§ 92. Эволюция биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их жизнедеятельностью. Она включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы, где возможна жизнь. Это не только набор организмов, но и связанная с ними неживая среда.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы. Растения, животные, грибы и микроорганизмы поглощают, перемещают и возвращают в среду химические элементы. Поэтому живое вещество поддерживает круговороты веществ и постоянно преобразует окружающую среду.

Биогенное вещество — продукты жизнедеятельности организмов и органические остатки, накопившиеся в природе. К нему относят, например, торф, уголь, нефть и некоторые осадочные породы. Такие вещества участвуют в формировании почвы, осадочных слоёв и других оболочек Земли.

Ноосфера — этап развития биосферы, на котором разумная деятельность человека становится мощным фактором её изменений. Само влияние человека ещё не означает наступление ноосферы. Нужны научно обоснованное природопользование, охрана природы и поддержание устойчивости глобальной системы.

Как это устроено

Первоначальная оболочка Земли была неживой, но в ней постепенно возникли условия для появления первых организмов. С возникновением жизни вещества начали проходить через биологические циклы: организмы поглощали их из среды, включали в свои тела и возвращали после отмирания. Так живая природа стала активным преобразователем планеты, а не просто её обитателем.

Появление фотосинтеза стало переломным событием, потому что организмы научились использовать энергию света для создания органических веществ. При этом в атмосферу выделялся кислород, сначала связывавшийся с минералами, а затем начавший накапливаться в воздухе. Из кислорода в верхних слоях атмосферы сформировался озоновый экран, ослабивший опасное ультрафиолетовое излучение и расширивший область, пригодную для жизни.

Развитие эукариот и многоклеточных организмов усилило преобразование среды. Разные формы жизни стали создавать почву, перерабатывать органические остатки, менять состав воды и воздуха, а также формировать новые пищевые связи. Чем разнообразнее становились организмы, тем сложнее были круговороты углерода, азота, фосфора и других элементов.

Эволюция биосферы определяется не только изменениями организмов, но и их взаимодействием с неживой природой. Климат, состав воды, температура и строение поверхности влияют на выживание видов, а сами организмы меняют эти условия. Поэтому изменение одного компонента может вызвать цепь последствий для всей системы, включая удалённые экосистемы.

Хозяйственная деятельность человека стала новым мощным фактором эволюции биосферы. Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, загрязнение и выбросы меняют круговороты веществ быстрее, чем многие природные процессы. Устойчивое развитие возможно, если человек учитывает пределы природных систем, сокращает загрязнение, восстанавливает нарушенные территории и использует ресурсы рационально.

Основные этапы эволюции биосферы

Таблицу удобно читать слева направо: каждый этап показывает, какое изменение среды произошло и кто его вызвал. Последний столбец помогает увидеть причинную связь между событиями, а не просто запомнить их последовательность. При подготовке ответа сначала восстановите порядок этапов, затем объясните значение каждого из них.

Разбор задач

Задача 1

Расположите события в правильной последовательности: появление фотосинтеза, образование озонового экрана, возникновение многоклеточных организмов, формирование современной биосферы. Нужно установить не только порядок, но и причинные связи между событиями. Последовательность должна показывать, как одно изменение создавало условия для следующего.

1. Фотосинтез появился раньше остальных указанных событий, поскольку именно он начал заметно менять состав атмосферы.
2. Накопление кислорода создало условия для образования озонового экрана.
3. Защита от ультрафиолета и развитие аэробного дыхания способствовали распространению многоклеточных организмов, а их разнообразие привело к современной биосфере.

Ответ: появление фотосинтеза → образование озонового экрана → возникновение многоклеточных организмов → формирование современной биосферы.

Задача 2

Объясните, почему массовое развитие фотосинтезирующих организмов стало переломным событием в истории биосферы. Нельзя ограничиваться фразой о выделении кислорода: нужно показать последствия для атмосферы и живых организмов. Рассуждение строится от процесса к его результатам.

1. Фотосинтезирующие организмы использовали световую энергию, углекислый газ и воду для образования органических веществ.
2. Побочным продуктом процесса стал кислород, который постепенно начал накапливаться в атмосфере после связывания с минералами.
3. Кислород сделал возможным эффективное аэробное дыхание, а его накопление в верхней атмосфере привело к формированию озонового экрана.

Ответ: фотосинтез изменил газовый состав атмосферы и создал энергетическую и защитную основу для сложной аэробной жизни.

Задача 3

Проанализируйте ситуацию: вырубка лесов, загрязнение водоёмов и внедрение очистных сооружений. Определите, какие действия нарушают устойчивость биосферы, а какие помогают её сохранять. Для ответа оцените влияние каждого действия на круговороты веществ и состояние экосистем.

1. Вырубка лесов уменьшает число продуцентов, разрушает местообитания и ослабляет поглощение углекислого газа.
2. Загрязнение водоёмов нарушает условия жизни организмов, пищевые связи и естественное самоочищение воды.
3. Очистные сооружения снижают поступление вредных веществ и помогают восстановить устойчивость водных экосистем, если работают постоянно и эффективно.

Ответ: вырубка лесов и загрязнение водоёмов нарушают устойчивость биосферы, а очистные сооружения её поддерживают. Итог зависит от масштаба воздействия и способности природы восстановиться.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Биосферу принимают только за совокупность организмов, потому что слово связано с жизнью. Проверка проста: в определении должны присутствовать и живое вещество, и преобразованная им неживая среда.

Ошибка 2. Эволюцию биосферы представляют как простую смену видов, забывая о влиянии среды. Проверяйте себя вопросом: как появление или исчезновение организмов изменило воздух, воду, почву или круговорот элементов?

Ошибка 3. Иногда считают, что современное количество кислорода существовало ещё до фотосинтеза. Правильная проверка — связать накопление кислорода с деятельностью фотосинтезирующих организмов и последующим образованием озонового экрана.

Ошибка 4. Ноосферу отождествляют с любым воздействием человека, поскольку человек действительно меняет природу. Ноосфера предполагает разумное регулирование деятельности, снижение вреда и сохранение устойчивости биосферы.

Связь с другими темами

• До изучения темы нужны знания об уровнях организации живого, экосистемах, продуцентах, консументах, редуцентах и биогеохимических круговоротах. Они помогают понять, как отдельные организмы связаны с глобальными процессами.
• Тема связана с происхождением жизни и развитием органического мира Земли. Изменения организмов здесь рассматриваются вместе с изменениями среды.
• Позже эти знания пригодятся при изучении экологии, глобальных экологических проблем, охраны природы и устойчивого развития. Они помогают оценивать последствия деятельности человека.

Что запомнить

• Биосфера возникла и развивается во взаимодействии живого вещества с неживой природой.
• Живые организмы участвуют в круговороте веществ и преобразуют атмосферу, гидросферу и верхние слои литосферы.
• Фотосинтез привёл к накоплению кислорода и формированию озонового экрана.
• Эволюция биосферы сопровождалась усложнением организмов и экосистем.
• Изменение одного компонента биосферы может вызвать последствия для всей системы.
• Человек стал мощным фактором преобразования биосферы.
• Ноосфера предполагает ответственное использование природы и сохранение устойчивости биосферы.