Биосфера и её строение, экосистемы, взаимоотношения организмов и среды
Лекции.ИНФО


Биосфера и её строение, экосистемы, взаимоотношения организмов и среды



Биосфераэто внешняя оболочка Земли, которую входят верхняя часть атмосферы до высоты 25-30 км, вся гидросфера и верхняя часть литосферы до глубины 3-4 км.

Особенностью этих частей является то, что все они пронизаны жизнью, то есть населены различными организмами.

Биосфера представляет собой глобальную экосистему Земли. Она, как и любая другая экосистема, состоит из абиотической и биотической частей.

Абиотическая часть включает: 1) почва и подстилающие ее породы до глубины, где в них еще существуют живые организмы, вступающие в обмен с этими породами; 2) атмосферный воздух до высоты, на которой еще возможно проявление жизни; 3) водная среда океанов, поверхностных и подземных вод континентов.

Жизнь развивается в тесном взаимодействии и единстве среды и населяющих ее организмов. Это один из важнейших законов эволюции, сформулированный В.И. Вернадским. Это значит, что в природе действует принцип экологического соответствия: форма существования организма всегда соответствует условиям его жизни. И это соответствие закрепляется генетическими механизмами, поэтому каждый вид организмов может существовать только до тех пор, пока окружающая его среда отвечает генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Если эта среда изменяется, то организмы вынуждены либо мигрировать в поисках подходящей среды обитания, либо адаптироваться к новой среде, дав, возможно, начало новому виду, либо погибнуть. Это является основным механизмом действия закона давления среды на жизнь, или закона ограниченного роста, сформулированного Ч. Дарвиным, более известного как закон естественного отбора: несмотря на то, что потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, стремится заполнить весь земной шар, имеются ограничения, не допускающие этого явления. Суть этих ограничений как раз и состоит в действии на организмы факторов среды. Вовсе не сильнейший выживает в естественном отборе, а тот, который наиболее адаптирован к факторам среды. Выживает тот, кто наиболее гармонично вписан в нее, в ком наиболее полно выражено соответствие системе более высокого иерархического уровня – биосфере, тот, кто, подчиняясь требованиям среды, смог правильно изменить себя и своих потомков через многочисленные фенотипические реакции.

В то же время, согласно принципу максимального давления жизни, открытого В.И. Вернадским, любой вид организмов, стремясь к экологической экспансии, постоянно увеличивает свое давление на среду, изменяя ее в целях достижения оптимальных для себя значений факторов среды. Давление это растет до тех пор, пока не будет строго ограничено внешними факторами, то есть действием со стороны надсистемы (мегасистемы) или со стороны конкурентов или хищников того же уровня системной иерархии. Если этого сделать не удается, то наступает эволюционно-экологическая катастрофа. Она проявляется в разрушении обратных связей, регулирующих деятельность вида в составе экосистемы, и, как следствие, в возникновении длинного ряда противоречий, ведущих к аномальному явлению: разрушению видом собственной среды обитания. В этом случае вид вымирает или мигрирует, а биоценоз экосистемы подвергается качественной перестройке. К этим же последствиям приводит ситуация, когда экосистема, следуя за изменениями более высокой надсистемы, уже изменилась (например, вследствие глобального похолодания или потепления), а вид, подчиняясь генетическому консерватизму, остается неизменным.

Среда –это все, что окружает организм. Это та часть природы, с которой организм находится в прямых или косвенных взаимодействиях. Под средой мы понимаем комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов. Комплекс условий складывается из разнообразных элементов – факторов среды. Те факторы среды, которые оказывают какое-либо действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции, называются экологическими факторами. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться.

Не все факторы среды с одинаковой силой влияют на организмы. Сильный ветер зимой неблагоприятен для открыто обитающих крупных животных, но он не действует на мелких животных, которые укрываются под снегом или в норах. Среда задает определенный эталон, которому организм в данном месте и в данное время должен достаточно точно соответствовать, иначе он должен либо погибнуть, либо приспособиться. Этот эталон динамичен во времени.

Следует различать понятия «среда» и «ресурсы среды». Ресурсы среды – это любые источники и предпосылки получения из среды обитания необходимых для жизнедеятельности организма веществ и энергии, а также их запасы. Поскольку ресурсы характери­зуют количественно, то в отличие от условий среды они могут расходоваться и исчерпываться. К ресурсам среды, помимо веществ для построения их тел (пи­щевой ресурс) и энергии для жизнедеятельности (энергетиче­ский ресурс), иногда относят и пространство, если обладание им является необходимым условием жизни организмов.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы: абиотические и биотические. Если мы будем подразделять факторы по причинам их возникновения, то они могут быть подразделены на природные (естественные) и антропогенные факторы (рис. 2.1).

Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения и другие физико-химические параметры среды. Это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.

Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. Антропогенные факторы находятся в синергетическом взаимодействии с природными факторами.

Действие экологических факторов может приводить к:

– устранению видов с биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; пример: миграции птиц);

– изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);

– фенотипической изменчивости и адаптации: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т.п.

Реакция организмана воздействие фактора обусловлена дозировкой этого фактора. Очень часто фактор среды, особенно абиотический, переносится организмом лишь в определенных пределах. Наиболее эффективно действие фактора при некоторой оптимальной для данного организма величине. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при котором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью или толерантностьюживых существ по отношению к конкретному фактору среды. Распределение плотности популяции подчиняется нормальному распределению. Плотность популяции тем выше, чем ближе значение фактора к среднему значению, которое называется экологическим оптимумом вида по данному параметру. Такой закон распределения плотности популяции, а следовательно, и жизненной активности получил название общего закона биологической стойкости.

Диапазон благоприятного воздействия фактора на организмы данного вида называется зоной оптимума (зона активной жизненной позиции). Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм, вплоть до летального. Этот диапазон величины фактора называется зоной пессимума (или зона угнетения). Рассмотренные закономерности воздействия фактора на организм известны как правило оптимума.

Установлены и другие закономерности, характеризующие взаимодействия организма и среды. Одна из них была установлена немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году и получила название закона минимума Либиха (рис. 2.2), согласно которому рост растений (или урожай) ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме. Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. На рисунке 2.3 показана «бочка» Либиха, демонстрирующая действия закона минимума: вода из бочки (биологическая активность организма или урожай) хлынет через минимальную по длине (= концентрация вещества) дощечку.

Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей. Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Величина урожая определяется наличием в почве того из элементов питания, потребность в котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в минимальном количестве. По мере повышения его содержания урожай будет возрастать, пока в минимуме не окажется другой элемент.

Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый предел. Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими, или нет.

Пример со светом: для большинства растений это необходимый фактор (поставщик энергии для фотосинтеза), тогда как для грибов или глубоководных и почвенных животных этот фактор не обязателен. Фосфаты в морской воде – лимитирующий фактор развития планктона. Кислород в почве не лимитирующий фактор, а в воде – лимитирующий.

Лимитирующее значение имеют не только те факторы, которые находятся в минимуме. Впервые представление о лимитирующем влиянии максимального значения фактора наравне с минимумом было высказано в 1913 году американским зоологом В. Шелфордом. Согласно закону толерантности Шелфорда существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом. Все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими. Крайние области действия таких факторов носят название летальных зон, а максимум комфортности фактора определяет зону оптимума развития организмов

По отношению к действию того или иного фактора организмы могут иметь или весьма широкие, или узкие амплитуды. В первом случае такие организмы называют эврибионтами (от эври – широкий), во втором – стенобионтами (от стено – узкий). К примеру, по фактору солености организмы могут быть эвригалинными или стеногалинными; по отношению к температурному фактору – эвритермными или стенотермными.

Действие фактора может быть: 1) регулярно-периодическим, меняющим силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярным, без четкой периодичности, например, катастрофические явления – бури, ливни, смерчи и т.д.; 3) направленным на протяжении известных отрезков времени, например глобальные похолодания или зарастание водоемов.

Следует помнить, что организмы всегда приспосабливаются ко всему комплексу условий, а не к одному какому-либо фактору. Но в комплексном действии среды значение отдельных факторов неравноценно. Факторы могут быть ведущими (главными) и второстепенными. Ведущие факторы различаются для разных организмов, даже если они и живут в одном месте. Они различаются и для одного организма в разные периоды его жизни. Так, для ранневесенних растений ведущим фактором является свет, а после цветения – влага и достаток питательных веществ.

Первичные периодические факторы (дневная, лунная, сезонная, годовая) – происходит адаптация организмов, укоренившаяся в наследственной основе (генофонде), поскольку эта периодичность существовала до появления жизни на Земле. Климатическая зональность, температура, приливы и отливы, освещенность. Именно с первичными периодическими факторами связаны климатические зоны, которые определяют распространение видов на Земле.

Вторичные периодические факторы. Факторы, являющиеся следствием изменений первичных факторов (температура – влажность, температура – соленость, температура – время суток).

Универсальные группы: климатические, эдафические, факторы водной и воздушной сред. В природе существует общее взаимодействие факторов. Принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – изменение микроклимата – изменение экосистемы.

Климатические факторы. Самые сильные абиотические экологические факторы – это те, которые обусловлены широтой и положением континентов и океанов. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). В океане выделяются следующие широтные зоны: арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны. Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение континентов есть причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим как одна из составных частей климатического фактора играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.

Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет. При этом температура и влажность являются ведущими климатическими факторами и тесно взаимосвязаны между собой. При неизменном количестве воды в воздухе относительная влажность увеличивается, когда температура падает. Если воздух охлаждается до температуры ниже точки водонасыщения (100%), происходит конденсация и выпадают осадки.

Температура. Главным источником тепла на Земле является солнечное излучение, поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло – один из наиболее важных факторов, определяющих существование, развитие и распространение организмов по Земному шару. При этом важно не только количество тепла, но и распределение его в течение суток, вегетационного сезона, года. Приход тепла к разным участкам планеты, естественно, неодинаков, с удалением от экватора не только снижается поступление его, но и увеличивается амплитуда сезонных и суточных колебаний.

Температурные пределы, в которых может протекать жизнь, составляет всего 300°, от -200°С до +100°С, но для большинства организмов и физиологических процессов этот диапазон еще уже – от 39° в море (-3,3 – +35,6°С) до 125° на суше (-70 – +55°С). Нормальное строение и работа белка осуществляются от 0°С до +50°С. Обычно живые существа обитают в пределах от 0° до 50°С. Это, как правило, летальные температуры. Однако существуют исключения для спор, способных выдерживать космический холод (-273ºC), для арктических и антарктических животных, живущих при значительных отрицательных температурах, для сине-зеленых водорослей, живущих в гейзерах (свыше 50°C) и др.

Однако у этих организмов вырабатываются защитные механизмы (например, толстый слой жировой ткани и мощный волосяной покров, защищающие организм от переохлаждения). По диапазону температурных амплитуд выделены эвритермные и стенотермные организмы – организмы, существующие соответственно в широких или узких температурных интервалах. Среди стенотермных выделены холодолюбивые стенотермные и теплолюбивые стенотермные организмы. Абиссальная среда (0°) – самая постоянная среда по температурному параметру.

Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических реакций в клетках, а это отражается на росте, развитии, размножении, поведении и во многом определяет географическое распространение растений и животных. Согласно правилу Вант-Гоффа скорость химических реакций возрастает в 2–3 раза каждый раз при повышении температуры на 10°С, а по достижении оптимальной – начинает снижаться. Верхний (верхний биологический нуль) и нижний пределы называются соответственно верхней и нижней летальной температурой. При выходе изменений температуры за пределы выносливости организмов происходит их массовая гибель, т.к. происходит свертывание белка и разрушение ферментов.

Биогеографическая зональность выражена в распределении географических широтных поясов: арктическая, бореальные (в обоих полушариях), субтропические и тропические (экваториальная), антарктическая.

По соотношению температуры тела организма и температуры среды обитания выделено несколько групп организмов.

Биотические факторы те, которые контролируют взаимоотношения организмов в популяциях или сообществах. Выделяют два основных типа таких отношений.

Внутривидовые отношения – популяционные и межпопуляционные (конкуренция, демографические, этологические, групповой эффект, массовый эффект). Взаимодействия между особями одного и того же вида носят название гомотипических реакций.

Межвидовые отношенияконкуренция, хищник-жертва, паразитизм, симбиоз, комменсализм и др. Взаимодействия между особями разных видов носят название гетеротипических реакций.

Внутривидовые отношения

Внутривидовые отношения похожи на отношения разных видов. Среди них также довольно часто встречаются случаи агрессии, когда одна особь убивает и даже пожирает другую (крупные птенцы отбирают пищу). Активная борьба за убежище, территорию известна у многих животных. Известны случаи паразитирования самцов на самках и наоборот. Вместе с тем обычна и пассивная конкуренция за пищу, убежище и т.д. Часты случаи взаимопомощи и нахлебничества.

Основой внутривидового отбора является внутривидовая борьба. Именно поэтому, как считал Ч. Дарвин, молодых организмов рождается больше, чем достигает зрелого возраста. Вместе с тем преобладание числа рождающихся над числом доживающих до зрелости организмов компенсирует высокую смертность на ранних стадиях развития. Поэтому, как отмечал С.А. Северцов, величина плодовитости связана со стойкостью вида.

Таким образом, внутривидовые отношения направлены на размножение и расселение вида.

В мире животных и растений существует большое количество приспособлений, облегчающих контакты между особями или, наоборот, предотвращающими их столкновение. Такие взаимные адаптации в пределах вида были названы С.А. Северцовым конгруэнциями. Так, в результате взаимных приспособлений особи имеют характерную морфологию, экологию, поведение, которые обеспечивают встречу полов, успешное спаривание, размножение и воспитание потомства. Установлено пять групп конгруэнций:

1) эмбрионы или личинки и родительские особи (сумчатые);

2) особи разного пола (половые аппараты самцов и самок);

3) особи одного и того же пола, в основном самцы (рога и зубы самцов, используемые в боях за самку);

4) братья и сестры одного и того же поколения в связи со стадным образом жизни (пятна, облегчающие ориентировку при бегстве);

5) полиморфные особи у колониальных насекомых (специализация особей к выполнению определенных функций).

Целостность вида выражается также в единстве размножающейся популяции, однородности ее химического состава и единстве воздействия на окружающую среду.

Важно отметить два эффекта, которые наблюдаются в популяциях, особенно высших животных. Один из них – групповой эффект – направлен на увеличение численности популяции, необходимой для сохранения генофонда. Так, например, для успешного размножения популяция перуанского баклана Phalacrocorax bougainvillei должна составлять не менее 10 000 особей, а на 1 м2 должно быть не менее двух гнезд. При совместной жизни в группах значительно облегчается поиск пищи и борьба с врагами.

Второй эффект – массовость – связан с перенаселением среды и влечет за собой вредные для популяций последствия. Такие последствия обычно сводятся к следующим формам взаимодействий.

Конкуренция – в популяциях выражается в борьбе самцов за право обладания самкой, в борьбе за пищу, лидерство в стае и т.п.

Каннибализм – этот тип внутривидовых отношений не редок в выводках хищных птиц и зверей. Самые слабые обычно уничтожаются более сильными, а иногда и родителями.

Саморазреживаниерастительных популяций. Внутривидовая конкуренция влияет на рост и распределение биомассы в пределах растительных популяций. По мере роста особи увеличиваются в размерах, возрастают их потребности и как следствие – возрастает конкуренция между ними, что приводит к гибели. Число выживших особей и скорость их роста зависит от плотности популяции. Постепенное уменьшение плотности растущих особей называется самоизреживанием. Подобное явление наблюдается в лесных насаждениях.

Межвидовые отношения

Конкуренция. Этот тип взаимоотношений определяет правило Гаузе. Согласно этому правилу два вида не могут одновременно занимать одну и ту же экологическую нишу и поэтому обязательно вытесняют друг друга. Например, ель вытесняет березу.

Аллелопатия – это химическое воздействие одних растений на другие посредством выделения летучих веществ. Носителями алеллопатического действия являются активные вещества – колины. Благодаря воздействию этих веществ может отравляться почва, изменяться характер многих физиологических процессов, вместе с тем посредством химических сигналов растения узнают друг друга.

Симбиоз –это различные формы тесного сожительства разноименных организмов, составляющих симбиотическую систему. По характеру отношений между партнерами выделяется несколько типов симбиоза: комменсализм, паразитизм и мутуализм.

Протокооперация – тесное сотрудничество двух видов, не являющееся обязательным, но жизнь совместно весьма выгодна для обоих, например, в целях защиты.

Мутуализм – крайняя степень ассоциации между видами, при которой каждый извлекает выгоду из связи с другим. Например, растения и азотофиксирующие бактерии; шляпные грибы и корни деревьев.

Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из партнеров (комменсал) использует другого (хозяина) для регуляции своих контактов с внешней средой, но не вступает с ним в тесные отношения. Комменсализм широко развит в экосистемах коралловых рифов – это квартирантство, защита (щупальца актиний защищают рыб), обитание в теле других организмов или на его поверхности (эпифиты).

Паразитизм – форма отношений двух различных организмов, принадлежащих к разным видам, носящих антагонистический характер. Здесь один организм – паразит – использует другого – хозяина – в качестве среды обитания и источника пищи.

Хищничество – это способ добывания пищи животными (реже растениями), при котором они ловят, умерщвляют и поедают других животных. Хищничество встречается практически у всех типов животных. В ходе эволюции у хищников хорошо развились нервная система и органы чувств, позволяющие обнаруживать и распознавать добычу. Кроме этого развиты средства овладения, умерщвления, поедания и переваривания добычи (острые втягивающиеся когти у кошачьих, ядовитые железы многих паукообразных, стрекательные клетки актиний, ферменты, расщепляющие белки и другое). Эволюция хищников и жертв происходит сопряженно. В ходе ее хищники совершенствуют способы нападения, а жертвы – способы защиты.

Антропогенные факторы. Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу. Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение их ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание рудеральных мест обитания (мусорные свалки, пустыри) и отвалов, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т.п. Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось. В настоящее время судьба живого покрова нашей планеты и всех видов организмов находится в руках человеческого общества и зависит от антропогенного влияния на природу. Особо следует подчеркнуть роль войн и средств массового уничтожения живого, которые могут привести к гибели человечества. А если Природа создала Человека как будущего конструктора не только Земли, а и Вселенной, то с чем останется Вселенная?!

Концепция биосферы. Биосфера (от био... и сфера) – оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или геосфер. Это уникальное природное образование, которого, возможно, нет на других планетах Вселенной.

На Земле также различают литосферу – твёрдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли.

Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 ∙ 1012 т (около 0,01% массы всей биосферы). 97% из этого количества занимают растения, 3% – животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.

Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей. Всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем. Пространство, в котором возможно существование жизни, называется экосферой. Область распространения жизни включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть твердой оболочки (литосферы).

Нижняя граница слоя атмосферы, где образуется большое количество озона, находится на высоте 10–15 км, а верхняя – на высоте около 50 км. Этот слой называется озоносферой. Максимум концентрации молекул озона соответствует высоте около 25 км, однако даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на миллион молекул воздуха.

Озон, образующийся выше 8–12 км, часто называют стратосферным озоном, чтобы отличить его от тропосферного озона, который образуется в результате других процессов в приземном слое атмосферы. Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек.

Термин «биосфера» появился в науке в 1875 г., однако первые представления о биосфере складывались уже в начале XIX в. Ж.Б. Ламарк был первым, кто обратил внимание на живую оболочку Земли и особенности ее строения и функционирования. Эти первые представления были, в частности, отражены в его работе «Гидрология» (1802). Не пользуясь понятием «биосфера», он писал, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов».

Он также отметил, что эта оболочка формировалась одновременно с развитием планеты и прошла весьма длительный и сложный путь своего становления. Следами былых состояний биосферы являются ископаемые организмы, находящиеся в осадочном покрове земной коры, которые впоследствии были названы В.И. Вернадским биокосным веществом.

Будучи широко эрудированным естествоиспытателем, Ламарк создал одну из первых схему филогенеза, объяснив, что этапы филогенеза как раз и отражают состояние биосферы в былые геологические эпохи. А. Гумбольдт также выделял сферу жизни как неотъемлемую часть географической оболочки.

Именно идея Ламарка, забытая на 70 лет, была использована Эдуардом Зюссом в работе по происхождению Альп (1875 г.). Зюсс при рассмотрении основных оболочек Земли (лито-, атмо- и гидросферы) полагал, что в области взаимодействия верхних сфер и литосферы можно выделить самостоятельную оболочку – биосферу.

Особая роль в разработке научных основ современной экологии как науки принадлежит учению В.И. Вернадского о биосфере.

После нескольких лет гражданской войны, полной экономической разрухи, уже с 20-х годов намечается бурный взлет творческой мысли в России, ведущую роль в котором играла интеллигенция, сохранившая свой духовный потенциал и перенесшая его в новое общество. Несмотря на преследования и физическое уничтожение интеллигенции, Россия в 30-е годы вышла на передовые рубежи мировой науки.

Обстановка высокой требовательности к студентам и молодым специалистам, широкие возможности контактов с крупнейшими европейскими учеными, свободное владение несколькими иностранными языками – все это обусловило появление в России в предреволюционные годы «могучей кучки» ученых.

Среди биологов (экологов) можно назвать таких выдающихся деятелей, как Иван Петрович Павлов (физиолог), Климент Аркадьевич Тимирязев, Алексей Николаевич Северцов, Владимир Леонтьевич Комаров, Владимир Николаевич Сукачев, Георгий Федорович Морозов (первый русский эколог-лесовед), Лев Семенович Берг и др. В их числе был и великий энциклопедист XX в. Владимир Иванович Вернадский.

В студенческие годы В.И. Вернадский был студентом В.В. Докучаева, которого справедливо называют основоположником современной физической географии.

Понимание идей Вернадского пришло в 60-е годы XX в. Оно крепло по мере осознания человечеством угрозы экологического кризиса. Решение глобальных экологических проблем не возможно без понимания законов, управляющих живыми организмами в биосфере.

Небольшая книга В.И. Вернадского «Биосфера» вышла в свет в 1926 г., а затем была переиздана в 1967 г. «Своеобразным, единственным в своем роде, отличным и неповторимым в других небесных телах представляется нам лик Земли – ее изображение в космосе, вырисовывающееся извне, со стороны, из дали бесконечных небесных пространств», – пишет Вернадский. Вся книга пронизана идеей взаимодействия не только земных, но и космических тел и явлений. И главную роль среди них играют живые организмы, «живое вещество» планеты.

Вернадский раскрывает ведущую роль живых организмов в трансформации солнечной энергии и преобразовании веществ, слагающих наружные оболочки Земли: «По существу, биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию, – пишет Вернадский, –...лучи Солнца обуславливают главные черты механизма биосферы... Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена вся биосфера».

Живое вещество, по словам Вернадского, выполняет космическую функцию, связывая Землю с космосом: «Вещество биосферы благодаря им (солнечным лучам) проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучения энергию, превращает ее в конце концов в энергию в земной среде свободную, способную производить работу... Лик Земли ими (солнечными лучами) меняется, ими в значительной мере лепится. Он не есть только отражение нашей планеты, проявление ее вещества и энергии – он одновременно является и созданием внешних сил космоса».

В основе учения Вернадского лежат представления:

1) о планетарной геохимической роли живого вещества (совокупность всех живых организмов, существовавших или существующих в определённый отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологический, фактор. В отличие от живых существ, живое вещество, в понимании Вернадского, как биогеохимический фактор,количественно выражается в элементарном химическом составе, массе и энергии;

2) об организованности биосферы, являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли.

Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

По Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.

В пределах биосферы везде встречается либо живое вещество, либо следы его биогеохимической деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углерод), природные воды, равно как и каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.), в своей основе созданы живым веществом планеты.

Слои земной коры, лишённые в настоящее время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области «былых биосфер».

Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В.И. Вернадскому – биогенная миграция атомов). Начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле. В основе концепции биосферы Вернадского лежат следующие биогеохимические принципы:

Первый принцип.Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

Второй принцип. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.

Третий принцип.В течение всего геологического времени, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало.

Биосфера мозаична по структуре и составу, отражая геохимическую и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 186;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная