Важнейшие революционные скачки в эволюции природы земли. Их роль в историческом развитии биологических и геологических процессов - Правила охраны труда

Согласно современным данным, полученным на основании радиоактивного метода измерения геологического времени, возраст нашей планеты Земля составляет порядка 4,6 млрд. лет. За это время природа Земли прошла длительный путь эволюционного развития - от элементарных частиц до живых организмов и человеческого общества. Важнейшим революционным скачком в эволюции природы Земли явилось возникновение жизни, что оказало существенное влияние на активность геологических процессов. В течение 3,0-3,5 млрд. лет в результате взаимодействия и взаимопроникновения живого и неживого на Земле сформировалась первичная биосфера Земли.

Ключевым вопросом в эволюции биосферы Земли является возникновение жизни, и до настоящего времени точного научного ответа на этот вопрос нет. Вместе с тем, известно несколько гипотез (теорий) происхождения жизни, отражающих современные представления.

Первой идеалистической теорией является креацинизм, утверждающий, что жизнь была создана сверхъестественным существом (Богом, космическим разумом и т. п.). К этому направлению примыкают теологи (представители религий) и философы-идеалисты, утверждающие, что процесс возникновения жизни был осуществлен один раз и больше он не повторялся и поэтому не доступен экспериментальной проверке.

В противоположность креационистской теории сотворения жизни еще в древности в Китае и Египте была выдвинута идея самопроизвольного непрерывного зарождения живого из неживого. Эти представления поддерживали древнегреческие мыслители (Аристотель, Платон) и более поздние ученые (Галилей, Бэкон, Декарт, Гегель, Ламарк). Согласно Аристотелю, частицы вещества содержат "активное начало", дающее возможность зародиться живому.

Согласно материалистической теории самопроизвольного зарождения, жизнь возникает при создании для этого подходящих условий, что неоднократно имело место на протяжении всей истории Земли. Эту теорию дополняет теория биохимической эволюции, придерживающейся точки зрения, что жизнь произошла естественным путем в результате саморазвития химических и физических процессов. Согласно этим представлениям, для появления живого из неживого необходимо наличие определенных химических веществ, источника энергии, отсутствие газообразного кислорода (O2) и длительное время.

Указанные условия на Земле к предполагаемому моменту зарождения жизни имелись в достаточном количестве. Из геологических данных известно, что древнейшие породы Земли образовались в условиях отсутствие кислорода в атмосфере, которая в основном состояла из водяных паров, диоксида углерода и азота, а необходимые неорганические соединения в избытке присутствовали в горных породах и в газообразных продуктах извержений вулканов и в атмосфере. Необходимую энергию обеспечивали солнечная радиация, тепло от вулканов и радиоактивный распад элементов земных пород.

Противники теории самопроизвольного зарождения жизни придерживаются теории, утверждающей что жизнь существовала всегда, а изменялись только ее формы. Эта теория согласуется с принципом Ф. Реди "все живое происходит от живого" - представляющим эмпирическое научное обобщение, установленное в XVII веке. По мнению некоторых современных исследователей принцип Реди подтверждается научными ответами и наблюдениями. Согласно этому принципу абиогинеза нет и не было в пределах биологического возраста Земли.

Если длительность геологической эволюции Земли равна длительности земной жизни, что подтверждается данными ядерной геохронологии, то это может служить подтверждением теории вечного существования жизни во всей Вселенной.

Убедительной теорией возникновения жизни на Земле является теория панспермии, утверждающая, что жизнь на Землю была занесена из Космоса, поскольку в нем "зародыши жизни" и белковые элементы непрерывно переносятся с планеты на планету. Предполагается, что в мировом пространстве имеются частицы вещества, пылинки, на которых могут быть живые споры, микроорганизмов. Попадая на планету с подходящими для микроорганизмов условиями, они порождают жизнь на этой планете. В настоящее время получены космохимические данные, указывающие на возможность возникновения органических веществ, характерных для живых организмов, химическим путем в космических условиях. При изучении вещества метеоритов (главным образом хандритов) и комет были обнаружены спирты, карбонитовые соединения, вода, синильная кислота, формальдегиды и др. Большая часть молекул, обнаруженных в межзвездных облаках, относятся к простейшим соединениям углерода, в том числе и аминокислоты. Предшественники аминокислот были найдены в лунном грунте (1975).

Поскольку метеориты типа углистого хандрита довольно часто падают на Землю из Космоса, можно предположить, что образование биологических соединений в Космосе - явление довольно частое, типичное и распространенное. На этом основании можно утверждать о возникновении жизни на Земле практически одновременно с момента образования самой Земли - около 4,6 млрд. лет тому назад. Таким образом, условно можно считать, что жизнь зародилось в момент создания Солнечной системы, в том числе и Земли, т. е. в Космосе. Если длительность геологической эволюции Земли равна длительности земной жизни, что подтверждается данными ядерной биохронологии, то этот момент служит подтверждением теории вечного существования жизни во всей Вселенной.

Подтверждением теории канспермии, утверждающей, что жизнь на Землю была занесена из Космоса, являются недавние открытия американских астрономов во главе с А. Виттом о присутствии в космосе редких типов углеродных звезд, обуславливающих происхождение стандартных блоков жизни (полициклические ароматические углероды, рибоза - основа структуры молекул РНК и ДНК и др.) в межпланетном пространстве.

Согласно идее всеобщей эволюции жизнь возникла где-то на этапе перехода от космической эволюции к геохимической и затем биохимической эволюции.

Однако наиболее обоснованной в современном естествознании продолжает оставаться теория абиогенного происхождения жизни А. И. Опарина (1923). Она основывается на физико-химических представлениях об условиях на ранней Земле, связывая их с геологической эволюцией, эволюция химических элементов солнечной системы, а также активности Солнца. Основной идеей этой теории является обоснование того, что зарождение жизни - это длительный процесс зарождения живой материи в недрах неживой.

Принципиальная возможность небиологического получения органических соединений была доказана экспериментальными исследованиями. Начало серии работ по абиогенному синтезу было положено американским ученым С. Миллером (1953), пропускавшим электрический разряд через смесь газов. А. Г. Пасынский и Т. Е. Павловская (1956) показали возможность образования аминокислот при ультрафиолетовом облучении газовой смеси формальдегида и солей аммония. Испанский ученый Х. Оро (1960) осуществил синтез компонентов нуклеиновых кислот. В 1970г. американский ученый С. Паннамперума синтезировал аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) - основную форму накопления энергии в живых организмах, а также аминокислоты, полипептиды и белково-подобные вещества. Таким образом, этими и другими работами было доказано, что абиогенное происхождение жизни во Вселенной могло произойти в результате взаимодействия тепловой энергии, ультрафиолетового излучения и электрических разрядов.

Однако в указанных работах были получены статические, химически завершенные биоэлементы, тогда как жизнь - это непрерывный процесс. Главной проблемой в учении о абиогенном происхождении жизни является объяснение возникновения матричного синтеза белков, так как жизнь возникла не тогда, когда образовались даже самые сложные органические соединения (отдельные молекулы РНК, ДНК и др.), а с начала их способности к самовоспроизведению и развитию, с перехода к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов.

Переход к самопроизведению с помощью генетического кода был величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода до настоящего времени не вполне ясен.

Независимо от вышеизложенных утверждений различных теорий возникнув на Земле, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (в соответствии с законом ускорения эволюции во времени). Так, развитие от первичных протобионтов до аэробных форм (организмов, существующих в кислородной среде) потребовало около 3 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло только около 0,5 млрд лет. Птицы и млекопитающие эволюционировали за 100 млн лет, приматы выделились за 12-15 млн лет, а для становления человека потребовалось около 3 млн лет.

Таким образом, на Земле сформировалась сфера распространения живых организмов или биосфера.

Современная биосфера включает в себя населенную живыми организмами нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и практически всю гидросферу.

Граница биосферы в атмосфере находится на высоте 15-20 км, совпадая с границей тропосферы. Ограничивающими факторами распространения жизни выше тропосферы являются ультрафиолетовое излучение, недостаток влаги, кислорода и низкое давление. Наиболее плотно населен нижний слой тропосферы до высоты 50 м.

В литосфере жизнь сосредоточена в основном на глубине до 80 м. Некоторые следы жизни обнаружены и на глубине 100 м, а также в трещинах и пустотах земной коры. Нижняя граница литобиосферы обусловлена высокой температурой недр и отсутствием жидкой воды.

Наиболее плотно заселена организмами поверхностная часть земной коры, особенно почвенный слой.

Граница гидробиосферы проходит на глубине около 11000 м (донные отложения Филиппинской впадины). Ограничивающими факторами здесь являются отсутствие света и высокое давление.

Важнейшими закономерностями эволюции органического мира, выявленными в результате палеонтологических исследований, являются:

    - необратимость эволюции (Л. Далло, 1893г.), то есть организм не может вернуться хотя бы частично к предшествующему состоянию, которое было в ряду его предков; - ускорение биологической эволюции в ходе геологического времени (В. О. Ковалевский, 1871г.); - эволюция различных групп организмов протекала с разной скоростью; - среди животных в ходе геологического времени происходит направленное изменение нервной системы.

В эволюции биосферы Земли можно выделить следующие последовательно сменяющиеся этапы.

Первый этап, возможно, начавшийся в космосе, завершился появлением на Земле древнейшей биосферы, органические соединения которой имели гетеротрофный режим питания и могли синтезировать органические соединения в результате радиохимических, каталитических и других реакций в условиях отсутствия свободного кислорода, а основным источником энергии была ионизирующая радиация (в геологической истории Земли выделено 30 эпох уранонакопления - С. Г. Неручев, 1983г.).

Второй этап, как переходный, характеризуется появлением фотосинтезирующих организмов и наряду с гетеротрофным режимом питания, начинает развиваться автотрофный. Однако по-прежнему в атмосфере Земли превалирует концентрация углекислого газа, и этот этап является слабоокислительным.

Третий этап, окислительный начался с медленного роста концентрации кислорода в атмосфере и завершился значительным ускорением эволюции организмов. Увеличение концентрации кислорода в атмосфере привело к ускорению развития и расширению растительного покрова и распространению животных на континентах, что резко увеличило автотрофный режим питания и продукцию фотосинтеза. В результате жизнедеятельности растительного и животного мира сформировался современный газовый состав атмосферы и химический состав растворенного вещества в гидросфере.

Основными функциями живого вещества являются Газовая, концентрационная и окислительно-восстановительная.

Газовая функция заключается в постоянном газообмене организмов с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтеза, поэтому большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы в том числе метан образуются в результате разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах. Биогенное происхождение имеют также азот и кислород.

Концентрационная функция организмов состоит в накапливании в своих телах многих химических элементов, прежде всего, это углерод и водород, поскольку они имеют биогенное происхождение. Концентраторами кальция являются горные хребты, кремния - диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода - водоросли ламинарии, железа и марганца - некоторые виды бактерий. Фосфор накапливается позвоночными животными в их костях. Следствием концентрационной функции является появление химических соединений в земной коре (полезные ископаемые - торф, каменный уголь, известняк и другие).

Окислительно-восстановительная функция заключается в осуществлении обмена веществ и энергии организма с внешней средой. Она выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов.

В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции, и происходит затрата энергии. В процессе расщепления и окисления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции, и выделяется энергия.

Эволюция живых организмов, будучи необратимым процессом, предопределила дальнейшую эволюцию всей биосферы и создала предпосылки для ее перехода в качественно новое состояние - ноосферу, или сферу разума. Понятие "ноосфера", как высшая стадия эволюции биосферы, отражает будущее природы, когда все изменения в окружающей среде и дальнейшая эволюция природы будут контролироваться разумом в целях гармонизации взаимоотношений общества и природы. Ноосфере присущи все естественные закономерности эволюции биосферы и поэтому ее возникновение является закономерным этапом биогенеза.

Похожие статьи




Важнейшие революционные скачки в эволюции природы земли. Их роль в историческом развитии биологических и геологических процессов - Правила охраны труда

Предыдущая | Следующая