Када је дошло до биосфере? Вредност и функција биосфере

Земљина биосфера је сложен глобални агрегат који уједињује све живе организме и тај дио неживе природе који размењује енергију са живом материјом, утиче на њу и сама на њу утиче. Термин "биосфера" појавио се у науци захваљујући Ј. Ламарцку и Е. Суессу у КСИКС веку. Међутим, теорија биосфере створена је тек почетком 20. века, а велики допринос њеном развоју има истакнути совјетски научник В. И. Вернадски. Он је прво разматрао функционисање целог живота и његову интеракцију са планетом као сложен динамички процес.

Вернадски је такође обраћао пажњу на доба када је настала биосфера, то јест, најраније фазе историје Земље.

Границе ширења живота на Земљи

Границе биосфере су одређене погодношћу физичко-хемијских услова за постојање живих организама. Доња граница ширења живота сматра се изотермом од 100 ° Ц у литосфери, која се налази на дубини од око 6 км, или на дну оцеана (око 11 км). Међутим, ове процене могу бити потцењене, јер постоје дубокоморски екстремофилни организми који носе температуре изнад 200 ° Ц (под високим притиском, тамо вода не кува). Дакле, литосфера теоретски може бити насељена много дубље, али генерално, мање од 3-4 км је тешко могуће активно живљење.

Горње границе биосфере су одређене висином озонски слој и не дижу се изнад 15-20 км. Заправо, живи организми могу бити активни на висинама до 8-9 км. Опћенито, живот је врло разнолик и може се прилагодити различитим увјетима. Али када и како се све то богатство догодило?

Лаб на младој планети

Примарна органска синтеза могла би добро проћи у протопланетном облаку гас-прашина у раним фазама формирања Сунчевог система. Дакле, новорођена Земља, вероватно, већ има у свом саставу довољну количину једноставне органске материје.

Постоје и геолошки докази да је температура Земље од самог почетка (старост наше планете 4,5-4,6 милијарди година) омогућила постојање воде у течној фази. Дегазирање подземља требало је да буде веома активно, јер планета још није имала моћну кору. Вулкани су створили примарну атмосферу и хидросферу, испоручене хемијски активне супстанце. Метеорити и комете су пале на површину. Геокемијска циркулација је укључивала много супстанци које су непрестано реаговале, претварале се у нова једињења, а оне су реаговале једна са другом.

Аутокатализа - мотор напретка

Али како би таква мјешавина састојака направила барем најпримитивнији живи систем? Дуго времена, многи научници су сматрали да је трагање за одговором на ово питање неперспективно. Проблем је почео да се покреће тек почетком 1980-их, када је теорија самоорганизујућих система била повезана са њеним решењем.

Нека се на једној подлози догоди неколико реакција. Тада ће спорији они нестати и престати, то јест, они ће бити истерани брзо-текућим. Дакле, већ у веома раним фазама пребиолошке еволуције, природна селекција почиње да делује. Предност добијања ланчаних (аутокаталитичких) реакција, убрзана њиховим сопственим производима. На следећим нивоима организације - аутокаталитички циклуси и хиперциклуси - процеси су такође изабрани за ефикасност и сложеност, јер након достизања одређеног нивоа, комплексност система постаје самоодржива и може се повећати.

Треба напоменути да је класична термодинамика немоћна да помогне у питању како и када је настала биосфера, и сви ови закључци су направљени од стране научника у оквиру неравнотеже, пригожинске термодинамике. У овом контексту, живот се дефинише као процес хемијске самоорганизације засноване на аутокатализи високомолекуларних угљеникових једињења у неравнотежним условима, а жива, примитивна средина може се сматрати локвицом у којој се одвијају поменуте реакције. То је буквално жива супстанца - без створења. Таква примарна биосфера је практично истих година као и Земља. У сваком случају, ако је млађа од наше планете, није много.

Свет РНК и прва жива бића

Према врло обећавајућој и успјешно развијеној теорији, недавно су се први организми, изоловани из спољашњег окружења, појавили на бази РНК циклуса. Нити ДНК нити протеини нису имали.

ДНК у савременим организмима чува наследне информације, протеини обављају активан рад у ћелији, РНК у општем случају служи као нека врста посредника - чита информације и обезбеђује синтезу протеина. И ДНК и протеин су беспомоћни без РНК-а, али могу учинити све - истинито, горе од "уских стручњака", али у почетку то не може бити критични недостатак. У супротном, биће потребно препознати да је у некој фази хемијска еволуција одмах створила ДНК, РНК, протеине, уградили их у прве ћелије и строго расподељене функције - вероватноћа за то је заиста нестала.

Прве примитивне РНК, у сваком случају, биле су много ефикасније синтетизиране из органских својстава ниске молекуларне тежине него комплексне "двоструке спирале". Паралелно је постојао процес формирања коацервата - водено-липидних капљица, прекурсора ћелијске мембране. Чим се "живо решење" РНК претворило у коацерватну мембрану, појавио се први аутономни организам. Филм мембрана задржао је хемијски градијент између унутрашње шупљине и медија, није дозволио да се жива материја распрши - то је била огромна предност.

У току даљег развоја биосфере, како би се сачувала наследна информација, ДНК је пресрела, обезбеђујући већу тачност, протеини нестемпировани истом РНК преузели су каталитичку активност, али она није остала неискоришћена. На крају крајева, без ћелије је мртва.

Трагови древног живота у камену и генима

Научници су присиљени да траже одговоре на питања о томе како и када је настала биосфера, која је њена рана повијест, у теоријским моделима и лабораторијским експериментима, будући да је примарна површина Земље већ дуго уништена геолошким процесима.

Најстарији трагови живота до данас пронађени су у Гренланду, Канади и Аустралији. Најпоузданији од њих датирају пре 3,7 милијарди година и указују да су чак и тада постојале комплексне заједнице микроорганизама, од којих су неке биле фотосинтезе (цијанобактерије или њихови претходници).

Друга линија истраживања је у области молекуларне биологије. Пошто су све постојеће врсте рођаци, могуће је, изградњом филогенетског стабла врста, отприлике да се утврди време када је постојао „последњи универзални заједнички предак“ (ЛУЦА). Ово није први организам на Земљи, али је живео веома дуго - према речима научника, пре око 4 милијарде година. За овај организам одређен је скуп тачно гена које посједује, али није познато да ли је Лука био засебна врста микроорганизама или заједница врста које размјењују насљедни материјал.

Живот трансформише планету

Биосфера је, чак иу раним фазама свог постојања, активно учествовала у еволуцији Земље. Најважније достигнуће древних преткамбријских појединачних ћелија је, наравно, стварање стабилне оксидативне атмосфере. Али живот је такође имао огроман утицај на природу седиментације и формирања руде. На пример, најзначајнија налазишта жељезне руде, као што је Курска магнетска аномалија, настала су због активности фотосинтетских бактерија у океанима палеопротерозоика пре 2,5-2 милијарде година.

На копну, живот је почео да ради на пејзажима. У ствари, земља као таква је створила биосферу. Уосталом, све док се земља није појавила, а виша биљка се ширила, није било јасне границе између копна и воде, проток воде у океане је био подручје, није било стабилних корита ријека.

Сви знају за нафту и угаљ. Али овде су планински ланци Хималаја, Алпа, Кавказа - они су састављени од кречњака, а већина ове стене је биогеног порекла. Ове планине су некада биле морске животиње. Њихове љуске, од најмањих до највећих, формирале су једну од најчешћих седиментних стијена.

Функције биосфере

Погледали смо неколико примера како живот мења лице планете. Сумирање онога што је познато о функцијама биосфере.

Прво, учествује у промени и одржавању састава атмосфере и природних вода. Друго, преноси, као и акумулира или распршује, тј. Редистрибуира различите супстанце. Треће, он обавља функцију формирања животне средине. Све ово се може сажети као процес рационализације и стабилизације геокемијских циклуса Земље. Изводи се на рачун апсорпције, трансформације, акумулације и ослобађања соларне енергије помоћу структурних компоненти које Вернадски разликује у својој теорији биосфере: комбинација живих организама, биогеног, биосахарида и инертне супстанце.

Неодвојиво од земље

Од тренутка када се појавила биосфера (мада, вероватно, није било тачног тренутка), све њене компоненте блиско су међусобно сарађивале и са осталим геолошким омотачима планете - атмосфером, хидросфером, литосфером. Систем Земља-биосфера је покривен многим позитивним и негативним повратним информацијама на различитим нивоима, од појединачних биогеоценоза до глобалних процеса на геолошкој временској скали.