6 Эволюция биосферы. Роль фотосинтеза в эволюции биосферы. Ноосфера.

Нынешняя структура биосферы и границы обитания современных организмов формировались постепенно, в результате долгой истории Земли, начиная с ее возникновения и до настоящего времени.

Доказательства развития биосферы многочисленны и бесспорны. Ими являются прежде всего ископаемые остатки древних организмов. Изучая их, ученые установили главные этапы в истории развития органической жизни на планете. Они также пришли к выводу, что миллиарды особей предков современных животных и растений безвозвратно исчезли в геологическом прошлом, не оставив после себя никаких морфологических следов (окаменелостей, отпечатков, мумификаций). А вот геохимические следы существования древних организмов остались в виде органических соединений в осадочных горных породах земной коры. Так, в древних породах, возраст которых составляет около 3 млрд лет, был найден углерод биогенного фотосинтетического происхождения. Накопленные палеонтологические и геохимические данные позволили предположить, что за всю историю биосферы ее населяли, сменяя друг друга, примерно 500 млн видов организмов.

Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением содержания кислорода в атмосфере и становлением озонового экрана. Древние фототрофные цианобактерии насытили кислородом толщу первичного Мирового океана. Затем в связи с ростом и размножением фото-синтезирующих организмов количество свободного кислорода стало возрастать, он начал поступать в атмосферу. Это создало предпосылки для образования озонового экрана, поглощающего губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение. К концу палеозоя, в пермском периоде, концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня, что, наряду с формированием озонового слоя, позволило организмам выйти на сушу, образуя наземную флору и фауну. Завоевание материков живым веществом сопровождалось резким возрастанием его массы, и впоследствии она стала резко преобладать над океанической биомассой (см. табл. 7.1).

Одновременно в океане также продолжается рост массы живого вещества. Донные и придонные организмы постепенно захватывали все новые и новые участки морского дна, продвигаясь в глубину. Наряду с увеличением массы наблюдалось усложнение их качественного состава, а также использование для построения внутреннего и наружного скелетов минеральных веществ ( SiO 2 , CaCO 3 , MgCO 3 , SrSO 4 , фосфаты кальция и др.). В метаболизме клеток стали участвовать сложные металлорганические соединения (гемоглобин и др.). С ростом биомассы и ее активности увеличилось воздействие живых организмов на формирование химического состава атмосферы и растворенного вещества гидросферы.

Стабильность биосферы. Биосфера представляет собой устойчивую природную систему, в которой поддерживается динамическое равновесное состояние. В результате крупных геологических явлений (извержения вулканов, землетрясения и т.п.) это равновесие может локально нарушаться, однако биосфера за счет составляющих ее структурных и функциональных компонентов биогеоценозов способна его восстановить.

Стабильность биосферы определяется прежде всего непрерывным поступлением солнечной энергии, используемой фототрофными организмами и преобразуемой ими в первичное органическое вещество — первопищу для консументов разных порядков. Она определяется также многообразием обитающих в ее пределах живых организмов (биоразнообразием), их адаптациями к жизни в разнообразнейших условиях четырех жизненных сред. Не менее важны также многочисленные способы питания живых существ биосферы, в результате чего поддерживается непрерывный биогенный круговорот веществ.

Биосферное значение живых организмов разных таксонов. Каждый период развития биосферы характеризовался свойственным ему комплексом условий среды и существующих в этих условиях живых организмов. Так, колоссальная значимость в формировании биосферы древнейших прокариотических организмов планеты — бактерий связана с разнообразием способов их питания. Среди них есть фото- и хе-моавтотрофы, фото- и хемогетеротрофы. Основная роль бактерий в биосфере состоит в том, что они осуществляют заключительные стадии разложения мертвого органического вещества (путем окисления, гниения, брожения и т.п.) до минеральных компонентов, обусловливая их возвращение в биологический круговорот. Благодаря редуцентной функции бактерийколичество биомассы живого вещества на планете относительно постоянно.

Интенсивно размножаясь, бактерии заселили все жизненные среды. Благодаря гаплоидности у бактерий уже в первом поколении проявляются наследственные изменения. Естественный отбор устраняет формы бактерий с вредными признаками и свойствами и оставляет формы с полезными признаками. Поэтому бактерии быстрее организмов других групп приспосабливаются к меняющимся условиям среды обитания.

Вторая группа прокариотических организмов — цианобактерии — так же, как и бактерии, обладают большой приспособляемостью и жизнестойкостью. Они встречаются во влажных местообитаниях суши, водоемах, горячих источниках и т.д. Для них характерны авто- и гетеротрофный способы питания. Большинство цианобактерии — фототрофы. При фотосинтезе они, подобно растениям, образуют кислород. Именно фотоавтотрофные бактерии на заре развития жизни насытили кислородом воды первичного океана, а затем и атмосферу планеты. Способность многих видов цианобактерий фиксировать молекулярный азот атмосферы позволяет им развиваться в массовых количествах в водоемах, бедных соединениями азота. Снабжение азотом эукариотических организмов на 90% обеспечивается азотфиксирующими прокариотами. Именно поэтому они могут поселяться там, где нет почвы, подготавливая бесплодный прежде субстрат для поселения эукариотических организмов. В качестве автотрофного компонента они вступают в сообщество с грибом, образуя лишайники.

Представители над царства Эукариоты играют свою определенную роль в биосфере. Так, грибы наиболее устойчивы к экспериментальным условиям и приближаются по выносливости к прокариотам. Их основная биосферная роль — разложение отмершей органической массы до состояния, пригодного к использованию организмами-продуцентами.

Растения и автотрофные протисты в процессе фотосинтеза образуют первичное органическое вещество, которое используется в качестве пищи многочисленными гетеротрофными организмами.

Самое многочисленное в биосфере — царство Животные. Биосферная функция животных связана с их гетеротрофностью и способностью к активному движению, благодаря чему они потребляют и трансформируют первичное органическое вещество, созданное автотрофными организмами, а также разносят его далеко от мест потребления, одновременно распространяя семена, плоды, пыльцу, споры растений.

В кайнозойской эре произошло становление человека. На начальных этапах эволюции человек не нарушал равновесия природы. Но перейдя к активной трудовой деятельности, становясь все более независимым от природы, человек с течением времени усиливал свое воздействие на природную среду. В настоящее время это воздействие соизмеримо по своим последствиям с действием самых мощных природных явлений.

Облик биосферы постоянно менялся во времени, так как изменялись условия жизни на планете. Палеонтологические находки свидетельствуют, что организмы одних видов исчезали, уступая место другим, более приспособленным. Каждый период развития биосферы характеризовался свойственным ему комплексом условий среды и живых организмов. Стабильность биосферы на каждом этапе ее развития обеспечивалась непрерывно поступающей солнечной энергией и жизнедеятельностью бактерий, растений, животных, грибов. Организмы каждой из этих групп специализируются на выполнении определенных, свойственных только им функций, что обеспечивает замкнутость биогеохимических круговоротов веществ.

Ноосфера - часть планеты и околопланетного пространства, которая несет на себе печать разумной деятельности человека.

Ноосфера - высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разумная деятельность становится главным определяющим фактором целесообразного развития.

Ноосфера включает: - антропосферу; - техносферу; - измененную человеком живую и неживую природу; - социосферу.