Эволюция биосферы

Характерной чертой биосферы является ее высокий уровень биологического разнообразия и внутренней структурированности. Именно эти два основных параметра обусловливают ее чрезвычайную стабильность и во времени, и в пространстве, а их изменение вызывает сложные, порой, непредсказуемые последствия для всего живого. Со времен Владимира Вернадского, ученые выстраивали стройные модели эволюции биосферы. Сейчас считается, что биосфера развивалась в направлении усложнения упомянутых выше параметров, вплоть до сегодняшнего дня, и сейчас она имеет самую сложную структуру и высокое разнообразие за всю ее историю, но так ли это? … Возможно в рассуждения биологов закралась ошибка …

Учение о биосфере в 1926 году основал выдающийся ученый, профессор Владимир Вернадский, хотя сам термин употреблялся уже в 1875 г. австрийским геологом Эдвардом Зюссом. Термин биосфера трактуется как «живая оболочка Земли», или более академично — это вся совокупность экосистем Земли (другие нам, пока, неизвестны), которые объединены глобальными геохимическими циклами потоков энергии и материи, включающие части литосферы, атмосферы и гидросферы, населенные живыми организмами.

Для того, чтобы наглядно представить биосферу, нам придется вспомнить что мы изучали на уроках биологии. Наверное, все помнят амебу — одноклеточный бесформенный организм с псевдособытиями, которые постоянно меняют свой облик. Так вот, биосфера похожа на амебу. В клетке амебы различают экто- и эндоплазму. Эктоплазма — это внешний, периферийный слой цитоплазмы, который контактирует со средой, очень подвижный и пластичный, а главное, лишенный важных органоидов.

В биосфере «эктоплазма» — это ее пределы на больших высотах и ​​глубинах, а также в высоких широтах, где биосфера чувствует максимальное сопротивление и отрицательное влияние среды. Здесь экосистемы являются очень простыми и бедными на биологические виды. Например, альпийские луга с их одноярусной структурой, небольшим набором видов растений и животных; или антарктические ледники, где вообще отсутствуют растения и встречается всего несколько видов животных, и те связаны с морскими экосистемами.

Эктоплазма — внутренний слой клетки амебы, где содержатся все органоиды, генетический материал и все разнообразие внутриклеточных включений. Роль эктоплазмы в биосфере играют умеренные, топические и экваториальные морские и сухопутные экосистемы, которые порой имеют чрезвычайно сложную структуру и фантастическое видовое богатство. Ярким примером может быть влажный экваториальный лес, или коралловый риф. Возникновение биосферы является вопросом чрезвычайной важности, но одновременно — это один из самых дискуссионных вопросов современной биологии. На то есть разные причины, а главное, существует очень много взглядов на то, когда именно возникла биосфера.

В основном, первоначальной биосферой считают бактериальную биосферу, состоящую исключительно из древних бактерий, еще до возникновения процесса фотосинтеза. Однако, возникает вопрос, а что было до этой биосферы? Бактерии не взялись на пустом месте, а эволюционировали от примитивных предков — протобионтов. Происхождение последних является еще одной биологической загадкой, над которой бьются лучшие умы планеты.

Первым прорывом в этом вопросе стала теория Александра Опарина, высказанная им в 1923 году, а в 1953 году Стэнли Миллером экспериментально было доказано, что органические вещества могут формироваться под действием электрических разрядов и ультрафиолетовых лучей. Также установлено, что большое количество органики синтезируется при извержении вулканов, кроме того органические соединения содержатся в почве Луны, астероидов, комет и т.п. В водной среде они способны к самоорганизации в так называемые коацерваты — высококонцентрированные сгустки органических веществ. Но это еще не организмы, между ними и первыми протобионтами лежит огромный путь эволюции.

Основная черта жизни — это обмен веществ и способность к самовоспроизведению. Если обмен, хотя и пассивный, присущ и коацерватам, то самовоспроизведение им несвойственно. Вообще следует считать, что биосфера возникла с момента первой удачной передачи наследственной информации от материнского субстрата к дочернего, то есть она возникает вместе с жизнью. Эволюция, и до того (биохимическая) шла быстрыми темпами, а теперь приобрела действительно грандиозный размах — возникли первые бактерии, сине-зеленые водоросли, эукариоты и т.д.

Палеонтологические находки свидетельствуют о постепенном морфо-физиологическое усложнения организмов и замещении ими их примитивных предков. Эти процессы происходят параллельно с возникновением экосистем, в которые объединяются организмы. Поэтому первоначальная эволюция биосферы вместе с наращиванием биологического разнообразия, сначала в морях, а затем и на суше, шла в направлении развития структуры экосистем, то есть формирование пищевых цепей и трофических сетей. Таким образом, уже после выхода жизни на сушу и возникновения сухопутных экосистем, эволюция биосферы, как глобальной, всепланетарной экосистемы прекращается! В дальнейшем, биосфера только поддерживает постоянство внутреннего разнообразия и структурированность, а случилось это событие еще в далеком каменноугольном периоде палеозойской эры … Именно эти два нюанса часто опускаются учеными. Согласно современным представлениям об эволюции биосферы, она и дальше продолжает эволюционировать, но мы не видим возникновения новых экологических механизмов, циклов или новых экосистем, то есть структурно биосфера уже давно сформирована и не развивается.

Для наглядности приведенных выше утверждений обратимся к простенькому эксперимента — в колбу с культурой бактерии Сенной палочки поместим несколько экземпляров Инфузории туфельки. Сначала размножения инфузории будет медленным — количество новых организмов будет едва превышать количество отмерших, но со временем, когда количество особей достигнет некой критической массы возникнет лавинообразный рост популяции — смертность начнет во много раз отставать от рождаемости. Впоследствии, мы обнаружим, что рост популяции прекратился, а рождаемость и смертность находятся на одном уровне. Когда запасы бактерий иссякнут, смертность резко превысит рождаемость и популяция почти полностью вымрет.

Теоретические расчеты показали, что такая модельная популяция должна расти по линейному закону — прирост в любой промежуток времени является одинаковый, но в эксперименте видим, что скорость роста различна и происходит по экспоненциальному закону — S-образная кривая. В чем дело? Оказывается, что линейный рост популяции ограничивается сопротивлением среды и ограниченностью пищевых ресурсов. А теперь представим, что эта колба — это наша Земля, а инфузория — все многообразие биологических видов, которое населяет ее. Понятно, что ресурсы Земли является ограниченными, соответственно рост биологического разнообразия в биосфере будет продолжаться до момента, пока будет свободный ресурс, а в дальнейшем перейдет в равновесное состояние, когда количество новых видов будет равно вымершим. Такой равновесное или гомеостатическое состояние будет длиться сколь угодно долго, особенно если учесть, что параллельно с ростом биоразнообразия сформировались экосистемы с их способностью производить органическое вещество и передавать ее по пищевым цепочкам, обеспечивая себя «пищей».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.