Перечислите основные этапы биологической эволюции совершившиеся в биосфере: Биологическая эволюция в развитии биосферы

Содержание

Контрольная работа «Биосферный уровень жизни», по программе Пономаревой И.Н., 10 класс

Биология

10 КЛАСС

«Биосферный уровень жизни»

ВАРИАНТ – I.

I. Обоснуйте, почему биосферу относят к биосистемам.

II. Живое вещество биосферы выполняет следующие функции:

1) дыхательную 2) газовую 3) концентрационную 4) планетарную 5) энергетическую 6) деструктивную 7) антропогенную 8) средообразующую

III. Какую роль в биологическом круговороте веществ играет совместное обитание видов?

IV. Самые существенные преобразования в биосфере вызываются:

1) живыми организмами 2) климатическими условиями

3) природными катаклизмами 4) электромагнитным излучением

V. Установите последовательность звеньев пищевой цепи, которую составляют

1) всеядные рыбы 2) хищные птицы 3) мелкие ракообразные 4) фитопланктон

Запишите в таблицу получившуюся последовательность цифр.

VI. Стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным фактором развития на Земле, называется:

1) техносферой 2) антропосферой

3) ноосферой 4) социосферой

VII. Перечислите основные этапы биологической эволюции, совершившиеся в биосфере до выхода жизни на сушу.

VIII. Продуктивность кораллового рифа выше продуктивности большинства районов Мирового океана вблизи экватора, потому что коралловый риф получает больше:

1) солнечного света 2) тепла

3) кислорода 4) элементов питания

IX. Используя цифровые обозначения выпишите взгляды А.И. Опарина на начальные этапы происхождения жизни.

1) Первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизведению.

2) Первичной была коацерватная система, способная к обмену веществ.

3) Решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам.

4) Первенство в абиогенном происхождении жизни принадлежало нуклеиновым кислотам.

X. Напишите краткий ответ, включающий не менее трех элементов.

Белки, как правило, обитают в хвойном лесу и питаются преимущественно семенами ели. Какие биотические факторы могут привести к сокращению численности популяции белок?

XI. Какие основные этапы выделяют в развитии жизни на Земле? Каким образом первые живые организмы получали энергию?

Биология

10 КЛАСС

«Биосферный уровень жизни»

ВАРИАНТ – II.

I. На каком основании В.И. Вернадский все живое население планеты Земля назвал живым веществом?

II. Закончите высказывание, выбрав главное условие.

Главной силой, обеспечивающей единство биосферы, выступает…………………

1) взаимодействие разнообразных организмов 2) озоновый слой в атмосфере

3) биологический круговорот веществ 4) живое вещество и неживая природа

III. Какую роль выполняет живое вещество в биосфере?

IV. Решению устойчивого развития биосферы способствует:

1) сокращение численности ряда видов 2) вселение новых видов в сообщества

3) уничтожение вредителей культурных растений 4) устранение факторов загрязнения окружающей среды

V. Установите последовательность естественной смены экосистем

1) смешанный лес 2) болото 3) луг 4) мелколиственный лес 5) еловый лес

Запишите в таблицу получившуюся последовательность цифр.

VI. Основную массу живого вещества биосферы составляют:

1) животные 2) бактерии

3) растения 4) планктон

VII. Перечислите основные этапы биологической эволюции, совершившиеся в биосфере после выхода жизни на сушу.

VIII. Азотфиксирующие бактерии относятся к:

1) продуцентам 2) консументам I порядка

3) консументам II порядка 4) редуцентам

IX. Используя цифровые обозначения выпишите взгляды Дж. Холдейна на начальные этапы происхождения жизни.

1) Первичной была макромолекулярная система, способная к самовоспроизведению.

2) Первичной была коацерватная система, способная к обмену веществ.

3) Решающая роль в превращении неживого в живое принадлежала белкам.

4) Первенство в абиогенном происхождении жизни принадлежало нуклеиновым кислотам.

X. Напишите краткий ответ, включающий не менее трех элементов.

Клевер произрастает на лугу, опыляется шмелями. Какие биотические факторы могут привести к сокращению численности популяции клевера?

XI. На каком этапе эволюции в процессе естественного отбора на Земле появились первые примитивные организмы? Какие живые организмы были первыми на Земле (по мнению большинства ученых)

1) Перечислите основные этапы биологической эволюции, совершившиеся в биосфере до выхода жизни на сушу.

Holbaev81 / 09 дек. 2014 г., 10:02:23

а — биотическим факторам,
б — абиотическим факторам
в — антропогенным факторам

2. Волки и львы находятся на одном трофическом уровне, потому что и те и другие:
а — поедают растительноядных животных,
б — имеют крупные размеры
в — их рацион разнообразен

3. Сигналом к сезонным изменениям для растений и и животных является:
а — температура,
б — количество пищи
в — длина светового дня

4. Компоненты экосистемы, поедающие готовые органические вещества, называются:
а — редуцентами,

б — консументами
в — продуцентами

5. Биологическая продуктивность биогеоценоза определяется:
а — разнообразием растений и позвоночных животных,
б — численностью насекомых,
в — биомассой

6. К организмам, первыми заселяющим скальные породы относятся:
а — мхи, папоротники,
б -лишайники, водоросли,
в — грибы

7. В результате формирования зрелого биоценоза продуктивность экосистемы:
а — уменьшается,
б — остается постоянной,
в — увеличивается

8. Озоновый слой расположен в :
а — тропосфере,
б — стратосфере,
в — ионосфере

Миграцию основных биогенных элементов производят:
а — многоклеточные организмы,
б — микроорганизмы
в — человечество

10. К универсальным биогенным элементам не относятся:
а — углерод,
б — бор
в — кислород

11. Превращение атмосферного азота в азот органических соединений происходит в результате деятельности бактерий:
а — аммонифицирующих,
б — нитрифицирующих
в — азотфиксирующих

12. Наименьшая плотность жизни на суше наблюдается в:
а — тундре,
б — тайге,
в — тропическом лесу

13. Агроценоз отличается от биогеоценоза:
а — основными компонентами,
б — основной движущей силой эволюции,
в — экологической пирамидой

14. Максимальная плотность жизни наблюдается:
а — в литосфере,
б — в гидросфере
в — на границе раздела сред

15. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами наиболее опасно для:
а — продуцентов,
б — конументов 1 порядка,
в — конументов высших порядков

16. Учение о биосфере создано трудами:
а — Вернадского
б — Опарина
в — Мечникова

17. Правильно составленная пищевая цепь:
а — растение — жук-короед — сова — иволга
б — растение — жук-короед — иволга — сова
в — растение — иволга — жук-короед — сова

18. Биогеоценозом называют:
а — совокупность растений на однородном участке земли

б — совокупность растений, животных, грибов, микроорганизмов
в — группу популяций разных видов, населяющих определенную территорию, и окружающую их среду

Практические задания по философии

Часть I. Философия, круг ее проблем и

Тема 1. Понятие философии, ее смысл и предназначение

Вопросы для обсуждения:

Философия и мировоззрение.
Исторические формы мировоззрения (сравнить философию с наукой, религией, искусством и другими формами общественного сознания).
Философия и мифология. Протофилософия. Генезис философии.
Понятие философии, ее структура и функции.
Основной вопрос философии и его современное решение.

Термины:

Мифология, религия, наука, антропоморфизм, социоморфизм, гилозоизм, анимизм, политеизм, Протофилософия, онтология, космология, космогония, гносеология, эпистемология, антропология, социальная философия, аксиология, этика, эстетика, материализм, идеализм, дуализм, субъективная реальность, объективная реальность, материализм, идеализм, субъективный идеализм, объективный идеализм, сенсуализм, солипсизм, догматизм, диалектика, скептицизм, агностицизм, релятивизм.

Задания для проверки уровня компетенций:

1. Ф. Энгельс так сформулировал основной вопрос философии: «Великий вопрос всей, и в особенности новейшей философии, есть вопрос об отношении мышления к бытию…»

А. Камю писал: «Есть лишь поистине серьезный философский вопрос: вопрос о самоубийстве. Решить, стоит ли жизнь труда быть прожитой, или она того не стоит, — это значит ответить на основополагающий вопрос философии».

М. Хайдеггер считал, во-первых, что «всякий философский вопрос должен охватывать всю философскую проблематику в целом; во-вторых, всякий философский вопрос должен быть задан так, чтобы спрашивающий тоже вовлекался в него».

Вопросы:

а) Чем, по-вашему, можно объяснить, что именно философия пришла к необходимости постановки основного вопроса философии?

б) Что должно служить основанием для формулировки основного вопроса философии?

в) Как в самой постановке основного вопроса философии отражается мировоззренческая позиция философа?

г) Чем объяснить многообразие и разнообразие постановки этого вопроса?

2. Согласны вы или нет с выводами русского философа XX в. Н.А. Бердяева о сущности и задачах философии, приведенных ниже? Обоснуйте свой ответ:

а) «Допустима философия науки, но не допустима научная философия. По своей сущности и по своей задаче философия никогда не была приспособлением к необходимости… Философы искали премудрой истины, превышающей данный мир. Заветной целью философии всегда было познание свободы, а не необходимости»;

б) «Философия есть принципиально иного качества реакция на мир, чем наука, она из другого рождается и к другому направляется»;

в) «Подчинение философии науке есть подчинение свободы необходимости»;

г) «Научная философия есть порабощенная философия, отдавшая свою первородную свободу во власть необходимости».

3. Сравните нижеприведенные высказывания с мнением К. Ясперса: «Нет философии без политики и политических выводов». Кто прав, по вашему мнению?

а) Бельгийский философ Л. Флам утверждает: «Философия не должна служить никому: ни теологии, ни науке, ни социальному движению. Требовать от философа, чтобы он служил социальному движению, — это значит требовать, чтобы он перестал быть философом…».

б) «Философия не должна быть частью государственной идеологии, ибо идеология — средство достижения единомыслия, в том числе по мировоззренческим проблемам, а философия — это индивидуальная мыслительная деятельность» (М. Мамардашвилли).

4. Какое место в системе знаний отводит Л. Витгенштейн (австрийский философ XX в.) философии, и как он определяет ее предназначение?

а) «Работа в философии — это в значительной мере работа над самим собой. Над собственной точкой зрения, над способом видения предметов (и над тем, что человеку от них требуется).

Философ легко попадает в положение неумелого руководителя, который, вместо того, чтобы заниматься собственным делом и лишь присматривать за тем, правильно ли выполняют свое дело его подчиненные, отнимает у них работу. И потому каждый день он перегружен чужой работой, подчиненные же, взирая на это, подвергают его критике».

б) «Философия не является одной из наук (слово «философия» должно обозначать нечто стоящее под или над, но не рядом с науками). Цель философии — логическое пояснение мыслей».

в) «Философия не учение, а деятельность. Философская работа, по существу, состоит из разъяснений. Результат философии — не «философские предположения», а достигнутая ясность предположений. Мысли, обычно как бы туманные и расплывчатые, философия призвана делать ясными и отчетливыми».

Темы рефератов:

Место и роль философии в системе культуры.
Философия и искусство.
Проблема плюрализма в философии.
Философия, религия, атеизм.
Сциентизм и антисциентизм в философии.
Философские аспекты естествознания.
От мифа к логосу: рождение философии.
Философская и научная картина мира XX века.
Философия и политика.
Личность философа (философия как образ жизни).

Вопросы для самоконтроля:

Определение понятия философского знания.
Предмет философии.
Понятие мировоззрения.
Структура мировоззрения.
Каково соотношение философии и науки, философии и искусства, религии и мифологии?
Предназначение онтологии, гносеологии и аксиологии, их соотношение и место в философии.
Обладает ли философия своим языком? В чем состоит его особенность?
Каковы отличительные признаки философского текста?
В чем состоят мировоззренческая и методологическая функции философии?
Является ли религия философией? Может ли философия быть религией?
Какие суждения о философии вам известны?
В чем выражается значение философии в жизни человека?

Тема 2. Античная философия: основные проблемы и идеи

Поделитесь с Вашими друзьями:

Эволюция и биосфера — формирование будущего

Темы, затронутые в первых трех главах этой книги — генетика, развитие и неврология — можно рассматривать с двух взаимодополняющих точек зрения. С одной стороны, это биологические процессы, законченные и непротиворечивые сами по себе. Биологи могут не полностью понимать эти процессы, но они могут изучать их и пытаться объяснить в биологических терминах. Это как биологии: как устроена данная биологическая система, как она функционирует?

В то же время биологические процессы — это продукты эволюции, имеющие миллиарды лет назад.Биологи, изучающие эти процессы с эволюционной точки зрения, пытаются ответить на вопрос биологии: почему данная система развивалась именно так, как она развивалась, какие исторические силы объясняют ее природу?

Однако было бы ошибкой разделять биологические темы на категории «как это работает» и «почему это эволюционировало». В то время как действия молекул могут быть самым непосредственным объяснением биологического процесса, эволюция является окончательным объяснением этого процесса. Именно это делает эволюцию главной объединяющей темой биологии.Он объясняет одновременное разнообразие и единство жизни, различия и сходства, наблюдаемые в организмах. Никакая другая современная идея не сделала так много, чтобы изменить наш взгляд на биологический мир и наше место в этом мире. Цитируя название известного эссе выдающегося генетика XX века Феодосия Добжанского: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».

Теория эволюции Дарвина усовершенствовалась и укреплялась с тех пор, как он впервые предложил ее в 1859 году.Тем не менее центральная концепция теории Дарвина остается краеугольным камнем современной эволюционной теории — естественный отбор. Дарвин признавал, что естественный отбор требует двух противоположных сил. Первый — это механизм, порождающий огромное количество вариаций, которые он наблюдал среди представителей вида. Второй — это процесс, при котором некоторым людям удается передать свои гены следующему поколению, а другим — нет. Таким образом, природа отбирает черты, более подходящие для окружающей среды, и эти черты, как правило, сохраняются.Неуклонное накопление изменяющихся признаков в течение длительных периодов времени в сочетании с изменениями в окружающей среде составляет суть эволюции.

Дарвин не знал механизмов, ответственных за индивидуальную изменчивость среди представителей вида. Но развитие науки генетики в ХХ веке оправдало и прояснило многие его предположения. Сегодня мы знаем, что индивидуальная изменчивость возникает в результате мутаций и перестроек генов, последовательностей нуклеотидов, кодирующих белки.Эта изменчивость настолько велика, что никакие два человека (за исключением однояйцевых близнецов) вряд ли когда-либо имели идентичные геномы.

С бурным развитием молекулярной биологии в 1950-х годах изучение эволюции перешло на молекулярный уровень. Это продвижение добавило новый и во многом непредвиденный уровень сложности эволюционной теории. Секвенирование генов и белков выявило гораздо больше вариаций на молекулярном уровне, чем ожидали биологи. Было обнаружено, что гены перестраиваются и передаются между организмами способами, которые ранее были неизвестны.Молекулярная биология показала, что относительно небольшая часть генома сложных организмов кодирует белки, что ставит вопрос о том, какую роль в эволюции играют некодирующие части генома. Это также продемонстрировало эволюционную важность регуляторных областей ДНК, поскольку многие виды отличаются не столько белками, которые они производят, сколько количеством этих белков и временем их производства.

Молекулярная биология также оказала большое влияние на более классические исследования эволюции.Например, он внес важный вклад в область систематики — классификацию организмов и описание их взаимоотношений. Анализ последовательностей ДНК или белков может выявить различия между организмами, слишком тонкие, чтобы их можно было различить во внешнем виде или поведении.

Молекулярная биология также пришла на помощь полевым исследованиям. Он использовался для изучения структуры и деятельности популяций путем отслеживания потока генов через скрещивающиеся группы. Формирование новых видов — все еще важная проблема эволюционной биологии — теперь может быть изучено на генетическом уровне.Эволюционная история микроорганизмов, которая когда-то была темной областью биологии, стала намного яснее благодаря применению молекулярных методов.

Многие аспекты эволюционной биологии невозможно объяснить на молекулярном уровне. Например, естественный отбор — это не молекулярный процесс; это скорее результат взаимодействия между различными организмами в сложной среде. В общем, объяснения в эволюционной биологии не могут быть сведены все к одному организационному уровню.Им приходится обращаться к множеству разных уровней.

Эти уровни организации в биологии простираются до самого широкого уровня всего — всей земли и ее совокупности живых существ. Организмы не только приспосабливаются к окружающей среде; они также изменяют окружающую среду и тем самым изменяют ход эволюции. Люди — не первые существа, способные переделать всю планету и ее биосферу. Это уже делали раньше организмы гораздо более скромные, чем мы.Как показано далее в этой главе, нас бы здесь не было, если бы не эти организмы. И, как показано в эссе, которое следует за этой главой, люди не приняли близко к сердцу эту взаимозависимость биосферы в своем отношении к другим видам Земли.

Эволюция белков

Одним из самых замечательных достижений молекулярной биологии стало прослеживание хода эволюции отдельных молекул. По словам Франсиско Айала, профессора экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Ирвине, этот метод «поистине произвел революцию в реконструкции эволюционной истории».

Одна из самых смелых и противоречивых гипотез Дарвина заключалась в том, что все организмы произошли от общих предков. Другими словами, если бы можно было проследить эволюцию любых двух современных организмов, то в какой-то момент линии их происхождения сошлись бы. Чем ближе два организма в эволюционном плане, тем позднее их предок.Последний общий предок человека и шимпанзе, например, по-видимому, был обезьяноподобным существом, ныне вымершим, которое жило в Африке около 5 миллионов лет назад.Самым недавним предком человека и грибов, вероятно, был одноклеточный организм, живший в воде или рядом с ней более миллиарда лет назад.

Из-за общего происхождения все организмы имеют общие метаболические процессы. В нашем организме есть белки, которые выполняют те же функции, что и белки в грибах. Однако эти белки не идентичны. Со временем ДНК, которая кодирует белки, подвергается случайным мутациям, которые обеспечивают вариации, необходимые для эволюции. Эти мутации могут изменить последовательность аминокислот в белке, заменив молекулу глицина, например, одной из других 19 аминокислот, которые обычно составляют белки. Следовательно, по мере того, как две эволюционные ветви возникают от общего предка, белки в этих ветвях также эволюционируют. Но поскольку эти изменения случайны, белки изменяются по-разному. С течением времени белки становятся все более и более непохожими.

Белки не могут изменяться неограниченно. Если белок должен выполнять определенную функцию, некоторые аминокислоты должны оставаться неизменными, и должны поддерживаться определенные отношения между аминокислотами. Если мутация действительно изменяет критическую аминокислоту в белке, который необходим организму, организм не выживет, и мутация не будет передана.С другой стороны, если мутация изменяет функцию белка таким образом, что приспособленность организма повышается, эта мутация может быть отобрана, и мутация будет распространяться.

Некоторые биологи предположили, что относительно немногие мутации имеют такой положительный эффект. Они утверждают, что среди тех мутаций, которые не вызывают снижения приспособленности, подавляющее большинство просто нейтральны по своим последствиям. Такая нейтральная мутация может изменить последовательность аминокислот в белке, но не повлияет на общую функцию белка.Другие биологи не согласны с этим, утверждая, что естественный отбор играет гораздо большую роль в управлении эволюцией белков, чем утверждают сторонники так называемой теории нейтральности.

Молекулярные часы

Если бы теория нейтральности была верна, замечает Аяла, она имела бы серьезные последствия для изучения эволюционных взаимоотношений. Это означало бы, что случайные изменения внедряются в ДНК с более или менее постоянной скоростью. Интервал между изменениями в данном белке будет варьироваться в соответствии с их случайным характером.Но в течение достаточно длительного времени эти интервалы усреднялись.

Таким образом, изменения в определенных белках будут служить своего рода эволюционными молекулярными часами. Измеряя различия в последовательности ДНК или белка между двумя разными организмами, можно было бы определить, сколько времени прошло с тех пор, как эти организмы отделились от общего предка.

Классическим примером таких молекулярных часов, отмечает Аяла, является белок цитохром с. Цитохром с, состоящий из 104 аминокислот у позвоночных и еще нескольких у некоторых беспозвоночных, растений и грибов, представляет собой белок, который эволюционировал более миллиарда лет назад, чтобы помочь организмам расщеплять органические молекулы и обеспечивать себя энергией.В 1960-х годах Уолтер Фитч и Эмануэль Марголиаш изучали молекулы цитохрома с 20 различных организмов, включая грибы Neurospora и Candida , дрожжи Saccharomyces , насекомые, рыбу, рептилий, птиц и млекопитающих, включая человека. Они определили различия в аминокислотах между различными белками и рассчитали минимальное количество замен, которые потребуются в ДНК организмов для учета этих различий. Затем они использовали эту информацию, чтобы расположить организмы в эволюционном порядке, как показано на рис.

РИСУНОК 4-1

Различия в аминокислотной последовательности фермента цитохрома c можно использовать для упорядочения эволюционных взаимоотношений между организмами. Цифры между каждой точкой ветвления — это минимальное количество изменений в нуклеотидной последовательности ДНК, необходимых для (подробнее…)

Результаты поразили биологов. С помощью одной молекулы Фитч и Марголиаш воспроизвели многовековую работу биологов по отслеживанию эволюционных отношений между различными организмами.«Я хорошо помню, как в 1967 году читал эту статью в Science и был буквально ошеломлен, — говорит Айяла. Эволюционная история могла быть реконструирована в целом правильно. Более того, существуют десятки тысяч генов, кодирующих белки, и каждый из этих генов или каждый из этих белков может предоставить нам молекулярные часы и, следовательно, независимую реконструкцию эволюционной истории.Именно это вызвало огромный энтузиазм биологов-эволюционистов и других специалистов по поводу этой гипотезы».

Однако диаграмма, составленная Фитчем и Марголиашем, несовершенна. , Внутри птиц куры, по-видимому, более тесно связаны с пингвинами, тогда как на самом деле они более тесно связаны с утками и голубями. Наконец, приматы, включая людей, похоже, отделились от конечностей млекопитающих раньше, чем кенгуру. тогда как на самом деле произошло как раз обратное.Может быть, спрашивает Айяла, эти ошибки указывают на более серьезные проблемы с молекулярными часами?

Неверные часы

Один из способов, с помощью которого Аяла и его коллеги изучают эту проблему, заключается в анализе белка, известного как супероксиддисмутаза. Белок, участвующий в защите клеток от реактивного воздействия кислорода, супероксиддисмутаза состоит из двух идентичных субъединиц из 153 аминокислот у человека, лошадей, дрожжей и плесени и 151 аминокислоты у крыс, коров, рыб-меч и дрозофил.В общей сложности 55 из 153 возможных аминокислотных участков идентичны во всех восьми организмах, что указывает на то, что части белка должны быть сохранены для поддержания его функции. Остальные 98 участков варьируются от вида к виду.

Аминокислотные различия между человеком и тремя другими млекопитающими — крысами, коровами и лошадьми — довольно одинаковы и варьируются от 25 до 30 аминокислот (). В этом есть смысл, поскольку летопись окаменелостей указывает на то, что приматы отделились от грызунов около 63 миллионов лет назад, что линии, ведущие к коровам и лошадям, разошлись примерно в одно и то же время и что общий предок четырех млекопитающих жил около 75 миллионов лет назад.

РИСУНОК 4-2

Эволюционные взаимосвязи, полученные из палеонтологической летописи восьми организмов, можно сравнить с различиями в аминокислотных последовательностях содержащихся в них ферментов супероксиддисмутазы. Например, только 25 из 153 аминокислот в супероксиде (подробнее…)

Разница между человеком и рыбой составляет около 48 аминокислот, или почти в два раза больше, чем между человеком и другими млекопитающими. Если бы супероксиддисмутаза была точными молекулярными часами, это означало бы, что рыбы и люди разошлись примерно в два раза раньше, чем люди и другие млекопитающие, или примерно 150 миллионов лет назад.Однако летопись окаменелостей свидетельствует об обратном: самый распространенный предок людей и рыб, кажется, жил около 450 миллионов лет назад.

С остальными организмами дело обстоит еще хуже. Супероксиддисмутаза человека отличается на 69 аминокислот от супероксиддисмутазы дрожжей и плесени, или примерно в три раза больше, чем у млекопитающих. Тем не менее, линии, ведущие к людям и дрожжам, стали различаться примерно 1,2 миллиарда лет назад, в 20 раз дальше, чем общий предок среди млекопитающих.

Необработанные цифры аминокислотных различий не являются абсолютно точным показателем эволюционного расстояния, отмечает Аяла. Например, если аминокислота мутировала в какой-то момент эволюции, а затем снова превратилась в исходную аминокислоту, двойная замена будет скрыта. Для корректировки таких событий к числам можно применять различные статистические поправки. Но этих поправок недостаточно для объяснения расхождений в степени замещения супероксиддисмутазы.

Другая возможность заключается в том, что аминокислотные замены в супероксиддисмутазе ограничены каким-то образом, который еще не до конца изучен. Например, в супероксиддисмутазах восьми исследованных организмов имеется 98 вариабельных сайтов. Возможно, это значение приближается к максимальному количеству различий, и скорость аминокислотных замен замедляется по мере приближения к этому значению. Однако наибольшее количество замен между любыми двумя организмами составляет всего 69, что далеко от максимума.Кроме того, максимальное количество замен, по-видимому, не является фактором для сопоставимых белков, таких как цитохром c. В целом, говорит Аяла, приходится заключить, что супероксиддисмутаза «не очень хорошие молекулярные часы».

Значение молекулярных часов

«Что более распространено, — спрашивает Айяла, — относительная регулярность цитохрома с или непостоянство супероксиддисмутазы? Я думаю, что ответ в том, что мы не знаем. у нас очень ограничено.Если ситуация с супероксиддисмутазой будет преобладать, мы не сможем с легкостью пользоваться эволюционными часами, если только не станем более изощренными в этом и не узнаем кое-что». Часы по-прежнему могут давать ценные результаты, утверждает Аяла. Например, некоторые белки, такие как цитохром с, кажутся лучшими часами, чем другие. Сравнивая множество таких часов, биологи могут узнать, какие белки дают наиболее достоверные результаты.Такая информация будет становиться все более доступной по мере реализации проектов секвенирования ДНК человека и других видов.

Индивидуальные молекулярные часы также могут быть ценными в определенных пределах. Рассматривая относительно похожие группы организмов, в которых эволюционные процессы предположительно схожи, и рассматривая относительно длительные периоды времени, в течение которых вариации часов могут усредняться, молекулярные часы могут давать точные результаты. Даже супероксиддисмутаза — хорошие молекулярные часы, если посмотреть только на эволюцию млекопитающих.Но для более широкого применения таких часов, заключает Аяла, биологам необходимо больше узнать о факторах, влияющих на эволюцию белков.

Два периода жизни

На основании геологических данных историю Земли можно разделить на два очень неравных периода (). Около 600 миллионов лет назад окаменелости внезапно появляются в огромном количестве в осадочных породах — сначала морских растений и животных, а затем их наземных потомков. Период с тех пор известен как фанерозой, от греческого слова «видимый» или «явный».

РИСУНОК 4-3

Организмы, способные оставлять легко видимые окаменелости, возникли только в последнюю восьмую часть истории Земли. Также были обнаружены окаменелости многоклеточных организмов с мягким телом, но их возраст составляет всего около 700 миллионов лет. До этого (подробнее…)

Первый геологический период фанерозоя известен как кембрий. Поэтому все до фанерозоя известно просто как докембрий. Земля, кажется, образовалась из облака материи, вращающегося вокруг Солнца 4.5 миллиардов лет назад. Таким образом, докембрийский период на Земле охватывает примерно семь восьмых ее истории.

Более века биологи безуспешно искали неопровержимые доказательства существования окаменелостей в докембрийских породах. Внезапное появление живых существ 600 миллионов лет назад поставило серьезную проблему перед создателями эволюционной теории, считавшими, что все организмы возникли в процессе постепенного изменения других организмов. В «Происхождении видов», Дарвин писал: «На вопрос, почему мы не находим богатых ископаемых месторождений, принадлежащих .. . периоды до кембрийской системы, я не могу дать удовлетворительного ответа. … Случай в настоящее время должен оставаться необъяснимым;

По словам Дж. Уильяма Шопфа, профессора палеобиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, загадка наконец была решена только в последние несколько десятилетий. Дело не в том, что окаменелости не существуют в докембрийских породах, а в том, что люди искали не те окаменелости.

Ключ к загадке докембрийской жизни начинается с определенного вида горных отложений, известных как строматолиты (). По форме напоминающие стопку матрацев (или стромы по-гречески), строматолиты были впервые описаны в начале 1800-х годов. Почти сразу же некоторые биологи начали размышлять о том, могли ли они быть образованы живыми организмами. Но они не содержат видимых окаменелостей, и большинство биологов пришли к выводу, что строматолиты возникли в результате небиологических процессов. «Эти дебаты продолжались и продолжались, и многие геологи просто отказывались исследовать эти структуры, в основном потому, что их профессора учили их тому, что они не стоят времени», — говорит Шопф.«Но они, оказывается, стоят потраченного времени».

РИСУНОК 4-4

Строматолиты в палеонтологической летописи обычно напоминают сложенные стопкой блины, возвышающиеся столбами или насыпями. Эти образцы встречаются в известняковых отложениях возрастом около 1,3 миллиарда лет в Национальном парке Глейшер, штат Монтана. Фотография предоставлена Дж. Уильямом Шопфом. (подробнее…)

Сошлись несколько вещей, которые изменили мнение биологов о происхождении строматолитов. Во-первых, биологи начали находить и исследовать колонии бактерий, которые производят структуры, очень похожие на строматолиты, обнаруженные в геологических летописях.В нескольких сухих, соленых и солнечных местах в мире, например на побережье Нижней Калифорнии и на северо-западе Австралии, бактерии растут колоннами, поднимающимися с мелководья. Обычно эти столбцы не являются жесткими; их можно разрезать мачете, говорит Шопф. Но в некоторых местах условия таковы, что карбонат кальция, минеральная составляющая известняка, налипает на их поверхности, образуя твердую подушкообразную структуру. Если бы эти отложения были покрыты отложениями и уплотнены, они были бы практически неотличимы от геологических строматолитов.

РИСУНОК 4-5

Одно из немногих мест в мире, где до сих пор живут строматолиты, находится в заливе Шарк, Западная Австралия. На протяжении большей части своей истории земная поверхность, вероятно, выглядела примерно так. Фотография предоставлена Дж. Уильямом Шопфом.

Живые строматолиты представляют собой сложные экосистемы, состоящие из нескольких видов бактерий. Верхний слой состоит из типа бактерий, известных как цианобактерии, тех же бактерий, которые образуют накипь в водоемах со стоячей водой.Как и все бактерии, цианобактерии являются прокариотами, то есть у них нет отдельного ядра, содержащего их ДНК. По этой причине более распространенное название цианобактерий — сине-зеленые водоросли — не совсем точно, так как все настоящие водоросли имеют ядра и, следовательно, являются эукариотами. Цианобактерии также являются фотосинтезаторами, как и зеленые растения. Они используют солнечный свет для преобразования углекислого газа и воды в органические соединения, которые они используют для выращивания.

Эти соединения, в свою очередь, поддерживают различные виды бактерий, живущих под цианобактериями в современных строматолитах.Эти бактерии получают энергию, как и животные, питаясь органическими молекулами, вырабатываемыми фотосинтезаторами.

Шопф отмечает, что современные строматолиты могут вести довольно шаткое существование. «Они растут вблизи границы отложений и воды, — говорит он, — что не является подходящим местом для организмов, существование которых зависит от солнца. увидеть солнце и умереть».

Современные строматолиты решают эту проблему путем выращивания.Цианобактерии, составляющие верхний слой колонки, фототактичны — они двигаются в ответ на свет. «Таким образом, они действительно закапываются, но при этом они скользят вверх по скопившемуся детриту и создают новый слой», — объясняет Шопф. «И там они сидят, счастливые, как моллюски, или счастливые, как сине-зеленые водоросли, пока их не закапывают снова и снова, слой за слоем. Так образуется строматолит».

Открытие современных строматолитов было наводящим на размышления свидетельством, но этого было недостаточно, чтобы доказать, что строматолиты в геологической летописи также были созданы бактериями.Для этого биологи должны были найти доказательства существования организмов, которые построили геологические строматолиты. Они сделали это, изучив строматолиты, сохранившиеся в диоксиде кремния — минеральном кварце. Если такие строматолиты нарезать пилой с алмазной пропиткой и отшлифовать клоун вручную, можно получить тонкие слои, которые можно увидеть в микроскоп. Путем тщательного поиска в таких полупрозрачных слоях исследователям удалось найти остатки окаменелых клеток (). Иногда клетки соединены в ряды или сплющены в диски, как бактерии в современных строматолитах. Наконец-то были найдены окаменелости докембрийской эпохи.

РИСУНОК 4-6

Окаменелые клетки из отложений возрастом 3,5 миллиарда лет на северо-западе Австралии все еще имеют клеточные стенки и нитевидную форму. Эти окаменелости являются одними из самых древних известных ныне. Микрофотография предоставлена Дж. Уильямом Шопфом.

Сразу стало понятно, почему раньше биологи не находили доказательств докембрийской жизни. «Докембрий был веком микроскопической жизни», — отмечает Шопф. «Люди задавали неправильный вопрос.Они искали макроскопические организмы, эквиваленты трилобитов и моллюсков. Но такие организмы еще не развились. На планете в течение трех миллиардов лет господствовали микробы, которые подготовили почву для всей последующей эволюции». является самым ранним прямым свидетельством жизни на Земле, как описано в рамке ниже).Но что это были за клетки? Были ли они фотосинтезирующими бактериями, подобными тем, которые сегодня образуют строматолиты? Или какой-то другой организм образовал эти ранние строматолиты?

Коробка

Вымирание и летопись окаменелостей. Молекулярные часы можно использовать только с живыми существами и теми немногими организмами, для которых сохранились скоропортящиеся образцы ДНК или белков. В отношении ныне вымерших существ биологи должны полагаться на летопись окаменелостей (подробнее…)

В поисках доказательств фотосинтеза палеобиологи изучили горные породы, в которых находятся эти ранние клетки.Углекислый газ, который фотосинтезаторы поглощают для создания органических соединений, всегда был в изобилии в земной атмосфере, потому что он извергается в атмосферу и океаны из вулканов и глубоководных жерл. Но не все углекислые газы одинаковы. Углерод в углекислом газе состоит из двух разных изотопов — углерода-12 (с шестью протонами и шестью нейтронами) и углерода-13 (с шестью протонами и семью нейтронами). Когда организмы фотосинтезируют, они, как правило, предпочитают углерод-12 углероду-13.

………………………………………….. ……………………………

Следовательно, когда эти организмы умирают и окаменелых, углерод в этих окаменелостях, как правило, обогащен углеродом-12 по сравнению с углеродом в небиологических отложениях.

Исследователи измерили соотношение углерода-12 и углерода-13 в ранних строматолитах, и результаты указывают на определенное обогащение углеродом-12. «Изотопы углерода согласуются с наличием фотосинтеза три с половиной миллиарда лет назад», — говорит Шопф.

Тогда возникает вопрос, каким фотосинтезом занимались ранние бактерии. Растения и цианобактерии объединяют углекислый газ с водой, чтобы получить органические молекулы, выделяя при этом кислород. Но возможны и другие виды фотосинтеза. В частности, некоторые бактерии, которые эволюционировали до цианобактерий, используют для фотосинтеза сероводород, а не воду, выделяя серу в качестве побочного продукта. Связь между серой и водородом разорвать легче, чем связь между кислородом и водородом, и необходимые биохимические механизмы менее задействованы.Возможно, эти бактерии были ответственны за ранние строматолиты.

Шопф и его коллеги занялись этим вопросом, изучив размер и форму окаменелостей, обнаруженных в самых ранних известных строматолитах. Он указывает, что они крупнее современных бактерий, производящих серу, и больше похожи на современных цианобактерий. Они также организованы в ряды или шаровидные колонии, окруженные толстыми многослойными оболочками, что является обычным явлением среди цианобактерий и редкостью среди других прокариот.В целом, по его словам, данные подтверждают идею о том, что бактерии, производящие кислород, появились 3,5 миллиарда лет назад, но это не является окончательным.

Чтобы изучить вопрос о том, когда впервые появились кислородообразующие фотосинтезаторы, палеобиологи снова обращаются к геологическим летописям. Когда фотосинтезаторы выделяют кислород, он попадает в атмосферу и океаны. Там он влияет на образование некоторых минералов, оставляя следы своего присутствия. Изучая эти минералы, можно получить достаточно хорошее представление о том, когда кислород впервые появился в изобилии в земной атмосфере.

Наилучшее свидетельство наличия атмосферного кислорода получено из геологической особенности, известной как полосатые железные образования. Между 3 и 2 миллиардами лет назад в геологической летописи появляется ряд красных полос, образованных минералом гематитом или оксидом железа. «Независимо от того, где вы находитесь на поверхности земли 2-3 миллиарда лет назад, вы найдете этот тип камня», — говорит Шопф. Эти полосы, по-видимому, образовались в результате отложений в земных океанах. Прежде чем в земной атмосфере появился кислород, океаны были насыщены двухвалентным железом, которое может существовать в растворенном виде в воде.Но когда фотосинтезирующие бактерии начали выделять кислород в больших количествах, этот кислород соединился с двухвалентным железом с образованием оксидов трехвалентного железа, которые нерастворимы в воде и упали на дно океана. Там они уплотнялись другими отложениями, образуя полосчато-железистые образования.

В настоящее время большая часть коммерчески важных месторождений железа в мире приходится на эти образования. «Почему в Питтсбурге были сталелитейные заводы, а в Мичигане — автомобильная промышленность?» — спрашивает Шопф. «Потому что там обрабатывалось железо.Это железо отложилось в виде полосчатых железных образований 2,2 миллиарда лет назад вдоль берегов древнего моря. Как говорит Шопф, «Мир покрылся ржавчиной». Разумно предположить, утверждает Шопф, что они были построены теми же фотосинтезаторами, вырабатывающими кислород, что и ответственны за образования полосчатого железа.

В течение нескольких сотен миллионов лет железо в океанах и других геологических стоках поглощало кислород, выделяемый этими ранними фотосинтезаторами.Но со временем эти поглотители кислорода иссякли. В этот момент в атмосфере начал накапливаться кислород. Результатом стала биологическая революция, которая навсегда изменила ход эволюции.

Насыщенная кислородом атмосфера

Появление кислорода в атмосфере было одним из самых важных событий в истории Земли. Сегодня земная атмосфера примерно на пятую часть состоит из кислорода, и практически весь этот кислород вырабатывается биологически зелеными растениями и цианобактериями. Но это изобилие кислорода скрывает тот факт, что он может быть смертельным токсином для жизни.Кислород вступает в реакцию с органическими молекулами, нарушая функции белков, нуклеиновых кислот и других необходимых молекул. По сути, кислород сжигает эти вещества, лишая их биологической активности.

Развитие кислородной атмосферы, несомненно, привело к вымиранию многих организмов. Другие нашли способы избежать кислорода, уйдя в анаэробную или бескислородную среду. Третьим удалось разработать биохимическую защиту от реактивности кислорода. Например, супероксиддисмутаза, предмет изучения молекулярных часов Аялы, эволюционировала для защиты внутриклеточных систем от токсичных производных кислорода.

Но эволюция бесконечно оппортунистична, и пока одни организмы страдали из-за кислорода, другие процветали. В верхних слоях атмосферы атомы кислорода образовали слой озона, который поглощает ультрафиолетовый свет 7 и не дает ему достичь земной поверхности. Раньше организмы были вынуждены защищать себя от биологически повреждающего воздействия этого излучения, защищая себя от прямого солнечного света или разрабатывая сложные биохимические защитные механизмы. С исчезновением ультрафиолетового света они могли распространиться в экологические ниши, которые были для них закрыты.(Отключение ультрафиолетового света также устранило обильный источник энергии, который, по мнению многих биологов, способствовал формированию жизни, как описано в рамке ниже.)

Коробка

Происхождение жизни. Летопись окаменелостей содержит много пробелов, но ни один из них не является более длинным и раздражающим, чем самый первый. Возраст самых старых известных горных пород составляет около 3,8 миллиарда лет назад, когда Земле было всего 700 миллионов лет. Но первые осадочные (подробнее…)

Что еще более важно, организмы начали разрабатывать способы использования кислорода в своих интересах.Они разработали биохимические механизмы, которые использовали кислород для расщепления пищевых продуктов, что привело к гораздо более эффективному использованию органических молекул для получения энергии. Они разработали биохимические пути, в которых кислород был важным участником, что привело к образованию таких молекул, как стероиды, каротиноиды и ненасыщенные жирные кислоты. Эти организмы могли не только переносить присутствие атмосферы; они использовали его растущее изобилие, чтобы установить свое биологическое господство.

Развитие кислородной атмосферы примерно на 1.7 миллиардов лет назад началась совершенно новая эра в эволюции. Уже 1,5 миллиарда лет назад начали появляться клетки с ядрами и другими внутренними структурами. На сегодняшний день почти все эти эукариотические клетки являются аэробными, требующими присутствия кислорода, а исключения явно происходят от более ранних аэробных эукариот. Около 700 млн лет назад эти клетки стали образовывать интегрированные многоклеточные колонии, а отдельные клетки приобрели специализированные функции. Сначала у этих многоклеточных организмов были мягкие тела, которые редко сохранялись в виде окаменелостей.Но около 600 миллионов лет назад у организмов начали формироваться твердые скелеты и другие части тела, которые при захоронении осадками оставляли хорошо заметные следы. Сегодня все многоклеточные организмы, включая все растения и животные, состоят из эукариотических клеток.

Современный взгляд

Анаэробная часть истории Земли — от ее создания 4,5 миллиарда лет назад до примерно 2 миллиардов лет назад — может показаться довольно спокойным периодом в истории эволюции. Но это потому, что эволюцию обычно отождествляют с изменением формы организмов.В течение первой половины земной истории драматические события эволюции происходили внутри клеток. Этот период характеризовался тем, что Шопф назвал «синдромом Фольксвагена» — тенденцией к тому, чтобы внешний вид оставался неизменным, в то время как внутренние механизмы претерпевали существенные изменения. У древних прокариот развились все основные биохимические механизмы, от которых зависит дальнейшая жизнь. При этом они превратили земную среду из среды, враждебной жизни, в среду, в которой могли процветать развитые организмы.

Распутывание нитей докембрийской эволюции было трудным процессом, и он далек от завершения, говорит Шопф. Это междисциплинарное начинание, основанное на областях биологии и других областях. «Чтобы решить проблемы прудовой пены возрастом три с половиной миллиарда лет, нужно побеспокоиться о таких вещах, как геология и минералология, микробиология и палеонтология, органическая химия, биохимия, эволюция атмосферы, немного сравнительной климатологии и истории. науки.«Прогресс в этой области иногда замедлялся, — говорит Шопф, — из-за склонности ученых сосредотачиваться на конкретных областях и игнорировать их междисциплинарные связи. Но, — отмечает Шопф, — природа не разделена на части. Я думаю, это зависит от того, как мы обучаем наших студентов. Есть что сказать о междисциплинарном образовании, и, возможно, мои замечания в какой-то степени иллюстрируют это положение.»

Человеческие общества сейчас достигают точки, когда взаимосвязь биологического и небиологического уже нельзя игнорировать.Сжигая ископаемое топливо и уничтожая растительность, мы увеличиваем количество углекислого газа в атмосфере Земли. Углекислый газ действует как парниковый газ, улавливая инфракрасное излучение и повышая температуру земного шара. Если компьютерные модели атмосферных процессов точны, глобальные температуры повысятся на несколько градусов в течение следующего столетия, что приведет к смещению сельскохозяйственных и экологических зон и, возможно, повышению уровня моря.

Люди также модифицируют одно из факторов, которые сделали возможной современную экосистему.Промышленные химикаты, известные как хлорфторуглероды, разрушают молекулы озона в верхних слоях атмосферы, позволяя большему количеству ультрафиолетового излучения достигать земли. Помимо увеличения заболеваемости раком кожи, это повышенное ультрафиолетовое излучение может в конечном итоге нанести вред наземным и морским растениям и животным с неисчислимыми экологическими последствиями.

Изучая геологические, атмосферные, океанографические и биологические процессы, которые сформировали наш современный мир, биологи надеются узнать больше о том, как эти силы будут продолжать взаимодействовать.«Прошлое определяет настоящее, — говорит Шопф, — и в том же смысле настоящее определяет будущее».

ЭССЕ-Сохранение биологического разнообразия

Глобальные изменения – глобальное изменение окружающей среды в результате деятельности человека – попали на первые полосы газет. Три основные тенденции, по-видимому, ответственны за эту вновь обретенную заботу об окружающей среде. Промышленное загрязнение, которое долгое время было проблемой на местном уровне, приобрело национальный и международный масштаб, особенно из-за его вклада в кислотные дожди.Повышение уровня парниковых газов в атмосфере совпадает с постепенным повышением глобальной температуры, вызывая опасения по поводу последствий будущих потеплений для сельского хозяйства, количества осадков и уровня моря. А наблюдаемое истончение озонового слоя, в том числе его фактическое исчезновение над Антарктидой весной, вызвало опасения, что продолжающиеся выбросы хлорфторуглеродов могут резко увеличить ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности земли.

Однако, по словам Эдварда 0, в дискуссиях о глобальных изменениях часто упускается из виду еще одна важная тенденция. Уилсон, профессор Гарвардского университета. «В экологическом апокалипсисе есть четвертый всадник, за которым нужно гораздо более пристально следить и реагировать на него. В отличие от других, он действительно необратим и, следовательно, непредсказуем по своим последствиям. Я говорю о вымирании видов, вызванном средой обитания. разрушения, особенно уничтожения тропических лесов».

В настоящее время люди вызывают массовое вымирание, которое может конкурировать с любым из событий вымирания, которые произошли на Земле 4.5-миллиардная история. В течение ста лет — немногим больше, чем человеческая жизнь, — может вымереть до половины видов, живущих на Земле. Биологическое разнообразие мира безвозвратно сокращается не в результате какого-либо сознательного решения сократить разнообразие, а потому, что не было принято решение о его сохранении. «Это глупость, которую наши потомки вряд ли простят нам», — считает Уилсон.

Этические убеждения неизбежно формируют отношение человека к вымиранию видов. Некоторые люди могут придерживаться Книги Бытия о том, что Бог дал людям власть над всеми живыми существами, чтобы мы могли использовать их по своему усмотрению. Другие могут полагать, что нам поручено заботиться о других видах и нести ответственность за их благополучие. Некоторые люди могут рассматривать людей как автономный вид, не несущий внутренней ответственности по отношению к другим видам, за исключением того, что они влияют на благосостояние людей. Другие могут подумать, что, поскольку люди являются продуктом эволюции, это унижает человечество, позволяя уничтожать другие продукты эволюции.

«Полевой биолог не терпит этих тонкостей моральных рассуждений», — говорит Уилсон. «Он похож на молекулярного биолога, наблюдающего, как сгорает лаборатория». По словам Уилсона, виды исчезают слишком быстро, чтобы воздерживаться от действий до тех пор, пока не возникнет этический консенсус. Учитывая многие известные преимущества биологического разнообразия и неизвестные последствия сокращения этого разнообразия, простая осторожность требует, чтобы мы действовали для сохранения всемирного биологического наследия.

Измерения разнообразия

«Примечательно, что никто не знает количество биологического разнообразия в мире даже с точностью до ближайшего порядка», — отмечает Уилсон.Биологи назвали и описали более 1,4 миллиона видов всех типов с тех пор, как в 1750-х годах были введены формальные системы классификации. Но за исключением нескольких хорошо изученных категорий, таких как цветковые растения и позвоночные, существует гораздо больше видов, чем было названо и описано. По оценкам Уилсона, на Земле может быть от 4 до 30 миллионов видов, более половины из которых — насекомые.

Каждый из этих видов является незаменимым хранилищем генетической информации. По оценкам, количество генов в различных организмах составляет около 1000 у бактерий, около 10 000 у некоторых грибов, от 50 000 до 100 000 у человека и многих других животных и около 400 000 у многих цветковых растений.Более того, отдельные представители вида содержат разные гены и разные версии одного и того же гена, что приводит к разнообразию как внутри вида, так и между видами.

«Вид не похож на молекулу в облаке молекул», — говорит Уилсон. «Это уникальная популяция организмов, конечная точка линии, отделившейся от наиболее близкородственных видов тысячи или даже миллионы лет назад. Она была откована и сформирована в ее нынешнюю форму мутациями и естественным отбором, в ходе которых определенные генетические комбинации выживали и воспроизводились дифференцированно из почти невообразимо большого количества возможных.

Относительно небольшое количество генов изучено очень подробно, и, за исключением нескольких лабораторных организмов, последовательности нуклеотидов для любого данного организма, включая человека, в значительной степени неизвестны. Следовательно, когда вид вымирает, генетическая информация, которую он содержит потеряны навсегда

Разнообразие в тропиках

Самая богатая из известных коллекций видов в мире находится во влажных тропических лесах. разновидность.Эти леса, более точно известные как сомкнутые влажные тропические леса, обычно содержат три или более полога растительности. Верхний полог, образованный вечнозелеными широколиственными деревьями, очень густой, так что прямой свет достигает лесной подстилки. Это отсутствие прямого света уменьшает количество подлеска, так что люди могут относительно легко ходить по таким лесам.

О разнообразии живых существ в этих лесах ходят легенды биологи. «У каждого тропического биолога есть любимый пример, — говорит Уилсон.«С одного бобового дерева в Перу я обнаружил 43 вида муравьев, принадлежащих к 26 родам. Это примерно столько же, сколько и вся популяция муравьев на Британских островах или в Канаде». На десяти участках общей площадью 25 акров на Борнео один тропический биолог определил около 700 видов деревьев, что превышает количество местных видов деревьев, встречающихся во всей Северной Америке. Квадратный километр леса в Центральной или Южной Америке может содержать несколько сотен видов птиц и многие тысячи видов бабочек, жуков и других насекомых.

Это невероятное биоразнообразие сталкивается лоб в лоб с суровой реальностью современной истории: эти районы находятся под одним из самых интенсивных условий развития среди всех экосистем в мире. Большинство тропических лесов находятся в развивающихся странах с быстро растущим населением. Уже сейчас 40% территории, на которой когда-то были тропические леса, исчезли из-за деятельности человека. И по мере того, как население и экономическое давление продолжают расти, будет расти и давление на оставшиеся тропические леса.

По самым скромным подсчетам, около 1 процента существующих тропических лесов вырубается или разрушается каждый год — площадь размером примерно с Западную Вирджинию. Другие оценки намного выше, хотя в политически напряженной атмосфере, окружающей вырубку лесов, такие цифры неизбежно вызывают споры. «Важным моментом является то, что ставки очень и очень высоки, как бы вы на них ни смотрели», — говорит Уилсон.

Большинство этих территорий постоянно расчищаются, чтобы освободить место для сельского хозяйства.Но одна из трагедий вырубки тропических лесов заключается в том, что эти земли не особенно хорошо подходят для сельского хозяйства. Существование густых тропических лесов может создать впечатление обильного плодородия. «Но существующие тропические леса — это не та богатая плодородная среда, которую легко восстановить, как думает большинство людей», — говорит Уилсон. «Они как раз наоборот. Это то, что можно назвать мокрой пустыней».

Большинство тропических лесов расположены на так называемых тропических красных и желтых землях, которые имеют кислую среду и бедны питательными веществами.Когда деревья вырубают и сжигают, они выделяют свои питательные вещества в почву, и в течение двух-трех лет эти питательные вещества могут поддерживать урожай. Но после этого питательные вещества расходуются или вымываются, и урожайность сельскохозяйственных культур резко снижается без широкого использования удобрений.

После того, как леса будут вырублены, потребуются столетия, чтобы сопоставимые экосистемы (за вычетом истребленных видов) полностью восстановились. В некоторых случаях, когда ущерб серьезный, а почва особенно бедна, леса могут никогда не восстановиться естественным путем.Поэтому тропические леса не обязательно являются возобновляемым ресурсом, как леса в районах с умеренным климатом. Во многих отношениях они являются невозобновляемым ресурсом, как нефть или полезные ископаемые.

Если нынешние темпы обезлесения сохранятся, то к началу двадцать второго века тропические дождевые леса практически исчезнут. Однако некоторые области исчезают намного быстрее, чем в среднем, и исчезнут в течение десятилетия или двух. Скорость обезлесения также увеличивается, что заставляет многих тропических биологов относить исчезновение тропических лесов к двадцать первому веку.

Масштабы вымирания, которые вызовет это разрушение среды обитания, зависит от количества видов, живущих в этих экосистемах в настоящее время (число, которое еще точно не известно) и от того, какая часть лесов может быть сохранена. Исследования островной биогеографии показывают, что, как правило, при сокращении площади того или иного местообитания на 90% число видов, обитающих в этом местообитании, уменьшается вдвое. Однако в тропиках это общее правило может недооценивать истинную гибель видов.Многие тропические виды обитают в небольших географических районах, поэтому относительно небольшая потеря среды обитания может привести к их исчезновению. Такое разрушение среды обитания может также уменьшить генетическое разнообразие внутри вида, делая его более уязвимым для будущих разрушений.

Без широкомасштабных усилий по сохранению существующие тропические леса в конечном итоге сократятся до гораздо менее 10 процентов от их нынешней площади. Поэтому вполне вероятно, что более половины видов, обитающих в настоящее время в этих районах, будут потеряны.

Связь между развитием и сохранением

В промышленном мире развитие и сохранение часто рассматриваются как конкуренты в игре с нулевой суммой: когда развитие выигрывает, сохранение проигрывает. Но это уравнение не обязательно выполняется в развивающихся странах. Там биологическое богатство, содержащееся в природной среде, может быть ценным источником увеличения человеческого благосостояния.

«Дикие виды в тропических лесах и других естественных средах обитания являются одними из самых важных человеческих ресурсов, — говорит Уилсон, — и до сих пор наименее используемыми. Ярким примером является производство продуктов питания. В настоящее время люди полагаются только на 15–20 видов растений для получения большей части своих продуктов питания, и только три вида — пшеница, кукуруза (кукуруза) и рис — обеспечивают более половины. Тем не менее, как отмечает Уилсон, существует не менее 75 000 съедобных растений, и многие из них обладают качествами, превосходящими качества используемых в настоящее время сельскохозяйственных культур.

скрещивания культур с помощью традиционных программ селекции.Кроме того, с помощью генной инженерии скоро станет возможным передавать ценные признаки, такие как устойчивость к болезням или вредителям, между растениями, которые естественным образом не скрещиваются.

Дикие виды также являются обширным и почти неиспользованным резервуаром новых фармацевтических препаратов, волокон, заменителей нефти и других продуктов. Например, каждое десятое растение содержит противораковые соединения той или иной степени эффективности. Розовый барвинок Мадагаскара содержит два алкалоида, отмечает Уилсон, винбластин и винкристин, которые могут в значительной степени вылечить болезнь Ходжкина и острый детский лимфоцитарный лейкоз.В настоящее время барвинок розовый является основой индустрии с годовым оборотом в 100 миллионов долларов и является одним из шести родственных видов на Мадагаскаре. «Остальные пять в значительной степени не изучены, — отмечает Уилсон, — а один в настоящий момент находится на грани исчезновения из-за разрушения естественной среды обитания».

Растения — не единственные дикие виды, представляющие потенциальную ценность. Насекомые могут действовать как опылители сельскохозяйственных культур, средства борьбы с сорняками, паразиты и хищники других насекомых-вредителей. Бактерии, дрожжи и другие микроорганизмы могут дать новые лекарства, продукты питания и методы восстановления почвы.Предложения о том, как дикие виды могут способствовать благосостоянию людей, «заполняют тома», говорит Уилсон.

Подходы к сохранению

«Вы не можете помешать мексиканскому крестьянину застрелить последнего имперского дятла, чтобы прокормить свою семью, что на самом деле произошло 15 лет назад», — говорит Уилсон. «Но в менее отчаянных случаях вы можете убедить людей и правительства, по крайней мере, до некоторой степени, что сохранение биоразнообразия принесет им краткосрочную и долгосрочную выгоду. В краткосрочной перспективе они могут получить более длительные и более богатые урожаи от существующих Ресурсы.В долгосрочной перспективе они спасают одно из своих национальных сокровищ. «

Разработан ряд методов, которые могут одновременно способствовать экономическому развитию и сохранению биологического разнообразия, отмечает Уилсон. Новые методы полосовой лесозаготовки могут приносить доход от тропических лесов при сохранении лесных массивов. Надлежащее управление сельским хозяйством может сохранить питательные вещества в тропических почвах. , так что фермерам не нужно постоянно переезжать, чтобы иметь возможность обрабатывать плодородную землю. Земли, которые уже были расчищены, необходимо обогатить или восстановить, чтобы снять нагрузку с неосвоенных земель.А культуры, особенно подходящие для тропиков, такие как быстрорастущие деревья, которые можно скашивать для получения волокна и древесной массы, должны найти гораздо более широкое применение.

Правительства и международные организации по развитию должны сделать биоразнообразие основным фактором при планировании и поддержке проектов развития, отмечает Уилсон. В этом направлении были предприняты обнадеживающие шаги; например, Конгресс США обязал программы, финансируемые Агентством международного развития, включать оценку воздействия на окружающую среду.Но многое еще предстоит сделать.

Были также предложены более инновационные меры. Некоторые люди выступают за частичное списание международных долгов развивающихся стран, если они реализуют проекты по сохранению. Аналогичный подход заключается в покупке долга развивающихся стран со значительной скидкой и использовании этого кредита для покупки земли для сохранения. «Существует множество методов, которые были разработаны, — говорит Уилсон, — и это не потребует огромных денег в плане иностранной помощи по сравнению с тем, что мы вносим, например, в виде военной помощи многие из этих стран.»

Роль биологов

Биологические исследования станут важным дополнением к политическим мерам по сохранению биологического разнообразия. Прежде всего, необходимы исследования в области систематики и экологии, чтобы лучше понять размеры биоразнообразия и масштабы угроза, стоящая перед ним. «Очевидно, что необходимы новые активные усилия в области систематической биогеографии, чтобы выяснить, где обитают виды, какие районы нуждаются в охране и где существуют виды, которые можно было бы немедленно использовать в экономической сфере. «, — говорит Уилсон.«Нам придется перестроить наши музеи и другие институты, занимающиеся изучением биоразнообразия, чтобы сосредоточить гораздо больше полевых исследований в реальном мире».

Уилсон выступает за биотическое исследование всех видов растений, животных и микроорганизмов, существующих на Земле, «проект, сравнимый с картированием генома человека». Такой обзор мог бы помочь ответить на ряд жизненно важных вопросов эволюционной биологии. Например, чем объясняется количество видов на Земле? Это связано с чем-то в природе планеты или с чем-то в эволюции? Почему существуют горячие точки биологического разнообразия? Можно ли увеличить разнообразие природных систем за счет вмешательства человека?

Восстановление поврежденных экосистем — еще одна область, в которой биологи могут внести большой вклад.Каковы наилучшие методы содействия регенерации природной экосистемы? Как можно поддерживать экосистемы таким образом, чтобы способствовать разнообразию? Уилсон утверждает, что в ближайшем будущем эти области биологических исследований должны значительно расшириться.

Биология — не единственная наука, которая должна более активно участвовать в сохранении биоразнообразия. Экономические науки традиционно сталкивались с трудностями в оценке биологического разнообразия и других активов окружающей среды, поскольку эти объекты существуют вне узко определяемой рыночной экономики. Психология и социология никогда не предпринимали серьезных усилий для изучения связи психического и социального здоровья с жизненной силой природной среды. В целом, утверждает Уилсон, социальные науки должны стать гораздо более интегрированными в реалии окружающей среды и использования биоразнообразия.

Исследования биоразнообразия необычны для науки, поскольку существуют строгие ограничения по времени их проведения. Биологи и другие ученые участвуют в гонке со временем, и конкуренция становится все быстрее по мере роста демографического давления.«Изучение биоразнообразия неожиданно приобрело новую актуальность», — говорит Уилсон. «Сейчас это стало для человечества таким же важным, как медицина или молекулярная биология».

Эволюция и биосфера — формирование будущего

Темы, затронутые в первых трех главах этой книги — генетика, развитие и неврология — можно рассматривать с двух взаимодополняющих точек зрения. С одной стороны, это биологические процессы, законченные и непротиворечивые сами по себе. Биологи могут не полностью понимать эти процессы, но они могут изучать их и пытаться объяснить в биологических терминах.Это как биологии: как устроена данная биологическая система, как она функционирует?

В то же время биологические процессы — это продукты эволюции, имеющие миллиарды лет назад. Биологи, изучающие эти процессы с эволюционной точки зрения, пытаются ответить на вопрос биологии: почему данная система развивалась именно так, как она развивалась, какие исторические силы объясняют ее природу?

Однако было бы ошибкой разделять биологические темы на категории «как это работает» и «почему это эволюционировало».«В то время как действия молекул могут быть самым непосредственным объяснением биологического процесса, эволюция является окончательным объяснением этого процесса. Именно это делает эволюцию главной объединяющей темой биологии. Она объясняет одновременное разнообразие и единство жизни, для различия и сходства, наблюдаемые в организмах.Никакая другая современная идея не сделала так много для изменения нашего взгляда на биологический мир и наше место в этом мире. Цитирую название известного эссе выдающегося генетика ХХ века Феодосия Добжанского «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции.

Теория эволюции Дарвина совершенствовалась и укреплялась с тех пор, как он впервые предложил ее в 1859 году. Тем не менее центральная концепция теории Дарвина остается краеугольным камнем современной эволюционной теории — естественный отбор. Дарвин признавал, что естественный отбор требует двух противоположных сил. Это механизм, порождающий огромное количество вариаций, которые он наблюдал среди представителей вида.Второй процесс, посредством которого некоторым особям удается передать свои гены следующему поколению, а другим нет.Таким образом, природа отбирает черты, более подходящие для окружающей среды, и эти черты, как правило, сохраняются. Неуклонное накопление изменяющихся признаков в течение длительных периодов времени в сочетании с изменениями в окружающей среде составляет суть эволюции.