Андреев М.В. Конспект лекций по курсу Основы экологии - файл n7.doc

Андреев М.В. Конспект лекций по курсу Основы экологии
скачать (1352.4 kb.)
Доступные файлы (8):
n1.doc198kb.25.12.2002 22:35скачать
n2.doc238kb.25.12.2002 22:41скачать
n3.doc336kb.25.12.2002 22:32скачать
n4.doc242kb.25.12.2002 22:32скачать
n5.doc3619kb.25.12.2002 22:32скачать
n6.doc103kb.08.01.2003 02:19скачать
n7.doc201kb.25.12.2002 22:32скачать
n8.doc2220kb.08.01.2003 00:16скачать

n7.doc




  1. БИОСФЕРА и ее эволюция

    1. Биосфера Земли

      1. Общие свойства биосферы


Одной из наиглавнейших особенностей планеты Земля есть существование на ней жизни. Этим она отличается от всех своих соседок по Солнечной системе. Больше того, научные данные свидетельствуют, что такая форма жизни, как на Земле (единственная известная форма), а именно белково-нуклеиновая, существует благодаря объединению нескольких благоприятных астрономических факторов. К ним принадлежат такие: постоянство светимости нашей звезды – Солнца, что существенно не изменялась на протяжении 4.5 млрд. лет существования Земли; большая масса Земли, достаточная для того чтобы удержать вокруг себя довольно плотную атмосферу, большое количество воды на Земле и т.п. Среди этих благоприятных факторов наверное самым удивительным является орбита Земли. Американский ученный М. Харт доказал, что если бы расстояние между Землей и Солнцем была на 5% меньшей или на 1% большей, жизнь на ней была бы невозможной – в первом случае на Земле было бы слишком жарко (как на Венере), во втором - слишком холодно, и Земля постоянно находилась бы в условиях глобального ледникового периода (как Марс).

Область существования живых организмов на Земле называют биосферой (сферой жизни). Впервые этот термин ввел австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 г., но распространился он после издания в 1926 г. труда выдающегося ученного В. Вернадского, основателя и первого президента Академии наук Украины. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом образуя пленку жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы простирается на 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запусков геофизических ракет в пробах воздуха обнаружены споры микроорганизмов, правда в латентном (спящем) виде из за слишком неблагоприятных условий существования. Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура становит 1000С (в молодых складчатых областях – это приблизительно 1.5 – 2 км и на кристаллических щитах – 7-8 км). Однако В.И. Вернадский справедливо относил к биосфере и все горные породы, созданные за счет жизнедеятельности организмов (так называемые былые биосферы, или палеобиосферы), а поскольку почти все породы осадочного чехла Земли так или иначе есть продуктом жизнедеятельности животных и растений, нижняя граница должна находится на глубине 10-15 км ниже земной поверхности.

Приспосабливаемость живых организмов удивляет. Так, живые бактерии обнаружены в горячих гейзерных источниках с температурой до 980 С, активная и довольно разнообразная жизнь бурлит в трещинах антарктических ледников и на наибольших глубинах Мирового океана, даже в океанических водах пораженных сероводородом, также существуют специфические серные бактерии. Когда американские астронавты доставили на Землю для исследования некоторые детали своей автоматической станции «Сервейер», которая три года находилась на поверхности Луны, то в одной из трубок была найдена живая спора бактерии – она попала туда с Земли во время подготовки к запуску станции и сохранила жизнеспособность, несмотря на трехгодовое пребывание в условиях космического вакуума, резких колебаний температуры и высокого уровня радиации.

В. Вернадский доказал, что живые организмы играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют лицо Земли. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы для формирования литосферы – большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой. «Если бы на Земле не было жизни, - писал ученый, - лицо ее было бы таким же неизменным и химически инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил».

Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живое и неживое вещество на Земле составляют гармоничное целое, что, собственно, и называется биосферой. Согласно с образным высказыванием российского геолога М. Вассоевича, «биосфера – это и жильцы, и дом, и мы в нем».

Одним из проявлений биологической активности организмов есть скорость их размножения. При идеальных условиях (теоретически) она может достигать скорости звука. Так, К. Линней подсчитал, что три мухи могут съесть антилопу с такой же скоростью, как это делает лев (учитывая скорость размножения мух). Одноклеточная водоросль диатомея теоретически способна за восемь дней создать массу живой материи которая равна земной, а на протяжении следующего дня удвоить ее.

Согласно последним оценкам, сухая масса живого вещества на Земле составляет 2-3 триллиона тонн. Это по сравнению с основными сферами земли очень малая величина. Она например, в 1000 раз меньшая за массу тропосферы, в 10 млн раз – за массу земной коры и в миллиард – за массу Земли. Однако живое вещество отличается от неживого очень высокой активностью, в частности, очень быстрым круговоротом веществ. Все живое вещество атмосферы обновляется в среднем за восемь лет. Биомасса мирового океана восстановляется за 33 дня, его фитомасса каждый день, фитомасса суши – приблизительно за 14 лет из за большей продолжительности жизни наземных растений. Следует учесть, что жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между организмами и средой, в следствии чего все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многоразово входили в состав тех или иных организмов. Подсчитано, что вся вода планеты проходит цикл расщепления в растительных клетках и восстановления в растительных и животных организмах, то есть обновляется биосферой приблизительно за 2 млн. лет. Образно выражаясь, мы дышим воздухом, которым дышали динозавры, и пьем воду, которая входила в состав тканей юрских папоротников и кембрийских трилобитов.

Живые организмы играют огромную роль в аккумуляции солнечной энергии. Например, залежи каменного угля – это не что иное, как солнечная энергия, накопленная зелеными растениями минувших геологических эпох. Так же можно определить и природу многих минералов, в частности карбоната кальция, который образует огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих металлов, таких как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и хозяйственной деятельности человека имеет круговорот азота, серы, фосфора и других элементов. Установлено что любой растворимый, но не летучий элемент может совершать круговорот только через биосферу. Живые организмы накапливают некоторые элементы в своих тканях, а водные жители, кроме того, увеличивают их содержание и в своей среде жизни, то есть в воде (например такие элементы, как молибден, кобальт, никель находятся в водной среде в значительно большем количестве нежели на суше).

Очевидно что за миллиарды лет геологической истории жизнь неузнаваемо изменила внешние оболочки нашей планеты.
      1. Состав и функционирование биосферы


Живой мир Земли, ее биосфера, состоит из организмов трех типов.

Продуценты, или автотрофы, - это организмы, которые производят органическое вещество за счет утилизации солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных солей. К этому типу принадлежат растения, которых на Земле есть около 350 000 видов.

Консументы, или гетеротрофы – это организмы, которые получают энергию за счет питания автотрофами или другими консументами. К ним принадлежат травоядные животные, хищники и паразиты, а также хищные растения и грибы. Количество видов этой группы наибольшая – свыше 1.5 млн.

Редуценты - микроорганизмы, которые разлагают органическое вещество продуцентов и консументов до простых соединений – воды, углекислого газа и минеральных солей. Их насчитывается 75 тыс. видов.

Все это огромное количество живых существ находится в очень сложных взаимоотношениях между собой и с неживым веществом. Количество возможных связей между членами экологической системы определяется за формулой:

A = (N(N-1))/2,

где А – число связей; N – число видов в экосистеме.

Если, например, в какой то экосистеме находится 1 тыс. видов, то число связей и взаимоотношений между ними будет расчитываться таким образом:

(1000*999)/2,

то есть будет составлять 500 тыс. Среди этих многочисленных связей есть очень важные, незаменимые. Вмешательство человека в процессе деятельности в биосферные взаимосвязи, о значении которых большей частью не имеет правильного представления, часто приводит к нежелательным следствиям. Например, в 30-ые года в Норвегии было решено истребить хищных птиц (полярных сов и ястребов), что уменьшали численность ценной промышленной птицы – полярной куропатки. Объявленные льготы и премии послужили причиной повсеместного отстрела охотниками хищных птиц. Сразу же после этой акции среди куропаток вспыхнула эпидемия, которая почти полностью уничтожила их популяцию. Оказалось, что совы и ястребы выполняли роль санитаров, которые поедало в первую очередь больных, ослабленных куропаток и таким образом предотвращали распространению эпидемии. Неразумное вмешательство в процесс, становление которого длилось тысячелетиями, вызвало относительно инициаторов акции «эффект грабель» (если человек, который неосмотрительно наступает на зубцы, получает удар рукояткой по лбу).

Биосферные связи складывались на протяжении продолжительного времени. В природе нет лишнего, ненужного.

Система связей в биосфере чрезвычайно сложная и пока что расшифрованная лишь в общих чертах. Главнейшим звеном (или блоком) управления есть энергия — преимущественно энергия Солнца, второстепенная — энергия внутреннего тепла Земли и радиоактивного распада элементов. Безжизненной частью биосферы, ее безжизненным веществом руководят продуценты, ними — консументы, деятельность которых определяют обратные связи, которые идут от продуцентов. В результате осуществляется биотический кругооборот веществ в биосфере приблизительно по такой схеме.

1. Продуценты (растения) с помощью механизма фотосинтеза вырабатывают органическое вещество, потребляя солнечную энергию, воду, углекислый газ и минеральные соли. Хемопродуценти используют энергию химических реакций, например, окисления соединений железа или серы, и тоже вырабатывают органическое вещество.

2. Консументы (травоядные животные) питаются органической массой растений. Консументи второго и третьего порядков (хищники, паразиты, хищные растения и грибы) потребляют других консументов.

3. Редуценты потребляют часть питательных веществ, раскладывают мертвые тела растений и животных к простым химическим соединениям (воды, углекислого газа и минеральных солей), замыкая таким образом кругооборот веществ в биосфере.

В целом биосфера очень похожая на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз — динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики (теории управления), в каждом биоценозе, то есть совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая «лишнюю» биомассу. За травоядными пристально «следят» хищники, предотвращая их чрезмерному размножению и уничтожению растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников есть хищники второго рода и паразиты, которыми «руководят» сверхпаразиты, и т.д. Поэтому на Земле существует много видов животных. Среди них нет «лишних» ли «вредных», такие эпитеты дает им человек. Особенностью биосферных связей есть и то, что управляющая и управляемая подсистемы в ней часто меняются местами. Так, уменьшение количества растительного корма вызывает снижение численности хищников и паразитов через механизм обратной связи.

Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере сыграют информационные. Живые существа Земли освоили все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информативные сигналы сами по себе не способные вызвать обратной реакции через энергетическую слабость, но содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются (большей частью автоматически) и учитываются живыми организмами. Способность воспринимать, сохранять и передавать информацию есть и у безжизненных объектов. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Русский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены информационным.

Примером информационных связей в биосфере может быть явление снижения интенсивности размножения животных в случае чрезмерной плотности популяции. Не всегда это обусловлено недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что уменьшение потомства у млекопитающих или снижения яйценоскости у птиц происходит вследствие «перенаселения» территории. Здесь действуют именно информационные связи, если включаются какие-то внутренние механизмы, которые приводят к уменьшению количества «лишних» особей.

Эффективность информационных связей в биосфере поражает. Например, самец мотылька тутового шелкопряда ощущает присутствие самки на расстоянии 2 км. Расчеты свидетельствуют, что такой феномен не может базироваться на химических сигналах, скажем, на действии каких-то ароматных веществ-антрактантов, которые выделяет самка. Вероятно, имеет место передача электромагнитных сигналов, причем за типом, который «отец кибернетики» Н. Винер назвал «тот, кого это касается». Возможно, именно загрязнением информационной среды, которое вызвано деятельность человека, следует объяснять загадочные случаи массового «самоубийства» китов, которые выбрасываются на сушу? Ведь пространство вокруг Земли ныне перенасыщенное искусственными антропогенными источниками электромагнитного поля.

Обобщая результаты исследований в отрасли геологии, палеотологии, биологии и других естественных наук, В. Вернадский пришел к выводу что биосфера – это стойкая динамическая система, равновесие, которое установилось в основных своих чертах …. с археозоя и неизменно действует на протяжении 1.5 – 2 миллиарда лет». Он доказал, что стойкость биосферы за это время обнаруживается в постоянстве ее общей массы (около 1019 т), массы живого вещества (1018 т), энергии, связанной с живым веществом (1018 ккал), и среднего химического состава всего живого. Стойкость биосферы Вернадский связывал с тем обстоятельством, что «функции жизни в биосфере — биогеохимические функции — неизменные на протяжении геологического времени, и ни одна из них не появилась сызнова с ходом геологического времени». Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные и обновленные процессы, концентрация химических элементов и т.п.) не могут выполняться организмами какого-либо одного вида, а лишь их комплексом. Отсюда вытекает чрезвычайно важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система, с большим количеством видов организмов, каждый из которых выполнял свою роль в общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать, то есть стойкость ее существования была сразу начатая ее сложностью.

Вернадскому принадлежит открытие такого основного закона биосферы: «Количество живого вещества есть планетной константой из времен архейской эры, то есть за все геологическое время». На протяжении этого периода живой мир морфологически изменился неузнаваемо, но такие изменения заметно не повлияли ни на количество живого вещества, ни на его средний валовой состав. Дело здесь в том, как считает Вернадский, что «в сложной организованности биосферы происходили в границах живого вещества лишь перегруппирования химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества».
    1. Эволюция биосферы


Все эволюционные теории, начиная с той, которая была начатая Ч. Дарвином, базируются на представлении о развитии от простого к сложному. Это представление сталкивается с противоречиями, которых накапливается все больше. В частности, оно противоречит известному в кибернетике правилу Эшби: управляемая система никогда не может быть более сложной от управляющей, она всегда более простая. Это правило иногда высказывают так: горшок никогда не может быть более сложным за гончара. Открытие и изучение генетического кода свидетельствует, что индивидуальное развитие любого живого существа (онтогенез) и развитие систематической группы существ (филогенез) быстрее похожие на редактирование и распечатка готового текста или введения в ЭВМ программы, зашифрованной в дискете. При этом наблюдается такой парадокс: организмы воссоздают себя, то есть воссоздают новые организмы без уменьшения сложности своего строения. Наоборот, палеонтологам известные такие продолжительные периоды эволюции, на протяжении которых сложность организмов увеличивалась А тем временем попытки кибернетиков создать автоматы, способные самовозобновлять себя (то есть «размножаться»), натолкнулись на непреодолимое препятствие: в процессе самовоспроизведения механических систем неминуемое наблюдается уменьшение Их сложности («вырождение»). Причину такого несоответствия живых и механических систем М. Камшилов усматривает в том, что «живые организмы также не являются самовоспроизводимыми. Они воссоздают себя в условиях чрезвычайно сложной среды — биосферы». Другими словами, организмы получают некоторые «руководящие указания», информацию из внешней среды, из биосферы, причем система, которая руководит развитием индивида, развертыванием информации, записанной в его генетическом коде, намного более сложного самого организма Что же это за система?

В последнее время все более убедительными кажутся выводы В. Вернадского о том, что биосфера в своем развитии руководствуется информацией, которая поступает из Космоса. Он утверждал, что «космические излучения, которые идут от всех небесных тел, охватывают биосферу, пронизывают всю ее и все в ней... Биосферу нельзя понять в явлениях, которые в ней происходят, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением всего космического механизма».

Впервые теснейшую связь процессов в биосфере с космическими, солнечными процессами открыл выдающийся русский ученый О. Чижевский. Он доказал, что биосфера находится под влиянием многих электромагнитных и других излучений, которые поступают от Солнца и отдаленных галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового размножения многих животных, таких, как саранча, лемминги и т.п., эпидемии, пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере, теснейшим чином связанные с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т.п.). «Мы — дети Солнца», — так образно высказался Чижевский.

Универсальную роль носителей информации в биосфере сыграют электромагнитные поля. Это обусловлен тем, что из всех известных нам мыслимых типов связи именно связь на основе электромагнитных полей есть наиболее информативным и экономической. Электромагнитные поля как средство связи в биосфере сравнительно с звуковой, световой или химической информацией имеют такие преимущества:

Раньше биологи учитывали лишь электромагнитные излучения Солнца в высокоэнергетическом участке его спектра — инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые части диапазона — как источник энергии для всего живого. Лишь в последние десятилетия они начали давать себе отчет в той роли, которую сыграют в живой природе электромагнитные поля земного и космического происхождения в диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается, накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены. Тем не менее на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио- и космобиологи, можно утверждать, Что функционирование биосферы в целом связанно с информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский биолог К. Гробстайн, «невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление — оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции».

Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным сигналам увеличивается с осложнением строения организмов. Так, позвоночные животные намного чуствительнее к электромагнитным полям, чем беспозвоночные и тем более — простейшие. С осложнением биосистем возрастает их способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.

Из времен появления работ Ч. Дарвина традиционно считается, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее приспособленных индивидов. При этом совсем не учитывается, что лучше всего приспособленные к разнообразнейший земным условиям именно простейшие существа — бактерии, сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен своей организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали на нашей планете в архейскую эру и из того времени настолько существенным образом изменили окружающую среду и биосферу в целом, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынужденные были отойти на задний план.

Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают там, где никто другой существовать не может — в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах. Эти организмы действительно хорошо приспособлены к условиям среды. Они действуют за стратегией максимальной стойкости, консерватизма, сохранение достигнутого уровня совершенства. Имея качества, которые надежно обеспечивают жизнедеятельность прокариота и записанные в его генетической системе, он делает все новые и новые копии этого генетического текста. Как образно высказался Р. Баландин, у таких организмов «торжествует стандартизация, а творческие порывы приглушенные или запрещенные».

Другим примером эволюционного тупика есть история муравьев и термитов. Колонии этих насекомых идеально приспособились к условиям жизни, создав свои подземные хранилища и искусственно поддерживая в них климат той далекой эпохи, если они впервые появились на Земле. Развитие муравьев и термитов прекратилось по крайней мере в палеогене, то есть 65 млн. лет тому.

Появление евкариотов (организмов, в клетках которых есть ядро), сначала одноклеточных, а со временем и многоклеточных, начала новую стадию эволюционного развития – проявление кооперации. Объединение организмов (симбиоз, кооперация) обеспечивало более интенсивное усвоение свободной энергии. Значение кооперативных связей на протяжении всей истории эволюции биосферы беспрерывно возрастало и стало решающей с появлением на Земле Разума. Более широкие возможности для развития имеют те организмы, которые, легко изменяясь, черпают новую информацию от других организмов и из окружающей среды, в частности с Космоса. У этих организмов (а их сегодня на Земле большинство) ярко выраженный, по словам Р. Баландина, «порыв к разнообразию, неожиданных решений, свободы творчества». Конечно, наиболее полно эти качества оказались в гоминид, поэтому они и основали носителя Разума.

Итак, биосфера сформировалась на ранних этапах развития жизнь на Земле, причем очень быстро и уже в довольно сложном виде. К. Циолковский считал, что многочисленные виды простейших организмов зародились на Земле одновременно. Эту же мысль неоднократно подчеркивал В. Вернадский, считая, что комплекс одноклеточных организмов, способных не только существовать и воссоздаваться в окружающей среде, но и активно перестраивать его, за немного дней мог сформироваться и распространиться по всей поверхности планеты. В работе «Биогеохимические очерки» он пишет: «Следует неминуемо предположить, что, может, и менее сложная в основных чертах, чем сегодняшняя, и все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как одно целое в догеологический ее период. Создался целый монолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид живых организмов...»

За три миллиарда лет комплекс простейших организмов (прокариотов) неузнаваемо изменил жизненную среду на Земле – состав ее атмосферы, гидросферы, верхних пластов литосферы. Не имея способности изменять себя, прокариоты (сине-зеленые водоросли, хемотрофные бактерии и т.п.) вынужденные были отступать, освобождая место для более сложных организмов с эффективной энергетикой. Ныне прокариоты остались преимущественно в таких биологических нишах, которые за своими характеристиками напоминают ранний докембрий – горячих источниках, бассейнах, пораженных сероводородом, и т.п. Они осваивают также ландшафты, которые создает человек своей непродуманной деятельностью. Уничтожая высокоорганизованные группы растений и животных (то есть конкурентов прокариотов), мы одновременно возвращаем в биосферу те вещества, которые были выведены из нее и захороненны в осадочных породах за счет жизнедеятельности простейших организмов – углекислый газ, оксиды серы, тяжелые металлы, соединения азота, фосфора и т.п. Таким образом, мы создаем такую среду, где нет места не только высшим организмам, но и нам самым.

Печальным примером такой деятельности есть «цветение» водохранилищ. Зарегулировав сток Днепра (резко затормозив его течение), «подкармливая» эти застойные бассейны тысячами тонн фосфорных и азотных удобрений, которые смываются из полей, уничтожая пестицидами, которые в большом количестве попадают у моря с тех же полей, речной планктон, мы создаем идеальные условия для массового размножения сине-зеленых водорослей, вследствие чего вода становится отравляющей для всех других жителей. На березе Киевского или Каховского водохранилищ можно видеть результаты этого явления в виде валков из скелетов рыбы, трупы которой выброшен на берег волнами. Да и просто гулять берегом «рукотворного моря» не всегда приятно – если оно «цветет», стоит такой смрад, что пилоты самолетов, которые пролетают этой территорией, вынужденные плотно затворять иллюминаторы...

Сам творец теории естественного отбора Ч. Дарвин не мог объяснить такого явления, если в процессе эволюции часто имеют преимущества не наиболее прогрессивные формы. Напомним основные положения теории дарвинизма: любая черта организма закрепляется в следующих поколениях, если благодаря ей этот организм лучшее приспосабливается к условиям жизни. Естественная среда именно выполняет отбор – поэтому он и называется естественной. Лучше приспособленная особь имеет больше шансов выжить и дать большее потомков.

В последнее время ученые открывают все больше исключений из этого, казалось бы, стройного правила. Скажем, известный немецкий биолог Э. Майр обращает внимание на несоответствие закону естественного отбора процесса эволюции самого человека. По этому закону более приспособленной к окружающей среде есть умный просвещенный человек, который хорошо ориентируется в жизненных обстоятельствах — интеллектуал. Доказано также, что интеллект, главным образом, обусловленный генетической склонностью. Тем не менее статистические сведения свидетельствуют, что люди, профессии которых требуют высокого интеллекта и вдобавок имеют более высокий уровень жизни, рождают у среднему меньше потомков, чем неквалифицированные рабочие. Что же значит, что человек деградирует? Многочисленные примеры этого мы видим и среди разных групп животных.

Чем же обусловленная изменчивость живых существ вообще? Знаменитый французский природовед Ж. Ламарк считал, что основной движущей силой эволюции есть влияние окружающей среды. Скажем, предки жирафа попали в савану. Чтобы достаться к питательным листкам деревьев, жираф «тренировал» свою шею, стараясь ее продлить. Выживали и давали потомков лишь длинношеие особи. Эту мысль привел к полнейшему абсурду Т. Лысенко, отстаивая «мичуринские» идеи, скажем, овес может превратиться на овсюг, а пшеница на рожь в зависимости от условий окружающей среды (влажности, температуры и т.п.).

Открытие генетического кода разрешило приблизиться к разгадке этой тайны. Оказалось, что в двойной спирали ДНК зашифрованные все сведения об организме, и в соответствии с этой программой происходит его индивидуальное развитие. Все сведения о будущем существе – ее рост, стать, цвет глаз и т.п. – закодированные в крохотной по объему и массой молекулярной структуре. Например, информация о ките, масса которого достигает 50000000 г, заложенная в ДНК его оплодотворенного яйца, масса которого составляет всего 0.000000000000001 г. Итак, масса кита в процессе онтогенеза возрастает на 22 порядка! Такой плотности записи информации, которой достигла природа в структурах, которые руководят наследственностью современная кибернетика добиться не может.

Значит, изменчивость организмов, появление новых видов в процессе эволюции связанные с изменениями записи в генетическом коде. Доказано, что генетическая информация поднимается под влиянием мутагенных факторов – радиации, активных химических веществ, таких как пестициды и т.п. А тем временем окружающая среда все больше загрязняется этими факторами вследствие технологической деятельности человечества. Стоит вопрос, не ли готовим мы самые себе «генетическую катастрофу»?

На основании достижений генетики можно считать, что эволюция органического мира происходит по счет появления мутаций, то есть случайных отклонений в генетической записи под влиянием активных мутагенных факторов окружающей среды. В случае, если эти новые свойства являются выгодными для организма, они закрепляются естественным отбором.

Тем не менее результаты исследований генетиков свидетельствуют, что абсолютное большинство мутаций вредная для организма. Особи, которые появляются на мир после мутагенного влияния радиации или химикатов, есть бесплодными, нежизнеспособными, безобразными и т.п. Накопление мутаций генетического кода образно можно сравнить с накоплениями ошибок в тексте книжки. Возникновение нового вида организмов за счет мутаций есть таким же маловероятным, как появление нового текста за счет увеличения количества ошибок. Кроме того, организм «сопротивляется» этому процессу – генетикам известный механизм «ремонта» поврежденного генетического кода, который действует автоматически в сложном наследственном аппарате и восстанавливает поврежденная запись (в случае, если повреждение есть не весьма значительными). Известно также, что искусственно созданные путем гибридизации новые виды имеют тенденцию с течением времени «расщепляться» на своих предшественников (например, гибрид волка и собаки через несколько поколений снова расщепляется на волков и собак). Это как же возникают новые виды растений и животных?

Если бы эволюция действительно происходила путем постепенного изменения тех или других черт видов с закреплением нужных за счет естественного отбора, то среди ископаемых остатков организмов должно бы быть огромное количество промежуточных форм. подобно к тому, как токарь, который работал бы лишь с помощью метода попыток и ошибок, кроме нужной детали, выточил бы целые горы бракованных. Тем не менее в палеонтологической летописи мы имеем чрезвычайно мало (а преимущественно вообще не имеем) промежуточных форм — в определенном пласте горных пород находим остатки одних видов, а в сопредельном с ним — других. Объяснить это лишь «законом неполноты палеонтологической летописи» (что твердит, что в ископаемом состоянии к нам дошла лишь незначительная часть организмов, которые населяло планету в минувшие эпохи) нельзя. Почему из этой летописи ищезли именно промежуточные формы?

Известно, что в процессе онтогенеза зародыш повторяет предшествующие стадии развития своих далеких предков. Оплодотворенная клетка спустя некоторое время превращается в мешочек, похожий на примитивное чревополостное животное, потом — на существо, подобную к рыбьему мальку, головастика и т.д. На определенных этапах зародыши всех животных похожие один на одного, лишь в некоторых из них развитие прекращается, а остаток эволюционирует дальше. Наибольшее количество промежуточных стадий проходят зародыши млекопитающих, в частности и человека.

Об этом эволюционном ряде наши предки знали задолго к Ч. Дарвина. Вот как изображает ряд последовательных перевоплощений бога Вишну старинная индийская книга «Воплощение Вишну», написанная задолго к началу новой эры: рыба, черепаха, свинья, человек-лев, человек-карлик, человек с топором, Рама и Кришна. Этот последовательный ряд перевоплощений реально отображает эволюцию человека, если на смену рыбе приходит рептилия, потом млекопитающее, примат, гоминид (австралопитек, который имел невысокий рост). Далее появляется наш непосредственный предок-кроманьйонец («человек с топором»). Рама есть символом современного человека, а Кришна, следует думать, идеалом будущего – космическим человеком.

Укажем еще одну деталь, которая, возможно, поможет нам приблизиться к пониманию сути эволюционного процесса. Если мы сравним микроскопическое строение любой клетки организма человека и наипроще организованных одноклеточных (например, инфузории), то не найдем принципиальных отличий. Тем не менее любая из клеток высокоорганизованных существ, кроме своих обычных функций (дыхание, обмена веществ и т.п.), выполняет также определенные функции, связанные с жизнедеятельностью всего организма. В изолированном состоянии клетка высокоорганизованного организма жить не может – она существует лишь в условиях сотрудничества и кооперации с другими клетками. Собственно организмом есть не отдельная клетка, а вся их система, совокупность в целом, где на первый план выступают информационные связи, которые регулируют его слаженную деятельность.

Что же «подсказывает» оплодотворенной клетке, которая стадии ей належит пройти, на которой остановиться? Такая программа с самого начала записанная в ее хромосомной структуре, помещается в геноме (совокупности генов) и начинает реализоваться из момента оплодотворения яйцеклетки (слияние со сперматозоидом). Строение генома высокоорганизованных существ фантастически сложная – в ДНК человека, например, насчитывается 3 млн. пар нуклеотидов. Сегодня генетики расшифровали лишь мизерную часть генома, то есть они имеют представление лишь о чрезвычайно маленькой частице этой программы. На протяжении последних лет американские биологи и кибернетики осуществляют сложные исследования по полной расшифровке с помощью ЭВМ генома человека. Идется пока что лишь об определении последовательности в ДНК всех нуклеотидов.

Поскольку управляющая система всегда более сложная за управляемую, стоит вопрос: насколько же более сложной может быть та система, которая создала и «запустила» программу развития живых организмов, где заведомо было определено, как именно «будет раскручиваться» спираль эволюции? Назовите эту управляющую систему, как вам большее по душе: Всемогущей Природой, Космическим Умом, в конце концов, Богом – суть от этого не изменится. Главное же состоит в том, что вся эволюция земной биосферы была запрограммирована несравненно высшей и более сложной Космической Системой. И поскольку человек есть неотъемлемой составной биосферы, определенной стадией ее запрограммированного развития, то вся его деятельность не должна противоречить общей программе эволюции биосферы.

Таким образом, каждое живое существо рождается, развивается, выполняет свою программу жизни как составная часть исполинского сверхорганизма – биосферы. И, в свою очередь, есть порождением космического сверхорганизма – галактики. А все галактики являются будто клеточками сверх-сверхорганизма – Космоса. К. Циолковский так подытожил свои раздумья о нас и наше место в Космосе: «Все рождено Вселенной. Она – начало всех вещей, от него все зависит. Человек или другие высшие существа и его воля есть лишь проявлением воли Вселенной... Мы говорим: от нас все зависит, но мы сами создания Вселенной. Поэтому верней думать и говорить, что все зависит от Вселенной... Если нам и удастся выполнить свою волю, то лишь потому, что нам это разрешил Вселенная... Ни один атом Вселенной не избегает ощущения высшей разумной жизни».

Ну, а что же породило Вселенную? Возможно, это вопросы вообще нельзя ставить. К. Циолковский сказал, что о Причине Космоса можно лишь догадываться.

Подытоживая изложенное, укажем, что биосфера была запрограммирована несравненно более сложной системой – Космическим Умом (Абсолютом, Вселенной, Богом и т.п.). Как. осуществляется эта программа, ныне нам известно лишь в наиболее общих чертах. В частности, определено, что в целом процесс эволюции можно рассматривать как увеличение объема генетической информации. За некоторыми современными подсчетами, объем генетической информации у млекопитающего больший, чем в бактерии в 100 тыс. раз. И дело не только в наращивании длины генной цепочки и массы ДНК в ядрах клеток – у некоторых видов животных она, например, превышает массу ДНК человека. Дело еще и в том, как эта информация разворачивается. Возможно, приблизиться к пониманию этого механизма разрешит такое сравнение. Скрипки Страдивари ли Гварнери ценятся музыкантами потому, что содержат несравненно больше возможностей сравнительно с обычными. Однако в руках мастера божественно звучит и обычная скрипка. Известно, что когда Паганини враги подпилили струны на скрипке, и они начали одна за одной лопаться во время его концерта, гениальный скрипач продолжал играть на единственной, что осталась, и сыграл так, что на глазах у публики блестели слезы.

Сегодня некоторые ученые, обсуждая управляющую роль Космоса в эволюции, употребляют термин «космическое информационное поле». В. Вернадский говорил о космических излучениях. В старинных индийских книгах упоминается о «вибрациях» Космоса, которые пронизывают всю земную жизнь, христиане верят в Святой Дух, который сходит из небес на Землю, некоторые другие религии вспоминают «астральный луч» и т.п. Все эти определения, в сущности, выражают одну мысль-руководство Космосом эволюции земной биосферы, которая есть ее неотъемлемой частицей.

Можно констатировать еще одну черту эволюции, а именно – ее нарастающий темп. Палеонтологические сведения свидетельствуют именно об этом. Так, если условно принять век Земли (4,5 млрд. лет) за одни сутки (24 ч), то в таких временных единицах жизни на Земле существует по крайней мере 20 ч, первые живые существа вышли из моря на сушу 6 ч 35 мин поэтому, млекопитающие существуют 3 ч 46 мин, а человек – последние 10 с. Довольно и говорить, насколько резко изменились состав и характеристики биосферы за эти последние 10 с «большого космического дня» Земли.
    1. Природная среда и природные ресурсы


Характеризуя природную среду Земли с экологической точки зрения, эколог на первое место всегда может ставить освещения типов и особенностей существующих в нем взаимосвязей между всеми природными процессами и явлениями (данного объекта, района, ландшафта или региона), а также характера влияния на такие процессы человеческой деятельности. При этом очень важно использовать современные методы изучения взаимосвязей между населением, хозяйством и окружающей средой, уделять особое внимание причинам и следствиям возникновение так называемых цепных реакций в природе. Важно также придерживаться нового принципа — комплексной оценки экологических ситуаций на основе построения цепей причинно-следственных связей на разных стадиях прогноза с привлечением к решению проблемы представителей разных областей знаний, прежде всего – географов, геологов, биологов, экономистов, медиков, юристов.

Поэтому, изучая особенности основных составных природной среды, необходимо помнить, что все они тесно связаны между собою, зависят одно от одного и чувствительно реагируют на любые изменения, а окружающая среда – это сложная, многофункциональная, извечное сбалансированная единая система, которая постоянно самовосстанавливается благодаря своим особым законам обмена веществ и энергии. Эта система развивалась и функционировала миллионы лет, но человек на современном этапе своей деятельностью настолько разбалансировал природные связи всей глобальной экосистемы, что она начала активно деградировать, теряя способность самовосстанавливаться.

Таким образом, природная среда – это мегаэкзосфера постоянных взаимодействий и взаимопроникновения элементов и процессов четверых ее составных экзосфер (приповерхностных оболочек): атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы- под влиянием экзогенных (в частности космических) и эндогенных факторов и деятельности человека. Любая из экзосфер имеет свои составные элементы, структуру и особенности. Три из них – атмосфера, литосфера и гидросфера – образованные безжизненными веществами и есть ареалом функционирования живого вещества – биоты – главного компонента четвертой составной окружающей среды – биосферы.

Природные ресурсы – это особый компонент природной среды, им следует уделять особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных изменений окружающей среды.

Под природными ресурсами понимают все то, что человек использует для обеспечения своего существования – продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное пространство, воду, объекты для удовлетворения эстетичных потребностей.

Еще несколько десятилетий назад отношение всех народов к природе определялось лишь одним девизом: подчинить, взять самое большее, ничего не отдавая, поскольку богатства Земли неисчерпаемые. Человечество брало, разрушало, сжигало, вырубало, убивало, истощало, поглощало, не считаясь с последствиями. Ныне настали другие времена, так как человечество, подсчитав, опомнились. Обнаруживается, что практически неисчерпаемых ресурсов в природе вообще нет. Условно пока еще можно относить к неисчерпаемым общие запасы воды на планете и кислорода в атмосфере. Но через их неравномерное распределение уже сегодня в отдельных районах и регионах Земли ощущается их острый недостаток. Все минеральные ресурсы принадлежат к невосстановимым и главнейшие из них ныне уже исчерпаны или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем биосферы в последнее время ресурсы живого вещества – биомассы – тоже перестали восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.

Поскольку биосфера планеты есть замкнутая система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние и её способность самовосстанавливать свою биомассу, исчерпаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования.

БИОСФЕРА и ее эволюция Биосфера Земли
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации