2.2 Закономерности эволюции биосферы
Живое вещество резко обособлено от окружающей косной среды в форме миллиардов организмов, размеры которых колеблются от сотен метров до 10-6 см. Они представляют собой автаркические* центры энергетических и физико-химических процессов и непрерывно связаны с окружающей средой биогенной миграцией атомов этой среды в них и из них. Законы физики и химии в живом веществе те же самые, которые мы наблюдаем во всей остальной природе, но они не охватывают целиком всех явлений жизни.
Для живого вещества на планете Земля речь идёт не о новой геометрии, а об особом природном явлении, свойственном пока только живому веществу, о явлении пространства - времени, геометрически не совпадающем с пространством, в котором время проявляется не в виде четвёртой координаты, а в виде смены поколений. Таким образом, организм сам создаёт своё вещество и резко отграничен от евклидово - ньютоновского или эйнштейновского понимания его окружения.
Живое вещество в биосфере играет активную роль и ни с чем, ни с какой геологической силой не может даже быть сравниваемо по своей мощности и непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере. Структура биосферы, функционирующая в течение не менее двух миллиардов лет, очень закономерна и резко отличается от механических структур наших приборов и аппаратов. В биосфере в жизненном процессе проявляется то же самое явление, которое в косной среде наблюдается только в условиях высокой температуры и давления.
Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему. Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи. Наиболее стабильные связи сохраняются. Имеется постоянный источник энергии - это излучение Солнца. Прогрессирующая буферность биосферы, обусловленная её многокомпонентностью, обеспечивает стабильность вновь возникающих систем. Ведь в итоге отбора сохраняются лишь достаточно стабильные системы. Наследственная изменчивость, изменение условий жизни в итоге жизнедеятельности, а также в результате абиогенных причин открывают неограниченные возможности прогрессивной эволюции. Лишь в ветви, ведущей к человеку, тенденция развиваться вне конкуренции и без контролирующей роли естественного отбора нашла своё достаточно полное выражение.
Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Живое вещество перерабатывает на нашей планете три различных формы энергии:
Лучистую энергию Солнца, тепловую, световую.
Космическую атомную энергию радиоактивного распада, причина которого неизвестна, но который охватывает, по-видимому, все элементы (α, β, и γ, - излучения).
Космическую, исходящую из нашей галактики (Млечного пути) энергию рассеянных элементов.
Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и деструкции. В ходе очередной дифференциации из круговорота органического вещества выделился биотический круговорот, в котором основную роль стали играть организмы. Так возникла биосфера.
Сначала биосфера функционировала путём взаимодействия одноклеточных синтетиков и деструкторов между собой и с абиотическими факторами. Затем в итоге новой дифференциации появились многоклеточные организмы.
Все эволюционные теории, включая дарвиновскую, базируются на представлении о развитии от простого к сложному. Это представление сталкивается с противоречиями, которых накапливается все больше. В частности, оно противоречит известному в кибернетике правилу Эшби: управляемая система никогда не может быть более сложной, чем управляющая, она всегда более простая. Это правило иногда высказывают так: горшок никогда не может быть сложнее гончара.
Открытие и изучение генетического кода свидетельствует, что индивидуальное развитие любого живого существа (онтогенез) и развитие систематической группы существ (филогенез) более похожи на редактирование и распечатку готового текста или введение в ЭВМ программы, зашифрованной в дискете. При этом наблюдается такой парадокс: организмы воссоздают себя, то есть воссоздают новые организмы без уменьшения сложности своего строения. Более того, палеонтологам известны такие продолжительные периоды эволюции, на протяжении которых сложность организмов увеличивалась.
В то же время попытки кибернетиков создать автоматы, способные самовозобновлять себя (то есть «размножаться»), натолкнулись на непреодолимое препятствие: в процессе самовоспроизведения механических систем неминуемо наблюдается уменьшение их сложности («вырождение»). Причину такого несоответствия живых и механических систем, например, М. М. Камшилов усматривает в том, что «живые организмы также не являются самовоспроизводимыми. Они воссоздают себя в условиях чрезвычайно сложной среды — биосферы». Другими словами, организмы получают некоторые «руководящие указания», информацию из внешней среды, из биосферы, причем система, которая руководит развитием индивида, развертыванием информации, записанной в его генетическом коде, намного сложнее самого организма. Что же это за система? В последнее время все более убедительными кажутся выводы В. Вернадского о том, что биосфера в своем развитии руководствуется информацией, которая поступает из Космоса. Он утверждал, что «космические излучения, которые идут от всех небесных тел, охватывают биосферу, пронизывают всю ее и все в ней... Биосферу нельзя понять в явлениях, которые в ней происходят, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением всего космического механизма».
Впервые теснейшую связь процессов в биосфере с космическими, солнечными процессами открыл выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский. Он доказал, что биосфера находится под влиянием излучения, поступающего от Солнца и отдаленных галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового размножения многих животных, таких, как саранча, лемминги и т. п., эпидемии, пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере, связаны с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т. п.). «Мы — дети Солнца»,—так образно высказался А. Л. Чижевский.
Электромагнитные поля играют универсальную роль носителей информации в биосфере. Это обусловлено следующими их преимуществами:
распространение в любой среде жизни — воде, воздухе, грунте и тканях организмов;
максимальная скорость распространения;
распространение независимо от погоды и от сезона;
возможность передачи на любое расстояние;
поступление на Землю из Космоса;
на них реагируют все биосистемы.
Раньше биологи учитывали лишь электромагнитные излучения Солнца в высокоэнергетическом участке его спектра — инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые части диапазона — как источник энергии для всего живого. Лишь в последние десятилетия стала проявляться важная роль, которая отведена природой электромагнитным полям земного и космического происхождения в диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается, накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены. Тем не менее, на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио - и космобиологи, можно утверждать, что функционирование биосферы в целом связано с информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский биолог К. Гробстайн, «невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление — оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции».
Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным сигналам увеличивается с усложнением строения организмов. Так, позвоночные животные намного чувствительнее к электромагнитным полям, чем беспозвоночные и тем более — простейшие. С усложнением биосистем возрастает их способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.
Со времен Ч. Дарвина традиционно считается, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее приспособленных индивидов. Нам следует помнить, что лучше всего приспособлены к разнообразным земным условиям простейшие существа — бактерии, вирусы, сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен своей организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали на нашей планете в архейскую эру и с того времени так изменили окружающую среду и биосферу, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены были отойти на задний план.
Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают там, где никто существовать не может — в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах. Эти организмы действительно хорошо приспособлены к условиям среды. Они придерживаются стратегии максимальной стойкости, консерватизма, сохранения достигнутого уровня совершенства.
Заключение
Теория появления условий для возникновения жизни на Земле принадлежит советскому биохимику академику Александру Ивановичу Опарину, который сформулировал ее в 1922 году. Он предположил, что из молекул водяных паров, метана, аммиака и углекислого газа, составлявших атмосферу планеты на ранних этапах ее жизни, в результате случайных комбинаций под действием высоких температур от искровых разрядов, пронизывающих тогда еще бурлящую и клокочущую планету, стало возможным образование более сложных соединений, в том числе и образование аминокислот — кирпичиков, из которых строится основа жизни — белок. Их накопление в течение многих миллионов лет привело к образованию «питательного бульона жизни» — раствора молекул различных аминокислот. В некоторой степени эта теория была подтверждена экспериментально.
Термин «биосфера» предложил в 1875 г. австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831 -1914), однако его точного определения он не дал. Спустя полстолетия русский геохимик В.И. Вернадский (1863-1945) создал учение о биосфере, основные положения которого он изложил в опубликованной в 1926 г. небольшой брошюре под названием «Биосфера». В.И. Вернадский назвал биосферой оболочку Земли, основная роль в формировании которой принадлежит живым организмам.
Биосфера представляет собой устойчивую природную систему, в которой поддерживается динамическое равновесное состояние. В результате крупных геологических явлений (извержения вулканов, землетрясения и т.п.) это равновесие может локально нарушаться, однако биосфера за счет составляющих ее структурных и функциональных компонентов биогеоценозов способна его восстановить.
Стабильность биосферы определяется прежде всего непрерывным поступлением солнечной энергии, используемой фототрофными организмами и преобразуемой ими в первичное органическое вещество — первопищу для консументов разных порядков. Она определяется также многообразием обитающих в ее пределах живых организмов (биоразнообразием), их адаптациями к жизни в разнообразнейших условиях четырех жизненных сред. Не менее важны также многочисленные способы питания живых существ биосферы, в результате чего поддерживается непрерывный биогенный круговорот веществ.
Живое вещество в биосфере играет активную роль и ни с чем, ни с какой геологической силой не может даже быть сравниваемо по своей мощности и непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере. Структура биосферы, функционирующая в течение не менее двух миллиардов лет, очень закономерна и резко отличается от механических структур наших приборов и аппаратов. В биосфере в жизненном процессе проявляется то же самое явление, которое в косной среде наблюдается только в условиях высокой температуры и давления.
Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему. Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи. Наиболее стабильные связи сохраняются. Имеется постоянный источник энергии - это излучение Солнца. Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Живое вещество перерабатывает на нашей планете три различных формы энергии: лучистую энергию Солнца, тепловую, световую.
Список использованной литературы
Алексеенко В.А. Биосфера и жизнедеятельность: учеб. пособие. – М.: Логос, 2002.- 211 с.
Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. – М.: Айрис-Пресс, 2004.- 575 с.
Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967. - 376 с.
Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1978. - 330 с .
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы земли и ее окружения. М.: Наука, 1965. - 175 с.
Мельченко В.Е., Снакин В.В. О трансформации некоторых ключевых понятий глобальной экологии / В Сб. Глобальные экологические процессы: Материалы международной научной конференции (Отв. ред. В.В. Снакин). М.: Academia, 2012. C. 327–336.
Мельченко В.Е., Снакин В.В. Региональные особенности процессов глобализации (на примере Республики Алтай) // Материалы Международного научного конгресса «Глобалистика – 2009: Пути выхода из глобального кризиса и модели нового мироустройства». М.: МАКС Пресс, 2009. Т. 2. С. 315–317.
Снакин В.В. Глобальные экологические процессы: реальности и теория // Глобалистика как область научных исследований и сфера преподавания. М.: ФГП МГУ, 2008. C. 242-264.
Снакин В.В. Глобальный экологический кризис или кризис глобальной экологии? // Материалы Международного научного конгресса «Глобалистика – 2009: Пути выхода из глобального кризиса и модели нового мироустройства». М.: МАКС Пресс, 2009. Т. 2. С. 341–344.
Снакин В.В. Глобальные экологические процессы: ресурсный и эволюционный аспекты // Жизнь Земли. М.: Изд-во МГУ, 2010. № 32. С. 190–200.
Снакин В.В. Глобальный экологический кризис: ресурсный и эволюционный аспекты // Век глобализации. 2010. № 2(6). С. 105–114.
Снакин В.В. Законы развития биосферы / В сб.: Материалы Всероссийской научной конференции «Биосфера – почвы – человечество: устойчивость и развитие». М.: Фонд «Инфосфера» – НИА-Природа, 2011. С. 398–406.
Снакин В.В. Глобальные экологические процессы: теория и практика. В Сб. Материалы Третьей международной научно-практической конференции университетов «Университеты и общество. Сотрудничество и развитие университетов в XXI веке». М.: Изд-во МГУ, 2011. С. 752–758.
Снакин В.В. Законы развития биосферы. В сб.: Материалы Всероссийской научной конференции «Биосфера – почвы – человечество: устойчивость и развитие». – М.: Фонд «Инфосфера» – НИА-Природа, 2011. С. 398–406.
Лазарев В.М., Снакин В.В. «Озоновые дыры» над Южным полюсом как следствие парамагнитных свойств кислорода и озона // Жизнь Земли. 2011. № 33. С. 52-57.
Снакин В.В. Эволюция биосферы: развитие и устойчивость / Современные проблемы эволюции: Сб. материалов Межд. конф. "Любищевские чтения– 2012", Ульяновск, 5–7 апреля 2012 г.). ISBN 978-5-86045-491-0. Ульяновск: УлГПУ, 2012. С. 42-50.
Снакин В.В. Основные закономерности эволюции биосферы (перечитывая В.И. Вернадского) // Глобальные экологические процессы: Материалы международной научной конференции / Отв. ред. В.В. Снакин. М.: Academia, 2012. C. 81–96.
Снакин В.В. Живое вещество биосферы: эволюционный аспект // Использование и охрана природных ресурсов в России. 2013. № 4. С. 3–11.
Шипунов Ф.Я. Организованность биосферы. М.: Наука, 1980. - 291 с.