Биосфера и этапы её эволюции

Живые существа благодаря своей необычайной активности создали оболочку, которой ранее не было на нашей планете. Эту оболочку австрийский учёный Эдуард Зюсс (1831-1914) в 1875 г. назвал биосферой (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера). Воздушная среда, земная поверхность, водоёмы, живые организмы связаны между собой сложными биохимическими процессами. Наиболее серьезный вклад в развитие учения о биосфере внес великий русский учёный В.И. Вернадский (1863-1945). В частности, он выделил в биосфере плёнку жизни. Это пространство, в пределах которого существуют зелёные растения. Зелёные растения – единственные накопители энергии на нашей Планете. Плёнка жизни простирается до высоты 20-25 м.

Верхняя граница биосферы расположена на уровне озонового слоя, расположенного в стратосфере. Сдерживающим фактором здесь является смертоносное коротковолновое электромагнитное излучение Солнца, поглощаемое озоном стратосферы. Выше озонового слоя органическая жизнь невозможна. Озоновый слой имеет максимальную плотность озона на высоте 20-25 км.

Нижняя граница биосферы лимитируется температурой. В ядре Земли температуре составляет 5-6 тыс. °С. По мере удаления от ядра и приближения к литосфере температура уменьшается. Органическая жизнь возможна лишь при температурах ниже 100 °С. Нижняя граница биосферы проходит на глубине 2-4 км ниже поверхности суши и на глубине 1-2 км ниже дна океана.

К биосфере относится также человеческое сообщество с его промышленным производством. Наша Земля возникла из газопылёвого вещества примерно 4 млрд. 700 млн. лет назад. Человек появился 2-3 млн. лет назад.

Рис.1. Схема строения биосферы

Около 99 % всего вещества верхнего слоя литосферы нашей планеты переработано живыми организмами. Суммарная масса живых организмов (биомасса) оценивается примерно 2,4∙10¹² тонн. В основном это масса растений.

Суша: растения 99,2 %

99,87% биомассы биосферы

животные и микроорганизмы 0,8 %

Океан: растения 6,3 %

0,13 % от биомассы биосферы

животные и микроорганизмы 93,7 %

За миллиарды лет биосфера прошла сложный путь эволюции. Первый этап – это возникновение самой жизни из неживой материи. Примерно 3,5 млрд. лет назад первичная атмосфера Земли состояла из метана, аммиака, водорода, паров воды и других подобных газов. Под действием электрических разрядов молний и ультрафиолетового излучения Солнца, в условиях высоких температур и влажности, из компонентов первичной атмосферы Земли синтезируются первые органические молекулы. Это аминокислоты, сахара, азотные соединения, т.е. молекулы из которых состоят белки и нуклеиновые кислоты.

углеводы, гетероциклические основания, аминокислоты, другие простейшие углеродсодержащие молекулы

Рис. 2. Схема образования органических молекул в

первичной атмосфере Земли

Органические молекулы участвовали в реакциях синтеза и распада. Возникает первый круговорот органического вещества. Органические молекулы переходили в водный раствор, где из-за разного размера, разной энергии взаимодействия друг с другом возникало неравномерное их распределение. В водных растворах сильные молекулы собирались в отдельные группировки. Такие объединения молекул получили название коацерватных капель (лат. коацерватус – собранный).

Молекулы в этих сгущениях продолжают участвовать в химических реакциях. Исходные компоненты поглощались коацерватными каплями из внешней среды. Продукты реакций оставались в коацерватах (если это были сильные молекулы) или отторгались в окружающую среду. Из-за тепловых колебаний молекул, из-за механического воздействия окружающей среды коацерватные капли, достигая определенного размера, распадались. Из бесконечного разнообразия первичных коацерватных капель сохранялись лишь те, при распаде которых дочерние капли имели химический состав и структуру исходных материнских капель. Уже на этом этапе закладывалось будущее видовое разнообразие живых организмов.

Примерно 1,5 млрд. лет назад появились многоклеточные организмы, которые возникали, как полагают, из колоний клеток. Колонии – это результат незавершения деления коацерватных капель. Исходная капля делилась на дочерние капли, которые не расходились, а оставались вместе. В такой колонии функции клеток были разные: одни отвечают за передвижение, другие за питание, третьи за воспроизводство и т.д. Многоклеточные организмы постепенно заполняли верхние слои водного бассейна планеты.

Появились рождение и смерть организмов. Коацерватные капли – это первые примитивные организмы, они не рождались и не умирали. Эти одноклеточные организмы были неподвижными, они не могли перемещаться, чтобы ассимилировать исходные компоненты для синтеза новых молекул. Смерть отдельных особей – это плата за совершенство многоклеточных организмов. Смерть появилась около 1,5 млрд. лет назад. С каждым новым поколением многоклеточные организмы усложнялись и совершенствовались, приобретая новые функциональные возможности.

Примерно 200-300 млн. лет назад живые организмы из океана вышли на сушу. Появились наземные растения и животные. Так как первичная атмосфера Земли состояла из углеродсодержащих газов, интенсивно проходили процессы фотосинтеза, возникали гигантские формы жизни. Появились древовидные папоротники, хвощи и другие древесные растения.

Из этих гигантских древесных растений после их гибели возникали грандиозные отложения полезных ископаемых. Растения перевели углерод атмосферы в месторождения каменного угля, нефти, газа. Воздух стал прозрачнее и суше. Хвощи, папоротники, приспособленные к влажному климату, вымирали. Появлялись современные лиственные и хвойные породы деревьев, повышалось разнообразие мира живых существ.

Эволюция биосферы сделала возможным появление человека. История Земли охватывает 6 эр и 17 периодов. Кайнозойская эра насчитывает около 70 млн. лет. Антропогенный период кайнозойской эры продолжается 2-3 млн. лет.