Формирование жизни началось примерно 3,8 млрд. лет назад. Развитие и усложнение жизни на Земле называют эволюцией биосферы.

Условная оболочка Земли, населённая живыми организмами, называется биосферой.
Живая оболочка охватывает:

• гидросферу - водную оболочку Земли;
• литосферу - твёрдую оболочку;
• атмосферу - газовую оболочку.

Рис. 1. Биосфера.

Учение о биосфере создал советский естествоиспытатель Владимир Иванович Вернадский. Он считал, что живые организмы являются главной преобразующей силой Земли.

По Вернадскому биосфера включает несколько видов веществ:

• живое - совокупность всех живых организмов планеты (бактерии, растения, животные, грибы);
• косное - продукты, образованные без участия живого вещества (минералы, горные породы);
• биокостное - вещество, образующееся при совместной деятельности живого и костного веществ (почва, ил, верхняя часть литосферы);
• биогенное - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом (каменный уголь, газы, нефть);
• радиоактивное - атомы радиоактивных веществ (уран, торий, радий);
• рассеянное - свободные атомы различных веществ (цинк, медь, ртуть);
• космическое - вещество, попадающее на Землю из космоса с помощью метеоритов и космической пыли.

Рис. 2. Состав биосферы.

Важно понять, какова роль живого вещества в эволюции биосферы. Вернадский считал, что живое вещество способно влиять на неживые оболочки Земли. Именно под действием живых организмов изменяется климат, атмосфера, геологические слои. Кроме того, живое вещество активно участвует в круговороте веществ в природе.

Этапы развития

Жизнь распределена по всей поверхности Земли. Установлено, что в атмосфере обитает несколько миллионов различных микроорганизмов. Самая глубоководная рыба обитает на глубине более 6000 метров. Однако так было не всегда, и зарождению жизни предшествовали глобальные изменения в атмосфере и твёрдой поверхности Земли.

Поэтапное развитие биосферы по В. И. Вернадскому представлено в таблице.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Первый и второй этапы непосредственно связаны с биосферой и объединяются в стадию биогенеза. В широком смысле биогенез означает появление жизни из живой материи. Третий этап выделяют отдельно в ноогенез - эволюцию разума. Вернадский считал, что ноосфера - видоизменённая человеческой деятельностью биосфера.

Зарождение жизни

Говоря кратко о физико-химической эволюции в развитии биосферы, следует выделить несколько стадий:

• зарождение Солнечной системы как протопланетного (газового) облака;
• появление Солнца в результате взрыва сверхновой;
• формирование холодной Протоземли и других планет под действием гравитации Солнца;
• рост Земли и образование земной коры;
• формирование атмосферы за счёт разогревания поверхности Земли и выхода газов наружу (бескислородная атмосфера);
• появление Мирового океана в результате соединения углекислоты и водорода.

Рис. 3. Зарождение жизни на Земле.

Зарождению жизни предшествовали сложные химические реакции и физические процессы, происходящие в атмосфере и Мировом океане.

Первыми живыми существами на Земле были анаэробные гетеротрофные прокариоты. В ходе естественного отбора появились хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии, а затем - водоросли. В результате фотосинтеза атмосфера стала насыщаться кислородом, что способствовало появлению аэробных организмов.

Что мы узнали?

Из урока биологии 9 класса, посвящённому теме зарождению жизни на Земле, узнали о понятии биосферы и учении В.И. Вернадского. Естествоиспытатель выделил вещества, составляющие биосферу, а также стадии зарождения жизни на Земле. Значительную роль в появлении живых организмов сыграли физические явления и химические реакции, происходящие в период становления Земли.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 3.9 . Всего получено оценок: 172.

В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Термин "биосфера" впервые был использован в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

Рис.1. Общий вид биосферы

Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем. Отдельные живые организмы не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности они соединяются в различные системы (сообщества), например, в популяции.

Рис.2. Популяция тупиков

В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых систем, так называемые биоценозы - совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания. Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри биосферы. В совокупности с окружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы - биогеоценозы или, как их еще называют, экосистемы. Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т. д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образуют суперсистему - биосферу.

Рис.3. Экологическая структура биоценоза пруда

Эволюция биосферы. Учение Вернадского о биосфере

Существуют различные точки зрения относительно времени возникновения биосферы. Согласно одной из них (концепция В.И. Вернадского), биосфера возникла на самой ранней стадии развития планеты Земля и имеет возраст, близкий к возрасту Земли (приблизительно 4,6 млрд. лет). По Вернадскому, переход от неживого вещества к простейшим формам живого занял незначительный (в геологическом масштабе) отрезок времени - не более 200 лет. Характерными чертами биосферы, в рамках концепции Вернадского, являются следующие:

1. Биосфера возникла сразу как совокупность биогеоценозов. Живое вещество сформировалось как совокупность сложных живых организмов.

2. Первичные организмы способны обеспечить все основные процессы (биохимические, биологические), происходящие в оболочках Земли.

3. Живые организмы обеспечивают миграцию химических элементов в земной коре.

Согласно другой точке зрения, биосфера сформировалась на определенном этапе развития Земли. Сначала был этап предоболочек, затем сформировались основные земные оболочки и лишь потом появилась биосфера.

По мнению Beрнадского, появление и существование человека в биосфере определяет высшую ступень ее развития. Само появление человека представляет переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей среды разумными существом Живое вещество планеты при этом активно приспосабливается к новым условиям существования в природе. Происходит внезапное совместное влияние природы на человека и человека природу, и человек теперь несет ответственность за эволюцию жизни.

Существуют два основных определения понятия "биосфера", одно из которых известно со времени появления в науке данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Рис.4. Многообразие живого вещества биосферы

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Рассматривались следующие варианты: 1) жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее; 2) жизнь зародилась после образования Земли; 3) жизнь зародилась вместе с формированием Земли. Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера тесно связана со всеми другими земными оболочками, является следствием, прежде всего биогеохимического круговорота, который обеспечивается солнечной энергией. В биосфере организмы и среда их обитания вследствие длительного взаимодействия друг с другом образуют целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии.

Биосфера, согласно Вернадскому, включает в себя следующие составные части.

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и т.д.).

3. Косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (в результате движения земной коры, деятельности вулканов, метеоритов).

4. Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почвы).

Вернадский сформулировал основные принципы организации биосферы в целом. Это два биогеохимических принципа.

1. Геохимическая энергия живого вещества в биосфере (включая человека как высшее наделенное разумом существо) стремится и максимальному проявлению.

2. В ходе эволюции видов живых организмов выживают организмы, которые своей жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Рис.5. Фрагмент эволюции живого вещества биосферы

Вернадский осуществил оценки количества живого вещества в биосфере, на основании которых сформулировал следующий принцип: на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. В настоящее время человек нарушил свое равновесие с биосферой. Пока человек (и крупные животные) в своем потреблении продуктов биосферы не превышали 1 % их общего количества, биосфера находилась в динамическом равновесии с другими земными оболочками. Современный человек потребляет на свои нужды уже более 7%. продуктов биосферы и существенно нарушает ее естественный баланс. Например, уже изменилось соотношение запасов углерода в атмосфере и на суше, разность между синтезом и разложением органических веществ стала в сотни раз больше, чем было первоначально.

Биосфера уже не справляется со своей функцией стабилизации, и скоро эту функцию человечеству придется взять на себя. В конце концов, когда вся система жизни и среды станет управляться человеком, тогда биосфера превратится в ноосферу. Но тогда основная часть энергетических и трудовых затрат уйдет на стабилизацию окружающей среды (по некоторым оценкам - более 99%). На поддержание и развитие цивилизации останется всего лишь несколько процентов (или даже менее 1%). Занимаясь им же созданной биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Вернадский подчеркивал также важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

Детальное обоснование теоретические представления В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского получают в наши дни. Так, исследования нашей космонавтики:

1. Позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов.

2. Радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий.

3. Привели к своеобразной научной революции в астрофизике.

Так, например, в 60-х гг. были открыты квазары - космические объекты с грандиозным по энергетической мощи уровнем излучения (излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики), а также такие космические явления, как вспышки сверхновых. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике. Они могут оказывать влияние, так как рентгеновский поток, исходящий от сверхновых, может создавать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота - разрушителя озонового слоя, являющегося экраном, предохраняющим все живое Земли от воздействия жесткого излучения Солнца.

Рис.6. Связь земных и космических процессов - Полярное сияние

Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании, по меньшей мере, в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Они указывают на присутствие огромного количества микроорганизмов в космическом пространстве нашей Галактики. Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельство в пользу концепции, выдвигавшейся В.И. Вернадским о широком, космическим по масштабам, распространении во Вселенной живого вещества, его космическом значении.

Естественнонаучные гипотезы и факты показывают, что исследования взаимодействий, начатые трудами В.И. Вернадского и его последователей, представляют опережающие, перспективные направления в естествознании, постижении тайн природы.

Рис.7. Наша галактика – Млечный путь

По В.И. Вернадскому, наша планета и Космос представляются ныне как единая система, в которой жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле с процессами космического характера. Согласно оценкам В.И. Вернадского, на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. Грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление человека - носителя Разума, который ускорил все процессы, развивающиеся на планете. Он говорил, что воздействие человека на природу растет столь быстро, что он превратиться в основную в основную геологическую силу и должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Биосфера постепенно превращается в ноосферу.

Биосфера и космические циклы

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII в. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между урожаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX в. профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности. Но лишь в XX в. удалось понять, что солнечная активность связана с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства.

Установил этот факт Чижевский, который обобщил опыт предшественников и подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле, и, когда на нем образуется много пятен, наблюдаются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны (это характерно для периодов активного Солнца), на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно активно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней. К такому заключению Чижевский пришел, изучая графики солнечной активности и активности биосферы путем наложения их друг на друга.

Рис.8. Циклы солнечной активности

Сегодня основная масса ученых едины во мнении, что человек и человечество составляют часть живого вещества нашей планеты. Это означает, что люди также подвержены действию космических энергий и солнечной радиации. Например, человеческий организм, так же как организмы других животных, "подстраивается" к ритмам биогеосферы, прежде всего суточным (циркадным) и сезонным, связанным со сменой времен года.

Обмен веществ у человека протекает в наследуемом из поколения в поколение циркадном ритме. В настоящее время считается, что около 40 процессов в человеческом организме подчинено строгому циркадному ритму. Например, еще в 1931 г. была установлена цикличность в функционировании печени человека. У людей, ведущих нормальный образ жизни и питающихся три раза в день, в первую половину дня печень выделяет наибольшее количество желчи, которая необходима для переваривания жиров и белков, расходуя запасенный гликоген и превращая его в простые разновидности сахара. Она отдает воду, образуя много мочевины, и накапливает жиры. Во второй половине дня печень начинает усваивать сахара, накапливая гликоген и воду. Объем ее клеток увеличивается в 3 раза.

На протяжении суток циклично колеблется содержание гемоглобина в крови, максимум его приходится на 11 - 13 часов, а минимум - на 16 - 18 часов. Суточным колебаниям подвержено содержание в крови калия, магния, натрия, кальция, железа. Ночью повышается количество солей магния, а в мозговой жидкости - солей калия. Оба эти соединения гасят нервно-мышечную возбудимость. По суточному графику работает вегетативная нервная система. Статистика утверждает, что даже рождение и смерть чаще случаются в темную часть суток, около полуночи.

Вся живая природа чутко реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечного излучения - весной покрываются листвой деревья, осенью листва опадает, затухают обменные процессы, многие животные впадают в спячку и т. д. Человек здесь не исключение. На протяжении года у него меняется интенсивность обмена, состав клеток тканей, причем эти колебания различны в разных климатических поясах.

Так, в южных районах (Сочи) содержание гемоглобина и количество эритроцитов, а также максимальное и минимальное давление крови в холодный период возрастают на 20% по сравнению с теплым периодом времени. А в условиях Севера наибольший процент гемоглобина обнаружен у большинства обследованных жителей в летние месяцы, а наименьший - зимой и в начале весны.

Циклы солнечной активности оказывают свое влияние и на жизнедеятельность человека. Так, обработав материал по вспышкам возвратного тифа в Европейской России с1883 по1917 гг., а также данные по холере в России с 1823 по 1923 гг. и данные по активности Солнца, Чижевский пришел к выводу, что эти земные явления наступают синхронно с изменениями, происходящими в разных солнечных сферах. На основании построенных им графиков он еще в 1930 г. предсказал, что в 1960 - 1962 гг. произойдет эпидемическая вспышка холеры, что действительно случилось в странах Юго-Восточной Азии.

То, что состояние солнечной активности небезразлично для жизни на Земле, показывает и увеличение числа случаев заражения чесоткой в 1968 г. и неожиданно подскочившее число заболеваний клещевым энцефалитом и туляремией на вершине максимума векового цикла солнечной активности в 1957 г. (несмотря на проводившуюся, как и в прошлые годы, вакцинацию населения).

Таким образом, мы обнаруживаем явную взаимосвязь человека с растительным и животным миром, в котором все жизненные циклы - заболевания, массовые перекочевки, периоды бурного размножения млекопитающих, насекомых, вирусов - протекают синхронно с 11-летними циклами солнечной активности, как и чередование грозовой и спокойной летней погоды, большего и меньшего производства растительной массы.

Рис. 9. Связь числа психических заболеваний и солнечной активности

Гематологи пришли к выводу, что в годы максимума солнечной активности норма свертывания крови у здоровых людей увеличивается вдвое, а так как у сердечно-сосудистых больных способность несвертываемости крови угнетена, то при увеличении солнечных пятен учащаются инфаркты, инсульты. Поэтому сегодня никого не удивляет, когда в СМИ сообщают о неблагоприятных днях, в которые люди, больные хроническими заболеваниями, должны вести себя с осторожностью.

Приведенные факты позволяют нам говорить о влиянии космоса на физиологические процессы в отдельном человеческом организме. Но ведь одновременно человек является частью человечества, общественного организма, который также подвержен влиянию солнечной активности. Чижевский попытался установить взаимосвязь 11-летних солнечных циклов с насыщенностью историческими событиями разных периодов человеческой истории. В результате своего анализа он сделал вывод, что максимум общественной активности совпадает с максимумом солнечной активности.

Средние точки течения цикла дают максимум массовой деятельности человека, выражающийся в революциях, восстаниях, войнах, походах, переселениях, указывают на начала новых исторических эпох в истории человечества. В крайних точках течения цикла напряжение общечеловеческой деятельности военного или политического характера понижается до минимального предела, уступая место созидательной деятельности и сопровождаясь всеобщим упадком политического и военного энтузиазма, миром и спокойной творческой работой в области государственного строительства, науки и искусства. По подсчетам Чижевского, во время минимума солнечной активности социальная активность составляет не более 5%, во время максимума - достигает 60%.



Биосфера большой и очень сложный комплекс из множества элементов, взаимодействующих друг с другом миллионы лет. Научные теории, касающиеся возникновения и эволюции биосферы, носят преимущественно гипотетический характер. Выкладки, даже те, которые не противоречат современным физическим, химическим, биохимическим и другим законам, в основном невозможно подтвердить экспериментально.
Рассмотрим наиболее признанные гипотезы, касающиеся ключевых моментов эволюции биосферы.

Теория Большого взрыва как гипотеза зарождения Вселенной

В 1922 г. советский математик и геофизик Александр Александрович Фридман нашел решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Оказалось, что решение является нестационарным, то есть Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил разбегание галактик, что свидетельствовало о расширении Вселенной. Анализируя картину расширения Вселенной, ученые пришли к выводу, что примерно 20 млрд. лет назад Вселенная была сжатой в точку и имела сколько угодно большую плотность. В результате Большого взрыва она начала расширяться, иначе говоря, существовать в привычном нам виде.

Ученые смогли восстановить картину развития Вселенной с малых долей первой секунды после Большого взрыва, но никто не знает ни причин, вызвавших взрыв, ни то, что было до него. «Теория «Большого взрыва» в настоящее время столь надежно установлена и верна, сколько верно то, что вокруг Солнца», — констатировал академик, советский физик-теоретик Зельдович в 1982 г. на международном конгрессе. Спустя 15 млрд. лет после Большого взрыва, то есть примерно 5 млрд. лет назад, сформировалась как космическое тело.

Теория А.И. Опарина как гипотеза возникновения жизни (органических веществ, предбиологических структур) на планете Земля

Теория появления условий для возникновения жизни на Земле принадлежит советскому биохимику академику Александру Ивановичу Опарину, который сформулировал ее в 1922 году. Он предположил, что из молекул водяных паров, метана, аммиака и углекислого газа, составлявших планеты на ранних этапах ее жизни, в результате случайных комбинаций под действием высоких температур от искровых разрядов, пронизывающих тогда еще бурлящую и клокочущую планету, стало возможным образование более сложных соединений, в том числе и образование аминокислот — кирпичиков, из которых строится основа жизни — белок. Их накопление в течение многих миллионов лет привело к образованию «питательного бульона жизни» — раствора молекул различных аминокислот. В некоторой степени эта теория была подтверждена экспериментально.

В 1952 г. молодой американский химик Стенли Миллер сделал смесь, имитирующую предположительный начальный состав атмосферы и океана Земли. Через нее пропускали электрические разряды, имитирующие молнии. Через неделю был произведен химический анализ смеси, и там были обнаружены некоторые аминокислоты.

Позже этот эксперимент был повторен многими исследователями. В соответствии со вторым началом термодинамики большие молекулы не могут быть равномерно распределены в растворе. Под действием электростатических сил они начинают объединяться в отдельные образования типа комочков геля, обрастая все новыми и новыми молекулами и образуя крупные капли с индивидуальной структурой и составом. Каждая сформировавшаяся таким образом капля имеет сугубо индивидуальную структуру, состав которой случаен. Далее начинает работать своеобразный отбор: устойчивые комбинации молекул сохраняются, неустойчивые — распадаются, а из их осколков образуются другие варианты случайных конструкций. Достигнув определенных размеров, капля, не будучи прочной, рассыпалась на две-три части под действием внешних механических сил. Образовавшиеся вновь капли по структуре совпадали с первоначальной.

Они как бы унаследовали от исходной капли ее индивидуальные особенности. Они вновь начинали «расти», дробились и т.д. Однако это еще не было живым веществом, это была так называемая предбиологическая структура, поведение которой описывается законами гидродинамики.

Прошло еще много миллионов лет, прежде чем эти капли превратились в живые клетки. Устойчивая прабелковая молекула, случайным образом «научившаяся» воспроизводить саму себя, получила колоссальное преимущество и расселилась по «питательному бульону». По мнению ученых, уже через каких-нибудь 1,0-1,5 млрд. лет появились многоклеточные организмы. Жизнь из плесневой и слизистой формы стала активной жизнью привычных нам существ. Теория А.И. Опарина завоевал а широкое признание, но она не может четко ответить на вопрос: как именно произошел переход от сложных органических веществ к простым живым организмам.

Большой биологический взрыв как гипотеза перехода от неживой к живой форме организации материи

Великий Луи Пастер в XIX в. первым обратил внимание на то, что в неживой природе молекулы либо зеркально симметричны (вода Н-О-Н, углекислый газ О-С-О), либо одинаково часто встречаются их правые и левые стерео изомеры. В то же время, молекулы, из которых построены живые организмы, зеркально асимметричны, то есть киральны, чаще всего они подобны винтам, а во многих случаях ими и являются (например, двойная спираль молекулы ДНК).

Но, самое главное, эти молекулы встречаются в природе лишь в каком-то одном варианте — либо только левом, либо только правом (так, спираль молекулы ДНК всегда только правая). Пастер, а затем Вернадский сделали предположение, что именно киральная чистота служит индикатором границы между химией живой и неживой природы.

Можно сказать, что в отлично от неорганических объектов живые организмы построены из винтов, причем винты одного типа только левые, другого — только правые.

Человек как живой организм построен из молекул определенной киральности (для одних видов молекул левой, для других — правой). Потребляемая человеком органическая пища также построена из молекул определенной киральности. Ясно, что киральность молекул пищи согласуется с киральностью молекул человеческого организма (подобно тому, как правые гайки согласуются с правыми винтами, а левые — с левыми). А что будет, если киральность молекул пищи вдруг изменится Такая пища будет уже непригодной, и может оказаться биологически ядовитой. Современные технологии позволяют получать зеркально отраженные стереоизомеры, их действие на организм человека оказывается совершенно иным по сравнению с действием природных стереоизомеров. Так «отраженный» стереоизомер витамина. С не воспринимается организмом, добавки в пищу некоторых искусственно полученных «отраженных» стереоизомеров, например фенилаланина, приводят к резкому нарушению обмена веществ, сопровождающемуся умопомешательством.
Для решения вопроса возникновения жизни на Земле необходимо было решить — каким образом зеркально симметричный неживой мир сумел перейти к кирально чистому, асимметричному живому. Современная наука пришла к выводу, что этот переход произошел скачкообразно, революционно, и этот скачок получил название Большого биологического взрыва, в ходе которого в подходящих условиях произошел акт самоорганизации материи (по некоторым оценкам процесс глобального перехода к киральной чистоте значительной части молекул мог произойти всего за 1-10 млн. лет). Появление живого вещества ознаменовало собой переход от геохимической эволюции к биогеохимической. Для осуществления этого перехода разницы были необходимы уникальные условия раннего геологического периода.

После завершения скачкообразного, революционного распространения жизни на Земле начал действовать принцип Реди ( и естествоиспытатель XVII в.): живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.
Сейчас на Земле возникновение какой-либо новой жизни из неживого вещества невозможно — поскольку отсутствуют необходимые условия.

Учение о биосфере

После возникновения живого существа как такового из “прабиотического бульона” начался процесс эволюции жизни, который изменил атмосферу, океаны и поверхность суши. Этот процесс подробно описан В.И. Вернадским и составляет суть его учения о биосфере. Он первый создал единую картину мира и указал в ней роль живого вещества.

Вернадский обосновал, что возникновение биосферы на Земле — это объективный результат развития общего космического процесса, и что нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, состоящую из живого и неживого вещества, а также внешних условий существования жизни (таких как и температура). Вернадский подчеркивал, что для строения биосферы характерны физико-химическая и геометрическая В.И. Вернадский разнородности. Разнородность строения является главным фактором, резко отличающим биосферу от всех других оболочек земного шара. Живое вещество охватывает всю биосферу, ее создает и изменяет.

Живое вещество едва ли составляет одну — две сотых процента от массы Земли. Но в геоформирующих процессах оно является самой большой, действенной силой. В. И. Вернадский показал, что тонкая оболочка Земли — биосфера, состоящая из разнородных структур — живого и неживого вещества, поддерживает в состоянии динамического равновесия все протекающие в ней процессы благодаря непрерывному перетоку (круговороту) атомов из косной материи через живое вещество снова в неживую природу, в котором одни и те же атомы постоянно меняют свои соединения. Он описал роль живых организмов в создании современного газового состава атмосферы, в формировании горных пород, вод . Учение В. И. Вернадского — это философское и естественнонаучное обобщение законов развития нашей планеты с позиций единого космического процесса и исключительной роли, которую выполнило и выполняет на ней живое вещество. В. И. Вернадский создал его в 20-30-е годы XX века. Некоторые его смелые идеи получают экспериментальное подтверждение только сейчас.

С учетом учения Вернадского в настоящее время биосферу определяют как активную оболочку Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как фактор планетарного масштаба

Учение о ноосфере

Одним из уникальных этапов эволюции биосферы явилось возникновение разума как высшей познавательной способности живого организма.

Истоки и механизмы возникновения разума настолько же туманны, как и происхождение жизни в целом мозг человека и мозг животных (по крайней мере, высших млекопитающих) состоит на одних и тех же нейронов. При этом мозг человека обладает способностью познавать сам себя, видеть себя со стороны, эффективно передавать накопленные знания. Благодаря появлению разума возникает общество — совокупность индивидуумов, способных к совместному труду, к планомерной деятельности, к совместной духовной жизни, которая является большим, чем просто сумма проживающих в нем людей.

Появление интеллекта и закрепление господствующей роли Homo Sapiens (как единственного выжившего носителя разума) радикальным образом ускорило темпы практически всех процессов, протекающих во внешней – биосфере. При этом развитие человека как биологического вида примерно 30-40 тысяч лет назад остановилось.

Механизм генетического развития человека на основе внутривидового отбора перестал функционировать Эволюция, морфологическое совершенствование человека, в том числе и развитие мозга, закончились! Почему это произошло?

Подавлять мощный механизм естественного отбора могут только столь же мощные факторы. Одна из гипотез относительно этого (академика Никиты Николаевича Моисеева) основывается на том, что на определенном этапе эволюции наших предков помимо силы, выносливости и других чисто физических качеств, определяющих выживание прачеловека, стала осознаваться определяющая роль знания, опыта и мастерства.
Знания и опыт повлекли за собой формулирование целого ряда запретов-табу в поведении и действиях членов общества.

Мудрецы и умельцы, которые во все большей степени обеспечивали благосостояние рода или племени, далеко не всегда были самыми сильными и смелыми членами общества, кому обычно естественный внутривидовой отбор давал преимущества. Жизненной необходимостью рода-племени стала защита не только самок и потомства, но и тех, кто оказывался носителем знаний и мастерства.

На этой основе сформировался важнейший из всех запретов — «не убий!».

В силу его исключительной важности для любой человеческой общности он оказался в основе морали и существует в том или ином виде у всех народов, во всех религиях. Возникновение именно этого запрета, вероятно, и поставило предел морфологическому совершенствованию организма человека. Защита слабых — эта дополнительная и весьма обременительная нагрузка, которую по необходимости взяло на себя рождавшееся общество, — прекратила действие естественного отбора, а следовательно, и индивидуальное развитие человека.

Само зарождение жизни на Земле является реализацией одной из возможных форм самоорганизации материи.
То же самое можно сказать и о двух рассматриваемых явлениях эволюции живого вещества на Земле — возникновении разума и норм морали — это тоже формы самоорганизации материи. Это естественная, хотя и не обязательная фаза развития живого.

После прохождения точки бифуркации (пороговая точка любой системы, когда она выводится из равновесия, переживает кардинальные изменения) у любой сложной системы есть много вариантов нового стабильного состояния. Какой из них будет реализован, заранее предсказать невозможно в принципе, поскольку это зависит от тех неизбежно присутствующих случайных воздействий — флуктуации внешней среды, которые в момент перехода через пороговое состояние и будут определять выбор. Поэтому необходимо понимать, что и жизнь как таковая, и человек как биологический вид, обладающий разумом и развивающийся в рамках определенных норм морали, есть явление уникальное. В привычном нам «виде» он больше нигде и никогда не возникнет — что не отрицает существования и возникновения прочих форм самоорганизации материи, «другой» жизни, разума, морали.

У человека, как уникального явления, есть только один путь выживания — это действовать в согласии с планетарными объективными законами эволюции. Иначе он исчезнет, погубив сам себя.

Об этом уже в первые годы XX столетия начал говорить В.И. Вернадский. Он отмечал, что воздействие человека на окружающую природу растет столь быстро, что скоро он превратится в решающую геолого-образующую силу, и окажется ответственным за будущее развитие природы.

Развитие окружающей среды и общества сделаются неразрывными, образовав новую оболочку Земли, ноосферу — сферу разума. В результате этого развитие планеты сделается направленным — направляемым силой разума.

Термин «ноосфера» предложил французский исследователь Леруа в 1924г., впоследствии он был широко популяризован Пьером Тейяр де Шарденом — французским палеонтологом, занимающимся вопросами эволюции. В.И.Вернадский стал употреблять этот термин только в последние годы своей жизни.

Биосфера является специфической оболочкой земного пространства, населенной живыми организмами. Биосфера распространяется на гидросферу, нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы. Несмотря на то, что в количественном соотношении живое вещество составляет всего одну десятимиллионную долю массы земной коры, в качественном отношении живое вещество является наиболее высокоорганизованной материей нашей планеты. Составные компоненты живых организмов – это элементы, которые широко распространены в природе. Живые существа избирательно поглощают их для построения собственных тканей.

Согласно данным разных источников биосфера появилась 3,5-4,5 млрд. лет назад. Большая доля утверждений и заключений относительно эволюции биосферы на Земле носят гипотетический характер. Первые научные теории по поводу зарождения жизни на нашей планете были созданы Опариным и Холдейном. По их мнению на начальных этапах геологической истории произошел абиогенный синтез, когда в первичном земном океане, богатом разнообразными простыми химическими соединениями, под действием различных факторов среды синтезировались более сложные органические вещества и биополимеры. Так появились первоначальные белки, из которых строились микроскопические живые организмы. У данной теории есть основной недостаток: нет доказательств, подтверждающих возможность абиогенного синтеза на Земле. Эта гипотеза противоречит многим законам физики и математики, а также геологическим данным. Поэтому большинство ученых придерживаются мнения, что живое может происходить только от живого. Однако не исключается версия, что абиогенный синтез произошел именно в условиях зарождающейся планеты при определенных воздействиях факторов окружающей среды, что сложно воспроизвести в лабораторных условиях.

По мнению Вернадского, жизнь – это вечная основа космоса, как энергия и материя. С учетом представлений о биосфере как о земном и космическом механизмах одновременно, Вернадский прослеживал связь эволюции биосферы с эволюцией космоса. Поэтому академик считал, что жизнь вечна, потому что космос вечный.

Отмечается тесная связь биосферы с гидросферой. На это указывает то, что большей частью любого живого организма является вода. К примеру, человек состоит из воды на 70%, а медуза – на 98%. Можно считать, что жизнь на нашей планете появилась с того момента, как на ней образовалась гидросфера, что произошло по геологическим данным практически с начала существования Земли. Многие свойства живых существ обусловлены именно наличием в их составе воды, которая сама по себе является феноменальным веществом, способным переходить из одного состояния в другое. Возможно, понятие о биосфере, предложенное некоторыми учеными, как о сверхорганизме, связано с основными свойствами воды.

Многие ученые и писателей-фантастов предполагают, что в космическом пространстве существуют не только белково-нуклеиново-водные формы жизни, но и другие варианты: плазмоиды, лавобы, радиобы, термофаги, водоробы.

В настоящее время большинством ученых признана теория, что жизнь на нашей планете возникла на самом раннем этапе ее существования от общегалактической земной системы.

Похожие материалы:

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» : 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 .

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 , 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 :

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 : 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

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 }