Какие тенденции характерны для видового разнообразия на современном этапе эволюции биосферы кратко

Обновлено: 05.07.2024

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ
А.С.Керженцев

Введение

Все началось с недоумения А.В.Яблокова, почему изучение эволюции на уровне экосистемы застопорилась, зашло в тупик. На наш взгляд виной тому явная недооценка современной экологии как новой области естествознания, которая изучает природные, аграрные и урбанизированные экосистемы, их структуру и функцию, изменчивость в пространстве и во времени под влиянием естественных и антропогенных факторов.

Объект исследования экологии экосистема – симбиотическая ассоциация автотрофной, гетеротрофной и сапротрофной биоты, функционирующая автономно в определенном диапазоне факторов среды за счет обмена симбионтов отходами жизнедеятельности. Экосистема вышли за пределы компетенции биологии, поскольку для ее структуры и функции важны межвидовые отношения и механизмы взаимодействия между разными биоценозами в конкретных условиях среды. Человек и его деятельность в разных соотношениях входит в состав природных, аграрных и урбанизированных экосистем локального, регионального и глобального масштаба.

Рассматривать экосистемы с позиций биологии примерно то же, что оценивать свойства химических соединений с позиций физики. Химия оперирует свойствами молекул и их комбинаций в конкретных веществах, которые, конечно, состоят из атомов, но при этом отличаются специфическими свойствами, не сводимыми к свойствам атомов. Достаточно сравнить свойства поваренной соли со свойствами натрия и хлора. Законы химии нельзя рассматривать с позиций физики. У них разные диапазоны компетентности.

Современная экология впитала в себя знания многих разделов естествознания: биологии, геологии, геохимии, географии, почвоведения, климатологии, уже пытается использовать богатый арсенал технических и социально-экономических наук. Поэтому она способна всесторонне изучить свойства природных, аграрных и урбанизированных экосистем в качестве основных объектов.

1. Эволюция. Определение термина.

Для начала дискуссии А.В.Яблоков предложил следующее определение: БИОЛОГИЧЕСКАЯ эволюция - необратимое и, в известной степени, направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом. (Яблоков, Юсуфов, 2006).

Данное определение представляет набор эмпирических наблюдений и не объясняет мотивации, механизмов и стимулов эволюции, формирования адаптаций, изменения генетического состава популяций, образования и вымирания видов, преобразования биогеоценозов и биосферы в целом, вектора необратимой направленности эволюции.

Мы предложили другое определение: Эволюция – это процесс непрерывного совершенствования структуры живых систем для более эффективного выполнения ими функции метаболизма в конкретном диапазоне факторов среды. Эволюция совершенствует живые системы всех уровней организации (клетка, многоклеточный организм, экосистема, биом, биосфера).

2. Метаболизм – универсальный механизм функционирования живых систем.

Все живые системы объединяет универсальный механизм функционирования – метаболизм (обмен веществ, биологический круговорот). В клетке он совершается между органеллами, в организме – между органами, в экосистеме – между биоценозами, а в биосфере – между экосистемами и средой их обитания. Метаболизм - циклический процесс фазового превращения вещества живой системы путем последовательного прохождения им функций: анаболизма, некроболизма и катаболизма. (рис. 1). Анаболизм превращает минеральные вещества с помощью солнечной энергии в живую биомассу, некроболизм превращает живую биомассу в мертвую некромассу, катаболизм превращает мертвую некромассу в минеральные вещества, необходимые для функции анаболизма. Емкость и скорость метаболизма контролируется факторами внешней среды (свет, тепло, влага), диапазоны которых распределяются по земной поверхности в соответствии с законом географической зональности.

Каждая функция метаболизма состоит из двух противоположных процессов: анаболизм - из биосинтеза и экскреций: некроболизм – из некроза и возрождения: катаболизм – из минерализации и гумификации.

3. Эволюция клетки и организма. Механизмы и результаты.

Эволюция на уровне клетки началась с узкой специализации прокариот, конкурирующих за элементы минерального питания. Под давлением геохимического голода и оксигенизации атмосферы в протерозое, прокариоты объединились в более универсальную эукариотную клетку. Дальнейшая эволюция эукариот проходила внутри различных организмов путем специализации клеток, объединенных в организм по выполнению в нем конкретных функций. Высшим достижением этого уровня можно считать образование нервных клеток в организме теплокровных животных.

Эволюция на уровне организма оказалась сложнее, но проходила быстрее, чем эволюция клеток (археи, протисты, грибы, водоросли, растения, насекомые, хладнокровные и теплокровные животные, млекопитающие, приматы), Высшим достижением эволюции организмов по праву считается человек разумный.

Одним из основных путей ранней эволюции метаболизма было замещение малодоступных металлов на доступные в составе ферментов, связанное с резким похолоданием климата в протерозое. Это позволило защитить ДНК и многие внутриклеточные биохимические реакции от кислорода (Заварзин, 2004; Федонкин, 2008). Существенную роль в эволюции биосферы сыграло формирование наземных эукариотных экосистем с их замкнутыми биогеохимическими циклами.

Выход зеленых растений на сушу состоялся благодаря созданию твердого лигнинно-целлюлозного скелета с водопроводящими каналами, который позволил поднять фотосинтетический аппарат над земной поверхностью, а также обеспечить обводнение организма изнутри и доставку минеральных элементов из почвы в листья.

4. Эволюция экосистемы и биосферы. Заселение суши.

Изначально жизнь развивалась в водной среде в условиях благоприятных температур и обилия геохимической пищи. Освоение суши началось при наиболее благоприятных для биохимических реакций гидротермических условиях (рис. 2), характерных для экваториального пояса Земли. По мере усложнения структуры экосистем вследствие заполнения экологических ниш новыми видами, снижались потери вещества и повышалась замкнутость цикла метаболизма. Неизбежные потери метаболизма создавали экологические ниши для образования новых видов, способных усвоить отходы жизнедеятельности существующих видов и включиться в цикл метаболизма экосистемы в конечном звене трофической цепи. (Лапенис, 2004).

Рис. 2. Гидротермическое поле биоты.

Современные экосистемы достигли 99% замкнутости метаболизма (Марчук, Кондратьев, 1992). Архаичные экосистемы – циано-бактериальные маты сохранились до настоящего времени только в экстремальных условиях пустынь, горячих источников, солончаков.

Растекание экосистем по градиенту гидротермического дискомфорта происходило под давлением экспансия жизни, которая после заполнения комфортной экологической ниши, стала вытеснять периферийные виды в менее комфортные условия. Многолетние колебания климата расширяли гидротермический диапазон экосистемы и виды, адаптированные к краевым условиям, стали осваивать без конкуренции соседний диапазон гидротермического поля (ГТП), где скооперировались в новые экосистемы.

На земной поверхности очертания диапазонов гидротермического поля биоты выглядят не так идеально как на схеме. Они похожи на рисунок береговой линии водоема, копирующей пересечение уреза воды с неровностями рельефа. Контуры границ экосистем совпадают с границами конкретных диапазонов ГТП.

Чтобы показать динамику заполнения диапазонов гидротермического поля земной суши разными типами экосистем мы огрубили карту продуктивности растительного покрова (Базилевич и др., 1968) до 5 типов из 10, (рис. 3 а-д). Картина заселения суши сравнима с изменением береговой линии водоема при снижении уровня воды, где зеркало воды изображает зону анабиоза, а обнажающиеся острова и берега – освоенные биотой участки суши, Примерно в такой последовательности эволюция меняла почвенно-растительный покров Земли и формировала биосферу.

Рис. 3. Последовательность заполнения экосистемами гидротермического поля Земли. Экосистемы с разной продуктивностью: а) выше 12 т/га; б) 6-12 т/га; в) 3-6 т/га; г) 1-3 т/га; д) менее 1 т/га сухого вещества.

Первые контуры экосистем с продуктивностью выше 12 т/га сухого вещества представляли собой редкие острова и архипелаги, разбросанные по безжизненным континентам в экваториальном поясе земной суши. Затем, после заполнения комфортной ниши, под давлением конкуренции периферийные экосистемы стали осваивать менее комфортные гидротермические условия, в которых продуктивность снизилась до 6 т/га. Освоение следующего диапазона ГТП сопровождалось снижением продуктивности экосистем до 3 т/га, а на границе анабиоза она оказалась ниже 1 т/га. Так завершилось формирование биосферы, где каждая экосистема адаптирована к своему диапазону ГТП.

Идеальная картина гомеостаза биосферы стала нарушаться с появлением человека – биологического вида, сумевшего нарушить закон природы, ограничивающий рост численности всех популяций. Он довел численность населения и его потребности до предела возможностей биосферы и вынудил биоту адаптироваться к новым для нее антропогенным факторам.

Поэтому следующий этап эволюции биосферы должен быть связан с преодолением природой антропогенных факторов. Какие формы кооперации или конфронтации с человеком выберет природа, сказать трудно. Она вполне может избавиться от агрессии вида монополиста с помощью эпидемий, экзотических болезней, природных и техногенных катастроф, и таким образом устранить угрозу полного уничтожения человеком с его мощным военным и техническим арсеналом.

После избавления от вида-агрессора природа восстановит нарушенный гомеостаз биосферы и продолжит заторможенный человеком процесс эволюции по законам, которые устоялись в течение миллиардов лет. Исчезнут выведенные человеком породы скота, сорта культурных растений, не способные существовать без участия человека. Среда обитания очистится от токсикантов, а нарушенный человеком гомеостаз биосферы вернется на исходный уровень.

Остается надежда, что человеческий разум до наступления глобальной катастрофы найдет способ гармонизации своего сожительства с природой. Он может создать на базе высших технологий, согласованных с законами природы, гармоничную социально-экологическую систему глобального масштаба – ноосферу и научится контролировать ее гомеостаз с высокой точностью, не допускающей дисбаланса.

Обобщаются основные закономерности эволюции биосферы с целью понимания современных особенностей эволюции и выявления роли в ней челове-ка. Анализируется направление современных глобальных экологических процессов с позиции закономерностей аутогенного развития (саморазвития). Имеющиеся данные показывают, что современная эволюция экосистем пока идет по аутогенному пути и нет достаточных научных оснований для утверждений о наступлении глобального экологического кризиса. Дискутируются проблемы современного экологического алармизма и концепции устойчивого развития.

Kлючевые слова: глобальные экологические процессы, эволюция биосферы, саморазвитие экосистем, проблемы ноосферы, алармизм, устойчивое развитие.

The main laws of the evolution of the biosphere are summarized in the paper in order to understand contemporary features of the evolution and identify the human role in it. The current global trend of environmental processes is analyzed from the perspective of the laws of autogenous development (self-development). The data show that present evolution of ecosystems still follows the autogenous path and there is no sufficient scientific basis to state that the global environmental crisis is inevitable. The problems of modern environmental alarmism and the concepts of sustainable development are discussed in the paper.

Keywords: global ecological processes, biosphere evolution, ecosystems' self-developmen, noosphere problems, alarmism, sustainable development.

Введение. Человечество все в большей мере ставит задачу управления природными процессами. Но при этом мы должны понимать, что природа представляет собой саморегулирующуюся систему с высокой степенью надежности, функционирующую по своим не всегда понимаемым нами законам. Понять эти законы, выявляемые путем анализа вековых тенденций в эволюции биосферы, – важнейшая задача, решение которой должно помочь избежать непродуманных управленческих решений, противоречащих сути эволюционных процессов.

Эволюция биосферы – это закономерный процесс развития живой природы в сторону усложнения ее организации и прогрессивно нарастающей независимости от внешних условий [Бауэр 1935; Одум 1986 и др.]. Эволюция биосферы, обусловленная биогеохимической работой живого вещества, в свою очередь, стимулировала и направляла эволюцию видов организмов. Глобальные экологические процессы – повсеместно происходящие в биосфере процессы, вызванные деятельностью живого вещества на фоне изменяющихся условий природной среды, обусловливающие в конечном итоге эволюцию биосферы. К их числу прежде всего относятся: продукционный процесс (хемосинтез и фотосинтез); биогеохимический круговорот химических элементов, включающий активность человека как биологического вида, и процессы загрязнения природной среды; изменение биоразнообразия, в том числе процессы образования и гибели видов. Зависящие от динамики геологических, гидроклиматических, космических факторов, они, в свою очередь, активно воздействуют на эти факторы, существенно изменяя их, что особенно четко проявляется в деятельности человечества. Разбалансированность глобальных экологических процессов вследствие природных катастроф и непрерывно расширяющейся хозяйственной деятельности человека вызывает глобальные экологические проблемы.

Один из первых глубоких обобщающих анализов закономерностей эволюции биосферы и роли в ней человека принадлежит В. И. Вернадскому [1967; 1991], 150-летие со дня рождения которого научная общественность отмечала в 2013 г.

Тенденции в эволюции биосферы

Рис. 1. Гиперболический рост скорости эволюции в наше время. Показаны точки, отвечающие лишь нескольким последним фазовым переходам. По оси ординат отложено количество фазовых переходов в год, аппроксимированное как обратный промежуток между фазовыми переходами. По оси абсцисс – абсолютное время фазового перехода, отсчитанное от точки сингулярности [Панов 2008]

Рис. 2. Кривая роста численности человечества [Капица 1999]: ДП – область демографического перехода

Важно при этом отметить эмпирическую закономерность социальной и биологической эволюции, выраженную правилом нефункционального разнообразия. Это правило заключается в том, что в условиях кризиса вероятность сохранения сложной системы пропорциональна накопленному в ней разнообразию, причем решающее значение приобретают те элементы, которые на прежнем этапе существования системы были задействованы в наименьшей степени [Снакин 2013]. Например, в раннепротерозойской эре накопление кислорода в атмосфере Земли привело к массовой гибели цианобактерий (сине-зеленых водорослей), и решающую роль для сохранения жизни приобрели аэробные организмы, прежде распространенные незначительно.

Снижение степени конкуренции в процессе эволюции происходит за счет дифференциации экологических ниш, более полного и эффективного использования ресурсов среды. Есть основания полагать, что саморазвитие (аутогенная эволюция) сопровождается наряду со снижением конкуренции снижением уровня агрессивности и жестокости и соответственно ростом реципрокного (взаимного) альтруизма. В человеческом обществе снижение уровня жестокости связывают также с усилиями власти и закона в этом направлении и с процессами феминизации [Pinker 2011]. В то же время в кризисные периоды (например, в государствах, находящихся на грани распада) агрессивность достигает максимума.

Вполне естественно, что под воздействием человека происходят необратимые изменения в биосфере. Всякий доминирующий вид существенным образом изменяет облик своего местообитания. Человечество преобразило лик Земли, и в этом нет ничего необычного: так дуб обусловливает своеобразие дубравы, динозавры в свое время создали неповторимые картины юрского периода. Как всякая система, современная цивилизация и неразрывно связанная с ней биосфера видоизменяются, эволюционируют. Скорость эволюции и ее направление во многом заданы самой природой, а в чем-то зависят от нас как части природы. От того, насколько четко и научно обоснованно будут решаться встающие перед человечеством экологические, ресурсные, биомедицинские, социально-экономические проблемы; насколько мы научимся контролировать последствия собственной деятельности, а в дальнейшем и минимизировать природой обусловленные кризисы, зависит будущее нашей цивилизации и время, необходимое для перехода биосферы в состояние ноосферы.

Закономерности аутогенного развития

Развитие систем происходит в различных условиях: 1) автономное (аутогенное, прогрессивное) развитие, или саморазвитие, когда влияние внешних факторов минимально; 2) аллогенное (или кризисное) развитие под доминирующим воздействием внешних для системы сил. На фоне целенаправленного (полярного) вектора аутогенного развития спорадически происходят кризисы (революции), резко изменяющие ход эволюции. Закономерности этих двух процессов различны, чаще всего противоположны: при аллогенном развитии наблюдается массовое вымирание видов (преимущественно конкурентоспособных), растет уровень жестокости, уменьшается степень использования ресурсов среды, сокращается социальность. В таблице обобщены закономерности аутогенной эволюции на основании анализа ряда работ [Вернадский 1991; Красилов 1992; Шрейдер и др. 1977; Снакин 2013 и др.].

Закономерности (тенденции) изменения основных характеристик экосистемы в ходе аутогенной (прогрессивной) эволюции

· возрастает биомасса (В) и количество органического детрита;

· возрастает валовая продукция (Р) за счет первичной; вторичная малая изменяется;

· уменьшается чистая продукция;

· увеличивается дыхание (R);

· соотношение Р/R приближается к единице (равновесию);

· соотношение Р/В уменьшается;

· возрастание активной энергии единого комплекса организмов;

· происходит более интенсивное накопление энергии живым веществом в сравнении с неживой природой.

· круговороты элементов становятся все более замкнутыми;

· увеличивается время оборота и запас биогенных элементов;

· возрастает коэффициент цикличности (возобновление/вход).

Виды и структура сообщества:

· меняется видовой состав сообщества;

· возрастает богатство как компонент биоразнообразия;

· возрастает выравненность как компонент разнообразия;

· r-стратеги в широких масштабах заменяются К-стратегами;

· усложняются и удлиняются жизненные циклы;

· в значительной степени развивается симбиоз;

· конкурентное давление уменьшается.

· возрастает стабильность экосистем;

· снижается упругая устойчивость экосистем к внешнему воздействию.

· рост интенсивности информационного обмена за счет как увеличения био-разнообразия, так и усложнения взаимосвязей между видами и компонентами среды;

· возрастание роли передачи наследственной информации на социальном уровне (культура, интернет-технологии и т. п.) в сравнении с генетическим путем;

· более высокая скорость эволюции (и информационного обмена) у медленно размножающихся видов (виолентов, сукцессионных видов) в сравнении с быстро размножающимися (пионерные виды, эксплеренты).

· эволюция биосферы идет скачкообразно с нарастающей скоростью и сопровождается необратимым преобразованием природной среды;

· возрастает эффективность использования энергии и биогенных элементов;

· с термодинамических позиций общая направленность эволюции биосферы интерпретируется как процесс сокращения производства энтропии в открытой системе.

Эволюция биосферы – супермногофакторный процесс. Как писал известный французский физик начала XIX в. О. Френкель, создается впечатление, что природа как бы издевается над нашими аналитическими затруднениями: применяет она лишь простые средства, но их сочетание порождает почти неразрешимую путаницу [цит. по: Сорохтин, Ушаков 2002].

Непрерывно протекающие дестабилизирующие геологические процессы в совокупности с циклическими процессами самой различной природы и длительности делают картину эволюции биосферы весьма сложной и многогранной. Глобальные потепления сменяются периодами глобального похолодания, пульсирует озоновый слой планеты, появляются и исчезают биологические виды, каждый из которых пытается изменить окружающую среду в соответствии со своими предпочтениями, в то время как силы природы и окружающая биота препятствуют этим изменениям.

Человек, достигший среди биологических видов максимальной способностью к преобразованию природных процессов обладающий уникальным даром природы – разумом, естественно должен соответствовать этому дару и продумывать последствия своих преобразований. Но продумывать и воздействовать в соответствии с вековыми законами природы и главной целью своего существования – сохранить жизнь на нашей планете и распространить ее во Вселенной (поскольку Земля не вечна).

Кризисное развитие человечества или саморазвитие? В целом проведенный ранее [Снакин 2010] анализ современных глобальных экологических процессов с позиции эволюционизма позволяет сделать вывод: несмотря на значительное воздействие человека на биосферу, нет достаточных оснований утверждать, что сегодняшнее состояние взаимодействия биосферы и техносферы в глобальном масштабе описывается закономерностями кризисного развития. К сожалению, в этом отношении для более убедительного анализа еще не всегда хватает достаточного экспериментального научного материала. Чтобы иметь возможность понять причину происходящих природных процессов и предсказать их изменения в результате тех или иных антропогенных воздействий, необходимо усилить изучение фундаментальных основ экологии, расширять наши знания о тонких механизмах функционирования экосистем.

Что же касается проблемы глобального потепления, то следует наконец признать, что это следствие циклических изменений климата, имеющих естественную природу, и что теория так называемого парникового эффекта не имеет научного обоснования, как, впрочем, и заключенный на ее основе Киотский протокол [Глобальные. 2012; Miatello 2012].

Природные глобальные процессы имеют циклический характер, и нет оснований утверждать, что роль человека в них в настоящее время носит определяющий и глобально негативный характер. Человек, как и всякий доминирующий в системе вид, изменяет ее, приспосабливает соответственно своим природным (а других нет[5]) потребностям. И это происходит в рамках аутогенного развития (саморазвития). В этом смысле антропогенный фактор в биосфере нельзя рассматривать как чужеродный (аллогенный) фактор, ибо человек сам есть часть природы, пусть и очень мощная. При всей кажущейся бессмысленности природных катастроф и социальных потрясений (войны, эпидемии, революции) и их трагичности для огромной массы людей эти потрясения определяют направления дальнейшего развития, обеспечивающего лучшее будущее для последующих поколений.

Концепция устойчивого развития. Неприятие необоснованного алармизма вовсе не означает призыв покорять природу любой ценой. Очевидно, что экологическая ситуация во многих регионах Земли существенно ухудшена человеком. Слишком часто мы становимся свидетелями по сути региональных и локальных экологических катастроф в силу ошибочных действий человека. Для предотвращения глобальных катастроф необходимо, чтобы деятельность по восстановлению ландшафтов, деградированных по вине человека или в результате техногенных аварий, приобретала все более расширяющиеся масштабы. Необходимо продолжать обширные мероприятия по охране и восстановлению экосистем (расширение охраняемых природных территорий, ведение Красных книг и др.). Важно развивать научные основы этой деятельности в рамках конструктивной экологии, или экологии природовозрождения [Дежкин и др. 2007].

Концепция устойчивого развития – это попытка политиков без серьезного научного обоснования решить современные экологические проблемы путем конформизма. Природные (и социальные) процессы цикличны, динамичны, неоднородны, и стремление насадить устойчивость, по сути, подавить естественное развитие, может спровоцировать более серьезные негативные процессы. Тридцатилетие под флагом устойчивого развития мы встречаем в условиях мирового социально-экономического кризиса! Следует признать концепцию устойчивого развития в полной мере не оправдавшей себя и начать разработку новой концепции, основанной на глубинном понимании законов развития биосферы и общества. Очевидно, что одним из главных этических принципов взаимоотношения человечества и биосферы при этом должен стать развиваемый многими философскими системами и религиями принцип минимизации, самоограничения потребностей человека.

Литература

Бауэр Э. С. Теоретическая биология. М.; Л. : ВИЭМ, 1935. (Bauer E. S. Theoretical biology. Moscow; Leningrad: VIEM, 1935)

Вернадский В. И. Биосфера. М. : Мысль, 1967. (Vernadsky V. I. Biosphere. Moscow: Mysl', 1967)

Вернадский В. И. Научная мысль как планетное явление. М., 1991. (Vernadsky V. I. Scientific thought as a planetary phenomenon. Moscow, 1991).

Глобальные экологические процессы: Материалы Международной научной конференции / под ред. В. В. Снакина. М. : Academia, 2012. (Global ecological processes: Materials of the International Scientific Conference / Ed. by V. V. Snakin. Moscow: Academia, 2012).

Дежкин В. В., Снакин В. В., Попова Л. В. Экология природовозрождения // Использование и охрана природных ресурсов России. 2007. № 4. С. 3–11. (Dezhkin V. V., Snakin V. V., Popova L. V. Ecology of nature revival // Use and protection of natural resources of Russia. 2007. No. 4. Pp. 3–11).

Заварзин Г. А. Какосфера. Философия и публицистика. М. : Ruthenica, 2011. (Zavarzin G. A. Kakosphere. Philosophy and journalism. Moscow: Ruthenica, 2011).

Капица С. П. Общая теория роста человечества: Сколько людей жило, живет и будет жить на Земле. М. : Наука, 1999. (Kapitsa S. P. General theory of growth of humankind: How many people lived, live and will live on Earth. Moscow: Nauka, 1999).

Колчинский Э. И. Эволюция биосферы. Л. : Наука, 1990. (Kolchinsky E. I. Evolution of the biosphere. Leningrad: Nauka, 1990).

Красилов В. А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М. : ВНИИприрода, 1992. (Krasilov V. A. Environmental protection: Principles, problems, priorities. Moscow: VNII Priroda, 1992).

Одум Ю. Экология: в 2 т. М. : Мир, 1986. (Odum Yu. Ecology: in 2 vols. M.: Mir, 1986).

Панов А. Д. Единство социально-биологической эволюции и предел ее ускорения // Историческая психология и социология истории. 2008. № 2. С. 25–48. (Panov A. D. The unity of social and biological evolution and the limit of its acceleration // Historical Psychology and Sociology of History. 2008. No. 2. Pp. 25–48).

Шрейдер Ю. А., Мейен С. В., Соколов Б. С. Классическая и неклассическая биология. Феномен Любищева // Вестник РАН. 1977. C. 112–124. (Shreider Yu. A., Meyen S. V., Sokolov B. S. Classical and nonclassical biology. Lyubishchev's phenomenon // Herald of the Russian Academy of Sciences. 1977. Pp. 112–124).

Снакин В. В. Глобальный экологический кризис: ресурсный и эволюционный аспекты // Век глобализации. 2010. № 2. С. 105–114. (Snakin V. V. Global ecological crisis: Resource and evolutionary aspects // Age of Globalization. 2010. No. 2. Pp. 105–114).

Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. Развитие Земли. М. : Изд-во МГУ, 2002. (Sorokhtin O. G., Ushakov S. A. Development of Earth. Moscow: Moscow State University Press, 2002).

Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. М. : Наука, 1977. (Timofeev-Resovsky N. V., Vorontsov N. N., Yablokov A. V. A short sketch of the theory of evolution. Moscow: Nauka, 1977).

Федонкин М. А. Биосфера: четвертое измерение // Природа. 1991. № 9. С. 10–18. (Fedonkin M. A. Biosfera: Fourth measurement // Nature. 1991. No. 9. Pp. 10–18).

Хокинг С. Краткая история времени. СПБ. : Амфора, 2005. (Hawking S. A brief history of time. St. Petersburg: Amphora, 2005).

[1] Из публичного выступления, 1960-е гг.

[2] Это положение, примененное к человечеству, и стало основой мальтузианства.

[3] Вполне естественно, что при анализе скорости эволюции в цитируемой работе автор опирался на эволюционные события прежде всего с позиции антропоцентризма.

[4] Конечно, в этих вопросах значительное место занимает манипуляция научными результатами с целью получения экономических и иных преференций.

[7] Можно признать некую полезность алармизма в воспитательном аспекте. В то же время преувеличение кризисных явлений ведет, во-первых, к негативным настроениям, экологическому нигилизму, а во-вторых, дискредитирует экологию и снижает интерес к экологической проблематике в обществе, поскольку в реальности уровень жизни и ее продолжительность растут, следовательно, в целом растет и качество жизни.

2. Возникновение биотическогo круговорота веществ, осуществляемого с помощью цепочки взаимосвязанных продуцентов, консументов редуцентов.

3. Накопление массы органического вeщества.

4. Всё более полное освоение живым веществом косного, возникновение биокосных экосистем (почва, современный океан).

5. Циклический и периодический характер нарастания биоразнообразия.

Методы изучения эволюции

Ископаемые переходные формы - вымершие организмы, сочетающие признаки более древних и молодых групп;

Палеонтологические ряды - ряды ископаемых форм, связанных друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза;

Флористические царства:Палеоарктическое, Неоарктическое, Палеотропическое, Капское, Неотропическое, Австралийское, Голантарктическое

Фаунистические области суши:Палеоарктическая, Неоарктическая, Эфиопская, Индо-Малайская (Ориентальная), Неотропическая, Австралийская, Антарктическая

Реликты –виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп прошлых эпох;

Гомологичные органы –органы с общим планом строения, развивающиеся из сходных зачатков;

Аналогичные органы – органы сходные только внешне за счёт выполнения сходных функций;

Рудименты –органы, лишённые важных частей по сравнению с органами родственных видов, утратившие былое значение;

Атавизмы – (от лат. atavus - предок), органы характерные для далёких взрослых предков;

Закон зародышевого сходства – эмбрионы животных одного типа на ранних стадиях развития сходны.

Рекапитуляция (от латинского recapitulatio – повторение), повторение в эмбриогенезе современных организмов признаков, имевших место у взрослых предков.

Популяция – элементарная единица эволюции

Микроэволюция – эволюционные изменения, которые идут внутри вида и приводят к дифференцировке, завершаясь видообразованием;

Популяция (от лат. populus – народ, население) - совокупность особей одного вида, обладающих общими признаками, населяющих определённое пространство, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство;

Популяция - это минимальная caмовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определённое пространство, образующая самостоятельную генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу;

Популяционный ареал –это пространство, занимаемое популяцией;

Минимальная численность –это такая численность, ниже которой популяция неизбежно исчезает по разным эколого-генетическим причинам;

Эффективная численность –число размножающихся животных;

Возрастной состав популяции –соотношение различных возрастных групп;

Половой состав популяции –соотношение особей различных полов;

Первичное соотношение полов –соотношение, определяемое генетически (1:1);

Вторичное соотношение полов –соотношение при родах;

Третичное соотношение полов –соотношение после пубертатного периода;

Партеногенез(греч. партенос – девственница и генезис – рождение) – развитие из неоплодотворённой яйцеклетки;

Механизмы,поддерживающие генетическую гетерогенность изолированной популяции: мутагенез и рекомбинация;

Полиморфизм -существование двух (или более) генетически различных форм в популяции в состоянии длительного равновесия;

Гомологическая изменчивость– чем ближе между собой виды и роды, тем больше сходство в изменчивости их признаков.

Гетерогенность популяций –неоднородность составляющих популяцию особей, определяемая разнообразием генотипов в пределах популяционного генофонда.

Элементарные факторы эволюции

Элементарное эволюционное явление -длительное, необратимое и направленное изменение популяционного генофонда;

Генетическая комбинаторика (рекомбинация) –возникновение разнообразных сочетаний аллелей;

Мутагенез – возникновение нарушений в геноме;

Эволюционное значение мутагенеза:

1. Лежит в основе поддержания гетерогенности популяций;

2. Мутационный процесс – поставщик элементарного эволюционного материала (всё новое в живой природе появляется в виде мутаций);

Популяционные волны – изменение численности особей в популяции;

Эффект бутылочного горлышка - сокращение генетического разнообразия популяции во время критического уменьшение численности особей;

Изоляция – возникновение любых барьеров, ограничивающих панмиксию;

Панмиксия – свободное скрещивание;

Эволюционное значение изоляции:

1. основа видообразования;

2. охраняет специфичность генофонда видов;

Поток генов – перенос аллелей из одной популяции в другую;

Дрейф генов –случайное изменение частот аллелей в популяции;

Эффект основателя - снижения генетического разнообразия при заселении новой территории малым числом особей данного вида;

Борьба за существование - всё многообразие взаимоотношений между организмами и условиями среды;

Естественный отбор -дифференцированное размножение альтернативных генотипов;

Эволюция (на уровне популяций) –изменение частот аллелей в популяции в череде поколений.

Естественный отбор

Гетерогенность популяций –неоднородность составляющих популяцию особей, определяемая разнообразием генотипов в пределах популяционного генофонда;

Борьба за существование - всё многообразие взаимоотношений между организмами и условиями среды;

Естественный отбор -дифференцированное размножение альтернативных генотипов;

Стабилизирующий отбор – отбор, направленный на поддержание в популяциях среднего, ранее сложившегося значения признака или свойства;

Движущий или направленный отбор – отбор, направленный на сдвиг среднего значения признака или свойства в популяции;

Дизруптивный или разрывающий отбор – отбор, идущий одновременно в пользу нескольких уклоняющихся вариантов против особей с промежуточным значением признака;

Половой отбор – отбор, касающийся признаков одного пола;

Индивидуальный отбор – дифференцированное размножение отдельных особей;

Групповой отбор – преимущественное размножение особей какой-либо группы;

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.006)

По данным современной науки возраст Земли оценивается в 4,6 млрд лет, а первые признаки жизни на ней появились, по данным палеонтологии, около 3,5-3,8 млрд лет назад. Первые живые организмы были гетеротрофами, которые использовали для жизнедеятельности абиогенные органические молекулы. Однако с течением времени происходило уменьшение концентрации свободного органического вещества в окружающей среде, и преимущество получали организмы, которые обретали способность синтезировать органические соединения из неорганических.

Таким путём 2-3 млрд лет тому назад возникли первые фотосинтезирующие клетки типа цианобактерий, способные использовать световую энергию для синтеза органических соединений из CO₂ и H₂O. Выделяя при этом О₂, автотрофы изменяли состав атмосферы, после чего она стала приобретать окислительный характер. Таким образом жизнь, возникшая на Земле, изменила те условия, которые сделали возможным её появление, в частности, атмосферу восстановительного типа, содержавшую метан, аммиак, сероводород и др. вещества.

С увеличением содержания кислорода в атмосфере сформировалась достаточно мощная озоновая оболочка (слой), которая защитила поверхность Земли от проникновения жёсткого космического, в том числе ультрафиолетового излучения. Это создало возможность для распространения жизни в толще океана к его поверхности и последующего выхода живых организмов на сушу. В течение палеозойской эры (начало - 570 ± 20 млн лет, конец - 340 ± 10 млн лет назад) жизнь, заполнив все моря, вышла на сушу.

Происходила интенсивная эволюция высших растений, представленных в палеозое почти всеми группами споровых и голосеменных. В палеозое сформировались основные типы и классы беспозвоночных, а также позвоночных, исключая птиц и млекопитающих. Если для первой половины палеозоя характерно господство водных, преимущественно морских беспозвоночных, появление рыбообразных и рыб, преобладание различных водорослей, то для второй половины - освоение суши растениями и животными (беспозвоночными, земноводными и пресмыкающимися).

Эволюция биосферы осуществлялась на протяжении её большей части истории под влиянием двух главных факторов:

1) естественных геологических и климатических изменений на планете;

2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.

В третичном периоде кайнозойской эры добавился третий (современный) фактор - человеческое общество. Соответственно, этап биогенеза в эволюции биосферы сменился этапом ноогенеза.

В эволюции биосферы можно выделить следующие основные тенденции:

1) постепенное увеличение общей её массы и продуктивности;

2) прогрессивное накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли;

3) увеличение информационной ёмкости биосферы, проявляющейся в нарастающей диверсификации (росте разнообразия) органических форм, увеличении числа геохимических барьеров и возрастании дифференцированности физико-географической структуры биосферы;

4) усиление некоторых биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций;

5) усиление преобразующего воздействия жизни на атмосферу, гидросферу и литосферу, увеличение роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в геологических, геохимических и физико-географических процессах;

6) расширение сферы действия биотического круговорота и усложнение его структуры;

Массовое истребление видов человеком не могло не изменить естественных процессов. Например, плиоценовое исчезновение крупных животных, видимо, происходило не только в результате прямого преследования, но и из-за нарушения цепей питания, что вело к преобразованию экосистем в целом. Современное уничтожение видов, идущее намного быстрее, чем во времена плиоценового перепромысла, ведет к процессам, в результате которых снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы, меняется характер аккумуляции солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли и т.д.

Ноосфера - высший этап эволюции биосферы. Человек как природный объект и активный элемент биосферы

Он понимал ноосферу как качественно новую форму организованности, возникающую при взаимодействии биосферы и общества, как новое эволюционное состояние биосферы, целенаправленно преобразуемой в интересах человечества. Науку о взаимоотношении между человеческим обществом и природой назвали ноогеникой. Основная её задача - исправление нарушений во взаимосвязях человека и природы, вызванных прогрессом техники.

На начальном этапе воздействия человека на природу не отличались от воздействия других живых организмов. Извлекая из окружающей среды средства для существования в таком количестве, которое полностью восстанавливалось, и возвращая в среду продукты жизнедеятельности, которые использовались другими организмами, человек не нарушал биотический круговорот вещества и энергии в биосфере. Однако в результате научно-технического прогресса, а также во многом стихийного роста промышленности, энергетики, транспорта, широкой химизации сельского хозяйства и быта, быстрого роста народонаселения и урбанизации планеты биотический круговорот резко нарушился, стал незамкнутым. Человек, извлекающий сырьё во всё возрастающем количестве, производит такие вещества, которые не используются другими организмами, накапливаясь в биосфере.

Ежегодно из Земли извлекается более 100 млрд тонн различных пород; сжигается около 1 млрд тонн условного топлива; выбрасывается в атмосферу около 20 млрд тонн СО₂, 300 млн тонн СО, 50 млн тонн NO, 150 млн тонн SO₂, 4-5 млн тонн H₂S и других вредных газов, более 400 млн тонн частиц золы, сажи, пыли; сбрасывается в гидросферу около
600 млрд тонн промышленных и бытовых стоков, около 10 млн тонн нефти и нефтепродуктов; вносится в почву около 100 млн тонн минеральных удобрений. В биосферу поступает около 50% извлечённых из недр металлов, 30% химического сырья, до 67% тепла, вырабатываемого теплоэлектростанциями. Каждый год создаются сотни тысяч тонн не встречавшихся ранее в биосфере химических соединений (ксенобиотиков и др.), многие из которых не поддаются биологическому и физическому разрушению.

Естественные процессы метаболизма и разбавляющая способность атмосферы и гидросферы в ряде районов планеты уже не в состоянии нейтрализовать вредное действие хозяйствования человека. Накопление персистентных (стойких) загрязняющих веществ, которые почти не разрушаются в природе, нарушает сложившиеся в ходе длительной эволюции природные системы и связи в биосфере, подрывает способность природных комплексов к саморегуляции.

С 30-х гг. ХХ века стала очевидной опасность истощения природных ресурсов, как невозобновляемых (нефть, уголь, руды), так и возобновляемых (растительный, животный мир и др.). С середины ХХ века воздействие человека на природу приняло глобальный характер.

За период с конца XVI века до 70-х гг. ХХ века с лица Земли исчезли (главным образом из-за разрушения местообитаний) 109 видов птиц, 64 вида млекопитающих, 20 видов пресмыкающихся. С начала 80-х гг. ХХ века ежедневно исчезал, по данным МСОП, 1 вид (подвид) животных. Вымирание угрожает почти 1000 ныне живущим видам птиц и млекопитающих (примерно половина из них находится в тропических лесах, которые сводятся со скоростью несколько десятков га в минуту). Не менее 1/4-1/6 суши уже лишены естественного растительного покрова.

Под угрозой исчезновения находится каждый 10-й вид высших растений, каждый 4-й вид земноводных и каждый 7-й вид пресмыкающихся. Под прессом сильного хозяйственного воздействия находится около 50% суши. Большие площади коренных биогеоценозов замещаются вторичными, более упрощёнными, однообразными по составу и структуре, с заметно пониженной продуктивностью. Естественный покров степной зоны сменился посевами и насаждениями культурных растений, городскими и индустриальными территориями.

Сформулированы принципы сохранения биосферы, имеющие основополагающее значение для ноогеники:

1) принцип необходимости разнообразия природы (только многообразная и разнообразная живая природа оказывается устойчивой и высокопродуктивной);

2) принцип потенциальной полезности каждого компонента природы (сейчас трудно предвидеть возможное значение каждого вида организмов для человека в будущем);

3) принцип всеобщности связи в живой природе (выпадение какого-либо одного звена в сложной цепи трофических и иных связей в природе часто приводит к непредвиденным результатам).

Перед человечеством стоит актуальная проблема разработки методов и способов сознательного регулирования обмена веществом и энергией между человечеством и биосферой, включения человеческой деятельности в биогеохимические циклы с учётом важнейших закономерностей развития биосферы.

Путями её решения являются:

а) экологизация экономики (включая промышленность, энергетику, транспорт, сельское хозяйство) посредством развития безотходной и малоотходной технологии, перехода на циклическое использование водных и других ресурсов;

б) экологизация права и сознания людей.

В настоящее время человечество стоит на пороге экологического кризиса, превращения биосферы в непригодную для жизни техносферу. Положительное влияние человека на биосферу (выведение новых пород и сортов, создание культурных биогеоценозов с высокой биопродуктивностью, выведение штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, интродукция полезных видов в новые условия обитания) несравнимы с отрицательными последствиями его деятельности.

Читайте также: