Влияние природных катастроф на развитие биосферы

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Биологический факультет

(Направление биоэкология)

 

Кафедра экологии

 

РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ:

 

Влияние природных  катастроф на развитие биосферы

 

 

 

 

Выполнила: студентка 3 курса _______________Игитова Д.М.

Проверила___________________________проф. Шихова Л.Н.

Дата, подпись

 

КИРОВ 2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………3

1.Влияние природных  катастроф на развитие биосферы…………………….7

1.1 Основные катастрофы в истории Земли и их последствия ………..7

1.2 Значение  катастроф для биосферы в целом  ……………………...…9

1.3 Значение  катастроф для будущего человечества  …………………11

Заключение………………………………………………………………………13

Список используемой литературы………………………………………….….14

 

Введение

Впервые термин "биосфера” предложил в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. Под биосферой он понимал область нахождения живой материи.

Основателем же учения о биосфере был В.И Вернадский. Основные идеи Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х годов и были опубликованы в 1926 г. в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». По Вернадскому, биосфера — организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система.

Однако еще  до создания учения и ведения термина, с древности, научный мир интересовала эволюция природы в целом и отдельных ее частей. К примеру, Фалес, Гомер уже говорят о воде – как «первоначале жизни». ( Мотрошилова, 1995).В трудах других древнегреческих ученых и философов, таких как Анаксимандр, Ксенофан, Алкмеон, Эмпедокл, Платон уже прослеживаются зачатки теории о естественном отборе (Асмус,1976). Однако речи о катастрофических явлениях как о факторе эволюции еще нет. После периода упадка науки раннего средневековья вновь появляются идеи о ходе эволюции на земле. Альберт Великий - немецкий философ и богослов XIII века, впервые отметил самопроизвольную изменчивость растений, приводящую к появлению новых видов. Этому явлению он дал название «трансмутация» (Лункевич , 1960). В XVI веке Бернар Палисси так же поддерживает идею «трансмутации», примерно в то же время подобные идеи возникают у Френсиса Бекона. Первым трактатом непосредственно по эволюции считается «Первоначальное происхождение человеческого рода, рассмотренное и испытанное согласно свету природы»(1677г). Автор – Мэтью Хейл, английский юрист. Но именно он впервые употребляет термин «эволюция» в биологическом смысле (Шадрин, 2010). Идеи эволюционизма у современников Хейла, и в более поздние годы, возникали достаточно часто. Среди таких ученых можно отметить Джона Рэя, Роберта Гука, Карла Линнея, Жоржа Луи Бюффона, Жана Батиста Ламарка. Но и в их работах тема катастроф никаким образом не затрагивалась.

В 1812 г. основатель палеонтологии Жорж Леопольд Кювье опубликовал «Исследования об ископаемых костях». Это были первые итоги его работы с найденными останками древних животных. Кювье обратил внимание что слои, богатые останками доисторических животных, сменяются горизонтами, бедными на эти находки. При этом было обнаружено, что в каждом следующем богатом слое оказываются останки животных иных разновидностей, отличных от разновидностей предыдущих и последующих слоев. Данный факт натолкнул ученого на размышления. Результатом стала следующая книга Кювье – «Рассуждения о переворотах на поверхности Земного шара и об изменениях, какие они произвели в животном царстве». Кювье полагал, что ископаемые останки принадлежат либо прямым предкам современных животных, сумевших пережить все природные катаклизмы, либо окончательно вымерших животных во время катастроф. Они соответственно, потомков в настоящей фауне не имеют.

Но Кювье  не смог определить, что же погубило доисторических животных. Таким образом, он написал: «Какие-то силы раздробили, приподняли слои Земли и опрокинули их на тысячу ладов». Так сформировалась теория катастрофизма.

Оппонентом  Кювье был другой французский  ученый - Жоффруа Сент-Илер. Он так же обратил внимание на чередование ископаемых останков. Жоффруа считал, что гибель господствовавших в определенные периоды видов животных еще не означала повсеместной гибели жизни вообще. Некоторые виды, занимавшие ранее подчиненное место, выживали. Наделенные свойствами, помогавшими им противостоять силам природы, которые уничтожали большую часть животного мира, они получали простор для своего дальнейшего развития. В отличие от Кювье Жоффруа видел единство организации и развития животного мира.

В одном лишь были едины Кювье и Жоффруа: какие-то грандиозные силы вмешивались в  эволюцию жизни. (Карпенков, 1998).

Еще одним ученым, обращавшим внимание на роль катастроф в развитии живого на Земле, был английский лесовед Патрик Мэттью. Принцип борьбы за существование уживался у Мэттью с признанием существования катастроф: после переворотов выживают немногочисленные примитивные формы; в отсутствие конкуренции после переворота эволюционный процесс идёт высокими темпами. Свои эволюционные взгляды, близкие к дарвиновским, он опубликовал в 1831 году, в монографии «Строевой корабельных лес и древонасаждение». Таким образом, Мэттью в некоторой степени предвосхитил дарвиновское «Происхождение видов», вышедшее в 1859 году. С чем Чарльзу Дарвину пришлось считаться. ( Карпенков,1998). Как бы то ни было, дарвиновская теория с тремя ее постулатами: наследственность, изменчивость, отбор, была наиболее обоснованной и популярной длительное время. Но все же наука не стояла на месте, накапливались знания, появлялись новые гипотезы, а так же возвращались к старым воззрениям. Так, в 1937 году Н.С.Шатский предлагает термин «неокатастрофизм» при анализе концепции «геологических революций» Г. Штилле (1924г.). Позднее, в 1954 году немецкий ученый Шиндевольф разработал новую концепцию в рамках неокатастрофизма. По его мнению, основной катастрофической силой была космическая радиация. Однако его суждения подверглись резкой критике, так как считались бездоказательным.

Примерно в  то же время(1956 г.) американский палеонтолог  М. Делаубенфельс высказывает предположение, что одной из глобальных катастроф  было падение крупного метеорита, в результате которого вымерли мезозойские пресмыкающиеся. В 1973 году химик Г.Юри предполагает, что столкновения с кометами послужили причиной гибели животных в различные периоды существования Земли (Назаров,1991).

Уже в наше время ученые сделали открытие: если бы развитие биосферы подчинялось только дарвиновским законам, то потребовалось бы много больше времени для достижения современного уровня организации (Карпенков, 1998). Следовательно, существовали и другие «двигатели» эволюции, например, глобальные катастрофы различной природы.

В последние  годы развиваются представления глобального эволюционизма. Вселенная, как и биосфера, представляются учеными как динамичные системы. Эволюция в них проходит не медленно и равномерно, а через кризисные явления, катастрофы, бифуркации. Они в свою очередь сменяются периодами «запрограммированного» развития (Андреев, 2009)

 

1.Влияние природных катастроф на развитие биосферы

1.1 Основные катастрофы в истории Земли и их последствия.

С момента зарождения Земли на ее поверхности и в космическом пространстве происходило множество различных процессов, приводивших к гибели целых систематических групп организмов. Катаклизмы и происходившие по их вине массовые вымирания значительно различались по масштабам. Обычно выделяют четыре-пять значительно крупных событий - "великие массовые вымирания" и около пятнадцати непродолжительных и менее масштабных - "малые вымирания". Всего же можно насчитать до 29 событий массовой гибели живых организмов (Веймарн, Найдин, Копаевич, Алексеев, Назаров,1998 ).

Наиболее крупные вымирания отражены в виде границ геологических эпох геохронологической шкалы. Граница между эрами фанерозоя проходит по крупнейшим эволюционным событиям — глобальным вымираниям. Палеозой отделён от мезозоя крупнейшим за историю Земли пермо-триасовым вымиранием видов - вымерло около 95 % всех существовавших видов. Мезозой отделён от кайнозоя мел-палеогеновым вымиранием рептилий, господствующих ранее.

Рассмотрим  основные периоды гибели организмов. Самый первых период вымирания произошел в конце ордовика, примерно 450 миллионов лет назад. В то время жизнь существовала только в воде, соответственно, катаклизмы затронули только водные биоценозы, в которых вымерло до 60 % видов растений и животных. К началу силура вымерли многие семейства среди граптолитов, брахиопод, кораллов, головоногих моллюсков и трилобитов, а также ряд своеобразных групп иглокожих, характерных только для ордовикского периода. На сегодняшний день основной причиной вымирания считается оледенение больших территорий Земли (Алексеев, 1998;Наука и техника,2011).

Вторая биологическая катастрофа произошла примерно 360 миллионов лет назад в конце девонского периода. Исчезло до 50% родов, преимущественно рыб. Источник катаклизмов так же не выявлен. Существуют лишь предположения. В Западной Австралии обнаружен засыпанный кратер огромного астероида, 360 миллионов лет назад столкнувшегося с Землей. Эта дата примерно соответствует известной биологической катастрофе девонского периода.( Алексеев, 1998; Benton , 2003)

Пермское вымирание сформировало границу между пермским и триасовым геологическими периодами, примерно 250 миллионов лет назад. Это одна из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли. На данном этапе произошло вымирание 96 % всех морских видов, и 70 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых, в результате которого вымерло около 57 % родов и 83 % видов всего класса насекомых. В результате массового вымирания с лица Земли исчезло множество видов, ушли в прошлое целые отряды и даже классы. Исчезла большая часть отряда парарептилий, кроме предков современных черепах. Не смогли выжить многие виды рыб и членистоногих, в том числе трилобиты. Катаклизм также сильно ударил по миру микроорганизмов. Однако вымирание старых форм открыло дорогу многим животным, долгое время остававшимся в тени: начало и середина следующего за пермью, триасового периода ознаменовалось становлением архозавров, от которых произошли динозавры и крокодилы, а впоследствии птицы. Кроме того, именно в триасе появляются первые млекопитающие.

Что послужило  источником катастрофы, так же не известно. На данный момент существует несколько  основных версий. В теории американских геологов Шопфа и Зим-берлофа рассматривается изменение и сокращение мест обитания организмов. Поль Ренне из Геохронологического центра в Беркли (Калифорния) считает виновником катастрофы извержение вулканов. (Нудельман, 1997)

Следующий период вымирания  - триасово-юрский произошел 205 миллионов лет назад. В конце триасового периода вымерли 23% всех семейств и 48% всех родов. В это время было разнообразие рептилий на суше и в море. Существовали примитивные хвойные, папоротники уже не были доминантами, как раньше. Существовали примитивные млекопитающие. В результате катаклизмов погибли некоторые пресмыкающиеся и земноводные, произошло открытие ниши для динозавров юрского периода. Причина этого вымирания остается неясной. Одна из гипотез – активная вулканическая деятельность(Benton , 2003).

Конец мелового и начало третичного периодов ознаменовались появлением горной породы, богатой иридием. Иридий крайне редко встречается на поверхности Земли, но его наличие характерно для метеоритов. Поэтому была выдвинута новая теория, согласно которой 65 миллионов лет назад на Землю упал массивный метеорит, вызвавший ударную волну огромной мощности и пожары. Погибло 16 % родов морских животных и 18 % родов сухопутных позвоночных. Наибольший удар приняли пресмыкающиеся. Сообща с динозаврами вымерли морские рептилии: мозазавры и плезиозавры, и летающие ящеры, почти все моллюски, в том числе аммониты, белемниты и большое количество водорослей. Жизненная площадка была расчищена и подготовлена к тому, чтобы ее заняли выжившие группы организмов. Однако существуют и другие мнения о развитии событий в это время. Некоторые ученые считают, что к гибели рептилий привело изменение экосистем за счет распространения покрытосеменных растений (Пономаренко, 1993).

Исходя из фактов, изложенных выше, можно сделать вывод, что бывшие некогда природные катастрофы не приводили к полному вымиранию. Вероятно, в результате действия неблагоприятных факторов погибали менее приспособленные организмы, а более приспособленные выживали и занимали в последующем пустующие экологические ниши.

1.2 Значение катастроф для биосферы в целом.

 Согласно современным представлениям о сущности эволюции биосферы, главенствующую роль в этом процессе играют естественный отбор и мутации. В результате мутаций появляются новые формы жизни. Естественный отбор закрепляет право на дальнейшее существование и развитие за наиболее жизнеспособными организмами.

При бескатастрофическом  существовании биосферы условия  обитания видов являются практически неизменными (Лосев, Садовничий, Ушакова, Ушаков, 2001). При этом естественный отбор сравнительно быстро стабилизирует структуру сообществ. У новых форм жизни, образующихся в результате мутаций, практически нет шансов на выживание - все экологические ниши заняты. В результате темпы эволюции резко снижаются. Начинается своеобразный «застой» и механизмы адаптации к изменениям параметров окружающей среды у доминирующих форм жизни «за ненадобностью» ослабевают. Сам собой назревает переход биосферы в другое состояние, иначе произойдет окончательная деградация. Этот переход биосферы из одного состояния в другое не обязательно должен быть моментальным, как при атомных взрывах и последующих пожарах. Постепенно должны появляться предпосылки, накапливаться, а затем вылиться в катастрофу. Причем катастрофы могут быть совершенно различны. В результате работы ученых Института прикладной математики РАН им. М.В. Келдыша, под руководством С.П. Курдюмова, было выявлено, что самые разные катастрофические события могут развиваться по одним и тем же законам (Пригожин ,1986.). Незадолго перед катастрофой, существенные характеристики этих систем демонстрируют быстрый катастрофический рост, на который накладываются ускоряющиеся колебания. В какой-то момент наступает обострение состояния, так называемая точка бифуркации (Андреев, 2009).В результате происходит расшатывание сложившейся системы и ее перестройка через катастрофу.

При возникновении  глобальных катастроф существенно  изменяются условия обитания всех видов. Каждый вид попадает в неблагоприятные  для себя условия и вынужден бороться за существование. При этом резко  возрастает внутривидовая и межвидовая конкуренция; многочисленные и ранее господствовавшие формы жизни утрачивают свои естественные преимущества перед малочисленными и слабыми. В этой борьбе выживают и приобретают статус доминирующих виды, обладающие наиболее развитыми способностями к адаптации и способные быстрее других приспособиться к новым условиям. Таким образом, катастрофы необходимы для полноценного развития биосферы и сохранения ее устойчивости в целом.