2015-02-27
5476
В буквальном смысле термин «биосфера» означает «сферу жизни» и в таком смысле он был впервые введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом (1831 – 1914) в конце Х1Х века. Первоначально под этим названием подразумевалась только совокупность всех живых организмов, обитающих на Земле. Но постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых систем на окружающую их среду все настойчивее проникала в сознание ученых.
Стройное, целостное учение о биосфере было дано выдающимся русским ученым, основоположником геохимии, учеником В.В.Докучаева Владимиром Ивановичем Вернадским (1863 – 1945).Центральным понятием в этом учении является понятие о живом веществе, которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого, т.е. как живое вещество Земли вместе со средой обитания, с «косным веществом», как называл эту среду В. И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи космистом, Вернадский считал, что жизнь зародилась вместе с планетой, поскольку нет убедительных доказательств того, что Земля когда – либо была безжизненной. Иными словами, биосфера существовала на Земле всегда. Это расходится с точкой зрения А. И. Опарина, о которой было сказано в Лекции 11.
Биосферу В. И. Вернадский определял также как одну из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Еще одно определение биосферы - это совокупность экосистем Земли (о понятии и свойствах экосистем см. выше.) Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 30 км над поверхностью Земли). Ранее уже было сказано, что самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.
В Лекции 10 уже отмечалось, что эволюция шла не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования. Так постепенно складывалось нынешнее многообразие живых организмов - основа устойчивости биосферы. Сейчас на Земле обитает около 1 млн видов животных и более 260 тыс. видов растений, причем более 75% видов животных - это членистоногие (в основном насекомые). Таким образом, по разнообразию видов животные почти в 4 раза обгоняют растения. Однако биомасса растений суши составляет 97%, а животных и микроорганизмов - всего 3% всей биомассы планеты. Известно, что Мировой океан занимает около 75% поверхности Земли, однако биомасса живых организмов суши примерно в 1000 раз превышает биомассу обитателей Мирового океана, которые живут в основном в поверхностном слое воды толщиной 100 м. Вместе с тем, биологическая продуктивность суши и океана примерно одинакова, что объясняется быстрым обновлением живых организмов в океане по сравнению с сушей.
Одной из главных идей В. И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов основных биогенных химических элементов - углерода, водорода, азота и кислорода, реализующихся в пищевых (трофических) цепях. Растения Земли - это единственные живые организмы, синтезирующие из неорганического материала (углекислый газ и вода) органические вещества (клетчатку и крахмал). Побочным продуктом этой реакции, называемой фотосинтезом, поскольку она осуществляется только на свету, является молекулярный кислород (о фотосинтезе см. в Лекции 10). Растения берут из биосферы все нужные им для жизни химические элементы и не нуждаются в готовых органических соединениях других организмов, т.е. растения Земли - это автотрофы ( лат. троф - пища). Кроме того, растения являются продуцентами (производителями) органических веществ, которыми питаются травоядные животные - консументы (потребители) первого уровня. Травоядными питаются хищники – консументы второго уровня. Далее следуют падальщики - в природе все утилизируется, она не допускает никаких отходов. Когда живые организмы умирают, в дело вступают грибы и бактерии - редуценты, разлагающие органические вещества до атомов биогенных химических элементов, из которых формируется гумус (перегной), идущий на питание растений. Таким образом, круг замыкается. Именно в круговоротах биогенных химических элементов заключается геологическая роль живого вещества планеты. Ранее, в Лекции 8 уже говорилось о том, что большинство осадочных пород имеют биогенное происхождение, т.е. живые организмы формируют не только биологический, но и геологический лик планеты. Консументы всех уровней и редуценты - это гетеротрофы, поскольку для питания используют тела других живых организмов.
Важной идеей В. И. Вернадского была мысль о космической роли живого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов.
Главными принципами существования биосферы, по Вернадскому, являются ее целостность и гармония. Физические пределы существования жизни довольно малы и определяются мировыми физическими константами, которые в свою очередь задают узкие интервалы температур и давлений, пригодных для существования живых организмов (например, предельный тепловой интервал - от минус 252 до плюс 180 градусов по Цельсию). К этому добавляется еще и антропный принцип: все мировые физические константы удивительным образом «подогнаны» к существованию жизни. Будь они чуть-чуть выше или ниже, жизнь во Вселенной вообще была бы невозможна.
Идеи «всюдности» и и «растекаемости» жизни: биосфера. как уже было сказано выше, захватила все геосферные земные оболочки, живое вещество, подобно жидкости, растекается по планете, и чем мельче организмы, тем быстрее скорость их размножения.
Основными функциями биосферы, согласно современным воззрениям, являются:
1) энергетическая - солнечная энергия, запасенная в живых и захороненных живых организмах, обеспечивает круговороты биогенных химических элементов;
2) концентрационная – в живых организмах осуществляется максимально возможная концентрация органических веществ;
3) деструктивная – в трофических цепях идет разложение органических соединений до атомов биогенных химических элементов, образующих гумус, что обеспечивает питание растений и круговороты элементов;
4) средообразующая – живые организмы, наряду с неживой природой, создают среду обитания другим живым организмам;
5) транспортная – биосфера обуславливает круговорот биогенных
химических элементов, т.е. их транспортировку по всей планете.
В. И. Вернадский создал также учение о ноосфере - биосфере, управляемой разумной человеческой мыслью. Одна из его работ называется «Научная мысль как планетное явление». Это гимн человеческому разуму. Идею ноосферы разрабатывал и крупнейший французский палеонтолог и антрополог П. Тейяр де Шарден, автор книги «Феномен человека», который определил ноосферу как одну из стадий эволюции мира, движущей силой которой является «целеустремленное сознание». В отличие от него, В. И. Вернадский рассматривал возникновение сознания как закономерный результат развития биосферы. Вернадский дал и критерии перехода биосферы в ноосферу: заселение человеком всей планеты, выход в космическое пространство и освоение Солнечной системы, улучшение средств коммуникации, торжество демократии, т.е. участие широких народных масс в управлении планетой, исключение войн из жизни человечества и т.д. Кроме последнего, к концу ХХ века все критерии Вернадского оказались выполненными, но до ноосферы еще очень далеко. Вместо нее в конце ХХ века человечество получило глобальный экологический кризис.
В конце ХХ века в связи с серьезными экологическими проблемами появилось еще одно понятие и связанный с ним раздел науки - биоэтика. Это понятие можно определить как уважение к жизни, к биосфере в целом и к каждому живому организму в отдельности. Если раньше основной целью существования любого общества было создание максимального комфорта для жизни человека, господствующей идеей был антропоцентризм (человек и его удобство в центре всего), то теперь главная цель деятельности всего человечества – это сохранение биосферы.
