Эвалюция Биосферы

Впервые теснейшую связь  процессов в биосфере с космическими, солнечными процессами открыл выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский. Он доказал, что биосфера находится под влиянием излучения, поступающего от Солнца и  отдаленных галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового размножения  многих животных, таких, как саранча, лемминги и т. п., эпидемии, пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере, связаны с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т. п.). «Мы — дети Солнца»,—так образно высказался А. Л. Чижевский.

Электромагнитные поля играют универсальную роль носителей информации в биосфере. Это обусловлено следующими их преимуществами:

• распространение в любой среде жизни — воде, воздухе, грунте и тканях организмов;
• максимальная скорость распространения;
• распространение независимо от погоды и от сезона;
• возможность передачи на любое расстояние;
• поступление на Землю из Космоса;
• на них реагируют все биосистемы.

Раньше биологи учитывали  лишь электромагнитные излучения Солнца в высокоэнергетическом участке  его спектра — инфракрасные, видимые  и ультрафиолетовые части диапазона  — как источник энергии для  всего живого. Лишь в последние  десятилетия стала проявляться  важная роль, которая отведена природой электромагнитным полям земного  и космического происхождения в  диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается, накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены. Тем не менее, на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио - и космобиологи, можно утверждать, что функционирование биосферы в целом связано с информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский биолог К. Гробстайн, «невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление — оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции»⁵.

Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным сигналам увеличивается с усложнением  строения организмов. Так, позвоночные  животные намного чувствительнее к  электромагнитным полям, чем беспозвоночные и тем более — простейшие. С  усложнением биосистем возрастает их способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.

Со времен Ч. Дарвина традиционно  считается, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем  естественного отбора наиболее приспособленных  индивидов. Нам следует помнить, что лучше всего приспособлены  к разнообразным земным условиям простейшие существа — бактерии, вирусы, сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен  своей организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали  на нашей планете в архейскую  эру и с того времени так  изменили окружающую среду и биосферу, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены были отойти на задний план.

Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают там, где никто существовать не может  — в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных  гидротермальных источниках, даже в  ядерных реакторах. Эти организмы  действительно хорошо приспособлены  к условиям среды. Они придерживаются стратегии максимальной стойкости, консерватизма, сохранения достигнутого уровня совершенства.

3. Роль абиотических  и биотических круговоротов

Классической и наиболее традиционной классификацией экологических  факторов считается их деление на две основные группы: абиотические и биотические факторы.

Первая включает факторы  климатические (температура, свет, влажность, давление и др.), физические свойства почвы и воды. Ко второй относятся  факторы питания и различные  формы взаимодействия особей и видов  между собой (хищничество, конкуренция, паразитизм и др.). Однако это деление  не является исчерпывающим.

Действительно, иногда бывает трудно отнести данный фактор к той  или иной группе. Так, температура, если ее рассматривать как абиотический фактор, часто изменяется благодаря  присутствию живых организмов. Температура  влияет не только на скорость развития, но и на многие другие стороны жизнедеятельности  организмов. Она сказывается на количестве потребляемой пищи, на плодовитости, уровне половой активности и т. д.

Особенности влияния экологических  факторов на уровне экосистемы представляют собой емкую проблему, решение  которой возможно лишь на основе досконального  знания свойств и функций экосистемы. Однако уже сейчас можно отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий  влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосистемы, будет  влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные  свойства⁶.

Это воздействие можно  объяснить следующими причинами:

1. Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между ними.
2. Во-вторых, все особи, входящие в состав экосистемы, являются объектами воздействия абиотических факторов. Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет уменьшение плотности популяций, входящих в состав экосистемы. Если же физиологическая реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии, пространственном распределении видов в экосистеме, на характере их взаимодействия друг с другом, что, в конечном счете, скажется на специфических свойствах последней. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.

Основа биосферы – это  круговорот органического вещества, осуществляющийся при участии всех населяющих её организмов, - то, что  получило название биотического круговорота. В закономерностях биотического круговорота решена проблема длительного  существования и развития жизни. Каждый вид организмов представляет собой звено в биотическом  круговороте. Используя в качестве средств существования тела или  продукты распада одних организмов, он должен отдавать в среду, то, что  могут использовать другие. Растения ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 10% от их биомассы, а  деструкторы, составляющие 1% от суммарной  биомассы организмов планеты, вынуждены  перерабатывать массу органического  вещества, в 10 раз превосходящую  по весу их собственную биомассу. Уже  при таких сравнительно грубых расчётах обнаруживается исключительно точная подгонка главных компонентов биотического круговорота⁷.

Биотический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества - одна из самых  существенных форм организации жизни  на Земле. Только он обеспечивает непрерывность  жизни и её прогрессивное развитие. В качестве звеньев биотического круговорота выступают особи  и виды организмов разных систематических  групп от микроорганизмов до высших представителей растительного и  животного мира, взаимодействующие  между собой и непосредственно  и косвенно с помощью многочисленных и многосторонних прямых и обратных связей.

Использование принципа круговорота  позволило живой системе успешно  решить проблемы устранения вредных  отходов и экономии материальных ресурсов. Все живые существа в  процессе жизни портят среду. Однако эта порча быстро ликвидируется  организмами других видов, как правило, ближайшими соседями, она всегда локальна и временна. Точная подгонка звеньев  круговорота обеспечивает сохранение в биосфере определённого запаса химических веществ в течение сотен миллионов лет биогенеза.

Таким образом, понятие «жизнь»  относится не к отдельным организмам, а ко всей совокупности живых организмов, связанных определёнными взаимоотношениями. Наличие разнообразных связей между  организмами приводит к тому, что  биогеоценозы приобретают элементы целостности, устойчивости, относительной  независимости в развитии. Это  проявляется, в частности, в способности  противостоять различным внешним  воздействиям, что получило название гомеостаз.

Кроме упомянутых выше существует классификация экологических факторов, основанная на оценке степени адаптивности реакций организмов на воздействие  факторов среды. Эта классификация  предложена советским ученым А. С. Мончадским.

Суть её в том, что рациональная классификация экологических факторов должна, прежде всего, учитывать особенности  реакций живых организмов, подвергшихся воздействию этих факторов, в том  числе степень совершенства адаптаций  организмов, которая тем выше, чем  древнее данная адаптация. Эта классификация  подразделяет все экологические  факторы на три группы:

1. Первичные периодические;
2. Вторичные периодические;
3. Непериодические факторы.

Адаптация в первую очередь  возникает к тем факторам среды, которым свойственна периодичность - дневная, лунная, сезонная или годовая  как прямое следствие вращения земного  шара вокруг своей оси и его  движения вокруг солнца или смены  лунных фаз. Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления  жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно укрепились в их наследственной основе. Температура, освещенность, приливы  и отливы относятся к первичным периодическим факторам. Действие непериодических факторов сказывается преимущественно на численности особей в пределах конкретной территории⁸.

4. Порядок распространения  жизни

При размножении и захвате  поверхности планеты живое вещество как бы растекается по ней, заселяя  тем большую территорию, чем меньше оно встречает препятствий. Каждый организм имеет свою определённую скорость размножения и роста и разница  в этой работе организма для разных их видов может достигать многих сотен тысяч видов.

Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к  размножению - наиболее характерным  свойством жизни - и ограниченностью  материальных ресурсов, могущих быть использованными. Противоречие разрешается  путём овладения новыми источниками  вещества и энергии, а, следовательно, и новой информацией. Изменчивость живого - предпосылка, а отбор - способ закрепления и совершенствования  организации.

Благодаря способности к  самовоспроизведению, живое, приспосабливаясь к различным условиям, всё время  выходит за пределы замкнутого цикла. Однако в результате активности одноклеточных это приводит не к разрушению циклической структуры, а к расширению круговорота⁹.

Кроме светового питания  растениям необходимо минеральное  питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо поступают  из минералов, либо становятся доступными в результате минерализации органического  вещества. Все химические элементы поглощаются в форме ионов  и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. Жизненно необходимыми и незаменимыми являются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах: натрий, фосфор, сера, калий, кальций, магний, а также микроэлементы - железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: например, кремний - для диатомовых водорослей.

Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и  беспрепятственного развития нужно, чтобы  растение получало питательные вещества, включая микроэлементы, не только в  достаточных количествах, но и в  надлежащих соотношениях. Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в  недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются  по своим потребностям в питательных  веществах.

Первые организмы на Земле  были гетеротрофами. Они быстро исчерпали  бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже возможен примитивный круговорот.

Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют. При этом происходит расщепление  органических веществ. Если продукты расщепления  вновь используются автотрофами, возникает  круговорот между организмами, населяющими  экосистему. Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный  обмен материалом - круговороты питательных  веществ, энергию для которых  поставляет Солнце.

При рассмотрении вопроса  об истории взаимодействия организма  и среды можно выделить две  противоположные позиции¹⁰:

1. Первая - это экзогенетизм, абсолютизирующий внешние факторы при формировании организма. То есть среда формирует организм. В числе представителей этого направления можно назвать Лысенко, Мичурина.
2. Вторая позиция - это эндогенетизм, абсолютизирующий внутренние факторы организма в его взаимоотношениях со средой. Представители этой группы Е. Л. Тэтум, Е. де Робертис, В. Новинский.

Но истина, вероятно, заключается  в том, что организм и среда  едины и неразрывны. Необходимость представления о таком единстве вытекает хотя бы из закономерностей метаболизма, связывающих организм и среду. Можно выделить следующие факторы, относящиеся к среде как к компоненту системы «организм - среда»:

Абиотические факторы: (физические воздействия - температура, ионизирующая радиация, свет, давление и плотность  атмосферы, химические - соли, газы и  т.д.).

Биотические факторы (воздействие  через гетеротрофное питание, через  продукты выделения, инфекцию и т. д.)

Антропогенные факторы (влияние  человека на природу через потребление).

Растения синтезируют  органические соединения, используя  энергию солнечного света и питательные  вещества из почвы и воды. Эти  соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой  им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной ими  химической энергии гетеротрофы  разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты  и т. п., завершая тем самым круговорот питательных веществ¹¹.