ЛЕКЦИЯ ДВАДЦАТЬ ВТОРАЯ

БИОСФЕРА
КАК ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА
ЗЕМЛИ

Живое отличается от неживого. Культура древнего мира не признавала разделения на живое и мертвое. С точки зрения древних (носящей название анимизма), все существующее в мире и доступное наблюдению представлялось живым. С накоплением опыта общения с природой, наблюдения и экспериментирования сформировались представления о границе между живым и неживым.

Существует несколько подходов к определению признаков живого вещества. Один из них состоит в том, что живая материя имеет следующие признаки:

  • питание: пища необходима как источник нужных веществ, энергии и информации;
  • дыхание: является одним из источников химической энергии, относится к процессам обмена вещества и энергии;
  • выделение: способ выведения из организма продуктов
  • обмена веществ;
  • подвижность и рост: движение в пространстве и движение внутри единиц жизни;
  • размножение: передача эстафеты жизни от одного поколения к другому;
  • раздражимость: реакция всех живых существ на изменения внешней и внутренней среды;
  • гомеостаз: способность поддержания внутреннего химического состава и протекания всех физиологических процессов при непрерывно изменяющихся внешних условиях; одно из ведущих отличий живого от неживого;
  • дискретность: жизнь проявляется в дискретных формах.

190

В современном понимании биология - совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Растения и животные существуют в тесной связи с окружающей неживой природой и другими организмами. В процессе исторического развития и естественного отбора на Земле сформировались группы организмов - сообщества, тесно связанные с определенными природными зонами и поясами. Они носят название биом.

Самый высокий уровень организации жизни на Земле - биосфера. Этот термин появился в конце XIX века и характеризует область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В.И. Вернадский создал учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, включая человека, является геохимическим фактором планетарного масштаба и значения. Он выделял в биосфере косное (солнечная энергия, почва и т.д.) и биокосное (органическое) вещества.

В атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 метров. Вынос микроорганизмов на высоты более 15 км возможен конвекционными потоками. За верхнюю границу биосферы условно принимается озоновый слой (около 10-15 км), выше него мощный поток ультрафиолетового излучения убивает, вероятно, все живое. Однако исследования показывают, что защитить живые клетки от воздействия излучения и потоков ионизирующих частиц достаточно просто. Такую защиту может, в частности, обеспечить железный метеорит диаметром менее 0,6 мкм и стенками толщиной не более 0,1 мкм.

Нижняя граница распространения живых организмов в литосфере определяется температурой. По современным представлениям, они могут жить при температурах до 100°С (лекция 23). Обнаружение грибов в ядерных реакторах говорит о возможности живого переносить огромные потоки ионизирующего излучения. Известны организмы, не нуждающиеся в кислороде. Границы жизни определены весьма приблизительно (таблица 22.1).

191

Таблица 22.1

Средняя толщина биосферы, км

Широтные пояса Континентальная область Океаническая область
Полярный 12 13
Среднеширотный 14 15
Тропический 21 22

Наиболее всеобъемлющей является биогеохимическая концепция биосферы, сформулированная В.И. Вернадским. В этой концепции основу биосферы как геологической оболочки составляет живое вещество, понимаемое как совокупность химических элементов, сосредоточенных во всех живых организмах, вместе взятых.

Три основных биогеохимических принципа эволюции биосферы как целостного образования, сформулированные В.И. Вернадским, состоят в следующем.

Первый принцип вытекает из факта устойчивости геологических процессов в ходе исторического времени и состоит в том, что биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному значению.

Вовлекая неорганическое вещество в биотический круговорот, живое способно со временем проникать в ранее недоступные области и увеличивать перерабатывающую активность. Освоение новых областей осуществляется за счет увеличения разнообразия форм живых организмов. Другим проявлением этого принципа можно считать постоянство среднего химического состава живого вещества с момента формирования по настоящее время, таким образом можно его назвать правилом постоянства химической основы эволюционных процессов органического мира.

Второй принцип связывает воедино эволюцию в целом биосферы и отдельных видов. Он состоит в том, что эволюция видов, приводящая в ходе геологического развития к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию составляющих биосферы. Этот принцип задает правило направленности

192

эволюционных изменений органического мира. Появление человека есть закономерный процесс, так как выделение его из животного мира связано с резким ростом процесса переработки окружающей среды.

Третий биогеохимический принцип основывается на геометрической прогрессии размножения живых организмов. В соответствии с ним в течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества.

Процесс заселения планеты есть одно из следствий геометрической прогрессии размножения живых организмов и размеров планеты. В.И. Вернадский предложил рассматривать скорость заселения земной поверхности тем или иным видом как характеристику его геохимической функции. Чем больше скорость заселения, тем сильнее вид перерабатывает окружающую среду. Учитывая исключительно высокие темпы размножения живых организмов, этот принцип можно интерпретировать как правило полной заселенности Земли в любое геологическое время.

Живые организмы характеризуются определенной массой. По оценкам, она близка к 5 × 1013 т. Существуют две противоположные точки зрения на вопрос о постоянстве этой массы.

Одна из них, базируясь на предположении о неизменности солнечной энергии, получаемой Землей, считает, что масса живого вещества постоянна (при возможных кратковременных, по геологическим масштабам, отклонениях). Другая утверждает, что масса живого вещества на Земле непрерывно возрастает. Этот процесс связывают с увеличением разнообразия жизни в ходе геологического времени.

По мнению В.И. Вернадского, для данного геологического периода количество живого вещества биосферы постоянно.

Живое вещество характеризуется огромной энергией, которая может быть использована для совершения работы. Это - солнечная энергия, превращенная в энергию химических связей в процессе фотосинтеза зеленых растений и распространяющаяся по поверхности Земли

193

благодаря способности живого регулировать проявления собственных процессов. Живое вещество оказывает непрерывное, постоянное воздействие на окружающий мир. Оценки показывают, что скорость распространения (растекания) живого вещества по поверхности меняется в зависимости от размеров организма и достигает 300 м/с для бактерий (близко к скорости звука в воздухе, звуковая волна способна переносить живое вещество).

Живое вещество производит на Земле непрерывную, непрекращающуюся ни на мгновение работу по переработке своего окружения, по его изменению.

Эта функция живого вещества ставит биосферу в особое положение в структуре геологических оболочек. В механизме формирования земной коры она выступает активным началом, изменяющим газовый состав атмосферы, минеральный состав литосферы, почву, гидросферу. Глобальные геохимические функции живого вещества осуществляются через питание (концентрационная функция), дыхание (газовая функция) и размножение (транспортная функция) особей всех видов живых организмов на всех этапах развития жизни на Земле.

Человек, являясь частью живого вещества, также участвует в реализации геохимической функции живого вещества.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

  1. Что такое биосфера?
  2. Какие признаки живого вам известны?
  3. Поясните термин "гомеостаз".
  4. В чем состоит геохимическая функция биосферы?
  5. Перечислите основные характеристики живого вещества.
  6. В чем состоит роль питания, размножения и дыхания в осуществлении геохимической функции живого вещества?

194

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.