Эволюция биосферы

Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Простейшие анаэробы, из которых состояли первые на Земле экосистемы, образовались из распространенных на ранних стадиях развития Солнечной системы органических веществ и, возможно, под действием мощного ультрафиолетового облучения. Тогда еще не было кислорода в атмосфере и, следовательно, озонового слоя, который сейчас является преградой для ультрафиолетовых лучей. Жизнь в бескислородной атмосфере могла существовать только под защитой от ультрафиолетового излучения, например под слоем воды. Питались эти простейшие организмы биофильными веществами, которые содержались в избытке в горячих источниках мелких водоемов. Питательные же органические вещества для этих простейших создал космический синтез. Таким образом, древнейшая биосфера возникла в гидросфере, существовала в ее пределах и носила гетеротрофный характер.

Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества начала осуществляться лишь с появлением в биосфере 3,5 млрд лет назад фото-синтезирующих автотрофов — цианобактерий и сине-зеленых водорослей (прокариотов). Затем, около 1,5-2 млрд. лет тому назад, появились первые одноклеточные эукариоты (настоящие водоросли и наземные растения) с последующим мощным популяционным взрывом автотрофных водорослей, что привело к избытку кислорода в воде и его выделению в атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы в кислородную, что способствовало развитию эукариотических организмов и появлению многоклеточных около 1,4 млрд. лет назад.

В начале кембрийского периода, примерно 600 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а затем произошел еще один эволюционный взрыв — появились новые формы жизни: губки, кораллы, черви, моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода впервые приблизилось к современному, и к этому времени жизнь не только заполнила все моря, но и вышла на сушу. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ в дальнейшем привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие и, наконец, человек. В конце палеозоя, около 300 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере упало до 5% от современного уровня и повысилось содержание углекислого газа. Это привело к изменению климата, снижению интенсивности процессов размножения и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание кислорода вновь стало повышаться и с середины мелового периода, примерно 100 млн. лет назад, отношение OJCOz приблизилось к современному, хотя и испытывало колебания в определенных пределах.

Из истории развития атмосферы вытекает, что человек абсолютно зависим от других организмов, населяющих среду, в которой он обитает. Только от их жизнедеятельности и разнообразия зависит стабильность атмосферы и, следовательно, биосферы. На развитие экосистем и биосферы в целом оказывают влияние аллогенные (внешние) и автогенные (внутренние) факторы. К аллогенным относятся, например, геологические и климатические факторы, а автогенные включают только биотические факторы. Благодаря взаимодействию этих факторов сформировалось биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом и биосферном уровнях. Основа устойчивости биосферы заключается в разнообразии составляющих ее экосистем.

Но до сих пор, несмотря на 4 млрд. лет эволюции, биоразнообразие биосферы продолжает совершенствоваться за счет большого резерва в эволюции сообществ. На этом уровне ведущая роль принадлежит сопряженной эволюции и групповому отбору.

Сопряженная эволюция, или коэволюция, отличается тем, что в ней обмен генетической информацией минимален. На уровне сообществ можно рассматривать селективные воздействия между группами организмов, находящихся в экологическом взаимодействии: растения и растительноядные животные, крупные организмы и мелкие симбионты, паразит—хозяин, хищник—жертва и т. д. Групповой отбор — это естественный отбор в группах организмов, но не обязательно связанных тесными мутуалистическими связями. Это сложное явление, в первом приближении представляющее собой подобие отбора генотипов в популяции. Однако вымирают при этом не отдельные генотипы, а целые популяции и, с другой стороны, получают развитие новые популяции, для которых изменившиеся условия благоприятны. Групповой отбор тоже увеличивает разнообразие и устойчивость сообществ.

Сопряженная эволюция и групповой отбор повышают биоразнообразие экосистем, устанавливают определенные взаимоотношения между ними, как между наземными, так и водными, и даже между обоими типами. Все это в целом ведет к повышению устойчивости биосферы как глобальной экосистемы.

Эволюция биосферы свидетельствует, что при любом воздействии ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды. При этом основную роль играет биотическая регуляция окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро может перейти (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние — в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна.