3. Эволюция биосферы Изменения окружающей среды на земле всегда происходили параллельно с эволюцией жизни. Два этих процесса в биосфере развивались параллельно и взаимосвязано:

• изменение параметров абиотических факторов влекло за собой каскад изменений живого (принцип влияния неживого на живое);

• меняющееся живое вещество активно воздействует на среду своего обитания, формируя ее новые параметры (принцип влияния живого на неживое).

Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биотическая регуляция окружающей среды является результатом эволюции биосферы.

Важнейшим двигателем планетарной химической и органической эволюции является непрерывный поток солнечной энергии, постоянно организующий, воспроизводящий и усложняющий путем автокатализа и отбора циклические динамические системы вещества на Земле. Многие детали эволюционного процесса неизвестны, но динамика химических циклов в биосфере указывает на прямую связь химической и биологической эволюции на планете.

В эволюции биосферы принято выделять два этапа: добиотический и биотический этапы эволюции.

Добиотическая эволюция – химическая эволюция, подготавливала субстраты, конструкции и реакции для возникновения жизни, включает в себя 4 подэтапа.

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад):

• газовые компоненты веществ, из которых формировалась планета – ювенильная атмосфера – улетучились в пространство;

• примитивная вторичная атмосфера, формируемая эмиссиями остывающей коры и вулканическими извержениями, имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы, диоксид серы, сероводород, возможно, также окись углерода, цианистый водород, формальдегид и другие простые соединения.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере:

• появляется жидкая вода;

• горячий первичный океан имеет на порядок меньший объем, чем современная гидросфера, но представляет собой более концентрированный раствор;

• формируется круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах;

• образуются микромолекулы при действии различных видов энергии на компоненты атмосферы и гидросферы;

• автокатализ способствует отбору и росту молекул, органических мономеров – простых кислот, альдегидов, ароматических циклов, нуклеотидов.

3. Образование сложных органических веществ, биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот, полисахаридов.

Органические вещества возникали в процессах конденсации и полимеризации мономеров и других простых соединений: С, Н, О, N, за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода.

Реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, – зародыш биотического круговорота биосферы.

Дальнейшее усложнение органических веществ приводит к появлению устойчивых комплексов макромолекул, обладающих информационными функциями – молекулярным узнаванием, катализом (появление специфических ферментов), способностью к самосборке и редупликации.

Образуются липопротеидные, нуклеопротеидные и другие макромолекулярные микросистемы типа мембранных образований, микросфер или коацерватных капель – предшественников протоклеток.

Биотическая эволюция – эволюция жизни, также включает 4 подэтапа.

1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад).

Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению первичных клеток, способных к делению.

Кодирующие редупликацию нуклеиновые кислоты становятся программами самовоспроизведения и биосинтеза – возникает биологическая информация.

Функция самовоспроизведения становится почвой для возникновения естественного отбора.

Появление клеток, различающихся по типу питания, – хемоавтотрофных и гетеротрофных – дает начало биотическому круговороту.

2. Появление фотоавтотрофных клеток, развитие фотосинтеза и биопродукция кислорода – постепенный переход к окислительной атмосфере.

Микробы природных вод ускоряют миграцию и концентрацию химических элементов, формируют солевой состав среды, возникает средообразующая функция биоты.

Появляются колониальные и многоклеточные формы, закладываются все царства живого.

Оксигенация атмосферы и возникновение озонового экрана делают возможным выход на сушу – сначала амфибиальных организмов, а затем и наземных растений и животных. Это приводит к дальнейшему усложнению и совершенствованию биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации.

Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.