Тема 6. Биосфера, место и роль в ней человека.
1. Учение в.И.Вернадского о биосфере.
Впервые понятие “биосфера” (от греч. bios - жизнь и sphaira -шар) введено в биологию французским натуралистом Ж.Б.Ламарком в начале Х1Х столетия, а затем в геологию австрийским ученым Э.Зюссом в конце Х1Х века.
Однако заслуга в разработке стройного, целостного учения о биосфере принадлежит выдающемуся русскому ученому, академику Вернадскому В.И, который в своей работе “Биосфера” в 1926 году впервые изложил все основные принципы и понятия разрабатываемой им теории о биосфере.
Принципиальные положения учения В.И.Вернадского о биосфере органически сочетают подходы его предшественников. Как отмечают современники, эта книжка стала “одним из крупнейших событий в истории естествознания ХХ века”.
По Вернадскому В.И.: биосфера представляет собой земную оболочку, область существования живого вещества, которая охватывает верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы и всю гидросферу.
При этом Вернадский В.И. подчеркивал, что биосфера - это не просто пространство, в котором обитают живые организмы; ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и в прошлом.
Всю совокупность существующих (или существовавших в прошлом) живых организмов он обозначил термином “живое вещество”.
Следовательно Вернадский В.И. понимал под биосферой все части земной коры, которые подвергались влиянию живых организмов в течение всей геологической истории.
Многие же исследователи, особенно за рубежом, вкладывают в это понятие несколько иной смысл, сужая представления о биосфере и рассматривая ее лишь как ту часть поверхности Земли, которая находится под влиянием деятельности живых организмов в настоящее время.
Однако это неверная точка зрения, поскольку состав, структура и энергетика современной биосферы в значительной степени обусловлены не только настоящей, но и прошлой деятельностью живых организмов.
Вернадский В.И. выделил в биосфере семь разных категорий веществ:
1) живое вещество - совокупность живых организмов;
2) биогенное вещество - это вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами и являюшееся источником энергии (каменный уголь, нефть, известняк и т.д.);
3) косное вещество - это вещество, образующееся в процессах, в которых живые организмы не принимают участия (например, магма вулканов);
4) биокосное вещество - это вещество, создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неживой природы (например, вода, почва, кора выветривания и т.д.);
5) радиоактивное вещество - это химические элементы сложного изотопного состава, пронизывающие все вещество биосферы;
6) рассеянные атомы, которые непрерывно создаются из всякого рода земных веществ под влиянием космических излучений;
7) вещество космического происхождения (например, метеориты, космическая пыль).
В основе учения В.И.Вернадского о биосфере лежит представление о планетарной геохимической роли живого вещества в образовании биосферы - как продукта длительного превращения вещества и энергии в ходе геологического развития Земли.
Специфика свойств живого вещества, как уникального явления планеты, заключается в следующем:
1. Живое вещество биосферы характеризуется заключенной в нем огромной энергией, способной производить работу.
Фотосинтезирующие растения в процессе фотосинтеза создают сложные по строению органические молекулы с большими запасами заключенной в них энергии. Без живого вещества работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и к временному их нагреванию. Живое вещество выступает в качестве гигантского аккумулятора и уникального трансформатора связанной лучистой энергии Солнца. Солнечная энергия без живого вещества не совершала бы на Земле созидательной деятельности, так как не могла бы ни удержаться на ней, ни преобразоваться в необходимую для этого форму. Улавливание солнечной энергии осуществляется преимущественно растительным миром. Но в удержании и преобразовании заключенной в нем энергии Солнца, перемещении ее по земной поверхности, а также из внешнего в более глубокие слои планеты принимает участие все живое вещество. Этот процесс осуществляется благодаря размножению и последующему росту организмов. Скорость размножения, по Вернадскому , - это скорость передачи в биосфере геохимической энергии.
2. Скорость протекания химических реакций в живом веществе благодаря участию ферментов в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее, чем в неживом.
3. Индивидуальные химические соединения, входящие в состав живого вещества (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и др.) устойчивы только в живых организмах.
4. Общим признаком всякого живого вещества биосферы является движение.
В.И. Вернадский выделил две специфические формы движения живого вещества:
а) пассивную которая создается ростом организмов и их размножением и присуща всем живым организмам;
б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов и больше характерную для животных.
Благодаря разным формам движения живое вещество способно заполнить собой все возможное пространство. Этот процесс был назван В.И.Вернадским давлением жизни.
5. Живое вещество имеет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое.
В состав живого вещества входит более 2,5 млн органических соединений, а в состав неживого - всего около 2 тыс. При этом живые организмы состоят из вещества, находящегося во всех трех фазовых состояниях.
6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел - индивидуальных организмов, размеры которых колеблются от долей микрона у наиболее мелких вирусов до 100 м у растений.
7. Являясь дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в виде отдельных популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами. Между членами биоценозов существуют разнообразные формы взаимодействия, важнейшими из которых являются пищевые.
8. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений, что способствует его обновлению (“все живое из живого”). Поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох.
9. Воспроизводство живого вещества происходит эволюционным путем, благодаря чему происходит нарушение абсолютного копирования предыдущих
поколений. Эта способность позволяет живому веществу приспосабливаться к изменению условий существования.
Таким образом, в пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности (газы атмосферы, природная вода, запасы нефти, угля, известняка, глины, сланцы, граниты и т.д.).
Составляя ничтожную часть массы планеты (около одной миллионной) и даже массы всей биосферы (около одной десятитысячной), живое вещество является мощнейшим биогеохимическим и энергетическим фактором.
Живое вещество трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот веществ. Через живое вещество многократно прошли атомы почти всех химических элементов.
Живое вещество в конечном итоге определило состав атмосферы, гидросферы, почв и в значительной степени осадочных пород нашей планеты.
Согласно В.И.Вернадскому, живое вещество осуществляет в биосфере следующие биогеохимические функции:
Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией.
В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, диоксид углерода, азот, сероводород, метан и др.
Благодаря газовой функции сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от такого в добиосферный период.
Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов извлекать и накапливать определенные химические элементы окружающей среды, необходимые им в процессах жизнедеятельности.
Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы.
Концентрационная функция живого вещества способствует образованию месторождений полезных ископаемых.
Окислительно-восстановительная функция заключается в способности живого вещества осуществлять окислительные и восстановительные химические реакции, которые являются почти невозможными в неживой природе. Эта функция в основном осуществляется бактериями.
Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. В результате осуществления этой функции происходит минерализация органического вещества до простых неорганических веществ, которые снова вовлекаются в биогеохимические круговороты.
Таким образом, по В.И.Вернадскому, биосфера представляет собой одну из геологических оболочек земного шара, глобальную систему Земли, в которой биогеохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов - живого вещества.
Из учения В.И.Вернадского о биосфере вытекает очень важный вывод о том, что человек как живое вещество органически связан с биосферой, является ее составной частью и не может существовать вне биосферы и без нее.
В И Вернадский сформулировал три основные вывода о месте человека в биосфере:
1. Человек, как все живые организмы, как живое вещество, выполняет определенную функцию биосферы.
2. Человек во всех его проявлениях составляет определенную закономерную часть строения биосферы.
3. Взрыв научной мысли в ХХ веке подготовлен всем прошлым биосферы и не может ни остановиться, ни пойти назад.
Таким образом, биосфера (область распространения живого вещества) представляет собой глобальный биотоп, населенный всеми живыми существами, в том числе и человеком, которые проживают на планете Земля.