Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Біосферний рівень організації життя

Біосфера

Уперше термін «біосфера» — «сфера життя» — використав Б. Зюсс (1875) у праці «Лице Землі». Перше уявлення про біосферу як «область життя» й зовнішню оболонку Землі сформулював Ж. Б. Ламарк (1802). Наукові уявлення про біосферу як «живу» оболонку Землі В. І. Вернадський виклав у своїх лекціях, прочитаних у Карловому університеті в Празі та Сорбонні в Парижі протягом 1923-1924 рр. Згодом ці положення були узагальнені в книзі «Біосфера» (1926).

Біосфера — оболонка Землі, склад, енергетика й організація якої зумовлюється взаємодією її біологічного та абіотичного компонентів. Біосфера включає організми (близько 3 млн видів) та їхні рештки. Зони атмосфери, гідросфери, літосфери населені й видозмінені цими організмами. До складу біосфери, крім живої речовини (мікроорганізми, рослини, гриби, тварини), входить біогенна речовина (продукти життєдіяльності живих організмів — осадові породи органічного походження), біокосна речовина (продукти розпаду й перероблення гірських та осадових порід живими організмами) і косна речовина (гірські породи магматичного неорганічного походження), а також перероблені й видозмінені живими організмами речовини космічного походження, тобто космічний пил, метеорити тощо). Крім того, до складу біосфери входять радіоактивні речовини та розсіяні атоми. Найістотніша особливість біосфери — біогенна міграція атомів хімічних елементів, зумовлена енергією Сонця та виражена в процесах обміну речовин, рості й розмноженні організмів. Біогенна міграція підкоряється біогеохімічним принципам, які сформульовав В. І. Вернадський (1940).

Основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу

• 1. Цілісність біосфери визначається самоузгодженістю всіх процесів у біосфері, обмежених фізичними константами, рівнем радіації тощо.
• 2. Земні закони руху атомів, перетворення енергії є відображенням гармонії Космосу й забезпечують гармонію та організованість біосфери. Сонце як основне джерело енергії біосфери регулює життєві процеси на Землі.
• 3. Жива речовина біосфери активно трансформує сонячну енергію в енергію хімічних зв’язків складних органічних речовин. Сутність живого постійна, змінюються лише форми існування живої речовини. Сама жива речовина не є випадковим створенням, а є результатом перетворення сонячної світлової енергії в дійсну енергію Землі.
• 4. Що дрібніші організми, то з більшою швидкістю вони розмножуються. Швидкість розмноження залежить від щільності живої речовини. Розтікання життя — результат прояву її геохімічної енергії.
• 5. Автотрофні організми отримують усі необхідні для життя речовини з навколишньої косної матерії. Для життя гетеротрофів необхідні готові органічні сполуки. Поширення фотосинтезувальних організмів (автотрофів) обмежується можливістю проникнення сонячної енергії.
• 6. Активна трансформація живою речовиною космічної енергії супроводжується прагненням до максимального заповнення усього можливого простору (цей процес В. І. Вернадський назвав «тиском життя»).
• 7. Формами вмісту хімічних елементів є гірські породи, мінерали, магма, розсіяні елементи й жива речовина. У земній корі відбуваються постійні перетворення речовин, кругообіг, рух атомів і молекул.
• 8. Поширення життя на нашій планегі визначається полем стійкості зелених рослин. Максимальне поле життя обмежується крайніми межами виживання організмів, яке залежить від стійкості хімічних сполук, що становлять живу речовину, до певних умов середовища.
• 9. Кількість живої речовини в біосфері постійна й відповідає кількості газів в атмосфері, перш за все кисню.
• 10. Будь-яка система досягає стійкої рівноваги, за якої вільна енергія системи наближається до нуля.

Межі біосфери: в атмосфері — до озонового шару (25-35 км), у гідросфері — до максимальних глибин (близько 11 км), у літосфері — до 8-10 м, рідше — до 3 км (нафтоносні шари).

Біомаса організмів, які одночасно живуть на Землі становить 2,423 • 10¹² т (суха речовина); з них на частку організмів суходолу припадає 2,42 • 10¹² т, а на частку водяних — усього 0,003 • 10¹² т. Вага рослин-фотосинтетиків на Землі, становить 2,42 • 10¹² т, а вторинних організмів (тварин) — 0,023 • 10¹² т. Біомаса мікроорганізмів не оцінена належним чином, але передбачають, що вона значно менша від біомаси вищих організмів. За різними оцінками, в наш час на Землі існує близько 2 000 000 видів організмів; з них на частку рослин припадає близько 500 000 видів, а на частку тварин — 1,5 млн видів. Уся маса живої речовини, яка була на Землі хоча б протягом 1 млрд років, уже перевищує масу земної кори. Із загальної річної кількості сонячної енергії на земну поверхню потрапляє близько 21 • 10²³ кДж.