История развития органического мира

2. История развития органического мира

О возникновении жизни на Земле и начальных этапах её развития можно только строить гипотезы (например, — А. И. Опарина о происхождении жизни). Биологической эволюции предшествовал длительный этап эволюции химической, связанный с появлением в водных бассейнах аминокислот, белков и др. органических соединений. Первичная атмосфера, по-видимому, состояла преимущественно из метана, углекислого газа, водяного пара, водорода; кислород находился в связанном состоянии. На одном из этапов развития сложные органические молекулы приобрели способность создавать себе подобные, то есть превратились в первичные организмы; она по-видимому, состояли из белка и нуклеиновых кислот и обладали способностью к наследственной изменчивости. Под действием естественного отбора выживали более совершенные первичные живые организмы, вначале питавшиеся за счёт органических веществ (гетеротрофные организмы). Позднее возникли организмы, способные синтезировать путём хемосинтеза или фотосинтеза из неорганических веществ органические (автотрофные организмы). Побочный продукт фотосинтеза — свободный кислород — накапливался в атмосфере. После возникновения автотрофных организмов появились широкие возможности для эволюции растений и животных. История жизни восстанавливается по остаткам животных и растений и следам их жизнедеятельности, сохранившимся в осадочных и очень редко в метаморфических горных породах. Ископаемые остатки организмов, некогда населявших З., служат своеобразной летописью развития жизни на Земле в течение многих млн. лет. Эта геологическая летопись крайне не совершенна и отличается неполнотой, т.к. большое число организмов, особенно бесскелетных, исчезло бесследно. Огромный по времени докембрийский этап — криптозой (около 3 млрд. лет) — палеонтологически документирован очень слабо. Наиболее древние следы жизнедеятельности организмов обнаружены в породах архея, возраст которых определяется от 2,6 до 3,5 и более млрд. лет; они представлены остатками бактерий и сине-зелёных водорослей. Более разнообразны органические остатки, найденные в породах протерозоя, который был временем господства бактерий и водорослей. В нижнем протерозое представлены преимущественно продукты жизнедеятельности водорослей (строматолиты) и бактерий (в частности, железобактерий, образовавших некоторые залежи руд). По-видимому, в протерозое возникли первые многоклеточные животные, т.к. в отложениях конца протерозоя (вендский комплекс, Эдиакара в Южной Австралии и др.) найдены отпечатки и ядра ряда бесскелетных животных — губок, медуз, кораллов, червей и некоторых др. организмов неясного систематического положения. По преобладанию остатков медуз конец протерозоя называют «веком медуз». По-видимому, в протерозое существовали и др. организмы, так как  в отложениях раннего палеозоя найдены остатки и следы жизнедеятельности представителей почти всех типов животного царства, свидетельствующие о том, что возникновение и становление многих типов произошло значительно раньше. Возможно, что все организмы протерозоя ещё не имели твёрдого скелета и поэтому известно о них очень мало. К концу криптозоя произошли крупные палеогеографические изменения, связанные с завершением байкальского тектонического цикла. Вероятно, к этому же времени изменился состав атмосферы в результате широкого развития фотосинтезирующих растений (увеличилось содержание кислорода и соответственно уменьшилось количество углекислого газа) и химический состав морской воды. Исключительно важным событием в истории развития органического мира было появление на рубеже докембрия и фанерозоя ряда групп организмов, обладавших органическим или минеральным скелетом. Многочисленные органические остатки из отложений фанерозоя позволяют не только восстанавливать историю развития органического мира, но и подразделять её на определённые этапы (эры, периоды и т.д.), помогают производить палеогеографическую реконструкцию (определять границы морей и континентов, климатических зон, восстанавливать историю морских бассейнов и материков, выяснять образ жизни и условия существования организмов в прошлом). Эволюция протекала как процесс приспособительный, или адаптивный, и основными его факторами были наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Конкретные пути эволюции были различными. Иногда происходили очень крупные качественные преобразования организмов (например, появление теплокровности), обычно называемые ароморфозами (или арогенезами), которые приводили к общему повышению организации, возникновению принципиально новых связей со средой. Более обычным путём эволюции было формирование приспособлений, не связанных с какими-либо существенными изменениями организации, но способствовавших более широкому расселению организмов и приспособлению к более разнообразным условиям (идиоадаптации). Ароморфозы и идиоадаптации являются двумя сторонами одного и того же процесса приспособления. Изучение организмов геологического прошлого позволило установить неодинаковую скорость эволюции как в целом, так и в пределах разных типов растений и животных; эволюция, как правило, шла от простого к более сложному, но иногда в связи с приспособлением к иному образу жизни (малоподвижному, паразитическому) более сложные формы давали начало более простым; новые группы обычно возникали из относительно простых, неспециализированных форм; развитие одних форм всегда сопровождалось вымиранием других, менее приспособленных; эволюция в целом монофилетична и, как всякое развитие, — процесс необратимый. Палеозойская эра по характеру органического мира отчётливо разделяется на два этапа. Для первого этапа (кембрий, ордовик и силур), совпадающего с каледонским тектоническим циклом, характерны преимущественно морские организмы. Продолжают существовать различные микроорганизмы и синезелёные водоросли; появляются фораминиферы (агглютинирующие), радиолярии, археоциаты, губки, мшанки, кишечнополостные, моллюски, членистоногие, иглокожие. Особенно характерны табуляты, ругозы, эндоцератоидеи, актиноцератоидеи, трилобиты, плеченогие, морские пузыри и граптолиты. В ордовике появляются первые позвоночные — бесчелюстные рыбообразные с двухкамерным сердцем и просто устроенным головным мозгом, защищенным впервые возникшей мозговой капсулой. Дальнейшее развитие морских позвоночных шло по пути усложнения головного мозга (цефализация), кровеносной системы и всех остальных органов. В конце силура и в начале девона, когда на значительной территории Земли морской режим сменяется континентальным (конец каледонского цикла), многие представители названных групп вымирают. В конце силура одновременно появляются первые настоящие рыбы, имеющие челюсти. Второй этап — поздний палеозой, совпадает с герцинским тектоническим циклом и характеризуется дальнейшей эволюцией органического мира, появлением и широким распространением наземных растений и животных. В начале девона распространилась первая наземная флора — псилофитовидная, в состав которой входили также примитивные плауновидные, членистостебельные и прапапоротники; в начале позднего девона эта флора сменилась археоптерисовой (названа по характерному растению — археоптерису). Появляются первые насекомые и наземные хелицеровые (скорпионы, пауки, клещи). В морях резко сокращается количество трилобитов и граптолитов, но возникает ряд новых групп, в частности аммонитоидеи из головоногих. Особенно характерно для девона появление и быстрое развитие рыб (панцирных, лучепёрых, кистепёрых, двоякодышащих), в связи с чем девонский период иногда называют «веком рыб». Существенным преимуществом рыб по сравнению с бесчелюстными было наличие челюстей и более сложного мозга, состоявшего из 5 отделов. В конце девона от кистепёрых произошли первые наземные четвероногие — лабиринтодонты, относимые к земноводным; по-видимому, их размножение, так же как у современных форм, было тесно связано с водой, в которой развивались личинки и проходил дальнейший метаморфоз; газообмен осуществлялся примитивными лёгкими и влажной кожей; передний отдел головного мозга, возможно, был разделён на два полушария. Конец палеозоя (карбон и пермь) был этапом завоевания суши разными группами организмов и в первую очередь растениями. Развилась растительность лесного типа, в которой господство принадлежало споровым растениям — плауновидным, членистостебельным и примитивным голосеменным (кордаитовым и птеридоспермам). В среднем и позднем карбоне обособились три ботанико-географических провинции: Тропическая, с флорой еврамерийского и катазиатского типов, и две внетропические — северная (Ангарская) и южная (Гондванская). В Тропической провинции преобладали древесные плауновидные (лепидодендроны и сигиллярии), членистостебельные (каламитовые) и разнообразные птеридоспермы; в Ангарской — кордаитовые, в Гондванской — глоссоптериевые. С расцветом растительности становятся многочисленными многие наземные беспозвоночные, в первую очередь членистоногие (насекомые). Большого разнообразия достигли земноводные. В карбоне от них произошли первые пресмыкающиеся (котилозавры), тело которых было покрыто ороговевшей кожей (что предохраняло их от потери влаги). Вероятно, они, как и современные пресмыкающиеся, размножались на суше; яйца их были защищены известковой скорлупой, дыхание осуществлялось только лёгкими; более совершенными стали кровеносная и нервная системы. В середине пермского периода, совпадавшего с завершением герцинского тектонического цикла, размеры морей сократились, значительно увеличилась площадь материков. Всё более широкое распространение получили настоящие голосеменные — хвойные, гинкговые, цикадовые и беннеттитовые. Большого разнообразия достигли пресмыкающиеся, ряд групп которых характерен только для перми. В конце пермского периода произошли значительные изменения в морской фауне. Вымерли ругозы, табуляты, многие группы морских лилий, морских ежей, плеченогих, мшанок, последние представители трилобитов, ряд хрящевых рыб, древних лучепёрых, ряд кистепёрых и двоякодышащих рыб, земноводных и пресмыкающихся. Для начала мезозойской эры (триасовый период), связанного с началом мезозойского тектонического цикла, характерно существенное обновление морской фауны. Появились новые группы фораминифер, шестилучевых кораллов, более разнообразными стали радиолярии, брюхоногие, двустворчатые и головоногие моллюски. Возникли группы водных пресмыкающихся: черепахи, крокодилы, ихтиозавры и зауроптеригии; на суше — новые группы насекомых, первые динозавры и примитивные млекопитающие (триконодонты, представленные очень мелкими и редкими формами). В конце триаса сформировалась флора, в которой преобладали папоротники, цикадовые, беннеттитовые, гинкговые, чекановскиевые и хвойные. В юрском периоде в основном продолжалось развитие групп, появившихся в триасе. Из морских Беспозвоночных расцвета достигли аммониты и белемниты. Господствующее положение заняли пресмыкающиеся: в морях обитали ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры, черепахи и крокодилы; на суше — хищные и растительноядные динозавры; в воздухе — птерозавры. От пресмыкающихся в конце юры произошли древние птицы (археоптерикс). Наземная флора характеризовалась развитием папоротников и голосеменных; в Умеренной сибирской области наиболее разнообразны и многочисленны были гинкговые, чекановскиевые и хвойные, в Тропической (индоевропейской) — папоротники, цикадовые и беннеттитовые. В меловом периоде происходило дальнейшее изменение групп животных и растений, известных в юре. Появились зубастые птицы. Динозавры достигли гигантских размеров. В середине мелового периода на суше на смену голосеменным пришли покрытосеменные; с появлением цветковых растений связано возникновение и развитие многих групп насекомых, птиц и млекопитающих. В конце мелового периода произошло вымирание или очень сильное изменение ряда групп. Вымерли аммониты, почти все белемниты, многие группы двустворчатых (рудисты, иноцерамы) и брюхоногих моллюсков, ряд групп плеченогих, ганоидные рыбы, многие морские пресмыкающиеся, все динозавры и птерозавры. Начало кайнозойской эры характеризуется появлением новых групп фораминифер (особенно характерны нуммулиты), моллюсков, мшанок, иглокожих. Костистые рыбы заселили все пресные и морские водоёмы. Особенно важно появление ряда групп птиц и млекопитающих. Последние благодаря дальнейшему усложнению мозга, теплокровности и живорождению оказались жизнеспособнее пресмыкающихся: они были менее зависимы от изменений внешней среды. Одни из млекопитающих приспособились к разнообразным условиям жизни на суше, другие — к жизни в морях (китообразные, ластоногие), третьи — к полёту (летучие мыши). В начале палеогена преобладали клоачные, сумчатые и примитивные плацентарные млекопитающие. Для конца палеогена характерна т. н. индрикотериевая фауна (названа по типичному крупному безрогому носорогу — индрикотерию), известная из Азии. Отчётливо выделялись: Тропическая и Субтропическая ботанико-географическая область, с преобладанием вечнозелёных двудольных, пальм и древовидных папоротников, и Умеренная — с хвойными и широколиственными лесами. В конце палеогена и особенно в начале неогена в морях продолжали развиваться все типы ранее известных беспозвоночных, родовой и видовой состав которых становился всё ближе к современному. Среди рыб господствовали костистые; продолжали развиваться земноводные и пресмыкающиеся; расширилась область распространения птиц. Изоляция Австралии привела к сохранению на ней сумчатых и клоачных. На остальных континентах господствующими стали плацентарные млекопитающие. В начале неогена широкого распространения достигла гиппарионовая фауна, в состав которой входили трёхпалые лошади (гиппарионы), носороги, мастодонты, жирафы, олени, хищники (саблезубые тигры, гиены) и разнообразные обезьяны. На территории СССР и Западной Европы развилась теплоумеренная флора; в северных районах сформировалась тундровая растительность, почти вся Сибирь покрылась тайгой; в Европе и Северной Америке появились травянистые равнины. В течение антропогенового периода, самого короткого в геологической истории, продолжалось формирование современной флоры и фауны. Животный и растительный мир Северного полушария довольно сильно изменился в связи с крупнейшими оледенениями. Появились и вымерли некоторые очень своеобразные формы (мамонт, волосатый носорог). Важнейшим событием этого периода явилось появление и становление человека. Историческое развитие органического мира на З. — исключительно сложный, многогранный процесс, все звенья которого взаимосвязаны и зависят друг от друга; его основой является рост многообразия органического мира и его приспособленности к разнообразию условий обитания.

V. Человек и Земля

Согласно новым находкам, древнейшие люди, по-видимому, появились около 2 млн. лет назад (по мнению некоторых учёных, 1 млн. лет назад). Вопрос о месте возникновения человека окончательно ещё не решен. Одни учёные прародиной его считают Африку, другие — южные районы Евразии, третьи — Средиземноморье. Уже в эпоху раннего палеолита человек освоил значительную часть суши — обширные районы Центральной и Южной Европы, многие районы Африки и Азии; к эпохе позднего палеолита сформировался человек современного физического типа (Homo Sapiens — «человек разумный»), одновременно, вероятно, возникла и родовая организация (см. Антропогенез, Первобытнообщинный строй). В эпоху позднего палеолита люди расселились ещё шире, включая освободившиеся от ледникового покрова обширные районы Европы и Азии; достигнув северо-восточной окраины Азии, люди проникли и в Северную Америку. В позднем же палеолите начали заселяться из Южной Азии Австралия и Новая Гвинея. В мезолите человек продолжал продвижение в ещё не освоенные районы суши. В Европе были заняты Шотландия и Скандинавия, восточные берега Балтийского моря, заселена часть побережья Северного Ледовитого океана. Продолжалось расселение человека по Америке. В эпоху неолита были освоены остававшиеся ещё не заселёнными районы Земли, в частности японские острова (некоторые исследователи считают, что Япония была заселена несколько ранее) и многие из островов Океании. В процессе общественного производства человек воздействовал на окружающую его природную среду, которая несёт на себе печать труда множества людских поколений, живших в условиях разных сменявших друг друга общественно-экономических формаций. Мера и характер взаимодействия человека и природы зависят от уровня развития человеческого общества; они обусловлены в первую очередь различиями общественно-экономической системы.

Формы воздействия человека на природу многообразны. В результате этих воздействий перераспределяются водные ресурсы, изменяется местный климат, преобразуются некоторые черты рельефа. Особенно значительно воздействие человека на живую природу как непосредственно, так и через влияние на другие природные компоненты. Изменение одного из компонентов географического ландшафта в результате деятельности человека влечёт за собой изменение других. Природные условия оказывают существенное, хотя и не решающее, влияние и на направление хозяйственной деятельности и на многие элементы культуры (жилище, одежда, пища). Всю совокупность воздействия человечества на природу всё чаще называют природопользованием, которое может иметь нерациональный и рациональный характер. Нерациональное природопользование может быть результатом как преднамеренно хищнических, так и стихийных и лишь опосредствованных воздействий человека на природу, но в обоих случаях ведёт к её оскудению и снижению достоинств среды. Рациональное природопользование включает все процессы разумного (комплексного, экономичного) освоения природных ресурсов, а также охрану и целесообразное преобразование природы. Эти процессы по-разному проявляются по отношению к ресурсам среды и к расходуемым природным ресурсам. Рациональное освоение ресурсов среды связано с наилучшим приспособлением к ним, охрана — к поддержанию благоприятных условий, преобразование — к их улучшению; освоение расходуемых ресурсов означает их комплексную и экономичную добычу и переработку, охрана — поддержание продуктивности (обеспечение воспроизводства их восполнимой части), преобразование — их количественное умножение и качественное улучшение.

С развитием производительных сил человек нуждается во всё более разнообразных природных ресурсах. Вместе с тем влияние человеческого общества на природную среду неизменно усиливается. Познание и освоение человеком природных ресурсов становится всё более полным и разносторонним. Современная научно-техническая революция ведёт, с одной стороны, к более глубокому познанию и использованию природных богатств и, с другой стороны, к переоценке многих из них. Итоги воздействия человека на природу за последние 100—200 лет по своей интенсивности и многообразию, особенно на территории Европы и Северной Америки, превосходили результаты такого воздействия за тысячелетия прежней истории. В современную же эпоху в связи с быстрым ростом численности населения во многих странах мира и особенно резкой интенсификацией человеческой деятельности в связи с научно-технической революцией темпы использования природных ресурсов стремительно возрастают; это относится как к невозобновимым (например, полезные ископаемые), так и к возобновимым (например, почва, растения, животные) ресурсам. Поэтому перед человечеством встаёт серьёзнейшая задача предотвращения опасности порчи среды его обитания и подрыва восстановительных сил природы, что грозит снижением её продуктивности вплоть до полного опустошения. Во всех досоциалистических общественно-экономических формациях использование природных ресурсов носило большей частью нерациональный, хищнический характер. За последние несколько сот лет площадь лесов на Земле (по оценке) уменьшилась в 1,75 раза; ныне (1970) она составляет 4,1 млрд. га. За минувшее столетие эрозия и дефляция вывели из строя около 2 млрд. га, то есть 27% с.-х. земель. Исчезли многие виды ценных животных и растений. Нерациональные методы разработки полезных ископаемых приводят к безвозвратной потере огромных количеств дефицитного минерального сырья. В современную эпоху первостепенное значение приобретает защита ландшафтной оболочки от всё большего загрязнения в ходе быстрого процесса урбанизации и индустриализации; основными очагами загрязнения природной среды являются города. Источниками загрязнения гидросферы, в частности, служат бытовые и промышленные стоки (так, 1 м³ неочищенных сточных вод делает непригодным 50—60 м³ речной воды). Выброс фабриками, заводами, электростанциями, автотранспортом огромного количества пыли, сернистого газа, окиси углерода, золы и шлаков, соединений металлов, сточных вод, чрезмерное внесение в почву ядохимикатов вредно отражаются на флоре и фауне, создают угрозу здоровью человека. Особо опасно радиоактивное загрязнение ландшафтной оболочки. Возникают опасения также по поводу возможного в будущем перегрева атмосферы в результате как непосредственного выделения тепла, так и уменьшения его оттока в связи с накоплением CO₂ в атмосфере.

Задача охраны природы и рационального использования природных ресурсов становится важной государственной и международной проблемой: она стала предметом международных конференций, созываемых ООН и ЮНЕСКО. Научное прогнозирование обеспеченности природными ресурсами и разработка общих норм охраны природы имеют исключительно важное значение для длительного сохранения баланса жизненно важных элементов природы. В СССР вопросы охраны и восстановления природы рассматриваются как важная народно-хозяйственная задача; в союзных республиках приняты специальные законы об охране природы. Коммунистическая партия Советского Союза и Советское государство предусматривают разработку научных основ охраны и преобразования природы в целях улучшения естественной среды, окружающей человека, и лучшего использования природных ресурсов. В США и др. развитых капиталистических странах проводятся значительные мероприятия по охране природы, однако в условиях капиталистической экономики осуществление их нередко наталкивается на сопротивление различных монополистических групп, заботящихся о своих интересах. К числу наиболее актуальных проблем современного человечества относится проблема народонаселения, связанная прежде всего с ускоренными темпами роста населения. Так, в начале нашей эры насчитывалось около 200 млн. чел., в 1000 г. — 275 млн., в середине 17 в. — 500 млн., в 1850 — 1,3 млрд., в 1900 — 1,6 млрд., в 1950 — 2,5 млрд., в 1970 — 3,6 млрд. чел. Только за истекшие 70 лет 20 в. население мира увеличилось в 2,2 раза; особенно быстрыми темпами растет население в развивающихся странах Азии, Африки, Латинской Америки. Однако для того чтобы с увеличением населения повышался уровень жизни людей, необходимо сочетание роста населения с экономическим и культурным подъёмом, что в первую очередь теснейшим образом переплетается с природой социально-экономического строя. Успешная реализация этой важнейшей задачи возможна лишь в условиях социалистического строя. Всё возрастающая численность населения земного шара ставит перед многими странами, особенно перед развивающимися, проблему обеспечения людей продовольствием. 50% населения мира получает такое питание, которое по калорийности ниже нормы. Каждый год в капиталистическом мире умирает от голода 2 млн. чел. Для повышения обеспеченности населения продуктами питания необходимо значительное увеличение обрабатываемой площади. По данным ООН, к началу 1968 из 15 млрд. га суши под пашни, сады и плантации было занято лишь 1,4 млрд. га; между тем земли, пригодные для обработки (при условии мелиорации и проведения других землеустроительных работ), составляют около 6,5 млрд. га. Большие возможности таятся в повышении урожайности с.-х. культур и увеличении продуктивности животноводства. Существенным источником продовольствия могут служить пищевые ресурсы морей и океанов. Важное значение имеет проблема обеспеченности человечества водой. В ряде стран уже сейчас встают серьёзные проблемы, связанные с нехваткой воды, особенно пресной. Особенно важным является преобразование водного баланса с целью устранить дефицит воды в одних районах и избыток в других. Резервами сырья для различных отраслей хозяйства З. обеспечена достаточно щедро; есть основания полагать, что по истощении одних видов ресурсов будут изысканы возможности их замены др. видами. По примерной оценке советского учёного Н. В. Мельникова, классическими видами топлива (уголь, нефть, природный газ, торф, горячие сланцы) человечество обеспечено по уровню потребления 1980 года на 300—320 лет, а по уровню потребления 2000 года — на 140—150 лет. Вместе с тем всё более видное место в топливно-энергетическом хозяйстве мира будет занимать атомная энергия. Огромное количество энергии могло бы быть получено при разрешении сложной проблемы управления термоядерным синтезом. В недрах Земли разведаны также крупные запасы рудных и нерудных ископаемых. Велики энергетические и минеральные ресурсы (нефти и газа, угля, серы, железо-марганцевых и фосфоритовых конкреций, руд чёрных, цветных и редких металлов, россыпи олова, золота, алмазов и др. ископаемых) не только на суше, но и на дне и под дном океанов и морей. Быстро развивается производство искусственных и синтетических материалов, заменяющих природные минеральные ископаемые. Тем не менее, несмотря на обилие полезных ископаемых, разработку их следует вести весьма рационально, комплексно и экономно, поскольку они исчерпаемы. Наиболее оптимальные условия для решения вопросов рационального использования географической среды и проблемы народонаселения существуют в социалистическом обществе; появились возможности наиболее разумного географического разделения труда в соответствии с природными и экономическими особенностями разных регионов и стран, при широком развитии начал социалистической экономической интеграции, а также существенного увеличения создаваемых человечеством материальных благ.