Возникновение и развитие биосферы
Важной частью учения о биосфере В. И. Вернадского является представление о ее возникновении и развитии.
Развитие биосферы происходило и происходит в соответствии с законом развития природной системы за счет окружающей ее среды: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Следствие закона: биосфера Земли как система развивается не только за счет ресурсов планеты, но и опосредованно за счет и под управляющим воздействием космических систем (прежде всего Солнечной). Оно имеет особое значение для долгосрочного прогнозирования. Оно должно учитываться при рассмотрении всех процессов, происходящих на Земле. Однако необходимо сознавать, что космические воздействия преломляются земными процессами. Так, в годы высокой солнечной активности не обязательно будет проявляться весь аспект явлений, наблюдавшихся в предыдущий цикл такой же активности светила. Они лишь могут возникнуть, и статистически вероятны.
Формирование биосферы началось с появления живых организмов. Ученые считают, что жизнь на Земле возникла около 4 млрд лет назад. По-видимому, первые формы жизни появились в воде, где они были лучше защищены от ультрафиолетового излучения, и были представлены анаэробными микроорганизмами. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов. Их деятельность привела к накоплению в биосфере свободного кислорода. Атмосфера с высоким содержанием кислорода сформировалась 500–600 млн лет назад, когда окончательно сложился биотический круговорот веществ.
Таким образом, первый этап эволюции органического мира на нашей планете характеризуется возникновением биологического круговорота веществ и элементов.
Второй этап сопровождался формированием многоклеточных организмов и, вследствие этого, усложнением циклической структуры жизни.
Общая тенденция эволюции была в сторону увеличения биомассы и продуктивности, видового разнообразия организмов, поскольку, чем разнообразнее видовой состав, тем больше шансов на выживание, тем больше возможностей осваивать новые пространства и вещества Земли и вовлекать их в круговорот.
Эти два этапа часто называют биогенезом (от греч. bios – жизнь и genesis – происхождение, возникновение).
Принцип максимума эффекта внешней работы,закон саморазвития биосистем, или закон исторического развития биологических систем Э. Бауэра: развитие биологических систем есть результат увеличения их внешней работы – воздействия этих систем на окружающую среду.
В процессе исторического развития живой природы не только возрастает степень приспособленности организмов к среде, но зарождается и прокладывает себе дорогу более высокая форма связи живого с внешним миром – способность к изменению среды в соответствии с потребностями живого. Эта закономерность особенно сильно проявляется на базе высокоразвитой центральной нервной системы и получает простор уже за рамками биологической эволюции.
Третий этап связан с появлением человеческого общества. «Невозможно представить человека фигурой, явившейся откуда-то извне, потому что он сделан природой из ее собственного вещества и в ее мастерской. Он не просто комментатор процессов природы, или их создатель, он является той последней инстанцией, в которой природа самовыражается и оценивает себя» (Д. Льюис, 1964, цит. по: Ковалев, 1999, с. 327). Человек одновременно и продукт природы, и ее более высокое качественное образование.
Под влиянием человеческого общества в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы и превращение ее в сферу разума – в ноосферу (от греч. noos – разум, sphaira – шар). Безусловно, справедлив закон ноосферы В. И. Вернадского: биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек – природа.
Основоположники учения о ноосфере – Э. Леруа, П. Тайяр де Шарден, В. И. Вернадский, отчасти П. А. Флоренский. В. И. Вернадский считал, что ноосфера создается, прежде всего, ростом науки, научного понимания и основанного на ней социального труда человечества. Это новое состояние биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором, обуславливающим ее развитие.
В. И. Вернадский призывал к разумному регулированию отношений человека и природы. Перед человечеством стоит огромная задача – научиться сознательно регулировать взаимоотношения общества и природы.
Необходимыми условиями создания ноосферы В. И. Вернадский считал научное и культурное объединение всего человечества, усовершенствование средств связи и обмена, открытие новых источников энергии, подъем благосостояния людей, равенство людей и исключение войн из жизни общества.
«Рано или поздно создание ноосферы будет целью государственной политики или общественного строя. Это геологический процесс, который своими корнями глубже процесса исторического», – писал В. И. Вернадский (2002). Развитие ноосферы трудно прогнозировать, одно несомненно, «управлять люди будут не природой, а прежде всего, собой» (Реймерс, 1994, с. 151).
Возникновение и развитие биосферы
Учение В.И. Вернадского о биосфере
Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению протекающих в биосфере процессов, был академик В.И.Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.
В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (в сотни миллионов лет) отрезков времени.
В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.
В. И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс — миграция химических элементов в биосфере.
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли — область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». Предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким.
Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей: живое вещество;биогенное вещество(рождаемое и перерабатываемое живыми организмами); косное вещество, образуемое без участия живых организмов ;биокосное вещество(косное вещество, преобразованное живыми организмами); вещество радиоактивного распада;рассеянные атомы земного вещества и космических излучений; вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др. Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений.
Возникновение и развитие биосферы
Живое вещество всегда, в течение всего геологического времени, было и остается составной частью биосферы, источником энергии, ею захватываемой из солнечных излучений,- веществом, находящимся в активном состоянии, имеющим основное влияние на ход и направление геохимических процессов химических элементов во всей земной коре.
(В. И. Вернадский)
Так как речь идет о самых ранних этапах нашей планеты, очень слабо пока освещенных как геохимическими, так и геологическими данными, то накопление информации о первичных формах жизни происходит очень медленными темпами, и мы еще долго будем ограничены при рассмотрении проблем генезиса биосферы теоретическими разработками и косвенными фактами и наблюдениями, значение которых в выборе той или иной теоретической модели может быть достаточно весомым, но ни в одном случае не может быть решающим.
Рационалистический подход к проблеме происхождения жизни, как уже говорилось, независимо предложенный А. И. Опариным в 1924 г. и Дж. Холдейном в 1929 г., породил лавину исследований как теоретического, так и экспериментального направления, целью которых было исчерпать все мыслимые возможности сочетания условий на формирующейся планете и, последовательно повторив их в лабораторных условиях, хотя бы в общих чертах восстановить стадии перехода от высокоактивных органических соединений к первому простейшему организму.
В. И. Вернадский не мыслит возникновения жизни как единичного живого объекта, как живой отдельности, жизнь, по его мнению, с самого своего возникновения связана с биосферой, проблема происхождения жизни на Земле есть одновременно проблема возникновения биосферы.
Жизнь, следовательно, сразу же возникает в совокупностях разнообразных форм,находящихся в сложных отношениях друг к другу и к окружающей среде. Системность взгляда на проблему ощущается во всей ее мощи, и интересных задач для будущего исследования такой подход ставит много больше, чем линейная схема А. И. Опарина.
Прежде всего, об исторической неразрывности возникновения жизни и образования биосферы. Сейчас мы имеем все основания полагать, что жизнь возникла в водной стихии, так как в противном случае она не была бы защищена от губительного коротковолнового ультрафиолетового облучения. Наличие воды на первичной Земле, хотя бы в небольших количествах, пригодных для возникновения жизни, в свете современных представлений сомнений не вызывает. Водный слой толщиной в 10-12 м уже образует экран, способный защитить жизнь от проникающего излучения, которое ставит в то же время пределы ее дальнейшему распространению.
Концентрация живого вещества в воде до эпохи образования озонового экрана, возникающего в ходе образования кислородной атмосферы, автоматически должна привести нас к заключению о том, что биосфера делает свои первые шаги также в водной среде. Таким образом, на первых порах она пространственно однородна и, можно думать, структурно обеднена по сравнению с современной, включая лишь два структурных компонента — живое вещество и косное вещество.
Распространяясь в его пределах и дифференцируясь по разным экологическим нишам, живое вещество до выхода на сушу имело достаточно времени, чтобы заполнить эти ниши и образовать равновесное состояние, при котором эволюция живого вещества до расширения биосферы и выхода в новую сухопутную среду шла, надо думать, чрезвычайно медленно. Таким образом, хотя биосфера возникла вместе с жизнью, но, как и жизнь, она не возникла в современной своей форме и испытала значительные модификации до геологической эпохи фанерозоя — эпохи явной жизни, начавшейся около 600 миллионов лет назад. Дальнейшие этапы формирования современной структуры биосферы — распространение ее на сушу и образование ее пространственной неоднородности, складывание современной структуры биосферы и появление биокосного, а затем и биогенного вещества, реконструируются с не меньшей предположительностью и без твердой опоры на определенно установленные факты.
Предполагается, что первыми организмами, перешедшими к фотосинтезу, были сине-зеленые водоросли, которые и начали создавать кислородную атмосферу планеты, но весьма вероятно, что процесс ее образования шел крайне медленно: во всяком случае, только начиная с самого раннего кембрийского периода фанерозоя мы сталкиваемся с мощными следами наземной жизни, что говорит уже о наличии озонового экрана, защищающего наземное живое вещество от космической радиации. Любопытно, что начиная с этого же периода фиксируются многочисленные находки остатков животных со скелетными образованиями. Наиболее вероятная последовательность возникновения фундаментальных структурных уровней рисуется сейчас в виде двух этапов. Соображения В. И. Вернадского о возникновении жизни в виде сложного комплекса организмов и биогенных условий, по-видимому, правильны и подтверждаются всем последующим развитием науки. Таким образом, биосферный структурный уровень живой природы следует считать первичным, одним из древнейших. Возникновение жизни нельзя рассматривать как появление первого организма, ее можно рассматривать только как появление совокупности организмов.
Эволюцию биосферы Земли можно представить в виде трех последовательно сменяющихся этапов.
Первый этап – восстановительный. Он начался в космических условиях и завершился появлением на Земле первой гетеротрофной биосферы. На этом этапе протекали каталитические и радиохимические реакции синтеза сложных органических соединений, отсутствовал свободный кислород, основным источником живых организмов была радиация. Этот период, вероятно, был коротким по времени.
Второй этап – слабоокислительный – характеризовался появлением фотосинтеза. Он длился более 2 млрд. лет и закончился около 1.8 млрд. лет назад. Свободного кислорода образовывалось еще мало, и атмосфера состояла из углекислого газа.
Третий этап – окислительный – связан с появлением фотоавтотрофной биосферы. Он начался с медленного роста содержания кислорода в атмосфере и завершился значительным ускорением эволюции организмов. Увеличение продукции кислорода привело к появлению растительного покрова и животных на континентах, что резко увеличило продукцию фотосинтеза. Под воздействием живого вещества сформулировался современный химический состав атмосферы и растворенного вещества гидросферы.
Биологическая эволюция, будучи необратимым процессом, предопределила необратимость эволюции биосферы в целом и создала предпосылки для ее перехода в качественно новое состояние — ноосферу, или сферу разума, когда все происходящие в биосфере изменения контролируются человеком.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: