8.Учение о биосфере. Основные функции клеточного вещества. Ноосфера и будущее планеты.

Понятие «биосфера» появилось в науке в XVIII веке, однако как специальный термин, связанный с особой оболочкой Земли, – вначале XIX века.

Особую оболочку Земли называют также: «биота», «биос», «живое вещество», «биом».

В состав биосферы входят: гидросфера, нижняя часть атмосферы и нижняя часть литосферы.

Впервые целостная концепция биосферы разработана геохимиком В.И.Вернадским (классическая работа «Биосфера», 1926 г.).

Биосфера – самая крупная (глобальная) экосистема Земли, область, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера – это не простая совокупность биогеоценозов, а иерархия экосистем и геосистем. Ее основное содержание выражает системное взаимодействие живого и косного вещества планеты.

«Конструкцию» биосферы определяют живые организмы (живое вещество). Живое вещество по своей массе составляет ничтожную долю по сравнению с любой из оболочек Земли (менее одной млн. части массы Земли).

Живое вещество – самая могущая геологическая сила на Земле.

Основные функции живого вещества.

1.Энергетическая функция – аккумуляция с помощью фотосинтеза энергии и вещества биосферы.

2.Деструктивная функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот.

3.Концентрационная функция – это способность живого вещества «собирать», концентрировать, накапливать внутри себя минералы, микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы.

4.Средообразующая функция – это способность трансформации физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Эта функция аккумулирует в себе предыдущие функции: энергетическую, деструктивную, концентрационную.

Ноосфера. (от греч. noo – разум, sphaira – шар) – сфера разума.

Разум изменяет содержимое жизни на планете, превращает человека в основную геологообразующую силу Земли.

Предположительно термин «ноосфера» возник во время доклада В. И. Вернадского на научном семинаре в Париже. Термин «ноосфера» предложил французский исследователь Э. Леруа. Его использовал также французский исследователь Пьер Тэйяр де Шарден. Ноосфера как планетарное деление состоится лишь тогда, когда разум будет в состоянии направлять развитие экономики в интересах союза «природа-человек», их совместного будущего.

9. Механизмы воспроизводства жизни. Самоорганизация живых систем. Синергетика.

Механизмы воспроизводства жизни

Жизнь есть результат обмена веществ внутри органических молекул и между ними на основе полученной из вне необходимой энергии и информации.

Жизнь зародилась на Земле 4,6 млрд. лет тому назад (при длительности существования планеты как твердого тела около 5,5 млрд. лет или 3,75 млрд. лет (при существовании Земли 4,6 млрд. лет).Основу воспроизводства жизни на Земле определяет биологический круговорот.

Большой (геологический) и малый (биотический) круговорот

Большой круговорот происходит в течение сотен тысяч или миллионов лет. Его основу определяют процессы разрушения горных пород, их выветривание и вымывание.

Малый круговорот, являясь частью большого, определяет основу функционирования живого вещества и происходит на уровне биогеоценоза. Питательные вещества почвы, вода, углерод расходуются на создание органического вещества из неорганического.

Самоорганизация живых систем.Согласно второму закону термодинамики физическая система стремится к термодинамическому равновесию, что равнозначно максимальной энтропии.

Энтропия – мера необратимого рассеивания энергии, мера неупорядоченности систем. При максимуме энтропии работа в системе отсутствует, природа деградирует. Жизнь обладает значительной степенью негэнтропии Экологические системы, как другие живые структуры, способны противостоять энтропии, но при условии сохранения возможности саморегуляции, самоподдержания. Негэнтропия – величина, обратная энтропии – мера устойчивости экосистемы, основанная на удаленности системы от состояния энергетического (физического) равновесия. Негэнтропия увеличивается при возрастании организованности системы.

Биосфера – сложно организованная система, состоящая из множества подсистем, обладает значительной негэнтропией – стремлением к самоорганизации жизни.

Природная система – открытая система. Ее механику определяет поступающая из вне энергия (вещество) и сложно организованная упорядоченная молекулярная структура.

Открытая система – это система, способная постоянно обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информации, т.е. метаболизм – вещественно-энергетически-информационный обмен с внешней окружающей средой.

Самоорганизующиеся системы – это сложные системы, состоящие из подсистемных элементов (общество, живой организм, атом).

Самоорганизующаяся система обладает синергетическим (кооперативным) эффектом – результат от совместных действий подсистемных элементов.

Основными формами проявления самоорганизации открытых систем является самоструктурирование, саморегуляция, самовоспроизведение.

Синергетика. Синергетика (от греч. – совместный, согласованный) – это процесс самоорганизации открытых систем. Основатель синергетики бельгийский ученый Илья Пригожин. Самоорганизующиеся системы – это открытые нелинейные системы.

Основа их механики – «неравновесное»состояние разных уровней системы.

Порядок или беспорядок – результат флуктуаций – случайных отклонений от состояния равновесия.

Нарушения прежнего равновесного состояния системы и неопределенность ее будущего развития называется точкой бифуркации – точки «разветвления» возможных путей эволюции (развития) системы.

Зона бифуркации –это зона резких изменений и отклонений.

Возможность спонтанного возникновения новых структур (порядка) из хаоса – важнейший момент самоорганизации системы.

«Творческая» роль хаоса: порядок и беспорядок тесно связаны между собой – один включает в себя другой.

Для сложных систем, как правило, существует несколько альтернативных путей развития.

Настоящее – это точка пересечения двух направлений движения: из прошлого и будущего одновременно. Организационная» роль структур – аттрактор – способные притягивать к себе другие элементы системы.