Роль организмов в эволюции земли

Заключение

В настоящее время вопрос о влиянии жизни в целом, как природного феномена и различных форм живых организмов на эволюцию Земли и отдельных компонентов ее ландшафтной сферы является одним из фундаментальных в современном естествознании. Не оспаривая в принципе эволюционного развития Земли и ее оболочек (в том числе ландшафтной сферы и биосферы) как такового, современная наука не может, однако дать на него однозначного ответа ввиду, как недостаточности информации (в том числе о времени и факторах возникновения Земли и зарождения жизни), так и недостаточной разработанности методов интерпретации уже имеющихся сведений. Вместе с тем, современная наука может уже достаточно обоснованно утверждать, что живые организмы оказали в геологическое время огромное влияние на развитие земной атм ...

Содержание

Введение 2
1. Современные представления об эволюции Земли и жизни на ней 4
2. Развитие органического мира и его влияние на эволюцию Земли 9
Заключение 14
Список использованных источников 15

Введение

Эволюция нашей планеты на этапах развития научного знания нового времени и современности является основополагающим фактом системы наук о Земле. Признание факта развития (вместо неизменности) и его эволюционного характера (т.е. не только количественных изменений, но и качественных трансформаций) сделало возможным теоретическое обоснование и систематизацию важнейших фактов и закономерностей, описанных в естественных науках, занимающихся изучением природы Земли. Более того, переход к концепции эволюционного развития Земли качественно изменил и саму систему наук о Земле и, горя шире, всю систему естествознания. В геологии, географии, биологии сформировались комплексы частных дисциплин, изучающих процессы эволюции и их проявления в современных природных объектах, комплексах и систем ах. Факт эволюционного развития, как отдельных классов природных объектов и систем, так и Земли в целом неоднократно находил научное подтверждение в течение нового времени и в современной науке, поэтому сейчас он в научном сообществе не вызывает сомнения (споры идут преимущественно относительно направления, скорости и характера развития).
Эволюционное развитие Земли взаимосвязано с эволюцией ее компонентов: переход к новому этапу эволюции сопровождается радикальным изменением существующих и/или появлением новых компонентов, при этом, появление новых, исчезновение или радикальное изменение ранее существующих компонентов приводит к качественной трансформации Земли, как системы в целом. Поэтому при изучении эволюции Земли актуальным является исследование отдельных компонентов, входящих в нее, как в систему, в том числе организменных комплексов и биосферы в целом.
Целью настоящей работы является изучение роли организмов в эволюции Земли. В задачи исследования входят:
• Анализ современных представлений о движущих силах и характере эволюции Земли;
• Рассмотрение основных этапов эволюции Земли, проявлениях и роли в них органической жизни.
Метод исследования: анализ литературных источников.

Появление жизни в водной среде. Появление фотосинтеза. Разделение жизни на автотрофную и гетеротрофную. Формирование биосферы в океане;
Трансформация атмосферы в кислородную (т.н. «кислородная катастрофа»);
Выход жизни на сушу. Включение сухопутных пространств, а, затем и нижней атмосферы в биосферу. Формирование в географической оболочке сухопутных ландшафтов с биогенными компонентами (биологическими сообществами, почвами и т.д.), а затем и полноценных биогеоценозов. Формирование в отложениях суши запасов органогенных полезных ископаемых (угля, нефти и т.п.);
Появление разумного биологического вида – человека. Начало им сознательной активной трансформации географической оболочки в собственных интересах.
В целом, указанные в приведенной периодизации основные этапы эволюции Земли отражают сложившиеся в настоящее время представления о необратимом остывании Земли и окислении ее поверхности1. Однако, данная схема является весьма общей, в ней указаны только наиболее значительные этапы земной эволюции. В ней остаются весьма спорными вопросы образования Земли и ее развития на догеологическом (хадейском) этапе, формирования системы Земля-Луна, образования земной коры, атмосферы и океана, появления жизни, а также, собственно говоря, роли жизни в глобальной эволюции Земли. При этом для каждого из указанных спорных вопросов дискутируемыми являются множество аспектов, от самой природы того или иного явления до временных рамок его действия. Так, например, на сегодняшний день вопрос о возрасте жизни на Земле остается фактически нерешенным, так как наиболее древние из известных в настоящее время геологических образований – метаморфические породы архея возрастом около 4,6 млрд. лет несут геохимические следы присутствия жизни2. Одним из существенных достижений органической геохимии последних двух десятков лет является установление в наиболее древних осадочных породах углеродистых соединений биогенного происхождения3. А поскольку вопрос о возрасте земной жизни в настоящее время не разрешен (и, вероятно, разрешен не будет, поскольку отсутствуют возможности для документирования следов более древней жизни или их отсутствия), то неразрешимым остается и вопрос о самом происхождении жизни: является ли она продуктом развития Земли или принесена извне. Так, в настоящее время существует несколько гипотез возникновения жизни. Вкратце их можно свести к двум концепциям: развития жизни, как результата абиогенной химической эволюции на Земле (теория Опарина и др.) и зарождения жизни в космосе с последующим ее привнесением на Землю (гипотеза панспермии). Имеет приверженцев и гипотеза стационарности, т.е. существования жизни в различных формах на протяжении всей истории существования Земли, как отдельного тела.
В последние десятилетия на развитие дискуссии о возникновении жизни большое влияние оказывает синергетический подход. Закономерности, открытые синергетикой, позволяют прояснить механизм возникновения органической материи из неорганической в терминах самоорганизации через спонтанное возникновение новых структур в ходе взаимодействия открытой системы с окружающей средой4.
Вопросы о причинах появления жизни на Земле и ее возрасте являются весьма существенными для определения роли жизни и живых организмов в эволюции Земли, поскольку они, в свою очередь связаны с вопросами степени уникальности развития Земли, как планеты. Так, получение доказательств наличия жизни в течение всего периода самостоятельного существования Земли делает биологический фактор неотъемлемой составляющей земной эволюции и современное состояние Земли – закономерным следствием этого процесса, а однозначное доказательство появления жизни на прежде необитаемой Земле (независимо от причины это появление вызвавшей) делает развитие биосферы и современное состояние Земли, в известной мере результатом воли случая, одним из возможных вариантов эволюции планеты. Появление однозначных доказательств возникновения жизни на Земле в процессе эволюции неорганического вещества ставит вопрос о возможности неоднократного возникновения сходных структур (а если последнее будет доказано, то делает наличие биологического этапа необходимым условием эволюции Земли, в противном случае – просто одним из вариантов развития планеты). Получение же однозначных доказательств гипотезы панспермии сделает возможным рассмотрение геологической истории и современного состояния Земли в качестве уникального по характеру реализации проявления внешнего фактора эволюции планеты, но, при этом создаст обоснованные предпосылки для поиска других планет с биосферой. Кроме того, решение вопроса о происхождении жизни, с которой связаны высшие известные на настоящее время уровни движения материи – биологический и социальный, позволит найти решение вопроса и о возможностях самоорганизации материи, который является фундаментальным в современном естествознании и выходит далеко за рамки наук о Земле5.
Не менее важным вопросом, чем происхождение жизни, является степень ее связанности с эволюцией планеты в целом. Здесь в настоящее время господствуют две большие группы представлений:
Жизнь, как природный феномен эволюционирует в значительной мере независимо от общей эволюции Земли, представляя собой один из вариантов движения вещества на поверхности планеты в соответствующем диапазоне геодинамических параметров (температуры, вязкости планетного вещества, близости планеты к звезде и пр.). При переходе одного или нескольких этих параметров через некие пороговые значения адаптивные возможности жизни будут исчерпаны и она исчезнет;
Жизнь и эволюция Земли глубоко взаимосвязаны между собой, при этом эволюция жизни – это, по сути, эволюция Земли. Крайней формой последней группы представлений является концепция Геи – Земли, как живого организма, научная постановка которой принадлежит Дж. Лавлоку. Согласно ей Земля – это структура, усторенная по принципу живого организма, наделенного к тому же свойствами разума и эволюция жизни на Земле представляет собой некий способ поддержания саморегуляции для планеты в целом6.
Однозначное решение вопроса об отношении эволюции жизни к общей эволюции Земли является также фундаментальной проблемой современного естествознания, решение которой однозначно бы определило место и роль Земли в биосфере и жизни человечества, а также позволило бы четко спрогнозировать дальнейшие варианты развития жизни на Земле.
Однако, в настоящее время вышерассмотренные проблемы не могут быть однозначно решены, как из-за недостатка имеющейся информации, так и из-за особенностей методов ее интерпретации. Вместе с тем, развитие науки дает основание считать, что рано или поздно хотя бы для некоторых из этих проблем может быть найдено научно обоснованное и фактически подтвержденное решение.
2. Развитие органического мира и его влияние на эволюцию Земли
Если в настоящее время не найдено решений общих вопросов влияния органической жизни на эволюцию Земли, рассмотренных выше (по причинам, также указанным выше), то, тем не менее, достаточно теоретически обоснованы и подтверждены материальными артефактами закономерности влияния жизни на верхние слои земной коры, гидросферу и атмосферу в течение геологического времени (последние 4,6 млрд. лет). При этом наиболее изучена роль органической жизни в эволюции Земли за период последнего – фанерозойского эона (эона явной жизни) – продолжительность которого оценивается в 570 млн. лет. Это связано с тем, что в течение фанерозоя на земле значительную долю живых существ составляли растения и животные, оставлявшие в геологических объектах легко идентифицируемые останки, да и сами геологические объекты подчас представляли собой следы их жизнедеятельности (залежи угля и нефти, палеопочвы, отложения известняков и т.д.). Поэтому фанерозойские остатки организмов гораздо легче идентифицировались по сравнению с биотой предыдущего эона – криптозоя, их положение в различных отложениях гораздо легче сопоставлялось с геологическими событиями. Однако, большая изученность фанерозойского органического мира вовсе не означает его большего влияния на эволюцию Земли по сравнению с биотой криптозоя. Напротив, наиболее крупное событие в геологической истории Земли, связанное с жизнедеятельностью организмов, произошло именно под влиянием криптозойского органического мира. Речь идет о так называемой «кислородной катастрофе» - качественном изменении газового состава земной атмосферы под влиянием фотосинтезирующих организмов, произошедшем на рубеже архейской и протерозойской эр (около 2,4 млрд. лет назад). Явившись результатом взаимодействия комплекса биогенных (выделение кислорода при фотосинтезе) и абиогенных (снижение вулканической активности, изменение химического состава извергаемых пород) факторов, кислородная катастрофа привела к появлению в земной атмосфере свободного кислорода и изменению характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Это в корне изменило геохимическую обстановку на поверхности планеты: в земной коре протерозоя и последующих эпох стали преобладать оксиды. Помимо этого, появление свободного кислорода в атмосфере привело к окислению содержащегося в ней метана и, соответственно, снижению интенсивности «парникового эффекта». Результатом этого стало первое и самое длительное из известных в настоящее время оледенений Земли – Гуронское, продолжавшееся около 300 млн. лет. Кроме того, появление свободного кислорода в атмосфере привело и к образованию озонового экрана, способствовавшего перемещению жизни сначала на мелководья морей и океанов, а затем (уже в фанерозое) и на сушу. Также кислородная катастрофа коренным образом изменила и биосферу, «вывернув ее наизнанку», т.е. сделав аэробные организмы, существовавшие ранее в изолированных «кислородных карманах» господствующими в биосфере, а анаэробные, наоборот, заперев в изолированных нишах.
Однако, не следует преуменьшать или недооценивать уровень и воздействия организмов на земную эволюцию (особенно на развитие ландшафтной сферы) в фанерозое. И здесь роль биоты в эволюции земной поверхности наиболее заметной была на суше. Заселив безжизненную до начала силурийского периода сушу, живые организмы резко изменили массо- и энергообмен, как на ней, так и на земной поверхности в целом. При этом изменялись не только количественные соотношения поступающих и уходящих объемов вещества и энергии, трансформировалась сама система обратных связей в ландшафтах. Влияние биотического компонента в фанерозое на систему обратных связей в ландшафтной сфере иллюстрирует рисунок 1 – схема взаимодействия растительности с компонентами абиотической среды. В ней знаком «+» обозначены положительные обратные связи, знаком «-» - отрицательные обратные связи.
Рисунок 1. Схема основных связей растительного покрова Земли с абиотической средой
С выходом жизни на сушу, а затем в воздух, границы географической оболочки и биосферы фактически совпали. Это изменило всю систему вещественно-энергетических связей в ландшафтах. Стали формироваться характерные для различных ландшафтов суши биогеоценозы, с которыми связывались определенные типы геохимических процессов, биологического выветривания и, наоборот, биологической консервации рельефа, формирования почв и т.д. Развитие биогеоценозов на суше стало и фактором повышения устойчивости Земли во внешних взаимодействиях, прежде всего в системе солнечно-земных связей, прежде всего, за счет изменения альбедо покрытой растительностью участков. Кроме того, возрастание растительной биомассы суши способствовало увеличению содержания кислорода в атмосфере и, как следствие, росту биомассы Земли в целом. Также с выходом на сушу растений и животных коренным образом изменились условия образования терригенных осадков. Их значительную часть стали составлять органогенные осадки: угли и углеводороды. При этом в них концентрировался углекислый газ, находящийся в атмосфере, что снижало величина парникового эффекта. Фактически терморегуляция земной поверхности стала в большей мере связываться с альбедо, чем с задержанием в атмосфере длинноволнового излучения парниковыми газами.
Выход жизни на сушу существенно ускорил и эволюцию живых организмов, как растительных, так и животных. Появились новые типы и классы живых организмов. Основными факторами ускорения эволюционных процессов на суше стали непостоянство наличия воды (необходимой для поддержания жизни), более интенсивные суточные и годовые колебания температуры по сравнению с океаном, более сложное перемещение в пространстве по сравнению с водными объектами. Именно ускоренной эволюции на суше земная биота обязана появлению сосудистых растений, большинства классов позвоночных и беспозвоночных животных, вторичному возвращению ряда видов в водную среду, где они составили конкуренцию ранее возникшим. Фактически эволюция на суше создала условия для перехода фанерозойской биоты в состояние, позволившее ей адаптироваться ко всем изменениям природной среды на поверхности планеты, вызванным, как внешними факторами, так и эндогенными процессами. Несмотря на произошедшие в течение фанерозоя изменения рельефа, существенные колебания климата и газового состава атмосферы, вызванные различными причинами, а также вызванные ими вымирания, жизнь на Земле не только не исчезла, но и достаточно быстро по геологическим меркам восстанавливалась, занимая все освободившиеся экологические ниши. При этом, организмы, заселяющие их, как правило, являлись более сложными и совершенными, чем те, которые исчезали во время вымираний. Хорошая приспосабливаемость живых организмов и их сообществ к изменяющимся условиям сделала биологический фактор в фанерозое одним из ведущих в ландшафтообразовании и регуляции круговоротов химических элементов на земной поверхности. Более того, круговорот ряда элементов (например, азота) без биологического звена замедлялся по скорости и снижался по интенсивности многократно.
Биологическая эволюция на суше увенчалась происхождением человека, единственного на сегодняшний день разумного вида на Земле, активно преобразующего географическую оболочку планеты в целом под свои интересы. Появление человека многократно ускорило и изменило круговороты веществ, привело к созданию большого количества объектов, не существующих в природной среде. Огромные территории к настоящему времени заняты природно-антропогенными и техногенными ландшафтами, которые не могут существовать без участия человека. Фактически, воздействие человека на ландшафты Земли, принявшее в последние столетия геологические масштабы, дало основание В.И. Вернадскому говорить в начале XX века о трансформации биосферы в ноосферу7. Однако, влияние человека, как разумного биологического вида, с которым связана социальная форма движения материи, является в большей мере отдельным фактором эволюции Земли.