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.

---

Ретроспективно можно выделить отдельные линии развития, скажем, линию от амебы до слона. При таком подходе начинает казаться, что в исходной амебе уже содержались все признаки слона, а вся эволюция представляется как все большее выражение слоновости. То же самое, однако, можно сказать про филогенезы кита, мыши, ныне живущей амебы, которая также произошла от исходного амебообразного простейшего. Иначе говоря, направленность развития нельзя сводить к направлению развития отдельных филогенезов. Она обнаруживается в веере форм различного уровня сложности. Повышение неравномерности развития живого — таково основное направление эволюции биосферы.

Эволюция материи характеризуется возникновением все новых сгустков организации. То же имеет место и в биосфере. Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды жизни отдельных видов создают предпосылки для морфофизиологического прогресса. Важный элемент последнего — совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы. В. И. Вернадский придавал этому показателю большое значение, назвав его по имени автора, обратившего на него особое внимание, принципом цефализации[116] Д. Дана (1851). На повышение роли нервной системы по мере перехода от относительно простых организмов к более сложным несколько раньше указывали Ж. Кювье (1812), К. М. Бэр (1819). В нашем столетии в этом же направлении высказывались А. Бергсон (1914), Е. И. Лукин (1964) и П. Тейяр де Шарден (1965). Последний автор рассматривал цефализацию как доказательство божественной сущности жизни.

Последовательно материалистически к проблеме цефализации подошел М. С. Гиляров (1976). Так как возможности приспособления организмов к условиям жизни не безграничны, даже крупные таксоны, давно разошедшиеся в ходе эволюции, приспосабливаются к среде в принципе сходным образом. Необходимость концентрации нервной системы на переднем конце тела обусловлена активным образом жизни. Поэтому у форм, хотя и принадлежащих к различным таксонам, но ведущих сходный активный образ жизни (насекомые, головоногие моллюски, позвоночные животные), будет прогрессивно совершенствоваться нервная система, что неизбежно сопровождается цефализацией. Таким образом, в основе цефализации лежит не некая внутренняя тенденция развития, тем более не способ выражения божественной сущности живого, а вполне материальные факторы — взаимные отношения организмов в биосфере.

Эти же материальные факторы обусловливают другой важный аспект направления эволюции биосферы — повышение ее стабильности. В самом деле, сохранялись лишь те виды организмов и их комплексы, которые в ходе борьбы за существование смогли оставлять потомство вопреки внутренним перестройкам биосферы и изменчивости космических и геологических факторов.

Многообразие форм жизни, тесная зависимость видов организмов друг от друга и от абиотических факторов обусловили превращение биосферы в саморегулирующуюся систему, все в большей степени определяющую направление эволюционных преобразований отдельных видов. И, вместе с тем, по-видимому, все в большей мере ограничивающую их эволюционные возможности.

К саморегуляции способна не только биосфера, но и ее живые компоненты, биоценозы, виды, особи. В последнем случае она обнаруживается в целесообразном реагировании на внешние факторы.

Способность к целесообразным реакциям, таким образом, не некое изначальное свойство живого, а неизбежный продукт деятельности вполне материальных факторов — в первую очередь борьбы за существование и естественного отбора.

Прогноз естественной эволюции биосферы

Эволюция биосферы происходит в результате взаимодействия внутрибиосферных процессов во внешней среде, включающих космические и геологические факторы.

В течение последних трех миллиардов лет солнечная система сделала не один оборот вокруг центра Галактики, проходя через различные ее области. Жизнь, между тем, продолжала развиваться. Значит, ни один из сезонов галактического года не препятствует ее развитию. Нет оснований и в будущем ожидать каких-либо серьезных осложнений в функционировании биосферы при смене галактических сезонов.

Интенсивность солнечного излучения по данным современной астрономии, по-видимому, сохранится на уровне, близком к современному, не один миллиард лет. Многолетние флуктуации солнечной активности также, очевидно, не достигают критических величин.

Приливное трение будет замедлять скорость вращения Земли вокруг оси, что приведёт к увеличению продолжительности суток. Однако это процесс медленный и биосфера вполне сможет к нему приспособиться.

Продолжающийся дрейф материков изменит конфигурацию земной поверхности. Подобный процесс происходил и в прошлом; вряд ли в будущем он приведет к коренным нарушениям в биосфере, хотя, конечно, в какой-то мере отразится на внутрибиосферных процессах.

В связи со стабилизацией земной коры будет затухать вулканизм, что в соответствии с представлениями С. Аррениуса, высказанными еще в начале нашего века, должно сопровождаться прекращением жизни. На зависимость концентрации атмосферной углекислоты от интенсивности вулканической деятельности указывают в уже цитированных работах М. Руттен (1973), М. И. Будыко (1977). Те же авторы приводят данные, свидетельствующие о прогрессирующем снижении концентрации двуокиси углерода в атмосфере в результате фотосинтеза, начиная с мелового периода. Процесс особенно усилился в кайнозое (см. рис. 19). Уменьшение содержания углекислоты в атмосфере сопровождается понижением температуры поверхности Земли. Согласно гипотезе Л. Беркнера и Л. Маршалла (1966) и М. И. Будыко (1977), это было главной причиной наступления ледниковых периодов в прошлом.

Дальнейшее снижение концентрации CO2, по расчетам М. И. Будыко, неизбежно приведет к наступлению новых ледниковых периодов, знаменующих «начало перехода от устойчивого безледного климатического режима к еще более устойчивому режиму полного оледенения планеты. Длительность этого переходного периода, которым могло бы закончиться существование биосферы, очень невелика по сравнению с общей деятельностью существования жизни на нашей планете»[117].

Таков один из наиболее обоснованных перспективных прогнозов результата естественной эволюции биосферы. Он далеко не оптимистичен.

Развитие биосферы на нашей планете обязано маловероятному сочетанию благоприятных факторов как в начале формирования жизни, так и в течение последующих 3—3,5 млрд. лет. Временами интенсивность отдельных факторов достигала критических значений. Большая сложность биосферы, способность к саморегуляции обеспечивала возможность выхода из кризисов путем внутренних перестроек. Однако, поскольку ее функционирование определяется деятельностью стихийных факторов (взаимные отношения организмов в борьбе за существование, взаимодействие биоты и абиотического компонента биосферы, влияние космических и геологических факторов), нет оснований рассчитывать, что биосфера и впредь будет развиваться только в направлении прогресса. Напротив, в ней, как и в любой частной саморазвивающейся системе, таится возможность самоуничтожения. Расчеты М. И. Будыко показывают, что такая возможность вполне реальна. Ведь жизнь на Земле, в конце концов, лишь небольшой эпизод в развитии материи, лишь один из пиков эволюционного ландшафта!

Биосфера и человек

Качественно новый этап в развитии биосферы начался в конце третичного периода в связи с появлением человека. Сначала деятельность людей мало отличалась от деятельности иных живых существ. Беря у биосферы средства к существованию, люди отдавали ей то, что могли использовать другие организмы. Универсальная способность микроорганизмов производить разрушение органического вещества обеспечивала включение последствий хозяйственной деятельности в биотический круговорот. Но уже добывание огня выделило наших предков из ряда других животных. Значение этого открытия заключалось не только в том, что с помощью огня человек защитил свое жилье от хищников, расселился в районы с более холодным климатом и пережил периоды оледенения. Научившись добывать и поддерживать огонь, люди приобрели способность к полной деструкции органических остатков, т. е. научились делать то, что до них делали лишь микроорганизмы. Целенаправленное использование огня началось уже в первобытном хозяйстве, в так называемой переложно-подсечной системе земледелия. При этом огонь выполнял две функции: расчистку участков от дикой растительности и минерализацию органических остатков. Умение с помощью огня, минерализовать органические остатки, используя получаемое тепло для обогрева, позволило в дальнейшем, через много столетий, вовлечь в круговорот органические вещества, слабо используемые микроорганизмами (например, залежи горючих ископаемых), и развить промышленность и транспорт, а также нейтрализовать вредные отходы промышленного производства и быта. Впервые в истории жизни один вид организмов оказался способным не только что-то создавать, но и полностью разрушать созданное. Появились предпосылки к сознательному включению человеческой деятельности в биотический круговорот.