Додаткова інформація. Явище еволюційного прогресу– поява і розвиток дедалі складніших і досконаліших форм молекулярних та біологічних структур має певну матеріальну природу іЯвище еволюційного прогресу – поява і розвиток дедалі складніших і досконаліших форм молекулярних та біологічних структур має певну матеріальну природу і підкоряється загальним фізичним законам, зокрема термодинамічним. На основі кругообігу неорганічних речовин під впливом сонячної енергії виник біотичний кругообіг – цикл синтезу і розпаду органічних речовин. Еволюція біосфери тісно пов'язана з еволюцією Землі и умовно поділяється на кілька фаз: перша – формування ранньої земної кори, атмосфери і гідросфери, виникнення великогогеологічного кругообігу речовини; великий геологічний кругообіг – циркуляція атмосферних мас, води і розчинених у ній мінералів, переміщення продуктів гірських порід на поверхню планети і знову в її надра (близько 4, 6 млрд. років тому); друга – хімічна еволюція (4, 6– 3, 8 млрд. років тому) – розвиток процесів синтезу і накопичення простих органічних сполук, необхідних для існування життя (амінокислот, простих пептидів, азотистих основ, простих вуглеводів); третя (3, 8– 1, 2 млрд. років тому) – розвиток давньої біосфери, еволюція прокаріотичного світу, виникнення біологічного кругообігу речовин, формування кисневої атмосфери; четверта – виникнення еукаріотів, заселення суші, розвиток сучасного біорозмаїття світу (1, 2 млрд. років тому – теперішній час). Перші живі організми були анаеробами (існували в безкисневому середовищі), потім з'явилися організми автотрофи, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних сполук (вуглекислого газу, води, нітрогенвмісних і фосфоровмісних сполук) за допомогою сонячної енергії (фотосинтез) або окисних реакцій (хемосинтез). Першими фотосинтезуючими організмами були бактерії (ціанобактерії), які дали початок розвитку процесів у трофічному ланцюгу " продуценти – консументи – редуценти" – ланцюгу живлення, який через неживу речовину – мінеральні сполуки – замкнувся в коло. 3 потоку речовин у цьому колі утворився біологічний кругообіг речовин. Геологічний і біологічний кругообіги речовин разом склали біогеохімічний кругообіг, з'єднавши в ньому величезну потужність геологічного і надзвичайну швидкість та активність біологічного. Біогеохімічний кругообіг формувався впродовж 1, 5-2, 0 млрд. років, потім стабілізувався і суттєво не змінювався останні 2 млрд. років. Фотосинтезуючі продуценти практично сформували на Землі кисневу атмосферу. Через живі організми за відносно короткий час проходить практично вся речовина біосфери[6]. Біосфера є відкритою термодинамічною системою. Енергію вона отримує від Сонця і з надр Землі. Отримана ззовні енергія трансформується і розсіюється, підпорядковуючись двом фундаментальним законам термодинаміки. Перший закон термодинаміки – це закон збереження енергії (енергія не може ні з'явитися, ні зникнути, вона лише трансформується з однієї форми в іншу). Другий закон термодинаміки визначає напрям якісних змін енергії в процесі її трансформації з однієї форми в іншу – закон описує співвідношення корисної та марної роботи під час трансформацій форм енергії (рис. 2.4). За другим законом термодинаміки, будь-яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості – теплоту – і призводить до зростання ентропії (тобто збільшення в системі кількості енергії найнижчої якості, непридатної до корисної роботи, тобто розсіювання енергії). Максимальна ентропія характерна для деградованих екосистем, або таких, що перебувають на стадії вимирання. Вважають, що еволюція біосфери відбувалась у напрямі зменшення ентропії. Чим довшими є ланцюги живлення, тим вони енергетично досконаліші. Саме завдяки ланцюгам живлення в біосфері постійно відбувається не лише кругообіг води та постійний обмін енергії, а й кругообіг речовин, які живі організми використовують для побудови і підтримання життєдіяльності своїх тіл та забезпечення процесів розмноження.
|
Рис. 2.4.. Трансформація енергії з однієї форми в іншу за другим законом термодинаміки
