46.Биогеохимические принципы эволюции биосферы Вернадского

БС есть геологическая оболочка Земли, переработанная жизнью и космическими излучениями, границы кот определяются наличием живых орг-змов.

БС по Вернадскому - область распространения жизни, включающая наряду с орг-змами и среду их обитания, которая в ходе эволюции закономерно жизнью переработана и организована.

Осн. биогеохимические принципы эволюции Вернадского. Исходя из геохимических ф-ций живого в-ва (газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание), Вернадский сформулировал 3 основных принципа:

1).вытекает из факта устойчивости геол.процессов в ходе исторического времени-биогенная миграция хим.элементов в биосфере,всегда стремится к максимальному своему выражению. Вовлекая неорг.в-ва в биотический круговорот, живое в-во проникает в ранее не доступные ему области и увеличивают свою геохимич.активность. Освоение новых областей осуществляется за счет видообразований. Данный принцип является измененной формулировкой закона сохранения живого в-ва и его м. наз-ть правилоом постоянства химического базиса эволюции.

2)связывает эволюцию биосферы в целом и эволюцию отдельных видов. Эволюция видов в ходе геологического времени увеличивающая устойчивость биосферы идет в направлении роста биогенной миграции атомов биосферы. Биогенная миграция -массоперенос в-ва с участием жив.орг. В любой момент времени жизнь состоит из 3 групп видов:1.базовая группа-основная работа по переработке среды. Виды определяющие ответственность за общую структурно-ф-циональную организацию живого в-ва и ее реализацию.2.группа новых видовых форм,которые выступают как возмутители спокойствия. Судьба определяется уровнем их вклада в переработку ОС 3.группа,покидающая арену жизни. Не способны вносить вклад в переработку среды. Это правило направленности эволюционных изменений. Принцип основан на обобщении работ Дана. В 1859г сделал эмпирическое обобщение о том,что эволюция идет в опред.направлении-цефализация. Процесс эволюции-в непрерывном росте объема головного мозга, развитий ЦНС Чел-к, эволюционируя, увеличивает свою перерабатывающую способность. Научная мысль сейчас-главная геохимич.перерабатывающая сила на земле. Биосфера эволюционирует в ноосферу на основе осмысления биогеохимической ф-ии живого в-ва.

3)основан на геометрической прогрессии размножения живых орг-ов. В течении всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого в-ва, которое в данный момент существует на земле. Данный принцип м. рассматривать как правило полной заселенности Земли во все геологические времена.

Возм.сти перехода от прост. к слож-у.Живое сущ-т за счет постоянного потока в-ва и Е. Хаос, организация, инфо. Само понятие о упорядоченности жив. природы пришло из геологии.

Хаос-неограниченное разнообразие. Мир без связей и взаимодействий. Он не м. развиваться самостоятельно. Он будет упрощаться или разрушаться.

Организация. Совок-ть эл-тов, связ-х м/у собой опред-м образом. Организацию хар-ют: 1. налич. неск-х комп-тов. 2. сущ-е связей м/у ними. 3. особенности этих связей, которые определяют форму, устойчивость.

Каждый ученый пытается извлечь как м. больше инфо, т.к. инфо определяет реальные пр-сы, явления, востребованные по определенному каналу связей.

Инфо- степень снятой неопределенности. При взаимод-ии сис-м с одинаковым порядком сложности, обе с-мы обогащаются инфо в равной степени. При взаимодействии двух систем, когда одна простая, а другая сложная, то отбор информации будет различным. Простая заберет меньше информации, сложная – больше. Т.о. взаимодействие сопровождается отбором информации, которое соответствует уровню организации компонентов. Орг-мы получают из ОС инфо о соединениях в ОС, об источниках Е, о их распределении в простр-ве. Абиотич среда получает инфо о продуктах метаболизма. В итоге организм обогащается веществом, энергией и информацией, а абиотическая среда видоизменяется, среда стан-ся инфо-но иной. Инфо ценность объекта ∞. Более сложн. с-мы извлекают из ОС больше инфо, чем менее организованные. Они и сами служат источником большей инфo. Поглощение инфo – важнейшее условие ж\д-ти, это средство ↑ саморегуляции. Орг-мы, которые поглощают больше инфо д. обладать преимуществом. Естест. отбор служит к накоплению инфo, усложнению организации.

Что нужно, чтобы из простого возникло сложное?

1. наличие массы относ-но прост. комп-тов. 2. способ-ть комп-тов к образ-ю связей м/у собой. 3. источник Е, обеспеч-й взаимод-е м/у комп-ми. 4. условия благоприятствующие нек-й стабильности вновь образ-ся сис-м. 5. сохранение возм-ти участия вновь возникшей с-мы в послед-х эволюцион преобразованиях.

Наука признает возм-ть возникн-я самовоспроизведения на основе прогрессирующего усложнения орг-ции. Способность к потреблению инфо, к получению инфо пропорционально ст. слож-ти сис-мы →неизбежно этот пр-с выступает как самоускоряющийся. Длит. и естеств. путем явл консервация, концентрир-е в малом V большого кол-ва инфо, расселений в ОС. Самовоспроизведение жив в-ва явл ф-цией специфическим образом организ-й сложности. Сложность на низшем уровне явл вырождающейся, связи не закрепляются. Есть min уровень организованности, после α эта склонность преодол-ся и становится возможным создание самоподдерживающихся сис-м.

Основные условия возникновения сложного из простого относительно к БС.

1.БС многокомп-тная с-ма. 2.различн. комп-ты связаны м/у собой. Наиболее стабильные связи отбираются и сохраняются. 3.источник Е – Солнце и экзогенная энергия – энергия недр. 4.усиление буферных св-в БС. Обеспечив среду существования орг-в. 5.наличие кода жизни. Наследственная изменчивость, передача наследственной инфо.

47. Основные уровни организованности биосферы.

Живое в-во переработало инертную оболочку Земли. БС не только охваченная жизнью оболочка Земли, но и структурно жизнью организ-ая и преобраз-ая жизнью.

Понятие об организации БС введено Вернадским в 1931 году («Об условиях появления жизни на Земле»): он показал, что БС не яв-ся хаотическим собранием разрозненных эл-тов. Организов-ть БС подразумевает единство, равноценность и связь ее частей. БС является функцией планетарно-космическ. организ-сти в целом.

Организ-ть БС подраздел-ся и проявл-ся на разных ур-ях: 1) биологич., 2) химич., 3) физич.; 4) термодинамический, 5) парагенетический, 6) энергетический.

Организ-ть БС на биолог-ич. ур.: живые оргн-мы – дисперсные сис-мы. Огромный геохим-й потенциал живого в-ва (обобщение Снядетского – чем меньше размер организма, объем, чем больше дисперсность, тем интенсивнее его геохимический эффект). Вопрос организованности на биологическом уровне рассмотрен Тимофеевым-Лесовским, который рассматр-т ступени организ-ии. Он выделил два подхода: 1) он рассм. живое вещество само по себе и выделяет основн. ступени организации; 2) рассматривает живое вещество как элемент в эволюции БС.

4 ступени орг-ции: 1. молек. – генетич. Элемен. основа эволюции на ур. внутрикле-ой сис-мы осуществл-т воспр-ство клеток орг-ов, передает наследств. инфо от покол. к покол.. Расшифровка генетич-й инфо идет на онтогенетич. ур-не.

2. онтогенетический. процессы передачи инфо изучены ↓. Здесь происх-т отбор, оценка, приспособл-е к усл-ям среды.

3. популяционно-видовой (экологический уровень). идет развитие признаков, новых св-в. В кач-ве элементарной единицы эволюции рассматр-ся популяция – неразложимая на составные части эволюционная ед-ца, способная к самовоспроизведению, измненению ареала, трансформации, но она существ-т в определ. среде (биотич-е и абиотич-е ф-ры), и яв-ся составной частью биогеоценоза.

4. биогеоценотич-й (еще называют биосферным уровнем). популяции орг-змов образуют сообщества, которые нах-ся во взаимод-ии м/у собой и ОС. Эти взаимод-я обусловливают единый биогеохим-й круговорот в-ва на планете. Биогеоценозы - блоки из кот.состоит БС, в кот.протек-т круг-ты и в сумме составл-т большой БС круговорот, обусловливающий основной мех-зм устойч-ти БС. Биогеоценозы изменяются, находясь в постоянном динамическом равновесии.

Организованность на хим. уровне. Биосфера – это открытая термодин. система. E вход в биосферу – солнечная Е. Выход – 1) отражение в Космос; 2) формир. осадочных горных пород. Поступление материала в биосферу – выщелачив. горных пород, вулк. дея-сть, космич. пыль. Расход – осаждение на дно океанов, водоемов, диссипац. газов в Космос. Т.о. в биосфере постоянно происходят такие процессы, но в целом хим. состав постоян. Все элем-ты охвачены живым вещ-вом. ЖВ определяет основ. хим. закон-сти. Все процессы сопряжены. Главн. роль – жидкости и газы. Закон Дитмара – состав миров. океана постоян. Равновесие «Живое в-во – Тропосфера» - хим. состав тропосферы имеет биогенное происх. Кремний-кислородные тетраэдры и алюмосиликатные октаэдры – признаки константности почвы. Это устойчивое ядро сохраняется в течение млн. лет.

Организованность на физическом уровне. БС – это явление космо-планетарн. масш-а. БС – это порожд-е Галактики, а Галактика – порожд-е Космоса – более сложн. компонента. БС постоян. находится во взаимод. со своим космо-планетарным окружением.

Организ-сть на термодин. уровне. Основан на II законе термод-ки и показывает необратимость тепла и переход его от горячего к холодному. Внутр. Е: U=F+TΔS, U – внутренняя энергия, F – свободная энергия Гельмгольца, T – абсолютная температура, S – энтропия, при V=const. TΔS – связанная энергия. H=G+TΔS, G – энергия Гиббса, H – энтальпия, при P = const. Для закрытых проц-ов, где протекают самопроизвольные процессы ΔG <0. ΔG=ΔH- TΔS. S₂-S₁=ΔS>0. Это означает, что при пост. темп-ре энтропия растет. S=kLnW – уравнение Больцмана.

Равновесие – это рез-т противод-ия друг другу энергии Гиббса и энтропии. При ↓ темпер-ах преобл. энерг-кий фактор и сис-ма упоряд-ся, энтропия ↓. При ↑ темпер. возра-ет энтропия. Понятие энтропия применимо только к совок-сти тел.

Живая материя имеет высокую степень самоорганизованности. Например, из а/к образуется белок – это упорядочивание. Энтропия понижается. Организмы – открытые системы. Они получают энергию в таком количестве, в котором уменьшается такая энергия в системе. Система забирает порядок из ОС, внося в неё беспорядок, она непрерывно извлекает свободную энергию и информацию.

Теорема Фишера (1930) – в ходе эволюц. у жив. орг-ов возрастает способность использовать жизн-ные ресурсы, что ведет к росту организованности органич. мира.

Пригожин внес вклад в термодин. открытых систем. Он считает, что многие биол. и географ. системы открытые и флуктуируют. Иногда отдельная флук-ация может быть настолько сильной, что сис-ма может разрушится. Такое переломное состояние назыв. точкой бифуркации. Здесь сис-ма либо разрушится, либо перейдет на более высок. уровень орган-сти (но для этого она должна иметь какой-то миним. уровень орг-сти). Человеч. деят-сть только повыш. энтропию. Может настать такой момент, что сис-ма именно разрушиться. Но гибели БС не будет. Произойдет лишь исчез-ние чел. цивилизации, т.к. на протяжении ряда периодов каждый раз БС оставалась эквивал-ной предшествующей – это принцип эквивалентности.

Орг-сть на парагенетическом уровне. Парагенез – совмест. присутствие связано с чем-то. Паратерезис – случайное. Парагенезис – это взаимное нахождение, эмиграция элем-ов в земной коре. Примен-но к БС – жив. вещ-во пост-но стремится организовать условия среды обитания, чтобы иметь возм-сть стабилизир., улучшить свою струк-ру. В рез-те деят-сти живого вещ-ва в биосфере и возникла такая оболочка, как параген-кая оболочка, т.е. организованная жизнью. В этой оболочке проявляется парагенезис всех уровней – молекул, газов, минералов, живых орг-мов до биокосных тел. БС представляет собой биокосное тело, организованное жизнью. Материя, организованная жизнью – это и есть парагенетическая организация.

Орган-сть на энергет. уровне. БС, поглощая Е из своего окружения трансформирует, удерживает, а частично передает ее обратно (нижележащие слои лит-ры и вышележащ слой тропосферы), таким образом БС испытывает Е-ое возд-е двоякого рода - экзогенные(космич) и эндогенные(планетарные).

Подстилающая БС толща лит-ры м. рассматриваться как сложная Е-ая гидродинамич. сис-ма, где протекают процессы массо-, теплообмена. Результир-щая F направлена вверх. БС нах-ся под const возд-ем этой F, α ее перестраивает.

Масса солнца в 3 млн раз >массы земли. Гравитац возд-е оказывает и солнце, и луна. Гравитац.возд-е луны в 2,2 раза >, чем гравитац.возд-е солнца. Все эти потоки Е взаимосвязаны и Е-ую организованность БС.

Потоки трансформиров. Е - ∑-ая Е трансформируется в БС в соответствии с ур-нем организованности БС. Затем происходит обратный процесс-отток Е в ОС и космич.пр-во.

Основные ф-ции биосферы: были развиты в трудах советских ученых (Вернадский): 1)энергетич-связ. с аккумулированием, ∆Е автотроф.и гетеротроф.и орг-ми(ф-з,хемо-з,пит-е). 2)биохимич-синтез органики с вовлечением макро-микроэл-тов, рассеяние этого в-ва по планете. 3)трансформирующая-минерализация органич. в-ва, синтез и деструкция. 4)транспортная(опред-ет устой-ть БС)-связ. с массопереносом в-ва и биогенной миграцией хим.эл-тов.5)гомеостатическая, средообразующая-обеспеч. ~ постоянства ср. обит-я для возм.го постоянства внутр. сред орг-ма. 6)экологическая-сущность во взаимодействии орг-ов и комп-тов ср. 7)инфо-обеспеч.регуляцию развития орг-ов и ср. 8)космическая-периодичность миграционных и биол.ритмов, реакций орг-в.