Краткое содержание: Параграф § 26 / Биология 11 класс

Основные этапы и факторы развития биосферы

Возраст биосферы, по оценкам учёных, составляет примерно 4–4,6 миллиарда лет, хотя следы жизни на Земле могут быть обнаружены в отложениях, которым около 3,8–4 миллиардов лет. С момента возникновения жизни начался процесс формирования биосферы, представляющей собой планетарную систему, которая находится в состоянии постоянного развития и равновесия.

Основополагающая идея учения В. И. Вернадского об эволюции биосферы заключается в том, что в её формировании участвовали как биотические, так и абиотические факторы. Эволюция живых организмов постоянно оказывает влияние на биосферу в целом, определяя тем самым её развитие. Эволюцию биосферы принято разделять на пять основных этапов:

• Возникновение и развитие жизни в водной среде.
• Появление в водной среде симбионтов (паразитизм, мутуализм), что привело к формированию новых сред обитания: организмов-хозяев.
• Заселение организмами суши.
• Появление человека и его выход из природной биологической среды в социально-биологическую.
• Переход биосферы под влияние разумной деятельности человека с образованием качественно нового состояния — ноосферы.

Начальный этап развития Земли характеризовался медленным абиогенным синтезом органических соединений, который привел к появлению простейших форм жизни. Изначально предполагалось, что первыми на Земле появились гетеротрофы, которые использовали органические соединения, возникшие в результате абиогенного синтеза (первичный бульон). Однако, когда запасы этих соединений истощились, потребовалось радикальное изменение способов питания, и появились первые автотрофы — организмы, способные самостоятельно синтезировать необходимые для жизнедеятельности вещества.

Исследования горных пород формации Исуя (Гренландия) показали, что одновременно с гетеротрофами существовали и хемотрофы, и фототрофы, способные к бескислородному фотосинтезу. Таким образом, первичные организмы на планете возникли одновременно как автотрофы, так и гетеротрофы. Они делились на продуцентов (автотрофы) и консументов вместе с редуцентами (гетеротрофы). Особенности первичной атмосферы, богатой метаном, привели к тому, что среди автотрофов существовала значительная доля тех, кто получал энергию, восстанавливая углекислый газ из метана:

\( \mathrm{CO}_{2} + 4 \mathrm{H}_{2} = \mathrm{CH}_{4} + 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} + \mathrm{E} \)

В результате этого процесса выделялась энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов. Метан постепенно выходил в атмосферу и под воздействием ультрафиолетового излучения вновь возвращался в органические соединения, участвуя в глобальном круговороте углерода.

Фотосинтез сыграл важнейшую роль в биогенезе, способствуя накоплению органического вещества. Позже это дало преимущество полностью аэробным организмам, которым для жизни требовался кислород. Появление автотрофов, способных к фотосинтезу, существенно повлияло на состав земной атмосферы, в которой содержание кислорода (21%) достигло современного уровня примерно 300–298 миллионов лет назад, хотя процесс начался более 2,5 миллиардов лет назад.

Накопление кислорода в атмосфере вызвало первый экологический кризис, поскольку для большинства анаэробных организмов кислород является сильным окислителем и, по сути, ядом. Анаэробы должны были либо погибнуть, либо приспособиться к новым условиям, что привело к появлению аэробных организмов.

Ключевые события в эволюции биосферы:

• Около 2 миллиардов лет назад возникли первые ядерные организмы (эукариоты), которые разделились на растительные и животные организмы. В дальнейшем растительные клетки освоили фотосинтез, а животные — совершенствовали способы передвижения.
• Примерно 1,2 миллиарда лет назад произошло появление полового размножения, что значительно увеличило разнообразие организмов и их способность приспосабливаться к условиям среды.
• Около 2,1 миллиарда лет назад, возможно, одновременно с самыми древними многоклеточными организмами, существовал неизвестный ранее червеобразный организм, найденный во франсвильских отложениях (Габон).
• Под действием космических лучей в верхних слоях атмосферы из кислорода образовался озоновый экран, который защитил планету от губительного ультрафиолетового излучения. Это позволило организмам развиваться не только в глубоких водоёмах (где ультрафиолет не проникал), но и в более освещённых верхних слоях, а затем и выйти на сушу.
• Появление дыхания обеспечило организмы энергией, что стало толчком к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В целом, жизнедеятельность организмов в биосфере привела к формированию биогеохимических круговоротов элементов и обеспечению стабильности функционирования живой оболочки Земли. Соотношение процессов синтеза и распада веществ не всегда было постоянным, но со временем наступило равновесие.

Влияние человека на эволюцию биосферы: Человек, используя орудия труда и накопленный опыт, создал искусственную среду обитания. Его хозяйственная деятельность оказывает неоднозначное воздействие на биосферу, в ряде случаев приводя к разрушению естественных экосистем. Существует мнение, что глобальное воздействие человека на биосферу может привести к катастрофическим последствиям и находится на грани экологического кризиса, однако другие учёные считают, что человек не уничтожает экосистемы, а создаёт новые, необходимые для сохранения баланса между синтезом и распадом веществ. Необходимо признать, что биологическая эволюция биосферы необратима, и человек несёт ответственность за её будущее состояние.