Вопрос 23. Эволюция экосферы
1. Движущая сила эволюции;
2. Этапы эволюции экосферы;
3. Главные закономерности эволюции организмов.
1. Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды — закономерный результат эволюции экосферы. Согласно системообразующему принципу динамические системы, как правило, эволюционируют в сторону усложнения структурной организации и возникновения системной иерархии.
Первопричиной, источником движущей силы последовательных качественных изменений таких систем служит "накачка" энергии — проток энергии через систему и отбор наиболее эффективных преобразователей энергии, вещества и информации. Важнейшим двигателем органической эволюцииявляется непрерывное, циклически воспроизводящееся противоречие между безграничной способностью организмов к размножению, организуемой потоком солнечной энергии, и ограниченностью материальных ресурсов.
2. Эволюция экосферысостоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции. Согласно сложившимся представлениям (Кальвин, 1971; Камшилов, 1979; Грант, 1980) последовательность основных этапов такова:
- добиотическая эволюция:
· образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру и была резко восстановительной;
· возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляются жидкая вода, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах;
· образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений С, Н, О, N за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений;
· возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, — зародыш биотического круговорота экосферы. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации;
· возникновение молекулярных систем самовоспроизведения;
- биологическая эволюция:
· возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот и формируются экосферные функции живого вещества;
· развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода обуславливает постеленный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота;
· увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и экосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция экосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией;
· появление человека — лидера эволюции.
3. В эволюционном процессе, основанном на свойствах самовоспроизведения, изменчивости и наследственности организмов, различают микроэволюцию и макроэволюцию.
Микроэволюцияпротекает на уровне популяций, рас, подвидов и заключается в отборе мелких изменений организмов, наступающих в результате случайных генетических отклонений — мутаций и генетического дрейфа.
Макроэволюциейназывают эволюционные процессы надвидового уровня, вызываемые значительными изменениями в экологической среде (на уровне больших экосистем и экосферы в целом). Эти изменения бросают "вызов" многочисленным видам организмов, которые оказываются (обычно в точке бифуркации) перед выбором: принять вызов, измениться и приспособиться или погибнуть. Возникает вспышка видообразования, эволюционный скачок, приводящий к появлению совершенно новых форм организмов. Отбор в этих условиях играет преимущественно нормализующую и стабилизирующую роль, закрепляя выживание немногих уцелевших лидеров эволюции.
Главный критерий эволюции:закрепление эволюционных изменений видов животных и растений происходит только тогда, когда они способствуют лучшему размножению этих видов.
Закон необратимости эволюции:эволюция необратима: организм, популяция, вид не могут вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в предыдущих поколениях.
Закон ненаследуемости приобретенных признаков:никакие биологические изменения в строении и функциях, приобретенные в течение жизни растения, животного или человека, их потомкам не передаются.
Правило прерывистого равновесия:эволюция не представляет собой непрерывный монотонный процесс, а состоит из чередования длительных периодов преобладания микроэволюционных процессов и скачкообразных макроэволюционных изменений.
Правило ускорения эволюции:с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают.
Эти законы и правила всецело относятся к биологической и отчасти к надбиологической эволюции человека.
По М.М. Камшилову (1979):
• в большом абиотическом круговороте веществ возник биотический круговорот, образовалась биосфера;
• по мере развития жизни биосфера расширяется;
• в биосфере появилось человеческое общество;
• человеческое общество стало поглощать вещество и энергию не только через биосферу, но и непосредственно из абиотической среды;
• биосфера, превратившаяся в ноосферу, стала развиваться под контролем разумной человеческой деятельности (ноогенез).
Управление взаимными отношениями человеческого общества и природы осуществляется с помощью ноогеники. Жизнь, развиваясь, все полнее осваивает вещество, энергию и потенциал информации живой природы, распространяясь за пределы Земли.