Эволюция биосферы земли. Реферат особенности эволюции биосферы. Биосфера и космические циклы

Изучением основных этапов эволюции живого занимается палеонтология - наука об ископаемых организмах.

Поскольку биологической эволюции предшествовала длительная предбиологическая эволюция, отдельные этапы биогенеза современная наука увязывает с геогенезом.

В геологической истории Земли выделяют различные эры, в которые происходили значительные геологические преобразования, перераспределялись суша и море, менялся климат и т.п. Кроме того, после возникновения жизни каждая эра характеризовалась своеобразием растительного и животного мира.

За период от 5 млрд лет назад до настоящего времени известны следующие геологические эры: катархей, архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой.

Возраст Земли — около 5 млрд лет. Жизнь на нашей планете возникла в архее примерно 3,5 млрд лет назад. В это время появляются первые живые клетки — прокариоты. Прокариоты — простые организмы, способные к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям окружающей среды. Характерное свойство прокариотов — отсутствие выраженного ядра. Эти организмы были анаэробными, т.е. могли жить без кислорода. Все необходимые для жизни вещества они получали в готовом виде из окружающей среды, т.е. были гетеротрофами.

С этого геологического времени начал действовать принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, несмотря на то, что имеется постоянное взаимодействие. В дальнейшем данное обобщение было заново сформулировано В.И. Вернадским в 1924 г.

Однако истощение первичного органического «бульона» потребовало радикального изменения способов питания. На смену гетеротрофам пришли автотрофы — живые организмы, существующие за счет солнечной энергии и вырабатывающие необходимые для жизни вещества самостоятельно (фотосинтез).

Фотосинтез сыграл существенную роль в биогенезе, способствовал общему ускорению эволюции органической материи. На этом этапе преимущество получили аэробные организмы, способные жить только в присутствии кислорода. Появление автотрофов существенно повлияло на состав земной атмосферы.

Сформировался озоновый слой, изменился состав воды в водоемах и т.д. Таким образом, биогенез оказал существенное влияние на эволюцию нашей планеты и гармонично «встроился» в геогенез, став его продолжением.

Считается, что нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21 %) было достигнуто в палеозое 250 млн лет назад, но процесс начался еше в архее (рис. 2.2).

В протерозое (1,8 млрд лет назад) появляются эукариоты — живые организмы, клетки которых содержат выраженное ядро. Эукариоты более соответствовали новым условиям.

Рис. 2.2. Происхождение кислорода в атмосфере (по Ю. Одуму)

Примерно 1 млрд лет назад произошло разделение эукариотов на растительные и животные клетки. В дальнейшем растительные клетки эволюционировали в сторону использования фотосинтеза для обеспечения себя энергией, а животные клетки развивались в направлении совершенствования способов передвижения.

Следующим существенным шагом в биологической эволюции стало появление 900 млн лет назад полового размножения. Этот механизм размножения значительно повышает видовое разнообразие, что, с одной стороны, позволяет живым организмам лучше приспособиться к условиям окружающей среды, а с другой стороны значительно ускоряет эволюционный процесс.

Появление первых многоклеточных организмов произошло примерно 800 млн лет назад. Многоклеточный организм обладает развитыми органами и тканями, т.е. более дифференцирован по сравнению с одноклеточным.

Первый период палеозоя - кембрий - характеризуется таким взрывом биологического разнообразия, что он получил название кембрийской революции. Кембрийские породы насыщены многочисленными организмами (рис. 2.3). За этот период возникли практически все типы ныне существующих животных и целый ряд других, не дошедших до нашего времени. Появились археоциаты и губки, плеченогие, знаменитые трилобиты, разные группы моллюсков, ракушковые рачки и иглокожие.

Рис. 2.3. Реконструкция биоты раннего кембрия

В палеозое 500 млн лет назад появляются первые крупные (10- 11 м) плотоядные животные и первые небольшие по размерам (около 10 см) позвоночные. Примерно 410 млн лет назад живые организмы начинают завоевывать сушу.

Первые наземные животные были двоякодышащими. Они жили как в воде, так и на суше. От двоякодышащих существ впоследствии произошли сначала земноводные, а затем и сухопутные позвоночные животные.

Первыми полностью приспособленными для жизни на суше животными организмами стали древние рептилии, которые по виду напоминали современных яшериц. Примерно в этот же период возникают насекомые.

Около 300 млн лет назад насекомые начинают летать.

В мезозое (230 млн лет назад) происходит дальнейшая эволюция животного и растительного мира. Постепенно у наземных растений формируется компактная форма — происходит дифференциация на корень, стебель, листья, совершенствуется проводящая система, обеспечивающая растения водой и питательными веществами, изменяются способы размножения.

Для целей размножения на суше более подходят споры и семена, поэтому эволюционное преимущество получили те растения, которые размножались именно таким способом.

Наземная растительность эволюционировала так быстро, что к концу девона в сырых и приводных местообитаниях возникли леса из плауновых, хвощовых и папоротникообразных (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Споровые леса девона

Еше раньше на суше появились мхи. Эта споровая растительность могла существовать только во влажных полузатопляемых биотопах и, захораниваясь в анаэробных условиях, оставила залежи нового типа ископаемых — каменных углей.

В девоне уже существовали мелкие почвенные членистоногие, очевидно, потреблявшие гниющую органику. Однако деструкцион- ный процесс на суше был еще недостаточно эффективным, и биологический круговорот — незамкнутым. Массовое захоронение растительной органики и выход ее из системы биологического круговорота повлекли за собой ускоренное накопление 0 2 в воздухе. По расчетам М.И. Будыко , содержание атмосферного кислорода в начале фанерозоя составляло около трети от современного. В девоне, и особенно в следующем периоде - карбоне , оно достигло современного уровня и даже превзошло его. Карболовые леса — вершина развития споровой растительности. Они состояли из древовидных плауновых — лепидодендронов и сигиллярий, гигантских хвощовых — каламитов, мощных и разнообразных папоротниковых (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Споровые леса карбона

Дальнейшая эволюция растительного мира связана с совершенствованием семян.

Развивалось и царство животных. В начале мезозоя рептилии полностью завоевали сушу, поэтому эру мезозоя часто называют эрой пресмыкающихся. Древние рептилии постепенно осваивают все новые и новые места обитания, и все далее удаляются от воды.

Постепенно в ходе эволюции возникли плавающие, летающие и передвигающиеся по суше, хищные и растительноядные рептилии.

От древних летающих пресмыкающихся 195 млн лет назад произошли первые птицы, которые сочетали в себе признаки птиц и рептилий. Примерно в это же время появляются первые млекопитающие (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Рептилии и млекопитающие мезозоя: 1- птеранодон; 2 — рамфоринх; 3 — плезиозавр; 4 — мезозавр; 5 — бронтозавр; 6 — игуанодоны; 7 — трицератопс; 8 — мелкое плотоядное млекопитающее

Кайнозой (67 млн лет назад — настоящее время) — время господства млекопитающих, птиц, насекомых и цветковых растений.

В конце мезозойской эры произошло сильное похолодание, приведшее к гибели значительного числа видов растений и общему сокращению пространств, занятых растительностью. В этих условиях эволюционное преимущество получили покрытосемянные растения, поскольку их процесс размножения не только не зависит от наличия водной среды, но и возможен в новых климатических условиях.

В течение 67 млн лет кайнозойской эры не раз происходили изменения растительного царства, но цветковые (покрытосемянные) растения по-прежнему сохраняют господство.

Похолодание в конце мезозойской эры и гибель многочисленных видов растений привели к вымиранию сначала растительных, а затем и питающихся ими хищных динозавров. В условиях похолодания значительное эволюционное преимущество получили теплокровные животные — млекопитающие и птицы. На протяжении миллионов лет происходит появление новых видов живых существ, которые распространяются по поверхности Земли, занимая сушу, воздух и водную среду.

Примерно 8 млн лет назад начали формироваться современные семейства млекопитающих.

В этот же период появляются разнообразные виды приматов и тем самым сложились предпосылки для начала антропогенеза: 2-3 млн лет назад началось очередное вымирание лесов. Одна из групп антропоидных обезьян постепенно стала осваивать новые огромные открытые пространства. Предположительно именно от этих обезьян произошли люди.

Сейчас жизнь на Земле представлена клеточными и доклеточными организмами. Доклеточные живые организмы — вирусы и фаги.

Вирусы - переходная форма, объединяющая в себе свойства живого и неживого. Слово «вирус» образовано от латинского «вирус» — яд. Вирусы были открыты только в 1892 г. русским ученым Д. Ивановским. С одной стороны, они состоят из белков и нуклеиновых кислот и способны к самовоспроизводству, т.е. имеют признаки живых организмов, но с другой стороны, вне чужого организма или клетки они не проявляют признаков живого — не имеют собственного обмена веществ, не реагируют на раздражители, не способны к росту и размножению.

Клеточные организмы традиционно разделяют на четыре царства: микроорганизмы, грибы, растения и животные. Основными группами органической природы считаются растения и животные.

В настоящее время царство растений представлено более чем 500 ООО видов, царство животных — более 1,2 млн видов.

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;
• появление значительно более организованных клеток-эукариотов;
• объединение клеток-эукарйотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организме;
• появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;
• возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа 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 геолого-биологической эволюции пришел период социальной эволюции, который принес самые крупные изменения в биосфере Земли, во всем облике нашей планеты.

Термин «биосфера» ввел в науку геолог из Австрии Эдуард Зюсс в 1875 году. «Лик Земли» – так называется его фундаментальный труд, над которым ученый работал четверть века. Зюсс под биосферой понимал «тонкую пленку жизни на земной поверхности». Роль биосферы для живых организмов настолько велика, что уже в начале двадцатого века возникло новое научное направление в естествознании – учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый Владимир Иванович Вернадский. По В.И. Вернадскому, биосфера – это наружная оболочка Земли, среда обитания живого вещества, которая включает в себя все живые организмы и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Согласно учению В.И. Вернадского, в состав биосферы входят верхняя часть литосферы (твердая оболочка Земли), вся гидросфера (водная оболочка Земли) и нижние слои атмосферы (воздушная оболочка Земли), т.е. те участки, где обнаружена жизнь. В настоящее время живые организмы населяют планету от глубины 11км (океанские впадины) до высоты в атмосфере около 20 км (граница озонового слоя).

По представлениям В.И. Вернадского, все вещества, входящие в состав биосферы, можно разделить на следующие группы:

· живые вещество (т.е. все вещества, входящие в состав живых организмов);

· биогенное вещество (уголь, известняки, нефть и др.);

· косное вещество (в его образовании живые организмы не участвуют);

· биокостное (создается с помощью живых организмов);

· радиоактивное вещество;

· вещество космического происхождения (метеориты и дрю);

· рассеянные атомы.

Все эти типы веществ геологически связаны между собой.

Важнейшей частью учения В.И. Вернадского о биосфере являются представления о возникновении и развитии биосферы, о роли живых организмов на планете. Великий ученый показал в своих работах исключительную роль «живого вещества», преобразующего облик планеты.

Многие вопросы, касающиеся появления и развития жизни на Земле, до сих пор остаются без ответа. Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в Солнечной системе газово-пылевого вещества. В результате обособления вещества Земли в космическом пространстве, под действием ее гравитационного поля и в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, физическим свойствам оболочки Земли: ядро в центре, мантия, земная кора (литосфера), гидросфера, атмосфера.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6·10 21 т, объем – 1,083·10 12 км 3 , площадь поверхности – 510,2 млн. км 2 . Размеры, аследовательно, и все ресурсы нашей планеты ограничены.

Около 3-3,5 млрд. лет назад в результате эволюции материи на Земле возникла жизнь, и началось развитие биосферы. Остатки первых живых клеток – прокариотов (лишенных ядер) обнаружены в породах возраста 3 млрд. лет, первые клетки с ядром – в породах с возрастом около 1 млрд. лет. Первые живые организмы нашей планеты были анаэробами (т.е. для их существования не нужен был воздух). По всей видимости, пищей для этих организмов были органические вещества, содержащиеся в горячих источниках водоемов. Дефицит пищи привел со временем к возникновению фотосинтеза (3,5 млрд. лет назад). Около 1,4 млрд. лет назад на планете появились первые многоклеточные организмы. Примерно 600 млн. лет назад произошел новый эволюционный взрыв – появились новые формы жизни – губки, кораллы, черви, моллюски. Деятельность фотосинтезирующих организмов (бактерий) привела к накоплению кислорода в воздухе, со временем сформировался озоновый слой, который защитил нашу планету от губительного коротковолнового электромагнитного излучения. Это позволило представителям живого мира выйти на сушу, ведь до сих пор жизнь существовала на определенной глубине, там, где ослабевало губительное излучение. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ, привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие. Примерно 300 млн. лет назад произошло падение содержания кислорода в атмосфере, что привело к снижению скорости разложения мертвого органического вещества, и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Примерно 100 млн. лет назад количество кислорода в атмосфере приблизилось к современному.

Таким образом, живое вещество преобразовывало среду обитания. Появление кислорода в атмосфере, новых горных пород (известняков, гранита), горючих полезных ископаемых (угля, нефти, природного газа), почв связано с возникновением и развитием живого вещества. С возникновением человека начался новый этап в эволюции биосферы. Будучи лишь представителем животного мира, человек сам стал мощным фактором, преобразующим облик планеты. Человек является единственным видом, потребляющим энергии больше, чем требует его физиология. Он извлекает из земной коры и распыляет в атмосфере, гидросфере все, что было накоплено в ней за 4 млрд. лет благодаря деятельности других живых организмов.

В процессе эволюции биосфера неоднократно переживала катастрофы. Около 99% всех видов, населявших Землю, погибло. Возникаетвопрос: каким путем пойдет дальнейшее развитие человеческого общества и биосферы в целом? Дать однозначный ответ на этот вопрос трудно. Серьезное вмешательство человека в природные системы уже привело к ухудшению состояния биосферы. Сжигание огромного количества органического топлива привело к накоплению в атмосфере углекислого газа, оксидов азота и др. веществ, вызывающих глобальные климатические изменения на планете (усиление парникового эффекта), над многими участками планеты нарушен озоновый слой, загрязнены воздух, водоемы, почвы, резко сокращается видовое разнообразие. Все это приводит к изменению естественной скорости круговорота веществ. Биосфера чрезвычайно упруга, она противостоит варварской деятельности человека. Но каков предел устойчивости биосферы? Поскольку роль человека в преобразовании планеты колоссальна, то именно человек должен взять на себя ответственность сохранения биосферы, устойчивого развития планеты. Высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разумная деятельность становится главным определяющим фактором ее развития, называетсяноосферой. Впервые понятие «ноосфера» было использовано в 1927 году французским ученым Э. Леруа, который говорил о необходимости сделать стихийный процесс развития биосферы управляемым. Более глубокое объяснение этого термина дал в своих работах В.И. Вернадский. Он показал, что переход к ноосфере должен быть закономерным и неизбежным этапом развития биосферы, этапом разумного регулирования взаимоотношений человека и природы.

«Биосфера перейдет так или иначе, рано или поздно в ноосферу… На определенном этапе развития человек вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего», – утверждал В.И. Вернадский.

Биосфера. Эволюция биосферы.

Биосфера (от др.-греч. βιος - жизнь и σφαῖρα - сфера, шар) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; ʼʼплёнка жизниʼʼ; глобальная экосистема Земли.

Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всœех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: ʼʼЧеловек становится могучей геологической силойʼʼ.

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин ʼʼбиосфераʼʼ был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое определœение: Биосфера - область распространения жизни на космическом телœе. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, к примеру, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, к примеру, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

Местоположение биосферы

Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых ещё живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.

Границы биосферы

Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10-11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Состав биосферы

Структура биосферы:

Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всœей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна ʼʼиз самых могущественных геохимических сил нашей планетыʼʼ, поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минœеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

Косное вещество - продукты, образующиеся без участия живых организмов.

Биокосное вещество - вещество, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

– Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

– Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

– Вещество космического происхождения.

Слои биосферы

Аэробиосфера

Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки - атмосферная влага, источником энергии - солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство - более тонкий слой, чем тропосфера). Выше простирается слой крайне разреженной микробиоты - альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются - парабиосфера . Выше расположена апобиосфера .

Геобиосфера

Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши - террабиосферы (с террабионтами), разделяемой на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли - литобиосферу (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы - эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов - гипотеррабиосферу , и слой, где возможно лишь обитание анаэробов - теллуробиосферу . Жизнь в неактивной форме может проникать глубже - в гипобиосферу . Метабиосфера - всœе биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера .

В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни - изотерма 100°C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении кипит, и изотерма 460°C, где при любом давлении вода превращается в пар, то есть в жидком состоянии быть не может.

Гидробиосфера

Гидробиосфера - весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами - распадается на слой континœентальных вод - аквабиосферу (с аквабионтами) и область морей и океанов - маринобиосферу (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя - относительно ярко освещённую фотосферу , всœегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты - афотосферу .

Между верхней границей гипобиосферы и нижней границей парабиосферы лежит собственно биосфера - эубиосфера.

История развития биосферы

Развитие наблюдается лишь в живом веществе и связанным с ним биокосном. В косном веществе нашей планеты эволюционный процесс не проявляется.

Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает концепция эволюции биосферы. Основная идея состоит по сути в том, что биосфера формировалась под воздействием живых организмов. Начиная же с момента возникновения жизни происходит постоянный процесс эволюции живых существ: возникают многочисленные новые виды, осуществляется смена видов на нашей планете. Естественно, изменения затрагивают и саму биосферу.

На начальных этапах развития существовали гетеротрофные анаэробные организмы, существующие в Мировом океане за счёт органических веществ, возникших в результате сложных химических процессов. Далее (по мере уменьшения запасов органических веществ) появляются автотрофные организмы, способные сами создавать органические вещества, используя энергию солнечного света. В результате их жизнедеятельности (фотосинтеза) в атмосферу стал выделяться кислород. Это стало предпосылкой появления аэробных организмов. Усложнение живого, увеличение его разнообразия приводили к изменению биосферы. Следовательно, эволюция биосферы сопряжена с эволюцией форм жизни на нашей планете.

В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

1. Первый этап - возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь - геохимические и климатические изменения на Земле.

2. Второй этап - усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов - как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция.

3. Третий этап - возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.

Зарождение жизни

Жизнь на Земле зародилась ещё в архее - примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты - одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.

Будущее биосферы

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.

Некоторые философы, к примеру, Дэвид Пирс, выступают за модификацию биосферы с целью избавления от страданий всœех живых существ и создание в буквальном смысле рая на Земле (см. одно из значений слова аболиционизм).

История исследований биосферы

Большой вклад в развитие учения о биосфере внёс В. И. Вернадский.

Искусственная биосфера

Биосфера - открытая система. Человек не может существовать вне биосферы, однако стремится исследовать космическое пространство. Ещё К. Э. Циолковский связывал освоение космоса с созданием искусственной биосферы.

Сегодня идея её создания вновь становится актуальной в связи с планами освоения Луны и Марса. При этом на данный момент попытка создания полностью автономной искусственной биосферы не увенчалась успехом.

Рассматривается возможность создания (пока в далёком будущем) внеземной биосферы на других планетах при помощи терраформирования.

Биосфера. Эволюция биосферы. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Биосфера. Эволюция биосферы." 2017, 2018.

Биосфера является специфической оболочкой земного пространства, населенной живыми организмами. Биосфера распространяется на гидросферу, нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы. Несмотря на то, что в количественном соотношении живое вещество составляет всего одну десятимиллионную долю массы земной коры, в качественном отношении живое вещество является наиболее высокоорганизованной материей нашей планеты. Составные компоненты живых организмов – это элементы, которые широко распространены в природе. Живые существа избирательно поглощают их для построения собственных тканей.

Согласно данным разных источников биосфера появилась 3,5-4,5 млрд. лет назад. Большая доля утверждений и заключений относительно эволюции биосферы на Земле носят гипотетический характер. Первые научные теории по поводу зарождения жизни на нашей планете были созданы Опариным и Холдейном. По их мнению на начальных этапах геологической истории произошел абиогенный синтез, когда в первичном земном океане, богатом разнообразными простыми химическими соединениями, под действием различных факторов среды синтезировались более сложные органические вещества и биополимеры. Так появились первоначальные белки, из которых строились микроскопические живые организмы. У данной теории есть основной недостаток: нет доказательств, подтверждающих возможность абиогенного синтеза на Земле. Эта гипотеза противоречит многим законам физики и математики, а также геологическим данным. Поэтому большинство ученых придерживаются мнения, что живое может происходить только от живого. Однако не исключается версия, что абиогенный синтез произошел именно в условиях зарождающейся планеты при определенных воздействиях факторов окружающей среды, что сложно воспроизвести в лабораторных условиях.

По мнению Вернадского, жизнь – это вечная основа космоса, как энергия и материя. С учетом представлений о биосфере как о земном и космическом механизмах одновременно, Вернадский прослеживал связь эволюции биосферы с эволюцией космоса. Поэтому академик считал, что жизнь вечна, потому что космос вечный.

Отмечается тесная связь биосферы с гидросферой. На это указывает то, что большей частью любого живого организма является вода. К примеру, человек состоит из воды на 70%, а медуза – на 98%. Можно считать, что жизнь на нашей планете появилась с того момента, как на ней образовалась гидросфера, что произошло по геологическим данным практически с начала существования Земли. Многие свойства живых существ обусловлены именно наличием в их составе воды, которая сама по себе является феноменальным веществом, способным переходить из одного состояния в другое. Возможно, понятие о биосфере, предложенное некоторыми учеными, как о сверхорганизме, связано с основными свойствами воды.

Многие ученые и писателей-фантастов предполагают, что в космическом пространстве существуют не только белково-нуклеиново-водные формы жизни, но и другие варианты: плазмоиды, лавобы, радиобы, термофаги, водоробы.

В настоящее время большинством ученых признана теория, что жизнь на нашей планете возникла на самом раннем этапе ее существования от общегалактической земной системы.

Похожие материалы:

Структура и функции биосферы. Эволюция биосферы. Понятие о ноосфере.

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера . Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

Эволюция биосферы

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной.веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла. Ноосфера (от греч. noos - разум) - сфера разума, буквально «мыслящая оболочка». Термин введен в науку в конце 20-х годов нашего века. Однако до сих пор представления о ноосфере остаются крайне противоречивыми. Ноосферное учение признается, с одной стороны, как величайшее научное достижение, более того, как основной закон социальной экологии, с другой - как светлая, но зыбкая мечта об управляемой человеческим разумом окружающей среде или даже утопия. Велики различия и в понимании ноосферного времени. Одни полагают, что ноосфера - наша реальность, по мнению других, это лишь вероятное будущее.

Понятие ноосферы

В современной науке понятие ноосферы имеет довольно широкий спектр толкований, однако, на наш взгляд, следует согласиться с положением Г.А. Бачинского о том, что ноосфера представляет собой глобальную оптимизированную социально-экологическую систему. Понятие социально-экологической системы получило достаточно широкое, хотя и неоднозначное применение в работах Г.А. Бачинского, А.Н. Гончаренко, Э.В. Гирусова, Н.Н. Моисеева, И.Ф. Реймерса и др. Ее можно рассматривать как экологическую систему, включенную в сферу общественных отношений, т. е. как саморегулирующуюся природную систему, динамическое равновесие которой обеспечивается обществом.

Ноосферу как глобальную оптимизированную социально-экологическую систему можно представить как комплекс четырех взаимосвязанных подсистем:

Природной (вода, воздух, рельеф, климат, флора, фауна и т. д.);

Экономической (население, промышленность, сельское хозяйство, транспорт и т. д.);

Социокультурной (наука, искусство, здравоохранение, образование, религия и т. д.);

Этносоциальной (быт, традиции, обычаи, язык и т. д.).

Ноосфера - непрерывно расширяющаяся в пространстве и во времени сфера разума и духа, сфера основанной на них жизнедеятельности Земной цивилизации, ядром которой служит историческая биосфера Земли. Неограниченная во времени жизнедеятельность Земной цивилизации достигается гармоничным взаимодействием человечества и биосферы, регламентированным индексом устойчивости развития (меньше единицы), и гармонией внутри самого общества (определяемой индексом социально-экономической дисгармонии меньше 10-15).

Под словами «непрерывно расширяющаяся в пространстве» понимается экспансия человечества в космическое пространство.

Введение в концепцию ноосферы количественных критериев рассеивает туман вседозволенных толкований, делает концепцию научно-конструктивной, ясной и удобной для дальнейшего развития учения о ноосфере.

Что касается проблемы «устойчивое развитие – ноосфера», то очень важно понять, что термин «устойчивое развитие» означает лишь тип развития человеческого общества, предшествующий становлению ноосферы. Этот термин не может охватить необычайно широкий спектр содержания и функционирования самого общества, возможного взаимодействия нашей цивилизации с другими космическими цивилизациями. Он ограничен по содержанию.

Проблема преобразования биосферы в ноосферу, сформулированная В.И. Вернадским, поднимается в XXI веке до проблемы конструирования и становления Земной ноосферной цивилизации.