книги из ГПНТБ / Камшилов, М. М. Эволюция биосферы

пости выживания и направлений эволюционных преобра­ зовании отдельных видов.

Короче, направление эволюционных преобразовании отдельных видов представляет собой функцию пх положе­ ния в эволюируюгцеп бпосфере.

Жизнь как форма дифференциации материн

Целесообразно взглянуть на процесс формирования жиз­ ни с позиций, выходящих за пределы биологии.

Среди теоретпков-эволюционистов широко распро­ странено представление об уровнях развития. Согласно этой точке зрения, материя в ходе прогрессивного раз­ вития как бы поднимается на новые, более высокие сту­ пени. Водород превращается в гелии, из гелия образуют­ ся более тяжелые элементы, па нх основе формируются простейшие органические вещества и т. д. Материя, как по ступенькам лестницы, восходит от простого к слож­ ному.

Подобное широко распространенное представление, ка­ жущееся очевидным, одиако, в действительности оказы­ вается односторонним. Сущность прогрессивного развития заключается не только в повышении степени сложности последующих ступеней развития, по и в большей орга­ низованности всего развивающегося материала. Дело в том, что новые ступени развития пе только противостоят своим предшественникам, как более сложные; с их воз­ никновением усложняется вся структура развивающейся материи. Новое, более сложное, возникнув в старом, как правило, способно существовать только вместе с ним. Кос­ мическая эволюция материи, с этой точки зрения, пред­ ставляется как процесс прогрессирующей дифференциа­ ции форм ее движения, в котором наряду со старыми формами постоянно возникают новые (рис. 19).

Процесс дифференциации характеризуется двумя важ­ ными особенностями, отчетливо выявляющимися в ходе развития жизни. Во-первых, каждый шаг к большей диф­ ференциации требует огромного количества менее диффе­ ренцированной материи и, во-вторых, «когда в процессе развития возникают новые формы движения материи, темп их развития резко возрастает..., но при этом указан-

70

ноо ускорение сосредоточивается на все более ограничен­ ной области развивающейся материи» 9.

Развитие последующих углублений и дифференциаций иногда ведет к перестройке некоторых предыдущих эта­ пов или даже к их ликвидации. Однако это случается далеко не всегда. В основном наряду с высшими фор­ мами продолжают существовать и низшие, являясь и ос­ новой, и средой, а иногда и источником новых преобра­ зований.

В каждой вновь возникшей форме организации мате­ рин появляются и свойственные только ей, ведущие фак­ торы развития. Они подготавливают переход к следующе­ му этапу дифференциации. Этот переход осуществляется путем объединения структурных элементов данного этапа в результате образования новых форм связи между ними за счет использования энергии предыдущих уровней.

Таким образом, основной организационный принцип эволюции — дпффереицпацпя форм движения материи, основанная на прогрессирующей интеграции все новых структурных элементов, постоянно возникающих. в ходе

'этой дифференциации. Имеет место концентрация рас­ сеянной информации.

Моделью эволюции материи в направлении жизни может служить конус (рис. 20) с широким основанием относительно медленно преобразующихся космических факторов н со стремительно уходящей вверх вершиной органической эволюции, характеризующейся прогрессивно ускоряющимися процессами развития.

9 А. II. Опарин. Жизнь и ее соотношение с другими формами дпнжешш материн. СО. «О сущности жизни». М., «Наука», 1964, стр. 11.

Глава 3

СОВРЕМЕННАЯ БИОСФЕРА

Биосфера — это среда нашей жизни, это та «природа», которая нас окружает, о ко­ торой мы говорим в разговорном языке.

В. И. Вернадский

Численность видов организмов

Современная биосфера представляет собой сложную многокомпонентную систему. По определению В. И. Вер­ надского, биосфера — наружная оболочка Земли, область распространения жизни. Она включает все живые орга­ низмы планеты и элементы неживой природы, составляю­ щие среду их обитания. Например, кислород — продукт фотосинтеза зеленых растений — относится к биосфере; вовлеченные в жизненный процесс минеральные элемен­ ты, такие, как углерод, водород, азот, фосфор, сера, ка­ лий, кальций и многие другие, тоже входят в состав био­ сферы. К области биосферы принадлежат норы, гнезда птиц и животных, продукты деятельности организмов, на­ пример отложения известняка, залежи горючих ископае­ мых; вода — также важный компонент биосферы. Верхняя граница биосферы простирается до озонового экрана, нижняя ограничена морскими отложениями на дне оке­ анов и глубиной залежей ископаемых биогенного проис­ хождения в недрах Земли. Иначе говоря, вся природная среда представляет собой биосферу.

Биосфера включает в себя три основных компонента: совокупность живых организмов — то, что выдающийся советский зоолог В. Н. Беклемишев назвал живым по­ кровом планеты, минеральные вещества, включенные в

73

биотический круговорот, п продукты деятельпостп орга­ низмов, временно выключенные из биотического кру­ говорота.

Различные исследователи попытались подсчитать чис­ ло видов, населяющих планету. Эти подсчеты не могут претендовать иа большую точность, тем более что разные авторы дают разные цифры. Порядок величин, одттако, у всех авторов одни и тот же и соотносительная чис­ ленность впдов, принадлежащих к различным группам, ташке совпадает. Ниже приведешь данные о видовом раз­ нообразии органического мира, взятые из книги амери­ канского генетика Т. Добжаттского '~2:

74

Эти данные позволяют сделать ряд интересных выво­ дов. Численность видов животных (1 млн.) почти в че­ тыре раза превосходит численность видов растительных организмов (265,5 тыс.). Животное население планеты, следовательно, более разнообразно, чем растительное. Ве­ дущее положение среди животных занимают членистоно­ гие, в частности насекомые, па долю которых приходит­ ся 75% от общего числа впдов. Специалисты энтомоло­ ги утверждают, что помимо учтенных впдов насекомых па нашей планете существует примерно столько же не­ учтенных и что, следовательно, действительный удель­ ный вес этой группы организмов значительно превосходит 75%. За членистоногими идут моллюски. Позвоночные животные занимают третье место, не достигая 4% от об­ щей численности впдов, а млекопитающие составляют лишь десятую часть позвоночных. Больше 50% от числа впдов позвоночных приходится па долю рыб. Получает- • ся, что, если у членистоногих наиболее интенсивное видообразованно шло среди сухопутных видов (насекомые), у позвоночных животных возникновению большего видо­ вого разнообразия благоприятствовала водная среда.

Среди растений более 50% всех впдов (150 тыс.) при­ ходится па долю покрытосемянных, наиболее поздно сформировавшейся группы высших, препмутцествешю су­ хопутных растений. Водоросли занимают четвертое место, уступая грибам п мхам. По численности видов они со­ ставляют меньше одной десятой от численности покрыто­ семянных.

Соотношение численности различных видов в совре­ менной биосфере, конечно, не случайно. Еще Ч. Дарвин обращал внимание на тесную взаимозависимость в раз­ витии покрытосемянных и насекомых. Рекордные показа­ тели их видового разнообразия — итог взаимосвязанной эволюции. Среди млекопитающих ведущее место по раз­ нообразию видов занимают грызуны (2500 впдов нз об­ щего числа млекопитающих 3500), с одной стороны, свя­ занные в своем развитии с покрытосемянными, с дру­ гой — находящиеся под постоянным прессом хищников пз млекопитающих п птиц.

Подсчет числа видов водных и сухопутных организ­ мов дал весьма интересные результаты. Число впдов су- \ хопутных животных составляет 93% от общего числа втт- \ дов, водных — только 7%. То же соотношение характерно

75

п для растений — 92% сухопутных и 8% водных. Эти данные показывают, что возможность для видообразо­ вания на суше больше, чем в водной среде. Выход на сушу открыл широкие перспективы для прогрессивной эволюции.

Процесс выхода из воды на сушу носил выборочный характер. Не считая предков позвоночных, способными к жизни па Земле оказались представители лишь 6 клас­ сов, принадлежащих по существу к 3 типам животных; 60 классов, входящих в состав 18 типов, остались в море. Несмотря на это, численность видов наземных организмов обогнала число видов морских форм'. Эволюция жизни на суше пошла явно ускоренными темпами.

Биомасса

Несколько по-иному выглядит биосфера, если вместо численности видов обратить внимание на весовые харак­ теристики — биомассу и продукцию органического веще­ ства. В табл. 3 приведены данные о биомассе организ­ мов Земли, выраженные в тоннах сухого веса 3.

Т а б л и ц а 3

При знакомстве с данными таблицы бросаются в гла­ за соотношения между растительной биомассой и биомассой животных и микроорганизмов континентов и мирово­ го океана. На континентах преобладают растения, в океа­

70

поверхность океана занимает 70,2% всей поверхности Земли. Таким образом, новейшие исследования советских ученых (Л. А. Зенкевич, В. Г. Богоров, И. О. КобленцМишке) не подтвердили широко распространенной точки зрения о большей насыщенности жпзныо вод океана по сравнению с сушен.

Из данных таблицы следует еще один важный вы­ вод — живое вещество планеты сосредоточено в основном в зеленых растениях суши. В настоящее время они оп­ ределяют его характер. Организмы, не способные к фо­ тосинтезу, составляют менее 1 %. Эти цифры интересно сопоставить с приведенными ранее величинами, харак­ теризующими видовое разнообразие животных п расте­ ний. Число видов растений составляет несколько менее 21% от общего учтенного числа организмов. На виды животных падает 79%, составляющих менее 1% всей био­ массы Земли!

Читатель, вероятно, уже .сделал вывод из этого сопо­ ставления. Перед нами новый пример, иллюстрирующий одну из фундаментальных закономерностей истории раз­ вития: более высокий уровень дифференциации сосредо­ точен в меньшем объеме, чем уровень менее дифферен­ цированный.

Биотический круговорот

Основа биосферы — круговорот органического вещества, осуществляющийся при участии всех населяющих ее ор­ ганизмов,— то, что получило название биотического кру­ говорота.

В закономерностях биотического круговорота реше­ на проблема длительного существования и развития жиз­ ни. На теле конечного объема, какова Земля, запасы до­ ступных минеральных элемеитов, необходимых для осуще­ ствления функций жизни, не могут быть бесконечными. Еслн бы они только потреблялись, жизнь рано или позд­ но должна была бы прекратиться. «Единственный способ придать ограниченному количеству свойство бесконечно­ го,— пишет В. Р. Вильямс,— это заставить его вращать­

77

ся по замкпутой кривой» 4. Жизнь использовала именно этот метод. «Зеленые растения создают органическое ве­ щество, незеленые разрушают его. Из минеральных со­ единений, полученных от распада органического вещества, новые зеленые растения строят повое органическое ве­ щество и так без конца» 5.

С этой точки зрения, каждый вид организмов пред­ ставляет собой звено в биотическом круговороте. Исполь­ зуя в качестве средств существования тела пли продук­ ты распада одппх организмов, он должен отдавать в сре­ ду то, что могут попользовать другие. Особенно велика роль микроорганизмов. Минерализуя органические остат­ ки животных и растений, микроорганизмы превращают их в «единую валюту» — минеральные соли п простей­ шие органические соединения типа биогенных стимулято­ ров, снова используемые зелеными растениями при син­ тезе нового органического вещества.

Один пз главных парадоксов жпзнп заключается в том, что ее непрерывность обеспечивается процессамп распада, деструкцией. Разрушаются сложные органиче­ ские соединения, освобождается энергпя, теряется запас информации, свойственный сложно организованным жи­ вым телам. В результате деятельности деструкторов, пре­ имущественно микроорганизмов, любая форма жпзттн не­ избежно будет включаться в биотический круговорот. По­ этому с их помощью осуществляется естественная саморе­ гуляция биосферы. Два свойства позволяют микроорга­ низмам играть столь важную роль: возможность сравни­ тельно быстро приспосабливаться к различным условиям п способность использовать в качестве источника углеро­ да п энергии самые различные субстраты. Высшие орга­ низмы не обладают такими способностями. Поэтому они могут существовать лишь в качестве своеобразной над­ стройки на прочном фундаменте одноклеточпых (рпс. 21).

Согласно В. Р. Вильямсу, с-олнечпая энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой, или геоло­ гический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды п циркуляции атмосферы', и малый, или биологи­ ческий. Малый биологический круговорот развивается на

78

Поверхность Земли получает ежегодно от Солица око­ ло 5 X 1020 ккал лучистой энергии. Примерно половина этой энергии тратится иа испарение воды, приводя в дви­ жение большой круговорот; на создание органического вещества расходуется всего 0,1—0,2%. Таким образом, энергия биологического круговорота ничтожно мала по

личных порядков <Л’|, Л'а), паразиты и сапрофиты из одноклеточных и вирусы проникают во все этажи надстройки (Л, С); пунктиром представ­ лены связи между сапрофитами и паразитами разных уровней.

Организмы всех уровнен объединяются в темпом полукольце одноклеточ­ ных деструкторов

сравнению с анергнон, расходуемоп иа аопотпиескпе процессы.

Будучи относительно небольшой, энергия, вовлеченная в биотический круговорот, производит весьма значитель­ ную работу. А. А. Ничипорович6 оценивает суммарную годовую продукцию фотосинтеза земного шара в 46 млрд, т органического углерода. В соответствии с классическим

79