Sơ lược về sự tiến hóa của sinh quyển. Noosphere - giai đoạn tiến hóa cao nhất của sinh quyển

Câu hỏi cho kỳ thi cấp bang

Kỷ luật "Sinh thái"

Câu hỏi: Sự phát triển của sinh quyển. Quy luật tiến hóa V.I. Vernadsky. Học thuyết của Noosphere

Khái niệm, giai đoạn chính

Sự tiến hóa của sinh quyển là lịch sử của sự sống trên Trái đất. Trái đất của chúng ta, theo các nhà khoa học, hình thành cách đây khoảng 5 tỷ năm. Trong khoảng thời gian này, nó đã thay đổi rất nhiều và đã đi vào lịch sử từ một khối nóng đỏ thành một hành tinh được bảo vệ bởi bầu khí quyển, có nước và có nhiều dạng sống khác nhau, tức là có sinh quyển.

Sự tiến hóa của sinh quyển có các giai đoạn hoặc thời đại chính: Archean, Proterozoi, Paleozoi, Mesozoi và Kainozoi. Katarchean, có nghĩa là ở dưới hoặc sớm hơn giai đoạn cổ đại, giai đoạn tồn tại của hành tinh, chỉ liên quan đến lịch sử của hành tinh, vì trong thời kỳ này chưa có sự sống trên Trái đất, nó xuất hiện muộn hơn - trong Archean hoặc cổ đại.

Kỷ nguyên Archaean bắt đầu với sự xuất hiện của những tế bào sống đầu tiên. Ở giai đoạn này của câu chuyện về “sự tiến hóa của sinh quyển”, một người tò mò sẽ hỏi: “Họ đến từ đâu? Và tại sao lại đột ngột thế này? Những câu hỏi như vậy sẽ nảy sinh trong suốt phạm vi của chủ đề này. Nhưng hãy tiếp tục.

Khoảng thời gian và thời đại

Các tế bào sống đầu tiên được gọi là tế bào nhân sơ, nghĩa là các tế bào không có nhân gắn với màng. Đây là những sinh vật đơn giản nhất có khả năng sinh sản nhanh chóng. Chúng sống không có oxy và không thể tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ. Chúng dễ dàng thích nghi với môi trường và ăn nó. Nguyên tắc Redi được xây dựng nói rằng tại thời điểm này, một ranh giới không thể vượt qua xuất hiện giữa cái sống và cái không sống, mặc dù chúng tương tác với nhau. Sinh vật sống chỉ đến từ sinh vật sống. Lại là câu hỏi: “Nếu sinh vật đến từ sinh vật sống và không thể tiêu hóa được vật không sống thì chúng ăn gì? Họ có thực sự giống mình không?

Tiếp theo, theo các nhà khoa học, môi trường dinh dưỡng cho các tế bào này cạn kiệt, chúng thay đổi và bắt đầu tồn tại nhờ nguồn năng lượng mặt trời và tự sản sinh ra những chất cần thiết cho sự sống. Quá trình này được gọi là "Quang hợp". Nó là nhân tố chính trong sự tiến hóa của sinh quyển. Từ thời điểm này, quá trình hình thành bầu khí quyển Trái đất bắt đầu và oxy trở thành điều kiện chính cho sự tồn tại của các sinh vật sống. Tầng ozone dần được hình thành và hàm lượng oxy trong không khí ngày nay đạt mức thông thường là 21%. Nghĩa là, cho đến khi lớp bảo vệ được hình thành, sự ổn định của các sinh vật sống mới cho phép chúng tồn tại trong môi trường đó. Thế thì tại sao lại thay đổi nó? Hay oxy là một tác dụng phụ của cuộc sống, tức là sự lãng phí của nó?

Đây là cách tiến hóa tiếp tục trong khoảng 2 tỷ năm. Và trong thời đại Proterozoi, tức là 1,8 tỷ năm trước, các sinh vật sống đã xuất hiện với các tế bào trong đó nhân được biểu hiện rõ ràng. Sau 800 triệu năm nữa, những sinh vật này, được gọi là sinh vật nhân chuẩn, phân chia thành tế bào thực vật và động vật. Thực vật tiếp tục chức năng quang hợp và động vật bắt đầu “học” cách di chuyển.

900 triệu năm trước, kỷ nguyên sinh sản hữu tính bắt đầu. Điều này dẫn đến sự đa dạng loài và khả năng thích ứng tốt hơn với điều kiện môi trường. Quá trình tiến hóa đang tăng tốc.

Khoảng 100 triệu năm trôi qua, theo các nhà khoa học, những sinh vật đa bào đầu tiên xuất hiện. Tôi tự hỏi các sinh vật đơn bào khác nhau như thế nào trước đây? Các sinh vật đa bào phát triển các cơ quan và mô.

Thời đại Cổ sinh bắt đầu và giai đoạn đầu tiên của nó là kỷ Cambri. Trong kỷ Cambri, hầu hết tất cả các loài động vật đều xuất hiện, bao gồm cả những loài tồn tại đến ngày nay. Đó là: động vật thân mềm, động vật giáp xác, động vật da gai, bọt biển, vi khuẩn cổ, động vật tay cuộn và bọ ba thùy.

500 triệu năm trước các loài ăn thịt lớn và động vật có xương sống nhỏ xuất hiện. Sau 90 triệu năm nữa, họ bắt đầu cư trú trên đất liền. Những sinh vật sống có thể tồn tại trên cạn và dưới nước được gọi là cá phổi. Từ họ đến động vật lưỡng cư và động vật trên cạn. Đây là loài bò sát cổ đại, tương tự như thằn lằn hiện đại. Những con côn trùng đầu tiên xuất hiện. 110 triệu năm nữa trôi qua, côn trùng đã học cách bay.

Mesozoi. 230 triệu năm trước Sự tiến hóa vẫn tiếp tục. Cây phát triển rễ, thân, lá. Một hệ thống được hình thành để cung cấp cho cây nước và chất dinh dưỡng. Phương pháp sinh sản cũng đang thay đổi. Bào tử và hạt trở nên phù hợp nhất cho các mục đích này trên đất liền. Sự lắng đọng chất thải hữu cơ chưa được xử lý bắt đầu. Cùng với các mỏ than, oxy bổ sung bắt đầu được giải phóng.

Trong thời đại Cổ Sinh, đặc biệt là trong thời kỳ Devon và Kỷ Than đá, mức độ đời sống thực vật vượt quá đáng kể mức hiện có. Những khu rừng là những bụi rêu cây, những cây đuôi ngựa khổng lồ và đủ loại dương xỉ. Động vật đi theo con đường cải thiện hạt giống. Chủ sở hữu đất đai trong thời kỳ này là loài bò sát di chuyển ngày càng xa khỏi mặt nước. Xuất hiện bơi lội, bay lượn và di chuyển trên cạn. Chúng là động vật ăn thịt và động vật ăn cỏ.

195 triệu năm trước - loài chim và động vật có vú đầu tiên. Đó là: pteranodon, plesiosaur, mesosaur, brontosaurus, triceratops và những loài khác.

Kainozoi. 67 triệu năm trước. Thế giới động vật có vú, chim, côn trùng và thực vật rất rộng lớn. Trong giai đoạn trước đã xảy ra những đợt rét đậm làm cho quá trình sinh sản của thực vật có một số thay đổi. Thực vật hạt kín nhận được lợi ích.

8 triệu năm trước – thời kỳ hình thành của các sinh vật và loài linh trưởng hiện đại.

Mặc dù quá trình tiến hóa kéo dài gần 4 tỷ năm nhưng các sinh vật sống tiền tế bào vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Đây là virus và phage. Nghĩa là, một số tiền tế bào đã tiến hóa thành con người, trong khi một số khác vẫn giữ nguyên như cũ.

Ngày nay, hệ động vật có khoảng 1,2 triệu loài và hệ thực vật khoảng 0,5 triệu.

Như chúng ta thấy, mỗi thời đại được đặc trưng bởi sự độc đáo của hệ động thực vật. Hơn nữa, các loài, theo quy luật, không di chuyển từ thời đại này sang thời đại khác. Chỉ có một vài điểm tương đồng. Chúng có thể được coi là sự thừa kế hay chúng là những dạng sống hoàn toàn khác nhau? Làm thế nào một loài biến đổi thành một loài khác và tại sao? Cổ sinh vật học không có bằng chứng, tức là còn sót lại các dạng chuyển tiếp và chúng nhất thiết phải hiện diện trong những thay đổi tiến hóa. Trong mọi trường hợp, chúng không được biết đến rộng rãi.

Cổ sinh vật học

Các nhà khoa học khẳng định rằng trong quá trình tiến hóa đã có những điểm dừng phát triển đáng kể. Kỷ nguyên mới của nó - kỷ nguyên cách mạng xã hội là gì?

Trong sự phát triển của sinh quyển, tiến hóa sinh học được định nghĩa là quá trình phát triển của thiên nhiên sống diễn ra một cách tự nhiên. Đồng thời, cả hệ sinh thái riêng lẻ và toàn bộ sinh quyển đều thay đổi và biến đổi. Bằng chứng về điều này được coi là tàn tích của động vật và thực vật tồn tại trong quá khứ và dấu vết về hoạt động sống còn của chúng được tìm thấy trong quá trình khai quật. Khoa học cổ sinh vật học liên quan đến việc phát hiện và nghiên cứu các di tích và dấu vết hóa thạch như vậy. Nó cũng cố gắng tái tạo hoặc tái tạo lại hình dáng, thói quen ăn uống, hành vi và sinh sản của các sinh vật sống trong quá khứ.

Từ xa xưa, con người dù muốn hay không cũng đã gặp phải tàn tích của các loài động vật và thực vật cổ xưa. Điều này được chứng minh qua ghi chép của các tác giả cổ đại: Xenophon, Herodotus, Aristotle. Các nhà khoa học thời Phục hưng: Leonardo da Vinci, Giorgi Agricola, Girolamo Fracastoro. Tất nhiên, vào thế kỷ 19, đó là Charles Darwin, Georges Cuvier, người sáng lập cổ sinh vật học, và vào thế kỷ 20, Vladimir Kovalevsky, Teilhard de Chardin và V.I. Vernadsky.

Giai đoạn tiến hóa mới

Đó là V.I. Vernadsky ủng hộ thuật ngữ “Noosphere”, tức là quả cầu thông minh do Chardin đưa ra và phát triển cũng như chứng minh một cách khoa học khái niệm này. Ông xác định các giai đoạn tiến hóa của sinh quyển. Có ba trong số đó: sự xuất hiện của sự sống và sinh quyển sơ cấp, trong đó vị trí chủ đạo được trao cho các phản ứng hóa học và biến đổi khí hậu. Giai đoạn tiếp theo, giai đoạn thứ hai, là sự xuất hiện của các sinh vật đơn và đa bào mới và đa dạng. Sự tiến hóa sinh học là chìa khóa ở đây. . Và giai đoạn thứ ba là sự xuất hiện của con người và xã hội, bắt đầu ảnh hưởng đến sinh quyển theo cách riêng và lợi ích riêng của nó, biến nó thành một noosphere hoặc một trạng thái tiến hóa mới của sinh quyển.

Sự sống trên hành tinh của chúng ta bắt nguồn từ khoảng 3,5 tỷ năm trước, và sự tiến hóa ngắn gọn của sinh quyển là: sự xuất hiện của sự sống và quá trình thay đổi liên tục các hình thức và chủng loại của nó cho đến thời điểm hiện tại. Sau khi con người bắt đầu can thiệp vào quá trình tiến hóa, những loài và dạng sống mới nào đã xuất hiện? Ngược lại, số lượng loài và số lượng đại diện của các loài này bắt đầu giảm dần. Và chúng đến mức trạng thái tiến hóa mới của sinh quyển sẽ là giai đoạn cuối cùng của nó. Con người chỉ sử dụng những gì đã được tạo ra trước mình. Chỉ là mức độ sử dụng này ngày càng sâu sắc hơn cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ. Thành tựu duy nhất của con người có thể được coi là nỗ lực mở rộng sự hiện diện của mình ra ngoài Trái đất và sinh quyển của nó.

Câu hỏi chưa được trả lời

Những thay đổi xảy ra dưới tác động của một số yếu tố phát sinh và không cho phép hệ thống tồn tại theo cách quen thuộc và thuận tiện cho nó. Những yếu tố này là gì? Tại sao quá trình xuất hiện các dạng và loài mới lại tăng tốc khi chúng ta đến gần thời đại và khi kỷ nguyên của chúng ta bắt đầu, sự đa dạng của các loài và số lượng của chúng bắt đầu suy giảm?

Làm thế nào mà những người vẫn chưa thể xác định được tuổi của Tấm vải liệm Turin, nơi chúng ta đang nói về một nghìn năm, có thể dễ dàng và tự tin đặt tên cho các thời đại và khoảng thời gian hàng triệu năm của chúng? Làm thế nào một người ủng hộ nguồn gốc sự sống này có thể đến nhà thờ sau giờ làm việc, theo đạo và cầu nguyện? Rốt cuộc, nhà thờ khẳng định nguồn gốc khác của sự vật. Chúng ta đến từ ai? Từ một con virus và một con khỉ hay là sự quan phòng của Chúa? Không ai có bằng chứng đáng tin cậy. Sinh quyển trong lịch sử của nó đã trải qua quá trình tiến hóa, tức là có mối quan hệ nhân quả quyết định sự chuyển đổi từ giai đoạn này sang giai đoạn khác hay hệ sinh học này chấm dứt sự tồn tại của nó và được thay thế bằng hệ sinh thái khác, hoàn toàn không liên quan đến hệ sinh thái trước đó. ?

Sự phát triển của sinh quyển

Trong thời đại tiến bộ khoa học và công nghệ, kiến ​​thức về toàn bộ quá trình sống trên Trái đất có tầm quan trọng đặc biệt. Các sinh vật sống đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình này. Trải qua hàng tỷ năm kể từ khi hành tinh của chúng ta hình thành, chúng đã lấp đầy bầu khí quyển bằng oxy và nitơ, loại bỏ carbon dioxide và hình thành các lớp trầm tích đá vôi, dầu và khí tự nhiên. Trong quá trình tiến hóa, một lớp vỏ đặc biệt đã được hình thành trên Trái đất - sinh quyển (tiếng Hy Lạp bios “sự sống”). Thuật ngữ “sinh quyển” lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1875 bởi nhà địa chất người Áo E. Suess. Sinh quyển được hiểu là tổng thể của tất cả các sinh vật sống cùng với môi trường sống của chúng, bao gồm: nước, phần dưới của khí quyển và phần trên của vỏ trái đất, nơi sinh sống của các vi sinh vật.

Hình.1. Khái quát chung về sinh quyển

Hai thành phần chính của sinh quyển - sinh vật sống và môi trường sống của chúng - liên tục tương tác với nhau và thống nhất hữu cơ chặt chẽ, tạo thành một hệ thống động lực không thể thiếu. Sinh quyển với tư cách là một siêu hệ thống toàn cầu, lần lượt, bao gồm một số hệ thống con. Các sinh vật sống riêng lẻ không tồn tại một cách cô lập. Trong quá trình hoạt động sống của mình, chúng được kết nối với nhiều hệ thống (cộng đồng) khác nhau, chẳng hạn như trong một quần thể.

Trong quá trình tiến hóa, một cấp độ hệ thống sống mới có chất lượng cao khác được hình thành, cái gọi là biocenoses - một tập hợp thực vật, động vật và vi sinh vật trong môi trường sống địa phương. Sự tiến hóa của sự sống dần dần dẫn đến sự phát triển và sự phân hóa sâu sắc hơn trong sinh quyển. Cùng với môi trường sống xung quanh, trao đổi vật chất và năng lượng với nó, biocenoses hình thành các hệ thống mới - biogeocenoses hay còn được gọi là hệ sinh thái. Chúng có thể có quy mô khác nhau: biển, hồ, rừng, lùm cây, v.v. Biogeocenosis là một mô hình tự nhiên của sinh quyển thu nhỏ, bao gồm tất cả các liên kết của chu trình sinh học: từ thực vật xanh tạo ra chất hữu cơ đến người tiêu dùng, cuối cùng biến đổi nó lại thành các nguyên tố khoáng sản. Nói cách khác, biogeocenosis là một tế bào cơ bản của sinh quyển. Như vậy, tất cả các sinh vật sống và hệ sinh thái cùng nhau tạo thành một siêu hệ thống - sinh quyển.

Sự phát triển của sinh quyển. Học thuyết về sinh quyển của Vernadsky

Có nhiều quan điểm khác nhau về thời điểm hình thành sinh quyển. Theo một trong số họ (khái niệm của V.I. Vernadsky), sinh quyển hình thành ở giai đoạn phát triển sớm nhất của hành tinh Trái đất và có tuổi gần bằng tuổi Trái đất (khoảng 4,6 tỷ năm). Theo Vernadsky, quá trình chuyển đổi từ vật chất vô tri sang dạng vật chất sống đơn giản nhất mất một khoảng thời gian không đáng kể (trên quy mô địa chất) - không quá 200 năm. Các đặc điểm đặc trưng của sinh quyển, trong khuôn khổ khái niệm của Vernadsky, như sau:

1. Sinh quyển phát sinh ngay lập tức dưới dạng một tập hợp các biogeocenoses. Vật chất sống được hình thành như một tập hợp các sinh vật sống phức tạp.

2. Sinh vật sơ cấp có khả năng cung cấp tất cả các quá trình cơ bản (sinh hóa, sinh học) diễn ra trong vỏ Trái đất.

3. Sinh vật đảm bảo sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trong vỏ trái đất.

Theo một quan điểm khác, sinh quyển được hình thành ở một giai đoạn nhất định trong quá trình phát triển của Trái đất. Đầu tiên là giai đoạn tiền vỏ, sau đó các lớp vỏ của trái đất chính được hình thành và chỉ sau đó sinh quyển mới xuất hiện.

Theo Vernadsky, sự xuất hiện và tồn tại của con người trong sinh quyển quyết định giai đoạn phát triển cao nhất của nó. Chính sự xuất hiện của con người thể hiện sự chuyển đổi từ sự thích nghi sinh học đơn giản của các sinh vật sống sang hành vi thông minh và sự thay đổi môi trường có mục đích của những sinh vật thông minh. Vật chất sống trên hành tinh đang tích cực thích nghi với các điều kiện tồn tại mới trong tự nhiên. Tự nhiên có sự ảnh hưởng chung đột ngột của thiên nhiên đối với con người và con người, và con người hiện chịu trách nhiệm về sự tiến hóa của sự sống.

Có hai định nghĩa chính về khái niệm “sinh quyển”, một trong số đó đã được biết đến kể từ khi thuật ngữ này xuất hiện trong khoa học. Đây là sự hiểu biết về sinh quyển là tổng thể của tất cả các sinh vật sống trên Trái đất. Là học trò của Dokuchaev, người sáng tạo ra học thuyết về đất, V.I. Vernadsky, người nghiên cứu sự tương tác giữa các hệ thống sống và không sống, đã đưa ra nguyên tắc về mối liên hệ không thể tách rời giữa vật sống và vật không sống, xem xét lại khái niệm sinh quyển. Ông hiểu sinh quyển là phạm vi thống nhất giữa các sinh vật sống và không sống.

Cách giải thích này đã xác định quan điểm của Vernadsky về vấn đề nguồn gốc sự sống trên Trái đất.

Các lựa chọn sau đây đã được xem xét:

1) sự sống nảy sinh trước khi Trái đất hình thành và được đưa đến đó;

2) sự sống bắt đầu sau khi Trái đất hình thành;

3) sự sống bắt nguồn từ sự hình thành Trái đất.

Vernadsky tuân theo quan điểm sau và tin rằng không có bằng chứng khoa học thuyết phục nào cho thấy sinh vật sống đã từng tồn tại trên hành tinh của chúng ta. Nói cách khác, sinh quyển luôn có trên Trái đất.

Sinh quyển (tiếng Hy Lạp bios - sự sống, sphiira - quả bóng) là lớp vỏ Trái đất có các sinh vật sống sinh sống và được chúng biến đổi. Sinh quyển được kết nối chặt chẽ với tất cả các lớp khác của trái đất và trước hết là hệ quả của chu trình sinh địa hóa được cung cấp bởi năng lượng mặt trời. Trong sinh quyển, các sinh vật và môi trường sống của chúng, do tương tác lâu dài với nhau, tạo thành một hệ thống tổng thể ở trạng thái cân bằng động.

Sinh quyển, theo Vernadsky, bao gồm các thành phần sau.

1. Vật chất sống được hình thành bởi tập hợp các sinh vật.

2. Là chất sinh học được tạo ra trong quá trình hoạt động sống của sinh vật (khí khí quyển, than, dầu, đá vôi, v.v.).

3. Vật chất trơ, được hình thành mà không có sự tham gia của sinh vật sống (do sự chuyển động của vỏ trái đất, hoạt động của núi lửa, thiên thạch).

4. Chất trơ sinh học, là kết quả chung của hoạt động sống của sinh vật và các quá trình phi sinh học (đất).

Vernadsky đã xây dựng các nguyên tắc cơ bản về tổ chức sinh quyển nói chung. Đây là hai nguyên tắc sinh địa hóa.

1. Năng lượng địa hóa của vật chất sống trong sinh quyển (bao gồm cả con người với tư cách là sinh vật tối cao có trí thông minh) cố gắng biểu hiện tối đa.

2. Trong quá trình tiến hóa của các loài sinh vật, các sinh vật sống sót nhờ hoạt động sống của mình sẽ phát huy tối đa năng lượng địa hóa sinh học.

Hình.5. Một phần của quá trình tiến hóa vật chất sống của sinh quyển

Vernadsky đã đưa ra ước tính về lượng vật chất sống trong sinh quyển, trên cơ sở đó ông đưa ra nguyên tắc sau: trong suốt lịch sử của Trái đất, lượng vật chất sống trong sinh quyển thực tế là không đổi. Hiện nay, con người đã phá vỡ sự cân bằng của mình với sinh quyển. Miễn là con người (và các động vật lớn) trong việc tiêu thụ các sản phẩm sinh quyển không vượt quá 1% tổng số lượng của họ, thì sinh quyển ở trạng thái cân bằng động với các lớp vỏ khác trên trái đất. Con người hiện đại tiêu thụ hơn 7% cho nhu cầu của mình. sản phẩm của sinh quyển và phá vỡ đáng kể sự cân bằng tự nhiên của nó. Ví dụ, tỷ lệ trữ lượng carbon trong khí quyển và trên đất liền đã thay đổi, sự khác biệt giữa quá trình tổng hợp và phân hủy các chất hữu cơ đã lớn hơn hàng trăm lần so với ban đầu.

Sinh quyển không còn có thể đảm đương được chức năng ổn định của nó nữa, và chẳng bao lâu nữa loài người sẽ phải đảm nhận chức năng này. Cuối cùng, khi toàn bộ hệ thống sự sống và môi trường bắt đầu được con người kiểm soát thì sinh quyển sẽ chuyển thành noosphere. Nhưng sau đó, phần lớn chi phí năng lượng và lao động sẽ dùng để ổn định môi trường (theo một số ước tính - hơn 99%). Chỉ một vài phần trăm (hoặc thậm chí ít hơn 1%) sẽ còn lại để duy trì và phát triển nền văn minh. Trong khi nghiên cứu ngành hóa sinh do ông tạo ra, nghiên cứu sự phân bố của các nguyên tố hóa học trên bề mặt hành tinh, Vernadsky đã đi đến kết luận rằng thực tế không có một nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn không có trong vật chất sống. Vernadsky cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của năng lượng và gọi cơ chế chuyển hóa năng lượng của sinh vật sống là gì.

Chứng minh chi tiết các ý tưởng lý thuyết của V.I. Vernadsky và A.L. Chizhevsky ngày nay được đón nhận. Vì vậy, nghiên cứu về du hành vũ trụ của chúng tôi:

1. Họ đã có thể khám phá ra nhiều dữ liệu mới về mối liên hệ giữa các quá trình trên mặt đất và vũ trụ.

2. Ảnh hưởng triệt để đến cách thực hiện các quan sát và khám phá vật lý thiên văn và vật lý thiên văn.

3. Chúng đã dẫn đến một cuộc cách mạng khoa học trong vật lý thiên văn.

Vì vậy, ví dụ, vào những năm 60. Các chuẩn tinh đã được phát hiện - những vật thể vũ trụ có mức năng lượng bức xạ cực lớn (chúng phát ra năng lượng gấp hàng chục lần so với các thiên hà mạnh nhất), cũng như các hiện tượng vũ trụ như vụ nổ siêu tân tinh. Theo các khái niệm vật lý thiên văn hiện đại, bức xạ của siêu tân tinh là nguồn tia vũ trụ chính trong Thiên hà. Chúng có thể có tác dụng, vì dòng tia X phát ra từ siêu tân tinh có thể tạo ra nồng độ nitơ oxit cao trong tầng bình lưu của Trái đất - kẻ hủy diệt tầng ozone, là tấm màn bảo vệ mọi sự sống trên Trái đất khỏi tác động của bức xạ cứng từ Mặt Trời.

Các ý tưởng về các dạng tương tác khác nhau của vật chất sống với các dòng vật chất và năng lượng vũ trụ ngày càng trở nên quan trọng nhờ vào các giả thuyết được phát triển tích cực về sự tồn tại, ít nhất là trong Thiên hà của chúng ta, của một hệ thống sống lan khắp khắp thiên hà. Chúng cho thấy sự hiện diện của một số lượng lớn vi sinh vật ở không gian bên ngoài Thiên hà của chúng ta. Nghiên cứu theo hướng này có thể coi là bằng chứng ủng hộ quan niệm của V.I. Vernadsky về sự phân bố rộng rãi ở quy mô vũ trụ của vật chất sống trong Vũ trụ, ý nghĩa vũ trụ của nó.

Các giả thuyết và sự kiện khoa học tự nhiên cho thấy rằng các nghiên cứu về tương tác, bắt đầu bằng các công trình của V.I. Vernadsky và những người theo ông đại diện cho những xu hướng hàng đầu, đầy hứa hẹn trong khoa học tự nhiên, hiểu biết về những bí mật của tự nhiên.

Theo V. I. Vernadsky, hành tinh của chúng ta và Vũ trụ hiện được thể hiện dưới dạng một hệ thống duy nhất trong đó sự sống và vật chất sống được liên kết thành một tổng thể duy nhất bằng các quá trình xảy ra trên Trái đất với các quá trình có tính chất vũ trụ. Theo V. I. Vernadsky, trong suốt lịch sử Trái đất, lượng vật chất sống trong sinh quyển gần như không đổi. Bức tranh hùng vĩ về sự phát triển của hành tinh còn có sự xuất hiện của con người, người mang Lý trí, người đã đẩy nhanh tất cả các quá trình phát triển trên hành tinh. Ông cho rằng, ảnh hưởng của con người đến thiên nhiên ngày càng lớn nên con người sẽ trở thành lực lượng địa chất chính và phải chịu trách nhiệm về sự phát triển của tự nhiên trong tương lai. Sinh quyển đang dần biến thành noosphere.

Bài giảng 5

Câu 1. Sự ra đời của sinh quyển

Sinh quyển phát sinh như một sự phát triển trực tiếp của một chu kỳ phi sinh học lớn và trên cơ sở của nó. Ở độ sâu của chu trình phi sinh học, các chu trình của chất hữu cơ bắt đầu hình thành dưới dạng tổng hợp và phân hủy các hợp chất cacbon hóa học (Hình 1). Nếu quan điểm của J. Bernal là đúng khi cho rằng sự sống bắt đầu phát triển như một thể thống nhất của các quá trình tổng hợp và phân hủy chất hữu cơ, thì sự sống như một hiện tượng đáng lẽ phải xuất hiện trước các sinh vật sống.

Sau đó, sự lưu thông chung của chất hữu cơ trở nên cá nhân hóa và hóa ra có liên quan đến một số loại chất đồng tụ nhất định. Theo V. I. Vernadsky," Trong số hàng triệu loài, không có loài nào có thể một mình thực hiện tất cả các chức năng địa hóa của sự sống đã tồn tại trong sinh quyển ngay từ đầu. Do đó, ngay từ đầu, thành phần hình thái của thiên nhiên sống trong sinh quyển phải phức tạp." Do đó, "sự xuất hiện đầu tiên của sự sống trong quá trình hình thành sinh quyển đáng lẽ phải xảy ra không phải dưới dạng xuất hiện của một sinh vật cụ thể, mà là dưới dạng tổng thể của chúng, tương ứng với các chức năng địa hóa của sự sống".

Có sự thật nào hỗ trợ quan điểm này không? Rõ ràng là có. Trong mọi trường hợp, lý thuyết cộng sinh về nguồn gốc của tế bào nhân chuẩn giả định sự hiện diện của một số lượng lớn các sinh vật nhân sơ tổ tiên, khác nhau về chức năng địa hóa của chúng. Sự thống nhất trong tổ chức sinh lý của chúng là hệ quả của thực tế là tất cả các sinh vật khác nhau này đều là sản phẩm của một chu trình phi sinh học duy nhất của các chất.

Xuất hiện như một tập hợp các sinh vật, sự sống ngay lập tức bộc lộ những đặc tính cơ bản của nó. Kể từ thời điểm xuất hiện, vật chất sống không chỉ tương tác tổng thể với tổ tiên và thế giới phi sinh học mà còn cả các sinh vật riêng lẻ cũng tương tác với nhau. Rõ ràng, các mối quan hệ tập thể ban đầu đã nảy sinh, trong giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa của các sinh vật vẫn còn kém biệt hóa đã dẫn đến sự xuất hiện của các hiệp hội cộng sinh, tạo ra các sinh vật nhân chuẩn. Biogeocenoses sơ cấp được xây dựng trên cơ sở các loài chiến lược r; cho đến nay, các hệ sinh thái thủy sinh biển vẫn giữ được những đặc điểm chính vốn có của các quần xã đó - ví dụ, sản lượng sản phẩm sinh sản cao.

Sự phát triển hơn nữa của sinh quyển đi theo con đường phức tạp và mở rộng của chu trình sinh học, đi kèm với sự phân hóa vật chất sống, chuyên môn hóa các loài cấu thành của nó và chiếm giữ ngày càng nhiều không gian mới. Một đặc điểm đặc trưng của quá trình này là sự sống, khai thác các chất cần thiết từ môi trường và làm giàu nó bằng các chất thải và năng lượng tự do, chắc chắn đã thay đổi các điều kiện tồn tại của nó. Vì vậy, cô phải liên tục thích nghi với những điều kiện thay đổi của cuộc sống mà bản thân cô cũng thay đổi với tốc độ ngày càng nhanh. Sự phát triển của sinh quyển ở giai đoạn này gắn liền với sự phức tạp của chu trình sinh học. Các dạng hữu cơ mới thường chỉ có thể tồn tại trên cơ sở các dạng trước đó. Sự tiến hóa của chu kỳ sinh học xuất hiện chủ yếu dưới dạng sự phân biệt tiến bộ của các dạng sống. Đồng thời, tốc độ tiến hóa không ngừng tăng tốc do sự phức tạp ngày càng tăng của các tương tác sinh học, đóng vai trò là yếu tố của các biến đổi thích nghi.

Câu 2. Các giai đoạn tiến hóa cơ bản của sinh quyển

Do thực tế là không phải tất cả các chất hữu cơ của môi trường ban đầu đều được đưa vào các chất đông tụ, nên theo truyền thống, người ta cho rằng các sinh vật nguyên sinh là sinh vật dị dưỡng. Tuy nhiên, khi tính đến bản chất đa ngành của sự sống và đặc điểm chính của sinh quyển là quá trình tổng hợp và hủy diệt, có vẻ hợp lý hơn khi giả định sự hiện diện của các sinh vật tổng hợp.

Ở dạng nguyên thủy, quá trình quang hợp không thể là nguồn cung cấp oxy. Trong môi trường không có oxy, vi khuẩn lam hiện đại sử dụng hydro sunfua để cố định CO 2 (cũng như vi khuẩn màu tím). Có thể giả định rằng đây là đặc tính cơ bản của các sinh vật quang dưỡng nguyên thủy. Việc loại bỏ một electron khỏi hydro sunfua dễ dàng hơn so với việc tách khỏi nước, nhưng việc tái tạo hydro sunfua từ sunfat (SO 4 2-) đòi hỏi sự có mặt của các chất hữu cơ. Do đó, khối lượng quang hợp phụ thuộc vào sunfat bị hạn chế bởi khối lượng chất hữu cơ tích lũy trong sinh quyển. Do đó, có thể giả định rằng ở giai đoạn trước khi xuất hiện quá trình quang hợp phụ thuộc vào nước, sinh quyển, mặc dù có sự hiện diện của quang hợp, là kỵ khí và biogeocenoses bao gồm các nhà sản xuất quang hợp hỗn hợp và hoại sinh, hoàn thành chuỗi thức ăn bằng lưu huỳnh và nitơ (nhưng không có cacbon). Sự hiện diện của những kẻ săn mồi thực sự trong các cộng đồng như vậy là khó xảy ra, vì

1) trong điều kiện yếm khí, việc săn mồi không có lợi về mặt năng lượng,

2) đặc biệt là trong bối cảnh một lượng chất hữu cơ khá lớn đã có trong môi trường,

3) sự săn mồi liên quan đến một cấu trúc phức tạp không có ở sinh vật nhân sơ (ví dụ, không có hiện tượng thực bào).

Giai đoạn tiếp theo trong quá trình phát triển sinh quyển là sự xuất hiện của các sinh vật có khả năng quang phân nước. Việc sử dụng lượng nước luôn khan hiếm trong quá trình quang hợp đã mang lại cho các sinh vật như vậy và toàn bộ sinh quyển nhiều lợi ích hơn. Biocenose prokaryotic thời kỳ này chắc chắn là thủy sinh và theo truyền thống được coi là sinh vật biển. Tuy nhiên, điều này dường như không hoàn toàn đúng. Ý tưởng này dựa trên giả định rằng cấu trúc bề mặt trái đất về cơ bản giống như hiện nay. Tuy nhiên, một bức tranh hợp lý hơn là một cảnh quan tương phản rõ rệt, bao gồm những tảng đá gần như thẳng đứng (đã bị phá hủy yếu, đặc biệt là do thiếu quần thể sinh vật trên cạn) và những đồng bằng gần như nằm ngang, trải dài trên một khoảng cách rất lớn và nằm gần mực nước biển. . Sóng thủy triều và bão có thể di chuyển quãng đường dài qua những vùng đồng bằng này và hầu như không có bờ biển. Thảm vi khuẩn tảo (stromatolites) có thể chiếm toàn bộ vùng đồng bằng này, trong khi chúng không tồn tại ở biển hay trên đất liền theo nghĩa hiện đại mà là trong một số điều kiện đặc biệt nhất định, không có điều kiện tương tự trên Trái đất hiện đại.

Tảo quang hợp tích cực đã tạo ra các điều kiện oxy hóa ngay trong môi trường xung quanh. Do xói mòn không đều, lượng chất hữu cơ rời khỏi trầm tích lẽ ra phải rất lớn, nhưng quá trình xử lý trầm tích lặp đi lặp lại có lẽ đã dẫn đến quá trình oxy hóa đáng kể của chúng. Đồng thời, quá trình tích tụ oxy trong khí quyển diễn ra rất chậm.

Sự vắng mặt của các con sông và sự chiếm ưu thế của dòng nước mưa dẫn đến thực tế là nước chảy từ các lục địa bị đục. Độ đục của nước ở vùng ven biển khiến thực vật phù du ở đại dương khó sử dụng khoáng chất do vùng quang học bị thu hẹp (Hình 2). Trong điều kiện như vậy, khả năng phát triển của hệ động vật đáy có vẻ rất khó khăn. Dinh dưỡng của sinh vật ở giai đoạn này vẫn ở trạng thái thẩm thấu. Có vẻ như bước tiến bộ nhất với loại dinh dưỡng này là thu nhỏ hơn nữa sự sống, nhưng những sinh vật nhỏ, bị mất khả năng di chuyển tích cực trong môi trường, nhanh chóng cạn kiệt chất dinh dưỡng xung quanh và rơi vào tình trạng thiếu lương thực. Có hai cách có thể để khắc phục mâu thuẫn này. Một thứ được hiện thực hóa nhờ các stromatolite, cố định chúng trong không gian và cho phép môi trường chuyển động tương đối với chúng. Cách thứ hai là tăng kích thước cơ thể. Ban đầu, sinh vật nhân sơ cố gắng thực hiện nó - hợp nhất thành các tập hợp, nhưng nó đã đạt đến mức phát triển cao nhất ở sinh vật nhân chuẩn.

Khả năng tăng kích thước đã được thực hiện bởi sinh vật nhân chuẩn vào thời kỳ Vendian, khi các sinh vật có kích thước lớn bất thường. Nhưng chúng có độ đa dạng thấp, rõ ràng là thấp về chuyên môn trong loại hình sử dụng tài nguyên và thống nhất trên khắp Trái đất. Sự hình thành các cộng đồng này, bao gồm các loài phổ biến, chắc chắn là một trong những sự kiện sinh học quan trọng nhất. Tuy nhiên, việc sử dụng lợi thế của chúng một cách “trực diện” như vậy của sinh vật nhân chuẩn đã sớm được thay thế bằng sự hình thành tiên tiến hơn của các cộng đồng chuyên gia rất đa dạng cho từng trường hợp sống riêng lẻ. Quá trình phát triển tính đa dạng tăng tốc đáng kể và có lẽ về cơ bản trong kỷ Cambri. Sự thay đổi này trùng hợp với hai sự kiện sinh học khác:

Sự phân bố của các sinh vật có bộ xương khoáng chất,

Sự xuất hiện của động vật chân đốt, và trong số đó có những loài ăn lọc rất tiên tiến tạo thành các viên phân. Hậu quả của sự xuất hiện của các bộ lọc cấp liệu tiên tiến là khá rõ ràng. Vai trò của viên nén ít được biết đến hơn, mặc dù không kém phần quan trọng. Ở các vùng biển hiện đại, vật liệu dạng hạt mịn đi vào chúng sẽ được lọc rất nhanh, đóng gói thành các viên phân và đưa xuống đáy. Nếu không có cơ chế pellit, độ đục của nước sẽ lớn hơn rất nhiều. Chất hữu cơ lắng xuống đáy khá nhanh, điều này góp phần làm giàu nước bằng các mảnh vụn hữu cơ, không dành cho quá trình oxy hóa mà bằng các mảnh vụn hữu cơ, sau này tạo điều kiện cho loài ăn phù sa phát triển. Quả thực, ở kỷ Cambri có sự phát triển mạnh mẽ của các nhóm như bọ ba thùy. Việc lưu trữ chất hữu cơ trong trầm tích giúp quá trình xử lý đồng đều hơn nhiều và cải thiện việc cung cấp oxy cho cột nước.

Sự khai sáng và bão hòa oxy của nước ở kỷ Ordovic đã dẫn đến sự phát triển độ dày của biển bởi sự sống.

Diện mạo hiện đại của các quần xã sinh vật biển được hình thành trong Mesozoi. Quần thể của các biocenoses này được đặc trưng bởi vai trò ngày càng tăng của sinh vật ăn nekton và phù sa, trong khi vai trò của sinh vật tiêu thụ huyền phù đáy đang giảm dần.

Lịch sử phát triển sự sống trên đất liền dường như bắt đầu bằng sự hình thành các loại đất nguyên thủy dưới thảm tảo vi khuẩn, đã được biết đến từ thời Tiền Cambri. Ở Thượng Ordovician, người ta có thể tìm thấy những loại đất có lối đi của một số động vật giống sâu. Tuy nhiên, thật khó để gọi một cách rõ ràng những cộng đồng như vậy thực sự là trên cạn. Cũng không thể phân loại chúng là các hồ chứa lục địa, sự tồn tại của chúng dường như rất có vấn đề trước kỷ Devon, khi thực vật phần nào làm giảm xói mòn và ổn định đường bờ biển.

Sự xuất hiện của các loài thực vật trên cạn với các trục thẳng đứng cứng nhắc, sự xuất hiện của mô tầng và gỗ thứ sinh, nếu không có những yếu tố đó thì sự phát triển của những loài thực vật đó không thể xảy ra, chắc chắn hóa ra là những hình thành mới vĩ đại nhất. Họ đã thay đổi tình hình theo nhiều hướng cùng một lúc.

(1) Có thể tăng mạnh cường độ hình thành chất hữu cơ, vì các cấu trúc quang hợp hiện nằm trong không gian ba chiều chứ không phải trên một mặt phẳng.

(2) Vị trí thẳng đứng của các trục giúp cây có khả năng chống bị đất mịn cuốn trôi, từ đó giảm mạnh sự thất thoát chất hữu cơ từ biogeocenoses.

(3) Để đảm bảo độ cứng của thân cây cần một lượng gỗ đáng kể, sau khi cây chết sẽ tạo ra một lượng lớn mảnh vụn, do phân hủy chậm nên đã ổn định các điều kiện trong biocenosis.

(4) Việc duy trì vị trí thẳng đứng đòi hỏi phải phát triển hệ thống rễ đủ mạnh, làm tăng đặc tính chống xói mòn của thảm thực vật. Có thể thấy rằng tất cả những thay đổi này nhìn chung đã dẫn đến sự ổn định của biogeocenoses. Đồng thời, các quá trình này tạo ra lợi thế cho các quần thể sinh vật phức tạp hơn, tồn tại lâu dài hơn, chắc chắn góp phần vào sự phát triển tiến bộ của động vật hoang dã.

Trong kỷ Than đá, những khu rừng bạch tạng mạnh mẽ xuất hiện. Mô hình tăng trưởng của các loài lepidophytes với sự phân nhánh rất muộn cho thấy mức độ mất đi mức độ phát triển thấp của chúng, điều này đáng lẽ phải dẫn đến sự hình thành lớp rác dày và có độ sâu cao cũng như tổn thất đáng kể chất hữu cơ. Tính đa dạng và chống xói mòn của các khu rừng này chưa lớn. Chúng mọc trên những bề mặt bằng phẳng, thường xuyên bị ngập nước. Tỷ lệ tử vong lớn với độ xói mòn cao, đảm bảo chôn lấp nhanh chóng, dẫn đến thực tế là một phần đáng kể carbon hữu cơ rời khỏi biogeocenosis mà không bị oxy hóa và được chuyển thành trữ lượng than.

Thời đại Mesozoi được tách ra khỏi Kainozoi bởi cuộc khủng hoảng Cretaceous-Paleogene nổi tiếng, trước đây đã thu hút sự chú ý liên quan đến sự tuyệt chủng của khủng long, và gần đây, đặc biệt là những ý tưởng về “mùa đông tiểu hành tinh” - sự lạnh đi đột ngột do bụi trong khí quyển. Tuy nhiên, điều này khó có thể là nguyên nhân của cuộc khủng hoảng biota. Vào thời điểm xảy ra thảm họa, thế giới hữu cơ đã khủng hoảng từ lâu. Nguyên nhân chính rất có thể là sự xuất hiện và lan rộng của thực vật hạt kín trong kỷ Phấn trắng. Sự thay đổi vai trò sinh thái của thực vật hạt kín bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi tính côn trùng phổ biến của chúng, điều này cho phép hình thành các khu rừng với sự đa dạng loài khổng lồ. Có thể lưu ý rằng sự lây lan của côn trùng có mối tương quan rõ ràng với sự đa dạng và ổn định của hệ sinh thái rừng.

Điều quan trọng hơn nữa đối với sự mở rộng sinh thái của thực vật hạt kín là xu hướng tạo ra các dạng thân thảo thông qua thời kỳ neoteny, sử dụng phương pháp nhân giống sinh dưỡng và hình thành thảm cỏ. Như vậy, đặc tính của thực vật hạt kín là thực vật tiên phong, đặc biệt khi xâm chiếm các chất nền dốc, xốp và khả năng chống xói mòn của chúng đã tăng lên gấp nhiều lần so với thực vật hạt trần. Hiệu quả của các hệ thống điều hòa môi trường liên tiếp - ngăn ngừa xói mòn, cải thiện đất như một lớp đệm chống lại sự rửa trôi chất dinh dưỡng, chuyển dòng chảy thành chủ yếu là lòng đất - đã dẫn đến sự xuất hiện của các loại cảnh quan mới với nhiều đặc điểm thủy văn và thổ nhưỡng đa dạng hơn nhiều. . Trên hết, sự điều tiết dòng chảy của nước và chất dinh dưỡng lẽ ra đã ảnh hưởng đến các hồ chứa lục địa. Tuy nhiên, quá trình này kéo dài trong một thời gian dài cho đến khi các đồng cỏ và hồ chứa ở Neogen lan rộng với sự phát triển tươi tốt của các thực vật hoại tử ngập nước.

Câu 3. Dự báo khả năng phát triển tự nhiên của sinh quyển

Trong ba tỷ năm qua, Hệ Mặt trời đã thực hiện hơn một cuộc cách mạng quanh trung tâm Thiên hà, đi qua các khu vực khác nhau của nó. Trong khi đó, cuộc sống vẫn tiếp tục phát triển. Điều này có nghĩa là không có mùa nào trong năm thiên hà ngăn cản sự phát triển của nó. Không có lý do gì để mong đợi bất kỳ sự phức tạp nghiêm trọng nào trong hoạt động của sinh quyển trong tương lai khi các mùa trong thiên hà thay đổi.

Cường độ bức xạ mặt trời, theo thiên văn học hiện đại, rõ ràng sẽ vẫn ở mức gần với mức hiện đại trong vài tỷ năm. Những biến động dài hạn trong hoạt động của mặt trời dường như cũng không đạt đến giá trị tới hạn.

Ma sát thủy triều sẽ làm chậm quá trình quay của Trái đất quanh trục của nó, điều này sẽ dẫn đến độ dài của ngày tăng lên. Tuy nhiên, quá trình này diễn ra rất chậm và vật chất sống dần dần thích nghi với nó.

Sự giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển do hoạt động của núi lửa và quá trình quang hợp tăng lên đi kèm với sự giảm nhiệt độ bề mặt Trái đất. Theo giả thuyết của M.I. Budyko (1977) những quá trình như vậy là nguyên nhân chính dẫn đến sự khởi đầu của kỷ băng hà trong quá khứ. Theo tính toán của ông, việc tiếp tục giảm nồng độ CO 2 chắc chắn sẽ dẫn đến một chế độ băng hà hoàn toàn ổn định trên Trái đất.

Một hệ quả của quá trình quang hợp cường độ cao còn là sự cạn kiệt nguồn dự trữ CO 2 trong khí quyển, kèm theo đó là sự chuyển hóa cacbon thành dạng cặn cacbon khó tiếp cận (dầu, than đá, đá cacbonat).

Sự phát triển của sinh quyển trên hành tinh của chúng ta là do sự kết hợp khó có thể xảy ra của các yếu tố thuận lợi cả khi bắt đầu hình thành sự sống và trong 3,5 tỷ năm tới. Đôi khi, cường độ của các yếu tố môi trường riêng lẻ đạt đến mức nghiêm trọng. Sự phức tạp to lớn của sinh quyển và khả năng tự điều chỉnh đã mang lại khả năng vượt qua khủng hoảng thông qua tái cơ cấu nội bộ. Tuy nhiên, chức năng của nó được quyết định bởi hoạt động của các yếu tố tự nhiên; không có lý do gì để cho rằng sinh quyển sẽ tiếp tục phát triển chỉ theo hướng tiến bộ. Các tính toán về sự suy giảm CO 2 đã cho thấy tính thực tế của quá trình này.

Câu 4. Khái niệm Noosphere

Một giai đoạn mới về chất trong quá trình phát triển sinh quyển bắt đầu vào cuối Kỷ Đệ tam liên quan đến sự xuất hiện của một lực lượng địa chất và sinh học mới - con người.

Vào thời điểm này, chu trình sinh học đã đạt đến mức phát triển hiện đại, trở thành một nhân tố mạnh mẽ trong siêu sinh quyển. Lúc đầu, hoạt động của con người hơi khác so với hoạt động của các loài động vật khác. Lấy phương tiện sinh tồn từ sinh quyển, con người đã cho nó những gì mà các sinh vật khác có thể sử dụng. Khả năng phổ biến của vi sinh vật trong việc tiêu diệt hầu hết mọi chất hữu cơ từ lâu đã đảm bảo đưa tàn dư hoạt động của con người vào chu trình sinh học.

Tuy nhiên, việc tạo ra lửa đã giúp tổ tiên chúng ta khác biệt với một số loài động vật khác. Tầm quan trọng của việc mua lại này không chỉ nằm ở chỗ với sự trợ giúp của lửa, con người đã bảo vệ ngôi nhà của mình khỏi những kẻ săn mồi, định cư ở những khu vực có khí hậu lạnh hơn và sống sót sau thời kỳ băng hà. Sau khi học cách sử dụng lửa, con người có được khả năng tiêu hủy hoàn toàn tàn dư hữu cơ, nghĩa là họ học được cách làm những việc mà trước đó chỉ có vi sinh vật mới làm được. Khả năng khoáng hóa cặn hữu cơ bằng lửa giúp sau đó có thể đưa ngay cả những chất hữu cơ ít được vi sinh vật sử dụng vào chu trình. Kết quả là, chu trình nhân tạo trở nên cô lập trong chu trình sinh học (Hình 1). Lần đầu tiên trong lịch sử Trái đất, một loài xuất hiện có khả năng không chỉ tạo ra hoặc phá hủy chất hữu cơ mà còn làm được điều đó cùng một lúc. Các điều kiện tiên quyết đã xuất hiện để đưa hoạt động của con người vào chu trình sinh học một cách có ý thức. V.I. Vernadsky đã viết về điều này: " Trong lịch sử địa chất của sinh quyển, một tương lai rộng lớn sẽ mở ra cho nhân loại nếu hiểu được điều này và không dùng trí óc, sức lao động của mình để tự hủy diệt".

Sự phát triển ngày càng nhanh của xã hội loài người dẫn đến vai trò của con người ngày càng tăng trong sinh quyển. Chu kỳ nhân tạo của các chất ngày càng mở rộng. Về nguyên tắc, nhân loại đã vượt ra ngoài ranh giới của chu kỳ phi sinh học trên trái đất. Nó tham gia vào các quá trình vũ trụ.

Sự xuất hiện của con người có nghĩa là một dạng ảnh hưởng mới về cơ bản của sự sống lên các chu trình địa hóa. Đã đến lúc cần có sự điều chỉnh hợp lý các quá trình trong sinh quyển, vì mục tiêu của nhân loại là sự phát triển không giới hạn của xã hội.

Những bộ óc vĩ đại nhất của xã hội liên kết số phận tương lai của nhân loại với tầng không gian- một giai đoạn mới trong sự phát triển của sinh quyển, trong đó các quá trình sinh hóa và sinh học chịu ảnh hưởng của con người và trong đó tư duy khoa học và thiết bị kỹ thuật có thể kiểm soát, sửa đổi và thay đổi các quá trình này, nghĩa là quản lý chúng (Hình 2). 1).

Khái niệm “noosphere” ban đầu được triết gia người Pháp E. Leroy (1927) đưa vào khoa học và được phát triển trong các tác phẩm của V.I. Vernadsky.

Các đặc điểm của noosphere hiện đại:

Các quá trình lao động đã lan rộng đến tất cả các thành phần của sinh quyển và trở thành yếu tố quan trọng nhất cho sự phát triển hơn nữa của nó,

Có sự tăng trưởng và xã hội hóa dân số,

Sự phát triển hiện đại của xã hội được đặc trưng bởi các hoạt động phá hoại,

Khối lượng của các chu trình sinh học và nhân tạo trở nên tương đương nhau,

Sức mạnh tác động của con người lên sinh quyển ngày càng tăng nhanh,

Ở một số cộng đồng, hoạt động kinh tế của con người dẫn đến việc tái cơ cấu hoàn toàn cơ cấu của họ.

Tài liệu tham khảo

Golubets M.A. Các vấn đề môi trường hiện nay. Kiev: Nauk. Dumka. 1982.

Kamshilov M.M. Sự phát triển của sinh quyển. M.: Khoa học. 1979. 256 tr.

Kolchinsky E.I. Sự phát triển của sinh quyển. L.: Khoa học. 1990.

Ponomarenko A.G. Các sự kiện chính trong quá trình tiến hóa của sinh quyển // Các vấn đề về quá trình tiến hóa tiền nhân loại của sinh quyển. M.: Khoa học. 1993.

1.Giới thiệu.

Cho đến gần đây, hầu hết các nhà sinh học tiến hóa đều coi sinh vật là hình thức tồn tại cơ bản và cơ bản của sự sống, và sự tiến hóa của các sinh vật sống chủ yếu quy về sự hình thành sự thích nghi của sinh vật với môi trường. Lý thuyết tiến hóa tổng hợp đã chứng minh rằng điều sau chỉ có thể xảy ra trong các quần thể sinh vật có liên quan - quần thể bão hòa về mặt thống kê. Do đó, sự biến đổi cấu trúc di truyền và sinh thái của quần thể và phương pháp hình thành loài đã trở thành trọng tâm của nghiên cứu sinh học tiến hóa. Tuy nhiên, sự tiến hóa của các cấp độ tổ chức sự sống siêu đặc biệt hầu như chưa bao giờ được nghiên cứu; ngay cả các giai đoạn phát triển chính của biogenocenosis và sinh quyển cũng không được đặc trưng bởi các đặc điểm cụ thể vốn có trong mỗi hình thức tổ chức sinh vật này như một hệ thống không thể thiếu, nhưng chỉ bằng cách mô tả các thành phần cơ bản có trong thành phần của chúng - sinh vật và loài.
Nhưng những thay đổi toàn cầu xảy ra trên Trái đất trong những thập kỷ qua dưới tác động của ngành công nghiệp đã làm thay đổi quan niệm về quá trình phát triển tự nhiên. Người ta thường chấp nhận rằng quá trình tiến hóa không chỉ liên quan đến từng cá thể, loài, biogeocenoses mà còn liên quan đến cấp độ tổ chức cao nhất của sinh vật sống - sinh quyển. Trong các ngành khoa học tự nhiên khác nhau liên quan đến nghiên cứu sinh quyển, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy sự tiến hóa của thế giới hữu cơ làm thay đổi cấu trúc địa hóa và năng lượng của sinh quyển, chức năng sinh địa hóa và chu trình sinh địa hóa của các chất. Đổi lại, những biến đổi này của toàn bộ sinh quyển trở thành những yếu tố mạnh mẽ thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của thành phần quan trọng nhất của nó - thế giới hữu cơ.

2. Khái niệm sinh quyển. Cấu trúc và chức năng của sinh quyển.

Có sự khác biệt đáng kể trong việc giải thích khái niệm sinh quyển. Vì vậy, sinh quyển theo một số nguồn được đề xuất được hiểu là một tập hợp các sinh vật sống. Trong bài viết “Sinh quyển” của TSB đưa ra định nghĩa sau: sinh quyển là “vỏ của Trái đất, thành phần, cấu trúc và năng lượng của nó về cơ bản được xác định bởi các hoạt động trong quá khứ hoặc hiện tại của các sinh vật sống”, trong bài viết “Địa quyển”. " Và
Sinh quyển “Địa hóa học” được gọi là “khu vực nằm trên ranh giới của các lớp vỏ rắn, lỏng và khí của Trái đất, bị chiếm giữ bởi vật chất sống - một tập hợp các sinh vật”.
Ngay cả trong thế kỷ 17 và 18, các ý tưởng về mối liên hệ giữa tất cả các quá trình có tính chất vô cơ và hữu cơ đã bắt đầu xuất hiện, kể từ đó đã có đủ dữ liệu để đánh giá mối quan hệ giữa sự phân bố của động vật và điều kiện khí hậu, về sự trao đổi khí trong sinh vật. , về sự tham gia của động vật và thực vật trong quá trình hình thành đất, đá vôi và nhiên liệu hóa thạch, cũng như những giả thuyết đầu tiên về sự tồn tại chu trình sinh học của các nguyên tố (A. Lavoisier, A. Snyadetsky) Theo Vernadsky, khái niệm về sinh quyển được xây dựng bởi J.-B. Lamarck. Chính ông là người đầu tiên lưu ý rằng “cơ thể sống chứa tất cả các chất vô cơ phức tạp có trong tự nhiên” (1955, trang 10), và rằng ở những nơi không có sinh vật sinh sống, các khoáng chất rất đồng nhất. Điều này được giải thích là do động vật và thực vật tích cực tham gia vào quá trình hình thành bề mặt Trái đất. Do đó, trong khoa học, ý tưởng về một không gian đặc biệt, được bao phủ và tổ chức bởi hoạt động sống của các sinh vật, đã xuất hiện. Bản thân thuật ngữ “sinh quyển” đã được E. Suess đề xuất vào năm 1875 khi xem xét các lớp vỏ địa chất chính của Trái đất: thạch quyển, khí quyển và thủy quyển. Ông tin rằng “trong khu vực tương tác giữa các khối cầu phía trên với thạch quyển và trên bề mặt các lục địa, có thể phân biệt được một sinh quyển độc lập. Bây giờ nó trải dài trên cả bề mặt khô và ẩm, nhưng rõ ràng là trước đây nó chỉ bị giới hạn bởi thủy quyển” (Suess, 1875, trang 159-160). Sự khác biệt trong cách giải thích ý nghĩa của thuật ngữ này bắt nguồn từ việc Suess không đưa ra một định nghĩa cụ thể cho nó.
Vào đầu thế kỷ 19 và 20, nhu cầu tạo ra một học thuyết tổng thể về những thay đổi phụ thuộc lẫn nhau trong thế giới hữu cơ, địa hình, nước, đất, đá trầm tích và khí hậu bắt đầu được hiện thực hóa. Học thuyết này được phát triển bởi V.I. Vernadsky, người có khả năng kết nối các quá trình phát triển của thế giới hữu cơ với lịch sử địa chất của các lớp vỏ khác của Trái đất. Vernadsky đề xuất cách phân loại sau đây các chất có trong sinh quyển: 1) vật chất sống hoặc tập hợp các sinh vật; 2) một chất sinh học được tạo ra và xử lý bởi sự sống; 3) chất trơ, trong quá trình hình thành vật chất sống không tham gia; 4) chất trơ sinh học, là một hệ cân bằng động của các chất sống và chất trơ tạo thành nó; 5) các nguyên tố phóng xạ; 6) các nguyên tử bị phân tán do tiếp xúc với bức xạ vũ trụ; 7) chất có nguồn gốc vũ trụ. Sự phân loại này không chính xác. Các loại được xác định, do có quá nhiều tiêu chí, hoặc trùng lặp một phần với nhau hoặc một trong các loại được bao gồm hoàn toàn trong loại kia. Năm 1975, M. Kashmilov đề xuất một cách phân loại khác: bốn loại vật chất: sống, sinh học, trơ và trơ sinh học. Nhưng ở đây, tính độc lập của vật chất trơ sinh học làm dấy lên nghi ngờ, vì theo nghĩa mà Vernadsky sử dụng, vật chất trơ sinh học có nghĩa là một hệ động lực nhất định được hình thành bởi các sinh vật, các sản phẩm của hoạt động sống còn của chúng và các điều kiện sống vật chất. Năm 1977, A. I. Perelman đề xuất coi sinh quyển là một loại hệ thống trơ ​​sinh học khổng lồ, các hệ thống con của nó là các vật thể trơ sinh học ở cấp độ tổ chức thấp hơn: đất, phù sa, lớp vỏ phong hóa, nước bề mặt, tầng ngậm nước, cảnh quan, vân vân.
Vị trí của vật chất sống trong sinh quyển được xác định bởi các chức năng năng lượng và địa hóa của nó. Chức năng năng lượng có liên quan đến việc đồng hóa năng lượng mặt trời và làm giàu vật chất sinh học và trơ. Chức năng địa hóa được thể hiện ở sự tham gia của sinh vật vào quá trình vận động và tập trung các nguyên tố hóa học, cũng như vào quá trình biến đổi môi trường và tạo ra các khoáng chất mới.
Năm 1987 A.V. Lappo, nhờ vào kiến ​​thức tích lũy được vào thời điểm đó, đã đề xuất cách phân loại chức năng của vật chất sống như sau::
1) năng lượng - hấp thụ năng lượng mặt trời trong quá trình quang hợp và năng lượng hóa học trong quá trình phân hủy các chất;
2) nồng độ - tích lũy có chọn lọc của các yếu tố nhất định;
3) phá hủy - khoáng hóa chất hữu cơ và phân hủy chất vô cơ;
4) Hình thành môi trường – sự biến đổi các thông số lý, hóa của môi trường;
5) vận chuyển - sự vận chuyển các nguyên tố của sinh vật trong quá trình di cư.
Do đó, sinh quyển có thể được hiểu là lớp vỏ bề mặt của Trái đất, được tổ chức bởi vật chất sống. Thành phần cấu trúc quan trọng nhất của sinh quyển là lớp phủ biogeocenotic, bao gồm các biogeocenose có mức độ phức tạp và tiến hóa tiến hóa khác nhau. Biogeocenoses bao gồm chất trơ, vật chất sống và vật chất sinh học. Là một hệ thống trơ ​​sinh học khổng lồ, sinh quyển thực hiện các chức năng năng lượng, địa hóa và hình thành môi trường trên bề mặt Trái đất.

3. Khái niệm chung về sự tiến hóa của sinh quyển.

4. Các loại tác động đặc biệt đến sinh quyển.
Chỉ trong những thập kỷ gần đây, hoạt động của con người mới bắt đầu có tác động rõ rệt đến sinh quyển. Hậu quả của hoạt động kinh tế của con người đã phát triển từ lâu và hiện nay đã giáng xuống nền văn minh.
Vernadsky đã nói: “Con người trở thành một lực lượng địa chất có khả năng làm thay đổi bộ mặt Trái đất”. Những lời này là một lời tiên tri. Nhân loại sử dụng một lượng lớn tài nguyên năng lượng của sinh quyển, cũng như các nguồn năng lượng “phi sinh quyển” (hạt nhân), từ đó đẩy nhanh quá trình địa hóa. Trong thế kỷ 20, tác động của sự phát triển công nghiệp nhanh chóng lên sinh quyển có quy mô tương đương với các quá trình vật chất và năng lượng tự nhiên diễn ra trong sinh quyển.
Tác động của con người đã phá vỡ hầu hết các loại chu trình sinh địa hóa tự nhiên.
Ô nhiễm môi trường do chất thải nguy hại.
vân vân.............

Sự tiến hóa- đây là kết quả của sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố và trên hết là các yếu tố hóa học. Đó là các phản ứng hóa học tạo thành nền tảng của mọi quá trình trong bất kỳ sinh vật nào. Toàn bộ lịch sử phát triển tiến hóa của sinh quyển được xem xét qua hai khoảng thời gian rất dài - hàng thiên niên kỷ, bao gồm hai khoảng - cryptozoic (gr. Kryptos - bí mật) và phanerozoic (gr. Phaneros - mở, gr. Sở thú - sự sống), trong đó xảy ra những thay đổi tiến hóa, chậm chạp trong sinh quyển. Chúng bao gồm các thời đại (lat. Era - sự khởi đầu của niên đại), kỷ nguyên và thời kỳ. Sinh quyển tiến hóa theo nguyên tắc vừa gián đoạn vừa phát triển liên tục. Quá trình thay đổi tiến hóa dần dần ở các sinh vật bị gián đoạn một cách tự nhiên bởi các giai đoạn phát triển và tuyệt chủng nhanh chóng của chúng mà hầu như không có các dạng cổ sinh vật chuyển tiếp.

Động cơ của quá trình tiến hóa là các phản ứng hóa học giữa các hợp chất đơn giản - nước, amoniac, carbon monoxide, formaldehyde với sự tham gia của chất xúc tác - chất vô cơ và chất phóng điện. Kết quả là các cấu trúc phân tử phức tạp được hình thành - axit amin, protein, axit nucleic.

Thông qua sự cải thiện và giảm entropy, các cấu trúc siêu phân tử đã xuất hiện - các bào quan mà từ đó các tế bào được xây dựng. Sau quá trình tiến hóa hóa học 350.000.000 năm trước, quá trình tiến hóa sinh học bắt đầu, dựa trên các quá trình hóa học rất phức tạp trong các vật thể sống và vẫn tiếp tục cho đến ngày nay.

Vì vậy, cơ sở của quá trình tiến hóa là các phản ứng hóa học xảy ra cả trong tế bào và bên ngoài tế bào, trong môi trường.

Đây là mối nguy hiểm cho các quá trình sinh học hiện đại, bởi vì thông qua các hoạt động của con người, môi trường đã bão hòa các hóa chất rất hoạt tính. Chúng tham gia vào các quá trình sinh hóa ở cấp độ tế bào phân tử và gây đột biến ở tế bào, mô và sinh vật. Trong giai đoạn đầu của sự xuất hiện của sự sống, điều này đã góp phần hình thành sự đa dạng của sự sống trong các quá trình sinh học - thời đại tiếp theo. Nhưng ở giai đoạn tiến hóa hiện nay, do hoạt động của con người, một số lượng lớn các chất khác nhau đã phát sinh - xenobiotic, chất gây quái thai, chất gây đột biến, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình tiến hóa.

Các quá trình tiến hóa cơ bản chính xảy ra trong gần 4 tỷ năm, được mô tả trong sơ đồ (Hình 4):

Cơm. 4. Sơ đồ các quá trình tiến hóa sơ cấp

Kỷ nguyên đầu tiên - khảo cổ sinh, hay Archean (gr. Archeo - khởi đầu, ban đầu) - thời đại của sự sống cổ xưa - bắt đầu cách đây khoảng 3500000000 năm và kéo dài khoảng 2 tỷ năm. Trong thời gian này, cùng với sự hình thành lớp vỏ rắn - thạch quyển, là kết quả của các phản ứng hóa học - tiến hóa hóa học, các phân tử protein đầu tiên xuất hiện, sau đó là các sinh vật nguyên thủy - virus, vi khuẩn, tảo xanh lam. Vào cuối thời đại, các tế bào phân biệt thành thực vật và động vật, tức là bắt đầu quá trình phân kỳ - sự khác biệt về tính chất và đặc điểm.

Quá trình này diễn ra mạnh mẽ hơn ở nguyên sinh(gr. - Simple) thời đại - thời đại của cuộc sống đơn giản, nguyên thủy, khi các điều kiện bắt đầu hình thành để thực vật “thoát” lên đất liền. Oxy xuất hiện trong khí quyển - 0,021% (điểm Curie) và sau đó - 0,21% (điểm Pasteur). Các quá trình này tiếp tục trong gần 900.000.000 năm và có hai thời đại tương đương eon cryptozoic.

Kiếp tiếp theo - Phanerozoic tạo thành ba thời đại, kéo dài 600 triệu năm. Nó bắt đầu từ thời đại Paleozoi (gr. Paleo - cũ, cổ đại), kéo dài 350 triệu năm. Kỷ nguyên này bắt đầu bằng một "vụ nổ sinh học", kết quả là cá bọc thép và thực vật trên cạn - psilophytes xuất hiện. Vào cuối kỷ nguyên, khoảng 400 triệu năm trước, nồng độ oxy trong khí quyển đã ở mức hơn 2% và do đó màn chắn ozone bắt đầu hình thành. Nhờ đó, các dạng sống được ổn định, giảm thiểu các đột biến gây chết người và tạo điều kiện cho các dạng sống động vật phát triển tích cực - xuất hiện côn trùng và bò sát. Các đường viền hiện đại của các lục địa hiện nay đang bắt đầu hình thành.

Khoảng thời gian dài này được chia thành sáu thời kỳ: kỷ Cambri (từ tên cổ của tỉnh xứ Wales trong tiếng Anh), kéo dài 70 triệu năm; Kỷ Ordovic(từ tên của bộ tộc Celtic cổ đại) - kéo dài 70 triệu năm; kỷ Silua(từ tên của bộ tộc Celtic) - kéo dài 30 triệu năm; kỷ Devon(từ tên của hạt Devonshire ở Anh) - 60 triệu năm; Carboniferous (từ tiếng Latin - than đá) - kéo dài 50 triệu năm và kỷ Permi - 70 triệu năm.

Tiếp theo - kỷ nguyên thứ tư - Mesozoi(gr. Meso - trung gian), hay kỷ nguyên của sự sống trung gian, được đặc trưng bởi các dạng chuyển tiếp, tức là những dạng tồn tại trên hành tinh ở thời điểm hiện tại. Nó bắt đầu cách đây 250 triệu năm và kéo dài 160 triệu năm, bao gồm ba thời kỳ: Triassic (nhóm Trias - ba ngôi), Jurassic (từ tên các ngọn núi ở Tây Âu - Yurska) và Cretaceous.

Thời đại này được đặc trưng bởi sự lan rộng của các dạng sống khổng lồ - dương xỉ, thực vật hạt trần. Vào cuối kỷ nguyên, điều kiện khí hậu trên hành tinh thay đổi - sự lạnh đi toàn cầu xảy ra, do đó thực vật hạt trần nhường chỗ cho thực vật hạt kín và những loài chim đầu tiên xuất hiện.

Sự tiến hóa hơn nữa của tất cả các sinh vật tiếp tục diễn ra trong kỷ nguyên Kainozoi (gr. - Cực đoan, hiện tại), hay kỷ nguyên của cuộc sống hiện đại. Nó bắt đầu cách đây 90 triệu năm, giống như thời đại trước và bao gồm ba thời kỳ - Paleogen, Neogen, Đệ tứ(hiện đại). Thời đại này vẫn tiếp tục cho đến ngày nay. Việc nó trở nên “cực đoan” hay “cuối cùng” đối với một người sẽ phụ thuộc vào nó. Thời đại này được đặc trưng bởi sự phân bố rộng rãi của các loài thực vật hạt kín, động vật có nhau thai, đặc biệt là con người, xuất hiện vào thời kỳ cuối cùng của nó.

Cơm. 5. Sơ đồ chuyển đổi từ tiến hóa hóa học sang tiến hóa sinh học

Câu hỏi có thể nảy sinh: thời gian tồn tại của một số sinh vật nhất định được xác định như thế nào? Trước hết, bằng cách xác định hàm lượng chất phóng xạ có trong các dư lượng khác nhau. Nồng độ của nguyên tố phóng xạ, đồng vị càng thấp thì vật tìm thấy có nguồn gốc thực vật hoặc động vật càng cũ. Các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất được gọi là phương pháp chì-uranium-thorium hoặc kali-argon, hoặc rubidium-strontium. Mỗi nguyên tố và đồng vị của nó được đặc trưng bởi chu kỳ bán rã được xác định rõ ràng - đây là thời gian mà một nửa lượng chất phóng xạ sẵn có phân rã. Dựa trên hàm lượng đồng vị, chúng phân rã nhanh chóng, xác định khoảng thời gian ngắn và với sự trợ giúp của những chất tồn tại trong thời gian dài, như uranium, thorium - khoảng thời gian địa chất rất dài. Các quá trình tiến hóa được phản ánh dưới dạng sơ đồ trong Hình 2. 5.

Bảng 3. Lịch sử phát triển của tư tưởng tiến hóa

Aristotle 384-322 BC đ.	Xây dựng giả thuyết về sự phát triển của sinh vật từ vật chất vô tri và ý tưởng về “giai đoạn của tự nhiên” trong mối quan hệ với thế giới động vật.
Thời trung cổ 400-1400 chà.	Các lý thuyết về cơ bản đã thừa nhận chủ nghĩa sáng tạo - sự sáng tạo thần thánh của sự sống, con người.
John Ray 1627-1705	Đề xuất khái niệm về loài.
Buffon (1707-1788)	Tin rằng các loại động vật khác nhau có nguồn gốc khác nhau và xuất hiện ở những thời điểm khác nhau. Nhận thức được ảnh hưởng của môi trường và sự kế thừa các đặc điểm có được.
Erasmus Darwin (1731-1802)	Ông đề xuất giả thuyết cho rằng sự sống nảy sinh từ một “sợi dây” duy nhất của sự sáng tạo ra con người.
Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829)	Ông đưa ra giả thuyết về sự kế thừa các đặc điểm có được.
Georges Cuvier (1769-1838)	Sử dụng những thành tựu của cổ sinh vật học. Tạo ra lý thuyết về "thảm họa" làm cơ sở cho sự tiến hóa.
Charles Lyell (1797-1875)	Chứng minh những thay đổi tiến bộ trong di tích hóa thạch.
Charles Darwin (1809-1882)	Xây dựng thuyết tiến hóa là kết quả của chọn lọc tự nhiên.
De Vries (1848-1935)	Ông đã phát hiện ra các đột biến và tin rằng các loài phát sinh là kết quả của chọn lọc tự nhiên.
Gregor Mendel (1822-1884)	Phát hiện ra quy luật di truyền.
Thomas Morgan (1903)	Tạo ra lý thuyết nhiễm sắc thể về di truyền.

Sự sống phát sinh như thế nào, con người được hình thành như thế nào? Những câu hỏi này đã nảy sinh từ rất lâu và chúng luôn được các nhà khoa học, tất cả mọi người quan tâm từ xa xưa. Điều này rất quan trọng đối với khoa học hiện đại vì logic của sự phát triển dần dần chứng minh tính đúng đắn của những ý tưởng và quy luật cơ bản hình thành nên nền tảng của kiến ​​thức.

Với sự trợ giúp của kiến ​​​​thức, bạn có thể tác động đến sự phát triển của các sự kiện tự nhiên, nhưng trong những giới hạn nhất định, mà không vi phạm các quy luật tự nhiên và do đó không vi phạm các quá trình tiến hóa.

Đây chính xác là những phương pháp triết học và sinh thái hiện đại để bảo tồn sự sống trên Trái đất dựa vào đó; chúng là cơ sở cho sự hình thành tư duy sinh thái mới. Các ý tưởng tiến hóa chính được trình bày trong bảng. 3.

Vì vậy, một mặt có thuyết tiến hóa chặt chẽ, dựa trên sự thật, mặt khác có giả thuyết về việc Chúa tạo ra vạn vật. Ngày nay, dù một người có quan điểm gì đi nữa, người ta cũng phải ghi nhớ tầm quan trọng của mình đối với thiên nhiên, sự tham gia của mình vào sự phát triển của nó, trách nhiệm đối với trạng thái tự nhiên. Bây giờ, như V.I. đã viết Vernadsky, bản thân con người và toàn bộ xã hội đã trở thành động lực của sự tiến hóa.

Câu hỏi

1. Tiến hóa là gì, các giai đoạn chính của nó là gì?

2. Hãy mô tả các thời đại, thời kỳ tiến hóa sinh học chính.

3. Bạn biết những ý tưởng tiến hóa cơ bản nào?

4. Khoảng thời gian của các thời đại, thời kỳ và sự tồn tại của sinh vật được xác định như thế nào?

5. Làm thế nào để chứng minh độ tin cậy của các sự kiện tiến hóa hiện có?

Sự phát triển của sinh quyển

Lịch sử của Trái đất quay trở lại khoảng 4,6 tỷ năm. Sự sống xuất hiện cách đây 3,46 tỷ năm, trong kỷ Paleoarchean, dạng sống sớm nhất được tìm thấy trong kỷ nguyên này (các di tích vi khuẩn được bảo quản tốt, Tây Úc). Trong thời gian này, có hàng triệu loài thực vật, động vật nảy sinh và chết đi; những dãy núi cao nhất mọc lên và biến thành cát bụi; Các lục địa khổng lồ hoặc bị tách thành nhiều mảnh và phân tán theo các hướng khác nhau, hoặc va chạm với nhau, tạo thành những khối đất khổng lồ mới. Làm sao chúng ta biết tất cả điều này? Thực tế là, bất chấp tất cả những thảm họa và thảm họa mà lịch sử hành tinh chúng ta có rất nhiều, đáng ngạc nhiên là phần lớn quá khứ hỗn loạn của nó vẫn in dấu trong những tảng đá tồn tại ngày nay, trong những hóa thạch được tìm thấy trong đó, cũng như trong các sinh vật sống trên trái đất hiện nay. Tất nhiên, biên niên sử này là không đầy đủ. Chúng ta chỉ bắt gặp những mảnh vỡ của nó, có những khoảng trống giữa chúng, toàn bộ các chương cực kỳ quan trọng để hiểu những gì thực sự đã xảy ra đều bị loại khỏi câu chuyện. Chưa hết, ngay cả ở dạng rút gọn như vậy, lịch sử Trái đất của chúng ta vẫn có sức hấp dẫn không thua kém bất kỳ tiểu thuyết trinh thám nào.

Cho đến hai tỷ năm trước, mẫu hóa thạch vẫn mang tính đại diện. Và ở cấp độ này, hầu như tất cả các chi và loài vi khuẩn lam chính đều đã tồn tại. Rõ ràng, các đại dương vẫn không có oxy cho đến hai tỷ năm trước, khi Trái đất phân hóa thành lõi và lớp phủ và sắt ngừng chảy vào đại dương. Trong khí quyển, oxy dường như đã bắt đầu tích tụ sớm hơn, vì dữ liệu địa hóa thu được cho thấy oxy xuất hiện trong khí quyển cách đây 2,7-2,8 tỷ năm. Về nguyên tắc, chúng ta có thể nói về sự xuất hiện của vi khuẩn lam cách đây ba tỷ năm, có thể là 3,5, nhưng ở đây câu hỏi không hoàn toàn rõ ràng.

Hai tỷ năm trước, Trái đất hoàn toàn khác với những gì chúng ta thấy ngày nay. Những dòng sông vô hồn chảy dọc theo các lục địa bằng phẳng, các đại dương màu nâu sẫm là nơi cư trú của một số lượng lớn vi khuẩn tế bào, chúng tạo ra stromatolite ở vùng nước nông, giải phóng oxy và bão hòa bầu khí quyển với nó. Và đã có những sinh vật động vật đơn bào đầu tiên sinh sống trong chất nhầy màu xanh lam này, nơi có hàm lượng oxy cao.

Trái đất đơn điệu và rất có thể là màu xám. Cho đến hai tỷ năm trước, bầu trời vẫn khác – màu nâu sẫm. Và hai tỷ năm trước, bầu trời bắt đầu chuyển sang màu xanh, các đại dương không còn sắt và chúng cũng bắt đầu giống với những đại dương hiện đại.

Lõi trái đất đang co lại nhanh chóng. Do các phản ứng hạt nhân và sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ, một lượng nhiệt lớn được giải phóng trong lòng Trái đất đến nỗi những tảng đá hình thành nên nó tan chảy. Các chất nhẹ hơn giàu silicon, một khoáng chất giống như thủy tinh, được tách ra khỏi sắt và niken đậm đặc hơn trong lõi trái đất để tạo thành lớp vỏ đầu tiên. Sau khoảng một tỷ năm, khi Trái đất nguội đi đáng kể, lớp vỏ Trái đất cứng lại thành lớp vỏ cứng bên ngoài của hành tinh chúng ta, bao gồm những tảng đá rắn. Khi Trái đất nguội đi, nó thải ra nhiều loại khí khác nhau từ lõi. Điều này thường xảy ra trong các vụ phun trào núi lửa. Các loại khí nhẹ, chẳng hạn như hydro hoặc heli, hầu hết đều thoát ra ngoài vũ trụ. Tuy nhiên, lực hấp dẫn của Trái đất đủ mạnh để giữ các loại khí nặng hơn ở gần bề mặt của nó. Chúng hình thành nên nền tảng của bầu khí quyển trái đất. Một phần hơi nước từ khí quyển ngưng tụ và các đại dương xuất hiện trên Trái đất. Bây giờ hành tinh của chúng ta đã hoàn toàn sẵn sàng trở thành cái nôi của sự sống.

Vật chất sống luôn luôn, trong suốt thời gian địa chất, đã và vẫn là một phần không thể thiếu của sinh quyển, là nguồn năng lượng được nó thu giữ từ bức xạ mặt trời - một chất ở trạng thái hoạt động, có ảnh hưởng lớn đến tiến trình và hướng đi của các quá trình địa hóa. của các nguyên tố hóa học trên khắp vỏ trái đất.

V. I. Vernadsky

Sự phát triển của các hợp chất hữu cơ, giống như vật chất sống, có liên quan mật thiết đến nước.

Theo một số nhà nghiên cứu, trong giai đoạn đầu phát triển, sự sống không gắn liền với từng sinh vật sống mà được biểu hiện ở một vật chất sống duy nhất. Theo V.I. Sự đa dạng của các chức năng địa hóa của vật chất sống bắt nguồn từ thực tế là bất kỳ tế bào nào, ngay cả tế bào nguyên thủy nhất, sống trong môi trường nước, biển, đều có liên hệ chặt chẽ với tất cả các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn. Về mặt tự nhiên, những sinh vật nguyên thủy này không chọn lọc tất cả các yếu tố trong quá trình sống mà chủ yếu chọn lọc những yếu tố có lợi cho sự phát triển và cải thiện một số quá trình sinh lý của chúng.

Về vấn đề này, V.I. Vernadsky lưu ý: “Kết luận về sự cần thiết của các chức năng địa hóa cực kỳ đa dạng đồng thời trong sinh quyển của các đại diện sự sống là điều kiện chính cho sự xuất hiện của nó. Dù hình dáng bên ngoài này có thể như thế nào, nó phải được thể hiện không phải bằng một tập hợp các cá thể không thể phân chia của một loài, mà bằng một tập hợp nhiều loài, về mặt hình thái thuộc về các lớp sinh vật được phân chia rõ ràng khác nhau, hoặc một dạng vật chất sống đặc biệt được giả định là khác với loài mà chúng ta chưa biết đến. Khả năng thực hiện đầy đủ tất cả các chức năng địa hóa của các sinh vật trong sinh quyển bởi các sinh vật đơn bào khiến cho có thể đây là sự xuất hiện đầu tiên của sự sống...

Do đó, sự xuất hiện đầu tiên của sự sống trong quá trình hình thành sinh quyển lẽ ra không phải xảy ra ở dạng xuất hiện của một loại sinh vật nào đó mà ở dạng tổng hợp tương ứng với các chức năng địa hóa của sự sống. Biocenoses lẽ ra phải xuất hiện ngay lập tức” (tr. 87).

Có thể giả định rằng sự tiến hóa hóa học trong tinh vân vũ trụ với vai trò ngày càng tăng của các phản ứng xúc tác có thể dẫn đến sự hình thành các phân tử ADN. Tuy nhiên, việc thực hiện các chức năng của nó hóa ra chỉ có thể thực hiện được trong Trái đất, nơi dựa trên sự phát triển của vật chất sống, sinh quyển sơ khai được hình thành như một sự kết hợp của các điều kiện thuận lợi cho sự sống từ các hệ thống trơ ​​sinh học và chính vật chất sống. Trong các phần còn lại của Hệ Mặt trời, quá trình tiến hóa hóa học hóa ra đã bị đóng băng.

Hiện nay, sự phân chia rõ ràng các sinh vật thành tự dưỡng và dị dưỡng theo phương pháp dinh dưỡng đã được chấp nhận. Tuy nhiên, trong sinh quyển sơ khai của Trái đất, tỷ lệ sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng là khác nhau. Chính xác thì chúng ta vẫn chưa biết. Điều duy nhất có thể giả định là sinh quyển tự dưỡng quang hợp, được ghi nhận bởi dữ liệu địa hóa đồng vị 4 tỷ năm trước, là một sự hình thành thứ cấp và phát sinh trên cơ sở sinh quyển thuộc loại sinh địa hóa khác.

Thật vậy, một nghiên cứu chi tiết về quá trình quang hợp đã chỉ ra rằng nó rất phức tạp. Quá trình này không thể là quá trình đầu tiên trong lịch sử vật chất sống. Do đó, mọi giả thuyết về tính ưu việt của sinh vật tự dưỡng hóa ra đều không thể đứng vững được. Dưới ánh sáng của dữ liệu hiện đại, một ý tưởng đang nổi lên về tính ưu việt của hình thức trao đổi chất dị dưỡng ở sinh vật sơ cấp. Lập luận sau đây có thể được đưa ra để biện minh cho tính ưu việt của dinh dưỡng dị dưỡng.

1. Tất cả các sinh vật hiện đại đều có hệ thống thích nghi với việc sử dụng các chất hữu cơ làm sẵn làm vật liệu xây dựng ban đầu cho quá trình sinh tổng hợp.

2. Phần lớn các loài sinh vật trong sinh quyển hiện đại của Trái đất chỉ có thể tồn tại khi được cung cấp liên tục các chất hữu cơ làm sẵn.

3. Ở các sinh vật dị dưỡng không có dấu hiệu hoặc tàn dư thô sơ của các phức hợp enzym cụ thể và các phản ứng sinh hóa cần thiết cho phương pháp dinh dưỡng tự dưỡng. Đối số cuối cùng là quan trọng nhất. Như vậy, lập luận trên chỉ ra bản chất thứ cấp của đời sống quang hợp tự dưỡng trong sinh quyển trên hành tinh chúng ta.

Dựa trên những điều đã nói ở trên, chúng ta có thể kết luận rằng sinh quyển sơ cấp của hành tinh chúng ta, thứ nhất, chỉ giới hạn ở môi trường nước, thứ hai, nó bão hòa với các sinh vật dị dưỡng ăn các chất hữu cơ hòa tan trong nước, trước đây phát sinh chủ yếu trong điều kiện hóa học vũ trụ. . Thời gian tồn tại của sinh quyển như vậy rất có thể chiếm một khoảng thời gian địa chất ngắn.

Các sinh vật dị dưỡng sơ cấp, sở hữu các đặc tính của vật chất sống, nhân lên nhanh chóng và, một cách tự nhiên, nhanh chóng cạn kiệt cơ sở dinh dưỡng của chúng. Vì vậy, khi đạt sinh khối tối đa, chúng phải chết đi hoặc chuyển sang phương pháp dinh dưỡng quang hợp tự dưỡng. Phương pháp kiếm ăn mới này đã góp phần làm phát tán nhanh chóng các sinh vật gần bề mặt của các hồ chứa chính. Tuy nhiên, bề mặt sơ cấp của Trái đất mới sinh, thiếu oxy tự do, đã bị chiếu xạ bởi bức xạ cực tím từ Mặt trời. Do đó, G. Gaffron thừa nhận rằng các cơ chế quang hóa sơ cấp tham gia vào quá trình tổng hợp tuần tự các chất hữu cơ và sau đó là của các sinh vật sống, ban đầu sử dụng bức xạ ở vùng cực tím của quang phổ. Chỉ sau khi xuất hiện màn chắn ozone do sự xuất hiện của oxy tự do là sản phẩm phụ của quá trình quang hợp tương tự, quá trình quang hợp tự dưỡng mới bắt đầu sử dụng bức xạ trong phần nhìn thấy được của quang phổ mặt trời. Theo nhà sinh vật học nổi tiếng của Liên Xô M. M. Kamshilov, rất có thể sự sống đã phát triển như một chu trình của các chất có sự tương tác chặt chẽ giữa các sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng. Bức xạ mặt trời là yếu tố năng lượng chính của sự sống và sự xuất hiện của nó bao gồm việc thiết lập các quá trình trao đổi chất tròn sử dụng các photon ánh sáng.

Các vi sinh vật dị dưỡng sơ cấp chỉ sống ở các vùng nước cổ xưa trong một thời gian. Sau đó, chúng bị đẩy sang một bên bởi các sinh vật quang tự dưỡng, tạo ra oxy tự do, trở thành kẻ hủy diệt thực sự đối với các sinh vật dị dưỡng. Có thể giả định rằng trong đại dương sơ khai đã diễn ra cuộc đấu tranh giữa các sinh vật sơ cấp và thứ cấp. Nước được làm giàu bằng hydro sunfua có ít oxy tự do. Nó đi vào quá trình tổng hợp hóa học của một số sinh vật và được hấp thụ bởi các chất khoáng chưa bị oxy hóa của đại dương và thạch quyển nguyên sinh. Cuộc đấu tranh sinh tồn diễn ra giữa các sinh vật phù du quang hợp ở phần được chiếu sáng của biển và các sinh vật hấp thụ oxy trong quá trình tổng hợp hóa học và phân hủy dư lượng hữu cơ. Đây trở thành một trong những nguyên nhân chính quyết định lượng oxy tự do trong sinh quyển. Cuộc đấu tranh này kết thúc với chiến thắng thuộc về các sinh vật tự dưỡng quang hợp, về cơ bản đã đẩy hệ vi sinh vật kỵ khí vào vùng hình thành phù sa biển sâu. Nhìn chung, sự phát triển của các chức năng oxy hóa diễn ra với sự gia tăng thế oxy hóa khử.

Hiện tại, dựa trên một số dữ liệu địa hóa, chúng ta có thể khôi phục một cách định tính thành phần của khí quyển sơ cấp và thủy quyển như môi trường cho nguồn gốc và sự phát triển của sự sống sơ khai. Nước và các khí khí quyển sơ cấp nằm trong số các chất dễ bay hơi của hành tinh chúng ta, và điều tự nhiên là lịch sử của chúng gắn liền với một quá trình khử khí duy nhất của lớp phủ sơ cấp. Một số thành phần hiện nay tạo nên đá trầm tích, thủy quyển và khí quyển thực sự là những chất dễ bay hơi. Nếu chúng ta so sánh lượng của chúng trong toàn bộ phức hợp đá trầm tích, thủy quyển và khí quyển với lượng có thể được giải phóng trong quá trình phong hóa và xử lý đá lửa kết tinh của vỏ trái đất, chúng ta sẽ thấy một sự khác biệt lớn, mà V. Rubi đề xuất gọi là sự dư thừa của chất dễ bay hơi.

Sự dư thừa chất dễ bay hơi là một giá trị khá ấn tượng và, trong các thành phần riêng lẻ, vượt quá hàng chục, thậm chí hàng trăm lần vật chất dễ bay hơi từ sự phong hóa của đá lửa gốc của thạch quyển. Lượng hơi dễ bay hơi dư thừa là H2O gấp 128 lần, CO2 gấp 83 lần và Cl gấp 60 lần so với lượng hơi mà lớp vỏ sơ cấp của trái đất có thể tạo ra trong quá trình phá hủy hoàn toàn mạnh mẽ. Thành phần của chất bay hơi dư thừa rất gần với thành phần của khí núi lửa.

Ngay cả khi CO2 trong các núi lửa đang hoạt động phát sinh do sự phân hủy nhiệt của cacbonat, thì trong trường hợp này, nó được mượn từ bầu khí quyển trước đó trong quá trình hình thành các loại đá trầm tích cacbonat cổ xưa nhất.

Theo thứ tự phân bố, khí núi lửa có thành phần là H2O, CO2, N2. Với thành phần khí quyển như vậy, sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ và đặc biệt là sự xuất hiện của chúng là không thuận lợi về mặt nhiệt động: bất kỳ hợp chất hữu cơ nào bao gồm H, C, N, O đều kém ổn định hơn các thành phần chính của khí quyển sơ cấp được liệt kê ở trên.

Trong quá trình hình thành khí quyển sơ cấp và đại dương, các chất hữu cơ khá phức tạp nằm ở lớp phủ sơ khai tiếp xúc chặt chẽ với các hạt silicat rắn, sau này có thể đóng vai trò là chất xúc tác mạnh trong quá trình hình thành các hợp chất ngày càng phức tạp.

Dữ liệu về khí núi lửa chỉ ra khá rõ ràng rằng vụ phun trào giải phóng nitơ phân tử (N2), chứ không phải amoniac; do đó, amoniac chưa bao giờ là thành phần chính của bầu khí quyển trái đất.

Người ta đã lưu ý rằng thời gian tồn tại của sinh quyển dị dưỡng là cực kỳ ngắn, do đó trữ lượng chất hữu cơ trong các bể chứa sơ cấp không thể được tái tạo giống như trữ lượng của các sinh vật tự dưỡng. Đúng vậy, có thể giả định rằng xác của các sinh vật dị dưỡng vẫn liên tục được bổ sung nguồn cung cấp chất hữu cơ bổ dưỡng. Vì vậy, có sự cân bằng giữa các sinh vật dị dưỡng sống và phần còn lại bị phân hủy của chúng.

Từ những điều trên, chúng ta có thể cho rằng nguồn vật chất sống và nước là duy nhất, hay chính xác hơn là nguồn chất bay hơi trên Trái đất và chất hữu cơ là duy nhất. Đây là những chân trời phía trên của lớp phủ, hình thành chủ yếu do sự bồi tụ của vật chất sơ cấp như chondrit cacbon. Đồng thời, người ta không thể đơn giản xác định vật liệu của lớp phủ sơ cấp phía trên của Trái đất với vật liệu chondrit chứa cacbon. Chúng ta chỉ có thể nói về những điểm tương tự gần gũi, vì thành phần của các vùng riêng lẻ của tinh vân mặt trời chính phụ thuộc vào khoảng cách nhật tâm.

Bầu khí quyển chính của Trái đất, nơi có mối liên hệ với sự sống ban đầu theo cách này hay cách khác, có thể được tái tạo bằng cách so sánh nó với bầu khí quyển của các hành tinh trên mặt đất khác, chẳng hạn như Sao Kim hoặc Sao Hỏa. Với sự ra đời của quá trình quang hợp và oxy tự do, bầu khí quyển ban đầu của Trái đất đã thay đổi hoàn toàn.

Trình độ hiểu biết hiện tại cho phép chúng ta chấp nhận giả thuyết rằng sự tiến hóa hóa học trong tinh vân tiền hành tinh với vai trò ngày càng tăng của các phản ứng xúc tác và phóng xạ trong giai đoạn làm mát cuối cùng có thể không chỉ dẫn đến sự hình thành các hợp chất hữu cơ phức tạp, mà còn là một thực tế thực sự đã được chứng minh, nhưng cũng có sự xuất hiện của các phân tử DNA.

Cần nhấn mạnh một tình huống quan trọng: quá trình tiến hóa sinh học của sinh quyển mới nổi đã đi theo con đường không thể đảo ngược, từ đơn giản đến phức tạp. Tình huống này đã được nhà cổ sinh vật học nổi tiếng người Bỉ L. Dollo (1857-1931) chú ý vào năm 1893, người đã xây dựng quy luật về sự tiến hóa không thể đảo ngược. Theo quy luật này, cơ thể không thể trở lại, ít nhất một phần, trạng thái đặc trưng của tổ tiên. Hơn nữa, khi đề cập đến Charles Darwin, ông lưu ý rằng sự biến đổi tiến hóa của các sinh vật xảy ra do sự hợp nhất dưới tác động của chọn lọc tự nhiên gây ra bởi cuộc đấu tranh cho sự tồn tại của các biến thể cá thể hữu ích. Tất cả các loài thực vật và động vật kể từ khi xuất hiện trên Trái đất đều có nguồn gốc từ quy luật cơ bản này.

Tính không thể đảo ngược của quá trình tiến hóa sinh học đương nhiên giả định rằng chính quá trình xuất hiện của vật chất sống và sinh quyển diễn ra trong những điều kiện không thể đảo ngược. Quá trình không thể đảo ngược điển hình nhất có thể được coi là phóng xạ. Vai trò có thể có của nó trong việc tổng hợp các chất hữu cơ đã được ghi nhận. Phóng xạ là đặc tính chung và sâu sắc nhất của vật chất, phản ánh quá trình hình thành hạt nhân trước khi hình thành Hệ Mặt trời. Phóng xạ đã tạo ra phông bức xạ tự nhiên trong đó quá trình tiến hóa hóa học diễn ra cả trong không gian và trên Trái đất sơ khai. Trở lại năm 1926, người ta đã xác định rằng khi chiếu xạ khí metan, quá trình trùng hợp hydrocarbon xảy ra với sự hình thành các phân tử đa nguyên tử ngày càng phức tạp.

Vai trò của phóng xạ đối với sự phát triển của sự sống trên Trái đất là một vấn đề mà chúng ta chỉ mới bắt đầu tiếp cận gần đây. Ảnh hưởng của phóng xạ lên sinh vật sống đã giảm dần theo thời gian địa chất. Trong trường hợp này, chúng ta phải bắt đầu từ thực tế là tảo và vi khuẩn có tổ chức đơn giản chịu đựng được liều phóng xạ cao hơn đáng kể so với các dạng động vật và thực vật có tổ chức cao. Từ đó, chúng ta có thể giả định rằng độ nhạy phóng xạ thấp hơn của các dạng sống đơn giản có liên quan đến sự xuất hiện của chúng trong thời kỳ đầu phát triển của sinh quyển, khi độ phóng xạ của môi trường cao hơn hiện đại.

Sự kiện chính trong quá trình hình thành các sinh vật đầu tiên là sự hình thành các phân tử DNA xoắn ốc, trong điều kiện có nhiều chất hữu cơ, có thể là một quá trình tương đối nhanh chóng. Tuy nhiên, rõ ràng, không chỉ một sinh vật, mà cả vật chất sống cũng nảy sinh. Và chỉ rất lâu sau, nó mới được chia thành các dạng hình cầu riêng lẻ, trở thành tổ tiên của các sinh vật.

trong tương lai V. quá trình phức tạp xảy ra trong vật chất sống. Một sự thay đổi về chất đã xảy ra trong quá trình tiến hóa của vật chất sống, liên quan đến tính chính xác của việc tái tạo axit nucleic như một quá trình mã hóa để tổng hợp protein, vượt trội hơn đáng kể so với các hợp chất hữu cơ khác về đặc tính xúc tác sinh học của chúng.

Trong quá trình sinh sản, các sinh vật mới chiếm toàn bộ không gian thích hợp cho sự sống, đây là điều kiện quan trọng để hoàn thành quá trình hình thành toàn bộ sinh quyển. V.I. Vernadsky đưa ra nguyên lý bất biến sinh khối của vật chất sống, mở rộng nó cho toàn bộ lịch sử của hành tinh. Nguyên tắc này đã và vẫn là một khái quát khoa học sâu sắc. Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng nó có tầm quan trọng tương đối. Sự căng thẳng lớn nhất của cuộc sống, thể hiện ở tốc độ sinh sản cao của các sinh vật nhỏ nhất, dẫn đến sự cân bằng hành tinh giữa quá trình sản xuất tự nhiên của vật chất sống và sự phân hủy của nó. Do đó, bây giờ sẽ chính xác hơn khi nói về một xu hướng lâu dài hướng tới việc thiết lập sự ổn định của sinh khối trong những khoảng thời gian địa chất nhất định, thậm chí có lẽ là đáng kể.

Theo sinh học phân tử, vi khuẩn cổ đại được đại diện bởi các sinh vật dị dưỡng sinh sôi trong môi trường có nhiều chất dinh dưỡng hữu cơ và khoáng chất. Những chất dinh dưỡng này bao gồm ít nhất là ribose, deoxyribose, phosphate, purin và tiền chất của chúng, pyrimidine, cùng nhiều loại axit amin protein và phi protein. Ở giai đoạn đầu của quá trình phát triển của Trái đất, Na, K và Ca photphat có lẽ đã có mặt với số lượng vừa đủ dưới dạng sản phẩm của quá trình phong hóa của các loại đá đầu tiên. Ngoài ra, nhiều hợp chất chưa biết hoặc chưa được xác định, bao gồm một số polyme dài có nhựa, có thể đã được sử dụng làm thực phẩm.

Các sinh vật đầu tiên được đặc trưng bởi quá trình biến đổi enzyme của các chất hữu cơ - lên men, trong đó các chất hữu cơ khác là chất nhận điện tử. Việc thực hiện những biến đổi như vậy trong quá trình trao đổi chất trung gian ở hầu hết các sinh vật là một lập luận ủng hộ tính cổ xưa của các quá trình này.

Trong sinh quyển dị dưỡng sơ khai của Trái đất, các sinh vật có khả năng hấp thụ carbon dioxide bằng năng lượng của tia mặt trời đã sớm xuất hiện. Theo L. Margelis, quá trình cố định sinh tổng hợp carbon dioxide, rất phổ biến trong bầu khí quyển sơ cấp của Trái đất, xảy ra theo ba cách.

Sự cố định đầu tiên, nguyên thủy nhất là đặc điểm của một nhóm lớn vi sinh vật không nhạy cảm với ánh sáng khả kiến. Thứ hai phát sinh với sự tham gia của phosphonolpyruvate carboxylase, được quan sát thấy ở vi khuẩn quang hợp kỵ khí. Quá trình cố định CO2 lần thứ ba được thực hiện với sự tham gia của ribilose biophosphate - carboxylase. Nó vốn có ở nhiều sinh vật hiếu khí và là điển hình của hầu hết các sinh vật quang hợp và hóa tự dưỡng. Quá trình cố định nitơ khí quyển phát triển gần như đồng thời. Đây là một quá trình kỵ khí tiêu tốn năng lượng chỉ có ở sinh vật nhân sơ.

Hệ thống sắc tố quang hợp được hình thành ở sinh vật nhân sơ ngay cả trước khi sinh vật nhân sơ trở thành lạp thể nhân chuẩn do sự cộng sinh. Có thể giả định rằng quá trình quang hợp với việc giải phóng oxy tự do ban đầu không xảy ra ở thực vật xanh mà ở vi khuẩn quang hợp và tảo xanh lam tiết ra nó.

Sự phát triển của sinh quyển Trái đất có thể coi là một sự thay đổi liên tiếp gồm ba giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên - phục hồi - bắt đầu trong điều kiện không gian và kết thúc trên Trái đất với sự xuất hiện của sinh quyển dị dưỡng. Giai đoạn đầu tiên được đặc trưng bởi sự xuất hiện của các vi khuẩn kỵ khí hình cầu nhỏ. Chỉ còn dấu vết của oxy tự do. Chế độ quang hợp ban đầu về cơ bản là kỵ khí. Quá trình cố định nitơ phát triển khi một số bức xạ cực tím xuyên qua khí quyển và nhanh chóng phân hủy amoniac hiện diện.

Giai đoạn thứ hai - oxy hóa yếu - được đánh dấu bằng sự xuất hiện của quá trình quang hợp. Nó tiếp tục cho đến khi hoàn thành quá trình lắng đọng và tích tụ các thành tạo chứa sắt dạng dải của Tiền Cambri. Quá trình quang hợp hiếu khí bắt đầu từ tổ tiên của vi khuẩn lam. Oxy được tạo ra bởi các sinh vật xây dựng stromatolites . Nhưng oxy tích lũy rất ít trong khí quyển vì nó phản ứng với sắt hòa tan trong nước. Trong trường hợp này, các oxit sắt kết tủa, tạo thành các dạng sắt dạng dải thuộc thời kỳ Tiền Cambri. Chỉ đến khi đại dương không còn sắt và các kim loại hóa trị khác thì nồng độ oxy mới bắt đầu tăng lên mức như hiện nay.

Giai đoạn thứ ba được đặc trưng bởi sự phát triển của sinh quyển quang tự dưỡng oxy hóa. Nó bắt đầu với sự lắng đọng hoàn toàn của thạch anh chứa sắt có dải khoảng 1800 triệu năm trước, trong quá trình tạo sơn Karelian-Svecofennian. Giai đoạn phát triển sinh quyển này được đặc trưng bởi sự hiện diện của một lượng oxy tự do đủ cho sự xuất hiện và phát triển của động vật tiêu thụ nó trong quá trình hô hấp.

Hai giai đoạn cuối cùng trong quá trình phát triển của sinh quyển được ghi lại trong biên niên sử đá về lịch sử địa chất. Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn xa xôi và bí ẩn nhất, và việc giải mã lịch sử của nó gắn liền với việc giải quyết các vấn đề chính của hóa học hữu cơ.

Một số sinh vật tiền Cambri sớm, chẳng hạn như tảo xanh lục và vi khuẩn pyano, đã thay đổi rất ít trong quá trình lịch sử địa chất. Có thể giả định rằng những sinh vật đơn giản nhất có khả năng tồn tại ổn định nhất (từ tiếng Latin Persiste - I Persist). Về cơ bản, trong suốt lịch sử Trái đất, không có lý do gì để một số vi sinh vật biển, đặc biệt là tảo và vi khuẩn xanh lục thay đổi nhiều.