Изменение атмосферы за счет фотосинтеза.

Необходимо было найти источник получения энергии. Им стал фотосинтез. У первых фотосинтезирующих микроорганизмов, как и у современных зеленых и пурпурных бактерий, фотосинтез протекал без выделения кислорода (рис. 108). На следующем этапе эволюции появились цианобактерии с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в качестве побочного продукта в атмосферу стал выделяться кислород (рис. 109).

Это вело к изменению состава атмосферы Земли. Теперь в ней становилось все больше кислорода. Кислород – сильный окислитель и губителен для анаэробных (живущих в бескислородной среде) организмов. Поэтому для живых организмов того времени он был сильным ядом. Практически кислород стал загрязнителем атмосферы, что привело к экологическому кризису. Живые организмы должны были погибнуть или приспособиться к новым условиям среды. У них стали появляться различные механизмы обезвреживания ядов. Некоторые из них выполняют у современных живых организмов совершенно иные функции. Например, ученые считают, что биохимический механизм, при помощи которого светлячок вырабатывает световую энергию, появился у древних организмов как средство обезвреживания губительного воздействия кислорода.

В конечном итоге природа нашла наиболее рациональный путь решения этой проблемы. Живые организмы уже не боролись против кислорода, а использовали его для получения энергии. Появился процесс дыхания, энергетически гораздо более выгодный, чем бескислородное окисление. Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы.

Первые живые организмы развивались в воде, которая защищала их от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Кислород, выделявшийся в процессе фотосинтеза, в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон (его молекула содержит три атома кислорода – O₃).

По мере накопления озона произошло образование озонового слоя, который, как экран, надежно защитил поверхность Земли от губительной для живых организмов ультрафиолетовой солнечной радиации. Это позволило живым организмам выйти на сушу и заселить ее. Для поддержания жизнедеятельности одной клетке требуется сравнительно мало энергии. Но чем сложнее организм, тем больше энергии ему необходимо. С появлением дыхания эта проблема была решена. Процесс дыхания обеспечил организмы энергией, что дало толчок к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли соответствующее количество углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между фотосинтезирующими организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода (рис. 110).

Таким образом, благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере непрерывно протекают процессы синтеза и распада органических веществ и происходят круговороты веществ, обеспечивающие стабильность функционирования биосферы. На разных этапах развития биосферы соотношение процессов синтеза и распада менялось. В начальный период развития биосферы процессы синтеза преобладали над разрушением. Это привело к тому, что из первичной атмосферы в большом количестве были изъяты метан, сероводород, углекислый газ, а концентрация свободного кислорода, отсутствовавшего в ней прежде, достигла современного уровня – 21%.

В конце мезозоя – начале кайнозоя между этими процессами в биосфере установилось относительное равновесие. Около 2,5 млн лет назад появились первые люди – далекие предки современного человека. Вначале люди были охотниками и собирателями. Однако в связи с усовершенствованием орудий охоты человечество весьма быстро, вероятно, всего за два-три тысячелетия, истребило крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов – основу своего пищевого рациона того времени (рис. 111). Охота не могла уже обеспечить пропитание людей. Человек оказался на грани голодной смерти и был обречен на вымирание. Он мог бы и совсем исчезнуть с лица планеты, как исчезли многие биологические виды, например саблезубые тигры.

Однако судьба человека оказалась иной. Он перешел к земледелию, а несколько позднее и скотоводству, т. е. человек преодолел экологический кризис, создав искусственный круговорот веществ в природе. Человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое).

С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной движущей силой. С появлением промышленности процессы разрушения в атмосфере стали преобладать над процессами созидания, причем эти тенденции становятся все более выраженными. Биосфера находится на грани нового экологического кризиса. Его последствия могут быть катастрофическими для человечества. Чтобы предотвратить беду, необходимо не только изменить промышленные технологии, но и – в первую очередь – перестроить собственное сознание.

Письменная работа с карточками:

1. Биосфера. Вещества биосферы.

2. Изменение атмосферы за счет хемоавтотрофных организмов.

3. Появление и значение фотосинтеза.

4. Формулировки законов, определения, или сущность понятий: 1. Живое вещество. 2. Биогенное вещество. 3. Биокосное вещество. 4. Косное вещество. 5. Хемоавтотрофные метановые бактерии. 6. Фотосинтез зеленых и пурпурных бактерий. 7. Фотосинтез цианобактерий.

Карточка у доски:

1. Кто создал учение о биосфере?

2. Что такое биосфера?

3. Биогенные вещества биосферы?

4. Живое вещество биосферы?

5. Косное вещество биосферы?

6. Биокосное вещество биосферы?

7. Значение метанобразующих хемоавтотрофов?

8. Значение цианобактерий?

9. Когда началось обогащение атмосферы кислородом?

10. Какие организмы первыми стали извлекать углекислый газ из атмосферы, превращая его в органическое вещество?

Тестовое задание:

1. Учение о биосфере создано:

1. Э.Зюссом.
2. С.Г.Навашиным.
3. С.Н.Виноградским.
4. В.И.Вернадским.

2. Что такое биосфера:

1. Совокупность живых организмов Земли.
2. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами.
3. Планета Земля.
4. Планеты солнечной системы.

3. К косному веществу биосферы относятся:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.
2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.
3. Песок, глина, базальт, гранит.
4. Почва, ил.

4. К биокосному веществу биосферы относятся:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.
2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.
3. Песок, глина, базальт, гранит.
4. Почва, ил.

5. К биогенному веществу биосферы относятся:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.
2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.
3. Песок, глина, базальт, гранит.
4. Почва, ил.

6. Значение метанобразующих хемоавтотрофов в эволюции атмосферы:

1. Поглощение водорода и углекислого газа из атмосферы и обогащение атмосферы метаном.
2. Поглощение азота и углекислого газа из атмосферы с образованием метана.
3. Поглощение кислорода и углекислого газа из атмосферы с образованием метана.
4. Извлечение метана из атмосферы и образование запасов метана на Земле.

7. Значение цианобактерий:

1. Обогащение атмосферы кислородом, который образовывался в процессе фотосинтеза.
2. Образование органических веществ в результате фотосинтеза без выделения кислорода.
3. Поглощение водорода и углекислого газа из атмосферы с образованием метана.
4. Извлечение метана из атмосферы и образование запасов метана на Земле.