Эволюция планеты Земля, возникновение жизни. Причины возникновения кислотных дождей

С появлением достаточного для аэробного образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений - хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции. По поводу возникновения и развития эукариот существует интересная и вполне обоснованная гипотеза, высказанная почти 30 лет назад американским исследователем Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, - это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, - цианобактерии, поглощенные, вероятно, около 2 млрд лет назад примитивными амебами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощенные бактерии стали внутренними симбионтами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему - эукариотную клетку.

Исследования ископаемых останков организмов в породах разного геологического возраста показали, что на протяжении сотен миллионов лет после возникновения эукариотные формы жизни были представлены микроскопическими шаровидными одноклеточными организмами, такими как дрожжи, а их эволюционное развитие протекало очень медленными темпами. Но немногим более 1 млрд. лет назад возникло множество новых видов эукариот, что обозначило резкий скачок в эволюции жизни.

Прежде всего, это было связано с появлением полового размножения. И если бактерии и одноклеточные эукариоты размножались, производя генетически идентичные копии самих себя и не нуждаясь в половом партнере, то половое размножение у более высокоорганизованных эукариотных организмов происходит следующим образом. Две гаплоидные, имеющие одинарный набор хромосом половые клетки родителей, сливаясь, образуют зиготу, имеющую двойной набор хромосом с генами обоих партнеров, что создает возможности для новых генных комбинаций. Возникновение полового размножения привело к появлению новых организмов, которые и вышли на арену эволюции.

Три четверти всего времени существования жизни на Земле она была представлена исключительно микроорганизмами, пока не произошел качественный скачок эволюции, приведший к появлению высокоорганизованных организмов, включая человека. Проследим основные вехи в истории жизни на Земле по нисходящей линии.

1,2 млрд. лет назад произошел взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни - растений и животных.

В настоящее время, да, наверное, и в будущем, наука не сможет дать ответ на вопрос, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, - предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна из ветвей - эукариоты, клетки которых имеют оформленное ядро, содержащее генетический материал, и специализированные органеллы: митохондрии, вырабатывающие энергию, вакуоли и др. К эукариотным организмам относятся водоросли, грибы, растения, животные и человек.

Образование новых вариаций в смешанном генотипе, возникающем при половом размножении, проявилось в виде биоразнообразия новых форм жизни.

2 млрд. лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили свое строение за счет поглощения других прокариотных клеток. Одни из них - аэробные бактерии - превратились в митохондрии - энергетические станции кислородного дыхания. Другие - фотосинтетические бактерии - начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и четко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни - от плесневых грибов до человека.

3,9 млрд. лет назад появились одноклеточные организмы, которые, вероятно, выглядели, как современные бактерии, и архебактерии. Как древние, так и современные прокариотные клетки устроены относительно просто: они не имеют оформленного ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК - носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.

4 млрд. лет назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору. В современных клетках РНК не имеют или не проявляют этих свойств, но играют очень важную роль посредника в передаче генетической информации с ДНК на рибосомы, в которых происходит синтез белков.

2. Первый глобальный кризис на Земле

Экологическая проблема имеет многовековую историю, однако она обострилась со второй половины XIX столетия по мере индустриализации планеты. За последние 100 лет было уничтожено около 1/4 обрабатываемой земли и около 2/3 лесов нашей планеты. Каждое десятилетие в мире теряется 7% плодородных почв. В настоящее время ежегодно с полей выносится 26 млрд. т плодородного слоя. Кризисный характер проблема приобрела уже с конца 50-х - начала 60-х годов нашего столетия. Вот всего лишь несколько цифр, иллюстрирующих масштабы надвигающейся катастрофы. Каждые два года прибавляется 12 млн. га опустыненных земель. Интенсифицируется массовое сведение лесов на Планете; каждую секунду их площадь сокращается на полгектара, а каждые два года - на площадь, равную всей Финляндии. Наступление экологического кризиса идет высокими темпами во всех странах мира, на всех континентах.

Масштабы взаимодействия современного общества с природой оказались настолько велики, что возникла реальная угроза нарушения сбалансированности обмена между ними, привнесения серьезных изменений в этот обмен с нежелательными последствиями для человека и мирового развития.

По существу, обострение экологической проблемы означает переход на качественно новую зависимость населения мирового сообщества от оскудевающей окружающей природы в результате варварского воздействия на нее человеческой деятельности.

Развертывание экологического кризиса: основные направления

Традиционно главными направлениями обострения экологического кризиса называются следующие:

во-первых, вывод из землепользования растущих размеров (площадей) культивируемых земель в результате чрезмерного употребления химических удобрений, засоления почв, ветряной и водной эрозии и т.д.;

во-вторых, все большее химическое воздействие на продукты земледелия и животноводства, воду, среду обитания человека, уничтожение лесов и т.д. - все это, в конечном счете, влияет на жизнь и здоровье всех людей, не говоря о прямом уничтожении способности к воспроизводству природной среды;

в-третьих, растущий объем выброса в атмосферу Земли загрязнителей (сотни тысяч тонн окиси углерода, углеводородов, сернистого ангидрида и т.д.). Они уже сегодня помимо всего прочего ведут к постепенному уничтожению озонового защитного слоя вокруг атмосферы Земли с непредсказуемыми последствиями уже на ближайшую перспективу;

в-четвертых, стремительное наращивание отходов, превращение значительных земельных площадей в свалки различных промышленных отходов. В результате сокращаются полезные площади земли и расширяются территориальные очаги с повышенной опасностью для жизни людей;

в-пятых, особую опасность для жизни человека и природы представляет рост количества атомных электростанций. Приблизительный «сценарий» их возможного воздействия человечество получило в результате чернобыльской трагедии: смерть людей, омертвление городов, земель, лесов, воды, перенос по воздуху на тысячи километров особо опасных радиационных загрязнителей и их, выпадение в виде осадков на города и села.

Повлияли на ускорение экологического кризиса и так называемые локальные войны - во Вьетнаме, Кампучии, Лаосе, Афганистане, Африке, Центральной Америке. Оказались буквально выжженными огромные пространства джунглей, находившиеся веками нетронутыми. Это - тоже результат современной «цивилизации». Но не только непосредственные военные воздействия уничтожают природную среду. Тысячи военных кораблей проводят учения в Мировом океане, рассматривая его как некую «абсолютную среду», в которой можно как угодно экспериментировать, швыряя в его пучину бесчисленное количество различных снарядов, выливая миллионы тонн нефтепродуктов.

Сложную ткань атмосферы разрывают ракеты: все ли мы знаем о последствиях этих деяний человеческого разума? А более простые, прозаические процессы - безумная гонка вооружений, вовлечение в оборонно-промышленное производство металлов, химических продуктов, энергии, воды и т.д. В результате все меньшая их доля остается собственно для нужд самого человека. Трагедией предстает для цивилизации то обстоятельство, что правительства разных стран не в состоянии осознать необходимость рационального свертывания производства современного оружия и направления огромных ресурсов, выделяемых на эти цели, для решения задач мирного развития, создания новой технической цивилизации на базе экологически безопасного производства.

Уже сейчас в промышленной географии нашей планеты наблюдаются глубокие изменения. Происходит существенное перераспределение промышленных мощностей по мере того, как развивающиеся страны в ходе осуществления индустриализации обретают способность производить и сбывать на мировом рынке многие конкурентоспособные товары, ранее производившиеся главным образом в более развитых в промышленном отношении государствах: продукцию черной металлургии, автомобили, суда, электронную технику и даже летательные аппараты.

Промышленный рост в развивающихся странах приводит к возникновению таких экологических проблем, которые ранее считались болезнью лишь богатых стран. Центр тяжести одной из самых серьезных и острых в мире экологических проблем - загрязнения почвы, воды и воздуха - сместился на юг. Сегодня многие районы, которые относятся к числу наиболее загрязненных на земном шаре, находятся в развивающихся странах. В следующем столетии развивающийся мир с его огромным населением будет в основном урбанизирован и его городские районы будут испытывать такие нагрузки и столкнутся с такими проблемами, с которыми мы еще нигде и никогда не встречались.

Имеются весьма убедительные свидетельства того, что мировому сообществу серьезно угрожает опасность, связанная с переменой климата и обеднением озонного слоя в атмосфере из-за бездумного воздействия человека на окружающую среду в результате неконтролируемого экономического роста. Изменение климата вследствие накопления в атмосфере углекислого и других парниковых газов может оказаться наиболее значительным со времени появления человека на Земле. Средние температуры на Планете могут подняться к 2050 г., по различным оценкам специалистов, в пределах плюс 1,5-4,5 °С. Одно из возможных последствий - повышение уровня Мирового океана, которое, как высказались некоторые эксперты на конференции в Рио-де-Жанейро, уже к 2010 г. может составить от 1,4 до 2,2 м. Специальные исследования показали, что содержание углекислого газа в атмосфере по сравнению с 1860 г. увеличилось на 30%. Но особенно быстрыми темпами концентрация углекислого газа возрастает начиная с 1958 г. Основной источник накопления углекислого газа - энергетика, сжигание нефти, угля, леса и т.д. Большую обеспокоенность в мире вызывает и состояние озонового слоя в стратосфере, где зарегистрировано 2%-е уменьшение его содержания, а над Антарктидой площадь озоновой «дыры» уже вдвое больше размера территории США. Природные структуры и структуры, созданные человеком, от которых зависит будущее человечества, по своему охвату являются глобальными, и любое происшествие в какой-либо части из них в наше время может оказать влияние на всю их совокупность.

Экономика экологического кризиса

Следует отметить, что вообще нагрузки на природные ресурсы, окружающую среду и системы жизнеобеспечения людей, уже приведшие к столь глубокому обострению экологической ситуации в мире, неизбежно будут нарастать и дальше - это неизбежно. Это значит, что в самом центре причинно-следственной системы, от которой зависит будущее человечества, находятся взаимодействующие связи между окружающей средой и экономической деятельностью. Границы, в которых может сохраняться и процветать жизнь человека, устанавливаются пределами окружающей среды. Таким образом, окружающая среда и экономическое развитие непременно и тесно связаны между собой, и наше будущее зависит от того, насколько успешно мы будем учитывать эти связи.

Связи между окружающей средой и экономикой просматриваются во многих явлениях, к которым сейчас приковано наше внимание. Недавний голод в африканских странах к югу от Сахары стал, скорее, следствием серьезного ухудшения экологического и экономического положения, нежели результатом только лишь засухи, которая, несомненно, явилась катализатором бедствия.

Проблема экологической безопасности тесно связана с достижением экономической безопасности, утверждением равноправных экономических отношений, исключающих хищническую эксплуатацию природных ресурсов, экспорт загрязняющих производств и опасных отходов, - эта мысль подчеркивалась на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, состоявшейся в 1992 г. Американский ученый Браун, директор Вашингтонского института всемирного наблюдения, подчеркивал в этой связи, что экстенсивное разрушение природных обеспечивающих систем и ухудшающиеся экологические условия представляют угрозу национальной и международной безопасности, которая сейчас соперничает с традиционной военной угрозой.

Здесь как раз требуются наиболее развитые формы международного сотрудничества на основе единых критериев, общепризнанных универсальных подходов. В этих целях необходимо придать динамизм существующим международным экологическим организациям и создать целый ряд новых. При этом ясно, что под них надо подвести соответствующую финансовую базу, возможно, наделить их определенными наднациональными правами в деле регулирования процессов охраны окружающей среды.

Пока что «экологические бюджеты» стран и международных организаций сравнительно невелики, не адекватны масштабам решаемых задач, хотя они и быстро возрастают. В 1970 г. на природоохранные мероприятия человечество затратило 40 млрд. долл., в 1980 г. - около 75 млрд., в 1990 г. - приблизительно 150 млрд., а в 2005 г. предполагается затратить около 250 млрд. долл. В об щем, хотя эти расходы и растут, но они несоизмеримы ни с грядущим экологическим кризисом, реально угрожающим человечеству, ни с совокупным оборонным бюджетом мирового сообщества, годовой объем которого прямо и непосредственно действует против сохранения жизни на Земле. Эти соотношения между оборонными и экологическими бюджетами необходимо уже в самом ближайшем будущем поменять местами.