Биология. Учебник для 11 классов средних общеобразовательных
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
§ 31. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ. БИОГЕНЕЗ Вспомните гипотезы происхож дения живых организмов на Земле, этапы появления жизни на Земле. Какие факторы движут эволюцией? Этапы эволюции биосферы. В трудах В.И. Вернадского особое место занимает концепция эволюции биосферы. Основная идея концеп- ции эволюции биосферы заключается в том, что биосфера формирова- лась под воздействием живых организмов. Процесс эволюции биосферы происходит постоянно, начиная с момента возникновения жизни. В.И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы. Первый этап – возникновение жизни и первичной биосферы. Этот этап продолжался до кембрийского периода палеозойской эры. Ведущие факторы здесь – геохимические и климатические изменения на Земле. Второй этап – усложнение структуры биосферы в результате появ- ления многочисленных и разнообразных многоклеточных эукариотных организмов. Движущим фактором выступает биологическая эволюция. Этот этап начался с кембрийского периода и продолжался до появле- ния современных людей. Эти два этапа, осуществлявшиеся в связи с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и разви- тия, могут быть объединены в период биогенеза. Третий этап – возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу. Он начался прибли- зительно 40–50 тысяч лет тому назад и продолжается по сей день. Третий этап связан с возникновением человеческого общества. Разум- ная по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу, поэтому рассматри- ваемый этап называется ноогенезом. Биогенез. Образование биосферы происходило одновременно с по- явлением живых организмов на Земле. Эволюция живых организмов шла параллельно с изменением биосферы. Первые живые организмы были одноклеточными гетеротрофными, анаэробными прокариотами. Эти организмы накапливали энергию в основном, в результате процес- сов гликолиза и брожения. В первичной биосфере было мало органических веществ, и гетеро- трофные прокариоты не могли быстро размножаться. В результате естественного отбора возникли автотрофные организмы, способные 162 Геохронологическая таблица Эры Периоды и их продолжительность (в млн. лет) Животный и растительный мир возраст К айноз ойск ая 67 млн. лет Антропоген (четвер- тичный), 1,5 Появление и развитие человека. Животный и растительный мир принял современный облик Неоген (нижнетре- тичный), 23,5 Господство млекопитающих, птиц Палеоген (верхнетретичный), 42 Появление лемуров, долгопятов, позднее – пара- питеков, дриопитеков. Бурный расцвет насеко- мых. Господство покрытосеменных растений М ез оз ойск ая 230 млн. лет Меловой, 70 Появление сумчатых и плацентарных млеко- питающих и настоящих птиц. Преобладают костистые рыбы. Появление и распространение покрытосеменных. Распространение насекомо- опыляемых растений. Появляются обществен- ные насекомые: термиты, муравьи, пчелы, осы. Сокращение папоротников и голосеменных. В конце периода вымирание крупных репти- лий – динозавров, плезиозавров и ихтиозавров. Юрский, 58 Господство пресмыкающихся (динозавры) и голосеменных. Появление археоптерикса. Процветание головоногих моллюсков. Триасовый. 35 Расцвет пресмыкающихся – черепах, крокодилов, летающих ящеров, динозавров и первых млекопитающих. Вымирание трилобитов. Па леоз ойск ая 570 млн. лет Пермский, 55 Быстрое развитие пресмыкающихся. Возникно- вение зверозубых пресмыкающихся. Увеличива- ется разнообразие голосеменных. Каменноугольный, 75 – 65 Возникновение первых пресмыкающихся. Появление пауков, летающих форм насекомых. Заметное уменьшение трилобитов. Расцвет папоротникообразных. Девонский, 60 Уменьшение панцирных рыб. Появление кистеперых рыб, стегоцефалов. Распрост- ранение на суше высших споровых. Силурийский, 30 Пышное развитие кораллов, трилобитов. Выход растений на сушу – псилофиты. Широкое рас- пространение водорослей. 163 Ордовикский, 60 Кембрийский, 70 Процветают морские беспозвоночные: кишечно- полостные, черви, моллюски, трилобиты. Появление бесчелюстных позвоночных – панцирных рыб. Девонский, 60 Уменьшение панцирных рыб. Появление кистеперых рыб, стегоцефалов. Распространение на суше высших споровых. Протерозойская 2700 млн. лет К этому времени существовали все типы беспо- звоночных животных. Широко распространены простейшие, губки, кишечнополостные, черви, моллюски, иглокожие и трилобиты. Появление первичных хордовых – подтипа бесчерепных. Архейская более 3500 млн. лет Следы жизни незначительны. Возникновение про- кариотов. Возникновение фотосинтеза. Широкое распространение цианобактерий. самостоятельно синтезировать органические вещества из неорга- нических – первые хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бакте- рии и сине-зеленые водоросли. Первые фотосинтезирующие организмы, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, изменили состав атмосферы. В результате содержание углекислого газа в атмосфере уменьшалось, а содержание кислорода все больше увеличивалось. В верхних слоях атмосферы под воздействием электрохимических процессов кислород образовал озоновый экран, ко- торый защищал живые организмы на Земле от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В этих условиях происходило дальнейшее увеличение численности живых организмов. Увеличение свободного кислорода в атмосфере обусловило появле- ние на поверхности Земли организмов, приспособленных к аэробному дыханию кислородом существ. Фотосинтезирующие организмы, обитающие в морях, вырабаты- вали избыточное количество кислорода, что привело к интенсивному развитию аэробных организмов. Вследствие расщепления веществ в процессе аэробного дыхания выделялось большое количество энергии, а большой запас энергии создавал возможности для морфологического и физиологического усложнения организмов. Важным событием в эволюции органического мира был выход живых организмов на сушу. По мнению ученых, первыми вышли на сушу бактерии и цианобактерии около 3,5–3,2 млрд. лет назад, то есть 164 Рис. 51. Развитие органического мира: 1 – известковые водоросли; 2 – орг анизмы, родственные губкам и кораллам; 3 – трилобиты; 4 – моллюски; 5 – гигантские ракоскорп ионы; 6 – панцирные; 7 – головоногие моллюски; 8 — псилофиты; 9 – сигиллярии; 10 – лепидодендроны; 1 1 – древовидные папоротники; 12 – кистеперые рыбы; 13 – сухопутные скорпионы; 14 – гигантски е земноводные; 15 – древние акулообразные рыбы; 16 – морские лилии; 17 – аммониты; 18 – пареязавры; 19 – инастранцевия; 20 – каламиты; 21 – предки черепах-плакохелис; 22 – травоядные ящеры-бронтозавры; 23 – рыб оящеры-ихтиозавры; 24 – ракообразные; 25 – плезиозавры; 26 – змееящеры-мезозавры; 27 – трехрогие ящер ы-трицопеторсы; 28 – цикас; 29 – стегозавр; 30 – летающий ящер; 31 – первоптица археоптерик с; 32 – хищный ящер-тиранозавр; 33 –древние млекопитающие; 34 – предки лошадей; 35 – осетровая рыба; 36 – в етвистые кораллы; 37 – морские водоросли; 38 – дельфин; 39 – полуобезьяна лемур; 40 – безрогий носорог; 4 1 – человекообразная обезьяна; 42 – мамонт; 43 – саблезубый тигр; 44 – тюлень; 45 – кальмар и костные рыбы; 46 – кит; 47 – южная обезьяна-австралопитек; 48 – обезьяночеловек-питекантроп; 49 – неандерталец; 50 – челов ек разумный. Перио д вымерших пресмыкающих ся Древняя или палео зо йская Сре динная или мезо зо йская Но вая или кайно зо йска я Перио д земново дных Перио д беспо зво но чных Перио д го ло семенных Перио д покрыт осеменных Перио д древних папор отник ов и г оло семенных Перио д бак терий и во до ро слей Перио д псило фит ов Перио д рыб Протер о- зойская Перио д но вых г рупп пресмыкающ их ся Кембрий- ский Океан Архейская Силу- рийский Перио д млек опитающ их Ор до- викский Суш а Эры, периоды, млн.лет Дево н- ский Юр ский Ме ло во й Третичный Четвер тичный Триа со вый Каменно- уг ольный Пермский 165 Рис. 51. Развитие органического мира: 1 – известковые водоросли; 2 – орг анизмы, родственные губкам и кораллам; 3 – трилобиты; 4 – моллюски; 5 – гигантские ракоскорп ионы; 6 – панцирные; 7 – головоногие моллюски; 8 — псилофиты; 9 – сигиллярии; 10 – лепидодендроны; 1 1 – древовидные папоротники; 12 – кистеперые рыбы; 13 – сухопутные скорпионы; 14 – гигантски е земноводные; 15 – древние акулообразные рыбы; 16 – морские лилии; 17 – аммониты; 18 – пареязавры; 19 – инастранцевия; 20 – каламиты; 21 – предки черепах-плакохелис; 22 – травоядные ящеры-бронтозавры; 23 – рыб оящеры-ихтиозавры; 24 – ракообразные; 25 – плезиозавры; 26 – змееящеры-мезозавры; 27 – трехрогие ящер ы-трицопеторсы; 28 – цикас; 29 – стегозавр; 30 – летающий ящер; 31 – первоптица археоптерик с; 32 – хищный ящер-тиранозавр; 33 –древние млекопитающие; 34 – предки лошадей; 35 – осетровая рыба; 36 – в етвистые кораллы; 37 – морские водоросли; 38 – дельфин; 39 – полуобезьяна лемур; 40 – безрогий носорог; 4 1 – человекообразная обезьяна; 42 – мамонт; 43 – саблезубый тигр; 44 – тюлень; 45 – кальмар и костные рыбы; 46 – кит; 47 – южная обезьяна-австралопитек; 48 – обезьяночеловек-питекантроп; 49 – неандерталец; 50 – челов ек разумный. задолго до появления эукариот. С выходом на сушу прокариот связан процесс образова- ния почвы. Около 500–450 млн лет назад на сушу вышли и эукариоты – растения, затем и животные. С этого времени эволюция жи- вого мира шла не только в водной, но и в наземно-воздушной среде. Первые растения, вышедшие на сушу, посе- лились на влажных прибрежных участках вдоль пресных водоемов. Это были теперь уже давно вымершие многоклеточные растения – ринио- фиты (риния, куксония), произошедшие от зеленых многоклеточных водорослей (рис.50). В последующих этапах эволюции появились мхи, плауны, хвощи, папоротники, на смену которым пришли семенные растения. У расте- ний сформировались система минерального питания – корни и система воздушного питания – побеги, а для лучшего улавливания света у растений развились листья. Почти одновременно с растениями на сушу вышли и первые живот- ные – пауки и скорпионы. В период около 380 млн лет назад появи- лись первые земноводные. В дальнейшем, приблизительно 300 млн лет назад, массового распространения и процветания достигли пресмыкаю- щиеся: динозавры, древние черепахи и крокодилы. Около 200–230 млн лет назад появились птицы и млекопитающие (рис.51). Биосферная роль животных связана с их гетеротрофным типом пи- тания и способностью к передвижению. Они потребляют органические вещества, создаваемые растениями, и перемещают его на значительные расстояния. Тем самым животные способствуют распространению плодов, семян, спор. В результате уравновешивания деятельности автотрофов, гетеротро- фов и редуцентов, участвующих в круговороте веществ, в биосфере сформировалось состояние гомеостаза (постоянство, устойчивость). По- явление человека привело к образованию очень мощного в истории биосферы фактора, который по степени своего воздействия приравни- вался к крупным геологическим процессам. Этот фактор (человеческая деятельность) становился причиной нарушения гомеостатического состояния биосферы. Рис.50. Первые наземные растения: 1 – риния; 2 – куксония. 1 2 166 Ключевые слова: эволюция биосферы, период биогенеза, период ноогенеза. Вопросы и задания. 1. Проанализируйте основные этапы развития биосферы. 2. Назовите условия, которые обеспечили возникновение живых организ- мов на нашей планете. 3. В каких условиях возникли фототрофы? 4. Раскройте значение живого вещества биосферы на всех этапах эволю- ции. 5. Какую роль на каждом из них играли зеленые растения? § 32. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ. НООГЕНЕЗ Вспомните, историю становления вида Homo sapiens. Охаракте- ризуйте место человека в системе органического мира. Понятие о ноосфере. Ноосфера – это название биосферы в ее но- вом, преобразованном человеком состоянии. Человек как часть природы непрерывно связан с ней и неотделим от общих законов, присущих всему живому. Но в отличие от всех других представителей живой материи человек наделен разумом, что делает его уникальным живым организмом на Земле. Французский математик Эдуард Леруа предложил термин – ноосфера (от греч. noos – разум + sphaira – шар). Он назвал ноосферой оболочку биосферы, которая формируется человеческим сознанием. Ноосфера – оболочка Земли, включающая человеческое общество с его языком, мышлением, культурой, индустрией и прочими атри- бутами разумной деятельности. Основоположник учения о биосфере В.И. Вернадский расширил данное понятие: разумная деятельность человека должна стать ведущим фактором в отношениях общества и при- роды. Он представляет ноосферу, как новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы. Он же сформулировал концепцию, в соответствии с которой деятельность человека носит творческий характер. Благодаря человеческому разуму, соз- даются сорта культурных растений и породы домашних животных, ранее не существовавших в природе. Ноосфера – высшая стадия развития биос- феры, при которой разумная деятельность человечества становится главной движущей силой ее развития. Человек должен правильно понимать зако- 167 номерности эволюции биосферы и исходя из этого разумно регулировать ее экологическое развитие. Другими словами, своей трудовой деятельно- стью человек не должен нарушать закономерности эволюции биосферы. Ноогенез. Около 50 тыс. лет назад в эволюцию биосферы стал вно- сить вклад новый фактор – антропогенный, связанный с деятельностью человека. С появлением человеческого общества в эволюции биосферы начался период ноогенеза (рис.52). В начале своего становления человек как биологический вид являлся обыкновенным гетеротрофным компонен- том биоценозов. Интенсивность воздействия людей на среду обитания не отличалась от воздействия других организмов. Деятельность челове- ка в первую очередь было связана с удовлетворением насущных потреб- ностей человека в пище и жилье. Получая от окружающей среды сред- ства к существованию в таком количестве, которое полностью восста- навливалось за счет естественных процессов биотического круговорота. Люди возвращали в биосферу то, что использовали другие организмы для своей жизнедеятельности. Рис.52. Эволюция человека. 1 – первоначальный предок приматов; 2 – дриопитек; 3 – рамапитек; 4,5 – австралопитек; 6,7 – Homo erectus (архантропы: питекантроп, синантроп); 8 – палеоантроп (неандерталец); 9 – Homo sapiens (кроманьонец); 10 – современный человек; 11 – узконосые обезьяны; 12 – широконосые обезьяны; 13 – лемуры; 14 – лори; 15 – долгопяты; 16 – орангутаны; 17 – гиббоны; 18 – гориллы; 19 – шимпанзе. Полуобезьяны Обезьяны Гоминиды Люди млн лет 70 60 50 40 30 20 10 5 4 3 2 1 12 11 15 13 17 18 19 16 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,5 0,25 0,1 0 168 Благодаря развитию умственных способностей, трудовой деятельности и социальному образу жизни, человек выходил из-под контроля биологи- ческих законов развития, все больше подчинялся законам развития чело- веческого общества. Использование огня, совершенствование орудий для охоты, рыболовство, строительство жилищ, активное расселение, развитие земледелия, скотоводство, а также последовавшая затем оседлость многих народов, сделали человека силой, изменяющей окружающую среду. В Средние века темпы развития общества, промышленности и сельс кого хозяйства ускорились. Географические открытия позволили заметно расширить освоение природных территорий для человеческих нужд. Человек для удовлетворения своих потребностей стал все больше использовать живое и косное вещества. Начиная с XIX в. человек стал активно сжигать ископаемое топливо – уголь и нефть. Накопленное в земной коре биогенное вещество, которое ранее не вовлекалось в кру- говорот элементов и в поток энергии, было искусственно введено в них человеком. В результате изменилась и сама система, то есть биосфера перестала быть только природной экосистемой, а превратилась, по существу, в антропобиосферу. Еще более глубокие изменения в биосферных процессах начались в XX в. в результате научно-технической революции. Бурными темпами стали развиваться энергетика, транспорт, химическая промышленность. Это привело к тому, что деятельность человека постепенно стала факто- ром, изменяющим облик Земли. Результатом стало разрушение природ- ных экосистем (озер, болот, лугов), а также вымирание многих видов животных и растений, истощение полезных ископаемых. Кроме того, загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами, ядохими- катами, а также промышленными и бытовыми отходами приобрело гло- бальные масштабы. Все это поставило человечество на грань экологиче- ской катастрофы. Сегодня масштабы влияния человеческой деятельности на эволюцию биосферы стали поистине гигантскими. Большинство дей- ствий, порой приводящих к катастрофическим последствиям, соверша- ются человеком от непонимания природных процессов и явлений, а так- же их взаимосвязей. Примером может служить загрязнение окружающей среды и интенсивное, неумеренное использование природных ресурсов. Науку управления взаимоотношениями между человеческим обще- ством и природой можно назвать ноогеникой. Основная цель ноогени- ки – планирование настоящего во имя будущего, а ее главная задача – 169 исправление нарушений в отношениях человека и природы, вызванных научно-технической революцией. Основной задачей этой науки является восстановление нарушенных взаимоотношений между человеком и при- родой, обусловленных техническим прогрессом. Ноогеника должна не только выполнять охранные функции, но долж- на способствовать увеличению многообразия форм жизни путем создания новых форм растений, животных и микроорганизмов. Эти новые орга- низмы призваны не только служить источником пищи, кислорода, сырья для промышленности, но и помогать человеку, осуществляя буферные функции, бороться с вредными побочными результатами технического прогресса, способствовать еще более активному освоению неживой при- роды, сопровождать человека в космических полетах. Познание закономерностей существования антропобиосферы, разум- ное регулирование ее процессов позволят предотвратить глобальный эко- логический кризис (от греч. krisis – поворотный пункт, исход) – такое состояние природной окружающей среды, при котором она становится непригодной для существования различных форм жизни. Этапы эволюции биосферы характеризовались увеличением разно- образия живых форм и усложнением их организации. Именно живые организмы позволили Земле приобрести ее уникальный облик и стать планетой жизни среди других планет Солнечной системы. Главными факторами эволюции биосферы на рассмотренных этапах являются про- цессы, связанные с функционированием живых организмов: синтез, раз- рушение, круговорот. Высшей стадией развития биосферы, основанной на человеческом разуме, является ноосфера. Ключевые слова: антропобиосфера, ноосфера, автотрофность человека, ноогеника, глобальный экологический кризис. Вопросы и задания. 1. Охарактеризуйте вклад человека в эволюцию биосферы. 2. Что подразумевал В. И. Вернадский под понятием «ноосфера»? 3. В чем заключается биосферная роль человека? 4. Что такое антропогенный круговорот? 5. Что представляет собой глобальный экологический кризис? Выскажите свое мнение. 1. Существует выражение: «Гибель природы начинается с исчезновения лесов». Как вы думаете, верно ли оно? Ответ обоснуйте с позиции различных этапов эволюции биосферы. 170 2. Докажите, что наибольшее антропогенное воздействие в биосфере ска- зывается на биогеохимическом цикле углерода. Каковы его последствия для живой и неживой природы? Задания для самостоятельной работы. Заполните таблицу. Стадия антропогенеза Представители, ископаемые формы Объем мозга, см 3 Рост, см Признаки, характерные для людей |