Теорія виникнення життя на Землі

Поєднання недавно отриманих мікропалеонтологічних, біогеохімічних і ізотопних даних свідчить про те, що життя на Землі існувало стільки часу, скільки існувала і сама планета — близько 4,5 млрд. років. Земля відноситься до внутрішніх планет Сонячної системи, і перші органічні речовини зароджувались ще в космічних умовах. Всі органічні сполуки, знайдені в метеоритах, відповідають універсальним ланкам обміну речовин відомих живих організмів — амінокислот, білкоподібних полімерів, полінуклеотадів і інших. Органічні речовини, які виникли в космічних умовах, ввійшли до складу багатьох тіл, однак тільки на Землі реалізувались можливості їх подальшої еволюції, що забезпечили виникнення саморегулюючих високомолекулярних систем — безпосередніх предків живих організмів. Більшу частину геологічного часу, з моменту появи перших водойм на планеті, розвиток життя проходив у воді, і тільки близько 600 млн. р. тому перші організми виходять на земну поверхню. Перші форми життя були представлені простими прокаріотами з одноклітинною структурою і гетеротрофним способом живлення. Першими автотрофними організмами (фотосинтезуючими) були ціанобактерії і синьо-зелені водорості.

Поява еукоріотинних одноклітинних організмів 2—1,5 млрд. років тому стала переломним етапом в історії органічного світу Землі.

В ранньому палеозої — силурійському періоді — живі організми виходять на поверхню континентів. Американский геолог Д. Шухерт цей період еволюції планети назвав фанерозоєм («фанерос» — наглядний, «зое» — життя). Він охоплює геологічний проміжок часу в 570 млн. років.

На межі палеозою і мезозою (близько 200—185 млн. років тому) помітно змінюється газовий склад атмосфери за рахунок бурхливого розвитку деревних спорових рослин — плауноподібних, клинолистих та ін., який привів до інтенсивності процесу фотосинтезу, зменшеня ролі вуглекислого газу і проникнення до земної поверхні значно більшої кількості ультрафіолетових променів.

На межі тріасового і юрського періодів (близько 150 млн. років тому) відбувається зміна вищих спорових голонасіневих рослин покритонасіневими (квітковими), що сприяло бурхливому розвитку комах, запилювачів і перенощиків насінин.

В крейдяному періоді (близько 70 млн. років тому) відбувається диференціація кліматів Землі і поява холодного періоду, що стає причиною заміни гігантських рептилій птахами і ссавцями.

Вік сучасних систематичних груп організмів різноманітний. Членистоногі існують на Землі з верхнього протерозою: риби — з силуру, комахи — з девонського періоду, голонасіневі рослини — пермського віку, покритонасіневі — з крейди.

В даний час домінують покритонасіневі рослини, ссавці і птахи із наземних хребетних, брюхоногі молюски — із наземних і водних безхребетних. Сучасна різноманітність живих організмів пов'язана як з тривалістю їх зародження, так і мозаїчністю екологічних умов існування.

Екологічні системи, їх біологічна продуктивність

Угруповання живих організмів тісно пов'язані з неорганічним середовищем з допомогою речовинно-енергетичних зв'язків. Їх існування постійно підтримується притоком запасів неорганічних речовин через системи кругообігів речовин. В той час біогенні елементи, органічні рештки повертаються в середовище як в процесі життєдіяльності організмів, так і після їх смерті. Любу сукупність організмів і неорганічних компонентів, взаємопов'язаних кругообігом речовин, називають екосистемою. Автор терміну «екосистема» англійський вчений А. Генслі розглядав їх як основні одиниці природи. Він вказував на те, що термін може застосовуватись як по відношенню до краплі води, так і Океану в цілому. Це — одиниця функціональна, яку не обов'язково відмежовувати в просторі від інших екосистем. На відміну від біогеоценозу екосистема може бути І штучно створеною (акваріум, космічний корабель і т. д.).

Підтримання кругообігу речовин в екосистемі відбувається за умови наявності запасу неорганічних речовин у сприятливій для засвоєння формі, а також трьох функціонально відмінних груп організмів: продуцентів, консументів, редуцентів. Продуцентами виступають автотрофні зелені рослини, які продукують органічну речовину за рахунок неорганічних сполук. Консументи — це гетеротрофні організми, які споживають органічну речовину. І трансформують її в нові форми. Редуценти живуть за рахунок мертвих органічних решток, переводячи їх в неорганічні сполуки.

В процесі фотосинтезу продукується біомаса. Приріст біомаси за одиницю часу носить назву продуктивності організмів, органічна маса, створена при цьому — первинна продукція. Частина цієї продукції йде на підтримання життєдіяльності рослин (дихання), тому існує поняття чистої продукції за вирахуванням затрат на дихання. Чиста первинна продукція використовується консументами і редуцентами. Приріст маси консументів за одиницю часу носить назву вторинної продукції угруповання.

Всім екосистемам властиве певне кількісне співвідношення первинної і вторинної продукції, яке отримало назву правила піраміди продукції, згідно якого: на кожному попередньому трофічному рівні обсяг біомаси за одиницю часу (біологічна продуктивність) більший, ніж на наступному (рис. 6.).

У більшості екосистем справедливе правило піраміди біомас, тобто коли сумарна маса рослин більша біомаси всіх фітофагів і травоїдних, а їх маса відповідно перевищує масу всіх хижаків.

В тих трофічних ланцюгах, де передача енергії йде по лінії хижак — жертва, часто витримується правило піраміди чисел: загальне число особин, задіяних у ланцюги живлення, з кожним рівнем зменшується.