Электронная онлайн библиотека

 
 Основы экологии

2.1. Общее представление о биосфере


На земной поверхности нет химической силы, более мощной по своим конечным результатам, чем живые организмы, взятые в целом. (В. И. Вернадский, основоположник биогеохимии, радиогеологии, создатель ученик о биосфере и ноосфере, первый президент Академии наук Украины).
Живое вещество.
Что принципиально отличает нашу планету от любой другой планеты Солнечной системы? Наличие жизни. «Если бы на Земле не было жизни, - писал академик В. И. Вернадский, - лицо ее было бы так же неизменным и химически инертным, как неподвижное лицо Луны, как инертные обломки небесных светил». Жизнь на Земле реализуется в форме живого вещества, которую часто называют также біотою. Понятие «живое вещество» ввел в науку В. И. Вернадский и понимал под ним совокупность всех живых организмов планеты. Образно говоря, все организмы - от бактерий, что попали на эту страницу, до последнего деревья и животные, до автора и читателя этих строк - составляют живое вещество. Она выполняет чрезвычайно важную роль в процессах, происходящих во всех сферах Земли.
Функции живого вещества.
Живое вещество противостоит хаосу и энтропии. Используя прямо и косвенно солнечную энергию, живое вещество создает из простых, бедных на энергию молекул, прежде всего, воды и углекислого газа, более сложные и энергетически впорядкованіші соединения - углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и другие - или перерабатывает их. Живое вещество концентрирует химические элементы, перераспределяет их в земной коре, разрушает и агрегирует неживую материю, окисляет, восстанавливает и перераспределяет химические соединения. «Можно без преувеличения утверждать, что химический состояние внешней коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами», - писал В. И. Вернадский.
Например, бактерии одной из групп - залізобактерії - получают необходимую для жизни энергию за счет окисления двухвалентного железа до трехвалентного. При этом в процессе образования 1 г биомассы этих бактерий происходит окисление до 500 г солей двухвалентного железа. Конечные продукты - соли трехвалентного железа - откладываются вокруг бактериальной клетки и образуют так называемую болотную руду. Именно из болотной руды во времена Киевской Руси выплавляли чугун.
На примере залізобактерій мы проследим несколько функций живого вещества:
- окисления;
- концентрация;
- перераспределение химических элементов.
Количество живого вещества. Сухая масса живого вещества оценивается в 2-3 трлн т - примерно в миллиард раз меньше массы Земли. Однако живое вещество отличается от неживой чрезвычайно высокой активностью, в частности очень быстрым круговорот веществ. Вся живая масса биосферы обновляется за 33 дня, а фітомаса, то есть масса растений, - ежедневно. Жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между біотою и внешней средой, вследствие чего все атомы земной коры, атмосферы и гидросферы на протяжении истории Земли многократно входили в состав живых организмов. Образно говоря, мы пьем воду, которая прежде входила в состав тканей юрских папоротников и кембрийских трилобитов, и дышим воздухом, которым дышали не только наши далекие предки, но и динозавры.
Основные свойства живого вещества:
- высокоорганизованная внутренняя структура;
- способность улавливать из внешней среды и трансформировать вещества и энергию, обеспечивая ими процессы своей жизнедеятельности;
- способность поддерживать постоянство своей внутренней среды, несмотря на колебания условий внешней среды, если эти колебания совместимые с жизнью;
- способность к самовоспроизведению путем размножения.
Живое вещество существует в форме конкретных живых единиц - организмов (индивидов), которые, в свою очередь, 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 только данному организму внешнем виде, физиологических и биохимических свойствах, в поведении. Совокупность всех признаков и свойств, определяемых генотипом, называется фенотипом. За счет фенотипа организм оптимальной степени приспосабливается к внешней среды, находится с ним в самых гармоничных отношениях. Организмы одного вида имеют достаточно похожи, хотя и не идентичны генотипы и фенотипы. Совокупность генотипов всех видов нашей планеты составляет ее генофонд (это почти синоним термина «видовое разнообразие»). Следовательно, потеря любого вида приводит к снижению видового разнообразия и нарушает гармонию во взаимоотношениях живой и неживой веществ.
Биосфера и ее пределы.
Пространство нашей планеты, в котором существует и «работает» живое вещество, называют биосферой (от греч. биос - жизнь и сфера - шар). Первые представления о биосфере как «зоне жизни» дал известный французский натуралист Же. -Б. Ламарк, а термин «биосфера» ввел в науку австрийский геолог Е. Зюсс (1875 г.). Однако целостное учение о биосфере создал наш выдающийся соотечественник, основатель и первый президент Академии наук Украины. 1. Вернадский.
Биосфера охватывает три геологические сферы - части атмосферы и литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы определяются пределами распространения и активной работы живого вещества.
Верхняя граница биосферы в атмосфере, по мнению одних ученых, проходит на высоте вершин Гималаев (10 км над уровнем моря), по мнению других, - достигает нижних слоев стратосферы (30 км), где еще встречаются в достаточно большом количестве споры и даже клетки бактерий, грибов и некоторых водорослей, активно вегетируют. Иногда верхним пределом биосферы считают озоновый слой (25-30 км над поверхностью планеты), выше которого живет обычно погибает под действием космических излучений.
Граница биосферы в литосфере также четко не обозначена. Начиная с глубин 0,5-2 м от земной поверхности количество живого вещества уменьшается в логарифмической последовательности. На глубинах свыше 10 м породы, как правило, уже стерильные. И даже в толще стерильной породы иногда попадаются островки жизни. Наибольшие глубины, где найдено живом веществе, - 2-3 км. В нефтяных месторождениях на этих глубинах обнаружено свою, «нефтяную», микрофлору. Нефть залегает также и на значительно больших глубинах - до 5-7 км. Предполагают, что и в таких глубинных месторождениях можно найти «нефтяные» бактерии. Некоторые исследователи нижним пределом биосферы считают глубины, на которых температура литосферы начинает превышать 100 ос: около 10 км на равнинах и 7-8 км в горах.
Границы биосферы в гидросфере очерчены четко: биосфера охватывает всю гидросферу, в том числе крупнейшие океанические впадины до 11 км, где существует значительное количество глубоководных видов.
В целом экологический диапазон распространения живого вещества достаточно большой.
В 1977 г. в океане на глубине нескольких километров было найдено горячие вулканические зоны, в которых при температуре 350 Градусов существуют многочисленные термофильные бактерии (вода там не кипит через высокое давление и большую концентрацию солей).
В экспериментах американского исследователя Г. Камерона синезеленые водоросли в течение нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях, отвечающих марсианским.
Живое вещество не погибает в жидком азоте (на этой свойства основаны методы криоконсервации всевозможных живых организмов).
Некоторые виды, например те же синезеленые водоросли, не гибнут под действием мощного ионизирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерного взрыва уже через несколько дней после его осуществления.
Живое вещество способно сохраняться даже в условиях открытого Космоса. Так, третья экспедиция американских астронавтов забыла на Луне телекамеру. Когда через полгода ее вернули на Землю, на внутренней стороне крышки было обнаружено земные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительное пребывание за пределами родной планеты.
Однако следует помнить, что, несмотря на свои большие потенциальные возможности, «работает» живое вещество лишь в пределах биосферы.


Назад