33.Пространственная и временная организованность биосферы.

Пространство и время – две основные формы движущейся материи – в трудах В.И. Вернадского являлись стратегической целью, некоторой «Сверхзадачей» всей его натурфилософии. Глубина проникновения в строение окружающей действительности и широкий исторический охват рассмотрения каждого ее аспекта не могли не привести естествоиспытателя к отысканию фундаментальных свойств реальности, которые наиболее полно выражаются в понятиях пространства и времени.

Время и пространство отдельно не встречаются, они нераздельны. Мы не знаем ни одного явления, которое бы не занимало части пространства и части времени. Только для логического удобства представляем мы отдельно пространство и отдельно время, только так, как наш ум вообще привык поступать при разрешении какого-нибудь вопроса. В действительности ни пространства, ни времени в отдельности мы не знаем нигде, кроме нашего воображения. Что же это за части неразделимые – чего, очевидно того, что только и существует – это материи, которую мы разбиваем на две основные координаты: пространство и время.

35.Эволюция биосферы. Тенденции в эволюции биосферы

Биосфера большой и очень сложный комплекс из множества элементов, взаимодействующих друг с другом миллионы лет. Научные теории, касающиеся возникновения и эволюции биосферы, носят преимущественно гипотетический характер. Выкладки, даже те, которые не противоречат современным физическим, химическим, биохимическим и другим законам, в основном невозможно подтвердить экспериментально. Рассмотрим наиболее признанные гипотезы, касающиеся ключевых моментов эволюции биосферы.

Теория Большого взрыва как гипотеза зарождения Вселенной

В 1922 г. советский математик и геофизик Александр Александрович Фридман нашел решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Оказалось, что решение является нестационарным, то есть Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил разбегание галактик, что свидетельствовало о расширении Вселенной. Анализируя картину расширения Вселенной, ученые пришли к выводу, что примерно 20 млрд. лет назад Вселенная была сжатой в точку и имела сколько угодно большую плотность. В результате Большого взрыва она начала расширяться, иначе говоря, существовать в привычном нам виде.

Ученые смогли восстановить картину развития Вселенной с малых долей первой секунды после Большого взрыва, но никто не знает ни причин, вызвавших взрыв, ни то, что было до него. «Теория «Большого взрыва» в настоящее время столь надежно установлена и верна, сколько верно то, что Земля вращается вокруг Солнца», — констатировал академик, советский физик-теоретик Зельдович в 1982 г. на международном конгрессе. Спустя 15 млрд. лет после Большого взрыва, то есть примерно 5 млрд. лет назад, сформировалась планета Земля как космическое тело.

Теория а.И. Опарина как гипотеза возникновения жизни (органических веществ, предбиологических структур) на планете Земля

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, составлявшихатмосферу 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.

В 1952 г. молодой американский химик Стенли Миллер сделал смесь, имитирующую предположительный начальный состав атмосферы и океана Земли. Через нее пропускали электрические разряды, имитирующие молнии. Через неделю был произведен химический анализ смеси, и там были обнаружены некоторые аминокислоты.

Позже этот эксперимент был повторен многими исследователями. В соответствии со вторым началом термодинамики большие молекулы не могут быть равномерно распределены в растворе. Под действием электростатических сил они начинают объединяться в отдельные образования типа комочков геля, обрастая все новыми и новыми молекулами и образуя крупные капли с индивидуальной структурой и составом. Каждая сформировавшаяся таким образом капля имеет сугубо индивидуальную структуру, состав которой случаен. Далее начинает работать своеобразный отбор: устойчивые комбинации молекул сохраняются, неустойчивые — распадаются, а из их осколков образуются другие варианты случайных конструкций. Достигнув определенных размеров, капля, не будучи прочной, рассыпалась на две-три части под действием внешних механических сил. Образовавшиеся вновь капли по структуре совпадали с первоначальной.

Они как бы унаследовали от исходной капли ее индивидуальные особенности. Они вновь начинали «расти», дробились и т.д. Однако это еще не было живым веществом, это была так называемая предбиологическая структура, поведение которой описывается законами гидродинамики.

Прошло еще много миллионов лет, прежде чем эти капли превратились в живые клетки. Устойчивая прабелковая молекула, случайным образом «научившаяся» воспроизводить саму себя, получила колоссальное преимущество и расселилась по «питательному бульону». По мнению ученых, уже через каких-нибудь 1,0-1,5 млрд. лет появились многоклеточные организмы. Жизнь из плесневой и слизистой формы стала активной жизнью привычных нам существ. Теория А.И. Опарина завоевал а широкое признание, но она не может четко ответить на вопрос: как именно произошел переход от сложных органических веществ к простым живым организмам.

36.Эволюция биосферы. Факторы эволюции биосферы

Эволюция биосферы на протяжении большей части ее истории осуществлялась под влиянием двух главных факторов:

1) естественных геологических и климатических изменений на планете;

2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.

На современном этапе в третичном периоде основным фактором, определяющим эволюцию биосферы, стало развивающееся человеческое общество.Эволюция органического мира прошла несколько этапов. Первый этап – возникновение первичной биосферы с присущим ей биотическим круговоротом,второй – усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа эволюции, протекавшие в соответствии с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, получили название биогенеза.

Третий этап связан с возникновением человеческого общества. Разумеется, по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу. На данном этапе эволюция протекает под определяющим воздействием человеческого сознания и связанной с ним производственной (трудовой) деятельности людей, что соответствует периоду ноогенеза.

37. Преобразующее влияние биологической эволюции на геохимическое строение биосферы

Методологической установкой при изучении взаимосвязи эволюции видов с эволюцией биосферы служит положение о том, что вид - не только элементарная единица эволюционного процесса, но и элементарная геохимическая и энергетическая единица биосферы (Камшилов, 1961; Наумов, 1964, 1967, 1972). Более того, каждый вид является фактически уникальным по своим экологическим функциям. Вот почему не удается, как правило, найти равноценную замену виду, вымершему в результате антропогенной деятельности. Особенно велика биогеохимическая и энергетическая роль в экосистемах ключевых видов, вымирание которых ведет к коренной перестройке биотических сообществ.

В связи с этим преобразование химического состава и геохимической энергии популяции представляет собой и элементарное явление в эволюции биосферы. Образование каждого вида, писал Н. В. Тимофеев-Ресовский (1958), есть шаг в освоении организмами биосферы. Согласно закону Г. Ф. Гаузе (1934а), становление нового вида невозможно без формирования специфической экологической ниши, без овладения ресурсами, которые ранее не использовались. Диверсикационные процессы видообразования повышают общую адаптивную пластичность данной таксономической группы и тем самым увеличивают „общую интенсивность использования организмами поверхности Земли, повышая степень дифференциации биомассы в биосфере” (Тимофеев-Ресовский, 1958, с. 333). Для понимания эволюции биосферы важно получить максимальное количество сведений об общей биомассе отдельных видов, их химическом составе и геохимической энергии. Эти видовые признаки характеризуют участие того или иного вида в энерготрофических процессах биосферы. Поэтому важно процессы видообразования изучать не только с точки зрения изменения морфологических и физиологических признаков организмов, но и с учетом их веса, элементного состава и геохимической энергии. Уже первые исследования такого рода, проведенные в 20--30-х годах под руководством В. И. Вернадского и А. П. Виноградова, позволили получить точные данные об участии отдельных видов в осуществлении биогеохимических функций биосферы. Установление геохимической определенности видов не только дополняет традиционные представления о процессах видообразования и их критериях, но и позволяет изучать эти процессы как элементарные явления в эволюции биосферы. Не случайно широкое распространение среди советских и зарубежных биологов получили представления о том, что появление практически каждой новой группы растений означает усовершенствование способности использовать энергию солнца, а появление новых групп животных связано с формированием механизмов дальнейшей утилизации этой энергии (Бей-Биенко, 1972; Ничипорович, 1973; Шварц, 1973; Родендорф, Жерехин, 1974; Paulus, 1978; Wahlert, 1978; Вольские, 1986, ими. др.). Ниже будет показано (гл. 3), что в некоторых работах удалось довести результаты изучения микроэволюционных преобразований геохимических признаков до уровня биосферных исследований. В частности, было доказано, что адаптированность организмов к геохимической среде предопределяет и интенсивность выполнения ими биогеохимических функций. От степени приспособленности организмов зависит скорость роста их биомассы, а следовательно, и объем химических элементов, вовлекаемых ими в биотический круговорот. Приспособленность организмов сказывается и на их воздействии на окружающую среду.