46. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ

• Когда на нашей планете возникла жизнь?
• Как происходило развитие биосферы?

На ранних этапах существования нашей планеты все изменения облика Земли были связаны только с геологическими процессами. Извержения вулканов, землетрясения, движения земной коры, процессы горообразования — всё это преобразовывало безжизненную геосферу нашей древней планеты.

Появление живой материи привело к возникновению качественно нового образования — биосферы, в которой объекты живой и неживой природы сосуществуют. В настоящее время в живой природе обнаружено около 90 химических элементов, т. е. большая часть всех известных на сегодняшний день. Никаких специальных элементов, характерных только для живых организмов, не существует, поэтому за всю историю биосферы атомы большинства элементов, входящих в её состав, неоднократно прошли через тела живых организмов. Между органическим и неорганическим веществом на планете существует неразрывная связь, поскольку происходит постоянный круговорот вещества и энергии.

Биосфера не только область распространения жизни, но и результат её деятельности. Начиная с момента зарождения жизнь, постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, изменяя её. Для того чтобы жизнь на нашей планете продолжалась, биосфера должна находиться в постоянном динамическом равновесии и развитии.

Как же происходило развитие биосферы? Первыми живыми организмами на нашей планете были анаэробы, способные усваивать готовые органические вещества первичного океана. Углекислый газ как побочный продукт их обмена веществ выделялся в атмосферу. Живые организмы довольно быстро истощили запасы органики. Преимущество получили и широко размножились микроорганизмы, способные синтезировать органические соединения из углекислого газа и присутствующего в атмосфере водорода. К примеру, в результате деятельности метаногенных архей образовывался метан, и высвобождалась энергия, использовавшаяся для процессов жизнедеятельности микроорганизмов:

С0₂ + 4Н₂ -> СН₄ + 2Н₂0 + Q

Метан поступал в атмосферу и под действием ультрафиолетового излучения превращался в водорастворимые органические соединения, которые вновь возвращались в воду. Такое состояние сохранялось до тех пор, пока запасы газообразного водорода в атмосфере Земли не истощились. В результате археи лишились возможности перерабатывать углекислый газ в метан и, следовательно, остались без источника энергии для синтеза собственных питательных веществ.

Археи — одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра и мембранных органоидов. Ранее археи объединяли с бактериями в общую группу — прокариоты и называли архебактериями, однако сейчас такая классификация считается устаревшей. Установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

Необходимо было найти новый источник получения энергии. Усложнение строения первичных бактерий привело к появлению фотосинтеза. Однако у первых фотосинтезирующих микроорганизмов фотосинтез протекал без выделения кислорода. На следующем этапе эволюции возникли организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в качестве побочного продукта в атмосферу стал выделяться кислород. Это явилось важнейшим событием архейской эры. В атмосфере постепенно накапливался кислород, что вело к изменению состава атмосферы Земли. Около 2,2 млрд. лет назад количество кислорода достигло так называемой «точки Пастера» — 1% от его содержания в современной атмосфере. Учёные считают, что такой концентрации было достаточно для широкого распространения аэробных одноклеточных организмов. Процесс дыхания обеспечил организмы энергией, что дало толчок к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли углекислый газ, который, в свою очередь, использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между фотосинтезирующими организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода (рис. 160) и кислорода.

Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Первые живые организмы развивались в воде, которая защищала их от губительного воздействия жёсткого ультрафиолетового излучения, достигавшего поверхности планеты. Под воздействием ультрафиолетовых лучей кислород, выделявшийся в процессе фотосинтеза, в верхних слоях атмосферы превращался в озон (0₃). По мере накопления озона сформировался озоновый слой, который, как экран, надёжно защитил поверхность Земли от избыточной солнечной радиации. Это позволило живым организмам выйти на сушу и заселить её.

Благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере непрерывно синтезируются и распадаются органические вещества. По мере развития биосферы соотношение процессов синтеза и распада менялось. В начальный период эволюции биосферы процессы синтеза преобладали над процессами распада. Это привело к тому, что из древней атмосферы в большом количестве были изъяты метан, сероводород, углекислый газ, а количество свободного кислорода, отсутствовавшего в ней прежде, постепенно увеличилось и достигло современного уровня — 21%. В дальнейшем между этими процессами в биосфере установилось относительное равновесие.

Более 2,5 млн. лет назад появились первые люди — далёкие предки современного человека. Вначале люди были охотниками и собирателями, и на этом этапе человек ещё вписывался в естественный круговорот веществ в природе. Однако, перейдя к земледелию, а несколько позднее и к скотоводству, добывая и используя полезные ископаемые, человек начал создавать искусственный круговорот веществ, вовлекая в него новые вещества — углеводороды, железо и другие полезные ископаемые. С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной движущей силой. С появлением промышленности процессы разрушения в атмосфере стали преобладать над процессами синтеза, причём с развитием цивилизации эти тенденции становились всё более выраженными. Влияние человечества на биосферу возрастает с каждым годом.

Человек использует природу, не задумываясь о неизбежных последствиях своей деятельности. Чтобы предотвратить беду, необходимо в первую очередь перестроить не технологии, а собственное сознание и отношение к миру, в котором мы живём.

Запомнить: биосфера как результат деятельности жизни; метаногенные археи; фотосинтез; озоновый слой; соотношение процессов синтеза и распада.

Выводы

Биосфера не только область распространения жизни, но и результат её деятельности. Начиная с момента зарождения жизнь, постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду и изменяя её.

Думай, делай выводы, действуй

Проверь свои знания

1. Какими были первые живые организмы на нашей планете?
2. Где развивались первые организмы?
3. Каким был результат деятельности метаногенных архей?
4. Какое значение для жизни на Земле имело появление фотосинтеза?
5. Когда и почему стало возможным появление аэробных одноклеточных организмов?

Выполни задание

Подготовьте сообщение на тему «Метаногенные археи — «поставщики» органических соединений в древней биосфере».

Обсуди с товарищами

Объясните, почему биосфера не только область распространения жизни, но и результат её деятельности.