Фотосинтез и жизнедеятельность биосферы
В составе современной атмосферы на долю кислорода приходится 21 процент. Дальнейший рост содержания кислорода, являющегося продуктом фотосинтеза, оказался бы весьма неблагоприятным для жизнедеятельности биосферы, поскольку кислород ю является мощным окислителем, а такая типично окислительная реакция, как горение, представляет серьезную опасность для живой органики. Появление в составе биосферы аэробных живых организмов, потребляющих кислород для дыхания, позволило стабилизировать содержание кислорода в атмосфере на оптимальной отметке в 21 процент.
Считается, что аэробная жизнь стала возможной после того, как содержание кислорода в первично безкислородной атмосфере достигло примерно одного процента от современного уровня. Но растения в своей жизнедеятельности сами нуждаются в определенном количестве кислорода (так называемое дыхание растений), они аэробны. Так откуда же в атмосфере появился кислород?
Дело в том, что «пионерами» фотосинтеза были анаэробные животные организмы особого вида - бактерии, содержащие особый пигмент бактериохлорофилл. Такие бактерии существуют и в составе теперешней биосферы и называются фотосинтезирующими бактериями. Аэробные организмы - растения, образно говоря, приняли у них эстафету фотосинтеза и со временем стали основным «поставщиком» атмосферного кислорода.
Кстати, обратим внимание на то обстоятельство, что растительный мир является принципиально многоклеточным, а жизнь на Земле началась с простейших одноклеточных, к тому же безъядерных (прокариотических), организмов, так называемых протобионтов, у которых механизм ассимиляции углерода не имел ничего общего с фотосинтезом.
Далее. Первые растения, как уже отмечалось, могли существовать только в толще воды (защитный озоновый слой еще не образовался), а вода, как известно, поглощает красную область солнечного спектра, на которую «настроен» хлорофилл зеленых растений. Следовательно,..первые растения были, во-первых, водорослями, во-вторых, красными. За поглощение остающейся зеленой области видимого света у них в основном ответственен другой пигмент, называемый фикоэритрином. По мере формирования озоносферы растения получили возможность выбраться на поверхность воды, а в дальнейшем и на сушу. При этом хлорофилл стал важнейшим фотосинтезирующим пигментом.
Именно с этого времени рост растительной биомассы и, соответственно, эффективность производства кислорода существенно ускорились. С этим периодом эволюции биосферы принято связывать понятие популяционного взрыва, которое означает стремительное увеличение разнообразия живых организмов, главным образом, растений. Ясно, однако, что неограниченный рост биомассы растений и количества кислорода в атмосфере чреват критической ситуацией для органической жизни. Как нетрудно догадаться, кризис, грозивший биосфере глобальной катастрофой, был успешно преодолен, причем как раз посредством дальнейшего увеличения разнообразия за счет появления более сложных животных организмов, ставших потребителями и растений, и кислорода.
Тем не менее, появление в земной атмосфере кислорода и быстрое возрастание его количества стали причиной глобальной экологической катастрофы. Дело в том, что виды живых организмов, входивших в состав первичной биосферы, были адаптированы к 11
условиям безкислородной атмосферы. Большинство из них не смогло адаптироваться к новым условиям и, естественно, погибло. Те немногие виды (в основном, растительные), которые сумели приспособиться к новым условиям, получили возможность беспрепятственно размножаться, что и привело к вышеупомянутому популяционному взрыву. С точки зрения эволюции биосферы в целом эта, пожалуй, крупнейшая в истории Земли экологическая катастрофа оказалась полезной, ибо она способствовала ускорению темпов эволюции и ее переходу на качественно новый уровень.
В дальнейшем экологические катастрофы различного масштаба происходили в биосфере неоднократно, каждый раз сообщая эволюционному процессу новое, однозначно непредсказуемое направление.
Современная теория самоорганизации систем или синергетика показывает, что случайность, неоднозначность является неотъемлемым свойством эволюционирующих систем. Ценность этого вывода состоит в том, что он объясняет универсальный алгоритм эволюции систем любой природы. Ниже мы более подробно рассмотрим эволюцию биосферы в терминах синергетики.
