Ускладнення екосистем і прискорення еволюційних процесів

В результаті появи фотосинтезу сталося перше принципове ускладнення екосистем, в яких виділилися організми, що виробляють органічну речовину, продуценти, і його споживачі, консументи. Синтез органічних речовин свого тіла на основі неорганічних, або автотрофний тип харчування, на думку більшості біологів, являє собою більш пізній придбання життя, ніж харчування готовими органічними речовинами, або гетеротрофний тип харчування. Освоєння фотосинтетиками нових джерел речовини і енергії з неминучістю мало призвести до їх швидкого розмноження і відносно швидкого утворення нових форм. Створюючи нові запаси органічної речовини, фотосинтезуючі організми-продуценти забезпечували їжею гетеротрофов-консументів, які також отримали можливість посиленого розмноження і формоутворення.

Убогість палеонтологічних даних, що відносяться до архею, не дозволяє навіть з мінімальною достовірністю простежити еволюцію різних форм рослин і тварин, але по окремим збереженим відбитками відомо, що наприкінці наступного ери, протерозойской, жили вже такі відносно високорозвинені тварини, як кільчасті черви.

Одна з причин нестачі палеонтологічних даних про архее і протерозої – відсутність скелетів, зовнішніх чи внутрішніх, які могли б зберегтися у вигляді скам’янілостей. Одне з припущень з цього приводу, найбільш близьке екологічному погляду на еволюцію, полягає в тому, що протягом тривалого часу рівень продукції органічної речовини фотосинтетиками, представленими переважно фітопланктоном, мікроскопічними водоростями, плаваючими у верхніх шарах води, був достатнім або навіть надмірною для підтримки життя різноманітних консументів, які харчувалися живими або відмерлими водоростями і еволюціонували в напрямку вдосконалення механізмів фільтрації води або збору мулу. Значна частина сучасних морських організмів зберегла харчування відфільтрованими найдрібнішими органічними частками (губки, багато молюски, ракоподібні, личинковому-хордові і багато інших) або зібраних з дна мулом. Цей тип біосфери, екосистеми якої складалися, ймовірно, всього з трьох рівнів – продуцентів, консументів і редуцентов, мікроорганізмів, остаточно розкладають органічну речовину, існував на Землі досить довго.

Діяльність фотосинтетиков і поступове виведення в літосферу частини відновленого органічної речовини у формі вуглеводнів та інших органічних мінералів мали результатом поступове зменшення вмісту в атмосфері вуглекислого газу і збільшення вмісту як в атмосфері, так і у водах океану вільного кисню. Мабуть, десь на рівні появи багатоклітинних тварин сформувався більш ефективний у порівнянні з бескислородним розщепленням органічних речовин, таким як гліколіз, спосіб добування енергії за допомогою кисневого дихання.

Використання кисню для дихання дозволило тваринам не тільки більш ефективно використовувати їжу, але і створити більш потужний руховий апарат, почати еволюцію по шляху вдосконалення та прискорення руху. Це створило передумови для появи хижацтва як способу харчування, що могло істотно змінити характер і напрям еволюції багатьох груп тварин. З появою хижацтва деякі вчені пов’язують появу скелетів з їх двоякою функцією – опорою для сильних м’язів і розвитком всього рухового апарату, а також захистом м’яких тканин від нападу хижаків. У всякому разі, початок палеозойської ери, кембрійський період, характеризується появою численних форм, що мають зовнішній скелет. Тут і кишковопорожнинні, і хробаки, і молюски, і перші членистоногі трилобіти. Вже наприкінці кембрію – початку наступного періоду – ордовіка з’являються мають зовнішній кістковий панцир безщелепні панцирні «риби» (докладніше в СТЕТ “Найдавніші форми життя”).

Поява хижаків означало наступний важливий етап ускладнення екосистем і типу біосфери. Рівень консументів «расслоился» на кілька рівнів, стали з’являтися консументи другого, третього і, в принципі, будь-якого порядку. Почали формуватися багаторівневі екосистеми, кожен наступний рівень яких по біомасі не міг бути, в силу закону збереження, більше попереднього. Стійкими виявлялися такі екосистеми, в яких споживання речовини і енергії в кожному наступному трофічному, або харчовому, рівні не перевищувало приросту в попередньому рівні, що по біомасі складає в середньому близько 10% від біомаси попереднього рівня. Ясно, що практично при цих обмеженнях екосистема не може складатися з нескінченного або навіть просто скільки-небудь значного числа трофічних рівнів. Проте можливості ускладнення таких систем дуже великі за рахунок того, що кожен рівень може складатися з безлічі видів, до консументами відносяться не тільки хижаки, але і паразити, не вбивають свої жертви, багато видів (наприклад, кабан) є одночасно консументами першого, другого і навіть третього порядку, і для ускладнення системи зв’язків між видами – компонентами складної екосистеми практично немає обмежень.

Епоху, що характеризується практично повною відсутністю відбитків скелетів тварин при великій кількості непрямих свідчень наявності життя палеонтологи іноді називають криптозой, або час таємного життя, на відміну від фанерозоя, часу верств з відбитками життя. Мабуть, наступ фанерозоя характеризує перехід біосфери до екосистемам сучасного типу, хоча в межах цієї складності організації біосфера не раз змінювала свій вигляд в ході еволюційних перетворень земної кори і, слідом за цим, переходу на нові етапи еволюції життя.

Мабуть, швидкість еволюції не була постійною протягом усього часу існування життя на Землі. Можна вважати, що вона істотно змінювалася при переході від одного типу біосфери до іншого. При більш-менш постійної інтенсивності мутаційного процесу істотним для кожного етапу опинявся вже досягнутий рівень складності як організмів, так і екосистем. З одного боку, збільшення складності будови і фізіології організмів, інакше кажучи, числа ознак, підвищувало можливості еволюційних перетворень кожного виду. У той же час збільшення складності екосистем збільшувало можливості появи нових екологічних ніш, в боротьбі за освоєння яких між новими видами збільшувалася видове різноманіття і, отже, стійкість екосистем.

Строго кажучи, наведене міркування не може бути доведено палеонтологічними даними. Справа в тому, що навіть для організмів, що мали тверді скелетні виникнення, ймовірність збереження залишків в доступних науковому аналізу відкладеннях надзвичайно мала. Розрахунки, зроблені різними незалежними методами, показують, що сучасній науці відомо трохи більше 0,01% видів, що жили в фанерозое, а для кріптозоя взагалі неможливо дати більш-менш надійну оцінку. Тому палеонтологи судять про розмаїтість життя минулих епох не по числу видів, а по числу великих систематичних одиниць – класів, загонів, сімейств.

Майже всі типи і класи тварин опинилися представлені вже на самому початку кембрійського періоду палеозойської ери. У морях кембрію і ордовика життя була рясна і, мабуть, досить різноманітна. У всякому разі, накопичення кисню в атмосфері йшло настільки інтенсивно, що до силурійського періоду, коли життя стало виходити на сушу, вже утворився озоновий екран, що послабив жорстке ультрафіолетове опромінення Землі до рівня, прийнятного для живих організмів.
Інтенсивність життя в кам’яновугільному періоді була дуже велика, велика кількість органічної речовини випадало з біогенного круговороту, зв’язуючись в осадових породах і утворюючи потім кам’яне вугілля, нафту та інші углеродсодержащие копалини. Саме тоді склався сучасний газовий склад атмосфери. З невеликими коливаннями в змісті вуглекислого газу і кисню, викликає активізацію вулканічної діяльності і подальшим посиленням розвитку рослинності, він стабілізувався. Встановилася динамічна рівновага між надходженням вуглекислоти в атмосферу в результаті розкладання органічної речовини мікроорганізмами-редуцентами, пожеж і вулканічної активності, і її використання рослинами-продуцентами.

Враховуючи безперервність еволюційного процесу, тривале існування сучасного типу біосфери і мінливість швидкості геологічних процесів в еволюції планети, ми повинні, мабуть, укласти наступне. Швидкість еволюційних процесів на Землі, принаймні з середини палеозойської ери, коли життя цілком освоїла сушу, залишалася, швидше за все, відносно постійною. Зміна темпів еволюції земної кори мала наслідком непостійність темпів зміни умов життя, що вело до чергування епох «спокійного» розвитку і «біосферних катастроф» того чи іншого масштабу. При цьому змінювалася не так швидкість, скільки напрямок еволюційних процесів – переважно спеціалізація і збільшення числа видів-стенобіонтів в періоди спокійного розвитку змінювалися в періоди різких змін умов на планеті переважним розселенням і новоутворенням видів-Еврибіонти. Катастрофи вели до помітного зниження видового різноманіття, спокійні періоди характеризувалися його збільшенням за рахунок виникнення нових спеціалізованих форм.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Демографічна політика