Схема еволюції біосфери

Довготермінова еволюція БС під впливом алотигенних (зовнішніх) сил, таких як геологічні і кліматичні зміни, а також аутигенних (внутрішніх) процесів, обумовлена активністю живих компонентів. За різними джерелами вік БС коливається від 4,25 до 3,5-3 млрд. років.

До появи організмів і кисню у атмосфері Землі, вона була схожа на інші планети Сонячної системи. Якщо припустити, що склад атмосфери формувався в добіосферний період внаслідок вихолодження розжареної земної оболонки, то він повинен бути схожий з продуктами вулканічної діяльності (80% Н₂О, 10% СО₂, 5-7% Н₂S, 0,5-1% Н₂ та СО, сліди CH₄, НСІ, інертні гази). За іншою схемою вміст СН^ повинен бути значно вищим. Безперечним є те, що серед компонентів атмосфери не було вільного О₂. Доказом цього є наявність в палеорічкових відкладах (вік 2,5 млрд. років) ураніту (UО₂) і піриту (FeS₂), які б окислились, якби палеоатмосфера містила вільний 0₂. У складі атмосфери були наявними гази, отруйні для більшості організмів. Склад атмосфери багато в чому визначався надходженням вулканічних газів. Вулканічна діяльність на ранній стадії розвитку нашої планети була більш активною, ніж в подальший геологічний час. Через відсутність кисню не існувало озонового шару - екрана, який захищає живі організми від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання. Але, як не парадоксально, вважається, що саме ультрафіолетове випромінювання призвело до виникнення таких складних органічних сполук як амінокислоти, які послужили «блоками» для розбудови перших примітивних біосистем.

Відомо, що під дією короткохвильового випромінювання О₂ перетворюється на О₃. Невелика кількість кисню могла утворитися при дисоціації водяної пари під дією ультрафіолетового випромінювання. Але поки в атмосфері було мало 0₂ й О₃, примітивні форми життя могли розвиватися під захистом шару води.

Першими живими організмами були дріжджоподібні анаеробні мікроорганізми, які отримували необхідну для дихання енергію шляхом бродіння (бродіння - процес розщеплювання органічних речовин без використання кисню під дією мікроорганізмів або виділених ними ферментів).

Оскільки бродіння менш ефективне, ніж кисневе дихання, то примітивне життя не могло еволюціонувати далі одноклітинної стадії прокаріотів, тобто організмів, які не мають оформленого клітинного ядра. Живлення прокаріотів, певне, відбувалось за рахунок органічних речовин, які повільно опускалися на дно і які синтезувались під дією сонячної радіації у верхніх частинах водного шару, куди не ризикували підійматися голодні мікроорганізми. Осередком життя могли бути придонні частини невеликих континентальних водоймищ і мілководних морів, які живились термальними джерелами, багатими хімічними речовинами, пристосованими для функціонування мікроорганізмів.

Поступове збільшення у воді кількості кисню за рахунок життєдіяльності організмів та його дифузія в атмосферу близько 2 млрд. років тому (в протерозої) викликали істотні зміни в хімічному складі біосферних середовищ і зробили можливим утворення й розвиток еукаріотів, які мають оформлене клітинне ядро. Це, в свою чергу, призвело до еволюції більш великих і більш складних біосистем. З моменту появи автотрофних водоростей к процесу фотосинтезу, еволюція біосистем йшла шляхом створення усе більш складних і різноманітних систем, які контролювали склад атмосфери та містили усе більш великі і високоорганізовані види багатоклітинних. В міру того, як зростав вміст кисню в атмосфері, озоновий шар ставав більш потужним і здатним екранувати ультрафіолетове проміння. Життя тепер могло розвиватися в приповерхневих частинах водоймищ. Далі виникло «позеленіння» суші. Аеробне дихання зробило можливим розвиток складних багатоклітинних організмів. Вважається, що при вмісті кисню близько 8 % (в протерозої -;початку кембрію) з'явились перші багатоклітинні організми (губки, корали, молюски, черв'яки, предки хребетних, предки насіннєвих рослин і т.д.). Протягом порівняно короткого часу (590 млн. років), тобто в палеозойську, мезозойську і кайнозойську ери, життя поширилось не тільки на морські, але й на континентальні ландшафти.

В.І. Вернадський висунув гіпотезу про поліфіпетичне походження основних таксонів (достатньо відокремлених груп організмів), тобто утворення будь-якої групи організмів від кількох предкових видів, які не були пов'язані близької спорідненістю (поліфілія здійснювалась шляхом конвергенції - виникнення у різних груп організмів подібних зовнішніх ознак в результаті аналогічного образу життя, адаптації до подібних умов середовищі і Однаково спрямованого природного відбору). Він вважав, що ні один вид самостійно не міг виконувати основні геохімічні функції БС.

У середині палеозою, в девонському періоді (близько 410 млн. років тому) вміст кисню в атмосфері досяг рівня, близького до сучасного. У кам'яновугільному періоді (350 млн. років тому) відбулось деяке зниження вмісту О₂ й збільшення вмісту СО₂, що сприяло «парниковому ефекту», пишному розвитку рослинності і похованню величезної маси органічних речовин в надрах у вигляді каустобіолітів. Наприкінці кам'яновугільного періоду концентрація СО₂ дещо знизилась, що супроводжувалось зледенінням. Деякі дослідники вважають, що після цього відношення О₂/СО₂ істотно не змінилося й відбиває стан, який можна назвати коливним, стаціонарним. Однак антропогенне забруднення атмосфери може зробити цей стан «нестаціонарним».

Критичні для історії БС рівні вмісту кисню називаються «точками Постера»:

1) досягнення 0₂ в атмосфері 1% від сучасного вмісту, коли стало можливе аеробне життя (архей, 3,5 млрд. років тому);

2) точка формування озоносфери - досягнення кількості О₂ в атмосфері 10% від сучасного (архей - кембрій, 3 - 2,6 млрд. років тому).

Видимо, доцільно говорити і про третю точку, яка відповідає Приблизно сучасному вміст О₂ в атмосфері (близько 20%), коли стало можливе життя на суші (девон, 0,41 млрд. років тому).

М.А. Голубець [22] на основі аналізу фактичного матеріалу виділяв 5 якісно відмінних етапів еволюції БС:

1) гетеротрофної БС з домінуванням прокаріотів (4,25-3,5 - 2,9-2,5 млрд. років тому);

2) автотрофної БС, зосередженої у водному середовищі (2,7-1,8 — 0,4-0,36 млрд. років тому);

3) суцільнопланетної БС, утвореної після освоєння живими істотами суші (початок 0,4-0,36 млрд. років тому, а кінець - з появою нової геологічної сили на планеті - відчутної виробничної діяльності людини, яка почала впливати на біогеохімічні процеси в БС);

4) ноосферний етап БС (початок у першому тисячоріччі до нашої ери, коли стає помітним вплив виробничої діяльності людини на структуру біогеоценотичного покриву; кінець етапу припадає на другу половину XX століття);

5) соціосферний етап (БС переходить у суттєво нову якість, вона стає підсистемою соціосфери).

Весь хід розвитку БС дозволяє говорити про те, що організми, особливо мікроорганізми, разом з абіотичним середовищем утворюють складну систему регулювання, яка підтримує на Землі умови, сприятливі для життя. Організми не тільки самі пристосовуються до фізичного середовища, але й пристосовують його до своїх біологічних потреб, тобто людина залежить від інших організмів, які населяють середовище, у якому вона існує. Достатньо зазначити, що організми контролюють навіть склад атмосфери Землі [З].