Михаил Камшилов - Эволюция биосферы

• Название: Эволюция биосферы
• Автор: Михаил Камшилов
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1979

Книга доктора биологических наук М. М. Камшилова посвящена проблеме эволюции биосферы. В ней рассматриваются такие вопросы, как происхождение биосферы, ее организация, факторы и закономерности эволюции. Особое внимание уделено влиянию человека на атмосферу. Приведены обширные фактические данные по палеонтологии, биоценологии, генетике и молекулярной биологии.

---

II. Биотическая эволюция:

8. Усложнение и усовершенствование компонентов биотического круговорота — формирование биосферы; появление размножающихся живых существ (сперва прокариот, затем эукариот); биогенная миграция атомов как выражение жизнедеятельности.

9. Возникновение многоклеточных организмов и дальнейшее усложнение биотического круговорота биосферы; прогрессирующее преобразование абиогенного компонента биосферы.

10. Дифференциация живого, выражающаяся, с одной стороны, в увеличении многообразия форм, с другой — в усложнении строения, в том, что получило название морфофизиологического прогресса. Преобразование абиогенного компонента биосферы вследствие жизнедеятельности организмов оказывает все более сильное обратное воздействие на биоту.

III. Социальная эволюция:

11. Возникновение и развитие человеческого общества. Трудовая деятельность людей становится фактором эволюции биосферы. Биосфера превращается в единство абиотического, биотического и социального, перехода в новое состояние — в ноосферу.

Среда биосферы

С возникновением биосферы она противопоставилась остальной природе как своей среде. Среда биосферы — это, в первую очередь, космическое окружение, в особенности солнечное излучение, затем верхняя стратосфера и подстилающая биосферу верхняя часть литосферы.

Факторы биосферной среды можно подразделить на две группы: космические и геологические (включая геохимические). К космическим факторам принадлежит в первую очередь солнечное излучение — основной энергетический источник активности биосферы. Данные астрономии свидетельствуют, что интенсивность солнечного излучения в течение времени формирования биосферы практически оставалась постоянной, претерпевая лишь сравнительно незначительные флуктуации, связанные с циклами солнечной активности, выражающейся, в частности, в периодичности появления солнечных пятен. В последнее время, особенно после работы А. Л. Чижевского «Солнце и мы» (1963), накапливается все больше данных, демонстрирующих влияние подобных флуктуаций как на абиотический, так и на биотический компоненты биосферы. Значение для развития биосферы сезонов года и суточной периодики дня и ночи, обусловленных движением Земли вокруг Солнца и обращением ее вокруг оси, совершенно очевидно. Стоит привлечь внимание к другому космическому явлению, менее очевидному.

Наше Солнце примерно в 176 млн. лет совершает полный оборот вокруг центра Галактики. В течение этого галактического года солнечная система встречается с различными областями Галактики, различающимися интенсивностью космического излучения, магнитными свойствами, запыленностью пространства межзвездным веществом. Мы пока не знаем, какое воздействие оказывают галактические сезоны на биосферу Земли. Некоторые исследователи (Ю. М. Малиновский, 1973) считают возможным связывать с галактическими временами года периодику геологических событий (горообразование, вулканизм, трансгрессии моря и т. п.). Будущие исследования покажут, насколько подобные гипотезы справедливы. А. С. Пресман (1976) особое значение придает электромагнитным полям (ЭМП). По его мнению, информация о многокомпонентной иерархической организации Вселенной непрерывно распространяется в космических просторах посредством ЭМП, стимулируя при наличии соответствующих условий развитие жизни. И это пока лишь гипотеза.

Существенное влияние на биосферу Земли оказывает Луна. Наиболее заметное проявление воздействия нашего естественного спутника обнаруживается в приливах, отливах и в дополнительном освещении поверхности Земли. У ряда организмов выработались специальные приспособления к этим явлениям. Приливное трение вызывает замедление вращения Земли, т. е. удлинение суток. Подсчеты исследователей показывают, что в течение миллиардов лет замедление вращения нашей планеты было весьма значительным.

К геологическим факторам биосферной среды относятся движения земной коры, дрейф материков и периоды наступления ледников. Принято различать два типа движений земной коры: медленные вертикальные колебания, с которыми связаны трансгрессии и регрессии моря, и резкие, геологически непродолжительные, выражающиеся в горообразовании. Первые получили название эпейрогенических, вторые — орогенических.

Процессы горообразования сопровождались вулканизмом, вызывающим увеличение содержания в атмосфере двуокиси углерода. Это способствовало повышению температуры поверхности и благоприятно сказывалось на продуктивности растений.

Первое зарегистрированное наступление ледников произошло еще в докембрии, затем оно повторилось в пермский период, захватив юг планеты. В нижнем мелу начали обособляться климатические пояса, возникла широтная зональность климата. В третичное время снова появились ледники (Гюнц); в четвертичном периоде было три ледниковых эпохи: миндель, рисс, вюрм.

При образовании мощного ледяного покрова происходило существенное снижение уровня океана. В межледниковые эпохи уровень повышался.

Важным фактором эволюции биосферы, в особенности фактором, способствующим увеличению многообразия живого компонента, было расщепление двух суперконтинентов Лауразии и Гондваны на отдельные материки. Расщепление Лауразии на Северную Америку, Гренландию и Евразию, а Гондваны на Южную Америку, Африку, Индию, Австралию и Антарктиду началось в триасе, однако эффективный разрыв обнаружился лишь в меловом периоде. Такого рода преобразование суши, конечно, сказывалось на характере вращения планеты вокруг оси, на атмосферной циркуляции, особенностях морских течений. Все это, в свою очередь, отражалось на климате.

Органический мир реагировал на подобные преобразования поверхности планеты распространением покрытосеменных растений, изменением фауны рептилий, усилением видообразования среди млекопитающих.

Таким образом, среда биосферы не оставалась постоянной. В начальные моменты ее эволюции эти изменения, по-видимому, обусловили саму возможность развития материи в направлении жизни. В периоды критических ситуаций подобные изменения, как уже говорилось во второй главе, приводили к переоценке приспособленности различных групп организмов, что сопровождалось вымиранием одних и усиленным развитием других. Иначе говоря, перемены в организации абиогенной среды неизбежно отражались на организованности биосферы, способствуя повышению ее устойчивости. В конце концов это привело к тому, что главным фактором эволюции биосферы стала сама жизнь.

Ведущая роль жизнедеятельности организмов особенно наглядно обнаруживается с момента возникновения фотосинтеза. Восстановительная атмосфера преобразуется в окислительную, появляется озоновый экран. Из придатка газов атмосферы жизнь становится регулятором ее газового состава, в частности, регулятором баланса кислорода и углекислоты. Это все в большей степени начинает сказываться на температурном режиме поверхности Земли: снижение содержания углекислоты ведет к выхолаживанию, повышение — к подъему температуры.

Завоевание суши сопровождается существенным преобразованием верхнего слоя атмосферы — образованием почвы, играющей важную роль в развитии растительного покрова. Широкое расселение организмов по поверхности суши и в океане обеспечило возможность сохранения жизни вопреки влиянию космоса и геологическим преобразованиям наружной оболочки планеты.

В настоящее время главным фактором, определяющим дальнейшее направление эволюции биосферы, становится человеческая деятельность.

Говоря коротко, в ходе развития биосферы происходит смена трех категорий ведущих факторов: взаимодействие абиогенных веществ и процессов, взаимодействие организмов (дарвиновская борьба за существование), социальные взаимодействия людей в процессе производства.

Поскольку современная биосфера сформировалась в основном под воздействием биотических факторов (дарвиновская борьба за существование), особое значение для понимания ее эволюции приобретают исследования факторов эволюции органического мира.

Ламарк и Дарвин

На вопрос о том, какие факторы обусловливают развитие жизни, смену ее форм, ведущую к прогрессу, различные исследователи отвечали по-разному. Одни, вслед за автором первой теории эволюции знаменитым французским ученым Ж. Ламарком, в качестве главных эволюционных факторов называют врожденную тенденцию к самосовершенствованию — фактор явно нематериальной природы — и приспособление к среде путем наследования приобретенных при жизни признаков.

Факты неравномерности в развитии разных видов, частые случаи вымирания не только отдельных видов, но и более крупных таксонов (родов, семейств, отрядов, классов) противоречат подобным представлениям. В самом деле, если свойством живого является прогрессивное совершенствование организации, почему это свойство не проявляется у всей живых существ? Вторая составная часть теории Ламарка — учение о наследовании приобретенных при жизни признаков — довольно скоро была отвергнута критически мыслящими учеными, так как противоречила знаниям о механизме наследования.