем живым и косным веществом в поверхностной оболочке Земли.

Жизнь, возникнув в «доактуалистическом» периоде, по геологическим меркам быстро распространилась по поверхности Земли. Постепенно все геологические и геохимические процессы превратились в биогеологические и биогеохимические, вследствие усложнения  взаимодействий между живым и косным веществом.

Переход от восстановительной атмосферы  к кислородной был центральным  событием в геохимической эволюции биосферы, вызвавшим грандиозные  изменения в гидросфере и литосфере. Эволюция живого привела к постепенному уменьшению кислотности вод и  превращению их в щелочные. В результате литогенеза продукты жизнедеятельности организмов превратились в залежи полезных ископаемых и в осадочные породы.

 Таким  образом, образование четырех  планетарных оболочек Земли —  атмосферы, гидросферы, литосферы  и педосферы — является итогом жизнедеятельности организмов и их эволюции.

„Производство”  непревращаемых форм энергии в земных условиях уменьшалось, а негэнтропия биосферы увеличивалась за счет роста биомассы и продуктивности биосферы и, как следствие, прогрессивного накопления запаса превращаемой энергии в поверхностных оболочках Земли. Дифференцированность строения биосферы непрерывно возрастала: увеличивалось видовое разнообразие биосферы, формировалось ее физико-географическая зональность,  возникали геохимические барьеры.

Важными событиями в истории развития биосферы были   возникновение и эволюция основных способов питания (хемотрофного, автотрофного и гетеротрофного), типов экологических взаимодействий (хищничество, паразитизм, конкуренция, кооперация) и становление биотического круговорота, осуществляемого продуцентами, консументами и редуцентами. Биотический круговорот продуцентов и редуцентов из числа бактерий, низших грибов и других древних групп постоянно усложнялся за счет встраивания в него все новых и новых звеньев.

Итак, эволюция биосферы проявляется в расширении сферы действия биотического круговорота и в усложнении его структуры.

Благодаря дифференциации сообществ и популяций, специализации жизненных форм и увеличению числа экологических ниш возрастают энергетическая эффективность планеты и роль живого вещества в аккумуляции солнечной энергии и в планетарном круговороте веществ. Преобразования на организменном и популяционно-видовом уровнях организации живого, обуславливаемые сложными внутрипопуляционными и внутрибиоценотическими взаимодействиями, выступают фактором эволюции на надвидовых уровнях организации живого. Так, за счет повышения активности животных, появления разумного поведения, биотический круговорот значительно интенсифицировался. Развились новые принципы преодоления неблагоприятных условий внешней среды, помимо инактивации или развития пассивных приспособлений появляется способность к поиску оптимальных условий или к активному преодолению вредных условий.

Преобразовываясь, организмы осваивали новые зоны жизни и новые ресурсы энергии и вещества. Появление полиареальных видов и миграции млекопитающих, птиц, насекомых, рыб, головоногих усилили обмен веществом и энергией между различными биогеоценозами.

Приспособленность организмов к геохимическим условиям внешней среды оказывает влияние и на скорость роста биомассы, и на объем химических элементов, вовлекаемых ими в биотический круговорот, а значит, и на воздействии этих организмов на внешнюю среду. Но даже регрессивная эволюция отдельных форм и вымирание организмов могут быть важными факторами ее прогрессивной эволюции, как, например, переход от свободноживущего вида к паразитизму: упрощение  организма, утрата им некоторых функций и перераспределение этих функций между другими членами экосистем – как следствие, экосистемные взаимодействия усложняются.

Процессы  видообразования, в свою очередь, зависят  от изменения структуры биосферы. Об этом свидетельствует тот факт, что после массового вымирания  тех или иных организмов биоценотический покров восстанавливается в сходных жизненных формах, хотя и в другом видовом составе.

Целостность и автономность биосферы возрастают,  а возможность случайных, независимых преобразований отдельных видов уменьшается. Эволюционный процесс все больше контролируется сложившейся в биосфере системой круговорота веществ и потоков энергии.

Воздействие электромагнитных космических полей, изменение суммарной солнечной  активности, увеличение радиоактивных  элементов в поверхностных оболочках  Земли, резкие изменения климата  и т. д. являются ведущими факторами эволюции биосферы. Резкие изменения абиотических процессов: колебания активности солнечного и космического излучений, тектогенез, орогенез, дрейф материков, вулканизм, оледенения и т. д. входят в число специфических факторов, влияющих на эволюцию.

Особое  место среди факторов, влияющих на эволюцию биосферы, в настоящее время  принадлежит техногенным факторам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Особые виды воздействия  на биосферу.

Деятельность  человека лишь в последние десятилетия  стала оказывать заметное влияние на биосферу. Последствия хозяйственной деятельности человека нарастали на протяжении долгого времени нарастали и сейчас обрушились на цивилизацию.