Лекция 2. Понятие биосферы

1. Живое вещество биосферы

Жизнь на земле реализуется в форме живого вещества, которое часто называют биотой. Это понятие ввел в науку Вернадский и понимал под ним совокупность всех живых организмов на планете.

Функции. Живое вещество выполняет очень важную роль в процессах, которые происходят во всех сферах Земли. Влияние живых организмов обусловлено их разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Используя прямо и косвенно солнечную энергию, оно создает из простых, бедных на энергию молекул (прежде всего воды и углекислого газа), сложные и энергетически упорядоченные соединения – углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и др. - или перерабатывает их. Живое вещество концентрирует химические элементы, перераспределяет их в земной коре, разрушает и создает неживую материю, окисляет, восстанавливает и перераспределяет химические соединения и др.

Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловлен жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы и для формирования литосферы - большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе обязаны своим происхождением биосфере. Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют.

Основные свойства живого вещества:

1 Высокоорганизованная внутренняя структура.

2.Возможность улавливать из окружающей среды и трансформировать вещества и энергию, обеспечивая ими процессы своей жизнедеятельности.

3. Возможность поддерживать устойчивость собственной внутренней среды, невзирая на колебания условий внешней, если эти колебания сопряжены с жизнью.

4. Возможность самовоспроизводства путем размножения.

Количество. В настоящее время зарегистрировано свыше 1,7 миллиона видов организмов (более 500 тыс видов растений и 1,5 млн видов животных), тем не менее, специалисты считают, что реально их в 3-5 раз больше. Это огромное, непостижимое количество.

Количественная оценка живого вещества - биомасса - выраженное в единицах массы или энергии количество живого вещества тех или других организмов (популяций, видов, отдельных живых организмов, группировок в целом), которое приходится на единицу площади или объема.

Общую массу живых организмов оценивают в 2,43*10 т, это составляет примерно 0,001% от общего объема биосферы. Эту величину можно сравнить с массой оболочек Земли, в той или иной степени охваченных биосферой (табл. 9).

При этом размер организмов изменяется от микрон до нескольких метров, масса - от микрограммов до сотни тон.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% -позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие.

Сухая масса живого вещества оценивается в 2-3 трлн т – приблизительно в миллиард раз меньше массы Земли.

Живое вещество распределено на планете очень неравномерно, что связано с разными условиями существования. Основная масса живого вещества сосредоточена на границе литосферы и гидросферы.

С приближением к экватору от полюсов наблюдается:

• увеличение количества видов (во влажных тропиках - свыше 8000 видов растений - половина всех существующих на планете, 67% всех видов животных, тогда как в тундре - менее чем 500 видов растений, в хвойных и лиственных лесах - до 2000 видов растений);

• увеличение биомассы;

• увеличение высоты деревьев (в тундре это низкие, искореженные, часто ползучие формы растений - береза, верба; в тропиках высота деревьев достигает 30-40 м);

• увеличение мощности почв.

Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами.

Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Океан беднее на жизнь: биомасса Мирового океана в 1000 раз меньше биомассы суши. Наибольшая плотность жизни в океане, как и на суше, - в экваториальной зоне, особенно в коралловых рифах.

Живое вещество отличается от безжизненной материи чрезвычайно высокой активностью, в частности очень быстрым круговоротом веществ. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы. Все живое вещество атмосферы обновляется в среднем за восемь лет. Биомасса мирового океана восстанавливается за 33 дня, его фитомасса - каждый день, фитомасса суши - приблизительно за 14 лет, что связано с большой продолжительностью жизни наземных растений.

Скорость обновления живого вещества биосферы зависит от многочисленных факторов:

• вида организма;

• численности потомства;

• климатических условий;

• сопротивления среды и т.п.

Из данных табл. 10 видно, что главные составные части живого вещества - это элементы, широко распространенные в природе: в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Живое вещество существует в форме конкретных живых единиц - организмов (индивидов), которые, своей очередью, группируются в более или менее дискретные единицы существования материи - виды.

Каждый организм имеет свою программу развития и деятельности, записанную в виде определенной совокупности генов, - генотип. Эта программа реализуется в характерных, присущих лишь данному организму внешнем виде, физиологических и биохимических свойствах, в поведении.

Совокупность всех признаков и свойств, которые определяются генотипом, называется фенотипом. За счет фенотипа организм оптимальной мерой приспосабливается к внешней среде, находится с ним в наиболее гармонических отношениях.

Организмы одного вида имеют довольно похожие, хотя и не идентичные генотипы и фенотипы. Совокупность генотипов всех видов нашей планеты представляет ее генофонд (это почти синоним термина «видовое разнообразие»).

Живая природа планеты представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи:

Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете.

Мир живой природы чрезвычайно разнообразен и его строение, связи, функционирование рассматривают на разных уровнях и с разных точек зрения. Потеря какого-нибудь приводит к уменьшению видового разнообразия и нарушает гармонию во взаимоотношениях живой и неживой природы.