Главная
Про природу
Какие аналоги термины имеет биосфера. Биосфера и человек: основные термины и понятия

Какие аналоги термины имеет биосфера. Биосфера и человек: основные термины и понятия

Под биосферой понимают совокупность всех живых организмов на планете. Они населяют любые уголки Земли: от глубин океанов, недр планеты до воздушного пространства, поэтому многие ученые называют эту оболочку сферой жизни. В ней же обитает и сам человеческий род.

Состав биосферы

Биосфера считается самой глобальной экосистемой нашей планеты. Она состоит из нескольких сфер. К ней относится , то есть все водные ресурсы и водоемы Земли. Это Мировой океан, подземные и поверхностные воды. Вода – это и жизненное пространство многих живых существ, и необходимое вещество для жизни. Она обеспечивает протекание многих процессов.

В составе биосферы есть атмосфера. В ней существуют различные организмы, а сама она насыщенна различными газами. Особую ценность представляет кислород, необходимый для жизни всем организмам. Также атмосфера играет важнейшую роль в в природе, влияет на погоду и климат.

Литосфера, а именно верхний слой земной коры, входит в биосферу. Он населен живыми организмами. Так, в толще Земли обитают насекомые, грызуны и другие животные, произрастают растения, а на поверхности живут люди.

Мир и – это важнейшие обитатели биосферы. Они занимают огромное пространство не только на земле, но и неглубоко в недрах, населяют водоемы и встречаются в атмосфере. Формы растений различны: от мхов, лишайников и трав до кустарников и деревьев. Что касается животных, то наименьшие представители – одноклеточные микробы и бактерии, а наибольшие – наземные и морские существа (слоны, медведи, носороги, киты). Все они отличаются широким разнообразием, и каждый вид важен для нашей планеты.

Значение биосферы

Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество. Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках. Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.

Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.

Влияние человека на биосферу

Влияние человека на биосферу является неоднозначным. С каждым столетием антропогенная деятельность становится более интенсивной, разрушительной и масштабной, поэтому люди способствуют возникновению не только локальных экологических проблем, но и глобальных.

Одним из результатов влияния человека на биосферу является сокращение численности флоры и фауны на планете, а также исчезновение многих видов с лица земли. Например, ареалы растений уменьшаются в связи с земледельческой деятельностью и вырубкой лесов. Множество деревьев, кустарников, трав являются вторичными, то есть вместо первичного растительного покрова были посажены новые виды. В свою очередь, популяции животных уничтожаются охотниками не только ради добычи пропитания, но и с целью продажи ценных шкур, костей, плавников акул, бивней слонов, рогов носорогов, различных частей тела на черном рынке.

Довольно сильно антропогенная деятельность влияет на процесс почвообразования. Так, и распашка полей приводит к ветровой и водной эрозии. Изменение состава растительного покрова приводит к тому, что другие виды участвуют в процессе образования почв, а, значит, образуется иной тип грунта. Из-за использования в земледелии различных удобрений, сброса в землю твердых и жидких отходов, изменяется физико-химический состав почвы.

Демографические процессы оказывают негативное влияние на биосферу:

  • возрастает численность населения планеты, которое все больше потребляет природных ресурсов;
  • увеличиваются масштабы промышленного производства;
  • появляется больше отходов;
  • увеличиваются площади сельскохозяйственных угодий.

Стоит отметить, что люди способствуют загрязнению всех слоев биосферы. Источников загрязнения на сегодняшний день существует огромное многообразие:

  • выхлопные газы автотранспорта;
  • частицы, выделяющиеся при сгорании топлива;
  • радиоактивные вещества;
  • нефтепродукты;
  • выбросы химических соединений в воздушную среду;
  • твердые бытовые отходы;
  • пестициды, минеральные удобрения и агрохимия;
  • грязные стоки как промышленных, так и коммунальных предприятий;
  • электромагнитные приборы;
  • ядерное топливо;
  • вирусы, бактерии и чужеродные микроорганизмы.

Все это приводит не только к изменению экосистем и сокращению биоразнообразия на земле, но и к климатическим изменениям. Из-за влияния человеческого рода на биосферу происходит и , таяние ледников и , изменение уровня океанов и морей, выпадение кислотных осадков и т.п.

Со временем биосфера становится все более неустойчивой, что приводит к разрушению многих экосистем планеты. Многие ученые и общественные деятели выступают за то, чтобы снизить влияние человеческого сообщества на природу, с целью сохранить биосферу Земли от уничтожения.

Вещественный состав биосферы

Состав биосферы можно рассматривать с различных точек зрения. Если говорить о вещественном составе, то в нее входит семь различных частей:

  • Живое вещество – совокупность живых существ, населяющих нашу планету. У них элементарный состав, а в сравнении с остальными оболочками они имеют малую массу, питаются солнечной энергией, распределяя ее в среде обитания. Все организмы составляют мощную геохимическую силу, распространившись по земной поверхности неравномерно.
  • Биогенное вещество. Это те минерально-органические и чисто органические компоненты, которые были созданы живыми существами, а именно горючие полезные ископаемые.
  • Косное вещество. Это неорганические ресурсы, которые образовываются без участи живых существ, сами по себе, то есть кварцевый песок, различные глины, а также водные ресурсы.
  • Биокосное вещество, получаемое благодаря взаимодействию живых и косных компонентов. Это почва и породы осадочного происхождения, атмосфера, реки, озера и другие поверхностные акватории.
  • Радиоактивные вещества, такие как элементы урана, радия, тория.
  • Рассеянные атомы. Они образуются из веществ земного происхождения, когда на них влияет космическое излучение.
  • Космическое вещество. На землю попадает тела и вещества, образованные в космическом пространстве. Это могут быть как метеориты, так и осколки с космической пылью

Слои биосферы

Стоит отметить, что все оболочки биосферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому порой бывает трудно выделить границы того или иного слоя. Одной из важнейших оболочек является аэросфера. Она достигает уровня примерно 22 км над землей, где еще есть живые существа. В целом это воздушное пространство, где обитают все живые организмы. В составе этой оболочки есть влага, энергия Солнца и атмосферные газы:

  • кислород;
  • озон;
  • аргон;
  • азот;
  • водяной пар.

Численность атмосферных газов и их состав зависит от влияния живых существ.

Геосфера – это составляющая часть биосферы, к ней относится совокупность живых существ, которые населяют земную твердь. Эта сфера включает литосферу, мир флоры и фауны, грунтовые воды и газовую оболочку земли.

Значительным слоем биосферы является гидросфера, то есть все водоемы без подземных вод. В эту оболочку входит Мировой океан, поверхностные воды, атмосферная влага и ледники. Вся водная сфера населена живыми существами – от микроорганизмов до водорослей, рыб и животных.

Если детальнее говорить о твердой оболочке Земли, то она состоит из почвы, горных пород и минералов. В зависимости от среды расположения, бывают различные типы грунта, которые отличаются по химическому и органическому составу, зависят от факторов окружающей среды (растительности, водоемов, животного мира, антропогенного влияния). Литосфера состоит из огромного количества минералов и пород, которые в неодинаковом количестве представлены на земле. В данный момент открыто более 6 тысяч минералов, но лишь 100-150 видов больше всего распространены по планете:

  • кварц;
  • полевой шпат;
  • оливин;
  • апатиты;
  • гипс;
  • карналлит;
  • кальцит;
  • фосфориты;
  • сильвинит и др.

В зависимости от количества горных пород и их хозяйственного использования, некоторые из них являются ценными, особенно топливные ископаемые, руды металлов и драгоценные камни.

Что касается мира флоры и фауны – то это оболочка, которая включает в себя по различным источникам от 7 до 10 миллионов видов. Предположительно около 2,2 млн. видов обитает в водах Мирового океана, а около 6,5 млн. – на суше. Представителей животного мира на планете обитает приблизительно 7,8 млн., а растений – около 1 млн. Из всех известных видов живых существ описано не более 15%, поэтому человечеству потребуются сотни лет, чтобы исследовать и описать все существующие виды на планете.

Связь биосферы с другими оболочками Земли

Все составляющие части биосферы находятся в тесной взаимосвязи с другими оболочками Земли. Это проявление можно увидеть в биологическом круговороте, когда животные и люди выделяют углекислый газ, он поглощается растениями, которые во время фотосинтеза выделяют кислород. Таким образом, эти два газа постоянно регулируются в атмосфере благодаря взаимосвязям различных сфер.

Одним из примеров является почва – результат взаимодействия биосферы с другими оболочками. В этом процессе принимают участие живые существа (насекомые, грызуны, пресмыкающиеся, микроорганизмы), растения, вода (подземные воды, атмосферные осадки, водоемы), воздушная масса (ветер), почвообразующие породы, солнечная энергия, климат. Все эти компоненты медленно взаимодействуют между собой, что способствует образованию почвы в среднем со скоростью 2 миллиметра в год.

Когда компоненты биосферы взаимодействуют с живыми оболочками, образуются горные породы. В результате влияния живых существ на литосферу образовываются залежи каменного угля, мел, торф и известняки. В ходе взаимовлияния живых существ, гидросферы, солей и минералов, определенной температуры образуются кораллы, а из них, в свою очередь, появляются коралловые рифы и острова. Также это позволяет регулировать солевой состав вод Мирового океана.

Различные виды рельефа являются прямым результатом связи биосферы с другими оболочками земли: атмосферой, гидросферой и литосферой. На ту или иную форму рельефа влияет водный режим местности и осадки, характер воздушных масс, солнечное излучение, температура воздуха, какие виды флоры здесь произрастают, какие животные населяют эту территорию.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

  • Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
  • Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
  • Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
  • Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
  • Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

  • геохимических;
  • биологических;
  • биогенных;
  • геологических;
  • миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

  • биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
  • показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
  • специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
  • деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
  • существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
  • солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Вывод

Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи. Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности. Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.

Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами. Включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Основоположником учения о биосфере является В.И. Вернадский. Он подчеркивал, что биосфера — результат сложнейшего механизма геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. Живое вещество биосферы — совокупность всех ее живых организмов. Высшую стадию развития биосферы Вернадский назвал ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни. Основа стабильности биосферы -биологическое разнообразие всего живого на Земле — от генов до экосистем.

Понятие и определение биосферы. Структура биосферы

Сложный природный процесс, протекавший и протекающий на Земле, непосредственно связан с взаимодействием трех оболочек планеты: литосферы, гидросферы и атмосферы. Именно эти оболочки и являются той сферой, той областью, где существуют живые организмы. Область существования живых организмов на Земле называется биосферой.

Впервые вплотную к понятию «биосфера» подошел французский естествоиспытатель Ж.Б. Ламарк в XVIII в. Выводы, сделанные им, позволяют говорить о том, что они содержат в себе зачатки понятия о биосфере. Работы Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете определенного пространства, заселенного живыми существами. Причем подчеркивалось, что это пространство организовано именно жизнедеятельностью организмов.

Австрийский геолог Э.-Ф. Зюсс в 1875 г. ввел в науку понятие и определение биосферы. Он писал: «В области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой».

(от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, населенная живыми организмами, область обитания живых организмов планеты. Именно живые организмы сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере.

Структура биосферы

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, которые в совокупности составляют живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли — область системного взаимодействия живого и косного вещества.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана (рис. 11).

Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры. Нижнюю границу биосферы на материках условно проводят по изотерме 100 °С. При более высокой температуре большинство бактерий существовать не может. В Европе эта изотерма находится на глубине 10-15 км, в молодых альпийских прогибах она поднимается до 1,5-2 км. Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км.

Предел протяженности биосферы — 39-40 км. Однако жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров. По сравнению с диаметром Земли (13 000 км) биосфера — это тонкая пленка на ее поверхности.

Что касается границы биосферы в морях и океанах, то английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. по результатам своих наблюдений в Средиземном море категорически заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако уже спустя 20 лет с глубины 2160 м с затонувшего судна был поднят кабель: он оказался весь усеян кораллами, устрицами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, яйцами кальмаров.

23 января 1960 г. исследователи-океанологи Ж. Пикар и Д. Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана. На глубине 10 525 м они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано существование живых организмов в самых глубоких местах океана. Следует только отметить, что плотность организмов в океане крайне неравномерна. Примерно 5/6 его обитателей предпочитают верхние, освещаемые солнцем слои. По мере спуска на глубину количество видов резко уменьшается.

Относительно верхней границы существования жизни следует заметить, что ученые обычно проводят ее на высоте 20-25 км, где находится спасительный для всего живого озоновый экран. Здесь та же ситуация с расселением организмов, что и в океане, только наоборот. Уже на высоте 8-9 км низкие температуры сильно ограничивают существование животных и растений.

Рис. 11. Общая структура оболочек Земли, формирующих биосферу

Биосферу населяют около 2-2,5 млн видов живых существ. Особое место отводится растениям — производителям органического вещества. Их общий сухой вес (вес фитомассы) оценивается примерно в 2,42 х 10 12 т. Это составляет 99 % всего живого вещества на планете. Оставшийся 1 % приходится на гетеротрофные организмы.

Ноосфера

Впервые термин «ноосфера» (буквально — сфера разума) использовал в 1927 г. французский исследователь Э. Леруа. В. И. Вернадский начал разрабатывать и высказывать основные идеи учения о ноосфере в начале XX в. Уже тогда им были осмыслены возможности человеческого разума в глобальном преобразовании мира, перспективы влияния человека на природу, необходимость скорейшей гармонизации их взаимоотношений.

Ноосфера означает новое состояние биосферы и всей планеты в целом, при котором сознательная активность человека, человеческого разума становится не только решающим фактором эволюции биосферы, но и важным условием ее сохранения.

Ноосфера — это сфера разумной активности людей по преобразованию окружающей среды. При этом общество выходит на уровень сознательного регулирования развития промышленности, адекватного вмешательства в природные процессы. В состоянии ноосферы потребности общества должны стать соизмеримы с возможностями гео- и биосферы. Расширение ноосферы будет означать наступление ноогенного периода в истории взаимодействия общества и природы.

Биосфера (от греческого bios - жизнь, sphaira - сфера) - оболочка планеты Земля, в которой присутствует жизнь. Развитие термина «биосфера» связано с английским геологом Эдуардом Зюссе и российским ученым В. И. Вернадским. Биосфера, вместе с литосферой, гидросферой и атмосферой формирует четыре основные оболочки Земли.

Происхождение термина «биосфера»

Термин "биосфера" первым придумал геолог Эдуард Зюсс в 1875 году для обозначения пространства на поверхности Земли, где существует жизнь. Более полное определение понятия "биосфера" было предложено В. И. Вернадским. Он стал первым, кто отвел жизни главенствующую роль трансформирующей силы нашей планеты, беря во внимание жизнедеятельность организмов как в настоящем, так и прошлом. Геохимики раскрывают термин «биосфера» как общая сумма живых организмов («биомасса» или «биота», как называют биологи и экологи).

Границы биосферы

Каждую часть планеты, от полярных льдов до экватора, населяют живые организмы. Последние достижения в области микробиологии показали, что микроорганизмы обитают глубоко под земной поверхностью и возможно их общая биомасса превышает биомассу всего животного и растительного мира на поверхности Земли.

В настоящее время фактические границы биосферы измерить невозможно. Как правило, большинство видов птицы летают на высотах 650 - 1800 метров, а рыбы были обнаружены на глубине - до 8372 метров в океаническом Жёлобе Пуэрто-Рико. Но также есть более экстремальные примеры жизни на планете. Африканский сип, или гриф Рюппеля был замечен на высоте более 11000 метров, горные гуси обычно мигрируют на высоте не менее 8300 метров, дикие яки обитают в горных районах Тибета на высоте около 3200 - 5400 метров над уровнем моря, а горные козлы живут на высотах до 3000 метров.

Микроскопические организмы способны жить в более экстремальных условиях и если брать их во внимания, то толщина биосферы намного больше, чем мы себе представляли. Некоторые микроорганизмы были обнаружены в верхних слоях атмосферы Земли на высоте 41 км. Вряд ли микробы являются активными на таких высотах, где температура и давление воздуха являются чрезвычайно незначительными, а ультрафиолетовое излучение очень интенсивным. Скорее всего, они были доставлены в верхние слои атмосферы ветрами или извержением вулканов. Также одноклеточные формы жизни были найдены в самой глубокой части Марианской впадины на глубине 11034 метров.

Несмотря на все вышеперечисленные примеры крайностей существования жизни, в общем слой биосферы Земли настолько тонкий, что его можно сравнить с кожурой яблока.

Структура биосферы

Биосфера организована в иерархическую структуру, в которой отдельные организмы образуют популяции. Несколько взаимодействующих популяции составляют биоценоз. Общины живых организмов (биоценоз), проживающие в определенных физических средах обитания (биотоп), образует экосистему. - это группа животных, растений и микроорганизмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, чтобы обеспечить свое существование. Поэтому экосистема функциональная единица устойчивости жизни на Земле.

Происхождение биосферы

Биосфера существует уже около 3,5-3,7 миллиарда лет. Первыми формами жизни были прокариоты – одноклеточные живые организмы, которые могли жить без кислорода. Некоторые прокариоты разработали уникальный химический процесс, который известен нам как . Они были в состоянии использовать солнечный свет, чтобы делать простой сахар и кислород из воды и углекислого газа. Эти фотосинтезирующие микроорганизмы были настолько многочисленны, что они кардинально преобразили биосферу. В течение длительного периода времени, сформировалась атмосфера из смеси кислорода и других газов, которая могла поддерживать новую жизнь.

Добавление кислорода в биосферу позволило стремительно развиваться более сложные формам жизни. Появились миллионы различных растений, животные, которые употребляли в пищу растения и других животных. эволюционировали, для того, чтобы разлагать мертвых животных и растения.

Благодаря этой – биосфера сделала огромный скачок в своем развитии. Разложенные останки отмерших растений и животных высвобождали в почву и океан питательные вещества, которые повторно поглощались растениями. Такой обмен энергией позволил биосфере стать самоподдерживающей и саморегулирующейся системой.

Роль фотосинтеза в развитии жизни

Биосфера является уникальной в своем роде. До сих пор не было никаких научных фактов, подтверждающих существования жизни в других местах Вселенной. Жизнь на Земле существует благодаря Солнцу. При воздействии энергии солнечного света осуществляется процесс под названием фотосинтез. В результате фотосинтеза растения, некоторыми виды бактерий и простейших под воздействием света перерабатывают двуокись углерода в кислород и органические соединения, такие как сахар. Подавляющее большинство видов животных, грибов, растений и бактерий непосредственно или косвенно зависят от фотосинтеза.

Факторы влияющие на биосферу

Существуют множество факторов, влияющих на биосферу и нашу жизнь на Земле. Есть глобальные факторы такие, как расстояние между Землей и Солнцем. Если бы наша планета находилась ближе или дальше по отношению к Солнцу, то на Земле было слишком жарко или холодно для зарождения жизни. Угол наклона земной оси также важный фактор, влияющий на климат планеты. Времена года и сезонные климатические изменения являются прямыми результатами наклона Земли.

Локальные факторы также оказывают важное воздействие на биосферу. Если посмотреть на определённый участок Земли, можно увидеть, влияние климата, ежедневной погоды, эрозии и самой жизни. Эти мелкие факторы постоянно меняют пространство и живые организмы должна реагировать соответствующим образом, адаптируясь к изменению среды обитания. Несмотря на то, что люди могут контролировать большую часть своего ближайшего окружения, они по-прежнему уязвимы природным катаклизмам.

Наименьший из факторов, влияющих на облик биосферы – это изменения, происходящие на молекулярном уровне. Реакции окисления и восстановления способны менять состав горных пород и органических веществ. Существует также биологическое разрушение. Крошечные организмы, такие как бактерии и грибки, способны перерабатывать, как органические, так и неорганические материалы.

Биосферные заповедники

Люди играют важную роль в поддержании энергообмена биосферы. К сожалению, наше воздействие на биосферу часто оказывается негативным. Например, уровень кислорода в атмосфере уменьшается, а уровень углекислого газа растет из-за того, что люди чрезмерно сжигают ископаемое топливо, а разливы нефти выбросы промышленных отходов в океан наносят огромный ущерб гидросфере. Будущее биосферы зависит от того, как люди будут взаимодействовать с другими живыми существами.

В начале 1970-х годов, Организация Объединенных Наций учредила проект под названием «Человек и биосфера» (MAB), который способствует устойчивому развитию сбалансированных . В настоящее время существует сотни биосферных резерватов по всему миру. Первый биосферный заповедник был создан в Янгамби, Демократическая Республика Конго. Янгамби расположен, в плодородном бассейне реки Конго и насчитывает около 32000 видов деревьев и животных, среди которых присутствуют такие эндемичные виды, как лесной слон и кистеухая свинья. Биосферный резерват Янгамби поддерживает такие важные мероприятия, как развитие рационального сельского хозяйства, охоты и добычи.

Внеземные биосферы

До сих пор, биосфера не была обнаружена за пределами Земли. Поэтому существование внеземных биосфер остается гипотетическим. С одной стороны, многие ученые считают, что жизнь на других планетах маловероятна, а если где-то она существует, то скорей всего в форме микроорганизмов. С другой стороны аналогов Земли может быть очень много, даже в нашей галактике - Млечный Путь. Учитывая ограниченные возможности наших технологий, в настоящее время неизвестно, какой процент из этих планет способен иметь биосферу. Также нельзя исключить вариант, что искусственные биосферы будут созданы человеком в будущем, например, на Марсе.

Биосфера – это очень хрупкая система, в которой каждый живой организм является важным звеном в огромной цепи жизни. Мы должны осознать, что человек, как самое разумное существо на планете несет ответственность за сохранение чуда жизни на нашей планете.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

1 Общие свойства биосферы

Биосфера – это четвертая оболочка Земли, содержащая все живые организмы и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера – это область существования живых организмов на Земле. Первые представления о биосфере как о зоне жизни принадлежат французскому натуралисту Ж.Б. Ламарку. Дословно биосфера – это сфера жизни, так как «bios» – жизнь, а “sphaira” – шар, сфера. Впервые этот трермин ввел австрийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году.

Современные представления о биосфере сформулированы украинским ученым В.И. Вернадским сначала в отдельных статьях, а затем в лекциях, прочитанных в Карловском университете (Прага) и в Сорбонне (Париж). Положения, которые развивал Вернадский, были обобщены в книге “Биосфера”, опубликованной в 1926 г.

Сущность учения Вернадского заключается в признании исключительной роли живого вещества, преобразующего облик планеты. Поверхность Земли Вернадский рассматривал как своеобразную оболочку, развитие которой в значительной степени определяется деятельностью живых организмов. Вернадский доказал, что живые организмы оказывают решающее влияние на все геологические процессы, формирующие облик Земли. Жизнедеятельность живых организмов обусловливает химический состав атмосферы, концентрацию солей в гидросфере, образование почв и другие процессы. Живые организмы не только сами приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их изменяют. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Самой существенной особенностью биосферы является биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. (Иначе можно сказать, что живое вещество преобразует энергию солнечных лучей в потенциальную, а затем – в кинетическую энергию биохимических процессов.) В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат 2 биохимических принципа: стремление к максимальному проявлению (“всюдности”) жизни (способность живого вещесмтва быстро осваивать свободное пространство) и обеспечение выживания организмов, что обеспечивает саму биогенную миграцию.

Другой главнейший аспект учения Вернадского – разработанное им представление об организованности биосферы, которое проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого вещества, во взаимной приспосабляемости организмов и среды.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя – на высоте 20-25 км), всю *гидросферу и верхнюю часть литосферы, то есть ту область, где существует жизнь, живые организмы. В настоящее время принято считать, что верхняя граница биосферы располагается на высоте примерно 85 км над поверхностью Земли, поскольку именно на такой высоте (в стратосфере) обнаружены споры микроорганизмов в латентном (скрытом, спящем) состоянии. Нижняя граница биосферы располагается в глубинах литосферы, где температура достигает 100 0 С и находится на глубине 1,5-2 км и 7-8 км (в зависимости от типа пород). Последние данные свидетельствуют о том, что некоторые бактерии могут существовать при температурах от абсолютного нуля до +180 0 С, в вакууме, в ядерных реакторах.

Общая масса живого вещества биосферы составляет 2,42 триллиона тонн (2,42∙10 12 т; масса биосферы 10 19 т), что в 2 тыс. раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы (5,15*10 15 т) , в 10 млн. раз меньше массы земной коры, в миллиард – массы Земли (6*10 21 т). Биомасса растений (фитомасса) составляет 2,4*10 12 т, биомасса животных и микроорганизмов (зоомасса и бактериомасса) – 0,02*10 12 т (в пересчете на сухое вещество). При этом видовая дифференциация животных в 5 раз больше видовой дифференциации растений (1,5-1,7 млн. видов животных и 300 тыс. (по Белявскому)-500 тыс. (по Кучерявому) растений).

Характерной особенностью живого вещества по сравнению с неживым веществом является очень высокая активность, высокая скорость реакций (в сотни-тысячи раз больше, чем у неживого вещества), например, очень быстрый обмен веществ. Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет. Биомасса Мирового океана обновляется за 33 дня, а его фитомасса ежедневно, фитомасса суши – примерно за 14 лет из-за большей продолжительности жизни наземных растений. Гусеницы некоторых насекомых за сутки перерабатывают пищи в 100-200 раз больше собственного веса, дождевые черви за 200 лет пропускают через свой организм весь 1-метровый слой почвы на Земле.

Для живых организмов характерно не только пассивное движение (под действием гравитации), но и активное (против течения воды, движения воздушных масс).

Благодаря живым организмам биосфера осуществляет следующие функции:

    энергетическую (накопление и преобразование энергии);

    газовую (способность изменять и поддерживать газовый состав среды обитания);

    окислительно-восстановительную (интенсификация этих процессов в пространстве под действием живого вещества);

    концентрационную (способность собирать в своем теле рассеянные в пространстве атомы химических элементов);

    деструктивную (разложение как органических остатков, так и косного вещества);

    транспортную (перенесение вещества и энергии в результате активного движения организмов);

    средообразующую (изменение физико-химических параметров среды);

    информационную (накопление, закрепление в наследственных структурах, передача информации) и др.

Впервые оценку вещества биосферы дал В.И. Вернадский. Основными компонентами биосферы он считал следующие типы вещества (всего 7):

а) живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

б) биогенное вещество – органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами в течение геологической истории (каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть, газы биосферы – кислород, углекислый газ, вода, аммиак, сероводород и другие), являющиеся источником чрезвычайно мощной потенциальной энергии;

в) косное вещество (тяготеющий к постоянному, неподвижный) – горные породы неорганического происхождения (то есть образовано процессами, в которых живое вещество участия не принимало) и вода; это вещество является субстратом или средой для проживания живых организмов;

г) биокосное вещество – результат взаимодействия живого и неживого веществ (осадочные породы, почвы, илы - подводные грунты, природные воды) причем они представляют значительную биогеохимическую энергию в биосфере; соотношение живого и неживого в биокосном веществе колеблется, например, почва состоит в среднем из 93 % минеральных и 7 % органических веществ.

Кроме перечисленных видов веществ, существуют также вещество в радиоактивном распаде (полоний, радий, радон, уран, нептун, плутоний и др.), вещество рассеянных атомов (рубидий, цезий, ниобий, тантал образуют соединения на большой глубине в земной коре, иод и бром вступают в реакцию только на поверхности Земли) и вещество космического происхождения.

2 Состав и функционирование биосферы

Главным компонентом биосферы является живое вещество, под которым понимают все живые организмы. Организм – это живое существо определенного уровня биологической организации (ген-клетка-орган-организм-популяция-сообщество). Организмы отличаются от неживой природы определенной совокупностью свойств: клеточной организацией (кроме вирусов и фагов, доклеточных организмов); обменом веществ (метаболизмом), с помощью которого поддерживается гомеостаз организма (самовозобновление, постоянство внутренней среды и др.); движение, раздражимость, рост, развитие, размножение, адаптация и др.

Живое вещество биосферы состоит из организмов 3-х основных типов:

    продуценты или автотрофы – организмы, которые для своего существования используют неорганические источники, т.е. создают органическое вещество за счет утилизации солнечной энергии, воды, углекислого газа и минеральных солей; к этому типу относятся зеленые растения суши и водной среды, сине-зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии;

    редуценты или деструкторы (также являются гетеротрофами, поскольку не создают органического вещества, а потребляют готовое) – организмы, которые разлагают органическую продукцию отмерших организмов (и продуцентов, и консументов) до простых соединений – воды, диоксида углерода, диоксида азота, минеральных солей (т.е. преобразуют органическое вещество в неорганическое); это бактерии, низшие грибы; количество видов этой группы наименьшее - их насчитывается 75 тыс. видов общей массой 1,8*10 8 т.

Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества. Рассмотрим общую схему биологического круговорота вещества в биосфере.

Схема переноса вещества и энергии в природных экосистемах

СОЛНЦЕ вещество

энергия

ПРОДУЦЕНТЫ КОНСУМЕНТЫ КОНСУМЕНТЫ

1-го порядка 2-го порядка

РЕДУЦЕНТЫ

ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА

    продуценты (растения) с помощью фотосинтеза производят органическое вещество, потребляя углекислый газ, воду и энергию

6СО 2 + 6Н 2 О  С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 ;

хемопродуценты используют энергию химических реакций (например, серные продуценты – пурпурные бактерии получают необходимые вещества не из воды, а из сероводорода, и вырабатывают органическое вещество; существуют также нитратные, нитритные бактерии);

    консументы 1-го порядка (растительноядные животные) потребляют органическую массу растений; консументы 2-го порядка (плотоядные), 3-го (хищные растения, грибы) употребляют в пищу других консументов;

    редуценты получают энергию, потребляя органическое вещество продуцентов и консументов, разлагая мертвые тела растений и животных до простых химических веществ (СО 2 , Н 2 О, минеральные вещества), замыкая круговорот веществ в биосфере.

В целом биосфера очень похожа на гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и основных функций. Таким образом, биосфера представляет собой систему взаимодействующих между собой организмов и неживых компонентов природы, а не просто их совокупность.

В современном представлении биосфера – это глобальная экосистема, открытая система со своим “входом” и “выходом”. “Вход” – поток солнечной энергии, поступающий из космоса. “Выход” – созданные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые по различным причинам “выпали” из биологического круговорота. Это так называемый “выход в геологию” – нефть, каменный уголь, осадочные породы и т.д.

При изучении взаимодействия организмов между собой и с окружающей средой используют понятие “экосистема”. Экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Термин предложен англ. ученым А. Тенсли (1935). Различают экосистемы 4-х уровней:

    микроэкосистемы (ствол гниющего дерева; подушка лишайника: водоросли, грибы, мелкие членистоногие);

    мезоэкосистемы (лес, пруд, степь, озеро и др.);

    макроэкосистемы (континент, океан);

    глобальная экосистема (биосфера Земли).

Синонимом понятию “экосистема” является термин “биогеоценоз”, предложенный советским экологом Сукачевым (Влад. Ник.). Согласно определению, биогеоценоз – это участок земной поверхности с относительно однородной растительностью, животным миром, климатическими и почвенными условиями, которые вместе взятые представляют собой компоненты единого организма, связанные между собой обменом веществ и энергии. Понятие биогеоценоз соответствует мезоэкосистеме.

Взаимосвязи живых существ друг с другом и с неживым веществом очень сложны. Количество возможных связей между членами экосистемы определяется формулой:

А= ------------- ,

где А – число связей, N – число видов в экосистеме. Например, N= 1 тыс., А= 1000*999/2  500 тыс. Среди этих многочисленных связей есть чрезвычайно важные, незаменимые. (Вмешательство людей в биосферные связи, о значении которых они имеют приблизительное представление, часто приводит к нежелательным последствиям. Например, в 30-х годах в Норвегии решили уничтожить хищных птиц (полярных сов, ястребов), которые уменьшали поголовье полярной куропатки; охотникам выдавали премии, льготы за уничтожение хищных птиц; среди куропаток вспыхнула эпидемия, которая почти полностью уничтожила этот вид; в данном случае совы и ястребы играли роль санитаров.)

Важнейшие связи – пищевые, энергетические .

Кроме энергетических, пищевых и химических связей, большую роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили различные виды информации: зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную.

К сожалению, система связей в биосфере пока расшифрована в общих чертах. С позиций кибернетики биосфера – это гигантская система, которая, как и ее составные части - биогеоценозы, описываются как “черный ящик”. Процессы, происходящие внутри его, закодированы природой. Можно с уверенностью сказать, что экосистема в ее основных чертах является саморегулирующейся, самоорганизованной (см. выше – организованность биосферы – одна из важнейших ее особенностей, по Вернадскому). Экологи объясняют самоорганизацию системы информацией, принизывыающей экосистему. Она содержится в живых организмах, в их генетическом коде и способности адаптироваться к смене условий среды.

Указанные выше особенности биосферы (способность к максимальному проявлению жизни, высокая активность живого вещества, способность к саморегуляции и др.) делают ее устойчивой системой. Обобщая результаты исследований в области геологии, палеонтологии, биологии и других естественных наук, Вернадский делает вывод, что “биосфера – стойкая динамическая система, равновесие в которой установилось в основных своих чертах с археозоя и неизменно действует в течение 1,5-2 млрд. лет”. Вернадский доказал, что устойчивость биосферы в течение этого времени проявилась в постоянстве ее общей массы (10 19 т), массы живого вещества, энергии, связанной с живым веществом (4,21*10 18 кДж), а также в постоянстве среднего химического состава живого вещества.

Устойчивость биосферы Вернадский связывает с ее разнообразием. Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные и восстановительные процессы, концентрирование химических элементов и т.п.) не могут выполняться организмами какого-нибудь одного вида, а только их комплексом. Отсюда следует чрезвычайно важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система с большим количеством видов организмов, каждый из которых исполнял свою роль в общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать, тот есть устойчивость ее существования была сразу заложена ее сложностью.

В соответствии с законом необходимого разнообразия Виннера-Шеннона-Эшби, который считают основным кибернетическим законом, система только тогда обладает стойкостью для блокирования внешних и внутренних воздействий, когда она имеет достаточное внутреннее разнообразие. Таким образом, разнообразие (видовое разнообразие живых организмов, разнообразие природных зон, климатических условий существования, разнообразие среды обитания и др.) – еще одна важная особенность биосферы. Исходя из экосистемных представлений, видовое разнообразие – это не просто арифметическая величина, ниже которой не должен опускаться живой мир. Это реальная потребность каждого существующего на планете вида в трофических цепях биогеоценозов и биосферы в целом. Видовое разнообразие необходимо сберечь для нормального функционирования биосферы.

3 Происхождение и эволюция биосферы

Первыми научными теориями относительно происхождения живых организмов на Земле стали теории А. Опарина и Дж. Холдейна. (Опарин – российский биохимик – в 1923 г. выдвинул гипотезу о возможности возникновения органических соединений без участия живого вещества.) Согласно этим теориям, на заре геологической истории произошел абиогенный синтез, то есть в первых земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, под действием тепла вулканов, разрядов молний и других факторов окружающей среды начался синтез более сложных органических веществ и биополимеров. Сложные молекулы аминокислот случайно объединялись в полипептиды, которые, в свою очередь, дали первые живые существа микроскопических размеров.

У этой гипотезы есть один существенный недостаток. Нет ни одного факта, который подтвердил бы возможность абиогенного синтеза на Земле хотя бы какого-нибудь простейшего живого организма из неживых соединений. Во многих лабораториях мира проведено тысячи опытов по таким синтезам. Американец С. Миллер (1953), исходя из возможного состава первичной атмосферы Земли (азот, аммиак, водород, вода, метан), в специальном устройстве пропускал электрический разряд через смесь газов. Ему удалось получить молекулы некоторых аминокислот (основы белка). Эти опыты были многократно повторены, некоторым ученым удалось получить довольно длинные цепочки простых белков. И все! Ни одного самого простого живого организма никому получить не посчастливилось. Даже если применить сложное оборудование и определенные условия, чего на самом деле на Земле не было.

В последнее время математики подсчитали, что вероятность зарождения живого организма из неживых блоков равна практически нулю. Л. Блюменфельд доказал, что вероятность случайного образования за все время существования Земли хотя бы одной молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) составляет 10 -800 .

Противоречат теории абиогенного синтеза и геологические данные. Как бы мы далеко не проникли в глубь геологической истории, на Земле не найдено следов того периода, когда на ней не существовало жизни. Палеонтологи нашли ископаемые остатки довольно сложно организованных существ – бактерий, сине-зеленых водорослей, простых грибков в породах, возраст которых 3,8 млрд. лет (время образования Земли 4-4,5 млрд. лет назад).

Тем не менее, теории абиогенного синтеза широко распространены и популярны в настоящее время. В основе этих теорий лежат некоторые общие принципы: 1) накопление в океане органических веществ, синтезированных абиогенным путем; 2) в зонах концентрации органических веществ возникли молекулы, способные к самокопированию (к репликации); 3) на основе репликаторов сформировались механизмы матричного синтеза (в том числе биосинтез белков), генетический код, что и обеспечило возникновение клеток живого вещества.

Религия рассматривает возникновение жизни на Земле как акт создания ее богом.

Некоторые ученые, в том числе и Вернадский, считают, что живые организмы занесены на Землю из космоса с метеоритами или космическими цивилизациями.

Вернадский был уверен, что жизнь геологически вечна, то есть в геологической истории не было эпохи, когда наша планета была бы неживой. Он также считал, что жизнь – такая же вечная основа Космоса, какими являются материя и энергия. Исходя из представлений о биосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадский связывал ее образование и эволюцию с организованностью космоса. “Для нас становится понятным, что жизнь есть явление космическое, а не чисто земное”. “… Начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Жизнь вечна, как вечен Космос”. (Это подтверждается способностью организмов воспринимать информацию из космоса, чувствительностью организмов к действию электромагнитных полей и др.)

Все эволюционные теории, начиная с Ч. Дарвина, основываются на положении,что развитие идет от простого к сложному, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее приспособленных индивидов. Однако при этом совсем не учитывается, что лучше всего приспособлены к разнообразным земным условиям именно простейшие существа – прокариоты. Они существовали на Земле без заметных изменений своего строения 3 млрд. лет и за все время своего существования настолько существенно изменили окружающую среду и биосферу в целом, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены были отойти на задний план. В настоящее время они процветают там, где никто другой существовать не может: в концентрированных соленых водах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах. Таким образом, наблюдается эволюционный тупик.

Сам создатель теории естественного отбора Дарвин не мог объяснить такого явления, когда в процессе эволюции часто имеют преимущества не наиболее прогрессивные формы. По Дарвину, какая-либо черта закрепляется в последующих поколениях, если благодаря ей организм лучше приспосабливается к условиям жизни. Природная среда сама осуществляет отбор – поэтому он называется естественным. Лучше приспособленная особь имеет больше шансов выжить и дать потомство. Жизнь демонстрирует много исключений из этого правила, даже на примере эволюции самого человека. К жизни должен лучше приспосабливаться более интеллектуально развитый человек, опытный, образованный, поскольку он лучше знает, как надо ориентироваться в тех или иных обстоятельствах, однако статистические данные свидетельствуют, что именно люди профессий, требующих более высокого интеллекта, имеют меньше потомков.

В «Происхождении видов» Дарвин писал, что любой сложный орган возник в результате многочисленных последовательных незначительных изменений. Однако в настоящее время обнаружены тысячи таких органов, которые не соответствуют данному правилу, то есть отсуствует аналог органа у других видов, например, железа, выделяющая яд у змеи, или «конденсатор» у угря, ударяющего электротоком.

Дарвин считал, что каждому виду должен предшествовать почти идентичный ему родительский вид. Однако находки геологов подтверждают, что все виды сменяли друг друга неожиданно резко, почти не изменяясь в процессе существования, и также неожиданно исчезали.

Если бы эволюция действительно происходила путем постепенного изменения тех или иных черт видов с последующим их закреплением, то среди ископаемых остатков организмов должно было быть большое количество промежуточных форм, однако в определенном слое горных пород мы находим остатки только одного вида, а в соседнем с ним слое – другого вида. Объяснить это неполной палеонтологической картиной нельзя – почему исчезли именно промежуточные формы организмов?

Рассмотрим основные этапы эволюции биосферы.

Первыми живыми организмами на Земле были прокаритоы (~ 3 млрд. лет назад) – простейшие организмы, в клетках которых отсутствует ядро: бактерии, сине-зеленые водоросли; они возникли в гидросфере). Прокариоты были анаэробами, т.е. существовали в бескислородной среде (жили глубоко в морях). Необходимые для жизни вещества и энергию они доставали, в основном, используя органические вещества «первичного бульона». Но одновременно с этим или немного позднее некоторые организмы могли получать необходимую энергию за счет химических реакций (в процессе хемосинтеза) или (уже позднее) в результате поглощения и преобразования солнечной энергии (впроцессе фотосинтеза). Первые хемосинтезирующие организмы окисляли серу в сероводороде до молекулярной серы или железо (+2) до железа (+3). Первые фотосинтезирующие бактерии – цианобактерии (синезеленые водоросли). Они из углекислого газа и воды с помощью солнечного света создавали молекулы простых сахаров, выделяя кислород. Кислород накапливался в атмосфере, замещая постепенно метан и аммиак. В океане появились аэробные организмы, которые использовали кислород для окисления глюкозы (для кислородного расщепления простых сахаров). Живое вещество заселило всю гидросеру, включая поверхностные слои океана и его мелководий. Прокариоты оказали огромное влияние на состав атмосферы, гидросферы, литосферы (на увеличение содержания кислорода в атмосфере, ускорение процессов разрушения горных пород, образования почвы и др.).

После прокариотов на Земле появились эукариоты – организмы, в клетках которых содержится ядро (~ 1,5-2 млрд. лет назад). Сначала они были одноклеточные, а потом появились многоклеточные организмы (~ 700 млн. лет назад). Считается, что около 600 млн. лет назад в биосфере начинается важнейший эволюционный процесс – заселение материков живыми организмами. Первыми из них были низшие автотрофные растения. Около 500 млн. лет назад появились сосудистые растения, насекомые. Голосеменные растения появились примерно 350 млн. лет назад, а цветочные (покрытосеменные) растения и млекопитающие животные – в конце юрского периода – около 100 млн. лет назад (в мезозойской эре). В кайнозойской эре: ~ 50 млн. лет назад появились злаковые, ~ 20 млн. лет назад происходит увеличение видового разнообразия млекопитающих, содержание кислорода в атмосфере становится близким к современному.

Таким образом, биосфера сформировалась на ранних этапах развития жизни на Земле, причем очень быстро и в достаточно сложном виде. К. Циолковский считал, что многочисленные виды простейших организмов зародились на Земле одновременно. Эту же мысль подчеркивал и Вернадский.

Чем же обусловлена изменчивость живых существ вообще? Что является движущей силой эволюции? Открытие генетического кода позволило приблизиться к разгадке этой тайны. Оказалось, что в двойной спирали ДНК зашифрованы все сведения об организме, и согласно этой программе происходит его индивидуальное развитие. (Строение генома* (*геном - совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма) высокоорганизованных организмов очень сложное – в ДНК человека насчитывается 3 млн. пар нуклеотидов** (**нуклеотид – сложное соединение, составная часть нуклеиновых кислот, высокомолекулярных органических соединений, и других биологически активных соединений).) Следовательно, изменчивость организмов, появление новых видов в процессе эволюции, связаны со сменой записей в генетическом коде. Доказано, что генетическая информация нарушается под действием мутагенных факторов – радиации, активных химических веществ, таких как пестициды, температура и т.д. Окружающая среда все больше загрязняется этими факторами вследствие технологической деятельности людей. Возникает вопрос: не готовим ли мы себе «генетическую» катастрофу?

На основании достижений генетики можно предположить, что эволюция органического мира происходит за счет появления мутаций, то есть случайных отклонений в генетической записи под влиянием мутагенных факторов окружающей среды. В случае, если новые свойства выгодны для организма, они закрепляются естественным отбором.

Но: результаты исследований генетиков свидетельствуют, что большинство мутаций вредно для организма. Особи, которые появляются на свет после мутагенного влияния радиации или химикатов, являются бесплодными, нежизнеспособными. Известно также, что искусственно выведенные путем гибридизации новые виды имеют тенденцию со временем «расщепляться» на своих предшественников (гибрид волка и собаки через несколько поколений расщепляется на волка и собаку). Это свидетельствует о том, что организм сопротивляется накоплению ошибок (мутаций) в генетическом коде – включая и механизм ремонта кода. Следует вывод: возникновение нового вида организмов за счет мутаций является маловероятным.

Если сравнить строение какой-нибудь клетки организма человека и клетки простейшего животного (например, инфузории), то нельзя найти принципиальных различий. Однако каждая из клеток высокоорганизованных существ, кроме своих обычных функций (дыхание, обмен веществ), выполняет также определенные специальные функции, связанные с жизнедеятельностью организма. В изолированном состоянии клетка высокоорганизованного организма жить не может, она функционирует лишь в сотрудничестве и кооперации с другими клетками.

Программа функционирования клетки с самого начала записана в ее хромосомной структуре, содержится в генах.

Изучение эволюции биосферы позволяет сделать вывод, что каждое живое существо рождается, развивается, выполняет свою программу жизни как составная часть огромного сверхорганизма – биосферы. Она, в свою очередь, является порождением космического надорганизма – Галактики. А все галактики являются как-бы клеточками сверх-сверхорганизма - Космоса.

К. Циолковский так подытожил свои размышления о нас и нашем месте в Космосе: «Все порождено Вселенной. Она – начало всех вещей, все от нее зависит. Человек и его воля есть лишь проявление воли Вселенной… ни один атом Вселенной не избегает ощущения высшей разумной жизни. Возможно, что вопрос «Что породило Вселенную?» вообще нельзя ставить». Циолковский считал, что о причине Космоса можно только догадываться.

Как осуществляется программа эволюции биосферы, нам известно лишь в общих чертах. В частности, определено, что в целом, процесс эволюции можно рассматривать как увеличение объема генетической информации. Например, объем информации у млекопитающих в 100 тыс. раз больше, чем у бактерии. Причем большое значение имеют не только размеры генетической цепочки, но и ее структура. Еще эволюция биосферы свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу (природном или антропогенном) ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия.

Можно констатировать еще одну черту эволюции биосферы – ее нарастающий темп. Так, если условно принять возраст Земли (4,5 млрд. лет) за одни сутки (24 часа), то в таких единицах жизнь на Земле существует примерно 20 часов, первые живые организмы вышли из моря на сушу 6 часов 35 минут назад, млекопитающие существуют 3 часа 46 минут, человек - последние 10 секунд. И наибольшие изменения в составе и характеристике биосферы произошли именно в эти 10 секунд.

4 Эволюция человека. Ноосфера

Появление на Земле Разума, носителем которого является человек, коренным образом изменила ход эволюции биосферы. Как считают некоторые ученые, и в том числе известный биолог и писатель-фантаст И. Ефремов, только человек в земных условиях мог стать носителем разума. (Писатели-фантасты: Саймак – разумные цветы, Стругацкие – собаки, Лем – мыслящий океан протоплазмы. Американский биолог Билински считает, что при определенных условиях на Земле могли появиться разумные рептилии, осьминоги.) Для этого у человека есть все необходимое: могучие органы чувств и, прежде всего, зрение, которое может охватить большое пространство, точно фиксировать предметы; развитые конечности, способные выполнять работу; форма человека, его черты как мыслящего животного не случайны, они больше всего соответствуют организму, который имеет огромный думающий мозг. Что значит «огромный мозг»? Большинство антропологов сегодня считает, что есть определеннный минимум мозга, ниже которого его хозяин не может стать разумным. Это 700-750 см 3 . Однако, с дщругой стороны, масса мозга не является единственным условием для животного стать разумным. Еще большее значение имеет его структура, в частности, внутренняя структура коры мозга.

У современных людей объем мозга колеблется в пределах 1200-2000 см 3 . Ученые установили, что потенциальные возможности человеческого мозга на много порядков превышают физиологические потребности. Развитие мозга первых гомоноидов происходило намного быстрее, чем этого требовали изменения окружающей среды. Современного уровня сложности мозг человека достиг задолго до того, как возникли культура и цивилизация. По некоторым подсчетам, мозг современного человека используется не более чем на 2-3% своих потенциальных возможностей. Похоже на то, что эволюция человека заблаговременно предвидела будущие потребности человека и наделила его таким «компьютером», основные узлы которого заблокированы и будут задействованы когда-либо потом.

С генетической точки зрения ближайшим родственником человека в животном мире являются обезьяны. По строению молекулы ДНК человека и шимпанзе отличаются только на 2%. По подсчетам генетиков человек отделился от человекообразных приматов около 5 млн. лет назад. Но предшественники людей –австралопитеки, а затем – неандертальцы и синантропы – не являются нашими предками. Сейчас ученые считают, что эволюция человека современного вида началась намного ближе к настоящему времени, чем считалось раньше. Около 200 тыс. лет назад, пока еще неизвестно, по какой причине, на юге Африки появилась небольшая группа людей современного типа (кроманьонцы), потомки которых через 100 тыс. лет заселили Африку, а затем расселились по всему миру (через Суэцкий перешеек попав в Евразию). Они отличались от неандертальцев высоким ростом, стройным телом, высоким лбом, но меньшей физической силой. Некоторое время рядом с Гомосапиенс жили неандертальцы, но они не выдержали конкуренции с разумными существами. С течением времени неандертальцы не развивались, а деградировали, так как более поздние неандертальцы стоят дальше от современного человека, чем ранние. Это тупиковая ветвь (так же, как и синантропы и др. формы древних гомоноидов).

Прародина человека установлена на основе изучения ДНК разных расовых групп. Большая часть ДНК сосредоточена в ядрах клеток. В каждом поколении ядерная ДНК меняется, когда перетасовываются наследственные линии отца и матери. Но в клетках есть ДНК метахондрий (специальных образований, которые обеспечивают клетку энергией). ДНК метахондрий наследуются только по материнской линии, т.е. эта ДНК может меняться только в результате случайных мутаций. Американские биологи на основе анализа ДНК метахондрий установили, что у всех современных людей различных регионов предок один, и, кроме этого, в руки специалистов попали также «генетические» часы - вследствие мутаций ДНК меняет структуру на 3% за 1 млн. лет. Таким образом, найдено, что самая старая ДНК у африканок (200 тыс. лет), более молодая – у азиаток (100 тыс. лет), самая молодая – у европеек (50 тыс. лет). Следовательно, миграция людей шла из Африки в Азию, а затем в Европу; расовые отличия людей возникли относительно недавно.

Эволюция человека необычна. В отличие от всех других организмов, человек использует огонь, орудия труда, жилища, одежду, другие средства и приемы, чтобы создавать собственную стабильную среду. Человеку не нужно изменять свою организацию под воздействием изменений в окружающей среде. Поэтому его физическая эволюция практически остановилась. Сохраняя свою внутреннюю среду, человек дальше все в больших масштабах изменяет окружающую среду. Учитывая потенциальные возможности человеческого мозга, можно представить возможности человека для самоусовершенствования и развития интеллекта.

Человек в биосфере Земли является новым фактором. Человек не просто влияет на окружающую среду, но изменяет и с большой скоростью структуру самих основ биосферы. В связи с этим возникает понятие ноосфера. Понятие «ноосфера» появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы.

С появлением человека в биосфере и его эволюцией связано понятие «ноосфера».

Впервые термин ноосфера был предложен в 30-е годы французскими философами и естествоиспытателями (Тейяр де Шарден, Ле-Руа). В буквальном смысле термин означает «сфера разума» (ноос – разум).

Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Научная мысль и деятельность человека изменили структуру биосферы, обусловили физические и химические изменения всех ее оболочек (атмосферы, литосферы, гидросферы).

Понятие «ноосфера» наполнил смыслом и развил Вернадский, в частности, в 1944 г. в статье «несколько слов о ноосфере», опубликованной перед его смертью, ученый приводит свои мысли о дальнейшем развитии биосферы и ее переходе в новое качество – ноосферу. Вернадский подчеркивал особую роль живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы. Среди всех живых существ он выделил человека как мощную гелогическую силу, способную оказывать влияние на ход различных процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве. Человек способен перестраивать эту среду согласно своим представлениям и потребностям (благодаря человеческому труду, интеллекту).

Действительно, за последние 500 лет человечество освоило новые формы энергии – паровую, электрическую, атомную; научилось использовать почти все химические элементы. Человек проник в глубь земли и поднялся на десятки километров над ее поверхностью, вышел в открытый космос, построил космические станции.

Человечество освоило всю биосферу и получило значительно большую, чем другие организмы, независимость от окружающей среды. Согласно Вернадскому, ноосфера – окружающая человека среда, в которой природные процессы обмена веществ и энергии контролируются обществом. Человек, по мнению Вернадского, является частью биосферы, ее определенной функцией. Вместе с тем, воздействие человека на природу по своему характеру резко отличается от других форм живого вещества. Поскольку некоторые изменения в биосфере, произошедшие под влиянием деятельности человека, являются нежелательными для людей, Вернадский считает, что они должны приложить определенные усилия, чтобы, например, сберечь некоторые виды растений и животных. Причем, сохранить в биосфере следует только то, что является полезным и выгодным людям. В целом среда является чужой для человека и его культуры, оказывает на человека давление. Биосфера рассматривается как строительный материал для создания ноосферы. Разум человека в будущем будет основной руководящей силой развития ноосферы.

Подход Вернадского к этой проблеме является по сути рационалистическим. Ноосфера в представлении Вернадского является фактически синонимом той техносферы, которая сегодня создается на Земле. Сейчас в пределах ноосферы выделяют: техносферу – совокупность искусственных объектов, созданных антропогенной деятельностью, и природных объектов, измененных этой деятельностью; антропосферу – совокупность людей как организмов; социосферу – сферу общественной производственной деятельности, общественных отношений.

Вернадский полагал, что человек с помощью разума может управлять процессами в биосфере. «На определенном этапе своего развития человек вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего». Действительно, человек достиг больших достижений: вышел в космос, овладел тайнами термоядерной энергии, научился клонировать животных. Однако 50 лет спустя после выхода работ Вернадского оказалось, что развитие техносферы способствует разрушению биосферы, в частности ее основных, жизненно важных для существования человека участков. И теперь очевидно, что эволюция человеческого общества должна быть направлена не на завоевание природной среды, а на ее гармонизацию. (Гирусов: ломка развития человеческой деятельности должна идти не вопреки, а в унисон с организованностью биосферы, ибо человечество, образуя ноосферу, всеми своими корнями связано с биосферой.)

По современным представлениям, ноосфера – сфера гармонического взаимодействия природы и общества. Это идеальный вариант будущего. Определяющим фактором функционирования ноосферы является не стихийное природное развитие, а высокий интеллект человека, разум, мудрость. Основой ноосферного процесса должен стать переход человечества к социальной автотрофности (обеспечение энергетическими ресурсами и сырьем на основе целостности общественного производства и биотехнологии – многократное повторное использование природных и синтезированных веществ и материалов). Для перехода к ноосфере необходимо преодолеть конфликт между циклическим и безотходным характером биогенных процессов обмена веществ и энергии. Необходимо преодолеть потребительский подход к природе, консерватизм мышления, создать более совершенные технологии производства, перейти к разумному, рациональному хозяйствованию.

Ноосфера подразумевает также жизнь людей в мире без войн и социальных катаклизмов, в мире материального достатка, экологически безопасных продуктов, незагрязненной окружающей среде.

Сегодня абсолютно нереальной выглядит идея Вернадского, в соответствии с которой разум человека может управлять всеми процессами в биосфере. Ю. Одум считает (1986), что несмотря на возможности и способности человеческого разума к управлению природными процессами, тем не менее, еще рано говорить о ноосфере, так как человек не может предугадать все последствия своих действий. Об этом свидетельствует множество возникших экологических проблем на нашей планете.

Ряд ученых (Куражковский, 1992) полагают, что правильно говорить в настоящее время о сущетсвовании начальных стадий развития ноосферы, имеющих принципиальные отличия от ее будущего состояния. Современный русский философ В. Кутирев считает, что ноосфера как гармония – это типичный пример утопии.

    Дайте определение науке «экология».

    Назовите основные разделы традиционной экологии.

    Кто и когда ввел термин «экология» ?

    Когда экология сформировалась как самостоятельная дисциплина?

    На какие периоды можно разделить историю развития экологии?

    Что изучает современная экология?

    Что такое «глобальный экологический кризис» ?

    Какими основными явлениями отмечен современный глобальный экологический кризис?

    Что включает понятие «природная среда» ?

    Из каких сфер состоит атмосфера?

    Назовите характерные особенности тропосферы и стратосферы.

    В какой сфере располагается озоновый слой?

    Каков химический состав атмосферы?

    Каковы основные экологические функции атмосферы?

    Что такое «литосфера» ?

    Как образуется почва?

    Из каких компонентов состоит почва?

    Каковы основные экологические функции литосферы в целом и почвы в частности?

    Что включает «гидросфера» ?

    Каковы запасы пресной воды на Земле?

    Назовите основные экологические функции гидросферы.

    Дайте понятие «биосферы».

    Каковы основные особенности биосферы (по Вернадскому) ?

    Назовите основные количественные характеристики биосферы.

    Что является основным компонентом биосферы?

    Каковы особенности живого вещества?

    Назовите основные типы вещества биосферы, приведите примеры.

    Каковы границы биосферы?

    Дайте определение понятиям «продуценты», «консументы», «редуценты».

    Что представляет собой общая схема переноса вещества и энергии в биосфере?

    Приведите основные характеристики продуцентов, консументов, редуцентов.

    Какие существуют гипотезы о происхождении жизни на Земле?

    Дайте краткую характеристику основных этапов эволюции биосферы.

    Чем эволюция человека отличается от эволюции других живых организмов?

    Что такое «ноосфера» ?

    Кто и когда ввел понятие «ноосфера» ?

) и твёрдую (лито-сфера ) оболочки Земли (рис. 74).

Верхняя граница

Верхняя граница биосферы распо-ложена на высоте 15—25 км над уровнем моря (и в разных регионах Земли различна) в нижнем слое атмосферы — тропо-сфере (рис. 75).

В этих пределах био-сферы под влиянием энер-гии солнечных лучей кис-лород превращается в озон и образуется озоновый эк-ран. Он не пропускает ос-новную часть космических и ультрафиолетовых лучей, оказывающих вредное воздействие на живые орга-низмы, поэтому они не достигают земной поверх-ности.

В самых верхних слоях биосферы встречаются споры очень устойчивых к неблагоприятным условиям бактерий, грибов , мхов и папоротников (их называют аэропланктоном ). Некоторые птицы , бабочки и пауки могут подниматься на высоту 6—7 км.

Нижняя граница в гидросфере

Состав биосферы многообразен и подраз-деляется на четыре части.

  • Живое вещество.
  • Биогенные вещества.
  • Твёрдые тела.
  • Вещества биогенного и абиогенного происхождения.

Живое вещество

Совокупность всех живых организмов, обитающих на нашей планете , составляет живое вещество биосферы. Несмотря на то, что живое вещество по своей массе представляет весьма незначительную часть биосферы, его деятельность в течение геологических эпох оказывала огромное влияние на развитие Земли .

По утверждению В. И. Вернадского, жизнь зародилась на Земле некоторое время спустя после её появления и явилась одним из основных факторов, изменивших облик нашей планеты.

Биогенные вещества

Биогенные вещества есть результат деятельности живых организмов. К ним можно отнести нефть, каменный уголь, известняк и атмосферные газы.

Твёрдые тела

Общая масса живых организмов в биосфере называется био-массой, 93% которой приходится на сушу, а 7% — на водную среду. Живые организмы своей деятельностью оказывают большое влияние на биосферные процессы и обусловливают изменения биосферы.

Биосфера непрерывно развивается. Её развитие обусловливают такие факторы, как геологические и климатические изменения на нашей планете, воздействие живых организмов и человеческая деятельность.

Первый этап эволюции биосферы называется биогенезом, а второй — ноогенезом. В настоящее время в связи с тем, что основное влияние на биосферу оказывает

Разделы