Становлення біосфери

Еволюція біосфери тісно пов’язана з еволюцією Землі й умовно поділяється на кілька фаз: перша - формування ранньої земної кори, атмосфери і гідросфери, виникнення геологічного кругообігу речовини {циркуляція атмосферних мас, води і розчинених у них мінералів, переміщення продуктів гірських порід на поверхню планети і знов у в її надра (~4,6 млрд. років тому); хімічна еволюція - розвиток процесів синтезу і накопичення простих органічних сполук, необхідних для існування життя: амінокислот, азотистих основ, простих вуглеводів (4,6-3,8 млрд. років тому); розвиток давньої біосфери, виникнення біологічного кругообігу речовин, формування кисневої атмосфери (3,8-1,2 млрд. років тому); заселення суші, розвиток сучасного розмаїття світу (1,2 млрд. років тому - теперішній час). У часи зародження життя на Землі в її атмосфері містилися N₂, H₂, CO, водяна пара, а також Cl, H₂S та інші отруйні для живих організмів речовини. Був відсутній вільний кисень; крім проблем з диханням та горінням це спричиняло незахищеність поверхні планети від згубного сонячного випромінювання, бо не існувало озонового шару. Склад атмосфери визначався вулканічною активністю, а тому про наземне життя годі було й думати. Першими живими організмами були прокаріотні* анаеробні (існували в безкисневому середовищі) бактерії. Згодом з’явилися автотрофні мікроорганізми, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних сполук за допомогою сонячної енергії (фотосинтезу) або окисних реакцій (хемосинтезу). За рахунок їх життєдіяльності атмосфера почала насичуватися киснем. Процес відбувався повільно, і ще навіть 2,5 млрд. років тому кисню в атмосфері було дуже мало (~ 1% його сучасного вмісту). Тому життя продовжувало обмежуватися водоймами. Біля 2 млрд. років тому через перше значне похолодання та зледеніння земна кора твердне і з’являються перші аеробні фотосинтезуючі бактерії. Лише ~ 500 млн. років тому, коли насиченість киснем атмосфери становила 3-4% сучасного рівня, виникли сприятливі умови для наземного існування - спочатку деяких еукаріот*, а згодом і багатоклітинних хребетних форм. Саме фотосинтезуючі бактерії дали початок розвитку процесів у ланцюгу живлення, який через неживу речовину - мінеральні сполуки замкнувся в коло. З потоку речовин у цьому колі утворився біологічний кругообіг речовин.

Геологічний і біологічний кругообіги речовин разом склали біогеохімічний кругообіг, з’єднавши в ньому величезну потужність геологічного і надзвичайні швидкість та активність біологічного. Цей кругообіг формувався впродовж 1,5-2 млрд. років, потім стабілізувався і суттєво не змінювався останні 2 млрд. років. Фотосинтезуючі продуценти практично сформували на Землі кисневу атмосферу.

ПРИМІТКИ: Прокаріоти (лат. pro - вперед замість; грец., karyon - ядро) - організми, які не мають клітинного ядра і типових хромосомних апаратів.

Еукаріоти (грец. eu - повністю; karion - ядро) - організми (усі, крім бактерій та синьо зелених водоростей), які мають оформлене клітинне ядро, відокремлене від цитоплазми ядерною оболонкою. Генетичний матеріал розміщено в хромосомах.

Біосфера є відкритою термодинамічною системою, яка отримує енергію від Сонця і з надр Землі (теплова енергія радіоактивного розпаду речовин у земній корі і ядрі планети). Отримана ззовні енергія в біосфері трансформується і розсіюється, підпорядковуючись фундаментальним законам термодинаміки. Перший закон термодинаміки - це закон збереження енергії (енергія не може ніз’явитися, ні зникнути, вона лише трансформується з однієї форми до іншої). Другий закон термодинаміки вивчає напрям якісних змін енергії в процесі її трансформації з однієї форми в іншу (закон описує співвідношення корисної та марної роботи під час трансформації форм енергії). За другим законом термодинаміки, будь-яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості - теплоту й призводить до зростання ентропії (кількості енергії найнижчої якості, непридатної до корисної роботи, тобто - розсіювання енергії); ентропія екосистеми - міра невпорядкованості екосистеми, міра кількості енергії, недосяжної для використання; максимальна ентропія характерна для деградованих екосистем, або таких, що перебувають на стадії вимирання.

Вважають, що еволюція біосфери відбувалась у напрямі зменшення ентропії.