Эволюция биосферы проходила под воздействием двух основных факторов — естественных геологических и климатических изменений на планете, а также изменения количества и состава живых организмов в процессе биологической эволюции. На настоящем этапе к этим факторам добавляется третий фактор — деятельность человеческого общества (антропогенный).
Эволюция биосферы подразделяется на три этапа: образование биосферы, эволюция организмов, появление человека. Первый и второй этапы эволюции биосферы проходили исключительно по биологическим закономерностям, и поэтому они называются этапом биогенеза. Так как третий период связан с возникновением и развитием человеческого общества, он носит название ноогенеза.
см. также: Биохимическая эволюция
см. Атмосфера Земли#История образования атмосферы
Образование биосферы происходило одновременно с появлением живых организмов на Земле. Эволюция живых организмов шла параллельно с изменением биосферы. Первые живые организмы были одноклеточными гетеротрофными, анаэробными прокариотами. Эти организмы накапливали энергию в основном в результате процессов гликолиза и брожения. В первичной биосфере было мало органических веществ, и гетеротрофные прокариоты не могли быстро размножаться. В результате естественного отбора возникли аутотрофные организмы, способные самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических — первые хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии и сине-зелёные водоросли.
Первые фотосинтезирующие организмы, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, изменили состав атмосферы.
В результате содержание углекислого газа в атмосфере уменьшалось, а содержание кислорода все больше увеличивалось. В верхних слоях атмосферы на высоте 15-25 км под воздействием электрохимических процессов кислород образовал озоновый экран, который защищал живые организмы на Земле от губительного воздействия ультрафиолетовых солнечных и космических лучей. В этих условиях происходило дальнейшее увеличение численности живых организмов на поверхности морей.
см. Происхождение многоклеточных, Эволюция многоклеточных
Увеличение свободного кислорода в атмосфере обусловило появление на поверхности Земли организмов, приспособленных к аэробному дыханию кислородом, и многоклеточных существ.
Озоновый экран дал возможность живым организмам выйти из воды на сушу и распространиться по ней. Предполагается, что первые многоклеточные организмы появились в период, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 3%, — в начале кембрийского периода, примерно 500 млн лет назад.
Фотосинтезирующие организмы, обитающие в морях, вырабатывали избыточное количество кислорода, что привело к интенсивному развитию аэробных организмов. Вследствие расщепления веществ в процессе аэробного дыхания выделялось большое количество энергии, а большой запас энергии создавал возможности для ещё большего усложнения организмов.
Организмы завоевали различные среды обитания и широко распространились. В палеозойской эре жизнь имела широкое распространение не только в водной среде, она выходила также на сушу. Интенсивное развитие зелёных растений способствовало дальнейшему обогащению атмосферы кислородом и большему усложнению организмов.
В середине палеозойской эры установилось равновесие между образованием и расходом кислорода, содержание его в атмосфере достигло 20%, и это равновесие сохраняется и поныне.
В результате уравновешивания деятельности автотрофов, гетеротрофов и редуцентов, участвующих в круговороте веществ, в биосфере сформировалось состояние гомеостаза (постоянство, устойчивость). Появление человека привело к образованию очень мощного в истории биосферы фактора, который по степени своего воздействия приравнивался к крупным геологическим процессам. Этот фактор (человеческая деятельность) становился причиной нарушения гомеостатического состояния биосферы.
С появления человеческого общества в эволюции биосферы начался этап ноогенеза. На этом этапе эволюция биосферы продолжается под влиянием сознательной трудовой деятельности человека.
Сознательная деятельность человека в пределах биосферы способствовала теперь превращению её в ноосферу. Материал с сайта http://wikiwhat.ru
Понятие «ноосфера» было впервые введено в науку в 1927 году французским геологом Э. Леруа (от греч. noos — разум + sphaira — шар). В. И. Вернадский истолковывал ноосферу как биосферу, изменённую под влиянием труда и разумной деятельности человека.
Человек должен правильно понимать закономерности эволюции биосферы и исходя из этого разумно регулировать её экологическое развитие. Другими словами, своей трудовой деятельностью человек не должен нарушать закономерности эволюции биосферы.
Ноогеника — это наука, которая занимается разработкой мероприятий по предупреждению экологического кризиса в условиях беспрерывного научно-технического прогресса. Она сформировалась в середине XX в. Основной задачей этой науки является восстановление нарушенных взаимоотношений между человеком и природой, обусловленных техническим прогрессом.
Ноогеника должна не только выполнять охранные функции, но и разрабатывать меры по расширению многообразия жизненных форм на Земле, созданию новых видов микроорганизмов, растений и животных.
Не нужно стремиться к установлению постоянного равновесия между человеком и природой. Это и невозможно. Мы должны научиться осознанно управлять эволюцией биосферы, главной составной частью которой является человеческое общество.
см. Экологическая проблема
На этой странице материал по темам: 
Вопросы к этой статье: wikiwhat.ru
Заключение.
Новая эволюция биосферы
Эволюционные процессы могут рассматриваться на разных уровнях организации живого. Биологическая эволюция началась около 3.5 млрд. лет назад, в то время возникла и биосфера – целостная система надорганизменного уровня, «стремящаяся» поддерживать относительный планетарный гомеостазис. Возникновение биосферы сопряжено с появлением систем генетической памяти, а ее эволюция
– с ростом потребления ресурсов среды и энергии (разделы I – VII и Левченко, 1993; Levchenko, 1999, 2001). Кроме систем генетической памяти, накапливающих и сохраняющих биовыживательный опыт, можно говорить также о существовании «памяти среды», то есть долговременных и необратимых изменениях на планете, которые вызваны жизнью в сочетании с геологическими и астрофизическими процессами. Такая память существовала еще на этапе предбиологической эволюции, и это, видимо, было одним из необходимых факторов способствовавших происхождению известных нам форм жизни. Возникновение языка у первобытного человека привело к изобретению новых способов накопления и передачи биовыживательного опыта посредством «мемов» – единиц культурной трансмиссии. Информационный обмен из преимущественно генетического «вертикального» (между поколениями) стал осуществляться еще и «горизонтально». В итоге, с появлением человека наступил новый − информационнотехнический− этап сверхбыстрой эволюции биосферы (разделы IX
и X).
Упомянутые этапы планетарной эволюции хорошо согласуются с представлениями В.И.Вернадского (1989) о различных типах факторов, изменяющих условия на планете и о сферах их действия. Если до возникновения жизни на Земле достаточно было рассматривать, главным образом, процессы в геосферах (атмосфере, гидросфере, коре…), то в дальнейшем стало необходимо обсуждать условия на планете, говоря не только о геосферах, но и о биосфере, то есть, сфере, в которой идут биологические процессы, влияющие на планетарную эволюцию. После появления человека все большее влияние на эволюцию планеты начала оказывать хозяйственная и техническая деятельность людей, так или иначе связанная с мышлением; в связи с этим было введено представление оноосфере (от греческого noos – разум). Ноосфера – это сфера планетарных процессов, обусловленных разумной активностью людей. Слово
«разум» понимается при этом в контексте общечеловеческой культуры, как способность не только к рассудочному и рациональному, но и творческому мышлению. Стоит отметить, что В.И.Вернадский, оставаясь естественником, не предполагал, что ноосфера на всех этапах своего развития обязательно способствует улучшению условий жизни людей (Левченко, 2003а). Что же касается соотнесения данного понятия с теми или иными моральноэтическими и политическими системами, то здесь он иногда высказывал довольно противоречивые суждения (см. Вернадский, 1989). В любом случае и вопреки расхожим представлениям, ноосфера В.И.Вернадского – это вовсе не более ранняя версия «соляриса» С.Лема (1993). Стоит также отметить, что нет однозначной связи между ноосферной и техносферной эволюциями (последняя – это только одна из теоретически возможных эволюционных линий).
Новейшую планетарную эволюцию уже нельзя обсуждать в рамках терминологии, используемой в геофизике, астрофизике и биологии, необходимо вводить новые понятия. Например, в современной биологии подспудно подразумевается, что каждой видовой популяции можно сопоставить конкретную экологическую нишу. Однако в случае человека это правило нарушается, поскольку различные субпопуляции людей, обладающие разными навыками и способами выживания, имеют неодинаковые ниши и выполняют различные функции в тех экосистемах, в жизнедеятельности которых участвуют. Это значит, что следует говорить о разных этно-видахиэтно-популяцияхв случае субпопуляций людей, принадлежащих разным культурам (слово культура понимается при этом в этнографическом контексте, как комплекс ментальных и материальных средств самосохраненияэтно-популяции).Одни культуры являются традиционно вписывающимися в этноэкосистемы и тогда соответствующиеэтно-популяцииучаствуют во внутренне уравновешенном функционированииэтно-экосистемтаким же образом, как популяции обычных биологических видов. Другие культуры преобразуют среду обитания. Понятно, что при этом изменения среды и, в конечном итоге, планетарная эволюция зависят от того, какие мировоззрения явно или подспудно оказывают влияние на поведение людей (раздел IX и Levchenko, 2003).
Существуют аналогии между процессами эволюции экосистем и этно-экосистем.В частности, межкультуральный информационный обмен приводит к процессам, подобным интродукционным в обычных экосистемах. Сменакультурно-социальныхпарадигм, например, вследствие тех или иныхнаучно-технических
достижений, тоже может приводить к чрезвычайно быстрым изменениям этно-экосистем,во многом похожим на диверсификационные процессы эволюции экосистем. Значительную роль при этом играют как механизмы регуляции биоразнообразия, так, видимо, подобные им в некоторых чертах механизмы регуляцииэтно-разнообразия.Можно предположить, что для успешного существования современной биосферы и сохранения естественного биоразнообразия необходим некий оптимальный уровень этноразнообразия вписывающихся культур (раздел IX и Таксами,
Левченко и др., 2003; Levchenko, 2003).
Современный человек использует для труда различные приспособления, живет в искусственной среде (одежды, жилища), а для сохранения культурного опыта пользуется внешними по отношению к мозгу средствами, например, книгами, различными библиотеками. Это позволяет говорить о том, что современный человек уже перестал быть Homo sapiens, а давно превратился вHomo machinalis. Для этой формы характерен специфический симбиоз с искусственными и специально изготавливаемыми приспособлениями, позволяющий существовать в самых разных экологических лицензиях. Передаче опыта между индивидуумами способствует при этом чрезвычайно интенсивный горизонтальный информационный обмен, основанный на использовании языковых средств, в первую очередь, речи и письменности (раздел IX).
Приспособления и машины, которые когда-топомогли человеку выжить, распространиться по планете, а также достигнуть высот знания и человеческой культуры, оказались сейчас, образно говоря, у власти, поскольку они, пользуясь экономическими средствами, эксплуатируют человеческий интеллект, а для своего существования и развития требуют использования все большего количества невозобновляемых ресурсов среды. Это, в частности, отражается в том, что наиболее успешные в современном мире государства, по сутисуб-популяциилюдей, принадлежащих к новейшим технократическим культурам, являются не вписывающимися в окружающую среду, а преобразуют ее, разрушая естественную природную среду планеты и уничтожая популяции иных видов. В сущности, новейшие технократические культуры способствует переходу от биосферы ктехносфере − технически контролируемой планетарной жизни с весьма ограниченной ролью самого человека (своего рода, «матрице»).
То, что машины и приспособления начали играть в жизни людей все большую и большую роль, иногда полностью изменяя их образ жизни, остро чувствовали многие философы и художники еще в
начале ХХ века. Эпоха восхищения «веком пара и электричества» кончилась, научно-техническийпрогресс начал открываться со своей темной стороны. В 1922 году Максимилиан Волошин (1997) в стихотворении «Машина» писал:
…
Как ученик волшебника, призвавший стихийных демонов, Не мог замкнуть разверстых ими хлябей
Ибыл затоплен с домом и селеньем, −
Так человек не в силах удержать Неистовства машины…
…
Машина победила человека:
Был нужен раб, чтоб вытирать ей пот, Чтоб умащать промежности елеем, Кормить углем и принимать помет.
Истали ей тогда необходимы: Кишащий сгусток мускулов и воль, Воспитанных в голодной дисциплине,
Ижадный хам, продешевивший дух За радости комфорта и мещанства.
…
Но не единой мысли человека Не проскользнет по чутким проводам.
…
Инищий с оскопленною душою,
С охолощенным мозгом торжествует…
…
Не правда ли, эти строки звучат сейчас, наверное, даже более актуально, нежели тогда, когда были написаны? К концу XX-говека основные тенденции происходящего стали проявляться особенно отчетливо.
Машины не только создали и постоянно увеличивают огромную армию тех, кто их обслуживает, но в ряде аспектов все больше замещают человека и, в итоге, принципиальным образом изменяют образ жизни людей, отчуждая их от естественной природы и привычной среды. Стоимость традиционного производительного труда (например, сельскохозяйственного) неуклонно снижается, поскольку использование техники позволяет одному работающему прокормить уже десяток других, не производящих материальных ценностей людей, а это способствует росту народонаселения (Забелин, 1998). Не до конца еще понятым, но, видимо, опасным для мировой экономики последствием такого положения дел является, в частности, то, что деньги изменяют свой исходный смысл, так как их цена во все меньшей степени оказываются связанной с
количеством человеческого труда, вложенного в производство той или иной услуги или товара. В условиях усиливающейся глобализации выбор отдельным человеком наиболее устраивающего его вида трудовой деятельности становится роскошью. Вопреки ожиданиям, человек не стал свободнее и вместо того, чтобы хотя бы иногда быть творцом (а не такое ли «богоподобие» является имманентной потребностью любого человека?), он оказывается либо порабощенным огромным механизмом техно-социума,либо отторгнутым им.
Несмотря на множество международных программ, неравенство между людьми в мировом масштабе возрастает, причем исправить это в рамках сложившихся на сегодняшний день тенденций уже нет возможности, поскольку имеющихся ресурсов планеты недостаточно для того, чтобы поднять уровень жизни всего населения планеты до уровня развитых стран. Существующих сырьевых и энергетических ресурсов реально может хватить лишь для поддержания достигнутого уровня жизни примерно одного, по терминологии Римского клуба, так называемого «золотого миллиарда» населения планеты (в основном, жителей богатых стран). Налицо – перенаселение планеты. Возрастает загрязнение среды, происходит глобальное потепление, стремительно нарастают иные негативные экологические последствия человеческой деятельности. Политическая значимость международных организаций и институтов снижается, поскольку они не способны что-либорадикально изменить. Все это указывает на общий, системный кризис всей современной цивилизации, включающий в себя энергетический, экологический, финансовый, политический, мировоззренческий и общекультурный кризисы, как в отдельных странах, так и во всем мире. По оценкам специалистов разных областей большинство негативных тенденций этого общемирового цивилизационного кризиса достигнет апогея уже вблизи 2015 года или немного позднее; при этом значительно возрастет вероятность глобальных военных конфликтов (см. Забелин, 1998).
Конечно, не машины виноваты в том, что происходит. Они, будучи жертвой самоуверенной веры человека в безграничные возможности своего рассудка (хотя обычно и ссылаются на разум!), лишь слепо удовлетворяют людские страсти. Симбиоз человека с машиной оказался обоюдоострым: чем большим люди пытаются владеть и пользоваться, тем большее им приходится отдавать для удержания этой власти. Овладевание не приносит желанного облегчения, что прекрасно иллюстрирует буддистский тезис о том, что освобождение следует искать не снаружи, а внутри человека. Не машина – порождение рационального мышления – победила его, а
человек потерял целостность (Юнг, 1996) и оказался во власти собственных иллюзий, доверив свою судьбу «здравому смыслу» и рассудку. Однако, рассудок – это тоже машина, которая позволяет рассчитывать, однако не способна быть архитектором бытия.
Чтобы быть зодчим своего бытия современному человеку важно осознать, что в нем подавлено, что его терзает, и чего же он хочет. Тогда он сможет вернуть главенство над техническими средствами и распоряжаться своим будущим. Но для этого необходима смена культурных парадигм и духовная эволюция в направлении Homo nobilis − человека благородного (Левченко, 2002а). Такого, неудовлетворенность которого смещена из материальной сферы в область ментального. Того, кто, несмотря на грамотность, не оказался слугой примитивных желаний, как простое животное. Такого, кто способен поражаться таинственности и влюбляться в «совершенно иное», им неконтролируемое, например, природу, космос, не желая ими овладеть (Отто Рудольф – см. Борейко, 2001). Не части, противопоставляющей себя целому, не завоевателя природы, а ее покровителя и друга.
Новейшая эпоха характеризуется тем, что планетарная эволюция зависит от мировоззрения и психологии людей. Все говорит о том, что особенности Homo machinalis таковы, что эта форма не способна вписаться в современную биосферу, и, следовательно, она исчерпала свой адаптивный и эволюционный потенциал. Поскольку без биосферы эта форма существовать не может, она должна сойти со сцены.
В философском плане все это означает, что одномерные представления о прогрессе, как непрерывном росте потребления благ и повышении уровня использования сложных технических приспособлений с целью создания все более искусственной и, якобы, обязательно улучшенной среды несовершенны. Они должны быть изменены на представления о мультикультурном духовном, эмоциональном и интеллектуальном развитии по множеству направлений. Атавистические понятия об успешности, как материальном обладании, происходящие от стайной морали предков человека, тоже, очевидно, требуют пересмотра (Левченко, 2002а,б), а экономика – реструктуризации. Движение в этом направлении изменит потенциальные и реализованные ниши «культурных мутантов» из среды Homo machinalis и приблизит их к нишамHomo nobilis. Информационные сети носителей новой культуры породят в недрах старого мира свои материальные структуры; есть надежда, что после этого возникнет принципиально иная цивилизация.
В противном же случае придется согласиться с тем, что современный человек − это промежуточная эволюционная форма, роль которой в природе заключается в обслуживании техносферы на ее ранних этапах развития, в то время как на более поздних (вероятно, даже небиологических) он может оказаться вообще не нужным и вредным. Хотим ли мы такого исхода? Если нет, то тогда мы обязаны объявить, что цена свободы человека и его творческого разума много больше, чем плата за удобства, а свобода проявления воли – и есть необходимый атрибут гармонии. Великий инквизитор Федора Достоевского противоречил сам себе, полагая, что гармония− это некий статический мир, а не постоянно ускользающая цель. «Вся моя жизнь была обжигающим заблуждением, но одно я нашла, одним я владела на деле: дорогой в страну, которой нет» – писала в Райволе (Рощино Ленинградской обл.) в начале XX века умирающая Эдит Сёдергран. (Поэзия Финляндии, 1980, с. 81).
Пожалуй, наиболее последовательными в своих рассуждениях о свободе были представители экзистенциализма. Только «осуществление свободы» − экзистенция − является с их точки зрения «истинной жизнью». Механистическое же существование в мире действительных или мнимых необходимостей рассматривается как полностью «роботическое», когда грани между жизнью и нежизнью почти стираются. Стоит лишь немного отвлечься от борьбы за выживание и поддержание социального статуса себя и своих близких, как сразу же на первый план выступает перманентная скука пустого бытия, а вместе с ней – потребность вновь ощутить реальность собственного существования (Камю, 1998; Сартр, 1994). Без сомнения, экзистенциальная составляющая человека важна и представляет собой, скорее всего, самую главную угрозу технократическомуустойчивому развитию по направлению к «светлому будущему», где все заранее просчитано и каждому отведено свое место. Нет только места для жизни как таковой, и хочется спросить: «тварь я ничтожная или право имею?» Если мы хотим оставаться людьми, а не превратиться в домашних животных на ферме техносферы, растворенными в виртуальных реальностях телевизора, то это означает, что пора ставить вопрос о защите «дикой природы» в человеке, его биологического. Иначе говоря, не все животное в человеке требует уничтожения во имя некоей «высшей» стерильной морали. Другое дело, что инстинкты могут и должны быть облагорожены (Левченко, 2003б)…
Полностью однородное человечество вряд ли возможно, несмотря даже на тотальный информационный обмен между его частями. У человека все равно остается стремление к индивидуальности и,
сопряженное с этим стремление к свободе, и когда он однажды осознает несвободу, он обязательно становится бунтарем (Ошо, 2001). Когда миллионам, посвятившим свою жизнь машине, станет однажды мучительно больно за бесцельно прожитые годы, возможно, они найдут нового господина. Какого?
Благодарности
В заключение я бы хотел выразить самую глубокую благодарность моим учителям В.В.Меншуткину и Я.И.Старобогатову, давшим мне знания, ощущение научной свободы и веру в науку как в деятельность, неотделимую от иных проявлений человеческого духа.
Ятакже чрезвычайно признателен нашему Институту и моим друзьям и коллегам, с которыми я обсуждал разные аспекты данного исследования, за ценные замечания и поддержку. Среди них не могу не отметить особо Д.А.Варшаловича (ЛФТИ), В.Г.Иванова (каф. философии АН СССР), Э.И.Колчинского (ЛО ИИЕТ), В.В.Гальцову (ЗИН), А.М.Молчанова (ВЦ АН), А.С.Раутиана (ПИН), Л.Н.Серавина (СПбГУ), В.Е.Харциева (ЛФТИ), В.В.Хлебовича (ЗИН), художника З.Бабаева, Н.П.Веселкина (ИЭФБ), а также моих ближайших коллег, почти со всеми из которых у меня есть совместные работы: М.В.Быховскую (США), Н.А.Васильеву, Е.В.Воробьеву, О.Н.Воробьеву (Германия), З.М.Гришман, А.Э.Дитятева (Германия), И.И.Евдокимова, К.В.Есина (Италия), А.Б.Казанского, Т.И.Казанцеву, А.С.Карпова, Н.М.Пинчук (США), А.В.Преснякова, Г.А.Савостьянова, Д.А.Славинского, О.А.Снеткову, А.В.Спирова (США), В.К.Фомина, Д.И.Фришмана (Германия), С.В.Чебанова, С.А.Черникову, а также тех, кто проявлял интерес к моим работам и с кем я вел дискуссии, в
том числе и по электронной почте: Jerry Chandler (President of Washington Evolution Systems Society, USA), Daniel Dubois (President of CHAOS, University of Liege, Belgium), Juan J. Merelo (University of Granada, Spain) и William Silvert (Bedford Institute of Oceanography, Nova Scotia, Canada).
Яне могу не вспомнить и не отдать должное тем замечательным людям, с которыми я имел счастье быть знакомым, но которых уже нет в живых. Они оказали огромное влияние на мое становление как ученого, а также на развитие моих взглядов: Т.А.Платонова (ЗИН), М.В.Волькенштейн (ИМБ), Ф.Г.Грибакин (ИЭФБ), Л.Э.Гуревич (ЛФТИ), В.В.Жерихин (ПИН), Е.А.Каймаков (ЛФТИ), С.С.Косов (ИЭФБ), А.Л.Поленов (ИЭФБ), David Rindos (University of Pert, West-Australia).
Спасибо моим ближайшим родственникам за помощь и терпение: моей матери Я.В.Левченко, моим детям М.В.Левченко и В.В.Левченко, а также А.Т.Маркевич, С.В.Маркевич, Т.Е.Левченко и Е.Б.Полагаевой.
Литература
Аблаев А.Г., Васильев И.В. К вопросу о так называемых экологических кризисах // Палеонтология и эволюция биосферы. Л., 1983. С. 56-61.
Абросов Н.С., Ковров Б.Г., Черепанов О.А. Экологические механизмы сосуществования и видовой регуляции. Новосибирск, 1982. 301 c.
Алимов А.Ф, Левченко В.Ф., Старобогатов Я.И.. Биоразнообразие, его охрана и мониторинг // Мониторинг биоразнообразия. РАН, М., 1997, c. 16-24.
Антомонов Ю.Г. Моделирование биологических систем. Киев, 1977. 260 c.
Багдасаров Ю.А. Галактическая цикличность геологических процессов //
Природа. 1981. № 8. С. 57-59.
Бауэр Э. Теоретическая биология. М.; Л., 1935. 206 c. Новое издание: СПб, изд. «Росток», 2002. 352 c.
Бгатов В.И. История кислорода земной атмосферы. М., «Недра», 1985. 87 c.
Беклемишев В.И. Об общих принципах организации жизни // Бюл. МОИП,.
Отд. биол. 1964. Т. 69, вып. 2. С. 22-38.
Беклемишев В.И. Организм и сообщество // Биологические основы сравнительной паразитологии. М., 1970. С. 26-42.
Белянин В.П. Введение в психолингвистику. М., изд. «ЧеРо», 2001. 126 c.
Большая советская энциклопедия. 1970-1978.
Борейко В.Е. Современная идея дикой природы. Киевский эколого-культурныйцентр, 2001. 124 с.
Броди Р. Психические вирусы. М., «Центр психологической культуры», 2001. 192 c.
Будыко М.И. Глобальная экология. М., «Мысль», 1977. 328 c.
Будыко М.И. Изменения окружающей среды и смены последовательности фаун. Л.: Гидрометеоиздат. 1982. 78 с.
Будыко М.И. Эволюция биосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1984. 488 c.
Вейль П. Популярная океанология. Л., Гидрометеоиздат, 1979. 503 c.
Вернадский В.И. Эволюция видов и живое вещество // Природа. 1928, № 3. С. 227-250.
Вернадский В.И. Биосфера // Избр. соч. М., 1960. Т. 5.
studfiles.net
I. Панбиосферная парадигма
и парадигма автоканализирования эволюции
1. Причины канализирования эволюционного процесса. Авторегулируемая эволюция и парадигма автоканализирования
Под факторами, канализирующими биологические процессы, обычно подразумеваются те или иные ограничения, наложенные на развитие или эволюцию биологической системы. Можно сказать иначе: ограничения сужают число вариантов, поле возможных изменений вдоль всей эволюционной траектории, и последняя оказывается как бы заключенной внутри некоего канала или «трубы». Соответственно, эволюционные или онтогенетические траектории за пределами данного канала не могут быть реализованы.
Причиной канализирования может быть то, что некоторые из направлений эволюции запрещены предшествующим развитием системы, «памятью» системы. Например, вероятность того, что в результате мутаций произойдет «перескок» от одноконтурной системы кровообращения к двухконтурной исчезающе мала: слишком много одновременных и принципиальных изменений в строении и физиологии организмов, а также, разумеется, в их генетике для этого требуется. Это означает, что для такого рода эволюционных изменений существуют морфофункциональные и морфогенетические ограничения. В других случаях можно говорить о том, что канализирующие факторы создает локальная окружающая среда. Наконец, общие законы природы (в первую очередь− физические) тоже создают важнейшие канализирующие факторы. Например, ни один организм даже в критической для выживания ситуации не способен нарушить закон сохранения энергии и черпать ее из неоткуда. Суммируя, можно сказать, что существует некоторый «эпигенетический ландшафт» (Шишкин, 1988) с различными типами канализирующих влияний. В этом контексте эволюционная стабильность означает частный, хотя и очень важный случай канализирования, когда ограничения (к примеру, морфогенетические) столь существенны, что изменения по большинству параметров невозможны, а те, которые все же возможны, нейтральны в плане влияния на взаимодействие системы со средой.
Таким образом, канализирование в эволюции связано с существованием, образно говоря, «эволюционных труб», запрещающих выход за пределы их стенок. Главный вопрос при этом звучит следующим образом: что (или кто) строит эти трубы в процессе эволюции?
С точки зрения традиционного предетерминистического подхода ответить на этот вопрос проще всего так: законы природы определяют эти трубы. Однако такой ответ мало что объясняет. К тому же при этом не учитывается, что сам эволюционирующий объект, в данном контексте − биосистема, может влиять на среду, менять ее свойства и тем самым до определенной степени менять внешние канализирующие факторы. В последнем случае биосистема выступает одновременно и как творец среды, и как ее обитатель, и, соответственно, как заинтересованный и не независимый наблюдатель (в контексте, используемом в квантовой механике). Рассмотрение такого рода обратных связей через среду приводят к идее об автоили самоканализировании эволюции живого.
Остановимся на этом немного подробнее. Большинство из предлагаемых эволюционных теорий в явной или неявной форме используют один из двух главных постулатов: эволюция жизни на планете (или эволюция всей биосферы) происходит либо вследствие внешних, либо внутренних причин (Киселев, Попов, 2003). Различные факторы, канализирующие эволюционный процесс, могут обсуждаться в обоих случаях. Однако чаще всего общие гипотезы, объясняющие появление этих факторов и их изменение во времени, неполны, поскольку факторы среды, внешней по отношению к организмам, рассматриваются при этом либо как не зависящие от процесса жизни (например, гипотеза автоэволюции Лима де Фариа (1991), которая является, по сути, современной интерпретацией идей о предустановленной гармонии на организменном уровне), либо как зависящие от жизни, но не закономерным, а каким-тослучайным образом. Иллюстрацией последних взглядов являются, в частности, всевозможные рассуждения на тему, как на том или ином этапе истории Земли, жизни на планете «повезло», поскольку случайно возникли факторы и организмы, изменившие условия на планете «в лучшую сторону», например, появились цианобактерии, создавшие кислородную атмосферу. Под случайным везением при этом подразумевается не просто появление конкретных видов цианобактерий (видовая реализация которых и в самом деле была до определенной степени случайна), а сам факт изменения условий на планете в сторону более подходящих для развитой жизни. В этом плане исключением являлся В.И.Вернадский (1928, 1960, 1989), который рассматривал
жизнь как важнейший и постоянный геологический фактор, однако его концепции касались причин смены планетарных условий и развития биосферы в целом, а не теории биологической эволюции и поэтому его идеи не нашли достаточного отклика в среде биологов.
Здесь предлагается обобщающий подход − парадигма автоканализирования − (Левченко, 1993а; Левченко,
Старобогатов, 1994, 1995б), которая связана с предложенной одновременно гипотезой авторегулируемой эволюции. Данные воззрения созвучны с идеями У. Матураны и Ф. Варелы (Капра, 2002; Maturana, Varela, 1980; Varela, 1981) обавтопоэзисе
(autopoiesis), понимаемом как «самосозидание» в самом широком смысле, оно касается именно биосферной и биологической эволюции (Казанский, 2003).
В соответствии с предлагаемым подходом, жизнь на планете по возможности «старается» управлять собственной эволюцией, причем в первую очередь таким образом, чтобы обеспечить свое выживание, иначе говоря, − самосохранение. Можно сказать и более определенно: именно «стремление» биосферы к самосохранению (см. раздел VIII про «Демон жизни») является одной из важнейших причин ее эволюции; биосфера как бы вынуждена «заниматься» биологической эволюцией для того, чтобы существовать. В число факторов, канализирующих биологическую эволюцию, включена среда, которая непостоянна и зависит как от эволюции всей системы биосферы, так и от эволюционных изменений организмов, эту систему составляющих (Вернадский, 1928, 1960; Жерихин, 1987; Жерихин, Расницын, 1980; Завадский, Колчинский, 1977; Казанский, 2003; Колчинский, 1990; Моисеев, 1987; Пономаренко, 1980; Расницын, 1987; Cracraft, 1982). Важно подчеркнуть, что явления авторегуляции эволюции (так же, как и авторегуляции онтогенеза) могут происходить в системах различного уровня биосферной иерархии жизни, однако именно в случае биосферы степень автономии системы от внешней среды максимально высока− система замкнутая,− и это облегчает изучение и обсуждение таких явлений. Здесь и ниже словосочетание «парадигма автоканализирования» будет использоваться в первую очередь по отношению к биосфере, причем в контексте того, что автоканализирование эволюционного процесса в течение всей истории жизни на планете вело, в конечном итоге, к возникновению на ней условий, подходящих для все более и более развитых форм жизни. Фактически, планетарная жизнь как целое вела себя в полном соответствии с «принципом Заратустры», высказанным в свое время Ф.Ницше (1990): все, что не уничтожает меня, лишь
придает мне новую силу. В разделе IV будет объяснено, каким образом функционирование, направленное на самосохранение биосистемы, может вести к ее эволюции или развитию.
Таким образом, анализируя биосферную эволюцию, мы обязаны принимать во внимание комбинацию двух главных типов канализирующих факторов: те, которые независимы от биосферы (законы природы, астрофизические и геологические факторы), и те, которые зависят от жизненных процессов, происходящих в биосфере. Это могут быть, например, трансформации газового состава атмосферы, связанные с этим изменения климата, почв и т. п. Последняя группа факторов во многом определяется особенностями живых организмов, формирующих биосферу, и, по сути, представляет собой «память» среды (Вернадский, 1928, 1960, 1989; Старобогатов, Левченко, 1993; Levchenko, 1994). Конечно,
такие влияния на планету со стороны живой материи могут казаться исключительно медленными, как, например, в случае появления кислородной атмосферы, которая коренным образом изменила условия и пути дальнейшей биологической эволюции. Но, тем не менее, влияние процессов, происходивших на ранних стадиях эволюции биосферы, на более поздние этапы ее эволюции прослеживаются достаточно ярко (см., например, Жерихин, 1987; Жерихин, Расницын, 1980; Завадский, Колчинский, 1977; Казанский, 2003; Пономаренко, 1980; Расницын, 1987). Примеры постепенного изменения атмосферы, климата, почв демонстрируют, что жизнь, постепенно подчиняя и организуя среду вокруг себя, расширяла сферу своего влияния на планету, вовлекала в свои процессы все большее количество неживого вещества и, тем самым, «оживляла» его (Вернадский, 1960; Уголев, 1990). Это иллюстрирует тезис о том, что, обсуждая развитие жизни на планете, следует рассматривать систему, составленную из двух подсистем, граница между которыми меняется: во-первых,это− биосфера,во-вторых− еще не затронутая жизнью «косная» среда
(Вернадский, 1928, 1960).
Эти же представления можно выразить и немного иначе: если мы принимаем, что биосфера может влиять на некоторые особенности локальных законов окружающей среды, если она, как любое живое, обладает некоторыми чертами случайного поведения, свободой выбора, то мы вынуждены признать, что именно сама жизнь на Земле создает вышеупомянутые эволюционные трубы, чтобы строить свое будущее. В отличие от отрешенного наблюдателя квантовой механики, своим присутствием лишь искажающего естественный процесс, жизнь выступает здесь как активный творец природы, ее законов в локальных областях планеты и себя самой.
Как ни удивительно, взгляды о творческом характере жизни уже не раз обсуждались в иной, ненаучной сфере. Например, по Ж.П.Сартру (1994), природа предоставляет живым существам свободу выбора поступков, более образно − «свободу воли», но именно это и не дает возможности говорить окакой-либораз и навсегда определенной сущности живого. Отсюда следует, что нельзя говорить о конечной цели процесса жизни; у нее имеется лишь императив непрерывного существования (раздел IX). Стоит отметить, что согласно философским взглядам Сартра, последовательно представленным в его книге «Бытие и небытие» (1943), под «истиной» жизнью, в отличие от нетворческого, механистического существования, подразумевается только так называемаяэкзистенция, понимаемая как осуществление свободы
(Камю, 1998; Сартр, 1994).
До сих пор речь шла, главным образом, о биосферных механизмах и об авторегуляции эволюционного процесса в планетарном масштабе. Однако имеются достаточно веские основания предполагать, что механизмы авторегуляции работают и на генетическом уровне. Речь идет о следующем тезисе: «мутации случаются там, где они нужны, и тогда, когда они нужны, а естественный отбор, таким образом, работает не со всей наследственной информацией, а лишь с небольшой рабочей ее частью…» (Левченко, 1993 а, с. 275). Такой вывод получен в результате анализа скоростей изменения ДНК в процессе эволюции. Можно показать, что известная скорость отбора случайных мутаций слишком мала для того, чтобы обеспечивать наблюдаемые эволюционные изменения генома; эта скорость достаточна только для такой ДНК, длина которой на несколько порядков короче, чем это есть в действительности. Однако, как раз примерно такую длину дает сумма всех наиболее мутабельных, так называемых «горячих точек» ДНК. Учитывая, что горячие точки соответствуют чаще всего перегруженным работой генам (во время трансляции не действуют механизмы репарации), нетрудно прийти к выводу об управлении средой процессов мутагенеза, по крайней мере, в случае одноклеточных механизмов (Левченко, 1993а). После 1993 года было опубликовано достаточное количество результатов различных исследований, подтверждающих эту гипотезу также и для многоклеточных организмов. Данный подход − это, конечно, не совсем ламаркизм, но и не чистый дарвинизм (хотя, стоит сказать в защиту Чарльза Дарвина, что сам он, в отличие от дарвинистов, вполне допускал существование некоторых наследственных механизмов в духе Ж. Б. Ламарка).
2. Панбиосферная парадигма
В вышеприведенных рассуждениях подспудно использовалось следующее предположение: живые существа, жизненные процессы, иначе говоря, сама жизнь не существуют вне биосферы. Нет никаких доказательств того, что биосфера, как система, исчезала и потом вновь появлялась когда-либоигде-либов прошлом (Вернадский, 1928, 1960, 1989; Колчинский, 1990; Тейяр де Шарден, 1987). Данное утверждение о панбиосферном характере жизни и ее эволюции называется здесьпанбиосферной парадигмой. Приняв ее, мы вынуждены признать, что эволюция жизни на нашей планете является не только эволюцией на организменном и экосистемном уровнях, но и на биосферном, причем происходит она под управлением автоканализационных механизмов. Отсюда следует, что в историческом аспекте естественный отбор должен рассматриваться как процесс, управляемый всей биосферой и отдельными, составляющими ее экосистемами. Из этого можно получить объяснение направленности биологической эволюции, появление все более сложных организмов (разделы V и VI). Отметим, что рассмотрение упомянутых вопросов удобно делать в терминахлицензионно-симбиотическоймодели, а именно как «стремление» к соответствию между реализованными экологическими нишами популяций и экологическими лицензиями экосистем (см. раздел III и Левченко, Старобогатов, 1986a, 1990).
Кроме того, панбиосферная парадигма подразумевает, что происхождение жизни на Земле − это, в первую очередь, происхождение первичной протобиосферы, но не отдельных организмов (см. раздел VII о гипотезе эмбриосферы).
II. Имитационные модели
Несмотря на значительный прогресс последних десятилетий XX века в компьютерной технике и методах программировании, изучению биологической эволюции методами имитационного моделирования в это время уделялось не слишком большое внимание (Дьюдни, 1986; Ковров, Косолапова, 1975, 1977, 1981; Левченко, Меншуткин, 1987, Левченко, Меншуткин и др., 1988; Ляпунов, Кулагина, 1966; Меншуткин, 1977; Меншуткин,
Ащепкова, 1988; Меншуткин, Левченко, 1988; Essin, Levchenko, 1995; Fink, 1986). Программисты обычно отдают предпочтение созданию сложных программ, предназначенных для решения прикладных и (или) коммерческих задач, но не «неблагодарной» области абстрактных, научных исследований и верификации гипотез. Недавно с коллегами мы начали разработку новой, сложной, имитационной программы для изучения эволюции биосферы на различных этапах, в которой учтены некоторые наши новые, не описанные здесь, разработки (Merelo, Levchenko at al., 1997; Spirov, 1996), а также новые идеи (Levchenko, 1999, 2001; Levchenko, Khartsiev, 2000). Однако эта программа еще отлаживается и пока рано обсуждать ее здесь. Поэтому в данном разделе рассматривается одна из версий уже созданной нами ранее и в определенном смысле «классической» имитационной программы, работа с которой помогла сформулировать некоторые из теоретических представлений, приведенных в этой книге (Левченко,
Меншуткин, 1987; Essin, Levchenko, 1995).
1. Имитационная модель эволюции MACROPHYLON
Первая версия рассматриваемой в этом разделе модели была создана совместно с В.В.Меншуткиным еще 1986 г. на языке Фортран для машины СМ-4(PDP-11)с учетом опыта и идей, реализованных некоторыми исследователями ранее (Ляпунов, Кулагина, 1966; Ковров, Косолапова, 1975, 1977, 1981; Меншуткин, Ащепкова, 1988). Модель была названа MACROPHYLON (Левченко, Меншуткин, 1987, 1988; Левченко, Меншуткин и др., 1988; Левченко, 1993а; Levchenko, 1993). В дальнейшем программа неоднократно усовершенствовалась и в конечном итоге была переписана К.Есиным на язык Си для работы в системе MS DOS IBM/PC. Программа доступна через Интернет на сервере http://www.evol.nw.ru/lew/macrophylon/macrophylon.htm и на
испанском сервере http://geneura.ugr.es/macrophylon, который посвящен проблемам так называемой "Artificial life" (Essin, Levchenko, 1995).
Далее будет рассматриваться одна из последних версий этой программы, которая представляет собой модернизацию более ранних версий (Левченко, Меншуткин, 1987; Левченко, 1993а). В эту версию были добавлены новые блоки, в частности, учтены экологические отношения типа хищник-жертва(Левченко, 1993а; Essin, Levchenko, 1995).
Модель была задумана для того, чтобы, варьируя ряд параметров, отражающих условия среды обитания, отслеживать динамику роста эволюционных деревьев, а также исследовать главные закономерности этого роста. Еще одна ее особенность заключается в том, что эта модель основывается на принципах дарвиновской эволюции, в ней задаются «правила игры» для отдельных популяций но при этом исследуются изменения не только на популяционном уровне, но и всей системы, содержащей в общем случае множество популяций. В классической физике такому подходу соответствовало бы, например, задание правил поведения отдельных частиц системы (частиц идеального газа) с целью изучения поведения всей системы, как целого (здесь − с целью обнаружить универсальные газовые законы). Это отличает ее от ряда других программ, имитирующих эволюционные процессы, в которых мало использованы биологические закономерности, а обычно просто вводятся некие параметры, например, абстрактные вероятности возникновения и гибели таксонов и средние времена их жизни (подробнее см. Fink, 1986; Левченко, 1993а).
В качестве объектов модели выступают популяции, описываемые рядом дискретных признаков и имеющие те или иные экологические ниши. В модели предусмотрены процессы мутаций и размножения, переходы популяций в наиболее благоприятные для них места обитания, учтены взаимоотношения хищник-жертва.
Поскольку модель отражает лишь некоторые аспекты теоретических представлений и реальности, то используемая биологическая терминология имеет здесь условный характер. Под популяциями здесь понимаются временные срезы филетических линий, под мутациями− события, приводящие к возникновению новых филетических линий (иногда коротких). В природе таким программным макромутациям может соответствовать множество мутаций на генетическом уровне. При изучении эволюционных явлений на больших временных интервалах такие допущения не
являются слишком грубыми. Отметим, что использование термина макроэволюция при описании модели обусловлено макромутационным масштабом исследуемых изменений в фенотипе. Все эти допущения не помешали проследить интересные особенности эволюционных процессов, что и являлось целью исследований.
2. Описание модели MACROPHYLON
В модели MACROPHYLON предусмотрено 12 вариантов условий среды − лицензий, которые могут сохраняться или изменяться на протяжении эксперимента. В каждой из лицензий допускается наличие до 10 видовых популяций. Экологические ниши для группы популяций, сосуществующих в лицензии, составляют реализованную групповую экологическую нишу− см. об этом и об использовании данной терминологии раздел III и (Левченко, Старобогатов, 1990). Внутри реализованной групповой экологической ниши происходит конкуренция. Факт использования популяцией той или иной лицензии означает, что в лицензию вложена реализованная ниша этой популяции, другими словами, предоставляемые условия пригодны для существования популяции.
Вотличие от экологической ниши, лицензия может быть незанятой − свободной.
Вначале работы программы в какую-нибудьиз лицензий помещается исходная популяция (или популяции). Каждая популяция описывается 25 свойствами, каждое свойство может
иметь от 2 до 9 градаций − признаков. Общее количество градаций− 100, указанные параметры описаны в специальной таблице− матрице признаков.
Любой из признаков имеет для каждой из лицензий свою значимость, которая может принимать значения от 0 до 10. Нулевая значимость подразумевает несоответствие признака и лицензии, как, например, в случае жабр и суши. Величина значимости задавалась исходя из общебиологических представлений. Возникающий при этом некоторый произвол не очень сказывается на результатах, касающихся особенностей и механизма роста филетических деревьев (Левченко, 1993а), а именно это и интересовало нас в первую очередь. Приспособленность S конкретной популяции к лицензии определяется как сумма 25 указанных значимостей, которые все должны быть больше нуля (в противном случаеS = 0). В матрице признаков имеется также информация о несовместимости
признаков − летальных сочетаниях. Случайно возникающие мутанты с несовместимыми признаками гибнут и в дальнейшем не рассматриваются. Пример несовместимых признаков: отсутствие черепа и грызущий рот.
Программа работает циклически, причем за каждый цикл − эволюционный шаг− у части популяций возникают мутации, происходят переходы популяций из лицензии в лицензию, а также разыгрываются конкурентные взаимоотношения. Упрощенная блоксхема программы, из которой можно понять, как устроена модель, приведена на рис. 1, более сложнаяблок-схемаодной из версий программы приведена в монографии (Левченко, 1993а). Программа работает в диалоговом режиме, ход имитируемого эволюционного процесса можно регулировать с помощью параметров, задаваемых экспериментатором. Каждый эксперимент на компьютере Pentium133, на котором проводились эти эксперименты, занимает от нескольких минут до получаса.
Рис. 1. Упрощеннаяблок-схемапрограммы MACROPHYLON, имитирующей
эволюционный процесс.
S − приспособленности популяции, D− порог выживаемости, I− варьируемый параметр. Объяснение− в тексте.
studfiles.net
Эволюция биосферы – это история жизни на Земле. Наша Земля, по утверждениям ученых, возникла около 5 млрд. лет назад. За этот период времени она немало изменилась и прошла в своей истории путь от раскаленной массы до планеты, защищенной атмосферой, имеющей воду и населенной различными формами жизни, то есть обладающей биосферой.
Эволюция биосферы имеет основные этапы или эры: архей, протерозой, палеозой, мезозой и кайнозой. Катархей, что означает ниже или ранее древнего, этап существования планеты, имеет отношение только к истории планеты, так как в этот период жизни на Земле еще не было, она появилась позже – в архее или древнем.
Эра архея начинается тем, что появляются первые живые клетки. На этом этапе повествования об «эволюции биосферы», любознательный человек спросит: «Откуда появились? И чего это вдруг?». Такие вопросы будут возникать на все протяжение освещения этой темы. Но продолжим.
Первые живые клетки получили название – прокариоты, то есть клетки, которые не имеют ограниченных мембраной ядер. Это были простейшие организмы, способные к быстрому размножению. Они жили без кислорода и не могли синтезировать органическое вещество из неорганического. Легко приспосабливались к окружающей среде и ею же и питались. Сформулированный принцип Реди говорит о том, что в это время появляется непреодолимая граница между живым и неживым, хотя они взаимодействуют. Живое происходит только от живого. Опять вопрос: «Если живое происходило от живого и не могло переваривать неживое, то чем оно питалось? Неужели себе подобными?»
Далее происходит, по утверждению ученых, истощение питательной для этих клеток среды и они изменяются и начинают существовать за счет солнечной энергии и сами вырабатывать вещества, необходимые им же для жизни. Этот процесс получил название «Фотосинтез». Он является в эволюции биосферы главным фактором. С этого момента начинается формирование атмосферы Земли, а кислород становится главным условием для существования живых организмов. Постепенно формируется озоновый слой, и содержание кислорода в воздухе достигает привычных на сегодня 21%. То есть пока защитный слой не сформировался, устойчивость живых организмов была такой, что позволяло им существовать и в той среде. Тогда зачем ее менять? Или кислород был побочным эффектом жизнедеятельности, то есть ее отходами?
Так идет эволюция примерно 2 млрд. лет. А в протерозое, то есть 1,8 млрд. лет назад, появляются живые организмы с клетками, в которых явно выражено ядро. Еще через 800 млн. лет, эти организмы, названные эукариоты, разделились на растительные и животные клетки. Растительные продолжили функцию фотосинтеза, а животные начали «учиться» передвигаться.900 млн. лет назад было положено начало эпохи полового размножения. Это приводит к видовому разнообразию и лучшей приспосабливаемости к условиям окружающей среды. Эволюционный процесс ускоряется.
Проходит около 100 млн. лет и, по мнению ученых, появляются первые многоклеточные организмы. Интересно, как до этого отличались одноклеточные? У многоклеточных организмов появляются органы и ткани.
Наступает эра палеозоя и ее первый этап – кембрий. В кембрийский период возникают практически все животные, в том числе существующие и сейчас. Это: моллюски, рачки, иглокожие, губки, археоциаты, плеченогие и трилобиты.
500 млн. лет назад появляются крупные плотоядные и небольшие позвоночные. Еще через 90 млн. лет они начинают заселять сушу. Живые организмы способные существовать на суше и в воде назвали двоякодышащими. Из них произошли земноводные и сухопутные. Это древние рептилии, схожие на современных ящериц. Появляются и первые насекомые. Еще 110 млн. лет проходит, и насекомые научились летать.
Мезозой. 230 млн. лет назад. Эволюция продолжается. У растений появляется корень, стебель, листья. Формируется система, обеспечивающая растение водой и питательными веществами. Меняются и способы размножения. Споры и семена становятся самыми пригодными для этих целей на суше. Начинаются отложения не переработанных органических отходов. Вместе с отложениями каменных углей, начинает высвобождаться дополнительный кислород.
В эру палеозоя, особенно в период девона и карбона, уровень растительного мира значительно превышал существующий. Леса представляли собой заросли из древовидный плауновых, гигантский хвощовых и различных папоротников. Фауна идет по пути совершенствования семян. Хозяева суши этого периода – рептилии, которые все дальше уходят от воды. Появляются плавающие, летающие и двигающиеся по суше. Они плотоядные и травоядные.
195 млн. лет назад – первые птицы и млекопитающие. Это: птеранодон, плезиозавр, мезозавр, бронтозавр, трицератопс и другие.
Кайнозой. 67 млн. лет назад. Мир млекопитающих, птиц, насекомых и растений огромен. В предыдущий период произошли значительные похолодания, которые внесли некоторые изменения в процесс размножения растений. Преимущества получили покрытосемянные.
8 млн. лет назад – период формирования современных существ и приматов.
Хотя процесс эволюции шел почти 4 млрд. лет, доклеточные живые организмы существуют и сегодня. Это вирусы и фаги. То есть одни доклеточные эволюционировали в человека, а другие остались, как были.
На сегодня фауна насчитывает порядка 1,2 млн. видов, а флора около 0,5 млн.
Как мы видим, каждая эра характеризуется своеобразием видов флоры и фауны. Причем виды, как правило, не переходят из одной эры в другую. Есть лишь некоторые сходства. Можно ли их считать наследованием или это совершенно иные формы жизни? Как один вид преобразовывался в другой и почему? Доказательств, то есть останков переходных форм, а они должны обязательно быть при эволюционных изменениях, нет и у палеонтологии. Во всяком случае, они широко неизвестны.
Ученые утверждают, что в процессе эволюции были существенные остановки развития. Чем является ее новая эра – эра социальной революции?
В развитии биосферы, биологическая эволюция определяется как процесс развития живой природы, проходящий естественным образом. При этом изменяются и преобразовываются как отдельные экосистемы, так и биосфера в целом. Доказательствами чего считают останки животных и растений, существовавших в прошлом, и следы их жизнедеятельности, найденные в процессе раскопок. Обнаружением и изучением таких ископаемых останков и следов занимается наука палеонтология. Она также пытается воссоздать или реконструировать внешний вид, особенности питания, поведения и размножения живых организмов прошлого.
Человек с древних времен волей-неволей сталкивался с останками древних животных и растений. Об этом свидетельствуют записи античных авторов: Ксенофона, Геродота, Аристотеля. Ученых эпохи Возрождения: Леонардо да Винчи, Георгия Агрикола, Джироламо Фракасторо. В XIX веке – это, конечно, Чарльз Дарвин, Жорж Кювье, основатель палеонтологии, а в XX – Владимир Ковалевский, Тейар де Шардена и В.И. Вернадский.
Именно В.И. Вернадский поддерживает термин «Ноосфера», то есть разумная сфера, данный да Шарденом и развивает и научно обосновывает это понятие. Он выделяет этапы эволюции биосферы. Их три: возникновение жизни и первичной биосферы, в котором главенствующее положение отведено химическим реакциям и климатическим изменениям. Следующий — второй этап – это появление новых и разнообразных одно- и многоклеточных организмов. Здесь главной является биологическая эволюция. И третий этап – появление человека и общества, которое начинает по-своему и в своих интересах воздействовать на биосферу, превращая ее в ноосферу или новое эволюционное состояние биосферы.
Жизнь на нашей планете зародилась примерно 3,5 млрд. лет назад и кратко эволюция биосферы представляла собой: появление жизни и постоянный процесс изменения ее форм и видов, вплоть до настоящего времени. После того как в эволюцию стал вмешиваться человек, какие новые виды и формы жизни появились? Наоборот, количество видов и число представителей этих видов стало сокращаться прогрессирующими темпами. И они такие, что новое эволюционное состояние биосферы будет ее последним этапом. Человек лишь пользуется тем, чтобыло создано до него. Просто степень этого использования становиться с развитием науки и технологий, все более глубокой. Единственным достижением человека можно считать его попытки расширить свое присутствие за пределами Земли и ее биосферы.
Изменения происходят под воздействием каких-то факторов, которые возникли и не дают системе существовать в привычной и удобной для нее манере. Что же это были за факторы? Почему процесс возникновения новых форм и видов ускоряется по мере приближения к нашему времени, а с началом нашей эры – разнообразие видов и их численность начинает сокращаться?
Как люди, которые до сих пор не могут определить возраст Туринской плащаницы, где речь идет о тысяче лет, с легкостью и убежденностью называют эры и их временные промежутки в миллионы лет? Как человек, который отстаивает такое происхождение жизни, после работы идет в церковь, обращается к религии и молится? Ведь церковь утверждает иное происхождение сущего. От кого же мы произошли? От вируса и обезьяны или это был промысел Божий? Достоверных доказательств нет ни у кого. Биосфера в своей истории прошла эволюцию, то есть была причинно-следственная связь, обуславливающая переход от одной стадии к другой или одна биосистема заканчивала свое существование и на ее место приходила другая, с предыдущей совершенно несвязанная?
ecology-of.ru
Государственный университет управления
Институт информационных систем управления
студенческий билет №18-98м
Реферат по дисциплине
“ Концепции современного естествознания”
на тему
“ Эволюция биосферы Земли”
Студента ММиИОЭ 1-1
Печерицина Алексея
ПЛАН:
Введение_____________________________1
Развитие биосферы в докембрии _______ 1
1. Добиогенное развитие земли______________1
2. Возникновение органических соединений__3
3. Возникновение живых организмов_______4
4. Возникновение биосферы________________5
5. Появление автотрофов__________________5
6. Изменение состава атмосферы___________6
7. Эволюция живого вещества и климат ____7
Развитие биосферы в фанерозое________7
1. Развитие животных со скелетными образованиями______________________________________7
2. Основные итоги развития биосферы_____9
3. Появление наземных растений__________10
Особенности эволюции органического мира, важные для развития биосферы ______11
Появление человека _________________13
Аннотация
Человек связан с природой неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования он пытался ее познать в целях использования. Природа давало ему пищу, растительную и животную; одежду, жилище; орудия и оружие — каменные, металлические; энергию огня, воды, ветра .
Постепенно из наблюдений и опыта использования различных природных объектов возникли науки. Наука о природе — естествоведение — дифференцировалась на отдельные отрасли знания: биологию, геологию, физику, химию. Каждая из них углублялась в изучение деталей и выделяла новые науки, например ботаника: анатомию, морфологию, физиологию, систематику, филогению растений, микробиологию. То же происходило с зоологией и многими другими науками .
С развитием отдельных наук о природе все настоятельнее проявляется потребность в выявлении всеобъемлющей картины жизни на планете Земля и общих процессов, происходящих на ней .
Ламарк впервые вводит термин “биосфера”, обозначающий область жизни и влияние живых организмов на процессы, происходящие на Земле .
Биосфера тесно связана с деятельностью человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него .
В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящим под угрозу дальнейшее существования человека, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы. А чтобы устранить опасности, нависшие над Землей, необходимо знать историю биосферы, знать, как она существовала до возникновения человека. Знание процессов, происходящих в биосфере, и соответственно разумная организация всей деятельности и жизни человечества может помочь восстановить былую красоту природы.
Под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли, населенную организмами. Биосфера качественно отличается от всех других сфер Земли, так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли — и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияния на окружающую среду. Например, зеленые растения обогащают ее кислородом, животные — углекислым газом, растения извлекают громадные массы углерода из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают большую часть углерода обратно, и т.д.
Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.
РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ В ДОКЕМБРИИ
ДОБИОГЕННОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ
По современным представлениям, возраст Земли оценивается около 5 млрд. лет. Во время своего образования Земля, вероятно представляла холодное тело, близкое по составу к метеоритам.Материал, из которого она образовалась, содержал радиоактивные элементы. Присутствовали, очевидно, и короткоживущие изотопы. Вещество Земли первоначально характеризовалась однородностью состава.
Вследствие выделения тепла при гравитационном сжатии и особенно при радиоактивном распаде недра Земли стали постепенно разогреваться. Однако из-за постоянной потери тепла через поверхность и недостаточности радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло .
В начальные моменты плавки вещества Земли процессы выплавления и дегазации, очевидно, охватывали всю поверхность, которая была относительно ровной и слагалась лишь материалом излившихся базальтов и первичным веществом планеты.Однообразие и монотонность ландшафтов нарушалось лишь бесчисленным количеством вулканов да беспрепятственно достигавшими земной коры солнечными лучами.
Проходили миллионы лет.И по мере того, как шло время, постепенно менялся облик планеты: формировались гидросфера и атмосфера. В результате процессов плавления Земли, на ее поверхность выносилась вода и разнообразные газы. За счет этой воды и начала формироваться гидросфера, масса которой постепенно росла, а соответственно увеличивалась и площадь ее поверхности.
С увеличением площадей, покрытых водой, все меньше становилось наземных вулканов, и все больше увеличивалось число подводных извержений или вулканических построек в виде очень пологих островов, поднимающихся над водой.
Помимо воды, выделявшейся в виде паров и жидком состоянии, из недр Земли одновременно поступали газы и дымы: Ch5,CO,S,HCl,HF,HBr и др. Одни из них растворялись в водах гидросферы и участвовали тем самым в формировании ее солевого состава; другие же, которые практически не растворялись в воде, образовывали атмосферу .
Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование атмосферы. Основными компонентами ее были водяные пары, метан, окись углерода, аммиак, азот, CO2. Состав атмосферы примерно отвечал составу современных вулканических газов. Естественно, параллельно с увеличением объема гидросферы происходило возрастание содержания газов в атмосфере.
С какого-то момента, когда содержание паров воды и газов в атмосфере достигло существенного уровня стали существовать условия, благоприятствующие возникновению жизни.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В то время атмосфера была проницаема для космического излучения в несравненно большей степени, чем сейчас, поскольку основные компоненты современной атмосферы — азот и кислород — не играли заметной роли, отсутствовал озоновый экран, меньше было паров воды. Можно предположить, что в таких условиях в древней атмосфере должны были постоянно образовываться сложные органические молекулы ( эксперименты показали, что при особых воздействиях ( ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение ) на смеси газов и паров воды, сходные с возможным первичным составом атмосферы, могут возникать разнообразные органические вещества, которые входят в состав биологических макромолекул ). Но эти соединения под влиянием коротковолнового излучения должны были подвергаться и постоянному разрушению. Поэтому предполагают, что образовавшиеся соединения сохранялись лишь в том случае, если они попадали в водоемы, в которых верхний слой воды был достаточен, чтобы задержать губительную коротковолновую радиацию .
Таким образом, органические соединения постепенно могли накапливаться в первичном океане и должны были служить не только материалом для создания первых организмов, но и необходимой питательной средой для них.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
Предполагается, что органические соединения, рассеянные в воде, в результате бесчисленных взаимодействий друг с другом, переодических образований привели в конце концов к возникновению специфических скоплений органического вещества. Эти скопления могли не только длительно существовать, но и расти, а затем постепенно обмениваться веществом с окружающей средой, делиться на части себе подобные. Это момент был революционным скачком, в результате которого “капля “ органического вещества превратилась в живое существо. Дальше все было относительно проще, так как не требовалось радикального изменения состояния вещества, а шло лишь усовершенствование живой материи.
Конечно, это лишь одна из наиболее возможных схем пути возникновения жизни на Земле. В действительности все могло быть иначе. Нельзя с полной уверенностью сказать, что жизнь возникла именно на Земле. Она могла быть и принесена в виде каких-то простейших организмов с метеоритным веществом из космоса, в то время, когда еще не было плотной атмосферы, которая могла сильно разогреть или даже сжечь метеорит.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Появление в древнем океане одного жизнеспособного организма могло привести к мгновенному в масштабе геологического времени распространению жизни на Земле. Ведь у живых организмов не было никаких соперников, а пище в виде разнообразных органических веществ — целый океан. В связи с этим принято полагать, что возникновение жизни на Земле и возникновение биосферы с геологической точки зрения явления синхронные. Кислород в небольших количества выделялся вследствие частичной диссоциации молекул вода и углекислого газа .
ПОЯВЛЕНИЕ АВТОТРОФОВ
Но вот в процессе эволюции простейших организмов какой-то организм за счет энергии Солнца осуществил в своем теле синтез органического водорода, сопровождающийся разложением воды и выделением свободного кислорода. Появился первый автотрофный организм, родоначальник фотосинтезирующих растений. Это событие ознаменовало величайшую революцию в развитии жизни, поскольку именно фотосинтез является двигателем органических процессов .
Эта революция сопровождалась практически уничтожением старого органического мира. На смену примитивным, малоэффективным в энергетическом отношении организмам, использовавшим энергию брожения, получающуюся за счет уничтожения органических веществ, пришли более совершенные организмы, которые использовали энергию солнечных лучей и сами создавали органические вещества.
Автотрофные организмы, как и гетеротрофные, практически мгновенно, в смысле геологического времени, распространились на все пространство Земли.
Ограничивающими факторами были, вероятно, лишь коротковолновое излучение, которое не давало возможности выйти организмам на сушу, но и делало непригодным для обитания самую поверхностную часть гидросферы, и недостаток солнечного света в воде не глубине, превышающей несколько десятков метров.
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА АТМОСФЕРЫ
Для первой половины архея было характерно резкое преобладание в воде и атмосфере углекислого газа, значительно количество аммиака, а так же вероятно, присутствие метана и паров соляной, фтористой и серной кислот .
Во вторую половину архея и в раннем протерозое в атмосфере и гидросфере уже присутствовал свободный кислород, увеличилось содержание азота и уменьшилось распространение CO2 .
Третий этап развития газовой оболочки Земли, начавшийся около 2 млрд. лет назад, качественно отличается от предшествующих ему этапов. Для него характерно полное отсутствие аммиака, преобладание свободного азота, значительное содержание свободного кислорода. Атмосфера имела уже состав, аналогичный ее современному составу.
ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА И КЛИМАТ
Полагают, что очень большое воздействие на среднегодовую температуру воздуха на Земле оказывает содержание в атмосфере углекислого газа. Он пропускает солнечные лучи, но поглощает основную часть тепловых лучей, идущих от поверхности земли, что препятствует охлаждению Земли и повышает общую температуру на ее поверхности. Наличие CO2 обуславливает так называемый оранжерейный эффект воздушной оболочки Земли .
По мере изменения состава и массы атмосферы среднегодовая температура должна была существенно меняться. В архее она значительно превышала современную. Уже примерно около 2 млрд. лет назад температура должна была быть близкой к современной .
Великие оледенения, аналогичные известному оледенению Европы и Северной Америки и каменноугольному оледенению были в обоих полушариях и позднем протерозое.
РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ В ФАНЕРОЗОЕ
РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ СО СКЕЛЕТНЫМИ ОБРАЗОВАНИЯМИ .
Начало кембрийского периода, а следовательно и начало фанерозоя, ознаменовались очень важным событием в развитии органического мира. Впервые появились организмы, обладающие карбонатными, фосфатными и хитиновыми скелетными образованиями .
Чрезвычайно большую геологическую роль в кембрии играли археоциаты: морские беспозвоночные животные с внутренним известковым скелетом очень сложного и тонкого строения, иногда напоминающие вазочки и кубики величиной от нескольких миллиметров до 40см.
Эти животные наподобие кораллов строили на дне мелких участков морей своеобразные береговые и барьерные известковые рифы. Они вероятно питались микроскопическим фитопланктоном, спорами водорослей и бактериями. Археоциаты очень быстро распространились в морях, захватывая средние и небольшие глубины и вытесняя из них обитавшие там водоросли. Археоциаты появились в кембрийском периоде и в этом же периоде вымерли.
Карбонатным или реже фосфатным скелетным образованием (двустворчатая раковина с неодинаковыми створками ) обладали плеченогие, одиночные двусторонне-симметричные животные, ведущие прикрепленный образ жизни. Обитали они на морском дне. В кембрии появилась и большая группа древнейших членистоногих — трилобитов, имевших хитиновый панцирь. Это уже были преимущественно ползающие по дну животные
В общем с начала кембрийского периода мир животных, несомненно, начал развиваться очень бурно, сложно, с вымиранием одних групп организмов и появлением других, более многочисленных. В результате к концу кембрия существовали представители почти всех типов животного мира, хотя наиболее распространенными были трилобиты и археоциаты.
С чем связано появление на границе докембрия и кембрия организмов с карбонатными и фосфатными скелетами, до сих пор точно не ясно, но главная причина — изменение содержания кислорода в атмосфере. Распространено представление, что именно к кембрийскому периоду содержание его в атмосфере достигло почти 1% от содержания его в современной атмосфере. Это привело к образованию у поверхности Земли озонового экрана, благодаря чему жесткое излучение Солнца стало проникать в верхние слой гидросферы и животный мир смог проникнуть в крайнее мелководье — наиболее благоприятную для обитания зону. Именно мелководье наиболее благоприятно для образования карбонатных и некоторых фосфатных материалов, поскольку в водах его содержится наименьшее количество углекислого газа, резко повышающего растворимость минералов. Появление у организма того или иного скелета давало им большое преимущество перед бесскелетными формами. Поэтому в процессе борьбы за существование у многочисленных форм организмов стали возникать скелетные образования.
Основные итоги развития биосферы
Итак, живые организмы создали свободный кислород на Земле.Увеличение его количества привело к образованию озонового экрана, что расширило границы распространения жизни в гидросфере. Фотосинтез растений стал идти более интенсивно. Увеличилась в связи с этим масса автотрофных организмов и количество выделяемого ими кислорода и поглощаемого углекислого газа.
На границе криптозоя и фанерозоя появился новый мощный фактор, повлиявший на эволюцию биосферы — образование осадочных пород вследствие накопления извести в результате жизнедеятельности многоклеточных животных.До этого карбонатные породы образовывались лишь в результате деятельности водорослей .
Этот фактор был полезен для развития животного мира в целом, поскольку постоянно приводило к изъятию из гидросферы значительной части углекислого газа. В связи с этим породообразующая роль живых организмов с ходом времени все увеличивалась, что сопровождалось параллельным уменьшением роли водорослей и бактерий в процессах образования биогенных карбонатных отложений.
Появление наземных растений
По-видимому, в конце силурийского периода произошло событие первостепенной важности для всего дальнейшего развития биосферы — появление наземных растений. Это событие стало возможным благодаря тому, что к концу силура содержание кислорода в атмосфере достигло уровня в 10% от современного. Образование озона стало происходить на большой высоте, поэтому ультрафиолетовое излучение солнца уже не должно было оказывать губительное влияние на организмы, находящиеся на поверхности суши.
Первой растительностью, появившейся на суше, по мнению Давиташвили и ряда других ученых, была группа растений, которую иногда выделяют в особый тип нематофитов, являющийся как бы промежуточным звеном между водорослями и сосудистыми растениями.
Можно полагать, что нематофиты произрастали в прилежащей к морю полосе суши. Остатки нематофитов встречены в отложениях позднего силура и девона.
В верхнесилурийских отложения известны остатки и древнейших сосудистых растений — псилофитов. Это были очень своеобразные споровые растения, имевшие вид невысоких кустарников без листьев. Эти растения не могут быть названы деревьями, а их скопления — лесом, тем более, что у этих растений тело еще не было дифференцировано не только на листья, но и даже на стебель и корень. Был лишь многократно ветвящийся вверху и внизу ствол.
Псилофитовая флора может рассматриваться как следующий шаг, после появления нематофитов, эволюции растений. Появившиеся в дальнейшем новые типы споровых наземных растений ( плуановые, членистостебельные, папоротники ) уже более интенсивно наступали на сушу и постепенно захватывали ее .
В среднем девоне уменьшение содержания углекислого газа было значительно больше, чем увеличение кислорода.Животный мир девона характеризовался пышным расцветом брахиопод, кораллов, строматопороидей, мшанок. В общем фауна беспозвоночных в девоне достигла наибольшего расцвета.
Возможно, значительное увеличение содержания в девоне кислорода и уменьшение углекислого газа способствовали появлению в девоне кистеперых рыб, способных не только поглощать кислород из воды, но и дышать воздухом. Поэтому они могли выползать на сушу и, вероятно являлись предками земноводных позвоночных, которые появились, в конце девонского периода .
Первыми земноводными были стегоцефалы ( крышеголовые) — неуклюжие, коротконогие, с волочившимся по земле туловищем животные, с головой, покрытой панцирем из массивных костных образований .
Представляется, что происшедшее в девоне увеличение содержания кислорода и уменьшение концентрации углекислого газа в воздухе благоприятствовали и появлению на суше паукообразных, скорпионов, насекомых
Наземная растительность этого периода была уже типично лесного типа. Крупные древовидные папоротники, плуановые и хвощовые нередко достигали до 40 м и более. К концу периода разнообразие растительного мира еще более увеличилось и появились первые хвойные растения .
ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА, ВАЖНЫЕ ДЛЯ РАЗВИТИЯ БИОСФЕРЫ.
В каменноугольной флоре широко были распространены споровые влаголюбивые растения (плуан, хвощи и папоротники). Затем началось появление голосеменных растений, в том числе и хвойных.Эти растения обладали значительными преимуществами по сравнению со своими предшественниками и поэтому не только шире их расселились по поверхности суши, но и в значительной мере вытеснили их из зон, которые те вначале безраздельно занимали. В связи с этим в мезозойскую эру господствующее положение на суши приобрели голосеменные растения.
Затем на смену им пришло господство покрытосеменных растений, еще более высокоорганизованных.
Первые покрытосеменные появились в середине мезозойской эры. В кайнозое они быстро завладели всей поверхностью Земли .
С точки зрения развития биосферы, большой интерес представляет возможная направленность эволюции покрытосеменных.Травянистый тип покрытосеменных растений произошел от древесного. Процесс развития трав из древесных растений представляется следующим: деревья — кустарники -полукустарники — многолетние травы — однолетние травы. Травы являются наиболее приспособленными представителями растительности. Темпы эволюции травы был очень высок, и очень быстро после своего возникновения покрытосеменные растения расселились на громадных территориях .
Благодаря развитию биосферы Земля постепенно приобрела всевозможные цвета и оттенки и стала планетой-оазисом среди других планет солнечной системы. Живое вещество не только является главным и необходимым компонентом биосферы, определяющим ее развитие, но и наиболее изменчивой и наиболее быстро эволюционирующей составной частью земной коры .
Разнообразные процессы, связанные с существованием и развитием живого вещества, не только представляют собой главные факторы эволюции всей биосферы и осадочного породообразования на протяжении длительной геологической истории Земли, но и, очевидно, являются основной причиной образования самой земной коры.
ПОЯВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА
Появление на Земле человека представляло собой одно из самых значительных событий в длительной истории биосферы. По существу, неизмененные ландшафты, не несущие на себе заметных следов воздействия человека, в настоящее время, возможно, сохранилось только в пределах значительных глубин океанов. Все остальные ландшафты изменены под влиянием деятельности человека.
Вначале своего существования человек являлся ординарным компонентом биогеоценозов, принципиально не отличавшихся от других входивших в эти биогеоценозы организмов по воздействию на окружающую его природу. В начальный период воздействие человека на биогеоценозы, в которые он входил, ограничивалось лишь потреблением им некоторой части продуцировавшейся в них растительностью и животной биомассой .
Несмотря на то, что уже раннего питекантропа от животных отличала способность трудиться, длительное время воздействие человека на биосферу было чрезвычайно ничтожным. Собирательство растительной пищи и охота на животных мало отличали этого древнейшего человека от животных.
Время, отвечающее раннему и среднему палеолиту, которое окончилось примерно 30-40 тыс. лет назад, представляло собой эпоху складывания человеческого общества в виде первобытного человеческого стада.
Это стадо уже не было чисто биологическим объединением, поскольку представители его уже не только использовали примитивные орудия, но и изготавливали их. Однако оно не было и настоящим человеческим обществом, так ка в нем господствовали силы естественного отбора.
Лишь на рубеже среднего и позднего палеолита, после появления современного, в биологическом смысле, человека, возникла первая настоящая общественно-экономическая формация — первобытнообщинный строй. С этого времени чисто биологические законы развития человека оказались оттесненными социальными законами развития человеческого общества .
В позднем палеолите одновременно с появлением родового строя и развитием человеческого общества происходило относительно быстрое развитие материальной и духовной культуры. Значительно совершеннее стали орудия охоты и труда, люди стали строить себе жилища, шить одежду.
Мезолит, неолит и бронзовый век охватывает следующий период воздействия человека на природу, имевший продолжительность около 7 тысяч лет и длившийся примерно от 10 до 3 тыс. лет назад.
Развитию человеческого общества в этот период способствовало в какой-то мере улучшение природных условий — послеледниковое время. Климат стал более теплым, из-подо льда освободились обширные территории суши, на которых расселились люди.Широкое развитие приобретают рыболовство, скотоводство и земледелие .
Воздействие человека на биосферу в рассматриваемый период времени было уже не только разнообразным, но и достаточно глубоким. Это было воздействие не только на животный мир, но и на растительный и даже почвенный покров.
С начала исторического этапа для все возрастающего воздействия человеческой деятельности на биосферу имели основное значение быстро увеличивающийся рост численности населения и развитие техники.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Население Земли к началу нашей эры составляло около 200 млн. человек, а в настоящее время — около 5 млрд. Неуклонный рост населения быстро сказывался на природе всей нашей планеты, что усугублялось одновременном чрезвычайно ускоряющимся прогрессом техники .
Значительная часть лесов оказалось вырубленной и выжженной. На их месте возникали пашни, луга и пустоши. Произошла замена естественных биогеоценозов на искусственные. В наше время воздействие человека на биосферу очень разнообразно и глубоко.Часто — это небезвредное влияние: загрязнение атмосферы, гидросферы приводят к накоплению вредных веществ, что естественно скажется на будушем нашей планеты. В реферате быля рассмотренны громадные временные сроки. В течении миллионов лет наша планета оставалась нетронутой, а за очень короткий отрезок с ней произошли громадные изменения .
Список используемой литературы:
1.Акимова Т.А., Хаскин В.В. “Основы экоразвития”
2. Войткевич “ Основы теории происхождения земли”
3.Николов “ Долгий путь жизни”
4.Казначеев В.П. “Учение Вернандского о биосфере и ноосфере”
5.”Экологически уроки прошлого и современность”.Л. Наука. 1991.
www.ronl.ru
ЛЕВЧЕНКО Владимир Федорович
Эволюция биосферы до и после появления человека
Санкт-Петербург2003
Институт эволюционной физиологии и биохимии Российской Академии наук
В.Ф.Левченко Эволюция биосферы до и после появления человека (164 с., 316 библ.
ссылок, 9 рис.)
В монографии обсуждаются энергетические аспекты эволюции биосферы, как единой экологической системы. В качестве важных движущих факторов такой эволюции рассматриваются колебания потока энергии Солнца, доступной для использования биосферой. Вид Homo sapiens отличается от всех иных биологических видов тем, что его экологическая ниша в значительной степени определяется не только его биологией, но зависит также от знаний и навыков, передающихся негенетическим путем. Из этого следует, что особенности информационного обмена между людьми определяют многие черты эволюции экосистем, в функционировании которых участвует человек. Такие экосистемы названы энтоэкосистемами. В работе обсуждается проблема оценки ценности информации, рассмотрены простые математические модели, предлагается несколько гипотез, описывающих новейший информационный этап эволюции биосферы.
Для специалистов и студентов в области естественных наук и широкого круга читателей, интересующихся проблемами эволюции.
Отв. редактор:
проф., доктор биологических наук, В.В.Хлебович (ЗИН РАН)
Реценценты:
проф., д.б.н. А.К.Бродский (СпбГУ), проф., д.б.н., чл. корр. РАН Н.П.Веселкин (ИЭФБ РАН),
Оглавление (3)
Введение (5)
Глава I. Панбиосферная парадигма и парадигма автоканализации (11)
1.Причины канализирования эволюционного процесса. Авторегулируемая эволюция и парадигма автоканализирования
2.Панбиосферная парадигма
Глава II. Имитационные модели (17)
1.Имитационная модель эволюции MACROPHYLON
2.Описание модели MACROPHYLON
3.Обсуждение результатов экспериментов с моделью МACROPHYLON
4.Имитационное моделирование эволюционных процессов в экосистемах. Модель простейшего экологического сообщества
Глава III. Некоторые теоретические аспекты эволюции экосистем (30)
1.О понятии экосистемы
2.Лицензии
3.Лицензионно-симбиотическаямодель эволюции экосистем
4.Некоторые особенности биологической эволюции, связанные с эволюционными изменениями экосистем
Глава IV. Общая физическая модель эволюции биосистем (42)
1.Предпосылки физической модели эволюции биосистем
2.Физическая модель эволюции биосистем. «Идеальная биосистема»
3.Эволюция идеальной биосистемы
Глава V. Физико-экологическаямодель и концепция эволюции биосферы(54)
1.Физическая эволюция биосферы
2.Влияние внешних факторов на эволюцию биосферы. Физико-экологическаямодель эволюции биосферы
3.Дополнительные уточнения и ограничения
Глава VI. Физическая эволюция биосферы и биологическая эволюция. Микро- и макроэволюция, биоразнообразие (67)
1.Физическая эволюция биосферы и биологическая эволюция
2.Концепции макроэволюции. Экоцентрическая концепция
3."Tempo and Mode in Evolution"
4.Эволюция и биоразнообразие
Глава VII. Гипотеза эмбриосферы и происхождение жизни (77)
1.Гипотеза эмбриосферы
2.Жизнь, как космическое явление. Появление живых организмов на планете вряд ли было возможно до возникновения эмбриосферы
Глава VIII. Физика жизни как кибернетика (84)
1.Живые системы как кибернетические устройства
2.Демон жизни
2.1.Демон жизни, как мета-инструкция
2.2.Упреждающее поведение, эволюция, симптомы
2.3.Демоны: функционирование и свойства
2.4.Как это соотносится с традиционными подходами?
Глава IX. Информационный обмен. Этнопопуляции (105)
1.Эволюция жизни и развитие информационного обмена в биосфере
2. Этновиды, энтопопуляции и этноэкосистемы
Глава X. Информационные сообщения. Ценность информации (117)
1.Информационные сообщения и мемы
1.1.Различные подходы к понятию информации
1.2.Информационные сообщения. Ценность информационного сообщения
1.3.Мемы и инструктоны
1.4.Мемы и промемы
2.Априорная ценность информации. Простая математическая модель распространения информационных сообщений в сети человеческой популяции
Заключение. Новая эволюция биосферы (141) Благодарности(145)
Литература (146) Предметный указатель(164)
«Эволюция ... основное условие, которому должны отныне подчиняться и удовлетворять все теории, гипотезы, системы, если они хотят быть разумными и истинными»…
Пьер Тейяр де Шарден
Введение
Любая из биологических эволюционных теорий в явной или неявной форме затрагивает проблему того, что первично в эволюции. Часто, по традиции идущей от классической биологии, главным ее двигателем считают вариации на видовом или популяционном уровне, вызываемые изменениями в геноме. С развитием молекулярной биологии на эту тему появилось немалое число экстравагантных гипотез. При этом эволюция экосистем и биосферы рассматривается как следствие микроэволюционных процессов. Такой подход доминирует, например, в так называемой синтетической теории эволюции (Галл, 1988; Грант, 1980, 1991; Колчинский, 1990; Тимофеев-Ресовскийи др., 1977; Huxley, 1963). Есть и другая, сравнительно малочисленная группа исследователей, которые, считая себя последователями В.И.Вернадского (1960, 1989; Пресман, 1976), или в западной традиции− Дж. Лавлока (Lovelock, 1991), склоняются к мнению, что первопричиной биологической эволюции являются процессы на экосистемном или же биосферном уровне. В основе такого подхода лежит убеждение, что экосистемы и биосфера являются относительно независимыми биологическими системами, имеющими собственные законы функционирования и, соответственно, собственную физиологию (Капра, 2002). При этом экосистемы и биосфера управляют эволюционным процессом, порождая наиболее подходящие для себя популяции организмов. Другими словами, предполагается, что эти системы создают в локальных областях планеты условия к селективному отбору среди множества форм организмов, как давно возникших, так и новых, появляющихся в результате событий на генетическом уровне.
Известно, что каждый новый шаг в микроэволюции,макроэволюции (уровень− выше видового, Грант, 1991), а также в биосферноймегаэволюции так или иначе связан с предшествующей историей. Иными словами, имеет место наследование на всех уровнях эволюционного процесса. В то же
время, не все эволюционные изменения обязательно предопределены прошлым, они могут также происходить из-завнешних, не связанных с жизнью на планете причин, или же быть просто случайным стечением обстоятельств. Все это многообразие подходов приводит к тому, что между упомянутыми крайними воззрениями имеется ряд промежуточных, компромиссных (Грант, 1991; Кейлоу, 1986; Колчинский, 1990; Красилов, 1986; Скворцов, 1988; Татаринов, 1987, 1988а,б; Федонкин, 1991; Филипченко, 1977).
Ситуация осложняется еще и тем, что в последние десятилетия бурное развитие получила генетика и молекулярная биология, дающие огромное количество эволюционных данных и способствующие созданию немалого числа новых гипотез (Колчинский, 1990; Кордюм, 1982; Крепс, 1988; Левонтин, 1978; Медников, 1988; Развитие…, 1983; Соболев, 1924; Тетушкин, 1989; Уотсон, 1978; Dobzhansky, 1951). Автор этой книги тоже не остался в стороне от споров и им была предложена концепция авторегулируемой или автоканализируемой эволюции (раздел I), а также физиологический принцип необратимости онтогенетических изменений в процессе постоянной «погони» за состоянием гомеостаза. Этот принцип, получивший название «необратимые последствия поддержания гомеостаза», может быть распространен и на экосистемы, но тогда, в силу традиций, следует говорить не об их онтогенезе, а об эволюции, что связано с многозначностью понимания слова «эволюция» в разных областях знания (Левченко, 1993а; Любищев, 1982). Хотя круг проблем, с которыми приходится сталкиваться современным эволюционистам, чрезвычайно широк и не представляется возможным даже просто перечислить все из них, некоторые, однако, хотелось бы упомянуть во введении, поскольку с ними связано содержание настоящей работы.
Палеонтология обеспечивает нас многочисленными примерами быстрых вымираний групп организмов, которые были широко представлены в прошлом. Такие яркие события обычно именуются глобальными экологическими кризисами или катастрофами. Чаще всего их пытаются объяснить какими-нибудьвнешними экстраординарными событиями глобального масштаба, которые несомненно были в истории Земли и влияли на биологическую и биосферную эволюцию (разделы V и VI). Вопрос заключается в том, как и на что они влияли, и, поэтому, чтобы объяснить эволюцию жизни на Земле в течение длительных периодов времени, важно разобраться в том, какие события значимы и как они взаимосвязаны со всей историей биосферы и биологической эволюцией.
Очевидно, что для того чтобы ответить на поставленные вопросы, нужно четко представлять, какие эволюционные изменения организмов, экосистем и биосферы закономерны, какие относительно случайны, какие вызываются внешними причинами, а какие определяются самими особенностями этих систем. Нужно также разобраться в том, какие вариации характеристик этих систем значимы для их функционирования, а какие оказывают малое влияние на успешность их существования и дальнейшую эволюцию, а также как эволюционные явления на различных уровнях биологической организации взаимосвязаны между собой. Следует, однако, подчеркнуть, что обсуждение эволюционных проблем в этом контексте затруднено отсутствием четкой и общепринятой эволюционной терминологии (Левченко, 2002). Такие классические таксономические понятия, как, например, «вид» плохо подходят для этого, поскольку отражают характеристики сложившихся, стационарных, но не эволюционирующих систем (Майр, 1968; Моран, 1973; Старобогатов, 1980, 1993; Левченко, 2002). Даже слово «эволюция» в биологии и других науках понимается неодинаково (Любищев, 1982). Например, с точки зрения биолога, эволюцию Вселенной следовало бы назвать онтогенезом, поскольку она в значительной степени предопределена физическими законами, в то время как биологическая эволюция не столь жестко детерминирована в плане появления тех или иных биологических форм, хотя и имеет определенную тенденцию, иначе говоря, направленность (раздел VI; Левченко, 1992, 1993а).
До какой степени взаимозависимы, сходны или несходны микро- и макроэволюционные процессы − это предмет многих, давно уже продолжающихся, порою очень резких споров между эволюционистами. В рамках этих споров нередко обсуждается и не менее запутанная проблема направленности биологической эволюции (Северцов А.Н., 1967; Северцов А.С., 1990), сложность которой порождает соблазн объяснять ее как следствие некоей заранее предначертанной и, обычно, неизменной во времени предопределенности. Поскольку объяснить такого рода предопределенность в рамках собственно биологии трудно или вообще не представляется возможным, то за объяснением обращаются либо к другим дисциплинам, например, к физике, либо к философии и даже к религии (Татаринов, 1988а,б). При этом часто забывают о том, что так называемая проблема «перводвигателя» эволюции отнюдь не только биологическая. Сходную ситуацию мы можем видеть и в других науках, в частности в современной астрофизике.
Что в биологической эволюции было предопределено изначально, какими законами? Что зависит от биосферы, что определяется внешними внеземными процессами? Что случайно, а что закономерно? Что зависит от человека, а что привносится извне? Это вопросы, которые имеют и естественнонаучное, и мировоззренческое значение. Ответ на них зависит от того, какие главенствующие парадигмы лежат в основе объяснения внешнего по отношению к познающему субъекту мира (Старобогатов, 1980, 1993), а также от того, если посмотреть на проблему философски, что или кто понимается под познающим объектом. Изучая эволюцию Вселенной и биосферы, мы, таким образом, не просто исследуем этапы изменения неживого и живого, а стремимся заглянуть вперед, охватить одним взглядом жизнь как таковую, встать над жизнью и смертью, объяснить жизнь как феномен четырехмерного пространственно-временногоконтинуума.
Существует весьма распространенная точка зрения, согласно которой биосфера является уникальной системой, свойства которой сравнивать ни с чем нельзя, и поэтому изучение закономерностей эволюции биосферы не может помочь в исследованиях жизни на других планетах, если вдруг окажется, что какие-нибудьформы жизни ещегде-либовстречаются в космосе. В то же самое время об уникальности не говорят, когда исследуют отдельные экосистемы, формирующие биосферу. Принимая во внимание, что сама биосфера также является экосистемой, хотя и самого высокого структурноиерархического уровня, мы можем надеяться на то, что, исследуя важнейшие черты экосистемной эволюции и общие закономерности того, как этот процесс происходит, нам удастся достигнуть определенных успехов и в объяснении эволюции биосферы как целого (Левченко, Старобогатов, 1990; Левченко, 1993а; Уголев, 1990).
Одним из общих положений, принятых в этой работе и позволяющих обсуждать разные эволюционные модели с единых позиций, является следующее: и экосистемы и биосфера представляют собой относительно независимые биологические системы, стремящиеся к самосохранению и имеющие свою собственную физиологию. В связи с этим в первом разделе обсуждаются две важные парадигмы − панбиосферная парадигма и парадигма автоканализации (Левченко, 1993а, 1995; Левченко, Старобогатов, 1994). В последующих пяти разделах рассматриваются конкретные модели и концепции, а также обсуждается взаимосвязь между ними и формулируется обобщеннаяфизико-экологическаяконцепция эволюции биосферы.
В последних разделах книги рассматриваются закономерности нового – информационного или техносферного − этапа эволюции биосферы, начавшегося после появления на планете человека.
Каждый принципиально новый этап эволюции жизни на планете сопряжен с началом использования новых способов передачи, хранения и использования информации. То, как значимая для жизни информация хранится, передается и используется, непосредственно влияет на весь ход эволюции живого, предопределяет ее основные этапы. Для новейшего этапа эволюции биосферы − техносферной эволюции− характерно использование не только новых, связанных со спецификой биологии видаHomo sapiens механизмов памяти и обмена информацией, но и специально изобретенных, нефизиологических средств запоминания массивов данных, то есть библиотек. Накопленные знания и навыки позволяют на этом этапе широко применять технические приспособления, которые помогают активно использовать дополнительные, неизвестные другим животным источники энергии, создавать локально комфортные для жизни и разных видов деятельности условия среды.
Главные особенности человека, как сверхуспешного, суперуниверсального вида, сумевшего внедриться практически во все крупные природные экосистемы и биогеоценозы, определяются не столько его особыми физиологическими данными, сколько умением сохранять и быстро накапливать в популяции опыт и навыки, способствующие выживанию. В отличие от других видов, экологическая ниша вида Homo sapiens определяется не только генотипом, но зависит также и от знаний и навыков, передающихся негенетическим путем. Большую роль в развитии человека и цивилизации играл и играет социум, предопределяющий через социальные правила и мифы те или иные формы общения. Отсюда следует, что особенности информационного обмена между людьми определяют многие черты эволюции тех экосистем, в функционировании которых участвует человек. Такие экосистемы названы энтоэкосистемами; среди них имеются вписывающиеся в естественную среду и преобразующие ее− см. раздел IX.
Информационный обмен между людьми можно рассматривать на языке концепции мемов − единиц культурной трансмиссии. Однако, для того, чтобы формализовать этот подход, важно уточнить как само понятие мема, так и понятия информационного сообщения и его ценности. В разделе X представлены некоторые разработки в этом направлении, которые привели к необходимости ввода дополнительных понятий: инструктон и промем. Инструктон
содержит дополнительные сведения, помогающие корректно дешифровывать и использовать массивы данных. На этом языке возможно описание информационного обмена между различными системами, которые используют информационные сообщения для управления своим состоянием, включая такие системы, как генетические и компьютерные.
Кроме уже сказанного, в данной книге обсуждаются общие вопросы, которые имеют отношение к проблеме происхождения жизни − см. раздел VII, в котором описана гипотеза эмбриосферы, которая предположительно предваряла раннюю биосферу,− а также к кибернетическим аспектам функционирования живого− см. раздел VIII. В нем вводится понятие Демона жизни; это название выбрано по аналогии с демоном Максвелла. Демон жизни− этомета-инструкциясамосохранения, которой подчиняются все остальные инструкции, обслуживающие жизненно важные процессы и функции живой системы. Под инструкциями при этом понимаются врожденные и (или) приобретенные правила функционирования всего организма или его отдельных функциональных систем вкакой-нибудьситуации. Неклассические с точки зрения термодинамики свойства биологических систем, позволяющие им избегать увеличения энтропии с течением времени, как раз связаны с тем, что поведение этих систем определяется не только средой и предысторией, но и гибкими и «интеллектуальными» инструкциями функционирования.
К сожалению, девяностые годы ХХ столетия не ознаменовались яркими успехами в теоретических исследованиях эволюции экосистем и биосферы. Исключением являются работы, косвенно связанные с эволюционной проблематикой и посвященные философии глубинной экологии (см. подробнее Капра, 2002), устойчивому развитию (см. о подходах коллективую монографию Роль высшей школы…, 2003), а также тем или иным конкретным моделям изменений на планете из-заантропогенных влияний, например, моделям глобальных изменений климата (Гинзбург, 1988;
Горшков, 1995; Поттер, 2002; Gore, 1993; Gorshkov, 1994).
Последовательность изложения материала первых пяти разделов во многом сходна с той, которая была в монографии автора (Левченко, 1993а), изданной очень малым тиражем около десяти лет назад. Во второй части книги представлены результаты более поздних исследований, некоторые из которых опубликованы в виде тезисов и статей. При этом в последних разделах использованы фрагменты переводов нескольких англоязычных публикаций автора.
studfiles.net
