3. Биосфера как фактор геологической эволюции Земли

Круговорот вещества на разных уровнях его организации как форма движения материи представляет собой всеобщий закон развития, закон непрерывной эволюции. Жизненные формы, ас­симилируя вещество из окружающего пространства, начинают прогрессивно усложняться и меняют окружающее пространство. Первостепенную роль живых организмов в формировании соста­ва земных геосфер выделил В. И. Вернадский, создав науку биогео­химию (1931). Он считал, что биосфера — это живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество. Понятие био­сфера — фундаментальное понятие биогеохимии, а не биологи­ческое и не геологическое. Биосфера организует процессы на Земле и около Земли, в ней происходят биоэнергетические процессы и обмен веществ в результате жизнедеятельности. Живое вещество — совокупность организмов, участвующих в геохимических про­цессах. Живой организм — неотъемлемая часть земной коры, спо­собная изменять ее. Организмы берут из окружающей среды хи­мические элементы, строят из них тела, возвращают их в ту же среду в процессе жизни и после своей смерти. В связи с этим живое вещество связывает биосферу воедино и является систе­мообразующим фактором. Изменения в живом веществе проис­ходят существенно быстрее, чем в косном, поэтому в нем исполь­зуется понятие исторического времени, тогда как в косном — гео­логического. В ходе геологических времен растет мощь живого вещества и его воздействия на косное вещество, и только в живом веществе за эти времена происходят качественные изменения.

Биомасса Земли — 2,5 · 10¹² т, что в 2 000 раз меньше массы всей биосферы. Но это окупается высокой активностью живых организмов. Организмы участвуют в миграции химических эле­ментов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений же­леза, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана обменом веществ, ростом и размножением организмов. Пример глобальности миграции химических элементов за счет живых организмов — процесс фотосинтеза. В этом процессе за 10 млн лет перерабатывается масса воды, равная всей гидросфере; за 4 000 лет обновляется весь свободный кислород; за 6 — 7 лет по­глощается вся углекислота атмосферы.

Биосфера — сложная открытая и далекая от термодина­мического равновесия система. Ее устойчивость обусловлена ди­намическим равновесием, которое устанавливается на всех струк­турных уровнях организации живой материи. Например, взаимо­связанными циклическими колебаниями численности жертвы и хищника и т.д. Прогрессирующая эволюция и самоорганизация биосферы были бы невозможны без потоков вещества и энергии. Фотосинтез, дыхание и брожение — основные процессы, обус­ловливающие преобразование энергии в биосфере.

Биотический круговорот веществ — основа динамического равновесия биосферы и ее саморегуляции. В закономерностях кру­говорота решена проблема развития и длительного существова­ния жизни. Фотосинтезирующие организмы (автотрофы) пре­образуют солнечную энергию в химическую энергию синтезируе­мых органических молекул. Нефотосинтезирующие организмы (гетеротрофы) при дыхании или брожении используют эту энер­гию и разрушают органическое вещество. Из минеральных соеди­нений, полученных после распада органического вещества, авто­трофы вновь синтезируют органическое вещество и т.д.

Таблица 14.1

Ароморфоз	Время
1. Образование клеточной мембраны	Отделение организма от окружающей среды (3,5 млрд лет назад, о чем говорят обнаруженные остатки микроорганизмов с клеточной оболочкой)
2. Возникнове­ние фотосинтеза	Дыхание стало обеспечивать организмы энергией, появился озоновый слой, накопление свободного кислорода усилило давление отбора на первые организмы (1 млрд лет назад содержание кисло­рода достигло 1 % от современного — так называ­емая точка Пастера)
3.. Возникновение эукариот, воз­никновение по­лового размно­жения	≈1,5 млрд лет назад
	≈1 млрд лет назад
4. Многокле- точность	≈750 млн лет назад
5. Появление плана строения	≈ 600 млн лет назад
6. Взрыв видо­образования в кембрии	≈570 млн лет назад

Любая форма жизни (исключая современного человека, хозяйственная деятельность которого не вписывается в биотический круговорот) участвует в биотическом круговороте, и на нем ос­нована саморегуляция биосферы.

Биосфера с течением времени эволюционирует. Все разнооб­разие проявления жизни на Земле и природных условий — это результат длительного существования и эволюции жизни. Живые организмы не просто приспосабливаются к окружающей среде, а активно ее изменяют. То же самое можно сказать и о взаимном влиянии живых организмов в процессе эволюции. Любой биоце­ноз — это результат коэволюции, т.е. взаимообусловленной эво­люции взаимодействующих видов. В истории жизни на Земле раз­личают эпохи постепенного изменения организмов и точки би­фуркации (или ароморфозы — приспособления общего характе­ра, поднимающие уровень биологической организации на прин­ципиально новую ступень). Крупнейшие ароморфозы — это вер­стовые столбы в истории жизни (табл. 14.1).