Біосфера

Як утворилась біосфера

Молода Земля, що виникла близько 4,5 млрд років тому, була безлюдною. Сумно хлюпотіли води мілких річок, мовчали безплідні рівнини й голі скелі. Мертву тишу порушував лише гуркіт вулканів, які вивергали розпечену лаву та хмари розжареного попелу. 3,5 млрд років тому в первісному океані Землі внаслідок дії ультрафіолетового та рентгенівського випромінень, а також електричних грозових розрядів почалося утворення перших органічних сполук, за висловом академіка О. І. Опаріна (Опарін Олександр Іванович, 1894-1980, Росія) — «органічного бульйону». Зі зростанням його концентрації деякі молекули органічних речовин об’єднувалися в окремі краплі, які використовували елементи цього розчину для збільшення свого розміру. Так виникли молекули, здатні до самовідтворення, — це означало зародження життя (мал. 11.1).

Мал. 11.1. Зародження життя

Перші організми живилися навколишнім органічним розчином, однак настав час, коли його запаси почали вичерпуватися, а кисню — найефективнішого окиснювача — практично не було. Тож перші організми змушені були отримувати енергію через процес бродіння. Однак цей малоефективний процес потребував великої кількості їжі, і життя було приречене на голодну смерть. Єдина можливість перетворення скінченної речовини в нескінченну — включення її в колообіг. Тому внаслідок природного добору утворилися фотосинтезувальні організми, які не живилися готовою органічною речовиною, а створювали її самі: використовували сонячне світло для перетворення вуглекислого газу та води на вуглеводи. Унаслідок такого способу живлення вивільнявся кисень, що сприяв виникненню багатоклітинних представників тваринного світу, які отримували енергію з готових органічних речовин окисненням їх. Деяка частина кисню перетворилася на озон, який, поглинаючи ультрафіолетове випромінювання, захищав білкові речовини. Таким чином живі істоти отримали можливість вийти з води, яка захищала їх від дії випромінювання, на суходіл і поступово поширилися на всій планеті.

Мал. 11.2. Зародження живої речовини

Так утворилося замкнене коло взаємозалежних і взаємопристосованих організмів і процесів, поміж яких немає жодного зайвого, оскільки кожен виконує певну функцію. Рослини здатні створювати органічні речовини з неорганічних. Цей процес, унаслідок якого утворюється кисень, називають фотосинтезом. Тварини не здатні самі створювати органічні речовини й дістають їх, з’ївши траву (травоїдні) або інших тварин (хижаки).

Цікаво! Elysia chlorotica (мал. 11.3) — вид невеликих морських слимаків, що належать до морських черевоногих молюсків. Це перша відома вченим тварина, здатна, подібно до рослин, здійснювати процес фотосинтезу. Своїх хлоропластів у неї немає, тому для здійснення фотосинтезу вона використовує хлоропласти морської водорості Vaucheria litorea, яку вживає в їжу. Геном слимака кодує деякі білки, необхідні хлоропластам для фотосинтезу.

Мал. 11.3. Elysia chlorotica

Поміркуйте й висловіть припущення, чому дорослі особини Elysia chlorotica зазвичай мають яскраво-зелене забарвлення.

Кисень, що виділяють рослини, усі організми використовують для дихання, а вуглекислий газ, який вони видихають, необхідний рослинам для фотосинтезу. Бактерії ґрунту розкладають рештки рослин і тварин: перетворюють їх на неорганічні речовини. Ці речовини стають джерелом живлення для нових поколінь рослин. Якби не санітарна робота бактерій, то рештки організмів укрили б Землю шаром у кілька десятків метрів (мал. 11.4).

Мал. 11.4. Коло життя

Думка про те, що істоти Землі взаємодіють з навколишнім середовищем і впливають на нього, уперше трапляється в працях Бернгардуса Вареніуса (1622-1650 або 1651, Голландія) і Християна Гюйгенса (1629-1695, там само), а також у відомого натураліста Жоржа-Луї Леклерка де Бюффона (1707-1788, Франція). Хіміки Жан Батист Дюма (1800-1884, Франція), Жан Батист Бусенго (1802-1887, там само), Юстус Лібіх (1803-1873, Німеччина) і деякі інші вчені з’ясували роль зелених рослин у газовому обміні земної кулі й значення ґрунтових розчинів у живленні рослин. Власне, учення про біосферу започаткував натураліст Жан Батист Ламарк (1744-1829, Франція), який ґрунтовно проаналізував взаємодію організмів із середовищем їхнього існування. Визначення біосфери як особливої оболонки Землі та її назву запропонував геолог Едуард Зюсс (1831-1914, Австрія) у праці з геології Альп¹.

Натураліст і географ Александер фон Гумбольдт (1769-1858, Німеччина) у п’ятитомному творі «Космос» синтезував тогочасні знання про Землю й космос і розвинув ідею про взаємозв’язок усіх природних процесів та явищ.

Значно ширше й змістовніше сутність поняття «біосфера» розкрив вітчизняний учений В. І. Вернадський (мал. 11.5). Його вчення про біосферу є однією з найвизначніших праць у галузі природничих наук. Відомий письменник М. Пришвін² так оцінив працю В. Вернадського: «Я завжди відчував смутно в нестямі цю ритміку світового дихання, і тому наукову книгу Вернадського «Біосфера», де мою здогадку передано як «емпіричне узагальнення», читав, як у дитинстві авантюрний роман. І тепер я став набагато сміливіше здогадуватися про творчість так, що, може бути, ця необхідна для творчості «вічність» і є відчуття не свого людського, а іншого, планетного часу, що, може бути, цю здатність за допомогою внутрішньої ритміки стикатися з іншими часами, з іншими термінами й потрібно назвати власне творчістю».

¹ «Die Enstehung derAlpen», 1875

² Пришвін Михайло Михайлович, 1873-1954, Росія.

Мал. 11.5. Вернадський Володимир Іванович (1863-1945). Нащадок запорізького козака, народився в сім’ї відомого економіста, викладача Київського університету, родич письменника В. Г. Короленка¹. Фундатор і перший президент Української академії наук. Академік Російської академії наук, член Чехословацької й Паризької академій, фундатор Радієвого інституту. Найвидатнішим досягненням є вчення про біосферу та її перехід у ноосферу

¹ Короленко Володимир Галактіонович, 1853-1921, Україна.

² Анабіоз (грец. ανα-βιωσις, ανα-βιωσεως — повернення до життя, пожвавлення, від ανα — знов і βιωσις, βιωσεως — життя) — стан організму, за якого життєві процеси (обмін речовин та ін.) тимчасово припиняються або настільки сповільнені, що немає жодних видимих виявів життя.