Эволюция биосферы

Основные этапы эволюции биосферы

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

Говоря о первой группе факторов, обусловливающих эволюцию биосферы, следует обратить внимание на формулировку «геохимического принципа сохранения жизни» [92]: планета может быть обитаема, пока активны ее недра. Активность недр важна не меньше, чем активность Солнца. Чтобы продолжалась жизнь, Земля сама должна быть в указанном смысле живой. Следовательно, ученые, серьезно считающие Землю организмом (например, Джеймс Лавлок), заслуживают полного понимания. Для них феномен организованности биосферы — не набор случайностей, а результат ее (Геи-Земли, см. п. 11.6) собственной активности.

В развитии биосферы наблюдались весьма непривычные для нас экосистемы. Эпохи были теплыми и холодными, с большим или меньшим процентом суши, с большим или меньшим разнообразием видов. Переход между эпохами являлся прогрессивной эволюцией экосистем, что понимали еще до рождения экологии.

Сегодня можно говорить про четыре биосферы, последовательно возникавшие в ходе эволюции: хемосферу, прокариотную фотосферу, кариотосферу и антропосферу. Каждая биосфера возникала ввиду появления новой господствующей категории организмов, и первые три из них длились, вероятно, примерно миллиард лет каждая [74].

Хемосфера произошла из прогеноты (первой системы, в которой обмен веществ отделен от наследственности) и являла собой множество доклеточных зон, в которых развивались прокариоты. Пищевой базой служили литотрофы, а основным путем эволюции было включение органических звеньев в геохимические круговороты. Хемо- сфера сложилась из первых очагов жизни и обрела свойства биосферы тогда, когда разрослась достаточно, чтобы стать планетным явлением, т.е. завладела океаном (суша была безжизненной). Видимо, в ней были обычны предельно короткие круговороты за счет симбиоза.

Хемосфера в гидротермах дна океана осталась до сих пор и очень слабо связана с остальной жизнью, но теперь она состоит из отдельных организмов. Остатки этой сферы распространяются еще и на полкилометра под океанским дном; и некоторые исследователи полагают, что условия жизни там не изменились со времен начала жизни.

В эпоху рождения жизни поток тепла из недр был вчетверо выше нынешнего. По мере охлаждения земной поверхности хемосферу сменяла прокариотная фотосфера. В ней пищевой базой были фото- автотрофы; основной путь эволюции — усложнение биохимии. Она тоже начала с коротких круговоротов (цианобактериальные маты), но затем, наоборот, стала удлинять цепи круговоротов, чем изменила облик планеты, например создала кислородную атмосферу. Как уже указывалось, считается, что нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21%) было достигнуто в палеозое 250 млн лет назад, но процесс начался еще в архее.

Кариотосфера — это господство эвкариот. Основной путь эволюции — усложнение структур при прежней биохимии; и прокариоты были отодвинуты на периферию биосферы, где господствуют поныне (например, в земной и океанической коре), а главными продуцентами стали зеленые растения. Длинные круговороты стали преобладать: между продуцентами (производителями) и редуцентами (восстановителями) появились консументы (потребители — животные), поэтому теперь нормальная пищевая цепь имеет до семи звеньев. Ка- риосфера выглядит как собственно биосфера, и Г.А. Заварзин именует ее неосферой [11], но на ее базе уже вырастает следующая сфера.

Антропосфера — ныне возникающая биосфера будущего. Основные круговороты в ней будут рождены людьми, а основным путем эволюции организмов будет создание искусственных пород при сокращении числа естественных видов. В.И. Вернадский был прав, указывая на то, что человечество становится геологической силой. Человек уже сейчас уничтожает одни виды и создает другие, уничтожает одни ископаемые, создавая другие (свалки отходов), и изменяет круговороты — как удлиняя их в пространстве (глобальные перевозки), так и укорачивая геохимические цепи (сжигая лес и т.п.). Антропосфера — та неприглядная реальность, которая вырастает на месте, где В.И. Вернадский полагали увидеть прекрасную ноосферу.

Каждая следующая биосфера вырастает на базе предыдущей и проявляет новую активность: забирает основную часть тех глобальных функций, какие может исполнить сама.

А.Г. Пономаренко выделяет ряд самых существенных биосферных перестроек [93]:

появление многоклеточности. Хотя многоклеточные прокариоты известны (грибочки, кустики), но у эукариот многоклеточность видна «в качестве генеральной линии».

Известно, что в кембрии наблюдался резкий рост разнообразия, в частности появились организмы с твердым скелетом и первые членистоногие (трилобиты).

К сказанному добавим [74]: геохимически облик биосферы определяют одноклеточные прокариоты; морфологически и поведенчески ее облик создают многоклеточные эукариоты. В самом деле, у прокариот многоклеточные виды составляют около 1%, а среди эвкариот, наоборот, лишь около 1% видов одноклеточны, и самих эукариотных видов более 2 млн — это раз в 500 больше, чем прокариотных;

освоение толщи вод и дна. Раннюю жизнь А. Г. Пономаренко видит в основном в самом поверхностном слое вод (реально такого не могло быть — см. п. 12.2), объясняя это высокой мутностью воды. С появлением в кембрии искуссных фильтраторов мелкий материал быстро отфильтровывается и отправляется на дно, что ухудшает условия жизни на поверхности, но делает воду прозрачнее и снабжает органикой дно. Появились илоеды.

Жизнь до этого времени в основном приурочена к небольшим глубинам; океанские глубины и дно почти пустынны: в первых мало органики, а до дна почти не доходит кислород. Исключение составляют окрестности гидротерм, являющиеся как бы особой биосферой (хемосферой) на дне океанов;

выход жизни на сушу. А. Г. Пономаренко вновь поднял древний вопрос о том, что такое море и суша в архее. Он тоже пришел к выводу, что без наземной растительности ландшафт состоял из почти вертикальных скал и почти горизонтальных низких равнин. Приливные и штормовые волны могли проходить по этим равнинам на большие расстояния, и береговая черта практически отсутствовала. Водорослево-бактериальные маты могли занимать всю эту равнину, при этом они существовали не в море и не на суше.

В ходе протерозоя маты, вероятно, и создали на суше первую почву. Сначала жизнь на суше являла собой тонкую пленку, состоявшую из плесеней и наземных водорослей; сгнивая, они образовали почву, в которой жили черви и членистоногие;

появление вертикальной зональности наземной жизни (рис. 13.4). В середине силура (420 млн лет назад) на суше появились высшие растения (так именуют все, что сложнее водорослей). В нижнем девоне с появлением растений с вертикальными стеблями возникли ярусы: низкие растения могли располагаться под высокими. Вертикальный стебель потребовал новой естественной технологии — способа подачи водного раствора против силы тяжести.

Рис. 13.4.

Риния — первое наземное растение с вертикальным стеблем, нижний девон [74, с. 492]

Появление листьев, вынесенных в воздушную среду, и корневой системы, способной использовать подземную воду, — крупнейшее событие в истории биосферы.

В карбоне появились многоярусные леса, давшие начало залежам каменного угля. Вертикальные стволы требуют мощных корней, а корни препятствуют размыву почвы. До появления лесов биосфера не могла иметь нынешней биомассы. В наше время больше 90% массы биосферы заключено в наземных растениях — в основном это стволы деревьев. Основной кислород стало производить болото;

катастрофы в океане и на суше. История изобилует примерами массовых вымираний, и некоторые из них носили характер биосферных катастроф; прежде всего это касается катастрофы на границе геологических эр: венд-кембрийское, пермо-триасовое и мел палеоценовое вымирания.

Самым загадочным считают пермо-триасовое вымирание [93J. В этом случае самое сильное в истории Земли снижение разнообразия морской биоты характеризуется границей между палеозоем и мезозоем. Число семейств морских организмов уменьшилось более чем вдвое, тогда как при вымирании между мезозоем и кайнозоем вымерла только '/6 часть. Но гигантскому вымиранию на море не соответствует сколько-нибудь значительное изменение органического мира суши.

Изменения на суше выразились в ином: стерлись границы флор, что означает распад экосистем суши, хотя количество таксонов растений снизилось мало.

Падение разнообразия морской биоты естественно связать с отравлением вод океана, которое, вернее всего, было итогом растрескивания океанической коры. Так, недавние исследования показали, что из-за выхода метана через трещины океанической коры на глубине 400 м образуется метангидрат. При определенных условиях метангидрат взрывается, отравляя воды океана и вызывая быструю гибель морской фауны;

• с начала триаса морская и наземная эволюция шли по-разному. Анализ изменений разнообразия позволяет рассматривать мезокай- нозойскую историю морской биоты как достаточно единый этап. На суше, наоборот, было еще вымирание динозавров и других

животных в конце мелового периода, и причиной его назвали распространение цветковых растений. Позднее была выдвигнута и другая гипотеза вымирания динозавров: падение астероида, вызвавшее грандиозное похолодание. На самом деле цветковые растения распространились на 30 млн лет раньше, в середине мелового периода, тогда произошла быстрая смена растительных эр (переход от мезофита к кайнофиту — за 30 млн лет до смены мезозоя на кайнозой), вызвавшая катастрофу. Именно поэтому В. В. Жерихин выделял два меловых периода — ранний и поздний [94J.

По В. В. Жерихину, при этой смене эр уцелевшие от вымирания папоротники и хвойные меняются, становятся похожими на современные. В меловом периоде обнаруживаются древнейшие известные плацентарные. Становятся многочисленными птицы. В середине периода появляются первые змеи. Резко меняется состав насекомых, например появляются муравьи, становятся обильными и разнообразными термиты и бабочки. В море появляется множество групп костистых рыб.

В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота эволюции вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно просмотреть основные вехи эволюции и биосферы:

  • • появление простейших клеток — прокариотов;
  • • появление значительно более организованных клеток — эукариотов;
  • • объединение клеток-эукариотов 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 эволюции биосферы стало появление в ней человека
  • (см. гл. 15).

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.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >