Эволюция биосферы

Эволюция биосферы

Одним из основоположников современных взглядов на биосферу является русский ученый Владимир Иванович Вернадский. По его определению, биосфера – это наружная оболочка Земли, область распространения жизни. В современном понимании биосфера – это большая, сверхсложная открытая динамическая саморазвивающаяся подсистема Земли, главным компонентом которой является совокупность живых организмов, связанных между собой, а также с оболочками Земли.

Биосфера включает в себя следующие качественно разные компоненты: живое вещество – это совокупность всех живых организмов; биогенное вещество – это продукты, которые создаются и перерабатываются живым веществом (например, каменный уголь, торф, нефть, сланцы, известняки и др.); биокосное вещество - продукты совместной деятельности живых организмов с неживой природой (например, почва, воды, содержащие кислород, и продукты минерализации органических веществ).

Биосфера, которая возникла около 4 миллиардов лет назад, находится в постоянном динамическом равновесии и развитии. Рассмотрим основные этапы развития биосферы.

Первые примитивные живые организмы для получения энергии использовали готовые органические соединения «первичного бульона», т.е. являлись гетеротрофами. В результате разложения органических веществ образовывался углекислый газ, который постоянно накапливался в атмосфере. Чем больше становилось организмов, тем меньше становился запас органических веществ. Со временем некоторые анаэробные организмы приспособились использовать для получения энергии углекислый газ и водород, который в достаточном количестве присутствовал в атмосфере. В результате восстановления углекислого газа до метана высвобождалась энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Образующийся метан попадал в атмосферу, где под действием ультрафиолетового излучения превращался в органические соединения. На тот момент, по предположению ученых, концентрация метана в атмосфере оставалась примерно одинаковой.

Равновесная концентрация метана могла сохраняться только до тех пор, пока в атмосфере было достаточное количество водорода. Когда же запас водорода иссяк, организмы, использующие углекислый газ и водород  для получения энергии, лишились такой возможности. Поэтому для дальнейшего существования живым организмам нужен был новый источник энергии, а, следовательно, и другая форма обмена веществ. Ею стал фотосинтез. Изначально фотосинтез протекал без выделения кислорода. На следующем этапе эволюции появились фотосинтезирующие микроорганизмы, которые стали выделять в атмосферу кислород. Появление свободного кислорода в атмосфере привело к качественному изменению ее состава. И организмы вынуждены были или погибнуть от действия кислорода, который являлся для них ядом, или приспособиться к новым условиям существования. По сути, этот момент являлся экологическим кризисом.

С увеличением концентрации кислорода организмам приходилось вырабатывать все новые и более совершенные способы его обезвреживания, и наконец, природа нашла другой путь решения этой проблемы. Решением стало появление живых организмов, использующих кислород в качестве источника энергии, т.е. появился процесс дыхания.

Появление фотосинтеза - один из важнейших ароморфозов в истории развития органического мира и эволюции биосферы. Фотосинтез способствовал образованию озонового слоя, который защитил поверхность Земли от действия ультрафиолетового излучения Солнца, что позволило живым организмам выйти из воды на сушу. Использование свободного кислорода в процессе дыхания обеспечило организмы необходимой для жизнедеятельности энергией, а также сподвигло к образованию многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В процессе фотосинтеза автотрофные организмы использовали углекислый газ для синтеза органических веществ и выделяли кислород, который использовался другими гетеротрофными организмами в процессе дыхания. Со временем установилось равновесие между автотрофами и гетеротрофами, которое привело к становлению постоянного состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода.

Благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходят процессы синтеза и распада органических веществ, осуществляются круговороты веществ, что обеспечивает стабильное функционирование биосферы. На разных этапах развития биосферы соотношение процессов синтеза и распада не было постоянным. В начальный период развития биосферы преобладали процессы синтеза, результатом чего стало изъятие из древней атмосферы больших количеств метана, сероводорода, углекислого газа и появление в ней свободного кислорода. Со временем концентрация кислорода достигла современного значения равного приблизительно 21%. Равновесие между двумя противоположными процессами установилось примерно 80-90 миллионов лет назад.

Первые люди появились около 2,5 миллионов лет назад. Они добывали пищу посредством охотничества и собирательства. Человек довольно быстро развивался и постоянно совершенствовал свои орудия охоты, результатом чего стало истребление крупных копытных и мамонтов, которые составляли основу рациона питания человека. Человек больше не мог обеспечить свое питание охотой и оказался на грани вымирания от голода. Однако этого не произошло, так как около 10 тысяч лет назад человек перешел к земледелию и скотоводству. Таким образом, был преодолён первый в истории человечества экологический кризис, возникший в результате деятельности человека.

Человек постепенно стал создавать искусственную среду своего обитания, в которой постоянно появлялись все более новые и усовершенствованные поселения, жилища, машины. С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой. При чем, в последнее время из-за нерациональной деятельности человека в биосфере постоянно происходят процессы разрушения, нарушаются естественные балансы. Биосфера находится на грани экологического кризиса, последствия которого непредсказуемы.