Эволюция биосферы

Содержание

1. Понятие о биосфере

2. Эволюция биосферы. Учение о биосфере Вернадского

3. Биосфера и космические циклы

Список литературы

1. Понятие о биосфере

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.

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. 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.

2. Эволюция биосферы. Учение о биосфере Вернадского

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.

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. Сначала выделим 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.

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.

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.

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.

3. 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.

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 с1883по1917 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...

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%.

Список литературы

1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. -- М.: Наука, 1989.

2. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. - М.: Наука, 1988.

3. Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. -- Новосибирск: Наука, 2005.

4. Концепции современного естествознания: Учебник / Под ред. В.Н. Лавриненко. - М.: ЮНИТИ, 2004.

5. Кузнецов В.Н., Идлис Г.М., Гущина В.Н. Естествознание. -- М.: Агар, 2006.

6. Мамонтов Г.С., Захаров В.Б. Общая биология: Учебник. -- М.: Высшая школа, 2003.

7. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. -- М.: Гардарики, 2005.