Біосфера землі, її еволюція та біорізноманіття - студопедія
За сучасними уявленнями, біосфера - це особлива оболоч-ка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.
Ці уявлення базуються на вченні В. І. Вернадського (1863 - 1945) про біосферу, що є найбільшим з узагальнень вобласти природознавства в XX в. Найважливіша значимість його вчення в основномпроявілась лише в другій половині минулого століття. Цьому сприяв розвиток екології та, перш за все, глобальних-ної екології, де біосфера є основним поняттям.
Вчення В. І. Вернадського про біосферу - це цілісне фундамен-тальне вчення, органічно пов'язане з найважливішими проблемами зі-зберігання і розвитку життя на Землі, що знаменує собою принципи-ально новий підхід до вивчення планети як розвивається саморе-гулірующейся системи в минулому, сьогоденні і майбутньому.
За уявленнями В.І. Вернадського, біосфера містить живу речовину (т. Е. Все живі ор-організми), биогенное (вугілля, вапняки, нафта ін.), Відстале (в його утворенні живе не бере, наприклад, магматичні гірські породи), биокосное (створюється за допомогою жи-вих організмів), а також радіоактивна речовина, речовина космічний-ського походження (метеорити і ін.) і розсіяні атоми. Всі ці сім різних типів речовин геологічно пов'язані між собою.
Сутність вчення В. І. Вернадського укладена у визнанні ис-ключітельно ролі «живої речовини», що перетворює обличчя планети. Сумарний результат діяльності за геологічний період време-ні величезний. За словами В. І. Вернадського «на земній поверхні немає хімічної сили більш постійно діючої, а тому більш могутньої за своїми кінцевим наслідків, ніж живі орга-нізми, взяті в цілому». Саме живі організми вловлюють іпреобразуют променисту енергію Сонця і створюють нескінченну раз-нообразія нашого світу.
Другим найголовнішим аспектом вчення В. І. Вернадського є розроблене ним уявлення про організованості біосфери, ко-торая проявляється в узгодженому взаємодії живого і нежі-вого, взаємної пристосовності організму і середовища. «Орга-нізм, - писав В. І. Вернадський, - має справу з середовищем, до якої він не тільки пристосований, але яка пристосована і до нього» (Вернадський В. І.).
В. І. Вернадський обгрунтував також найважливіші уявлення про форми перетворення речовини, шляхи біогенної міграції атомів, т. Е. Міграції хімічних елементів за участю живої речовини, накопиченні хімічних елементів, про рушійні фактори розвитку біосфери і ін.
Найважливішою частиною вчення про біосферу В. І. Вернадського являють-ся його уявлення про її виникненні і розвитку. Сучасна біо-сфера виникла не відразу, а в результаті тривалої еволюції (табл. 4.4) в процесі постійної взаємодії абіотичних і біотичних факторів. Перші форми життя, по-видимому, були представлені анаеробними бактеріями. Однак творча і перетворююча роль живого речовини стала здійснюватися лише з появою в біо-сфері фотосинтезирующих автотрофов - ціанобактерій і синьо-зелених водоростей (прокаріотів), а потім і справжніх водоростей і на-земних рослин (еукаріотів), що мало вирішальне значення для формування сучасної біосфери. Діяльність цих організ-мов призвела до накопичення в біосфері вільного кисню, що рас-розглядати як один з найважливіших етапів еволюції. Характерні часи геологічних епох, в рамках яких відбувалася еволюція біосфери наведені в табл.4.4.
Таблиця 4.4 Еволюція біосфери і її основних складових
У короткому викладі ідеї В. І. Вернадського про еволюцію біосфери мо-гут бути сформульовані наступним чином:
1. Спочатку сформувалася літосфера - провісник навколишнього-щей середовища, а потім після появи життя на суші - біосфера.
2. Протягом усієї геологічної історії Землі ніколи не на-спостерігалися азойние геологічні епохи (т. Е. Позбавлені життя). Отже, сучасне жива речовина генетично пов'язане з живою речовиною минулих геологічних епох.
3. Живі організми - головний фактор міграції хімічних елементів в земній корі, «принаймні 90% за вагою маси її ве-щества в своїх істотних рисах обумовлено життям» (Вернад-ський В. І. 1934).
4. Грандіозний геологічний ефект діяльності організмів обумовлений тим, що їх кількість нескінченно велика і діють вони практично протягом нескінченно великого проміжку часу.
5. Основним рушійним чинником розвитку процесів в біо-сфері є біохімічна енергія живої речовини.
Вінцем творчості В. І. Вернадського стало вчення про ноосферу, т. Е. Сфері розуму.
В цілому вчення про біосферу В. І. Вернадського заклало основи сучасних уявлень про взаємозв'язок і взаємодію живої і неживої природи. Практичне значення вчення про біосферу ог-Ромни. В наші дні воно служить природничо основою раціо-нального природокористування та охорони навколишнього природного середовища.
Дані космохімії метеоритів і астероїдів свідчать про те, що утворення органічних сполук в Сонячній систе-ме на ранніх стадіях її розвитку було типовим і масовим явле-ням.
Зазначені вище найпростіші анаероби (дріжджоподібні) воз-ніклі понад 3,5 млрд. Років тому, життя в цей час в безкисневому атмосфері могла існувати тільки під захистом шару води від ульт-рафіолетового випромінювання. Харчувалися ці найпростіші біофільние речовинами, які містилися в надлишку в гарячих джерелах дрібних водойм. Живильні ж органічні речовини для цих найпростіших створив космічний синтез.
Таким чином, найдавніша біосфера виникла в гідросфері, су-ществовать в її межах і носила гетеротрофних характер. Але закон «всюдности життя» диктував свої умови і розмножуються орга-нізми здійснювали експансію в різні області проживання. Екс-Панса і «тиск» відбору, обумовлені ще і мізерністю їжі, в кінцевому підсумку, привели до виникнення фотосинтезу 3,5 млрд. Років тому (див. Табл. 4.4).
Першими автотрофами стали прокаріоти - синьо-зелені водо-росли і, можливо, ціанобактерії. Потім, 1,5 - 2 млрд. Років тому на-зад, з'явилися перші одноклітинні еукаріоти і, в результаті через початкового панування r -відбір (див. Додатку 5, п.3), стався потужний популяційний вибух автотрофних водоростей, що призвело до надлишку у воді кисню і до його виділенню в атмосферу. Відбувся перехід вос-становітельной атмосфери в кисневу, що сприяло раз-витию еукаріотичних організмів і появи багатоклітинних близько 1,4 млрд. Років тому.
Такий стан легко змінити. Наприклад, людина, створивши через биток СО2. може зробити це нестійка рівновага ще паче не-стабільним.
З історії розвитку атмосфери ясно, що людина абсолютно за-вісім від інших організмів, що населяють середу, в якій він живе. Тільки від їх життєдіяльності і від їх різноманітності залежить стабільність-ність атмосфери і, отже, біосфери.
з екологічної точки зору ево-Люцію біосфери, мабуть, можна порівняти з гетеротрофною сукцесій, за якою послідував автотрофний режим. Але до сих пір, незважаючи на чотири мільярди років еволюції, таксономічний (упорядкований, систематизований) склад систем ще не стабілізувався. Біорізноманіття екосфери продовжує вдосконалюватися за рахунок великого резерву в Евола-ції спільнот. На цьому рівні провідна роль належить опору-женной еволюції і групового відбору.
Сполучена еволюція, або коеволюція, розглянута на внутрішньо-і міжвидових рівнях, відрізняється тим, що при ній обмін генетичною інформацією мінімальний. На рівні спільнот можна розглядати селективні впливу між групами організ-мов, що знаходяться в екологічному взаємодії: рослини і рас-тітельноядние тварини, великі організми і дрібні симбіонти, паразит - господар, хижак - жертва і т. Д. Особливо цікава з-напруженість еволюції рослин і комах фітофагів. Вона при-водить до того, що рослини синтезують побічні речовини, вдосконалення-шенно непотрібні для їх росту і розвитку, але необхідні для захисту і-ти від комах фітофагів.
Ця здатність рослин, мабуть, розвиває у них стійкість до інсектицидів. У природних умовах рослини і фітофаги, ко-торие теж пристосовуються до їх захисту, еволюціонують вме-сте. Тут працює «генетична зворотний зв'язок», яка веде до високого різноманітності рослин (наприклад, в тропіках), до гомеостазу популяцій і співтовариств всередині екосистеми.
Груповий відбір це природний відбір в групах організмів, але не обов'язково пов'язаних тісними мутуалістіческіе зв'язками. Це досить складне і багато в чому спірне явище. Але в першому при-наближенні він являє собою подобу відбору генотипів в популяції, але вимирають непоодинокі генотипи, а цілі популяції і, з іншого боку, отримують розвиток нові популяції, для яких ці умови більш сприятливі.
Груповий відбір теж збільшує різноманітність і стійкість співтовариств.
Сполучена еволюція і груповий відбір підвищують біоразно-образие екосистем, встановлюють певні взаємовідносини між ними як між наземними, так і водними, і навіть між обома типами. Все це в цілому веде до підвищення стійкості біосфери як глобальної екосистеми.
Людина, ставши потужним геологічним фактором, надає гло-бальний вплив на біосферу. Біосфера, зі свого боку, дик-тует йому свої екологічні закони, які він змушений соблю-дати, щоб вижити. Створюються умови, дуже нагадують опору-женную еволюцію, або коеволюцію людина - біосфера. Продуктом такої коеволюції може стати так звана ноосфера, т. Е. Сфера розуму.