§4. Этапы эволюционного развития биосферы

Возникнув примерно 4,5 млрд. лет назад, биосфера прошла несколько этапов эволюционного развития:

Первый этап - возникновение предбиологических систем.

Первоначально из метана, аммиака, водорода и паров воды образовались простые органические соединения (аминокислоты, сахара и т.п.). Возможными источниками энергии для их образования являлись ультрафиолетовое излучение Солнца, электрические атмосферные разряды, радиоактивные частицы, космические излучения, высокие температуры и активная вулканическая деятельность.

В отсутствие кислорода, который мог бы их разрушить, и живых организмов, которые использовали бы их в качестве пищи, абиогенно (т.е. без участия живого) образовавшиеся органические вещества накапливались в Мировом океане, возникшем по мере охлаждения поверхности Земли вследствие конденсации водяных паров и выпадения осадков.

Эти органические молекулы подвергались процессам разрушения и синтеза, создавая первый круговорот веществ.

В местах концентрации органических молекул возникали коллоидные сгущения - коацерваты или коацерватные капли, которые являлись предбиологическими системами, поглощая из окружающей среды нужные им вещества и удаляя ненужные.

Второй этап - возникновение жизни из неживой материи - начался примерно 3,5 млрд. лет назад. Важнейшими составными частями этого этапа явились:

• возникновение белкового синтеза, контролируемого нуклеиновыми кислотами;

• образование мембранных структур.

Считается, что формирование первых клеток произошло тогда, когда молекулы нерастворимых в воде органических веществ (липидов) в водной среде случайно образовали мембранные структуры, заключавшие в себе смесь самовоспроизводящихся молекул: нуклеиновых кислот и белков.

Постепенное накопление различий в химическом составе клеток привело к их функциональному разделению: различные клетки стали отвечать за разные функции (подвижность, выделения и т.д.). Первые примитивные клетки (древние прокариоты) постепенно, в течение примерно 2,5 млрд. лет, преобразовались в более сложные многоклеточные структуры - эукариоты, которые в последующем сформировали современную флору и фауну.

От первоначального круговорота органического вещества произошел переход к биологическому круговороту - непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их гибели.

Третий этап - возникновение человека (антропогенный этап) - начался около 1,5 млн. лет назад с момента появления первых человекообразных существ. Трудовая деятельность людей обусловила их ускоренную биологическую эволюцию, появление сознания и речи. В результате человечество превратилось в мощную силу, меняющую всю природную среду.

§5. Этапы взаимодействия человечества с биосферой

Возникнув как биологический вид, человечество прошло 5 исторических этапов взаимодействия с биосферой:

Первый этап - взаимодействие как обычного биологического вида. На этом этапе потребности человекообразных существ в ресурсах не отличались от потребностей других обитателей Земли и воздействие на биосферу ограничивалось добыванием необходимого минимума пищи.

Второй этап - становление человечества без изменения экосистем. В этот период на Земле сформировались племена охотников-собирателей. Эти племена не располагали способами создания избытков продовольствия и топлива. Они могли выжить, лишь ведя подвижный образ жизни и накапливая знания о возможностях продуктивности экосистемы.

Динамика численности населения в этих обществах характеризовалась короткой продолжительностью жизни, низкой рождаемостью и высокой смертностью. Уровни рождаемости и смертности колебались в зависимости от условий окружающей среды, а эти условия не могли способствовать существенному росту населения.

Такие общества, будучи зависимы от экосистемы как источника средств пропитания, а также других необходимых для жизни материалов, могли выжить лишь при условии ведения кочевого или полукочевого образа жизни. Следовательно, у экосистемы было достаточно времени для восстановления исчерпанных ресурсов и ее способность к воспроизводству сохранялась.

Потребности охотничье-собирательских обществ в энергии удовлетворялись за счет солнца, а также древесины и других неископаемых видов биомассы. Однако со временем, вследствие участившихся случаев нерационального использования продукции экосистем, человечество было вынуждено перейти к другому жизненному укладу. Наступил третий этап его взаимодействия с биосферой.

Третий этап - уничтожение части экосистем созданием пастбищ для скота и выжиганием трав при земледелии.

Как только человечество научилось искусству возделывания сельскохозяйственных культур и разведения домашних животных, возврат к кочевому укладу жизни стал невозможен. Более комфортные условия жизни земледельческих общин привели прежде всего к росту численности населения и увеличению продолжительности жизни. Для сельскохозяйственных работ требовалось все больше и больше людей.

Вторым важнейшим результатом перехода к земледелию было усиление воздействия человека на окружающую среду. Самым негативным последствием этого усиления стала эрозия почв, вызванная главным образом сведением лесов и разрушением естественного растительного покрова на горных склонах, а также непродуманным орошением земель.

На Ближнем Востоке орошение земель на горных склонах практиковалось уже 6 тыс. лет назад. Эрозия горных склонов вела к засорению рек, питавших обширную сеть ирригационных каналов, и наносы в конце концов перекрывали эти каналы, а орошаемые земли превращались в пустыню.

Выбивание пастбищ стадами овец также способствовало разрушению почвенного покрова и последующей эрозии.

В ряде районов мира земледельцы, по сложившейся традиции, ежегодно засевали поля одной культурой до тех пор, пока минеральные запасы почвы не истощались и урожайность не падала до нуля. Тогда земледелец просто распахивал новый участок, предварительно очистив его от леса.

И, наконец, концентрация населения в оседлых общинах привела к глубоким изменениям в энергопотреблении. Это привело к уничтожению ценной древесной растительности. Человечество вступило в 4-й этап своего взаимодействия с биосферой.

Четвертый этап - ускоренное уничтожение экосистем путем интенсивной распашки земель и вырубки лесов.

Пятый этап - глобальные изменения биосферы. Началом этого этапа можно считать промышленную революцию, которая началась в Англии в XVIII в. с открытия нового источника энергии - каменного угля. Это повлекло за собой бурный рост промышленности, коренной переворот в земледелии, где стали использоваться механизмы и ископаемое топливо; промышленная революция привела и к росту численности населения.