Сучасні уявлення про біосферу

2. Еволюція біосфери.

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом як зовнішніх сил (геологічній, кліматичний зміни, так і внутрішних процесів, зумовленних активністю живих компонентів екосистеми.Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними генетрофами, які живилися органічними речовинами, синтезованого в ході абіотичних процесів. Потім відбувся “популяційний вибух”автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлювальної в кісневу.

Протягом тривалого геологічного часу організми еволюціонували і створили більш складні та різноманітні системи, здатні контролювати атмосферу. Вони постійно поповнювалися крупними і високоорганізованними видами багатоклітинних організмів.Подальша еволюція екосистем відбувалася шляхом природного добору, можливо, що природний добір на виших рівнях теж відіграє важливу роль, особливо спряжена еволюція, тобто взаємний відбір залежних один від одного автотрофів та генеротрофів, і груповий добір, або добір на рівні угруповань, який веде до збереження ознак, сприятливих для групи в цілому, навіть якщо вони несприятливі для конкретних носіїв цих ознак.

Еволюція організмів і кісневої атмосфери зробили біосферу Землі унікальним явищем в сонячній системі.

На зорі зародження життя на Землі атмосфера містила азот, оптіон, водень, вуглкистий газ, метан і водену пару. Крім цього до ії складу входили хлор,сірководень та інші отруйні для богатьох сучасних організмів гази. Склад атмосфери в ті часи значною мірою строго визначався присутністю вулканічних газів. Вільного кісню в атмосфері ще не було.

Через відсутність кісню не істувало її озонового шару, здатного екранувати згубну дію ультрафіолетового випромінювання сонця, яке вільно досягало поверхні сущі і води. Це згубне випромінення і попередило хімічну еволюцію, яка зумовила утворення складних органічних молекул, таких, як амінокислоти, з яких виникли примітивні живі системи. Водночас абіоптичні процеси такі, як розклад водяної пари під дією ультрофіолету, давали достатню кількість азоту, щоб утворили деякий захист від згубного випромінювання. Поки атмосферного кисню було мало життя могло розвиватися лише під захистом води. Першими живими організмами були дріжджоподібні анафоби, які одержували енергію, необхідну для дихання шляхом бродіння. У зв`язку з тим, що бродіння значно нижче за своєю ефективністю від аеробного дихання зі споживанням якісного, примітивне життя не могло розвинутись далі одноклітинних організмів.

Мікроби, які існували під захистом води, живляться органічними речовинами, що синтезувалися під впливом радіації у верхніх шарах і випадали на -----.

Обмеженість органічному корму створювала напругу добору, яка її призвела до винекнення фотосинтезу. Поступово збільшення у воді кисню за рахунок життєдіяльності організмів і його дифузія в атмосферу зумовили значні зміни в хімії землі і зробили можливим швидке поширення життя.

По мірі збільшення вмісту кисню в атмосфері потужним ставав озоновий шар, створюючи захист від потоку ультрофіолету, що дозволело життю “вийти” з моря на сушу.Одночасно розвиток аеробного дихання зробив можливою еволюцію скадних багатоклітинних організмів. Вважають, що вони з`явились після того, як вміст кисню в атмосфері досяг» 8 % його сучасного рівня. Це сталося майже 700 млн. років тому, приблизно на початку кембрію. Термін “докембрій” використовувався для позначення того величезного періоду розвитку Землі, коли існували лише дрібні і примітивні “одноклітинні” форми життя. В кембрії стався еволюційний вибух нових форм життя, таких, як губки, корали, черви, молюски, предки насінних рослин, та хребетних.

У полеозої життя заповнило не лише, всі моря, але й вийшло на суходіл. Розвиток зеленої рослинності забезпечив велику кількість кисню і поживних речовин, необхідну для подальшої еволюції великих тварин.

Вважають, що коли всередині палеозою споживання кисню досягло кількості його утворення, вміст цієї речовини в атмосфері був близький до сучасного (21 %). З екологічної точки зору еволюцію біосфери можна порівняти з гетеротрофною сукцесією, за якого слідував автотрофний режим.

Наприкінці палеозою відбулося помітне (до 5% сучасного рівня) падіння вмісту кисня і підвищення вмісту CO2, що супроводжувалось зміною клімату і послужило поштовхом до повсюдного “афтотрофного цвітіння” яке стало базою для створення запасів корисних копалин (вугілля,нафта).

У процесі еволюції відбувалися зміни популяції та біоценозів. Видовий склад угруповань змінювався тоді, коли виникали нові види, мінялася щільність населення або генетичний склад тих видів, які виникли. Вчені доходять висновку, що таксономічний склад біосфери ще не стабілізувався, підтвердження цьому дає спряженя еволюція і груповий відбір.

Спряжена еволюція – це тип еволюції угрупування, який характерезує

взаємна селективна взаємодія великих груп організмів, які перебувають в тісному, еколомічному взаємозв`язку.

Явище спряженої еволюції пояснюють адаптаціями, які відбуваються впродовж тривалого часу і проявляються у взаємному селективному впливі рослин і фітофагів. Спряженою еволюцією може бути охоплений не один, а декілька про трофічих ланцюгів. Відомо, що метелик-монарх є зовсім неїстивним для хребетних хижаків. Виявляється, що він живиться молочним соком дерев, токсичним для хребетних.

Взаємний відбір зумовлює еволюцію в напрямі різноманітності, взаємозалежності і гомеостазу. Груповий відбір – це природжений відбір у групах організмів, не обов`язково пов`язаний мутуалістичними зв`язками. При цьому відборі відмирають цілі популяції, а не лише окремий генотип. Механізм слабо вивчений.

У процесі спряженого і групового відборів проходить еволюція і становлення сучасних біогецетозів.

4.Структура біосфери

В.І.Вернадський в 1931 році висловив передбачення, про повсюдне поширення життя в океані. На сьогодні з впевненістю можна стверджувати, що океанічна межа біосфери сягає глибини 11 км.

Поняття про верхню межу біосфери не таке однозначне. За В.І.Вернадським, до біосфери можна віднести ті зони землі, де існують аборигенні угрупування живих організмів. Однак в цій зоні (аеробіосфера) оргінізми не живуть, а лише залітають. Повітряні потоки піднвмають і переносять безліч мікроорганізмів, вірусів, які живуть в краплині вологи. Тут можна зустріти пилок, спори і насіння рослин. Товщина усього шару 50-300 м. Цей шар утворює межу між терра – і гідросферами та тропосферою. Ту частину тропосфери, куди лише спородичного піднімаються перелітні птахи, зграї сарани відносять до тропобіосфери. Над останнього в середовищі, t якого не піднімається вище 0°c, летить тонкий шар висотної біосфери (альтобіосфера).

Зону, яка прилягає до біосфери зверху називав парабіосферою. В ній випадково з`являється мікроорганізм і їх спори. У вищих шарах атмосфери розташованих за паребіосферою, життя відсутнє але можуть міститись біогенні речовини – апобіосфера.

В біосфері виділяється 3 групи життєзабезпечуючих факторів:

1. Достатня кількість СО2 і О2.

2. Достатня кількість вологи, що забезпечує нормальний хід ферментативних процесів.

3. Сприятливий температурний режим.

В біосфері 3 підрозділи:

- аеробіосфера (аеробіотип)

- гідробіосфера (гідробіотип)

- геобіосфера (геобіотип)

Найпродуктивнішим шаром суходолом є фітосфера, яка розом із водними біоцетозами утворює активну плівку життя. Життя існує і нижчих шарах літосфери – літобіосфера. Грунтовий шар – педосфера.

Шар розрідненого життя нижче – гіпогеобіосфера.

Глибше 1 км. (нижче межі кисню) – тепуробіосфера.

Гідросфера:

- океанобіосфера

- опевабіосфера

Особливо слід відзначити озоносферу. Роташовані на висоті 15-20 м. (до 45) визначає температурний режим стратосфери і є захистом для біотипів від УФВ.

Отже біосфера – це шар активного життя, глибше якого на суші»12 км, а в межах океану»17 км.

Товщина біоценотичного покриву ще менша (для лісових біогеценозів»20-60м, для лугових – від кількох ”дм” до кількох метрів.

Однак практично вся земля огорнута біогеценотичним покривом.

Вся площа земної поверхні (510,2 млн. км²) включає в себе маршобіосферу (361,1 млн. км², або 70,8 %) та террабіосферу (149,1 млн. км², 29,2 %). Суходіл, в свою чергу включає в себе близько 30 % лісів, 30 % саван і різнолісся,» 10 % льдовики і»стільки ж с/г угіддя. Майже 1/3 суші покрита горами.