Эволюция биосферы Земли

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ФИЛИАЛ В Г. ДИМИТРОВГРАДЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему: Эволюция биосферы Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка группы ФиКз-11

специальности «Финансы и кредит»

заочной формы обучения

 

 

 

 

Проверила:

Кандидат биологических  наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Димитровград 2007

Содержание

 

Ведение ------------------------------------------------------------------------------  3

Глава 1.

1.1. Понятие о биосфере --------------------------------------------------------  4

1.2. Биосфера как экосистема ------------------------------------------------  6

Глава 2. Живые организмы биосферы ------------------------------------ 7

Глава 3. Формирование биосферы -----------------------------------------  10

Глава 4. Переход биосферы в ноосферу ----------------------------------- 15

Заключение ------------------------------------------------------------------------ 20

Список литературы ------------------------------------------------------------- 21

 

Ведение

 

На протяжении многих сотен человеческих поколений взаимодействие человека с окружающей средой заметных изменений в биосфере не вызывало, но все это время шло накопление знаний и сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил свое деятельностью всю верхнюю оболочку планеты – всю биосферу. Эта деятельность привела к приручению животных, к выведению культурных растений. Человек стал менять окружающий его мир и создавать для себя новую, не существовавшую никогда на планете живую природу.

Под влиянием человеческого  труда с момента появления  человечества начался и в нарастающем  темпе продолжает происходить процесс  видоизменения биосферы в качественно новые состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но данный переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое явление.¹ 

 

Глава 1.

1.1. Понятие о биосфере.

 

Биосфера – это  живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество (образованное без участия жизни). Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие. Это фундаментальное понятие биогеохимии, один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.²

Биосфера возникла под  влиянием солнечной энергии в  результате длительных биохимических  процессов. Она является оболочкой Земли, включающую как область распространения живого вещества, так и само это вещество.³Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20 – 22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8 – 11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2 – 3 км. Но эта тончайшая пленка покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете (включая пустыни и ледяные пространства Арктики и Антарктики), где бы не было жизни. Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. В биосферу входят нижняя часть атмосферы, состоящая из тропосферы и нижней части стратосферы, высотой до 15 – 20 км, гидросфера, где наблюдается жизнь ниже глубины Мирового океана на 1 – 2 км, и литосфера – верхняя оболочка Земли глубиной до 4,5 км. На этой глубине в нефтеносных водах найдены микроорганизмы. Верхней границей служит защитный озоновый экран, который предохраняет живые организмы на Земле от вредных влияний ультрафиолетовых лучей. К биосфере относится и человек.

По мере углубления в земную кору, окружающими ее земными оболочками. И прежде всего нет такой границы в атмосфере, которая делала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Перерабатывая  эту энергию, живое вещество преобразует нашу планету. Само образование биосферы, в том числе и происхождение жизни на Земле, является результатом действия этих космических сил, важнейшего фактора функционирования биосферы⁴. Биосфера представляет собой грандиозную равновесную систему с непрерывным круговоротом вещества и энергии, в котором активную роль играют микроорганизмы.

 

1.2. Биосфера как экосистема.

 

Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими факторами: террабиосфера и литобиосфера – в пределах геобиосферы, океанобиосфера и аквабиосфера – в составе гидробиосферы. Данные образования называют подсферами. Ведущим средообразующим фактором в из образовании являются физическая фаза среды жизни: воздушно-водная в аэробиосфере, водная (пресноводная и соленоводная) в гидробиосфере, твердо-воздушная в террабиосфере и твердоводная в литосфере.

В свою очередь, все они  распадаются на слои: аэробиосфера – на тропосферу и альтобиосферу; гидросфера – на фотосферу, дисфотосферу и фотосферу.

Структурообразующие факторы  здесь, помимо физической среды, энергетика (свет и тепло), особые условия формирования и эволюции жизни – эволюционные направления проникновения биоты на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана, несомненно, различны. Вместе с апобиосферой, парабиосферой и другими под- и надбиосферными слоями они составляют так называемый «слоеный пирог жизни» и геосферы (экосферы) ее существование в пределах границ мегабиосферы.

Перечисленные образования  в системном отношении – это  крупные функциональные части фактически общеземной или субпланетарной размерности.⁵

 

 

 

Глава 2.

Живые организмы  биосферы.

 

Отдельные популяции  живых организмов так же не является изолированными от окружения. В ходе эволюции образуются биоценозы –  сообщества животных, растений, микроорганизмов. В совокупности со средой обитания биоценозы образуют биогеоценозы. В них происходит непрерывный обмен веществом и энергией, которой реализуется множеством трофических цепочек и ментарными ячейками биосферы, которые, взаимодействуя между собой, устанавливают динамическое равновесие в ней. Живое вещество выполняет системообразующую роль в суперсистеме жизни – биосфере.⁶

Данные о составе  современной биосферы постоянно  уточняются и их следует считать  примерными. Воспользуемся сведениями из книги авторитетного ученого  М. М. Камшилова (Камшилов М.М.Эволюция биосферы – М., 1974). Количество видов животных организмов – 1000000, растений – 265500, т.е. численность видов животных почти в 4 раза превышает численность видов растений? Другие данные: чуть больше 1 млн. видов животных и около 400 тыс. видов растений (Вилли К., Датье В. Биология. – С. 788-793). 73% общего числа видов среди животных составляют членистоногие, в том числе насекомые. Позвоночные животные занимают третье место (после моллюсков), не достигая и 4% общей численности видов. А млекопитающие составляют 10 % видов позвоночных. На долю же рыб приходится более 50% видов позвоночных. Число видов сухопутных животных составляет 92 %, водных – только 7 % общего числа видов животных. Среди растений тоже 92 % приходится на сухопутные и 8 % на водные. Как видим, возможность для видообразования на суше больше, чем в водной среде. Выход жизни на сушу открыл широкие перспективы для ее эволюции.

Таким образом, на континентах  преобладают растения, а в океане – животные. Бросается в глаза  незначительная доля (0,13 %) биосассы организмов океана от суммарной биомассы на всей планете, хотя поверхность океана занимает 70,2 % всей поверхности Земли. А ведь широко распространено мнение о большей насыщенности жизнью океана по сравнению с сушей. Это мнение ошибочно. Далее, живое вещество планеты сосредоточено преимущественно в земных растениях суши. Организмы, неспособные к фотосинтезу, составляют менее 1 %. На растения приходится менее 21 % общего числа видов, но именно они дают более 99 % всей биомассы. На животных от нее остается менее 1 %. Это значит, что существенно более высокий уровень дифферентации характеризует меньшую (по суммарной биомассе) часть жизни.⁷

Существование всех живых  организмов неразрывно связано с  окружающим миром. В процессе своей  жизнедеятельности живые организмы не только потребляют продукты окружающей среды, но и коренным образом преображают природу. В естествознании изучение жизни как целостного феномена в его тесной связи с окружающей природой получило название учения о биосфере.

Постепенно, на основе наблюдений, экспериментов и опытов, ученые приходят к убеждению, что живые организмы также оказывают воздействие на физические, химические и геологические факторы окружающего мира. Результаты их исследований незамедлительно сказались при изучении общих проблем воздействия биотических (живых) факторов на абиотические (физические) условия. Так оказалось, например, что состав морской воды во много определяется активностью морских организмов. Растения. живущие на песчаной  почве, значительно меняют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Все эти примеры свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей планеты. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны, зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому в современной науке под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Два главных компонента биосферы – живые организмы и среда их обитания – непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему.⁸

 

Глава 3.

Формирование  биосферы.

 

Термин «биосфера» был  введен австрийским геологом Э. Зюссом (1875 г.) для обозначения оболочки Земли, образованной совокупностью  живых организмов. Это соответствовало исходной, сугубо биологической концепции биосферы. В современном естествознании под биосферой понимают оболочку Земли, населенную и активно преображаемую живыми организмами. Биосфера включает нижние слои атмосферы, водную среду и верхнюю часть земной коры. Два главных компонента биосфера (живые организмы и среда их обитания) существует в постоянном взаимодействии, образуя целостную многоуровневую систему.⁹

Развитие биосферы Земли можно  рассматривать как последовательную смену трех этапов. Первый этап –  восстановительный – начался еще в космических условиях и завершился появлением на Земле гетеротрофной биосферы.¹⁰

Биосфера согласно Вернадскому  включает в себя следующие составные  части.

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.
2. Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и т.д.).
3. Косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (результате движения земной коры, деятельность вулканов, метеоритов).
4. Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почвы).

Существуют различные  точки зрения относительно времени  возникновение биосферы. Согласно одной  из них биосфера возникла на самой  ранней стадии развития планеты Земля и имеет разраст, близкий к возрасту Земли (приблизительно 4,6 млрд. лет). По Вернадскому, переход от неживого вещества к простейшим формам живого занял незначительный (в гомогическом масштабе) отрезок времени – не более 200 лет.¹¹

Можно предположить, что ранняя Земля  первоначально была холодным телом, окруженным разреженной восстановительной  атмосферой – смесью метена, аммиака, паров воды при общем давлении не более 1 – 10 мм рт. ст. Температура  поверхности достигла примерно - 50 – 60ºС, так что вода ледяным покровом окружала литосферу. Под действием солнечных и космических частиц, проникавших через разреженную атмосферу, происходила ее ионизация: атмосфера находилась в состоянии холодной плазмы. Атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали составные разряды. В таких условиях шел быстрый и одновременный синтез разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложного состава. Эти соединения (как и те, что попали на Землю в уже готовом виде из космоса) представляли собой подходящее сырье, из которого ни следующей стадии эволюции могли образоваться белки и нуклеотиды.

Низкая температура и холодная атмосфера плазмы создавали условия для успешного протекания процессов полимеризации. Возникшие биополимеры стали предшественниками тех, из которых потом строилась жизнь. Их образование протекало в атмосфере, откуда они выпадали на ледяной покров Земли, накапливаясь в нем. В условиях гигантского естественного холодильника они хорошо сохранялись до лучших времен.

Радиоактивный разогрев недр Земли  пробудил тектоническую деятельность, заработали вулканы. Выделение газов  уплотнило атмосферу, отодвинув  границу ионизации в ее верхние  слои. Растаял ледяной покров, образовав  первичные водоемы. Разморожение активизировало химическую деятельность накопленных биополимеров, углеводов, жиров. Они претерпевали самосборку, образуя стабильные микросферы (коацерватные капли), произошел скачок, характерный для самоорганизации вещества, образовался протобионт – молекула РНК, отвечавшая сразу за две основные функции живой системы: обмен веществ и воспроизводство материальных основ этой системы.