В одной из своих последних статей В. И. Вернадский (1942) отметил расхождения в трактовке разрабатываемых им представлений о поверхностных оболочках Земли, особенно в трактовке понятия биосферы. Расхождения не преодолены и по сей день. В многочисленных публикациях о биосфере бытуют резко отличающиеся друг от друга представления об ее структуре и функциях, пространственных границах и основных компонентах (Ефремов, 1959; Наумов, 1964; Сукачев, 1964а; Ковда, Тюрюканов, 1970; Перельман, 1973, 1977; Камшилов, 1974, 1975; Арманд, 1975; Вассоевич, 1976; Вассоевич, Иванов, 1977, 1983а, 1983б, 1984; Иванов, 1978, 1979; Гегамян, 1980, 1981; Голубец, 1982; Лапо, 1982, 1987; Соколов, 1983, 1986; Голубец, Одинак, 1983, и др.).

Несмотря на то что в последние годы были опубликованы десятки книг и статей, в заголовках которых имеется словосочетание „эволюция биосферы”, а также проведен ряд конференций и симпозиумов, посвященных данной проблеме, в самой ее постановке остается много неясного.
Справедливо писал К. М. Завадский, характеризуя уровень знаний об эволюции надвидовых форм существования жизни: „Ступени эволюции биоценотической и биостроматической форм организации живого исследованы еще совсем мало. До сих пор преобладают характеристики эволюции типов биоценозов по ведущим типам организмов (например, псилофитовые биоценозы девона и т. п.), а не по специфическим структурно-функциональным закономерностям (конструктивные особенности, особые черты биотических связей, особые циклы круговоротов веществ)” (1968, с. 193).
Такая оценка относится и к изученности эволюции биосферы, при исследовании закономерностей которой мы сталкиваемся с принципиальными трудностями. Эти трудности обусловлены тем, что биосфера как планетарная оболочка сложилась более трех с половиной миллиардов лет назад и в течение этого громадного промежутка времени оставалась постоянной в основных чертах своего строения, организации круговорота веществ и потоков энергии и выполняемых биогеохимических функциях. Формирование принципиальных особенностей биосферы восходит ко времени, о котором мы не имеем прямых палеонтологических данных (Гиляров, 1973; Чернов, 1983; Медников, 1985; Левченко, Старобогатов, 1986).

Эволюция биотического круговорота является наиболее общим и специфическим показателем исторических преобразований жизни на биосферном уровне ее организации. Однако нельзя понять эволюцию биосферы без изучения количественной и качественной роли отдельных видов в ее геохимических и энергетических процессах, без исследований исторических преобразований биогеоценозов. Именно усложнение трофических связей внутри экосистем, возрастание зависимости между продуцентами, консументами и редуцентами приводят к тому, что минеральные соединения, выхваченные из геологических циклов организмами, обнаруживают тенденцию к сохранению в биотических циклах.
В свою очередь эволюция биогеоценозов не может быть понята вне эволюции составляющих ее популяций и видов. Образование биоценозов, подчеркивал М. С. Гиляров, зависит прежде всего от межвидовой конкуренции, так как сохраняются прежде всего те виды, которые лучше всего адаптированы к данному биотическому сообществу и его абиотическим факторам. „Вид и биоценоз состоят из одних и тех же структурных единиц: из популяций» (Гиляров, 1983а, с. 83). Энергетическая эффективность планеты и роль живого вещества в аккумуляции солнечной энергии и в планетарном круговороте веществ возрастает благодаря дифференциации сообществ и популяций, специализации жизненных форм и увеличению числа экологических ниш.

Начатые В. И. Вернадским исследования эволюции биосферы проводились в СССР широким кругом ученых. Среди них – биогеохимики (А. П. Виноградов, В. В. Ковальский, Я. В. Самойлов), географы (М. И. Будыко, И. П. Герасимов, А. А. Григорьев, Б. Б. Полынов, В. Б.Сочава), геохимики и геологи (Н. Б. Вассоевич, Н. Н. Верзилин, Ю. А. Жемчужников, А. В. Лапо, Б. Л. Личков, К. И. Лукашев, А. И. Перельман, А. Б. Ронов, А. В. и С. А. Сидоренко, Н. М. Страхов, А. Л. Яншин), геоботаники (М. А. Голубец, Е. М. Лавренко, В. Н. Сукачев, И. А. Титов), математики (А. А. Александров, В. А. Костицын, Н. Н. Моисеев, Ю. М. Свирижев, А. М. Тарко), палеонтологи (А. Г. Вологдин, Л. Ш. Давиташвили, Д. Н. Соболев, Б. С. Соколов), почвоведы (В. Р. Вильямс, В. А. Ковда, А. А. Роде, Е. И. Шилова), фитофизиологи (А. А. Ничипорович), философы (Э. В. Гирусов, П. А. Водопьянов), экологи (А. М. и М. С. Гиляровы, М. М. Камшилов, К. М. Хайлов, Ю. И. Чернов, С. С. Шварц) и др.
Столь широкий фронт исследований выдвигает особые трудности при выделении направлений в развитии проблемы эволюции биосферы. Трудности усугубляются еще тем, что, несмотря на участие в этих исследованиях представителей различных отраслей естествознания, сама проблема эволюции биосферы находится еще на стадии постановки и первых попыток ее решения. До сих пор нет твердо очерченных направлений в ее разработке. Данной проблемой, как правило, занимаются лишь в контексте глобальных задач, связанных с дальнейшей разработкой учения о биосфере и познанием ее современного состояния. В существующих сейчас биогеохимических, физико-географических, кибернетических и термодинамических подходах к изучению биосферы удельный вес эволюционной проблематики крайне незначителен.
Основными принципами при выделении этапов в развитии любой науки или научной проблемы служат крупные открытия, создание фундаментальных обобщающих трудов, внедрение новых методов исследования. При выделении этапов в развитии проблемы эволюции биосферы наряду с этими общепризнанными критериями периодизации науки следует учитывать также количество трудов, связанных с ее разработкой, распространенность идеи эволюции биосферы среди естествоиспытателей различных специальностей, формирование новых эволюционных подходов к изучению различных сторон строения и функционирования биосферы. Руководствуясь этими соображениями, целесообразно выделить три периода в разработке анализируемой проблемы.

Единство процессов видообразования и эволюции биосферы. Вернадский впервые обосновал идею об эволюции поверхностной оболочки Земли как целостном процессе взаимодействия живого вещества и косной материи. Ведущая, активная роль в этом взаимодействии принадлежит жизни, которая признавалась Вернадским „великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты” (1926а, с. 26).
Вернадский не ограничился констатацией ведущей роли живого в эволюции биосферы, а стремился найти „кипящий слой” элементарных преобразований биосферы. Опережая широкое проникновение популяционных представлений в эволюционную биологию, он уже в середине 20-х годов считал необходимым выделить вид как главный носитель эволюции. Основная задача в изучении эволюции биосферы, по мнению Вернадского, заключалась в установлении связи „эволюции видов с механизмом биосферы, с ходом биогеохимических процессов” (1928, с. 234). Существование подобной связи не вызывало у него сомнений, так как „основные числа, характеризующие эти процессы, являются видовыми признаками, меняющимися в процессе эволюции” (там же). К числу этих признаков он относил общую биомассу вида, его химический состав и геохимическую энергию.

К своей оригинальной гипотезе происхождения биосферы Вернадский пришел в ходе длительных раздумий над вопросами о сущности жизни, о пространственных и временных границах распространения жизни в космосе, о возможности абиогенного синтеза живого вещества, о причинах появления жизни на Земле и т. д. Постоянно возвращаясь в течение четверти века к этим вопросам, Вернадский вносил в свои представления изменения и уточнения. Это дало повод некоторым его критикам усмотреть противоречивость во взглядах Вернадского и даже приверженность к агностицизму и витализму (Новогрудский, 1931; Деборин, 1932, 1933). Поверхностное знакомство с трудами Вернадского по проблемам происхождения биосферы привело и некоторых современных авторов к аналогичному выводу, что „Вернадский в учении о биосфере занял иррациональную позицию в вопросе о происхождении жизни, считая исследование причин происхождения жизни занятием бесполезным, иллюзорным и опасным” (Dose, Rauchfuss, 1975, S. 2).
Такие оценки сделаны на базе лишь некоторых высказываний Вернадского. В них не учитывается развитие его представлений по данной проблеме. Игнорируется тот факт, что гипотезы о вечном существовании жизни в космосе и о появлении жизни на нашей планете в результате заноса в латентном состоянии микроорганизмов или спор из космического пространства Вернадский считал вероятными в первые годы своих биохимических исследований.

Возникновение жизни, по мнению Вернадского, положило начало геологическому периоду в развитии нашей планеты и длительному процессу эволюции биосферы. Подчеркивая неразрывную связь эволюции видов с эволюцией биосферы, Вернадский вместе с тем стремился найти интегральные характеристики эволюции биосферы, ее специфические закономерности, не сводимые к закономерностям эволюции на нижележащих уровнях организации живого. Эволюция химического состава организмов и их метаболических процессов рассматривалась им прежде всего в плане ее влияния на геологическое строение биосферы, ее биогеохимические функции и общую энергетику. „Благодаря эволюции видов, непрерывно идущей и никогда не прекращающейся, резко меняется отражение живого вещества на окружающей среде. Благодаря этому процесс эволюции — изменения — переносится в природные биокосные и биогенные тела, играющие основную роль в биосфере, в почвы, в наземные и подземные воды (в моря, в озера, реки и т.д.), в угли, битумы, известняки, органогенные руды и т.п. ” (Вернадский, 1977, с. 18).
Рост биомассы биосферы и ее организованности. Вернадский был уверен, что благодаря способности к размножению в геометрической прогрессии сформировавшаяся жизнь быстро „растеклась” по поверхности нашей планеты, приспосабливаясь к разнообразным условиям существования. С самого начала эволюция живого, считал он, может идти в соответствии с биогеохимическими принципами. Поэтому на каждом этапе истории органического мира его биомасса и область распространения достигали возможного предела.
Расширение зоны обитания жизни и связанное с этим увеличение размеров биосферы Вернадский оценивал как важную тенденцию в ее эволюции. „Биосфера, — писал он, — не есть нечто неподвижное... Это проявляется в расширении области жизни, т. е. биосферы, в геологическое время. Вырабатываются организмы, которые, приспосабливаясь к условиям безжизненных областей, их заселяют: процесс расширения идет быстро в ходе геологического времени” (1937, с. 12). В то же время он допускал, что процесс освоения жизнью новых областей продолжается и в наши дни.

Разработанные Вернадским биогеохимические и энергетические подходы к изучению эволюции биосферы требовали дополнить современную периодизацию истории жизни, которая строится преимущественно на изучении остатков ископаемых организмов, новыми более существенными критериями. Не раз возвращаясь к этому вопросу, Вернадский обычно отмечал четыре крупных этапа в истории биосферы: появление первичных автотрофов, возникновение животных с кальциевым скелетом, формирование лесных биогеоценозов и, наконец, создание ноосферы. Как видно, для выделения этих этапов он использовал разные критерии. Так, первый этап связан с появлением нового способа питания и важнейшего компонента биосферы, второй — с усилением одной из биогеохимических функций, третий — с возникновением биотического сообщества, наиболее эффективно осуществляющего аккумуляцию солнечной энергии, а четвертый — с резким изменением всех биогеохимических и энергетических процессов в биосфере. Начатый Вернадским поиск критериев периодизации истории органического мира, отличных от принятых в геохронологии, впоследствии был продолжен в ряде работ
Особое внимание уделял Вернадский (1916, 1927а, 1937, 1944, 1965, 1977 и др.) заключительному этапу в истории биосферы, когда человеческая деятельность стала решающим фактором преобразования природы.
К концу своей жизни он сформулировал основы учения о ноосфере, которое сейчас оказалось в центре внимания ученых самых различных специальностей как у нас в стране, так и за рубежом.

Вопрос о закономерном характере химического состава организмов был поставлен еще в конце XVIII – начале XIX веков в трудах Дж. Пристли, А. Гумбольдта, Ф. Джона, Г. Фехнера, К. Шпренгеля и Ю. Либиха. Однако в рамках господствовавшей естественной телеологии казалось очевидным, что организмы используют именно те химические элементы, которые лучше всего служат для отправления их важнейших функций и для строения протоплазмы.
Следует учитывать и широко распространившиеся позже представления об единой протоплазме всех организмов, состоящей якобы из ограниченного числа элементов: четырех органогенов (водорода, углерода, азота, кислорода) и семи зольных элементов (фосфора, серы, кальция, калия, натрия, железа, магния). Совокупность этих элементов составляет более 99% общей массы у всех организмов. Другие же элементы, встречавшиеся, как правило, в микроколичествах (от 10-3 до 10 -5 % от общей массы), расценивались как случайные примеси. Открытие физиологической роли таких элементов, как медь, йод, марганец, бор, кремний и др., заставило по-новому взглянуть на химический состав организмов с учетом всей его сложности и многообразия.
Во второй половине XIX в. внимание исследователей привлекла определенная закономерность в использовании организмами химических элементов. Это побуждало к изучению связи между биологическими свойствами химических элементов и их положением в периодической таблице Д. И. Менделеева. Распространение элементов в органическом мире связывали прежде всего с их атомной массой. Считалось, что именно легкая масса основных биогенных элементов, расположенных главным образом в двух первых периодах таблицы Менделеева, и предопределяет химический состав живого вещества. Однако данное объяснение оказалось явно неудовлетворительным, поскольку в этих же периодах расположены и элементы, содержащиеся в организмах в незначительных количествах. В то же время относительно тяжелые элементы из четвертого периода (калий, кальций, железо) иногда встречаются в организмах в весьма значительных количествах. Вот почему все больше внимания стали уделять месту элементов в ряду электрических положительных и отрицательных зарядов, валентности атомов и их способности образовывать многочисленные соединения с углеродом (Sestini, 1885).

Химический состав живого вещества в своих основных чертах сложился еще в процессах предбиологической эволюции, когда шел отбор химических элементов и соединений, необходимых для поддержания целостности метаболических процессов и передачи наследственной информации (А. И. Опарин, Н. Пири, Е. М. Крепе, А. Львов и др.). Но происходящая затем экспансия жизни, ее приспособление к различным геохимическим средам, разделение организмов на автотрофы и гетеротрофы сопровождались нарастающей дифференциацией живого вещества.
На этот аспект в изучении закономерностей химического состава живого вещества не раз указывал В.И.Вернадский. Он подчеркивал, что „химический состав не является одинаковым на всем лике Земли, но резко меняется, как функция литологического состава и климатических зон, в разных частях биосферы в связи с литологией верхних частей планеты” (1965, с. 63). Среди факторов, обусловливающих изменение химического состава живого вещества в пределах климатических зон, Вернадский называл высоту над уровнем моря, близость океана, химический состав почв и горных пород. Вместе с тем он отмечал, что химический состав живого вещества изменяется не случайно, а „различен закономерно” (там же). Вернадский по существу сформулировал положение о зависимости биохимических процессов, химического состава организмов и их эволюционных преобразований от геохимических факторов среды.
Эти идеи Вернадского получили обоснование и развитие в трудах А. П. Виноградова (1933, 1935а, 1944 и др.), который считал, что химическая дифференциация живого вещества связана прежде всего с завоеванием жизнью принципиально новых в геохимическом отношении сред обитания. Переход морских форм в пресноводные бассейны, а тем более их выход на сушу он считал наиболее крупными событиями в эволюции химического состава организмов.