Эволюция биосферы

В условиях постоянного синтеза органических веществ и их обилия в Мировом океане первые живые организмы были гетеротрофными. Однако по мере их размножения потребление простых органических веществ быстро стало превышать их синтез, что привело к дефициту пищевых ресурсов и усилению конкуренции. Это стимулировало эволюцию первых организмов в двух направлениях:

1) возникновение организмов, способных к поглощению и расщеплению других живых клеток;

2) возникновение одноклеточных организмов, в которых присутствовали структуры, подобные хлоропластам (около 2,5 млрд. лет назад). Благодаря им, данные организмы могли использовать энергию видимых солнечных лучей для синтеза органических веществ из углекислого газа и воды внутри самих клеток. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород:

По мере размножения фотосинтезирующих организмов, увеличилась выработка кислорода, и около 2,0 млрд. лет назад содержание кислорода достигло 1%. Этот показатель получил название 1-ой точки Пастера. С этого момента стал возможен кислородный путь энергетического обмена (дыхание). Кислородный этап энергетически гораздо эффективнее, чем бескислородный, следовательно, он мог обеспечить динамическое равновесие более сложных и устойчивых структур, что привело к возникновению одноклеточных организмов, с жестким кальциевым скелетом и (около 1 млрд. лет назад) первых многоклеточных.

Около миллиарда лет назад концентрация кислорода в атмосфере достигала около 10% - 2-ая точка Пастера. При этой концентрации в результате взаимодействия кислорода с ультрафиолетовыми лучами образовался озоновый слой, предохраняющий поверхность Земли от воздействия жестких коротковолновых ультрафиолетовых лучей. С этого момента стал возможен выход организмов на сушу. Благодаря их широкому распространению и размножению усилилась интенсивность формирования верхнего слоя земной коры в виде различных осадочных пород, в особенности известняка. Тектонические и вулканические процессы приводили к тому, что эти осадочные породы оказывались над водой. Различная интенсивность жизни, видовое разнообразие привели к развитию различного химического состава осадочных пород на разных участках суши.

Выход фотосинтезирующих организмов на сушу, с одной стороны, создавал им ряд преимуществ:

- более высокая интенсивность видимого солнечного излучения и, следовательно, более высокий КПД фотосинтеза;

- высокие концентрации доступных и необходимых минеральных солей.

С другой стороны, возник и ряд трудностей, связанных с необходимостью приспособиться:

- к дефициту влаги, причем различному на разных участках суши;

- к более резким температурным колебаниям;

- к различию температурного и светового режима в зависимости от рельефа местности и розы ветров;

- к различию в химическом составе поверхностных участков суши.

Уже эти различия в условиях обитания привели к отбору организмов, обладающих разными свойствами. Постоянное потребление жизненно необходимых ресурсов из неживой природы автотрофными организмами должно было привести сначала к дефициту этих ресурсов, а потом к их исчезновению при все большем накоплении живого и мертвого органического вещества. Однако быстро размножающиеся организмы - автотрофы становились естественной питательной средой для гетеротрофных организмов (консументов и редуцентов), которые превращали эти вещества в минеральные соединения. В результате преимущество в борьбе за существование получали такие сообщества автотрофных и гетеротрофных организмов, в которых обеспечивался максимальный возврат минеральных веществ в неживую природу как главное условие воспроизводства автотрофных организмов и всего сообщества.

Формирование множества локальных экосистем и глобальной экосистемы планеты – Биосферы, представляло собой всеобъемлющую сукцессию, в ходе которой создавалось разнообразие видов, необходимое для максимально замкнутого круговорота веществ. В результате за относительно короткий (700 млн. лет) срок разнообразие видов достигло современного уровня (около 2 млн. видов). С тех пор отдельные экосистемы Земли и биосфера в целом не раз переходили от состояния равновесия к сукцессии, при этом нередко происходило вымирание как отдельных видов, так и более крупных таксономических групп растений и животных. На их место в экологических нишах приходили новые виды, и каждый раз переход Биосферы к равновесию сопровождался восстановлением разнообразия видов на среднем уровне в 2 млн. видов.

Рациональное поведение звеньев трофической цепи в экосистемах и в биосфере в целом определяется не эффективностью добывания пищи, а умеренностью. Поэтому в экосистемах остаются лишь виды, хорошо выполняющие свои биологические функции — живущие и дающие жить другим. Особенности человека как биологического вида в трофических цепях состоят в следующем:

• человек всеяден и может жить то за счет одних, то за счет других звеньев трофической цепи; это снимает с него узду умеренности;

• он может приближать к себе ресурсы с помощью одомаш­нивания растений и животных или привозить их, выходя из-под контроля среды в месте проживания;

• он может уходить из нарушенной им цепи в другую. Это дает человеку чувство свободы, однако, это свобода от не­медленного ответного воздействия и от ответственности перед потомками.