§ 48. Основные этапы развития биосферы

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая их деятельностью. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, где возможна жизнь. Такое представление помогает увидеть, что жизнь связана с воздухом, водой и горными породами, а не ограничена отдельными участками планеты.

Эволюция биосферы — историческое изменение её состава, структуры и процессов под влиянием развития жизни и окружающей среды. Речь идёт не только о появлении новых организмов, но и о переменах в атмосфере, почвах и экосистемах. Это понятие нужно, чтобы рассматривать историю Земли как взаимное преобразование жизни и среды.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или продуктами их жизнедеятельности. К нему относят, например, торф, каменный уголь и многие известняки, возникшие при участии живых организмов. Такие вещества сохраняют результаты жизненных процессов и включаются в круговорот: разложение и преобразование органики возвращает элементы в окружающую среду.

Ноосфера — этап развития биосферы, на котором разумная деятельность человека становится значимым фактором её преобразования. Термин подчёркивает не только силу человеческого влияния, но и ответственность за последствия. Он нужен, чтобы обсуждать, как направлять изменения природы, не разрушая условия жизни.

Как это устроено

Возникновение жизни стало началом формирования биосферы, потому что организмы начали обмениваться веществами со средой и изменять её. Получая вещества и энергию, они строили собственные тела, а после гибели оставляли органические остатки. Разложение этих остатков возвращало элементы в окружающую среду, поэтому постепенно складывались биологические круговороты. По мере распространения жизни влияние организмов охватывало всё больше участков планеты.

Появление фотосинтеза изменило атмосферу, поскольку фотосинтезирующие организмы использовали энергию света и выделяли кислород. Сначала значительная часть кислорода связывалась с веществами земной коры, но позднее он стал накапливаться в атмосфере. Наличие кислорода позволило развиваться аэробному дыханию, обеспечивающему организмам более эффективное получение энергии. В верхних слоях атмосферы из кислорода образовался озоновый экран, который ослабил воздействие ультрафиолета и облегчил освоение поверхности суши.

Развитие эукариотических клеток, многоклеточности и разнообразия организмов усложняло связи в живой природе. Эукариоты — организмы, клетки которых имеют оформленное ядро; появление таких клеток сопровождалось новыми возможностями строения и работы организмов. Многоклеточность позволила клеткам специализироваться, а значит, возникали организмы со сложным строением и разными способами питания. В экосистемах становилось больше взаимодействий между видами и между живым и неживым веществом, поэтому изменения одной части сообществ всё чаще отражались на других.

Освоение организмами суши преобразовало материки, потому что живые существа стали воздействовать на породы непосредственно на поверхности. Растения удерживали влагу и закрепляли рыхлый материал, а отмершие остатки становились частью формирующихся почв. Почвообразующие организмы участвовали в разрушении пород и переработке органики. В результате появились новые местообитания, где могли жить и взаимодействовать наземные организмы.

Появление человека и рост его воздействия обозначили новый этап, так как люди начали менять природные системы в больших масштабах и с помощью технологий. Распашка земель, добыча ресурсов и преобразование ландшафтов могут нарушать местообитания и природные круговороты. Вместе с тем знания о последствиях позволяют уменьшать ущерб, восстанавливать экосистемы и разумно использовать ресурсы. Поэтому ноосферный этап связывают с ответственным управлением воздействием, а не с безграничным подчинением природы.

Основные этапы развития биосферы

Даты в таблице приблизительные: разные процессы начинались постепенно, а данные о древнейшей истории Земли уточняются. Поэтому этапы лучше понимать как крупные ориентиры, а не как строго разделённые отрезки. Сопоставляй событие с тем, какое изменение оно вызвало в атмосфере, на материках или в экосистемах.

Чтобы пользоваться таблицей, сначала восстанови последовательность событий по времени, затем проследи причинную связь между событием и изменением среды. Даты не отменяют того, что процессы перекрывались и могли продолжаться после начала следующего этапа. Такой подход помогает не превращать историю биосферы в перечень несвязанных дат.

Разбор задач

Задача 1. Расположите события в хронологическом порядке: выход растений на сушу, появление фотосинтеза, возникновение первых живых организмов.

Нужно не сравнивать названия событий на слух, а соотнести каждое с крупными этапами истории жизни. Появление фотосинтеза предполагает, что живые организмы уже существовали, а освоение суши стало возможным значительно позднее. Проверим порядок по шагам.

1. Сначала ставим возникновение первых живых организмов: без жизни не мог появиться фотосинтез.
2. Затем располагаем появление фотосинтеза. Он возник у уже существовавших организмов и позднее привёл к выделению кислорода.
3. Последним ставим выход растений на сушу: наземные растения появились после длительного развития жизни в водной среде.

Ответ: возникновение первых живых организмов → появление фотосинтеза → выход растений на сушу. Порядок показывает, что освоение суши стало результатом длительных предшествующих изменений, а не начальным этапом жизни.

Задача 2. Объясните, как появление фотосинтезирующих организмов повлияло на состав атмосферы и дальнейшее развитие жизни.

В этой задаче требуется построить причинную цепочку, а не просто назвать кислород. Проследим путь от работы организмов до изменений условий жизни на Земле. Важно учитывать, что кислород накапливался не мгновенно: сначала он связывался с веществами окружающей среды.

1. Фотосинтезирующие организмы использовали энергию света и выделяли кислород как продукт процесса.
2. По мере распространения этих организмов кислород сначала связывался в земной коре, а затем начал заметно накапливаться в атмосфере.
3. Кислород стал использоваться организмами для аэробного дыхания, при котором эффективнее высвобождается энергия из органических веществ.
4. В верхней атмосфере из кислорода сформировался озоновый слой, ослабивший часть опасного ультрафиолетового излучения.

Ответ: фотосинтез привёл к выделению и накоплению кислорода, а это создало условия для распространения аэробного дыхания и образования озонового слоя. В совокупности изменения расширили возможности развития и распространения организмов.

Задача 3. Сравните влияние выхода организмов на сушу и деятельности человека на биосферу: назовите изменения среды и возможные последствия.

Сравнение должно показать и общее, и различия между двумя этапами. В обоих случаях живые существа меняют среду, но характер и масштабы изменений неодинаковы. Сначала определим, какие именно преобразования происходили.

1. При освоении суши растения и почвообразующие организмы изменяли горные породы и участвовали в создании почв.
2. Эти преобразования создавали новые местообитания и условия для наземных сообществ, разворачиваясь постепенно в ходе естественного развития жизни.
3. Человек преобразует ландшафты, использует ресурсы и меняет местообитания целенаправленно, а современные технологии позволяют делать это особенно быстро и масштабно.
4. Сопоставляем последствия: естественные преобразования расширяли наземные экосистемы, а человеческое воздействие может как поддерживать их восстановление, так и нарушать природные связи.

Ответ: оба этапа меняли среду и условия жизни, но деятельность человека отличается масштабом, скоростью и возможностью осознанного выбора. Последствия зависят от того, учитывает ли человек устойчивость экосистем и пределы природных ресурсов.

Типичные ошибки

• Считать, что биосфера возникла одновременно с Землёй. Это неверно: планета существовала до появления жизни, а биосфера формировалась вместе с ней. Ошибку допускают, когда смешивают историю Земли и историю её живой оболочки. Проверь себя вопросом: могла ли биосфера существовать до первых организмов?
• Путать появление кислорода с возникновением жизни. Первые организмы жили раньше, чем кислород начал накапливаться в атмосфере. Путаница возникает потому, что кислород сегодня необходим многим знакомым организмам. Проверь себя: какое событие должно было произойти раньше — возникновение жизни или появление организмов, выделяющих кислород?
• Представлять этапы как полностью изолированные периоды. Новые изменения начинались постепенно, а прежние процессы не обязательно прекращались. Ошибку провоцируют удобные схемы, в которых этапы выглядят как отдельные блоки. Проверяй себя по формулировкам «началось», «постепенно» и «продолжалось», а не считай границы резкими.
• Считать ноосферу полностью сформированной и понимать её только как господство человека. Понятие связано с тем, что разумная деятельность меняет биосферу и должна учитывать последствия. Такое упрощение возникает, если видеть в ноосфере лишь рост человеческих возможностей. Проверь себя: предполагает ли ноосферный подход ответственное отношение к природе? Если да, речь не о безусловном господстве.

Связь с другими темами

Для понимания этапов полезны знания о геологической истории Земли и последовательности эр и периодов: они помогают соотнести развитие жизни с изменениями планеты. Различия между прокариотами и эукариотами объясняют, почему появление клеток с ядром стало важным этапом усложнения организмов. Фотосинтез и круговорот веществ раскрывают механизмы преобразования среды живыми организмами, а теория эволюции помогает понять рост разнообразия жизни. Эти представления пригодятся при изучении экологии, антропогенного воздействия и охраны природы.

Что запомнить

• Биосфера формировалась в ходе длительной истории жизни на Земле.
• Живые организмы не только приспосабливаются к среде, но и преобразуют её.
• Фотосинтез привёл к накоплению кислорода в атмосфере.
• Освоение суши изменило материки и расширило разнообразие местообитаний.
• Развитие биосферы сопровождалось усложнением организмов и экосистем.
• Деятельность человека стала мощным фактором изменения биосферы.
• Ноосферный этап предполагает осознанное и ответственное отношение к природе.