7.8. Эволюция биосферы

Биосфера постоянно развивается – эволюционирует. Высокая замкнутость биологического круговорота и эффективность биологической регуляции окружающей среды – это закономерный результат эволюции биосферы.

В процессе эволюции биосферы выделяют два этапа: 1 – добиотическая эволюция, 2 – биологическая эволюция ( Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2000).

1. Добиотическая эволюция включает 4 этапа.

1.1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера была восстановительной (содержала водород, азот, метан, аммиак, пары воды, инертные газы, цианистый водород, формальдегид и др. соединения), имела высокую температуру.

1.2. Возникновение абиотического круговорота веществ. В результате постепенного остывания планеты и за счет энергии Солнца формируется абиотический круговорот веществ. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, осуществляется круговорот воды, происходят водная миграция микроэлементов и разнообразные химические реакции в растворах. Благодаря автокатализу происходит образование и рост молекул.

1.3. Образование органических соединений. Осуществляются реакции конденсации и полимеризации простых соединений азота, углерода, водорода, кислорода за счет энергии УФ-излучения Солнца, электрических разрядов и других энергетических факторов, в результате которых образуются сложные органические вещества, способные аккумулировать лучистую энергию солнца в результате фотохимических реакций.

1.4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, - прообраз биотического круговорота биосферы.

Дальнейшее усложнение органических молекул привело к образованию устойчивых комплексов - макромолекул, обладающих способностью к редупликации (удвоению), и возникновению молекулярных систем саморазвития.

2. Биотическая эволюция.

2.1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биологических мембран приводит к появлению вирусоподобных структур и первичных клеток, способных к делению, - вначале хемоавтотрофных прокариот (безъядерных клеток), а затем – эукариот (ядерных клеток).

2.2. Появление и развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды. Появляется и совершенствуется процесс фотосинтеза. Продуцирование и выделение в атмосферу молекулярного кислорода зелеными растениями в процессе фотосинтеза обеспечивает постепенный переход от восстановительной к слабоокислительной атмосфере, содержащей свободный кислород. Этот этап длился более 2 млрд лет, и закончился 1,8 млрд лет назад. Ускоряется биогенная миграция элементов. Возникают многоклеточные организмы, наземные растения и животные, усложняется биологический круговорот. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации (продуценты, консументы, редуценты). Достигается высокая степень замкнутости биологического круговорота.

2.3. Увеличение биологического многообразия. Усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Формирование окислительной атмосферы в результате процветания и распространения на планете фотоавтотрофной растительности и максимального развития фотосинтеза растений, генерирующих свободный кислород. Организмы заняли все экологические ниши на планете. Полностью сформировалась средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее постоянства состава – гомеостаза. Преобразование среды в результате деятельности организмов оказывает обратное воздействие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией.

2.4. Появление человека – лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества. Вовлечение в техногенез непропорционально больших по сравнению с биосферными потоков вещества и энергии, что нарушает замкнутость биологического круговорота и вызывает антропогенные экологические кризисы.

В.И.Вернадский открыл ряд общих закономерностей развития биосферы, которые ныне рассматриваются как законы В.И.Вернадского:

1. Закон биогенной миграции атомов. Миграция химических элементов в биосфере происходит при прямом или косвенном участии живого вещества.

2. Закон константности. Количество живого вещества на планете в определенный геологический период постоянно. Из него вытекает правило обязательного заполнения экологических ниш биосферы.

3. Закон физико-химического единства живого. Все живое на Земле физико-химически едино.

4. Закон минимума биогенной энергии. Любая биологическая система в процессе развития увеличивает свое воздействие на окружающую среду.

После образования на Земле живое вещество прошло длительный путь эволюционных преобразований. Можно выделить следующие закономерности развития живого вещества:

1. Направленность эволюции в сторону все большего усложнения.

2. Необратимость эволюции. Ни один вид не может в своем развитии вернуться к состоянию, уже осуществленному ранее в ряду его процессов. Существуют эволюционно консервативные виды, своего рода «живые ископаемые», практически остановившиеся в развитии (например, кистеперая рыба латимерия и др.), но и они подчиняются общей закономерности.

3. Эволюция разных биологических видов протекает с разной скоростью.

4. С ходом исторического времени растут темпы эволюционных преобразований.

5. Результатом эволюции животного мира является неуклонное усложнение нервной системы и в частности головного мозга.