О биосфере

7.1. Генезис биосферы

Геологические условия возникновения биосферы. ô
Эволюция биосферы. Живое вещество. Функции живого вещества в биосфере.
Биосферно-космические связи. ô Роль абиотических и
биотических круговоротов. Экологические факторы среды. ô
Порядок распространения жизни. Движущая сила эволюции.

Особенностью планеты Земля является поверхностная оболочка – биосфера.
Эта оболочка является местом сочетания резко отличающихся в физико-химическом
отношении компонентов (литосфера, гидросфера, атмосфера), которые входят в
новую организованность. Целостный характер биосферы определяется живым
веществом, а область, которую оно заполняет, получает собственное название –
биосфера. Она в течение примерно 4 млрд. лет преобразовывала лик Земли,
существенным образом определяла динамику литосферных, гидросферных и
атмосферных процессов и событий. За этот период времени, питаясь энергией
космических излучений, биосфера сформировала сложные саморегулирующиеся
механизмы, которые обеспечили ей внутреннее саморазвитие, и дали гарантии
защиты от губительных факторов космической среды[i].

7.1.1. Геологические условия возникновения

биосферы

Земля оказалась своего рода исключением в ряду планет Солнечной
системы. Только она одна приобрела себе массивный спутник за счет остатков
ударяющихся об нее тел. Можно предположить, что разгадка понимания ранней
истории формирования Земли заключена в тайне образования Луны. Если бы Луна
образовалась не из остатков метеоритов и астероидов, то значит, их было не так
много, а, следовательно, их бы не хватило на быстрый разогрев Земли. Но,
видимо, как раз этого «добра» падало на Землю достаточно, и для самой планеты и
для образования ее спутника. Ученые рассчитали, что в то время, когда масса
Земли постепенно приближалась к семидесяти процентам от современной, скорости
тел, ударяющихся о поверхность планеты протоЗемли, достигли такого уровня, что
вызвали не только появление отдельных участков расплава, но и перемешивали
своими ударами слой до тысячи километров глубиной! (Современный радиус Земли
приблизительно равен шести с половиной тысячам километров).

Но уже при росте массы Земли от 0,70 до 0,95 процентов ее современной
величины, средняя толщина слоя ударного перемешивания уменьшается от тысячи до
первых сотен километров. Таким образом, на основной стадии формирования
протоЗемли лишь низы примитивной мантии не были подвержены влиянию ударов
разнообразных тел. Очевидно следующее: вопреки широко распространенным моделям
формирования Земли – «холодная начальная Земля» или «магматический океан» –
должна рассматриваться компромиссная, но более сложная модель «умеренно горячей
первичной Земли».

Стараниями постоянно падающих тел, постепенно, набирая обороты,
начался прогрев Земли, достигая тысячи градусов на глубинах около тысячи километров,
происходила дифференциация вещества, словом, все то, что можно назвать началом
развития планеты.

Вполне естественно, что с течением времени под первичной поверхностью
Земли – пока примитивной корой, которая подвергалась ударам многочисленных тел
– происходила термогравитационная конвекция: тяжелое двигалось вниз, легкое
наверх. Это движение так бы и происходило до сегодняшнего дня, как это
случилось на ранних стадиях с Марсом или Венерой. Но на их поверхности нет
рифтов и движущихся континентов, несмотря на то, что первичный материал, из
которого сформировались все планеты солнечной системы, был почти один и тот же.

Однако на Земле, в отличие от Марса и от Венеры, были водные бассейны
и образовались осадочные породы и затем, в процессе метаморфизации, они
превращались в граниты. Иными словами, кроме базальтовой коры на Земле
получились граниты. А гранитная кора отличается тем, что она легче и может
образовывать достаточно «легкие» континенты, плавающие на более плотных
базальтах.

С другой стороны, для того, чтобы происходило движение пусть даже и
базальтовых плит по поверхности планеты, необходимо перемещение вещества под
ней. На остывшем Марсе этот механизм не работает, в отличие от Венеры. Тем не
менее, континентов подобно земным на ней нет. Потому что на Венере отсутствуют
все те же океаны. Нет даже льда, который лежал бы на базальтах, и движение
одного типа коры относительно другого все равно бы состоялось, пусть бы это и
называлось тектоникой ледяных плит. Вода, главный «виновник» появления гранитов
на Земле появилась на нашей планете тоже благодаря уникальному стечению
обстоятельств, которых не было на других планетах. Дело в том, что Земля
располагается «всего» на 0,28 астрономической единицы дальше от Солнца, чем
Венера. К тому же современный солнечный поток больше первоначального на
двадцать процентов градусов или плюс десять. Но это не все равно для нас. На
Венере средняя температура двадцать пять – тридцать градусов, к тому же парниковый
эффект приводит к дополнительному разогреву атмосферы. А на Земле постоянная
температура плюс пятнадцать и все время существовали теплые области.

Текучая вода на поверхности оказалась только на одной планете,
только на ней появились граниты, которые были включены в сложный процесс
дифференциации вещества, начавшийся после массивной бомбардировки протоЗемли
астероидами и метеоритами. Но стоило только появиться первой гранитной
выплавке, как тут же из нее были «построены» первые континенты. Именно они,
подобно ледоколам перемещаясь по Земле, вспарывают ее недра до самого ядра.
Только они управляют процессами возникновения или затухания потоков из самых
глубин мантии. Не будь на Земле континентов, не было бы того целостного и
упорядоченного механизма, который все перемешал внутри нашей планеты.

С другой стороны, движение твердых плит строго закономерно, и однажды
возникнув, они неминуемо должны были вновь и вновь образовывать
суперконтиненты, чтобы затем расходиться в разные стороны. Количество
континентов, их форма могла быть произвольной, но, однажды появившись, они уже
запустили современный геодинамический «котел» внутри Земли.

7.1.2. Эволюция биосферы. Живое вещество

Живое вещество резко обособлено от окружающей косной среды в форме
миллиардов организмов, размеры которых колеблются от сотен метров до 10-6
см. Они представляют собой автаркические* центры энергетических и
физико-химических процессов и непрерывно связаны с окружающей средой биогенной
миграцией атомов этой среды в них и из них. Законы физики и химии в живом
веществе те же самые, которые мы наблюдаем во всей остальной природе, но они не
охватывают целиком всех явлений жизни.

Для живого вещества на планете Земля речь идёт не о новой
геометрии, а об особом природном явлении, свойственном пока только живому веществу,
о явлении пространства – времени, геометрически не совпадающем с пространством,
в котором время проявляется не в виде четвёртой координаты, а в виде смены
поколений. Таким образом, организм сам создаёт своё вещество и резко отграничен
от евклидово-ньютоновского или эйнштейновского понимания его окружения[ii].

Живое вещество в биосфере играет активную роль и ни с чем, ни с какой
геологической силой не может даже быть сравниваемо по своей мощности и
непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические
закономерности в биосфере. Структура биосферы, функционирующая в течение не
менее двух миллиардов лет, очень закономерна и резко отличается от механических
структур наших приборов и аппаратов. В биосфере в жизненном процессе
проявляется то же самое явление, которое в косной среде наблюдается только в
условиях высокой температуры и давления[iii].

Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему.
Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи.
Наиболее стабильные связи сохраняются. Имеется постоянный источник энергии –
это излучение Солнца. Прогрессирующая буферность биосферы, обусловленная её
многокомпонентностью, обеспечивает стабильность вновь возникающих систем. Ведь
в итоге отбора сохраняются лишь достаточно стабильные системы. Наследственная
изменчивость, изменение условий жизни в итоге жизнедеятельности, а также в
результате абиогенных причин открывают неограниченные возможности прогрессивной
эволюции. Лишь в ветви, ведущей к человеку, тенденция развиваться вне
конкуренции и без контролирующей роли естественного отбора нашла своё
достаточно полное выражение.

Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами:
своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в
пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Живое
вещество перерабатывает на нашей планете три различных формы энергии:

  • Лучистую энергию Солнца,
    тепловую, световую.
  • Космическую атомную энергию
    радиоактивного распада, причина которого неизвестна, но который охватывает,
    по-видимому, все элементы (α, β, и γ, – излучения).
  • Космическую,
    исходящую из нашей галактики (Млечного пути) энергию рассеянных элементов[iv].

Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного
взаимодействием процессов его синтеза и деструкции. В ходе очередной
дифференциации из круговорота органического вещества выделился биотический
круговорот, в котором основную роль стали играть организмы. Так возникла
биосфера.

Сначала биосфера функционировала путём взаимодействия одноклеточных
синтетиков* и деструкторов* между собой и с абиотическими* факторами. Затем в
итоге новой дифференциации появились многоклеточные организмы.

Все эволюционные теории, включая дарвиновскую, базируются на
представлении о развитии от простого к сложному. Это представление сталкивается
с противоречиями, которых накапливается все больше. В частности, оно
противоречит известному в кибернетике правилу Эшби: управляемая система никогда
не может быть более сложной, чем управляющая, она всегда более простая. Это
правило иногда высказывают так: горшок никогда не может быть сложнее гончара.

Открытие и изучение генетического кода свидетельствует, что индивидуальное
развитие любого живого существа (онтогенез) и развитие систематической группы
существ (филогенез) более похожи на редактирование и распечатку готового текста
или введение в ЭВМ программы, зашифрованной в дискете. При этом наблюдается
такой парадокс: организмы воссоздают себя, то есть воссоздают новые организмы
без уменьшения сложности своего строения. Более того, палеонтологам известны
такие продолжительные периоды эволюции, на протяжении которых сложность
организмов увеличивалась.

В то же время попытки кибернетиков создать автоматы, способные самовозобновлять
себя (то есть «размножаться»), натолкнулись на непреодолимое препятствие: в
процессе самовоспроизведения механических систем неминуемо наблюдается
уменьшение их сложности («вырождение»). Причину такого несоответствия живых и
механических систем, например, М. М. Камшилов усматривает в том, что «живые
организмы также не являются самовоспроизводимыми. Они воссоздают себя в
условиях чрезвычайно сложной среды — биосферы». Другими словами, организмы
получают некоторые «руководящие указания», информацию из внешней среды, из биосферы,
причем система, которая руководит развитием индивида, развертыванием
информации, записанной в его генетическом коде, намного сложнее самого
организма. Что же это за система? В последнее время все более убедительными
кажутся выводы В. Вернадского о том, что биосфера в своем развитии руководствуется
информацией, которая поступает из Космоса. Он утверждал, что «космические
излучения, которые идут от всех небесных тел, охватывают биосферу, пронизывают
всю ее и все в ней… Биосферу нельзя понять в явлениях, которые в ней
происходят, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением
всего космического механизма».

Впервые теснейшую связь процессов в биосфере с космическими, солнечными
процессами открыл выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский. Он доказал, что
биосфера находится под влиянием излучения, поступающего от Солнца и отдаленных
галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового
размножения многих животных, таких, как саранча, лемминги и т. п., эпидемии,
пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере,
связаны с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т. п.). «Мы —
дети Солнца»,—так образно высказался А. Л. Чижевский.

Электромагнитные поля играют универсальную роль носителей информации
в биосфере. Это обусловлено следующими их преимуществами:

  • распространение в любой
    среде жизни — воде, воздухе, грунте и тканях организмов;
  • максимальная скорость
    распространения;
  • распространение независимо
    от погоды и от сезона;
  • возможность передачи на
    любое расстояние;
  • поступление на Землю из
    Космоса;
  • на них реагируют все
    биосистемы.

Раньше биологи учитывали лишь электромагнитные излучения Солнца в
высокоэнергетическом участке его спектра — инфракрасные, видимые и
ультрафиолетовые части диапазона — как источник энергии для всего живого. Лишь
в последние десятилетия стала проявляться важная роль, которая отведена
природой электромагнитным полям земного и космического происхождения в
диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти
слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается,
накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены.
Тем не менее, на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио – и
космобиологи, можно утверждать, что функционирование биосферы в целом связано с
информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский
биолог К. Гробстайн, «невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление
— оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции».

Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным
сигналам увеличивается с усложнением строения организмов. Так, позвоночные
животные намного чувствительнее к электромагнитным полям, чем беспозвоночные и
тем более — простейшие. С усложнением биосистем возрастает их способность
накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.

Со времен Ч. Дарвина традиционно считается, что генетическую информацию
контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее
приспособленных индивидов. Нам следует помнить, что лучше всего приспособлены к
разнообразным земным условиям простейшие существа — бактерии, вирусы,
сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен своей
организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали на нашей
планете в архейскую эру и с того времени так изменили окружающую среду и
биосферу, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены
были отойти на задний план.

Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают
там, где никто существовать не может — в концентрированных рассолах некоторых
озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах.
Эти организмы действительно хорошо приспособлены к условиям среды. Они
придерживаются стратегии максимальной стойкости, консерватизма, сохранения
достигнутого уровня совершенства.

7.1.3. Роль абиотических и биотических

круговоротов

Классической и наиболее традиционной классификацией экологических
факторов считается их деление на две основные группы: абиотические и
биотические факторы.

Первая включает факторы климатические (температура, свет, влажность,
давление и др.), физические свойства почвы и воды. Ко второй относятся факторы
питания и различные формы взаимодействия особей и видов между собой
(хищничество, конкуренция, паразитизм и др.). Однако это деление не является исчерпывающим.

Действительно, иногда бывает трудно отнести данный фактор к той или
иной группе. Так, температура, если ее рассматривать как абиотический фактор,
часто изменяется благодаря присутствию живых организмов. Температура влияет не
только на скорость развития, но и на многие другие стороны жизнедеятельности
организмов. Она сказывается на количестве потребляемой пищи, на плодовитости,
уровне половой активности и т. д.

Особенности влияния экологических факторов на уровне экосистемы
представляют собой емкую проблему, решение которой возможно лишь на основе
досконального знания свойств и функций экосистемы. Однако уже сейчас можно
отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид,
входящий в состав изучаемой экосистемы, будет влиять и на саму экосистему, на
ее фундаментальные свойства.

Это воздействие можно объяснить следующими причинами:

  1. Во-первых, абиотические факторы в
    совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают
    все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между
    ними.
  2. Во-вторых, все особи, входящие в
    состав экосистемы, являются объектами воздействия абиотических факторов.
    Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет
    уменьшение плотности популяций, входящих в состав экосистемы. Если же физиологическая
    реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то
    возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии,
    пространственном распределении видов в экосистеме, на характере их взаимодействия
    друг с другом, что, в конечном счете, скажется на специфических свойствах
    последней. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы,
    будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.

Основа биосферы – это круговорот органического вещества, осуществляющийся
при участии всех населяющих её организмов, – то, что получило название
биотического круговорота. В закономерностях биотического круговорота решена
проблема длительного существования и развития жизни. Каждый вид организмов
представляет собой звено в биотическом круговороте. Используя в качестве
средств существования тела или продукты распада одних организмов, он должен
отдавать в среду, то, что могут использовать другие. Растения ежегодно
продуцируют органическое вещество, равное 10% от их биомассы, а деструкторы,
составляющие 1% от суммарной биомассы организмов планеты, вынуждены
перерабатывать массу органического вещества, в 10 раз превосходящую по весу их
собственную биомассу. Уже при таких сравнительно грубых расчётах обнаруживается
исключительно точная подгонка главных компонентов биотического круговорота.

Биотический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции
органического вещества – одна из самых существенных форм организации жизни на
Земле. Только он обеспечивает непрерывность жизни и её прогрессивное развитие.
В качестве звеньев биотического круговорота выступают особи и виды организмов
разных систематических групп от микроорганизмов до высших представителей
растительного и животного мира, взаимодействующие между собой и непосредственно
и косвенно с помощью многочисленных и многосторонних прямых и обратных связей.

Использование принципа круговорота позволило живой системе успешно
решить проблемы устранения вредных отходов и экономии материальных ресурсов.
Все живые существа в процессе жизни портят среду. Однако эта порча быстро
ликвидируется организмами других видов, как правило, ближайшими соседями, она
всегда локальна и временна. Точная подгонка звеньев круговорота обеспечивает
сохранение в биосфере определённого запаса химических веществ в течение сотен
миллионов лет биогенеза.

Таким образом, понятие «жизнь» относится не к отдельным организмам,
а ко всей совокупности живых организмов, связанных определёнными
взаимоотношениями. Наличие разнообразных связей между организмами приводит к
тому, что биогеоценозы приобретают элементы целостности, устойчивости,
относительной независимости в развитии. Это проявляется, в частности, в
способности противостоять различным внешним воздействиям, что получило название
гомеостаз[v].

Кроме упомянутых выше существует классификация экологических
факторов, основанная на оценке степени адаптивности реакций организмов на
воздействие факторов среды. Эта классификация предложена советским ученым А. С.
Мончадским.

Суть её в том, что рациональная классификация экологических факторов
должна, прежде всего, учитывать особенности реакций живых организмов,
подвергшихся воздействию этих факторов, в том числе степень совершенства
адаптаций организмов, которая тем выше, чем древнее данная адаптация. Эта классификация
подразделяет все экологические факторы на три группы:

  1. Первичные периодические;
  2. Вторичные периодические;
  3. Непериодические факторы.

Адаптация в первую очередь возникает к тем факторам среды, которым
свойственна периодичность – дневная, лунная, сезонная или годовая как прямое
следствие вращения земного шара вокруг своей оси и его движения вокруг солнца
или смены лунных фаз. Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до
появления жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации
организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно
укрепились в их наследственной основе. Температура, освещенность, приливы и
отливы относятся к первичным периодическим факторам. Действие непериодических
факторов сказывается преимущественно на численности особей в пределах
конкретной территории.

Климатические первичные периодические

факторы:

Свет.

Температура.

Вторичные периодические факторы:

Влажность.

Непериодические факторы:

Шквальный ветер.

Значительная ионизация атмосферы.

Пожары.

Факторы физические неклиматические:

Факторы водной среды.

Содержание кислорода.

Соленость.

Давление.

Плотность.

Течения.

Вода.

Механический состав.

Соленость и пр.

Факторы питания:

Количество пищи.

Качество пищи.

Факторы биотические:

Внутривидовые взаимодействия.

Межвидовые взаимодействия.

7.1.4. Порядок распространения жизни

При размножении и захвате поверхности планеты живое вещество как бы
растекается по ней, заселяя тем большую территорию, чем меньше оно встречает
препятствий. Каждый организм имеет свою определённую скорость размножения и
роста и разница в этой работе организма для разных их видов может достигать
многих сотен тысяч видов[vi].

Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к
размножению – наиболее характерным свойством жизни – и ограниченностью
материальных ресурсов, могущих быть использованными. Противоречие разрешается путём
овладения новыми источниками вещества и энергии, а, следовательно, и новой
информацией. Изменчивость живого – предпосылка, а отбор – способ закрепления и
совершенствования организации.

Благодаря способности к самовоспроизведению, живое, приспосабливаясь
к различным условиям, всё время выходит за пределы замкнутого цикла. Однако в
результате активности одноклеточных это приводит не к разрушению циклической
структуры, а к расширению круговорота.

Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание.
Они нуждаются во многих элементах, которые либо поступают из минералов, либо
становятся доступными в результате минерализации органического вещества. Все
химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную
массу, накапливаясь в клеточном соке. Жизненно необходимыми и незаменимыми
являются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших
количествах:

натрий, фосфор, сера, калий, кальций, магний, а также микроэлементы
– железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы,
которые требуются только для некоторых групп растений: например, кремний – для
диатомовых водорослей.

Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и беспрепятственного
развития нужно, чтобы растение получало питательные вещества, включая
микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих
соотношениях. Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества,
которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно
различаются по своим потребностям в питательных веществах.

Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быстро исчерпали
бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже
возможен примитивный круговорот.

Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют.
При этом происходит расщепление органических веществ. Если продукты расщепления
вновь используются автотрофами, возникает круговорот между организмами,
населяющими экосистему. Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает
непрерывный обмен материалом – круговороты питательных веществ, энергию для
которых поставляет Солнце.

При рассмотрении вопроса об истории взаимодействия организма и
среды можно выделить две противоположные позиции:

  1. Первая – это экзогенетизм,
    абсолютизирующий внешние факторы при формировании организма. То есть среда
    формирует организм. В числе представителей этого направления можно назвать
    Лысенко, Мичурина.
  2. Вторая позиция – это эндогенетизм,
    абсолютизирующий внутренние факторы организма в его взаимоотношениях со средой.
    Представители этой группы Е. Л. Тэтум, Е. де Робертис, В. Новинский.

Но истина, вероятно, заключается в том, что организм и среда едины
и неразрывны. Необходимость представления о таком единстве вытекает хотя бы из
закономерностей метаболизма, связывающих организм и среду. Можно выделить
следующие факторы, относящиеся к среде как к компоненту системы «организм –
среда»:

  • Абиотические факторы:
    (физические воздействия – температура, ионизирующая радиация, свет, давление и
    плотность атмосферы, химические – соли, газы и т.д.).
  • Биотические факторы
    (воздействие через гетеротрофное питание, через продукты выделения, инфекцию и
    т. д.)
  • Антропогенные факторы
    (влияние человека на природу через потребление).

Растения синтезируют органические соединения, используя энергию
солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат
растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и
источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для
высвобождения запасенной ими химической энергии гетеротрофы разлагают
органические соединения на исходные неорганические компоненты – диоксид
углерода, воду, нитраты, фосфаты и т. п., завершая тем самым круговорот
питательных веществ.

Поэтому можно определить экосистему так:

  • Экологическая система
    представляет собой любое непрерывно меняющееся единство, включающее все
    организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким
    образом, что поток энергии создает определенную трофическую* структуру, видовое
    разнообразие и круговорот веществ внутри системы.

Земная форма жизни чрезвычайно тесно связана с гидросферой. Об этом
свидетельствует хотя бы тот факт, что вода составляет основную часть массы
любого земного организма (человек, например, более чем на 70 % состоит из воды,
а такие организмы, как медуза – на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле
сформировалось лишь тогда, когда на ней появилась гидросфера, а это, по
геологическим сведениям, произошло почти в момент возникновения нашей планеты.
Многие из свойств живых организмов обусловлены именно свойствами воды, сама же
вода поистине феноменальное соединение. Так, например, вода – это кооперативная
система, в которой всякое действие распространяется «эстафетным» путем на
тысячи междуатомных расстояний, то есть, имеет место «дальнодействие».

Некоторые ученые считают, что вся гидросфера Земли, в сущности,
есть одна гигантская «молекула» воды. Установлено, что вода может активироваться
естественными электромагнитными полями земного и космического происхождения (в
частности искусственного).

Чрезвычайно интересным было недавнее открытие французскими учеными
«памяти воды». Возможно, что биосфера Земли есть единый суперорганизм,
обусловленный в своей жизнедеятельности этими свойствами воды? Ведь в этом
случае все организмы — это составные части, «капли» этой супермолекулы земной
воды.

7.2. Биогеохимические процессы в биосфере

Состав вещества биосферы. Состав экосистемы. Продуценты – консументы
– редуценты. ô
Особенности основных биосферных циклов. Биосферный цикл углерода. Биосферный
цикл азота. Биосферный цикл фосфора. ô
Биохимические функции живого вещества. Виды функций. ô
Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы. Виды биогенной миграции
атомов.

Если говорить о биосфере в целом, то биогеохимические циклы можно
разделить на два основных типа: круговорот газообразных веществ с резервным
фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в
земной коре.

Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных
веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например
те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, благодаря наличию крупных
атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро
компенсируют различные нарушения. Например, избыток СО2,
накопившийся в каком-нибудь месте в связи с усиленным окислением или горением,
обычно быстро рассеивается атмосферными потоками. Кроме того, усиленное
образование углекислоты компенсируется ее потреблением растениями и
превращением в карбонаты – в морях. Поэтому, циклы газообразных веществ с их
громадными атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе хорошо
«забуференными», так как их способность возвращаться к исходному состоянию
велика.

Самоконтроль циклов с резервным фондом в литосфере затруднен – они
легко нарушаются в результате местных флуктуаций, что связано с малой подвижностью
резервного фонда. Явление «забуференности» в этом случае не выражено.

7.2.1. Состав вещества биосферы

Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы,
состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей. Оно
представлено совокупностью живых организмов, живого вещества, рассеянного в
мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной
действенной энергией и являющихся могучей геологической силой, нигде на планете
больше не существующей, связанной с другим веществом биосферы только биогенной
миграцией атомов. Концентрация живым веществом определённых химических элементов
в биосфере есть, по-видимому, её господствующий биогенный геологический
процесс.

Также мы имеем вещества, образуемые процессами, в которых живое
вещество не участвует: косное вещество, твёрдое, жидкое и газообразное. Из них
только газообразное и жидкое (и дисперсное твёрдое) являются на поверхности
биосферы носителями свободной энергии.

  • Биокосное вещество, – которое создаётся одновременно живыми
    организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы
    тех и других (вода, нефть, почва и т. д.). Организмы в их образовании играют
    ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными
    динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая
    энергия живого вещества – биогеохимическая энергия.
  • Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Это вещество в
    такой форме (дисперсно-рассеянное) является одной из самых мощных сил, меняющей
    всю энергию биосферы.
  • Вещество космического происхождения, атомы, молекулы из электромагнитного
    потока Солнца, исток отдельных атомов и молекул, приходящих из космического
    пространства[vii].

Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:

  • Неорганические вещества:
    углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.
  • Органические соединения:
    белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества и т. д.
  • Факторы, связывающие
    биотическую и абиотическую части экосистемы; климатический режим, температура и
    другие физические факторы;
  • Продуценты: автотрофные
    организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из
    простых неорганических веществ;
  • Консументы: гетеротрофные
    организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или
    частицы органического вещества;
  • Редуценты (деструкторы,
    декомпозиторы): гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые
    расщепляют сложные соединения до простых, пригодных для использования
    продуцентами.

Первые три группы – неживые компоненты, а остальные составляют
живой вес (биомассу). Расположение трех последних компонентов относительно
потока поступающей энергии представляет собой структуру экосистемы.

  1. Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию
    химических связей.
  2. Консументы, поедая продуцентов, разрывают эти связи. Высвобожденная
    энергия используется консументами для построения собственного тела.
  3. Наконец, редуценты рвут химические связи разлагающегося органического
    вещества и строят свое тело.

В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной.

Органические вещества разлагаются на неорганические и возвращаются
к продуцентам. Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня
(продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота –
твердых и газообразных веществ.

В структуре и функции экосистемы воплощены все виды активности
организмов, входящих в данное биотическое сообщество: взаимодействия с
физической средой и друг с другом. Однако организмы живут для самих себя, а не
для того, чтобы играть какую-либо роль в экосистеме. Свойства экосистемы
слагаются благодаря деятельности входящих в нее растений и животных.

Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию
реализуется через гомеостаз. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи,
который можно продемонстрировать на примере зависимости плотности популяции от
пищевых ресурсов. Обратная связь возникает, если «продукт» оказывает влияние на
«датчик»

В результате отклонения плотности популяции от оптимума в ту или
иную сторону увеличивается рождаемость или смертность, результатом чего будет
приведение плотности к оптимуму. Такая обратная связь, т. е. связь, уменьшающая
отклонение от нормы, называется отрицательной обратной связью. Положительная же
обратная связь увеличивает это отклонение.

Облик биотического сообщества определяется не только разнообразием
видов и другими показателями, которые отражают связи между видами, входящими в
состав биотического сообщества. Функционирование сообщества и его стабильность
зависят также от популяционных связей, от распределения организмов в
пространстве и характера их взаимодействия с внешней средой. Все это составляет
понятие внутренней организации сообщества. О ней можно судить на основании
следующих параметров:

  1. Стратификация (зональность): растения и животные рас
12
Нет комментариев. Ваш будет первым!