Текст книги "Экология"

Исследования земных и лунных пород, а также вещества метеоритов показали, что в окружающей нас части Солнечной системы нет вещества старше 4,6 млрд лет, поэтому признано, что она (система) возникла около 5 млрд лет назад. Современные астрономы, геологи и биологи пришли к выводу, что Земля образовалась из холодного газопылевого облака, и ее возраст составляет 4,5–5 млрд лет.

В начальный период развития наша планета была мало похожа на свое современное состояние. Столкновения частиц газопылевого облака вызвали их нагрев, после чего начали проявляться процессы гравитационной дифференциации вещества. Тяжелее элементы опустились вниз и образовали ядро Земли, а легкие – поднимались. В определенный момент размеры Земли стали таковы, что газы, выделявшиеся на поверхности из ее недр, стали удерживаться и образовали атмосферу, состоявшую в те времена из воды, аммиака, диоксида углерода и метана.

Первоначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. В результате 4 млрд лет назад возникла твердая базальтовая оболочка (кора) и начался необратимый процесс ее развития. Горные породы, слагающие земную кору, образовывались в определенной последовательности, в результате чего планета приобрела сложную геологическую структуру.

До тех пор пока температура Земли не снизилась до 100 °C, вода, вероятно, находилась в парообразном состоянии. Атмосфера, видимо, была «восстановительной», что подтверждается наличием в самых древних горных породах Земли металлов в восстановленной форме, таких, как двухвалентное железо (Fe²⁺).

Подсчитано, что возникновение Земли из допланетного облака длилось примерно 100 млн лет.

С момента образования Земля прошла необратимый путь развития и приобрела сложную геологическую структуру. Используя специальные геологические методы, ученые восстановили основные этапы эволюции Земли.

Подлинную революцию в изучении истории Земли совершила наука палеонтология (от греч. palaios – древний, ontos – сущее, logos – учение), изучающая вымерших животных и растения. Отмирая, они оставались в древних осадках, «консервировались» в них и превращались в окаменелости. Опираясь на результаты палеонтологических исследований, геологи подразделили всю толщу осадочных слоев земной коры на ряд естественных серий, каждой из которых характерен свой определенный комплекс ископаемых окаменелостей.

Для определения относительного возраста пород используют ископаемые останки не только животных, но и растений (споры, пыльцу, отпечатки листьев). Наиболее характерные ископаемые организмы для определенного отрезка геологического времени называют руководящей фауной.

Палеонтологический метод применим только к осадочным отложениям, так как в магматических и метаморфических породах ископаемые организмы не встречаются. Кроме того, этот метод не позволяет определить продолжительность эр и периодов в годах. Для того чтобы сравнить события в биосфере с событиями за ее пределами, нужна иная шкала – астрономическая или адекватная ей, которая может использоваться в качестве абсолютной шкалы. Поэтому, спустя 100 лет после разработки палеонтологического метода, было предложено определять время в годах с момента образования породы, пользуясь радиоизотопным методом.

Радиоизотопные методы измерения промежутков времени в миллиарды лет основаны на том, что всегда и независимо от внешних условий число радиоактивных атомов (N_t) и масса изотопа убывают со временем по закону

N_t = N₀e^-0,693t/T0,5,

где N₀ – начальное количество изотопа; t – время процесса; T_0,5 – период полураспада.

Изотопы звездного происхождения с периодами полураспада в 10⁵—10⁷ лет в земной коре до наших дней не сохранились. Они стали вновь возникать только после 1945 г. как результат ядерных взрывов и управляемых ядерных реакций.

Тем не менее в природе существуют изотопы с периодами полураспада, сравнимыми с возрастом Вселенной. К ним относятся изотопы урана, тория и калия, которые были свидетелями времен образования Солнечной системы.

Среди многочисленных методов определения «абсолютного» возраста объекта наиболее распространены свинцово-ура-ноториевый, калий-аргоновый и рубидий-стронциевый.

Так, свинцово-ураноториевый (или свинцовый) метод основан на использовании трех процессов радиоактивного распада: ²³⁸U → ²⁰⁶Pb, ²³⁵U → ²⁰⁷Pb, ²³²Th → ²⁰⁸Pb. Измерив в ураноториевом минерале содержание всех шести изотопов урана, тория и свинца, можно найти пять изотопных отношений: ²³⁸U / ²³⁵U; ²⁰⁶Pb / ²³⁸U, ²⁰⁷Pb / ²³⁵U; ²⁰⁸Pb / ²³²Th и ²⁰⁷Pb / ²⁰⁶Pb. Из 100 г урана за 74 млн лет образуется 1 г (1 %) изотопа свинца (²⁰⁶Pb), накапливающегося в минералах. Первое отношение ²³⁸U / ²³⁵U во всех случаях составляет 137,7, и поэтому остальные четыре отношения позволяют получить четыре оценки возраста минерала. Когда все четыре отношения дают одинаковый возраст, результат признается достоверным. Точность этого метода самая высокая и оценивается в ± 5 %. Свинцовый метод применяется ограниченно, поскольку ураноториевые минералы встречаются в природе редко.

Возраст более молодых пород (до 60 тыс. лет) определяют по содержанию радиоактивного изотопа углерода ¹⁴С, который образуется в высоких слоях атмосферы под действием космических нейтронов. Период полураспада ¹⁴С составляет 5730 лет. Измеряя содержание этого изотопа, можно определить, когда росло дерево, когда оно синтезировало органические соединения из атмосферного диоксида углерода.

Учет изотопов кислорода, входящих в состав СаСО₃, составляющего раковину моллюсков, позволяет определить даже температуру воды, в которой жил вымерший вид, и многое другое.

Одной из центральных проблем биологии является природа жизни, ее происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость. Главными современными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

• сотворение Богом в определенное время;

• самопроизвольное и неоднократное возникновение из неживого вещества;

• изначальное существование, т. е. была всегда;

• появление на планете извне;

• возникновение в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

В основе биологической эволюции лежат уникальные процессы самовоспроизведения макромолекул и живых организмов, таящие в себе почти неограниченные возможности преобразования систем в ряду поколений. Применительно к живым организмам эволюцию определяют как «развитие сложных организмов из предшествующих более простых организмов с течением времени».

Биологическая эволюция – необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов, крупных экосистем ибиосферы в целом.

Результатом биологической эволюции всегда является соответствие развивающейся живой системы условиям ее существования.

Достижение этого соответствия сопряжено с преимущественным распространением одних и гибелью других дискретных биологических систем.

Эволюция биосферы на протяжении большей части своей истории шла под влиянием двух главных факторов:

• естественных геологических и климатических изменений на планете;

• изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.

На современном этапе следует учитывать и третий фактор – развивающееся человеческое общество.

На основании последних теоретических и экспериментальных данных считается, что жизнь зародилась в пределах Солнечной системы на ранних стадиях ее развития. Подтверждением этого является тот факт, что органические соединения достаточно большой сложности (вплоть до аминокислот) присутствуют в некоторых метеоритах – древнейших каменных телах, сохранивших признаки своего образования в «замороженном» состоянии. Список органических соединений в метеоритах (осколках астероидов) достаточно велик.

Синтез сложных органических соединений как предшественников живого вещества был закономерным этапом в химической эволюции Солнечной системы в канун формирования планет. Это явление было типичным и массовым.

Большинство современных теорий, расходясь в некоторых деталях, в целом аналогичным образом трактуют начальные стадии возникновения и химической эволюции жизни в пределах нашей планеты.

Теория Опарина. Отсутствие в атмосфере кислорода, вероятно, было необходимым условием для возникновения жизни. Лабораторные опыты показали, что органические вещества (основа живых организмов) значительно легче синтезируются (создаются) в восстановительной среде, чем в присутствии кислорода.

Известным советским ученым А. И. Опариным (1923) была высказана гипотеза, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений при воздействии интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца, которое в тот период не ослаблялось слоем озона, ибо его еще не существовало. Отсутствие озонового слоя означало, что жизнь в те времена могла развиваться только в воде на глубинах более 10 м. Разнообразие простых соединений в океанах, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволили Опарину предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором смогла возникнуть жизнь.

С. Миллер (1953) на лабораторной установке смоделировал условия (температуру, давление, состав газовой среды, а также высоковольтный электрический разряд как источник энергии), которые предположительно имели место на Земле в те далекие времена. Ему удалось синтезировать многие биологически важные вещества, такие, как аминокислоты, аденин и простые сахара. На подобной установке синтезировались простые нуклеиновые кислоты. Позже эти результаты были многократно проверены и уточнены.

Подтвержденная экспериментально теория Опарина завоевала широкое признание, однако наиболее тонким звеном в ней (проблемой, не решенной до настоящего времени окончательно) является переход от сложных органических веществ к простым живым организмам. Предлагается лишь относительно приемлемая общая схема, и отсутствует единое мнение о деталях этого процесса.

А. И. Опарин предположил, что превращение неживого в живое происходило благодаря белкам, которые имеют свойство образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе молекулы воды и создающие из них некую оболочку. Эти комплексы могут обособляться от остальной массы воды и сливаться друг с другом, т. е. возможен процесс коацервации (от лат. coacervatio – собирание в кучу, накопление). Богатые коллоидами коацерваты, возможно, были способны избирательно извлекать и накапливать из окружающей среды различные соединения. Состав конкретного коацервата, вероятно, зависел от состава окружающей его среды.

Разнообразие «первичного бульона» в разных местах вызывало различие в химическом составе коацерватов – условие для «биохимического естественного отбора». Внутри коацерватов вещества могли вступать в различные химические реакции, в том числе с ионами металлов и образовывать ферменты. На границе коацерватов и окружающей их среды выстраивались липиды, что вело к образованию примитивной клеточной мембраны, создававшей стабильность коацерватов и обеспечивавшей пространственно-временное разобщение начальных и конечных продуктов реакции. Образование мембранной структуры считается самым трудным этапом химической эволюции. Истинное существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов.

Рост размеров коацерватов и их фрагментация (деление), возможно, вели к образованию одинаковых коацерватов, и таким образом процесс мог продолжаться. Описанная последовательность событий должна была привести к возникновению примитивного гетеротрофного организма, питающегося органическими веществами первичного бульона.

У современных организмов выявлено большое разнообразие биохимических путей связывания и освобождения энергии, что, вероятно, отражает первые эксперименты природы над живыми организмами.

Хиральная чистота жизни. В воссозданной схеме происхождения жизни одним из самых загадочных остается факт, сформулированный Л. Пастером в виде закона хиральной[85]85
  Происхождению термина «хиральность» (от греч. cheir – рука) способствовала аналогия с правой и левой руками. В отечественной литературе встречается иное написание термина – «киральность».


[Закрыть] чистоты:

живое вещество состоит только из хирально чистых структур.

Хиральность или хиральная чистота – свойство объекта (индивидуальных молекул и их соединений) быть несовместимыми со своим отображением в идеально плоском зеркале. Так, белки живого построены только из «левых» (левовращающих – поляризующих свет влево) аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят исключительно из «правых» (правовращающих – поляризующих свет вправо) сахаров и так далее.

Вещества небиогенного происхождения всегда имеют одинаковое количество «правых» и «левых» молекул, они зеркально симметричны.

Эксперименты показали, что только в хирально чистых растворах могло возникнуть биологически значимое удлинение цепочки полинуклеотидов и процесс саморепликации. Живые системы организованы так, что т-РНК[86]86
  т-РНК – транспортная рибонуклеиновая кислота


[Закрыть] из «правых» сахаров присоединяет к себе только «левые» аминокислоты. Все живое поддерживает свою хиральную чистоту, и эволюция не снабдила организмы средствами для обитания в зеркально симметричной среде. Поэтому возникновение живого из неживого в современных условиях невозможно.

Роль хиральности в живой природе столь велика, что поиск хирально чистых веществ на других планетах рассматривается как один из вариантов обнаружения внеземной жизни.

Первые организмы. В позднем архее (более 3,0 млрд лет назад) на дне небольших водоемов или мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей возникли первые организмы в виде мельчайших примитивных существ – протобионтов (от греч. protos – первый, bions – живущий). Предполагается, что они были гетеротрофами, так как только гетеротрофы могут использовать энергию, заключенную в сложных органических веществах первичного бульона, синтезированных в ходе химической эволюции. Для самых ранних стадий жизни химические реакции синтеза питательных веществ были слишком сложны и недоступны. Вероятно, протобионты были дрожжеподобными анаэробами и энергию, необходимую для дыхания, получали путем брожения. Однако брожение по сравнению с кислородным дыханием – относительно малоэффективный способ энергообеспечения. Поэтому эволюция не могла пойти дальше одноклеточной формы организации жизни, к которым относятся одноклеточные прокариоты.

Питание первых примитивных организмов было ограниченно и, по-видимому, зависело от медленно опускавшихся органических веществ, синтезировавшихся под действием радиации в верхних слоях воды, куда «голодные» микробы не рисковали подниматься.

Таким образом, схема образования живого из неживого выглядит следующей чередой (последовательностью) событий:

При всех громадных успехах биохимии ответы на многие вопросы, связанные с возникновением жизни, имеют характер умозрительных рассуждений. Единой всеобъемлющей теории перехода от неживых веществ к простым живым пока еще нет.

Приведенная гипотеза происхождения жизни А. И. Опарина – одна из самых признанных. Однако мысль о том, что живое возникло только лишь как результат вышеописанных случайных взаимодействий молекул, по выражению астронома Ф. Хойла, «столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, проносясь над мусорной свалкой, может привести к сборке «Боинга 747». Труднее всего по данной теории объяснить, как именно появилась способность живых существ к самовоспроизведению. Существующие гипотезы малоубедительны, и это никак не подтверждено экспериментально.

Постепенно ресурсы в виде «первичного бульона» истощались, и хемосинтез начал затухать, однако в ходе биохимической эволюции образовались более сложные органические вещества. Среди них появились и такие, что оказались способны осуществлять фотосинтез, т. е. использовать для синтеза необходимых клеточных веществ непосредственно энергию излучения Солнца, проникавшую в глубь воды. С включением этих веществ в состав существовавших клеток последние стали самостоятельно синтезировать свои клеточные материалы, и необходимость поглощать их извне отпала – клетки стали автотрофными.

Полагают, что самые первые фотосинтезирующие клетки были лишены метаболизма, ведущего к образованию молекул кислорода; организмы, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, подобные современным синезеленым водорослям, появились позже. Тогда количество кислорода в воде стало быстро расти, а вследствие десорбции (выделения) его в атмосферу она из восстановительной превратилась в окислительную. С данного момента началось постепенное накопление кислорода в атмосфере, и когда его концентрация стала равна 1 % от современного уровня, победа аэробов над анаэробами стала окончательной. Соответствующий момент получил название 1-й точки Пастера. Произошло это геологически внезапно не более чем за 100–200 тыс. лет.

Описанные события происходили в архее около 2 млрд лет назад (рис. 7.28). Они вызвали огромные изменения в химии Земли, обеспечили быстрое распространение жизни и развитие эукариотических клеток. Свидетельством того служат разнообразные геологические формации, образовавшиеся в результате выпадения в осадок многих минералов, таких, как соединения железа.

С ростом количества кислорода в атмосфере увеличивался также слой озона и, как следствие, уменьшался уровень ультрафиолетовой радиации, достигавшей поверхности Земли.

Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере достигло 3–4 % его современного уровня (или около 0,6 % состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд лет назад (см. рис. 7.26). Многоклеточные организмы, вероятно, появились 700 млн лет назад по достижении концентрации кислорода в атмосфере 8 % от современного уровня.

Период времени, когда существовали только мелкие, прокариотические одноклеточные формы жизни, называется докембрием. В кембрийский период произошел эволюционный взрыв новых форм жизни, таких, как губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и предки семенных растений и позвоночных. В течение последующих периодов палеозойской эры жизнь заполнила все моря.

Рис. 7.28. Схема эволюции состава атмосферы и биосферы (по Ю. Одуму с дополнениями)

После возрастания концентрации кислорода в атмосфере и достижения уровня 10 % от современного (2-я точка Пастера) озоновый слой стал настолько эффективно защищать живое от жесткого ультрафиолетового излучения, что жизнь постепенно вышла из водной среды на сушу. Дальнейшее формирование наземных экосистем пошло относительно автономно от процессов эволюции водных экосистем. Развитие наземной зеленой растительности обеспечило большие количества кислорода и пищи, которые были необходимы для последующей эволюции таких крупных животных, как динозавры и млекопитающие, а также человека. Одновременно океанический планктон дополнительно к формам с клеточными оболочками из органических веществ пополнился формами с известковыми, а позже и с кремниевыми оболочками.

В середине палеозоя (около 400 млн лет назад) потребление кислорода сравнялось с его продуцированием, в результате чего концентрация кислорода в атмосфере стабилизировалась на уровне современного, т. е. около 20 %. Это позволяет экологам проводить аналогию между эволюцией биосферы и сукцессией.

В конце палеозоя (350–250 млн лет назад) изменился климат, послуживший началом обширного «автотрофного цветения», вызвавшего снижение содержания О₂ и повышение содержания СО₂. В результате этого создались запасы ископаемого топлива – основы энергетики в наши дни. Позже (200–150 млн лет назад) содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере постепенно вернулось к относительно стабильному уровню, сохранившемуся до наших дней.

За время эволюции биосферы усиление ее биопродуктивности всегда сопровождалось интенсивным образованием многих полезных ископаемых, таких, как нефть, газ, уголь, горючие сланцы, фосфориты, калийные соли и др.

Земля пригодна для жизни уже около 4 млрд лет, что в первую очередь свидетельствует о малых колебаниях температуры ее поверхности. За это продолжительное время не происходило ни сильного переохлаждения, ни сильного перегрева, т. е. приход энергии из космоса был равен ее расходу. Тем не менее в отдельные периоды происходили достаточно сильные колебания климатических условий среды обитания живых организмов, например, колебания уровня Мирового океана с разницей между максимумом и минимумом, по некоторым оценкам, порядка 300–400 м.

Периоды общего похолодания на нашей планете чередовались с периодами потепления достаточно часто. Ледяные шапки на полюсах как бы пульсируют: то разрастаются, то сокращаются. Считается, что за цикл «разрастание – отступление» ледниковые покровы пропускают через себя весь объем гидросферы. Подобные циклы продолжаются около 100 тыс. лет. За последний миллион лет этих циклов было (по разным оценкам) от четырех до восьми. Во всяком случае, твердо утверждается, что за это время вся гидросфера Земли несколько раз полностью прошла через твердую фазу в ледниках планеты.

Все оледенелые и безледные состояния нашей планеты пока еще не известны. Чем древнее отложения, тем труднее выявить точную картину прошлых событий. Тем не менее существуют оценки, в соответствии с которыми общее количество оборотов гидросферы через ледники исчисляют тысячами.

Наиболее крупными достоверно установленными периодами наступления ледников являются эпохи оледенения:

• в середине раннего протерозоя;

• с конца верхнего рифея и до начала венда;

• с конца палеогена (около 25 млн лет назад);

• «великие оледенения» северных материков в антропогеновый период.

Так, в среднем плейстоцене (45–60 тыс. лет назад) мощные ледниковые языки спустились почти до 48° с. ш. в Европе и до 37° с. ш. в США. В это время в Северном полушарии было сосредоточено до 67 % площади континентальных ледников земного шара, тогда как в наши дни эта величина не превышает 16 %.

Ледниковый климат относительно устойчив, и продолжительность каждого ледникового периода составляла десятки тысяч лет. До сих пор не ясно, каким образом и почему Земля выходила из этого состояния, причем таяние многокилометровой толщи ледников происходило относительно быстро, примерно за 1 тыс. лет. Многолетнее промерзание пород на севере России (отголосок последнего ледникового периода) продолжается до настоящего времени.

Межледниковые эпохи характеризовались относительно мягким климатом. Средние температуры при этом повышались на 6—12 °C. Последние 10 тыс. лет относятся к послеледниковой эпохе.

Наиболее стабильные условия в биосфере были в эпохи между парами «гигантских волн жизни». Особенно выделяется позднемеловая эпоха, когда почти 20 млн лет не происходило ни грандиозного соленакопления, ни накопления органических веществ (в виде топлива). В это время на Земле были наиболее благоприятные климатические условия. Средние широты характеризовались слабовлажным теплым климатом, тропики – менее влажным, чем сейчас. В высоких широтах тогда не было оледенения, а климат был достаточно теплым и не очень влажным.

Считается, что наши дни относятся к эпохе между бурными событиями последней гигантской волны жизни и грядущей гигантской волной с буйством флоры на континентах типа раннеюрской. При естественном ходе событий без антропогенного вмешательства человека ее начало ожидается через 5– 10 млн лет.

Эволюционный прогресс не был случаен. С одной стороны, жизнь занимала все новые пространства, с другой стороны, условия существования на Земле непрерывно менялись и всему живому приходилось к ним приспосабливаться. Этим и создается направленность эволюции. Одни виды (сообщества, экосистемы) сменяют другие. В истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания целых видов. За последний миллиард лет произошли пять или шесть катастрофических вымираний преимущественно многочисленных видов животных. Так, 650 млн лет назад относительно внезапно исчезли многие формы одноклеточных водорослей, 450 млн лет назад резко поредели панцирные обитатели океана, а 65 млн лет назад исчезли многие рептилии.

Причины этого могли быть разнообразны: от падения на Землю астероида до возникновения более прогрессивных форм, лучше приспособленных к новым условиям жизни, подвижных, «сообразительных». Истинные же причины произошедшего, возможно, не станут известны никогда, но все эти вымирания были:

• неодновременными по всей планете;

• растянуты на миллионы лет;

• не связаны с деятельностью человека.

В настоящее время ежедневно в мире исчезает по одному виду животных и еженедельно – по одному виду растений, а по обоснованным прогнозам один вид животных скоро будет исчезать ежечасно. К вымиранию ведет расхождение между темпами эволюции и темпами изменения среды. Следует отметить, что вымирание одних групп часто служит условием возникновения и распространения новых групп организмов, увеличения многообразия жизни на Земле. Всегда на место ушедших форм приходят новые.

Вымирание одних и формирование новых видов – процесс каскадный, лавинообразный. Каждый вымерший вид увлекает за собой 7—11 других связанных с ним видов. Образование нового вида крупного организма формирует свою группу с таким же числом взаимосвязанных видов, так как по закону константности количества живого вещества В. И. Вернадского

количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.

Живое вещество, согласно закону биогенной миграции атомов, является энергетическим посредником между Солнцем и Землей. При постоянном потоке солнечной энергии и относительной неизменности на протяжении миллиардов лет общей энергетики нашей планеты либо количество живого вещества должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики, что в свою очередь исключается законом физико-химического единства живого вещества.

По подсчетам палеонтологов, существующие в настоящее время виды составляют лишь ничтожную часть (2–5 %) из общего числа видов, когда-либо образовавшихся на Земле в ходе эволюции (около 500 млн видов за последние 4,5 млрд лет), т. е. основная часть существовавших видов вымерла.

При этом история развития жизни на Земле показывает, что вымирание как эволюционный процесс – необязательный момент в развитии группы, о чем свидетельствуют существующие реликты. Так, морское плеченогое лингула существует в неизменном виде с ордовика (более 500 млн лет); кистеперая рыба латимерия, которая встречается в глубоководных участках прибрежных вод Восточной Африки, сохранила свое строение и форму с девона (400–350 млн лет назад). Эпохи Лавразии и Гондваны (400–150 млн лет назад) оставили много реликтовых форм с разорванным ареалом. Например, осетровые и в первую очередь веслоносы обитают одни в Китае, а другие в Миссисипи (этих пресноводных рыб теперь разделяют океаны).

Для возникновения живого, отличающегося от неживого, были необходимы уникальные и неповторимые условия ранней эволюции Земли как планеты. С появлением форм пред-жизни и праорганизмов стал действовать принцип, выявленный итальянским естествоиспытателем и врачом Ф. Реди (1626–1698) и заново сформулированный В.И.Вернадским (1924):

живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

Если бы в наши дни сложились локальные условия для повторного возникновения жизни (например, в жерле затухающего вулкана) или она была бы занесена извне (из космоса), то возможны следующие два исхода:

• она не смогла бы долго существовать, так как была бы уничтожена уже существующими организмами;

• стала бы глобальным бедствием, ибо подавила бы существовавшее ранее.

С начала формирования биосферы современного типа постепенно росло число видов организмов, их биомасса и продуктивность. Это увеличение продолжалось до тех пор, пока названные характеристики биосферы не стали постоянными. Такой рост и стабилизация могли произойти достаточно быстро. Предельное число видов в ходе эволюционного процесса могло возникнуть всего за 70 млн лет.

Биосфера развивается при тесной совместной эволюции организмов. Такую коллективную, сопряженную эволюцию называют коэволюцией.[87]87
  Коэволюция – это тип эволюции сообщества, заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости, таких, как растения и травоядные, крупные организмы и их микроскопические симбионты, паразиты и их хозяева. Обмен генетической информацией между группами минимален или отсутствует.


[Закрыть] Она шла в геологическом масштабе времени миллиарды лет. Мощные антропогенные факторы возникли на Земле за исключительно короткое время, однако по мощности воздействия на биосферу они стали сопоставимы сприродными.

Часть организмов приспособилась и сделалась синантропами – спутниками человека, обитая в местах, населенных человеком, и в созданных им агроценозах. Однако надеяться на коэволюцию человека и природы в современных условиях нельзя, так как природе не угнаться за человеком, за производимыми им изменениями. Кроме того, при всем социальном и экономическом величии люди остаются биологическими существами – рождаются, живут и умирают.

Находясь в единой сети жизни, человек подчиняется ее законам, в соответствии с одним из которых:

любой вид может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям. В чуждой среде вид существовать не может.

Именно поэтому в природе виды поддерживают среду своего обитания, во всяком случае не разрушая ее. Даже паразиты настолько «разумны», что полностью не уничтожают своих хозяев.

В ходе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, бельгиец Л. Долло (1857–1931) сформулировал закон необратимости эволюции:

организм не может вернуться, хотя бы частично, к предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков.

История развития атмосферы ярко иллюстрирует абсолютную зависимость живых организмов, и прежде всего человека, от других организмов, населяющих биосферу. Однако антропогенное воздействие на биосферу, в частности загрязнение воздуха пылью, парниковыми газами (СО2, СН₄, и др.), фреонами и иными веществами, может нарушить существующую хрупкую стабильность.