Б. В. Поярков
История биосферы относится к тем фундаментальным знаниям, к которым можно подходить по-разному. Во-первых, рассматривать их как цель, постоянно расширяя область знаемого за счет сферы незнания. Во-вторых, подходить к этим фундаментальным знаниям, как средству построения новой деятельности. Последний подход лежит в основе выдвинутого В. Д. Шадриковым принципа фундирования знаний при преобразовании работы педагогических вузов. Именно с этих позиций автор и стремился рассмотреть историю биосферы, выбрать из этой обширнейшей области фундаментальных знаний то, что может помочь нам в построении деятельности, направленной на преодоление экологического кризиса.
Выполнению поставленной задачи способствовало то, что автор, будучи палеонтологом - стратиграфом по первой своей профессии, принимал в течение 25 лет непосредственное участие в исследованиях, связанных с познанием тех или иных сторон истории нашей планеты, т. е. непосредственно "изнутри" знаком с этой областью знаний. Систематизации накопленных данных помогло и то, что на протяжении ряда лет я читал курс "Историческая геология" на геофизическом факультете Дальневосточного государственного университета. Увидеть в истории биосферы те принципы, которыми важно руководствоваться при построении деятельности, мне помогло то, что последние 25 лет я занимался на Дальнем Востоке и в Ярославской области решением региональных проблем природопользования. Этот опыт моей второй профессии обобщен в двух спецкурсах ("Историко-социальные аспекты регионального природопользования" и "Экологическая безопасность и государственное управление"), которые я читаю уже несколько лет в Институте государственного и муниципального управления. Иными словами непосредственно сталкиваюсь с той деятельностью, для построения которой так необходимы результаты обобщения фундаментальных знаний по истории биосферы нашей Земли. Все это помогло мне выделить в истории биосферы те основные моменты, которые, с моей точки зрения, наиболее важны для построения деятельности в наши дни. Результаты такого анализа излагаются в данной статье.
В настоящее время на основе данных абсолютной геохронологии считают, что наша Земля как планета сформировалась 4,6 - 4,7 млрд. лет тому назад. В самом начале каменное тело планеты слагалось протопланетным веществом, близким по своему химическому и минеральному составу метеоритам. О степени однородности этого тела в те далекие времена нет единого мнения. Одни считают его гомогенным (однородным), другие и в их числе А. П. Виноградов (1967 и др.), предполагают, что ему были присущи первичные неоднородности. Очень рано обособилось ядро планеты и облегающая его мантия, в строении которой тоже допускаются первичные неоднородности. Внешние оболочки нашей планеты (земная кора, гидросфера, атмосфера) появились позже в результате дифференциации и дегазации первичного вещества мантии. В этих процессах существенную роль играл механизм, названный А. П. Виноградовым (1967) зонной плавкой. В результате зонной плавки вещества первичной мантии образовались легкоплавкие компоненты базальтового слоя земной коры, а летучие - сформировали первичную гидросферу и первичную атмосферу. На стыке этих трех оболочек возник внешний круговорот воды. Пространство, занятое этим внешним круговоротом воды, А. А. Григорьев назвал в 1932 г. географической оболочкой Земли.
Наличие в географической оболочке Земли воды в жидкой фазе предопределило возможность развития живых организмов. Наиболее древние остатки живых организмов, из известных нам, установлены в горных породах, которые сформировались примерно 3,5 - 3,9 млрд. лет тому назад. Эти окаменелые остатки древнейших живых организмов, названы микро-фоссилиями. Относятся они к цианобактериям. Принципиально важно, что и в метеоритах, возраст которых более 4,5 млрд. лет, нашли бактериоморфные формы весьма похожие на микрофоссилии цианобактерий (Заварзин, 1999 и др.). Эти данные свидетельствуют, что примитивные формы живых организмов были распространены во Вселенной и за пределами нашей планеты. Однако, те живые организмы, которые сейчас нас окружают, произошли в результате развития первичных форм жизни в земных условиях.
С появлением первых организмов в географической оболочке нашей планеты началось формирование биосферы, т. е. в географической оболочке обособилось пространство, осваиваемое живыми организмами. Постепенно биосфера (сфера жизни) будет расширять свои границы, пока не охватит всю географическую оболочку.
Цианобактерии относятся к прокариотам. Они в те далекие времена были основными продуцентами, т. е. теми, кто создает первичную массу органики из неорганических веществ в результате фотохимических и других реакций. Возможно, что в начале биогеохимические процессы в биосфере были не замкнуты. Однако ограниченность биогенных веществ в географической оболочке вынудило биоту создать замкнутые биогеохимические циклы. Так в те далекие времена неминуемо должны были появиться деструкторы, которые стали бы разлагать органическое вещество до исходных неорганических соединений, тем самым, решая вопрос с ресурсами для дальнейшего развития биоты. Этими деструкторами тоже были бактерии - органотрофы. Цианобактерии и бактерии органотрофы образовывали в экосистемах четко работающую трофическую систему, названную трофической пирамидой. "Трофическая сеть в анаэробных сообществах представляет согласованную систему не менее четкую, чем транспортная сеть в промышленном производстве (Заварзин, 1999, с. 101).
Цианобактерии существовали в водной среде в виде своеобразных матов, которые сформировали мощные карбонатные пласты построек строматолитов. Эти строматолиты широко развиты в протерозойских породах. Циаонобактерии оказались той группой организмов, которая прошла через всю историю Земли и сыграли значительную роль в формировании биосферу современного вида. Все началось с того, что побочным продуктом жизнедеятельности цианобактерий был кислород. Он из трофической системы стал поступать в океан, воды которого тогда имели иной, чем ныне, химический состав. В них было значительно более высокое содержание восстановителей (сероводорода и закисного железа). Благодаря поступающему кислороду эти восстановители окислялись, превращаясь в сульфаты и окислы железа.
Балансовые расчеты показали, что если исходить из массы органического углерода в осадочных породах, то этой массе должны были соответствовать не только масса кислорода в атмосфере, но кислород, входящий в состав сульфатов океанических вод и в окисные руды железа, так называемые железистые кварциты.
Именно такое биосферное происхождение имеют железные руды Курской магнитной аномалии, дающие сейчас нам лучшие руды для производства чистого железа.
Пока не были окислены запасы сероводорода и восстановленного железа в водах первичного океана, кислород из океана не поступал в атмосферу. Как только содержание кислорода достигла примерно 1% от современного, стало возможным жизнь аэробных организмов.
Первая из известных нам бифуркаций. Примерно 1 млрд. лет тому назад, в начале позднего протерозоя, произошла так называемая неопротерозойская революция. Ее можно считать первой из известных нам точкой бифуркации в развитии нашей планеты.
Понятие бифуркация в научный обиход введено теорией развития самоорганизующихся динамических систем. "Бифуркация - это некоторый протяженный во времени процесс кардинальной перестройки системы ... Его последствия практически непредсказуемы, поскольку память системы оказывается ослабленной, а роль случайных факторов резко усилена" (Моисеев, 1999, с. 5).
Эта кардинальная перестройка биосферы в неопротерозое связана с появлением одноклеточных организмов (протистов) с эукариотной клеткой довольно сложного строения, хотя первые эукариты появились значительно раньше, около 2 млрд. лет тому назад. Мы не знаем, почему появились эукариоты, но знаем, как они возникли. Появление их связано с образованием комбинаторных соединений различных бактерий с последующей интеграцией их в целостный организм (Заварзин, 1999). Возникали разные комбинаторные соединения бактерий, которые, в конечном счете, привели к появлению уже среди протистов двух основных типов клеток: один из них был назван растительный, а другой - животный. Из протистов (как растительных, так и животных) в начале произошли колониальные, а затем и многоклеточные растительные и животные организмы.
Среди животных это - "бесскелетная фауна венда, где вероятно существование колониально-симбиотических форм, наряду с детритофагами, фильтраторами, хищниками; ей предшествует флора макроводорослей - найдены крупные талломы с остатками бангиевых водорослей с достаточно сложным циклом (жизненным циклом развития - Б. П.). Условием развития многоклеточных служат хорошо понятый переход от колониальных форм к дифференцированным целостным организмам. Это системный переход, связанный не только с приобретением, но и с некоторой потерей способностей. Все переходы от колониального способа жизни к многоклеточности возможны только для эукариотов. Здесь в большей степени проявляется принцип "матрешки", когда на маленькую куклу одевается большая. Доминирующим становится процесс усложнения с последующей дифференциацией функций клеток внутри организма и формированием тканей, отличающих колонии от многоклеточных организмов. Эти изменения, безусловно, системны, поскольку сам организм есть система. Однако основу их составляет дифференциация изначально однородного материала" (Заварзин, 1999, с. 99 - 100). Остатки этой бесскелетной фауны венда известны из верхнего протерозоя Австралии, Алданского щита Сибири, на беломорском побережье Кольского полуострова.
Эта неопротерозойская революция происходила в океане, который по своему химическому составу резко отличался от первичного протоокеана и по господству в нем хлоридов и сульфатов начал приближаться к современному составу океанических вод. Атмосфера к позднему протерозою приобрела азотно-кислородный состав, хотя концентрации отдельных газов в ней отличались от современных. Такая новая для биосферы биогеохимическая среда к началу неопротерозойской революции была создана бактериальными сообществами. В этом впервые в истории Земли проявилась модифицирующая роль живого вещества. Побочный продукт жизнедеятельности цианобактерий - кислород - был с их точки зрения жутким загрязнением биосферы. Но именно биогенный кислород привел к модификации биогеохимических условий, к которым была вынуждена приспосабливаться биота. Вероятно, таким приспособлением и было появление эукариотов. С тех далеких времен в биоте началось преимущественно морфологическое развитие эукариот, которое привело к наблюдаемому сейчас биоразнообразию.