Эволюция биосферы Земли

На первом этапе развития биосферы появились малые сферические  анаэробы (организмы, живущие при  отсутствии кислорода) и прокариоты (организмы, лишенные оформленного ядра), физиологические процессы которых основывались не на кислородном окислении, а на брожении. Они начинают производство свободного кислорода. что приводит к окислительным процессам на земной поверхности и в океане. Это были гетеротрофные организмы. обладая свойствами живого вещества, быстро размножились и, естественно, быстро исчерпали свою питательную базу. Поэтому, достигнув максимальной биомассы, они должны были вымереть или перейти к автотрофному фотосинтетическому способу питания. Этот новый способ питания благоприятствовал быстрому расселению организмов у поверхности первичных водоемов. Но первичная поверхность Земли, лишенная свободного кислорода, подвергалась ультрафиолетовому излучению Солнца. Поэтому, возможно, первичные фотохимические организмы использовали радиацию в ультрафиолетовой области спектра. Только после возникновения озонового экрана в связи с появлением свободного кислорода как побочного продукта того же фотосинтеза автотрофный фотосинтетический процесс начал использовать излучение в видимой части солнечного спектра.

Первичные гетеротрофные микроорганизмы обитали в древних водоемах лишь некоторое время. Затем их оттеснили фотоавтотрофные организмы, создавшие свободный кислород, который стал смертельным ядом для гетеротрофов. Можно предполагать, что в раннем океане происходила борьба между первичными и вторичными организмами, которая завершилась победой автотрофов. Это составило содержание второго этапа эволюции биосферы – слабоокислительного, главным результатом которого стало появление фотосинтеза.

  Но процесс насыщения атмосферы кислородом шел крайне медленно. Так, содержание кислорода в одну тысячную долю современной концентрации было достигнуто лишь около 1,2 миллиарда лет назад. Но уже этого оказалось достаточно, чтобы в составе биосферы (пока только в океане) появились первые эукариоты, жизнедеятельность которых была основана на кислородном дыхании. Начинается окислительный этап эволюции биосферы.

Около 400 миллионов лет назад, когда  концентрация свободного кислорода достигла 10 процентов от современной, возник озонный экран, предохраняющий живое вещество от жестокого излучения, и жизнь вышла на сушу. Как только это случилось, резко возросла интенсивность реакций фотосинтеза, а следовательно, и поступление кислорода в атмосферу. Благодаря этому уже за 100 миллионов лет был достигнут современный уровень концентрации в 21 процент. После этого ситуация с кислородом сделалась близкой к равновесию. За это время появились папоротники, хвощи, семенные папоротники. Развитие наземной растительности и образование почв создало предпосылки для выхода на поверхность континента животных. В результате эволюции растительного мира в мезозойской эре возникли леса хвойный и цветковых растений, полные жизни.

В процессе формирования биосферы, примерно 1 млрд. лет назад  произошло разделение живых существ  на два царства – растений и  животных. Как считает большинство  биологов, различие между ними нужно  делать по трем основаниям: 1) по структуре  клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению.

При этом отнесение живого существа к одной из этих частей следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные питы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных – 70 тыс., птиц – 16 тыс., млекопитающих – 12540 видов.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В результате при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

- появление простейших  клеток-прокариотов (клетки без  ядра);

- появление значительно боле организованных клеток-эукариотов (клетки с ядром);

- объединение клеток-эукариотов  с образованием многоклеточных  организмов, функциональная дифференциация  клеток в организмах;

- возникновение у высших  животных развитой нервной системы  и формирование мозга как орган сбора, систематизации хранения информации и управления на ее основе поведением организмов;

- формирование разума  как высшей формы деятельности  мозга;

- образование социальной  общности людей – носителей  разума.

Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену периоду геологической эволюции пришел период геолого-биологический, который с появлением человека уступил свое место периоду социальной эволюции. Самые крупные изменения в биосфере Земли наступили именно в этот период. Появление и развитие человека ознаменовало переход биосферы в ноосферу – новую оболочку Земли, область сознательной деятельности человечества.¹²

Глава 4.

Переход биосферы в ноосферу.

С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, к ее переходу в ноосферу. Под ноосферой понимают сферу взаимодействия природы и общества, в котором разумная деятельность людей становится главным определяющим фактором развития. Название «ноосфера» происходит от греческого «ноос» - разум и таким образом обозначает сферу разума. Понятие ноосферы ввел в 1927 году французский  ученый математик Э. Леруа, подразумевая под ним современную геологическую стадию развития биосферы. Э. Леруа отмечал, что пришел к такому представлению вместе со своим другом – геологом, и палеонтологом П. Тейером де Шарденом, который в дальнейшем разработал собственное представление о ноосфере. В книге «Феномен человека» автор определил ноосферу как «новый покров», «мыслящий пласт, который зародившись в конце третичного периода, разворачивается над миром растений и животных – вне биосферы и над ней».¹³

Ноосфера есть новое  геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше.

Первоначальные представления о направленности эволюционного процесса в сторону возникновения мыслящих существ и признания геологической роли человечества высказывались многими учеными до В. И. Вернадского. Так, уже в ΧVIII века была развита основателем современной геологии Жаном Луи Агассисом (1807-1873). Хотя эти идеи и опирались на признание все возрастающей роли человечества в изменении лика Земли, но не были связаны с принципом направленности эволюции живого вещества биосферы.

Этот принцип в качестве эмпирического обобщения выдвинул американский ученый Джеймс Дана (1813-1895), который еще до появления труда Ч.Дарвина впервые четко заявил, что эволюция живого вещества идет в определенном направлении. Основываясь на своих исследованиях ракообразных и моллюсков, Д. Дана пришел к выводу, что на протяжении, по крайней мере, двух миллиардов лет происходили усовершенствование и рост центральной нервной системы животных, начиная от ракообразных и кончая человеком. Этот процесс он назвал цефализацией, при которой достигнутый уровень организации нервной системы никогда не снижается. Хотя при этом возможны и остановки, и скачки, но направление эволюции не идет вспять. Его последователь Ле Конт, основываясь на принципе направленности эволюции, назвал эру, связанную с появлением на Земле человека, психозойской. Ближе к нашему времени известный русский геолог Алексей Петрович Павлов (1854-1929), оценивая чрезвычайно возросшую роль человечества как мощного геологического фактора, в последние годы жизни настойчиво говорил об антропогенной эре в эволюции биосферы. Подобных высказываний можно было бы привести много, но за немногими исключениями они ограничиваются лишь констатацией разрозненных фактов, не рассматривают из в системе и не дают им теоретического объяснения.

Концепция Вернадского  впервые привела все известные  эмпирические факты, данные и результаты в единую целостную систему знания, которая убедительно объясняет, какие факторы способствовали переходу от биосферы к ноосфере. Она основывается на признании решающей роли человеческой деятельности, труда и изменений происходящих на Земле геологических процессов и лика Земли в целом. Важно подчеркнуть, что В. И. Вернадский не ограничивается исследованием влияния трудовой, производственной деятельности на процессы, совершающиеся на Земле. Недаром он рассматривает мысль как планетное явление.

Эволюционный процесс  получает особое геологическое значение благодаря тому, что он создал новую  геологическую силу – научную  мысль социального человечества... Под влиянием научной мысли и  человеческого труда биосфера переходит  в новое состояние – в ноосферу.

Каким же образом человеческая деятельность влияет на процессы в  биосфере, как она способствует ее эволюция? Почему именно эта деятельность придает эволюции биосферы направленный характер?

Прежде всего отметим, что биологическая эволюция присуща  лишь живому веществу биосферы, т. е. возникновения цивилизации и превращения в Homo sapiens (человека разумного). В дальнейшем биологическая эволюция человека переходит в эволюцию социальную.

Эволюция живого вещества биосферы приводит к возникновению  новых видов растений и животных, которые, как и остальные виды, неразрывно и непрерывно связаны с окружающей их средой прежде всего питанием и дыханием как наиболее характерными процессами обмена веществ. Такой обмен приводит к миграции, движению атомов от живого вещества к неживому, в особенности к биогенному, в котором живые элементы объединены с неживыми. Нельзя также забывать, что во время эволюции молекулы и атомы живого вещества не остаются неизвестными. А все это во многом меняет характер взаимодействия живого вещества биосферы не только с ее неживой частью, но и с остальными сферами оболочки Земли.

В период перехода от биосферы к ноосфере на сцену выступает  такой мощный геохимический фактор, как постоянно увеличивающееся  количества зеленого живого вещества в биосфере, получаемого посредством расширения посевных площадей и интенсификации земледелия. В результате искусственного отбора новых сортов растений и пород животных значительно ускоряются процессы эволюции, быстрее возникают новые виды. А это в свою очередь в еще большей мере способствует ускорению процессов обмена между живым и косным веществом в биосфере.

По-видимому, постепенный  переход к ноосфере начался еще  сотни тысяч лет назад, когда  человек овладел огнем и стал изготовлять первые, весьма несовершенные еще орудия производства и охоты. Благодаря этому он получил огромное преимущество перед животными, но с геологической точки зрения гораздо более важным был длительный процесс приручения диких стадных животных и создания новых сортов культурных растений. Как известно, именно это процесс положил начало скотоводству и земледелию, которые исторически привели к первому наиболее значительному разделению общественного труда и систематическому обмену его продуктами между разными племенами. В. И. Вернадский указывает:

Человек этим путем стал менять окружающий его мир и создавать  для себя новую, не бывшую никогда  на планете живую природу. Огромное значение этого проявилось еще и  в другом – в том, что он избавился  от голода новым путем, лишь в слабой степени известным животным – сознательным. творческим обеспечением от голода и, следовательно, нашел возможность неограниченного проявления своего размножения.

Что же касается борьбы с  животными, то человек одержал в  ней победу по существу с изобретением огнестрельного оружия и поэтому теперь он должен предпринимать особые меры, чтобы не допустить истребления всех диких животных. Еще большие усилия необходимы для сохранения самой биосферы в связи с многократно возросшими техногенными нагрузками на нее. В связи с этим возникает общая для всего человечества глобальная проблема сохранения окружающей среды и прежде всего живой природы.¹⁴     

Заключение 

В учении о биосфере выделяют следующие основные аспекты: энергетический, освещающий связь биосферно-планетарных  явлений с космическими излучениями (в основном солнечными) и радиоактивными процессами в земных недрах; биогеохимический, отражающий роль живого вещества в распределении и поведении атомов (точнее их изотопов) в Биосфере и ее структурах; информационный, изучающий принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе в связи с исследованием влияния живого вещества на структуру и состав биосферы; пространственно-временной, освещающий формирование и эволюцию различных структур биосферы в геологическом времени в связи с особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в биосфере (проблемы симметрии и другие); ноосферными, изучающий глобальные эффекты воздействия человечества на структуру и химию биосферы: разработка полезный ископаемых, получение новых, отсутствовавших до того в биосфере веществ (например, чистые алюминий, железо и другие металлы), преобразование биогеоценотических структур биосферы (сведение лесов, осушение болот, распашка целинных земель, создание водохранилищ, загрязнение вод, почв и атмосферы продуктами  хозяйственной деятельности, внесение удобрений, эрозия почв, лесонасаждение, строительство городов, плотин, промысловое хозяйство и так далее). Выход человека в космос, за пределы биосферы, будет стимулировать разработку новых сторон учения о биосфере. Существует момент учения о биосфере – представления о взаимосвязях (прямых и обратных связях) и сопряженной эволюции всех структур биосферы. Это представление положено в основу разработки много национальных и международными организациями, научными центрами и лабораториями проблемы «биосфера и человечество». Решению этой проблемы служат мероприятия, в которых участвуют многие страны, Международное гидрологическое десятилетие, Международная биологическая программа и так далее. Повышенный интерес к изучению биосферы вызван тем, что локальное воздействие человека на биосферу, характерное для всей предшествовавшей истории, сменилось в XX веке глобальным его влиянием на состав, структуру и ресурсы биосферы. На планете нет участка суши или моря, где бы не были обнаружены следы деятельности человека. Один из ярких примеров – глобальные выпадения радиоактивных осадков – продуктов ядерных взрывов. В атмосфере, океане и на суше повсеместно присутствуют (пусть в самых незначительных количествах) продукты сгорания нефти, угля, газовых, биологических и других индустрии, ядохимикаты и удобрения, сносимые с полей в процессе водной и ветровой эрозии. Интенсивное нерациональное использование ресурсов биосферы – водных, газовых, биологических и других, усугубляемое гонкой вооружения, испытаниями ядерного оружия и так далее, развеяло миф о бесконечности и неисчерпаемости этих ресурсов. Многочисленные примеры разрушительной деятельности человека и, к сожалению, редкие примеры его созидательной деятельности свидетельствуют об актуальности разумного ведения земных дел разумным человечеством, что возможно только при переходе от стихийного капиталистического производства к плановому хозяйству социалистического общества. Естественно-научной основой рационального подхода к проблеме «биосфера и человечество» - одной из грандиознейших проблем нашего времени – служат учение о биосфере и биогеоценология – дисциплины, изучающие общие принципы и механизмы функционирования и эволюции сообществ живых организмов в определенных пространственных и временных условиях. Современная структура биосфера – продукт длительной эволюции многих систем разной сложности. последовательно стремящихся к состоянию динамического равновесия. Практическое значение учение о биосфере огромно. Особенно заинтересованы в развитии этого учения здравоохранение, сельское промысловое хозяйство и другие отрасли человеческой практики, чаще других сталкивающиеся с «ответными ударами» со стороны биосферы, вызванными неразумным или неосторожным преобразованием природы человеком.¹⁵