Многообразие видов на Земле. Функции живого вещества планеты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра … Контрольная работа.

Многообразие видов на Земле. Функции живого вещества планеты.

выполнила:

студентка …-го курса

… факультета

…

 проверил:

...

САМАРА 2004

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ.

 

1. ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.

2. МНОГООБРАЗИЕ ВИДОВ НА ЗЕМЛЕ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ.

В 1916-м году, когда отечественный ученый В. И. Вернадский ввел в науку представление о «живом веществе», это совершенно изменило господствующее до того времени научное мировоззрение. Именно с этого момента начинается пересмотр основных положений современной науки о Земле и целого ряда прилегающих к ней частных естественнонаучных дисциплин.

Прежде принято было считать, что все живое произошло просто путем постепенного усложнения инертной материи Земли. Однако Вернадский признает подобные мнения несостоятельными и на новом витке естествознания возвращается к теории Ж. Л. Бюффона, в соответствии с которой вся вселенная пронизана вечными и неуничтожимыми органическими частицами, а количество жизни на Земле постоянно. Из этих предпосылок следовало, что именно живое состояние материи является ее главным и основным состоянием. В заметках, которые были написаны в период с 1917-го по 1921 годы, и вышли через 60 лет в виде книги «Живое вещество», Вернадский так определяет это сове новое понятие:

«Я буду называть живым веществом совокупность организмов,

участвующих в геохимических процессах. Организмы, составляющие совокупность, будут являться элементами живого вещества. Мы будем при этом обращать внимание не на все свойства живого вещества, а только на те, которые связаны с его массой (весом), химическим составом и энергией. В таком употреблении «живое вещество» является новым понятием в науке. Я сознательно не пользуюсь новым термином, а употребляю старый, придавая ему не совсем обычное, строго определенное содержание».[1]

По теории Вернадского, не только горные породы и ископаемые, но и атмосфера Земли в целом является результатом жизнедеятельности бактерий, растений и животных. Связь между геологическими структурами и органической жизнью, как правило, не доступна прямому наблюдению, не наглядна и завуалирована. Это связано с тем, что такого рода процессы характеризуются чрезвычайно длительными периодами времени. Тем не менее, такая связь существует, и при достаточной настойчивости исследователя всегда удается отыскать первопричину – чаще всего этот процесс в своем ядре содержит химическое воздействие одного или нескольких организмов на протяжении большого времени.

Возможны три принципиально различных ответа на вопрос о происхождении жизни и, соответственно, о функциях живого вещества.

Первый в конечном счете сводится к постулату о вечности жизни и, следовательно, о ее космическом происхождении. Второй так или иначе основывается на предпосылке о сугубо земном происхождении жизни и, соответственно, всего многообразия видов живого, которое мы можем наблюдать на нынешнем этапе эволюции.

Однако, и в том, и в другом случае, оба возможных варианта ответа на вопрос о происхождении жизни являются не более чем гипотезами. А поэтому, для того, чтобы приблизиться к истине, ученым было необходимо оставить эти слишком абстрактные и умозрительные ответы в стороне и основываться на бесспорных, непротиворечивых тезисах. Данные тезисы должны вытекать из многократно доказанных фактов, которые в силу этого обстоятельства уже не подлежат сомнению.

В своем труде «Биосфера» В.И. Вернадский выдвигает шесть таких основополагающих обобщений.

1)   В условиях Земли еще никогда не наблюдался факт зарождения живого из неживого.

Данный тезис ярко демонстрирует отличие эмпирического обобщения не только от гипотезы, но и от любого чисто теоретического постулата. В нем не утверждается, что зарождение живого от неживого в принципе невозможно, но утверждается только, что что в пределах наших наблюдений таких фактов нет.

2)   В геологической истории нет эпох отсутствия жизни

3)   Современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмом

4)   В современную геологическую эпоху живое вещество так же влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи

5)   Существует постоянное количество атомов, захваченных в данный момент живым веществом

6)   Энергия живого вещества есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца

1. ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.

Два самых распространенных варианта ответа на вопрос о характере происхождения жизни распадаются на три разных решения этой проблемы.

1)   Жизнь зародилась на Земле при космических стадиях ее истории в таких уникальных условиях, которые в позднейшие геологические эпохи уже больше не повторялись.

2)   Жизнь извечна, то есть она существовала на Земле и в космические эпохи ее прошлого.

3)   Жизнь, извечная во вселенной, явилась новой на Земле. Другими словами, в этой концепции утверждается, что зародыши жизни заносились на Землю извне постоянно. Но укрепились они на нашей планете только тогда, когда на Земле сложились благоприятные для этого условия.

В. И. Вернадский и целый ряд его последователей, влиятельных современных ученых, принимают третий вариант, то есть гипотезу о космическом переносе латентных форм жизни, так как, согласно Вернадскому, «жизнь есть явление космическое, а не специально земное»[2]. Именно эта теория породила представление о едином живом веществе, обладающем внеземной природой. Важным моментом в этой теории оказывается привнесение на Землю живого вещества из глубин космоса. Но этот источник был привнесен не в молекулярном плане (то есть не в виде совокупности живых молекул), а в форме постоянно действующих во вселенной биологических полей. Функционирование этих полей таково, что живые молекулы формируются везде, где имеются для этого необходимые условия. В последнее время появились доказательства реального существования этого всепроникающего биологического поля.

Целый ряд известных научных опытов и открытий время от времени подтверждают гипотезу об изначальности и вечности живого вещества.

Некоторое время назад палеонтологи обнаружили структуры явного геологического облика из пород, возраст которых ориентировочно равен 3,8 миллиарда лет. Причем нет никаких оснований думать, что в данном случае обнаружен самый начальный этап жизни. Никто не может поручиться, что с развитием палеонтологических методов не найдутся еще более древние следы жизни. Родственным этому открытию является другое, уже из биогеохимической области: о постоянстве соотношения двух изотопов углерода в земной коре. Это открытие означает, что на протяжении всей геологической истории живое вещество контролирует земной цикл углерода, так как один из углеродов – биогенный.

В другом опыте ученые взяли живые клетки крови и в виде раствора добавили к ним антитела. Как и ожидалось, в результате происходил процесс дегранулирования (деструктурации) живых клеток, и они погибали. Затем эти тела начинали разбавлять водой и вновь добавляли к клеткам крови. В результате клетки вновь распадались. Но сенсационность этого опыта заключалась в том, что предел, после которого антитела перестают действовать (так как их концентрация становится ничтожно малой) так и не был найден. Исследователи посредством огромного числа опытов довели растворение до невероятной концентрации, которая значительно превышает количество элементарных частиц во всей вселенной. Но даже и в такой концентрации сыворотки продолжали действовать.

Это казалось тем более невероятным, что в растворе заведомо не могло существовать ни одной молекулы активного вещества, и тем не менее дегрануляция продолжалась. Перед учеными встал вопрос: каким образом переносится информация в данном случае, если уже отсутствуют даже следы материального носителя этой информации? В результате этого опыта было установлено, что биологическая информация может передаваться не только при помощи молекул, но и каким-то принципиально другим путем. Этот неучтенный агент является переносчиком биологического поля.

Но, пожалуй, главное обстоятельство, свидетельствующее в пользу тезиса о вечности живого вещества и невыводимости его из вещества неживого, связано со следующими его функциями.

Живое вещество существует только в образе биосферы большого тела, отдельные части которого выполняют взаимоподдерживающие и взаимодополняющие функции, как бы оказывающие друг другу услуги по поддержанию жизни. Если есть организмы, накапливающие некоторые вещества, то логично предположить, что должны также существовать и организмы с противоположной биогеохимической функцией, для поддержания равновесия. Эти организмы второго вида разлагают данное вещество до простых минеральных составляющих, снова затем пускаемых в оборот.

Далее, если есть окисляющие бактерии, значит, должны быть – и они всегда есть – восстанавливающие бактерии. Один или несколько организмов сколько-нибудь долго продержаться на Земле не смогут. Можно привести интересный и показательный пример, подтверждающий взаимодополняющие функции живого вещества. Когда создавались первые космические корабли для длительных полетов, то конструкторы этих кораблей первыми ощутили необходимость ввести системы, выполняющие самоподдержание жизни на борту: как бы «почки», «легкие», и т.п. для корабля. Тем самым они выполняли функции, аналогичные функциям живого вещества в природе.

В большом космическом корабле по имени Земля если что и неизменно, то это функции жизни. И недаром Вернадский, назвав поначалу биосферу «механизмом», в дельнейшем отказался от этого слова, заменив его на более адекватное – организм. Вернадский считал константным количество атомов, захваченный в жизненный круговорот. Точнее, количество атомов считалось колеблющимся около какой-то средней величины. Именно на этом основании современные ученые, взявшие на вооружение гипотезу о вечности и космическом происхождении жизни, опровергают расхожие представления о том, что в невообразимо далекие времена жизнь была хилой и слабой, ютящейся разве что в каких-то отдельных оазисах.

Далее, учеными были сделаны расчеты скорости захвата организмами пространства: применительно к бактериям она оказалась сравнима со скоростью звука в воздушной среде. Известно также, что они способны нарастить массу, равную по весу земному шару, в течение нескольких суток. И даже слон, наиболее медленно размножающийся из всех животных, способен сделать это за 1300 лет, то есть, с геологической точки зрения, практически мгновенно.

Хрестоматийные и расхожие представления, почерпнутые из школьных учебников, основаны на мысли о «начале» и о постепенной эволюции жизни, о ее развитии от более простых и примитивных форм, по восходящей, ко все более и более сложным. Но в эволюции, когда ее представляют таким образом, упускаются некоторые существенные моменты, например: неизменность целого ряда организмов на протяжении всей истории биосферы. К таким упорно не желающим эволюционировать организмам относятся, так называемые прокариоты, или дробянки. В отличие от всего остального живого мира, в их клетках нет ядра.

Несмотря на такую примитивность, а, может быть, именно благодаря ей, прокариоты оказываются настолько вездесущи, что «встроены» почти в каждую химическую реакцию, происходящую на поверхности, в так называемой коре выветривания, в недрах, в горячих источниках, а также в воде и вулканических выбросах. На каком-нибудь участке реакции помещается живое вещество, превращая тем самым геохимическую картину в биогеохимическую, порождая необратимость этих реакций и приводя их к какому-нибудь результату. А поскольку скорость деления этих прокариотов огромна, то и плоды их биогеохимической работы ошеломляющи. Например, это можно сказать о запасах руд Курской магнитной аномалии или Чиатурского марганцевого бассейна. Везде, где наблюдается повышенное содержание какого-либо химического элемента по сравнению со средним его содержанием в земной коре, то в качестве причины этого, как правило, нужно искать живое вещество. Чаще всего это прокариот или, как его по-другому называют, литотрофные бактерии.

Открыл их выдающийся русский микробиолог С.Н. Виноградский. Он исследовал серные бактерии, которые имели аномальное количество серы в своих клетках. Оставался нерешенным вопрос, для чего этим существам такое количество серы. Виноградский предположил, что сера для бактерий – питательный субстрат, такой же, как белок для других организмов.

Это предположение полностью противоречило всему опыту биологии. Считалось, что неорганические, минеральные вещества – это структурный, опорный либо сопутствующий компонент клеток, но никак не энергетический. Так были открыты литотрофы, или так называемые «камнееды», обладающие вторым основным способом питания – минеральным (хемосинтетическим) в отличие от фотосинтетического. Переводя минеральные соединения из одной формы в другую, они извлекают при этом энергию, и потому им не требуется ни солнечная энергия, как растениям, ни другое органическое вещество, как животным.

В результате дальнейших исследований оказалось, что число литотрофов непрерывно растет: то, что казалось редким капризом природы, превратилось в огромный отряд. Кроме того, выяснилось, что по своим морфологическим особенностям и по своей экологии они настолько не похожи на остальной живой мир, что образовали собой некое совершенно отдельное надцарство живой природы. Между ним и остальным (эвкариотическим) живым миром такая же бездонная пропасть без всяких переходов и промежуточных ступеней, как и между живой и неживой материей.

И, наконец, в-третьих, прокариоты – весьма самостоятельные организмы. Их отряды способны выполнять все функции в биосфере. А значит, в принципе возможна биосфера с таким строением, которая состояла бы только из одних прокариотов. Вполне возможно, что такова она и была в прошлых, былых сферах. И тогда все динозавры и крокодилы, все мхи и лишайники, все рыбы и животные, все грибы и водоросли, травы и деревья - все это только надстройка, цветы на «подкладочной», первой биосфере.

Сами литотрофы и синезеленые водоросли, тоже относящиеся к надцарству прокариотов, - это бессмертное, неуничтожимое и неэволюционирующее вещество. На геохронологической шкале, где отряды и виды вымерших и ныне существующих организмов изображены в виде капель, более или менее вытянутых, то есть появляющихся и исчезающих, эти организмы представлены в виде сплошной ровной ленты, которая тянется из архейского периода вплоть до наших дней. Их точная штамповка без изменений в течение всей бездны времени существования биосферы – настоящая загадка для сторонников теории всеобщей эволюции.

«Прокариоты символизируют собой некий особый тип эволюции, где

организм нельзя рассматривать отдельно от его среды: ведь не меняясь

сами, они изменяют природную среду своей жизнедеятельностью. Возможно,

что такой же характер носит и эволюция самого человека; морфологически

он все тот же, а впереди себя катит все увеличивающийся вал цивилизации.

Лик Земли изменен им решительно и бесповоротно. Подобный тип эволюции

надо было бы назвать как-нибудь особенно: например, «необратимая неизменность». Существование «прокариотической биосферы» доказывает прежде всего…

ее вечность. Геология и палеонтология вкупе с другими дисциплинами,

особенно с приставкой «палео», - географией, климатологией и экологией

на наших глазах подтверждает тезис о вечности и космичности жизни,

о всегдашней оживленности планеты.»[3]

Что касается изощренных опытов по выращиванию «жизни в пробирке», то все они окончились ничем. И если раньше у ученых еще теплилась надежда смоделировать некие первоначальные условия, которые могли бы привести к возникновению простейших организмов, то после открытия материального носителя наследственности из-под них была выбита всякая почва. Между лабораторным органическим веществом и генетическими структурами, на основе которых строится все живое, - не заполняемая ничем пропасть.

Таким образом, именно биогенез современная наука считает основным свойством живого и вместе с тем величайшей тайной природы, ее неразрешимой загадкой, неподвластной человеческому разуму. К другим версиям происхождения жизни автор концепции живого вещества Вернадский относился отрицательно, справедливо подчеркивая, что накопившийся в естествознании огромный фактический материал с несомненностью доказывает происхождение всех современных живых организмов путем биогенеза.

Признавая биогенез, согласно научному наблюдению, за единственную форму зарождения живого, неизбежно приходится допустить, что начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала у самого этого космоса. Жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и передавалась она всегда биогенезом. То, что верно для десятков и сотен миллионов лет, протекших от архейской эры до наших дней, верно и для всего бесчисленного хода времени космических периодов истории Земли, а значит, справедливо и применительно ко всей вселенной.

В результате наука приходит к выводу, что в безначальном космосе такими же вечными являются четыре его основных компонента: материя, энергия, эфир и жизнь.

С самого начала своего возникновения земная биосфера представляла собой область земной коры, в которой энергия космических излучений трансформировалась в такие виды земной энергии, как электрическая, химическая, механическая и тепловая. Благодаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты, и ее значение в планетарном механизме совершенно исключительное. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли.

Автоматическое регулирование живого вещества биосферы, обусловленное единством порядка и хаоса, объясняет и происхождение жизни, поскольку существование хаоса и регулярного, циклического движения играет огромную роль в образовании разнообразных биологических структур. Ведь хаотическое поведение является типичным свойством многих систем (как природных, так и технических). Оно зафиксировано в периодически повторяющихся стимуляциях клеток сердца, в химических реакциях, при возникновении турбулентности в жидкостях и газах, в электрических цепях и других нелинейныхдинамических системах, оно проявляется в диссипативных структурах, как их назвал другой крупный ученый Илья Пригожин.

Такие диссипативные структуры обладают следующими признаками, без которых невозможна самоорганизация системы: они открытые, нелинейные и необратимые. В процессе возникновения земной жизни основную роль сыграли самоорганизующиеся системы. Результат их специфического отбора на пути длительной эволюции и есть жизнь. Следовательно, природа «изобрела» не только принцип программного регулирования по разомкнутому циклу, но и принцип автоматического управления в замкнутом цикле с обратной связью в живых системах.

Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают всю биосферу, проникают все в ней.

В этом потоке самых разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое обусловливает существенные черты функционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу. В. И. Вернадский пишет об этом следующее:

«Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена

биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений;

она составляет планетный механизм, превращающий их в новые

разнообразные формы свободной живой энергии, которая в корне

меняет историю и судьбу нашей планеты»[4].

Если инфракрасные и ультрафиолетовые лучи Солнца косвенно влияют на химические процессы биосферы, то химическая энергия в ее действенной форме получается из энергии солнечных лучей при помощи живого вещества – совокупности живых организмов, которые выступают в качестве преобразователей энергии. Это значит, что земная жизнь отнюдь не является чем-то случайным, она входит в космопланетарный механизм биосферы.

Данные, которыми располагает современная наука, свидетельствуют, что живое вещество только в том случае прогрессивно развивается, если оно своей жизнедеятельностью увеличивает упорядоченность среды своего обитания. Это основной и чрезвычайно важный признак живого вещества.

Для разумной формы живого вещества эти законы имеют особое, решающее значение. Земная разумная форма жизни – человечество – выполняет их, обеспечивая два вектора своего бессмертия: биологическое продолжение рода (общее свойство всего живого вещества) и духовно-культурное, в конечном счете космическое бессмертие (творческий вклад в создание ноосферы).

Именно творческая активность как чисто человеческое свойство разумной жизни для каждого человеческого существа является основой и гарантией его индивидуального, личностного развития и продолжительной активной жизни. В целом это выражается в прогрессе человеческих популяций, всего человечества, в развитии его психофизиологического, биологического, глобального здоровья.

Понять сущность жизни, живого планетарного вещества, его разумной формы – человека, рассматривая только изолированное пространство Земли, видимо, не удастся. Земная жизнь неотрывна от космических процессов, включена во всеединство мирового целого (универсума). Пути прогресса человечества, так же как сопровождающие его жизнь противоречия, напряженность, катастрофы, могут быть постигнуты и подвергнуты регулированию только на основе широкого понимания антропокосмического характера социально-природной эволюции человека и его перспектив.

Таким образом, выдвигая гипотезу о космических масштабах распространения живого вещества во вселенной, ученые исходят из того, что принципы бесконечности, неисчерпаемости материи справедливы в отношении включенности жизни (в том числе и ее разумной формы) во всеединство универсума.