Эволюция биосферы. Живое, косное и биокосное вещество

Свое становление учение о биосфере получило в трудах выдающегося русского ученого Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945).

Вернадский подчеркивал, что биосфера находится в постоянной бесконечной эволюции. Современное состояние биосферы есть результат предшествующего гигантского пути развития.

Возникновение биосферы Земли и ее развитие во многом обусловлено уникальным астрономическим положением Земли и ее размерами. Жизнь, подобная земной может развиваться на планете со строго определенной массой и размерами. На планете с высокой массой (более чем 1/20 массы Солнца) начинаются интенсивные ядерные реакции, что ведет к значительному разогреву и высокому уровню радиации. В Солнечной системе такие процессы происходили в прошлом на планетах Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Планеты с малой массой обладают слабым гравитационным полем и не могут удерживать вокруг себя необходимую для жизни атмосферу.

Важными условиями возникновения жизни являются также определенный уровень солнечной радиации (определяемый расстоянием планеты от Солнца), а также наличие на планете жидкой воды.

Из всех планет Солнечной системы только Земля удовлетворяет всем необходимым условиям.

Существование биосферы начинается с появления в географической оболочке Земли первых живых организмов. По современным данным, возраст биосферы оценивается примерно в 3,4-4,5 млрд. лет.

Проблема происхождения и развития жизни на Земле относится к одной из наиболее интересных научных проблем. В истории человечества существовало множество идеалистических и материалистических гипотез, по разному представляющих процесс возникновения живого вещества на Земле. Основными, наиболее распространенными теориями являются следующие.

1) Создание жизни некими Высшими силами в определенный период существования Земли - так называемый креационизм (от лат. "creatio" - сотворение). Идеалистические теории подобного рода отличаются наибольшим разнообразием и составляют определенную часть мифов и религиозных концепций различных народов мира.

2) Самопроизвольное возникновение жизни из неживой материи. Подобные теории встречаются еще в Древнем Вавилоне, Египте, Китае, Греции. Согласно большинству теорий этого типа при определенных условиях возникает сразу достаточно высокий уровень жизни - насекомые, пресмыкающиеся, даже мелкие млекопитающие. Среди Приверженцев таких теорий известны имена древнегреческих мыслителей: Аристотеля, Демокрита, Фалеса и др.. Эти философы предполагали, что определенное вещество (вода, воздух, ил, солнечный свет или др.) содержит особое "активное начало", способное создавать живые организмы. В раннем средневековье идеи о самозарождении жизни были объявлены ересью и на долгое время преданы забвенью. Свою вторую жизнь теория самозарождения получила в позднем средневековье - в эпоху Возрождения. Многие естествоиспытатели того времени проводили опыты по получению различных живых существ (главным образом микроорганизмов и насекомых) из различных материалов - воды, камня даже мусора. Однако в 19 в. подобные воззрения были подвергнуты научной критике.

3) Теория панспермии - возникновение жизни на Земле в результате занесения ее из космоса. Первые подобные гипотезы также берут свое начало в Древнем мире. Примером служит учение древнегреческого философа Анаксагора (Vв до н.э.), согласно которому жизнь возникла из вечно существующего семени, попавшего на Землю. Воззрения подобного рода также причислялись к ереси в эпоху средневековья, что объясняет их практически полное отсутствие в тот период. Возрождение идеи проникновения жизни из космического пространства пришлось на середину 19в. В это время среди ученых значительной популярностью пользовалась теория "космического посева" жизни. Ученые этого периода (Х. Рихтер, С. Авенариус и др.) наиболее вероятной причиной появления жизни на Земле считали проникновение ее из космоса вместе с метеоритами или космической пылью. Считалось, что таким путем на Земле могли появиться примитивные микроорганизмы или споры растений.

В.И. Вернадский также был сторонником теории панспермии - появления жизни на Земле в результате ее проникновения из космического пространства. В своих трудах он высказывал предположение, что во Вселенной жизнь существует вечно и не имеет своего начала.

Гипотеза о внеземном происхождении жизни рассматривается и некоторыми современными учеными. Однако до сих пор, несмотря на многочисленные исследования в этом направлении, не установлено фактов о том, что живые существа были принесены на Землю из космоса. Следует учесть, что коротковолновое излучение космоса губительно действует на все известные живые организмы.

Появляющиеся в печати сведения о найденных на метеоритах следах жизни обычно оказываются результатом ошибки исследования или вторичного загрязнения метеоритов.

4) Возникновение жизни на Земле в результате сложной биохимической эволюции.

В теориях подобного типа, получивших наибольшее распространение в современном научном мире, важную роль играет эволюция самой Земли.

В начальный период существования планеты температура на Земле достигала 5-8 тыс. градусов. При медленном остывании планеты образовалась земная кора, неровная из-за активной вулканической деятельности.

Согласно гипотезе, выдвинутой русским ученым Опариным (1923г.) в атмосфере древней Земли преобладали водяной пар, аммиак, метан, двуокись углерода и почти не было свободного кислорода.

Вещества земной оболочки в то время подвергались воздействию коротковолнового излучения Солнца, так как озонового экрана еще не существовало. Кроме того, на вещество планеты действовали газовые разряды, высокие температуры и т.д. В таких условиях согласно теории Опарина, могли возникнуть первые органические вещества в результате их синтеза из неорганических компонентов. В середине ХХ в. были проведены лабораторные опыты по созданию органических веществ путем пропускания искрового разряда (или облучения ультразвуковыми лучами, EMBED Equation.3 µ § -лучами и т.п.) через смесь метана, аммиака, воды и водорода. В результате опытов были подучены многие органические вещества, входящие в состав живых организмов. Таким образом, возможность возникновения органического вещества из неорганического в условиях древней земли подтверждена экспериментально. Согласно положениям теории Опарина, развитие земной оболочки шло по пути усложнения образующихся органических веществ. На определенном этапе неживая природа (сложные органические вещества) перешла в живую - образовалась живая клетка, способная воспроизводить подобные себе структуры. Промежуточной стадией между живой и неживой природой, согласно Опарину, были коацерваты - студнеобразные сгустки сложных органических веществ, которые могли увеличиваться в размерах или, наоборот, распадаться на части. Следует отметить, что эта часть теории Опарина не доказана экспериментально. Процесс перехода неживой природы в живую остается не вполне ясным.

Развитие живого вещества Земли сопровождалось изменением всего облика планеты. В результате появившихся процессов фотосинтеза и хемосинтеза сильно изменился состав атмосферы - в ней образовалось значительное количество кислорода. В верхних слоях атмосферы кислород превращался в озон - таким образом вокруг Земли возник озоновый слой, позволивший живой природе покрыть всю поверхность планеты.

Под воздействием первых микроорганизмов образовалась почва - верхний слой литосферы. Дальнейшее развитие биосферы Земли характеризуется все большим усложнением живых организмов - от микроорганизмов до млекопитающих - и, наконец, появлением в биосфере человека.

Современный человек является мощной преобразующей природу силой и оказывает прямое и косвенное воздействие на природные процессы. Согласно учению Вернадского, постепенно биосфера Земли должна перейти в ноосферу - сферу разума, характеризующуюся разумным регулированием взаимоотношений природы и человека. Человек при помощи разума должен так организовать свою деятельность, чтобы она не нарушала нормального течения природных процессов. Только при этом условии возможно дальнейшее существование и развитие биосферы.

Рассматривая структуру биосферы, Вернадский выделил в ней три основных компонента: живое, косное и биокосное вещества. Эти компоненты биосферы не существуют раздельно, а тесно связаны между собой материально- энергетическими и информационными потоками.

Живое вещество- это совокупность растительного и животного мира, а также все человечество.

Вес живого вещества составляет незначительную часть от веса всего вещества биосферы. Однако именно живое вещество играет важнейшую роль во многих геологических процессах, изменяя облик Земли.

Живое вещество является основным компонентом биосферы, определяющим ее эволюцию. В ходе различных биологических процессов - дыхания, питания, фотосинтеза и др. - живые организмы изменяют окружающую среду, меняют состав, влияют на круговорот многих веществ.

Изменения в живом веществе происходят во много раз быстрее, чем в неживой природе. Причиной этого является то, что все биологические процессы катализируются (ускоряются) биологическими катализаторами - ферментами, немного более активными, чем неорганические катализаторы.

Косное вещество - это окружающие живые организмы объекты неживой природы: атмосферный воздух, вода, горные породы и т.п. Косное вещество тесно связано с живой природой - существует постоянная миграция атомов различных химических элементов из косного вещества в живое и обратно.

Биокосные тела представляют собой объекты неживой природы, преобразованные живыми организмами. К биокосным телам относится почва, воды многих поверхностных водоемов, химический состав которых сформировался под действием микроорганизмов.

Биокосные тела состоят из косных и живых тел и являются, согласно учению В.И. Вернадского, результатом деятельности былых биосфер, существовавших в более ранние геологические эпохи.

Эволюция биосферы охватывает все ее компоненты: развитие живого вещества сопровождается изменением находящихся с ним в контакте биокосных тел и постепенным преобразованием других объектов неживой природы - косного вещества.