Главные этапы биохимической эволюции живых организмов

Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия внешних (аллогенных) – геологических и климатических и внутренних (автогенных) – обусловленных живым компонентом, т.е. абиотических и биотических факторов. Благодаря действию и взаимодействию этих факторов сформировалось биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом и биосферном уровнях. Именно разнообразие экосистем, составляющих биосферу является условием ее устойчивости.

Данные космохимии метеоритов и астероидов свидетельствуют о том, что образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением (Войткевич, Вронский, 1996).

Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями, образовавшимися из органических веществ, синтезированных абиогенно под действием мощного ультрафиолетового излучения в отсутствии кислорода (и озонового слоя). Они могли существовать только в воде, защищающей простейших от ультрафиолетового излучения. Питались они, по-видимому, органическими веществами, образованными космическим синтезом. Таким образом, древнейшая биосфера возникла в гидросфере, существовала в ее пределах и являлась гетеротрофной. Под воздействием закона «всюдности жизни» организмы стали осуществлять экспансию в различные области обитания. Однако созидающая и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов – цианобактерий и синезеленых (прокариотов) около 3,5 млрд. лет назад. 1,5 – 2 млрд. лет назад произошел мощный популяционный взрыв автотрофных водорослей, что привело к избытку в воде кислорода и выделению его в атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы в кислородную, что способствовало развитию эукариотических организмов и появлению многоклеточности около 1,4 млрд. лет назад, а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов). Это имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность автотрофных организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

В начале кембрийского периода, примерно 600 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а затем произошел еще один эволюционный взрыв – появились новые формы жизни – губки, кораллы, черви, моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода впервые стало близко к современному. Появилась возможность выхода жизни на сушу. Несмотря на обилие автотрофов, в конце палеозоя, примерно 300 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере упало до 5% от современного и повысилось содержание углекислого газа. Это привело к изменению климата, снижению интенсивности процессов размножения животных, и как следствие бурному накоплению массы органических веществ, сто создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание кислорода снова стало повышаться и с середины мелового периода, примерно 100 млн. лет назад, отношение О₂/СО₂ близко к современному, хоть и испытывает колебания в определенных пределах.

Дальнейшее развитие животных и растений, после выхода на сушу, привело к заселению материков, возникновению таких крупных наземных животных, как динозавры, появлению млекопитающих и, наконец, человека.

В.И. Вернадский сформулировал идеи эволюции биосферы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.

2. В течение всей геологический истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» (Вернадский 1934г).

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

Таким образом, основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества. Ю. Одум (1975) считает, что «с экологической точки зрения эволюцию биосферы, по-видимому, можно сравнить с гетеротрофной сукцессией, за которой последовал автотрофный режим». Но до сих пор, несмотря на 4 млрд. лет эволюции, таксономический состав систем еще не стабилизировался. Биоразнообразие экосферы продолжает совершенствоваться за счет большого резерва в эволюции сообществ. На этом уровне ведущая роль принадлежит сопряженной эволюции (коэволюции) и групповому отбору.

Эволюция биосферы и ее основных составляющих.

(по Ф. Рамаду, 1981)