Эволюция биосферы

Эволюция биосферы

1

Содержание

Глава 1. Эволюция биосферы

Учение В.И. Вернадского о биосфере

Биоразнообразие биосферы как результат её эволюции

Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы

Глава 2. Понятие о популяции

Статические показатели популяции

Динамические показатели популяции

Продолжительность жизни

Динамика роста численности популяции

Глава 3. Урбанизация

О процессах урбанизации

Урбанистические системы

Глава 4. Полномочия граждан и общественных экологических объединений в области охраны окружающей среды

Экологические обязанности граждан

Список литературы

1. Эволюция биосферы

Учение В.И. Вернадского о биосфере

По современным представлениям, биосфера - это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этим организмами.

Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского (1863-1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Исключительная значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине прошлого века. Этому способствовало развитии экологии, и прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающими понятием.

Учение В. И. Вернадского о биосфере - это целостное фундаментальное учение. Органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В. И Вернадского, биосфера включает:

· живое вещество (т.е все живые организмы),

· биогенное (т.е уголь, известняки, нефть и др.)

· косное (в его образовании живое не участвует, например магнетические горные породы)

· биокосное (создается с помощью живых организмов)

· радиоактивное (вещество)

· космического происхождения (метеориты)

· рассеянные атомы

Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.

Важнейшей частью в биосфере В. И. Вернадского являются представление о её возникновении и развитии. Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции (табл. 8.1) в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов - цианобактерий и сине-зеленых водорослей, а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивались и гетеротрофы, и прежде всего - животные. Главное в их развитии являются выход на сушу и заселение материков и, наконец, появление человека.

Эволюция биосферы и её основных составляющих (по Ф. Рамаду,1981)

Время, число лет	Геологическая эпоха	Биосфера	Литосфера	Гидросфера	Атмосфера
5*109 4.5*109	Ранний архей		Формирован солнечной сис-мы. Наиболее древние породы.	Конденсация океана	Свободный кислород отсутствует
3*109 2*109	Докембрий	Первые бактерии Первые орган., способные к фотосинтезу Быстрый рост фитопланктона	Вулканизм Докембрийск. оледенение	Появление кислорода из оксидов железа	Содержание кислорода состов. 1% современ. значения. Образование озонового слоя.
7*108 5*108 2,25*108	Палеозойская эра	Появление многоклеточных Появление сосудистых растений и насекомых	Оледенение Сахары. Образование каменноугольных отложений	Увеличение обьема океана	Содержание кислорода составляет 3-10% современн.
108 - 7*107	Мезозойская эра	Появление млекопитающих Появление покрытосеменных растений	Вулканизм Отложение мела и гипса в осадочных породах		Содержание кислорода увеличивается
5*107 2*107 107 106	Кайнозойская эра Эоцен Олигоцен Миоцен Плиоцен Четвертичный период	Появление злаковых Увеличение видимого разнообразия млекопитающих Первый примат по линии антропоидов. Первый из известных человекообразных Оледенение	Образование бурого угля. Вулканизм	Уровень моря на 120 км ниже современн.	Процентное содержание кислорода близко к современному Содержание кислорода соответствует современному

В жатом виде идеи В.И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера - предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше - биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишение жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы - главный фактор миграции химических элементов в земной коре, “по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью”.

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлено тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В.И. Вернадского стало учение о ноосфере, т.е. сфере разума.

В целом, учение о биосфере В. И. Вернадского заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и не живой природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Биоразнообразие биосферы как результат её эволюции

В относительно короткие промежутки развития экосистем (сукцессий), и в долговременной эволюции таких экосистем, как биосфера, на протекающие в них процессы оказывают влияние:

· аллогенные (внешние) факторы - геологические и климатические;

· автогенные (внутренние) процессы, обусловленные только живым

компонентом. Благодаря действию и взаимодействию этих факторов сформировались биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом и на биосферном уровнях. Основа устойчивости биосферы (экосферы) - разнообразие составляющих ее экосистем.

Простейшие анаэробы, из которых состояли первые на Земле экосистемы, образовались из этих органических веществ и, возможно, других, синтезируемых под воздействием мощного ультрафиолетового излучения. Тогда еще не было кислорода в атмосфере и, следовательно, озонового слоя, который сейчас является преградой для этого излучения.

Первыми автотрофами стали прокариоты - сине-зеленые водоросли и, возможно, цианобактерии. Затем 1,5-2 млрд. лет тому назад появились первые одноклеточные эукариоты и, в результате изначального господства r-отбора, произошел мощный популяционный взрыв автотрофных водорослей, что привело к избытку в воде кислорода и к его выделению в атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы в кислородную, что способствовало развитию эукариотических организмов и появлению многоклеточных около 1,4 млрд. лет назад.

В начале кембрийского периода, примерно 600 млн. лет назад, содержащие кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а затем произошел ещё один эволюционный взрыв - появились новые формы жизни - губки, кораллы, черви, моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода впервые стало близко к совершенству, и к этому времени жизнь не только заполнила все моря, но и вышла на сушу. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ в дальнейшем привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие и, наконец, человек. Но, несмотря на обилие автотрофов, в конце палеозоя, примерно 300 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере упало до 5% от современного уровня и повысилось содержание углекислого газа. Это привело к изменению климата, снижению интенсивности процессов размножения и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание кислорода стало снова повышаться и с середины мелового периода. Примерно 100 млн. лет назад, отношение О2/СО2 близко к совершенству, хотя и испытывало колебания в определенных пределах.

Из истории развития атмосферы ясно, что человек абсолютно зависим от других организмов, населяющих среду, в которой он обитает. Только от их жизнедеятельности и от их разнообразия зависит стабильность атмосферы и, следовательно, биосферы.

Групповой отбор - это естественный отбор в группах организмов, но не обязательно связанных тесными мутуалистическими связями. Это весьма сложное и во многом спорное явление. Но в первом приближении он представляет собой подобие отбора генотипов в популяции, но вымирают не отдельные генотипы, а целые популяции и, с другой стороны, получают развитие новые популяции, для которых эти условия более благоприятны.

Групповой отбор тоже увеличивает разнообразие и устойчивость сообществ.

Сопряженная эволюция и групповой отбор повышают биоразнообразие экосистем, устанавливают определенные взаимоотношения между ними как между наземными, так и водными, и даже между обоими типами. Все это в целом ведет к повышению устойчивости биосферы как глобальной экосистемы.

Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы

Ноосфера (“мыслящая оболочка”, сфера разума) - высшая стадия развития биосферы. Это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая становиться главным, определяющим фактором развития.

Почему возникло понятие “ноосфера” ? Оно появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Непреходящая ценность учения В. И. Вернадского о ноосфере именно в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве. Вся эта среда весьма существенно изменяется человеком благодаря его труду. Он способен перестроить ее согласно своим представлениям и потребностям, изменить фактически ту биосферу, которая складывалась в течение всей геологической истории Земли.

Человек, по мнению В. И. Вернадского, является частью биосферы, ее <<определенной функцией>>. Подчеркивая тесную связь человека природы, он допускал, что предпосылки возникновения человеческого разума имели место еще во времена животных, предшественников Homo sapiens, и проявление его началось много лет назад, в конец третичного периода. Но как новая геологическая сила смог проявить себя только человек.

Воздействие человеческого общества как единого целого на природу по своему характеру резко отличается от воздействий других форм живого вещества. В. И. Вернадский писал: “Раньше организмы влияли на историю тех атомов, которые были нужны им для роста, размножения, питания, дыхания. Человек расширил этот круг, влияя на элементы, нужные для техники и создания цивилизованных форм жизни” что и изменило “вечный бег геохимических циклов”.

Эти гениальные мысли В. И. Вернадского позволили ряду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в эволюции биосферы, как коэволюцию между человеческим обществом и природой средой, в результате чего и возникнет ноосфера, но это будет происходить благодаря “новым формам действия живого вещества на обмен атомов живого вещества с косной материей”.

Становление ноосферы, по В. И. Вернадскому, - процесс длительный, но ряд ученых полагают, что человечество уже вступило в период ноосферы, хотя многие считают, что пока об этом говорить рано, так как то, что сейчас происходит во взаимодействии человека и природы, трудно увязать с наступлением эпохи разума. Тем не менее прогресс человеческого разума и научной мысли ноосферы налицо: они уже вышли за пределы биосферы Земли, в Космос и глубины литосферы. По мнению многих ученых - ноосфера в будущем станет особой областью Солнечной системы. <<Биосфера перейдет так или иначе, рано или поздно в ноосферу… На определенном этапе развития человек вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего>>, - утверждало В. И. Вернадский.

2. Понятие о популяции

Популяция - любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида

Популяция - именно та ячейка биоты, которая является основой её существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида благодаря наследственности адаптационных качеств, она дает начало новым популяциям и процессам видообразования, т.е. является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид есть его качественный этап.

Известно, что важнейшими являются количественные характеристики, которые позволяют решить большинство проблем качественного характера. Выделяют две группы количественных показателей-статические и динамические.

Статические показатели популяций

Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени.

К статическим показателям популяции относятся их численность, плотность и показатели структуры. Численность - это поголовье животных или количество растений, например деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы - ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района. Плотность - число особей, приходящихся на единицу площади, например, плотность населения - количество человек приходящихся на один квадратный километр, или для гидробионтов - это количество особей на единицу объема, на литр или кубометр. Показатели структуры: половой - соотношение полов, размерный - соотношение количества особей различных размеров, возрастной - соотношение количества особей различного возраста в популяции.

Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность гидробионтов определяют путем отлавливания их сетями (рыбы), для микроскопических (фитопланктон, зоопланктон) применяют специальные мерные емкости.

Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Значение численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность популяции определяется без учета неравномерности распределения особей на площади или в объеме, получаем среднюю плотность животных, деревьев, людского населения на единицу площади или микроскопических водорослей в единице объема.

Территориальные границы могут быть весьма подвижны. Достаточно надежно определяются границы у немигрирующих животных (грызуны, моллюски), которые создают так называемые локальные популяции. У подвижных границы трудно определить, например у лося, а затем у птиц, которые легко мигрируют и расселяются на больших территориях. Ограничивают возможность расселения как биотические, так и абиотические факторы. Из биотических факторов среды таковыми являются прежде всего пресс хищников и конкурентов, нехватка пищевых ресурсов, а влияние абиотических определяется толерантностью популяции к факторам среды.

Важнейшим условием существования популяции или ее экотипа является их толерантность к факторам среды. Толерантность у разных особей и к разным частям спектра разная, поэтому толерантность популяции значительно шире, чем у отдельных особей.

Итак, свойства популяции уже значительно отличаются от свойств отдельных особей, что особенно наглядно проявляются в динамике популяций.

Динамические показатели популяций

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. Основными динамическими показателями популяций являются рождаемость, смертность и скорость роста популяций.

Рождаемость, или скорость рождаемости, - это число особей, рождающихся в популяции за единицу времени. При рассмотрении экосистем пользуются другим динамическим показателем - продукцией - суммой прироста массы всех особей из множества популяций биогенного сообщества за определенный промежуток времени.

Смертность, или скорость смертности, - это число особей, погибших в популяции в единицу времени. Но убыль или прибыль организмов в популяции зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции, т.е. от количества особей, прибывших и убывших в популяции в единицу времени. Увеличение численности, прибыль зависит от количества отрожденных и мигрировавших особей, а уменьшение, убыль численности - от гибели и эмиграции особей.

Явление иммиграции и эмиграции на численность являют несущественно, поэтому ими при расчетах можно пренебречь. Рождаемость, или скорость рождаемости, выражают отношением:

?Nn/?t

где ?Nn - число особей (яиц, семян), родившихся за некоторый промежуток времени ?t. Но для сравнения рождаемости в различных популяциях пользуются величиной удельной рождаемости: отношением скорости рождаемости к исходной численности (N):

?Nn/N?t.

За бесконечно малый промежуток времени (?t - 0) мы получим мгновенную удельную рождаемость, которую обозначают латинской буквой <b>. Эта величина имеет размерность <единица времени -1> и зависит от интенсивности размножения особей: для бактерий - час, для фитопланктона - сутки, для насекомых - неделя или месяц, для крупных млекопитающих - год.

Смертность - величина, обратная рождаемость, но измеряется в тех же величинах и вычисляется по аналогичной формуле. Если принять, что ?Nm - число погибших особей за время ?t, то удельная смертность:

?Nm / N?t

а при ?t - 0 имеет мгновенную удельную смертность, которую обозначают буквой <d>.

Страницы: 1, 2