Вопрос 2

ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ КАК, СМЕНА ТИПОВ ПЛАНЕТАРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ  О.В.Ковалев (ЗИН РАН), А.Б.Казанский (ИЭФиБ РАН)

Можно ли выделить простые универсальные механизмы, определяющие эволюционное развитие биосферы на протяжении 3.6 млрд. лет? До сих пор не было попыток простыми, подобными физическим, процессами объяснить принципиальное различие характера организации и эволюции биосферы до венда ( 650 млн. лет назад) и в течение последующих периодов фанерозоя.

Такие механизмы предлагаются в нашей гипотезе скачкообразного перехода от господства жестко структурированных замкнутых систем матообразующих цианобактериальных сообществ до фанерозоя с автоволновым пространственным поведением к стохастическим многоуровневым сложным биологическим системам начиная с фанерозоя. Две принципиально различные стратегии биологических систем присущи этим двум этапам развития биосферы. 

1. Первый этап организации биосферы: господство бактериальных сообществ

Господство цианобактериальных сообществ на протяжении 3 млрд. лет сменилось взрывом таксономического биоразнообразия начиная с ордовика. До фанерозоя уединеные популяционные волны со свойствами солитонов поддерживали однообразие доминирования цианобактериальных сообществ в составе придонных и наземных матов. Распростанение бактериальных сообществ происходило как автоволна, имеющая определенную форму и скорость [2,3]. 

1.1 Автоволновые процессы в современных и вымерших популяциях организмов.

Нелинейные уединенные популяционные волны, имеющие определенную форму и скорость чрезвычайно редко проявляются в популяциях современных организмов. Но они сохраняются как реликтовые процессы в жизненных циклах некоторых архаических организмов - бактерий, амеб, миксомицетов. В специальных полевых экспериментах, проанализированных с помощью имитационной и аналитической моделей показано, [6,7], что уединенные популяционные волны насекомых - фитофагов подобно автоволне горения способны уничтожать на своем пути питательный ресурс на 100% ! При этом важно подчеркнуть, что подобное аномальное поведение насекомых никогда не проявляется в природных сообществах первичного ареала фитофага. Феномен возникновения такой необычной популяционной волны возникает только при интродукции специализированного фитофага в нарушенный заносным сорным растением ценоз. Подобные сорняки -турбаторы блокируют естественный ход сукцессионных процессов и резко упрощают структуру ценоза, тем самым способствуя проявлению необычной “реликтовой” автоволны. Уединенная популяционная волна (УПВ) насекомых, которая подобно волне горения полностью уничтожает на своем пути кормовое растение, может служить моделью распространения цианобактериальных сообществ и характера их взаимоотношения с другими организмами. Так, разными авторами предполагается, что водная среда вокруг дофанерозойских матов была токсичной для любых других форм жизни [9]. Маты, расположенные на невысоких пенепленах протоплатформ контролировали состав гидросферы. Играя роль фильтров в палеобассейнах, они препятствовали накоплению как неорганических, так и органических компонентов, т.е. задерживали эволюционное развитие других организмов, полностью используя биогенные элементы [2,3]. Так, например, появление эукариот относят уже ко времени ок. 2 млрд. лет, но взрыв их таксономического разнообразия задержался почти на 1.5 млрд. лет и впервые отмечен в венде (650 млн. лет назад). Только резкие климатические изменения (самые продолжительные позднепротерозойские "ледниковые периоды"), гренвильский тектогенез и появление холодноводности привели к разрушению цианобактериальных сообществ и способствовали развитию в венде новых форм жизни. Но даже эдиакарская фауна, этот первый взрыв биоразнообразия, оказалась все же своеобразным тупиком в эволюции биосферы. 

Только после продолжительного (25 млн. лет) оледенения Пангеи в ордовике начался скачкообразный переход к прогрессирующему таксономическому биоразнообразию.

На самом длительном этапе существования биосферы литифицированные поверхности матов с плотным покровом хлорофилла создавали своеобразную пленку на поверхности кратонов. Периодическая гибель матообразующих сообществ в течение активизации магматических процессов и восстановление их жизнедеятельности происходило в ничтожно малые сроки генезиса континентальных платформ, что следует из математической модели УПВ [3]. 

Очень существенны следующие два обстоятельства. Во-первых, достоверно определяемые цианобактерии нижнего протерозоя почти не отличимы от современных форм. Таким образом, эволюционный процесс как бы исключается в жестко структурированных системах матов на протяжении по меньшей мере, 2 млрд. лет! 

Во - вторых, локальное доминирование цианобактериальных матов периодически возвращалось в периоды крупнейших биосферных кризисов в течение фанерозоя. Эти кризисы в значительной степени связаны с воздействием внешних космических факторов, связанных с особенностью движения солнечной системы в течение галактического цикла (217 млн. лет).