БИОСФЕРА
Понятие о биосфере
Биосфера - это обще планетная оболочка, состав, строение и энергетика которой обусловлены прошлой и современной деятельностью всей совокупности живых организмов на Земле. Возникла около 3500000000 лет назад. Охватывает часть атмосферы до высоты озонового слоя (20-25 км), верхние слои земной? коры и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2 С км на суше и на 1-2 км ниже дна океана. Нижняя термическая граница биосферы обусловлена высокими температурами глубинных слоев земной коры. Верхняя - наличием коротковолнового ультрафиолетового излучения, от которого живые организмы защищены озоновым слоем. Мощность ее изменяется от 13 км в полярных широтах до 22 км на экваторе. Биосфера является сложной, целостной, организованной и саморегулируемой экологической системой, в которой под влиянием живых организмов происходят аккумуляция, трансформация и перераспределение огромных ресурсов вещества и энергии. В ней зародилось и развилось жизни во всем многообразии форм.
Все организмы объединяются в четыре царства живой природы: растения (до 500 тыс. Видов), животные (до 1,5 милл видов), грибы (более 100 тыс. Видов), бактерии (микроскопические, часто одноклеточные организмы).
Живые существа разных царств тесно взаимосвязаны. Растения способны создавать органические вещества из неорганических, выделяя кислород. Этот процесс называют фотосинтезом.
Животные не могут сами создавать органические вещества. Они получают их, съедая траву (травоядные) или других животных (хищники).
Кислород, выделяемый растениями, все живые организмы используют для дыхания, а углекислый газ, который они выдыхают, необходимый растениям для фотосинтеза.
Остатки отмерших растений и животных раскладывают бактерии почвы, превращая их в простые неорганические вещества, поглощающие новые поколения растений. Если бы не санитарная работа бактерий, то остатки отмерших животных и растений покрыли бы Землю слоем в несколько метров.
Происхождение и распространение жизни на Земле
Относительно происхождения живого вещества есть разные гипотезы. По одной из них, жизнь на Земле вообще не возникало, оно всегда было, потому что оно вечно так же, как вечная материя. Жизнь будто возникло вместе с планетой. Было выдвинуто гипотезу, согласно которой жизнь возникла вне Земли и на Землю занесена извне (гипотеза панспермии). Наиболее распространено мнение, что жизнь возникла на самой Земле на определенной стадии ее развития как планеты.
Первая гипотеза очевидно ошибочно. Независимо от того, как образовалась Земля - то с огненно-газового вещества, то с холодной Пылеватые материи, - трудно предположить, что во времена становления планеты на ней уже была жизнь.
С гипотезой панспермии тоже нельзя согласиться, потому что она не ставит вопрос о происхождении и развитии жизни, а говорит лишь, что оно занесена на Землю из других миров.
Истина, очевидно, в том, что жизнь не вечна. Оно возникло на Земле из неорганической материи на определенном этапе ее эволюции, при определенных условиях ее существования. Жизнь возникла в результате постепенных преобразований неорганического вещества. Сначала возникла органическое вещество в простой форме. Шли миллиарда лет, в течение которых она осложнялась, развивалась, пока наконец не образовались существующие формы высокоорганизованной материи.
Считают, что жизнь возникла в океане. По современным воззрениям, океан - родина всего живого. Жизнь зародилась в воде, когда в земной атмосфере было еще мало кислорода. Процесс образования живого вещества сложный. Возможно, метан, аммиак и вода соединились в сложные молекулы - аминокислоты. Они стали строительным материалом для белков, которые являются основными компонентами живого вещества. Протеины, в свою очередь, объединялись и создавали гигантские молекулы, которые имели свойство воспроизводиться. Это свойство и была первым шагом на пути формирования живого организма.
Живое вещество как результат закономерного развития поверхности планеты возникла около 3 млрд лет назад. Поскольку развитие продолжалось очень долго, формы жизни чрезвычайно разнообразны. Они разнообразны, чем минеральное вещество на Земле.
Живых организмов на Земле очень много. Это обусловлено многочисленными факторами: благоприятными условиями для жизни, свойством организмов двигаться, размножаться, приспосабливаться к различным условиям существования и тому подобное.
На нашей планете благоприятные условия для жизни. Большинство ее поверхности имеет температуры от + 50 до -50 ° С. К таким условиям приспособлена большинство организмов. Особенно живучи простейшие организмы. Споры грибов выдерживают температуры +140, + 180 ° С, а некоторые бактерии выживают при температурах 200, -250 ° С. Некоторые бактерии не погибают от кипячения в течение 100 ч, другие - выживают при погружении в жидкий гелий с температурой, только на 0,0075 ° С выше абсолютного нуля. Но это исключения, которые касаются простейших организмов.
Земные организмы имеют определенный предел для приспособления. При высоких температурах разрушаются белки, которые являются основой жизни. Закипает и переходит в газовое состояние вода - основной растворитель, без которого невозможны многочисленные реакции, составляют биохимический механизм жизни. Низкие температуры тоже ограничивают жизненные процессы. Исследования показали, шо жизнь возможна в диапазоне от +80 до-70 ° С.
В пределах Солнечной системы, имеет указанный температурный диапазон, жизнь, подобная предземного, может существовать не ближе 92 и не далее как 275 млн.км от Солнца. Это - границы экосферы - пространства в Космосе, где возможна жизнь на тех же принципах, что ее земное. В рамках экосферы Солнечной системы находятся орбиты трех планет: Венеры, Земли и Марса.
На Земле, несмотря на довольно узкие температурные рамки жизни, оно-очень устойчивое явление. Ведь со времени возникновения жизни никогда не прерывалось. Очевидно, и условия жизни на Земле в течение миллиардов лет существенно не менялись. На протяжении своего существования оно лишь непрерывно развивалось и распространялось на Земле.
Распространению организмов способствует и их способность двигаться. Благодаря подвижности организмы свободно расселяются по суше, в воде и приживаются везде, где есть условия для существования. Однако главной причиной их распространения на Земле является не механическое передвижение индивидов, а свойство размножаться, именно скорость их размножения. Размножение - это основной закон жизни. Вся структура организма, все его органы, все многочисленные физиологические процессы - всю жизнь организма и любой части его тела так или иначе направлено на размножение, увеличение количества потомства. Поэтому потенциальные возможности размножения организмов неисчерпаемы.
Вот несколько примеров. Если бы хранилось все потомство одного растения одуванчика, то через 10-12 лет ее массой можно было бы покрыть всю сушу. Одно растение мака ежегодно дает около 30 тыс. Семян, а одна щепка - несколько миллионов икринок. Диатомея (водоросль с кремнистым панцирем, которая размножается делением) в течение 8 дней могла бы создать массу живого вещества, которая равнялась объема нашей планеты. Инфузория-туфелька (бактерия, появляется в воде, когда гниет растительная масса) в течение 5 лет может создать массу живого вещества, в 104 раза больше массы Земли. В течение 4,5 суток она может дать потомство 10 36 особей, которых хватило бы, чтобы заполнить все океаны. В течение Из 3,5тыс. лет потомство слона - животные, медленнее размножается, - может покрыть весь земной шар сплошным слоем.
Способность организмов приспосабливаться к среде играет тоже не последнюю роль в их распространении. Внешняя среда все время меняется, в соответствии с этим постоянно эволюционируют и организмы. Процесс приспособления организмов к среде непрерывный.
Следовательно, такие свойства организмов, как способность двигаться, размножаться и приспосабливаться к различным условиям среды, создают неограниченные возможности для увеличения их количества и расселения на Земле.
Однако практически потенциальные возможности безграничного увеличения организмов не осуществляются. В природе этот процесс ограничивается размерами Земли, естественным отбором, борьбой за существование, ограниченностью газообмена между организмами и средой и т.д., в результате чего выживают не все организмы.
Хотя для Земли характерна многоярусность жизни на суше и в океане, площадь поверхности Земли для обитания организмов ограничено. Это объясняется тем, что не все организмы могут жить рядом, рядом друг с другом. Если микроорганизмы могут существовать в огромном скученности, сплошными большими массами, то жизнь больших организмов ограничивается определенной плотностью на единицу площади, выше которой организмы погибают. Так, подсчитано, что для жизни слона в Индии нужна площадь 30 км 2, для пчелы - 200 м 2, для одного злака 25-30 см 2.
Такие факторы, как естественный отбор, борьба за существование, ограниченность газообмена, связанные между собой и с ограниченностью площади Земли. Выживают самые формы, сильные особи. Есть и другие факторы, противодействующие безграничному размножению организмов. Среди них в наше время надо назвать человека как мощный фактор преобразования живой природы.
