Структура и функции биосферы

Атмосфера. Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и кислорода; достигает мощности до 20000 км. В меньших концентрациях она содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно.

Гидросфера. Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95 %) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70 % поверхности Земного шара. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами – продуктами жизнедеятельности организмов.

2. Разнообразие видов, соответствующие различиям условий существования

Многочисленность и разнообразие природных биологических форм хорошо известно. В настоящее время на основании морфологических и биохимических различий надежно идентифицировано более 1,7 млн видов организмов: около 50 тыс. видов бактерий, почти 100 тыс. грибов, 300 тыс. растений, 1300 тыс. животных, в том числе более 1 млн. насекомых и 50 тыс. видов позвоночных животных. Ежегодно фиксируется еще около 10 тыс. новых видов. Существуют основания считать, что за счет большого числа неидентифицированных низших форм (бактерий, грибов, червей, членистоногих) фактическое общее число видов может быть в 3–5 раз больше. Следует также учитывать, что многие виды образуют подвиды и разновидности, заметно различающиеся по ряду признаков. В пределах вида, даже не считая отличий по полу, возрасту, фазе развитии, по-своему разнообразны и отдельные организмы. А их на планете, по некоторым оценкам, от 10²⁶ до 10³⁰ – больше, чем капель в океане.

По определению, данному Всемирным фондом дикой природы, биологическое разнообразие – это «все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу». Таким образом, биологическое разнообразие следует рассматривать на трех уровнях. Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями

Для беспрерывного выживания видов и природных сообществ необходимы все уровни биологического разнообразия, все они важны и для человека. Разнообразие видов демонстрирует богатство эволюционных и экологических адаптаций видов к различным средам. Видовое разнообразие служит для человека источником разнообразных естественных ресурсов. Например, влажные тропические леса с их богатейшим набором видов производят замечательное разнообразие растительных и животных продуктов, которые могут использоваться в пищу, в строительстве и медицине. Генетическое разнообразие необходимо любому виду для сохранения репродуктивной жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, способности к адаптации в изменяющихся условиях. Генетическое разнообразие домашних животных и культивируемых растений особенно ценно для тех, кто работает над селекционными программами по поддержанию и улучшению современных сельскохозяйственных видов.

Разнообразие на уровне сообществ представляет собой коллективный отклик видов на различные условия окружающей среды. Биологические сообщества, характерные для пустынь, степей, лесов и затопляемых земель, поддерживают непрерывность нормального функционирования экосистемы, обеспечивая ее «обслуживание», например, с помощью регулирования паводков, защиты от почвенной эрозии, фильтрации воздуха и воды.

На каждом уровне биологического разнообразия – видовом, генетическом и разнообразии сообществ специалисты изучают механизмы, которые изменяют или сохраняют разнообразие. Видовое разнообразие включает весь набор видов, обитающих на Земле. Существует два основных определения понятия вида. Первое: вид представляет собой совокупность особей, которая по тем или иным морфологическим, физиологическим или биохимическим характеристикам отличается от других групп. Это морфологическое определение вида. Сейчас для различения видов, которые внешне практически идентичны (например, бактерии), все чаще используют различия в последовательности ДНК и другие молекулярные маркеры. Второе определение вида – это совокупность особей, между которыми происходит свободное скрещивание, но при этом отсутствует скрещивание с особями других групп (биологическое определение вида).

Биологическое сообщество определяется как совокупность особей различных видов, обитающих на определенной территории и взаимодействующих между собой. Примеры сообществ – хвойные леса, высокотравные прерии, влажные тропические леса, коралловые рифы, пустыни. Биологическое сообщество в совокупности со средой своего обитания называется экосистемой. В наземных экосистемах вода испаряется биологическими объектами с поверхности Земли и с водных поверхностей, чтобы снова пролиться в виде дождя или снега и пополнить наземные и водные среды. Фотосинтезирующие организмы поглощают энергию света, которая используется растениями для их роста. Эта энергия поглощается поедающими фотосинтезирующие организмы животными или высвобождается в виде тепла как в процессе жизнедеятельности организмов, так и после их отмирания и разложения.

Лекция 6