Меню

Эволюция биосферы земли экология

Основные этапы эволюции биосферы: таблица и краткая информация

Содержание:

Этапы эволюции биосферы изучал советский исследователь В. И. Вернадский. Главная идея учёного: живые организмы изменили облик Земли и сами постоянно меняются. Основные этапы эволюции биосферы обусловлены её развитием под влиянием абиотических и биотических факторов.

Этапы эволюции биосферы: таблица с краткой информацией

Биосфера — одна из геосфер, глобальная экосистема Земли или плёнка жизни. Не имеет чётко очерченной границы, представляет собой области суши, Мирового океана, нижние части атмосферы.

Эволюция биосферы (таблица по Вернадскому)

Этапы Движущие силы Проявления
Образование плёнки жизни Геологические, химические, климатические процессы Возникновение жизни
Видоизменение Усложнение, развитие живых организмов. Появление эукариотической клетки, возникновение многоклеточных растений и животных, усложнение организмов
Антропогенез Появление человека и развитие человеческого общества Переход биосферы в ноосферу

В.И. Вернадский назвал первые два этапа стадией биогенеза, что означает возникновение жизни из неживой материи. На следующей стадии — ноогенеза — происходит эволюция разума. Биосфера изменяется под воздействием разумной деятельности человека, возникает ноосфера.

Основные этапы развития биосферы: таблица с современными данными

Биосфера простирается примерно от 5 км ниже поверхности до 60 км над поверхностью нашей планеты, заселена организмами и занята продуктами их жизнедеятельности. Но так было не всегда.

Биологической эволюции предшествовали физико-химические процессы:

  • Зарождение Солнца.
  • Образование газо-пылевого (протопланетного) облака.
  • Возникновение низкотемпературной Протоземли.
  • Появление земной коры.
  • Разогревание твёрдой оболочки, выход газов.
  • Образование атмосферы без кислорода.
  • Формирование Мирового океана.

Возраст нашей планеты составляет 4,5 млрд лет. Эволюция биосферы происходит последние 3,8-4 млрд лет.

Выполнению задания «Назовите этапы появления биосферы» поможет изучение таблицы:

Этап, возраст Процессы Результат
Биохимическая эволюция на основе синтеза простых органических молекул (3,5-4,6 млрд лет) Живые организмы использовали органику первичного океана. Возникновение биотического круговорота с участием водорода, паров воды, метана, аммиака. Формирование биосферы. Появление миксотрофов, хемотрофов, первых фотосинтезирующих организмов без выделения кислорода.
Биогенез (2,5-3,5 млрд лет) Синтез крупных органических молекул под действием геофизических факторов. Косное вещество Земли начало преобразовываться в живое вещество. Появление многоклеточных организмов с более сложным механизмом фотосинтеза. Выделение кислорода в атмосферу. Возникновение аэробных организмов.
Антропогенез (начало 1,5-3 млн лет назад) Появление человека, формирование общества в процессе трудовой деятельности. Новая фаза эволюция, обусловленная превращением деятельности людей в мощную силу, преобразующую природу.
Ноогенез Появление разумно управляемой социально-природной системы, в которой осуществляется рациональное природопользование, происходит устойчивое развитие. Ноосфера.

Зарождение жизни произошло в Мировом океане. Это был медленный абиогенный синтез органических соединений. Первыми живыми существами были анаэробные доядерные организмы, способные к гетеротрофному питанию. Далее произошло усложнение клеток, появление у водных обитателей симбионтов, паразитов, формирование организменной среды жизни. Живые существа заселили сушу.

Предмет «Биология» в школе и тема, посвящённая изучению эволюции биосферы, дают общее представление об этапах развития жизни на Земле. В высшем учебном заведении биологического профиля более подробно изучаются физические явления и химические реакции, происходившие в период становления Земли, эволюционные изменения живых организмов.

Источник

Биосфера

Биосфера (греч. bios — жизнь + sphaira — шар) — наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин «биосфера» предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера — совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части — тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:

    Живое вещество

Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ — важнейший фактор геологических изменений планеты.

Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

Читайте также:  С чего начать обработку нового участка земли

Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.

К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы — живое вещество, то есть — живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ — главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

    Энергетическая

Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?

Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет — раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых — известняка (мела).

В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое — торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка — все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами — великое чудо и немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы — разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей — карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

Читайте также:  Глубокая яма под землей

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота — цикл замыкается.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Биология. 10 класс

§ 54. Понятие об эволюции и стабильности биосферы

Понятия об эволюции и стабильности биосферы

Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Эволюция биосферы — это естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

В. И. Вернадский выделял три этапа в эволюции биосферы.

Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. На этом этапе главенствующее положение занимали химические реакции, естественные геологические и климатические изменения.

Второй этап — это появление новых и разнообразных одно- и многоклеточных организмов. На этом этапе главную роль играла биологическая эволюция.

Третий этап — появление человека и общества, которое начинает в своих интересах воздействовать на биосферу, превращая ее в ноосферу, или новое эволюционное состояние.

Эволюция биосферы представляет историю жизни на Земле. Земля как геологическое тело образовалась приблизительно 4,54 млрд лет назад, когда на ее расплавленной поверхности появилась твердая, хотя очень тонкая и горячая земная кора.

Расплавленный наружный слой Земли со временем охлаждался. Вулканическая активность и выделение газов привели к возникновению первичной атмосферы, а конденсация водяного пара при охлаждении — к возникновению океанов. В этой водной среде появились первые формы жизни. По мнению ученых, они были представлены гетеротрофными анаэробными бактериями. Эти организмы накапливали энергию в основном в результате процессов гликолиза и брожения. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов — цианобактерий. Деятельность этих организмов привела к накоплению в атмосфере свободного кислорода, количество которого увеличивалось, а содержание углекислого газа уменьшалось. Это дало толчок интенсивному развитию аэробных организмов. Предполагается, что около 1 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 %. Это обеспечило организмы необходимой для жизнедеятельности энергией и привело к образованию многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

Дальнейшее насыщение атмосферы кислородом привело к тому, что в верхних слоях атмосферы на высоте 22—25 км под воздействием электрохимических процессов образовался озоновый экран , который защищал живые организмы на Земле от губительного воздействия ультрафиолетовых солнечных и космических лучей. Это имело решающее значение для формирования современной биосферы и рассматривается как один из важнейших этапов эволюции. В создавшихся условиях происходило дальнейшее увеличение численности живых организмов. Озоновый экран дал возможность живым организмам выйти из воды на сушу и распространиться по ней.

Организмы, завоевав различные среды обитания, стали интенсивно развиваться. Около 475 млн лет назад появились первые наземные зеленые растения. Это способствовало дальнейшему обогащению атмосферы кислородом и более интенсивному процессу образования органического вещества.

Параллельно развивались и гетеротрофы (членистоногие, рыбы, амфибии), которые для дыхания потребляли кислород и выделяли в атмосферу углекислый газ. Они также поддерживали энергетический баланс в природе, регулируя численность растений и других организмов.

Примерно 350—400 млн лет назад установилось равновесие между образованием и расходованием кислорода, содержание его в атмосфере достигло 21 % (по объему), и это равновесие сохраняется и сейчас.

Читайте также:  Нужно ли приватизировать землю если она в собственности

В результате уравновешивания деятельности автотрофов и гетеротрофов, участвующих в круговороте веществ в биосфере, сформировалось состояние гомеостазиса (постоянства, устойчивости).

В целом эволюция живой природы сопровождалась постоянным усложнением биосферы, увеличением многообразия живых организмов и усложнением экосистем.

Около 200 млн лет назад появились первые млекопитающие. Они освоили не только сушу, но также пресные и морские водоемы, почву, воздушное пространство. Млекопитающие обеспечили необычайно широкое по сравнению с другими позвоночными использование пищевых ресурсов. Их спектр питания был разнообразнее рационов других наземных и водных позвоночных. Это увеличило значение млекопитающих в биосфере.

Род Человек появился 2,5 млн лет назад. По мнению ученых, примерно 50 тыс. лет назад человек приобрел современный вид и начал свою трудовую деятельность. Изготовление и применение орудий труда дали человеку возможность активно воздействовать на природу. Это привело к образованию очень мощного в истории биосферы фактора — антропогенного, который по степени воздействия можно сравнить с крупным геологическим процессом. Этот фактор может стать причиной нарушения гомеостатического состояния биосферы.

Сознательная деятельность человека в пределах биосферы способствовала превращению ее в ноосферу. Понятие «ноосфера» (от греч. nóos — разум, spháira шар) было впервые введено в науку в 1927 г. французским геологом Э. Леруа. В. И. Вернадский истолковывал ноосферу как высшую стадию развития биосферы, при которой разумная деятельность человечества становится главной движущей силой ее развития.

Человечество создает на Земле свою, интенсивно развивающуюся культурную среду, передавая от поколения к поколению трудовой и духовный опыт. Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются в основном потребностями человека. Они связаны с непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития.

В результате производственной деятельности человека возник новый процесс обмена веществ и энергии между природой и обществом. Этот обмен носит уже техногенный характер и называется антропогенным обменом веществ и энергии. Он существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его, и отличается от биологического круговорота своей незамкнутостью, то есть носит открытый характер. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Отходы производства ухудшают природную среду, многие из них не разлагаются до природного состояния. В период научно-технического прогресса масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметные изменения в биосфере. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными.

Поэтому человек должен правильно понимать закономерности эволюции биосферы и, исходя из этого разумно регулировать ее экологическое развитие. Мы должны научиться осознанно управлять эволюцией биосферы и поддерживать ее стабильность

Стабильность биосферы — это ее способность сохранять равновесное состояние, прежде всего в результате непрерывного поступления солнечной энергии, используемой фотоавтотрофными организмами и преобразуемой ими в первичное органическое вещество. Также стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, их постоянном размножении и адаптации к жизни в разных условиях среды. Не менее важно для стабильности биосферы поддержание непрерывного биогенного круговорота веществ за счет различных типов и способов питания живых организмов.

Результатом миллиардов лет эволюции является современная биосфера Земли, дифференцированная на множество экосистем и включающая более 2,5 млн ныне живущих видов живых организмов. За всю историю Земли по приблизительным подсчетам существовало примерно 500 млн видов.

Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями. Некоторые процессы, вызванные техногенной деятельностью человека, направлены противоположно их естественному ходу в биосфере.

В настоящее время перед человечеством стоит ряд глобальных проблем по сохранению стабильности биосферы. Это, в частности, предотвращение вырубки лесов, уменьшение химического загрязнения среды, объема бытовых отходов, сокращение выбросов парниковых газов, сохранение биологического разнообразия. Мировым сообществом предпринимаются попытки решения этих проблем в рамках международных конвенций и соглашений (Конвенция о трансграничном загрязнении атмосферного воздуха на большие расстояния, Рамочная конвенция ООН об изменении климата и Киотский протокол, Конвенция о биологическом разнообразии), что будет способствовать поддержанию стабильности биосферы.

Повторим главное. Современная биосфера возникла в результате длительной эволюции. Выделяют три этапа в эволюции биосферы: возникновение жизни и первичной биосферы (химические реакции, естественные геологические и климатические изменения); появление биологического разнообразия — новых видов растений и животных (освоение новых сред жизни); появление человека и общества (воздействие на биосферу антропогенного фактора, превращение ее в ноосферу). Главная задача человечества — научиться осознанно управлять эволюцией биосферы и поддерживать ее стабильность.

Источник