Эволюция - это необратимый постепенный закономерный процесс исторического развития природы (филогенез). В основе эволюции биосферы лежит зарождение и развитие жизни на нашей планете.
Ученые считают, что возраст нашей Галактики 10-12 млрд. лет, Солнца 5 млрд. лет, Земли около 4,5 млрд. лет. Жизнь зародилась (первые живые организмы) на Земле 3,8 млрд. лет назад.
Эволюция биосферы осуществлялась под влиянием двух главных факторов: геологических и климатических изменений. С момента возникновения биосфера претерпевает постоянные изменения, которые проявляются в увеличении разнообразия видов, в усложнении их организации, в росте биомассы. В процессе жизнедеятельности организмов в корне преобразовалась и неживая часть биосферы. В атмосфере появился свободный кислород, в верхних слоях - озоновый экран.
Углекислота, извлеченная организмами из воды и воздуха, законсервировалась в отложениях угля, карбоната кальция. Некоторые вещества надолго выключились из круговорота веществ (полезные ископаемые). Вместе с тем происходило выветривание горных пород, в котором живые организмы так же принимали активное участие.
Облик планеты постоянно менялся, но жизнь продолжала существовать и развиваться. Возникали новые формы организмов, а неспособные продолжать «эстафету жизни» вымирали.
Таким образом суммарная жизнедеятельность развивающихся видов организмов определяет особенности биосферы, которая в свою очередь обуславливает возможность выживания и направление эволюционных преобразований отдельных видов.
При изучении органического мира Земли было установлено, что организмы по их строению можно разделить на 2 большие группы: клеточные и неклеточные. Большинство организмов имеют клеточное строение, и только организмы образующие царство «вирусы» - имеют неклеточное строение. Клеточные организмы разделяют на 2 группы: безъядерные (протокариоты), ядерные (эукариоты). Эукариоты разделились на царство животных, растений и грибов.
Основные черты эволюции растений:
- переход от гаплоидности к диплоидности;
- освобождение процесса полового размножения от капельно-жидкой воды, потеря подвижности мужских гамет, переход от наружного оплодотворения к внутреннему, возникновение двойного оплодотворения;
- дифференциация тела с переходом к наземным условиям: деление на корень, стебель, лист, развитие проводящей системы, совершенствование тканей;
- специализация опыления, распространение семян и плодов животными. Усиление защиты зародыша от неблагоприятных условий (образование покровов, обеспечивает пищей и т.д.).
В эволюции животных можно выделить несколько основных направлений развития:
- возникновение многоклеточности;
- возникновение твердого скелета (наружного у членистоногих, внутреннего у позвоночных);
- развитие центральной нервной системы (ЦНС) по типу инстинктов или рефлексов;
- развитие социальности (соединение животных в группы, стада).
Вслед за изменившимися условиями среды происходят внутренние, а затем и внешне изменения, что обеспечивало организмам наиболее благоприятные возможности роста, развития и размножения. Этот путь приспособительных изменений отметил и обобщил Ч. Дарвин.
Наиболее важные положения эволюционной теории Ч. Дарвина могут быть сведены к 4 основным тезисам (законам):
- все организмы изменчивы;
- различия, приобретенные организмами передаются по наследству
- борьба за существование и естественный отбор (в благоприятных условиях любые организмы могут размножаться столь интенсивно, что в состоянии заполнить всю Землю, но этого не случается, т.к. в процессе развития многие особи погибают, выживают только сильнейшие и оставляют наиболее приспособленное потомство. Из поколения в поколение происходит отбор лучших форм природы);
- распространенность и численность вида зависит от количества оставляемого потомства.
Основные этапы эволюции биосферы с точки зрения закономерности и последовательности формирования основных сред жизни:
- возникновение и развитие жизни в воде;
- появление у гидробионтов симбионтов (паразиты, мутуалисты и др.) т.е. формирование новой среды жизни – организмов – хозяев;
- заселение организмами суши со сформировавшимися новыми средами жизни: наземно-воздушной и почвенной;
- появление человека и превращение его из обычного биологического вида в биосоциальное существо;
- переход биосферы под влиянием разумной деятельности человека в новое качественное состояние - в ноосферу.
6. Свойства биосферы
1. Целостность и дискретность. Обусловлена взаимосвязью ее компонентов и достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение одного компонента приводит к изменению других и биосферы в целом.
На понимании целостности биосферы основывается теория и практика рационально природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, дать прогноз результатам воздействия человека на природу.
2. Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком и в центре биосферы ставится только один вид – человек (идеи антропоцентризма).
3. Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам (извержение вулканов, землетрясение, встречи с астероидами и т.п.).
4. Ритмичность. Повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточный, годовой, внутривековые и сверхвековые.
5. Круговорот веществ и энергозависимость. Существование биосферы невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого – углерод.
6. Горизонтальная зональность и высотная поясность. Горизонтальная зональность – закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающего на разные широты тепла.
Высотная поясность – закономерная смена природной среды с подъемом в горы от подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой. Смена поясов в горах происходит в той же последовательности, как и на равнине при движении от экватора к полюсам.
7. Большое разнообразие. Это свойство обусловлено следующими причинами:
- разными средами жизни;
- разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным и др. свойствам;
- наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции);
- биологическим разнообразием живых организмов.
Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.