Биологическая регуляция геохимической среды: гипотеза Геи

Отдельные организмы сами приспосабливаются к физической среде (а своей совместной деятельностью в экосистеме приспосабливают и геохимическую среду к своим биологическим потребностям. Следовательно, сообщества организмов и среда их обитания развиваются как единое целое.

Резкие отличия условий существования организмов на Земле от условий на других планетах Солнечной системы связаны с различным составом их атмосфер и забуференностью физической среды, что получило отражение в гипотезе Геи (Гея — древнегреческая богиня Земли). Согласно этой гипотезе организмы, особенно микроорганизмы, вместе с физической средой образуют сложную систему регуляции, поддерживающую на Земле условия, благоприятные для жизни (Lovelock, 1979). Известно, что абиотическая среда (физические факторы) влияют на деятельность организмов, которые в свою очередь оказывают регулирующее действие на абиотическую среду. Организмы постоянно воздействуют на физическую и химическую природу инертных веществ, отдавая в среду новые соединения и источники энергии. Например, растения, освоившие песчаные дюны, образуют почву, которая резко отличается от исходного субстрата. Таких примеров можно привести множество. Организмы контролируют даже состав нашей атмосферы.

Гипотеза Геи выдвинута физиком, инженером и изобретателем Джеймсом Лавелоком и микробиологом Лини Маргулис. Они пришли к выводу, что состав атмосферы Земли с ее уникально высоким со­держанием кислорода и низким содержанием диоксида углерода, а также умеренные температурные условия и окислительно-восстановительные процессы на поверхности нельзя объяснить без учета активности ранних форм жизни. Она проявилась в координированной деятельности растений и микроорганизмов, благодаря которой сглаживаются колебания физических факторов. Например, при разложении белковых соединений выделяется аммиак, который поддерживает в почве оптимальное значение рН. При отсутствии аммиака реакция почвенного раствора была бы очень кислой и многие виды организмов не могли бы жить в таких условиях.

Сравнение состава атмосферы Земли с гипотетической ее атмосферой, на которой отсутствовала бы жизнь, а также с атмосферой Марса и Венеры, на которых живые организмы не контролируют физическую среду, не подтверждает представления о том, что атмосфера, благоприятная для жизни, возникла при случайном физического взаимодействии (табл. 2).

Таблица 2. Состав атмосферы (%) и температурные условия (°С) на Марсе, Венере, Земле и гипотетической Земле без жизни (по Lovelock, 1979)

Показатель	Марс	Венера	Земля без жизни	Земля
Углекислый газ	96	98	98	0,03
Азот	2,7	1,9	1,9	78
Кислород	0,13	следы	следы	21
Температура поверхности	-53	477	290 ± 50	13

Вероятно, живые организмы играли основную роль в приспособлении для жизни геохимической среды. Лавелок и Маргулис рассматривают сложную сеть микроорганизмов «коричневого пояса» как тонкую регулирующую систему, поддерживающую жизнь на Земле. Однако, несмотря на то, что многие исследователи не отрицают значительной влияния организмов на биосферу, до настоящего времени не найден механизм, чтобы проверить эту гипотезу.

Интенсивнее других организмов изменяет физические условия среды для удовлетворения своих потребностей человек. Уничтожаются биотические компоненты, необходимые для существования жизни, нарушаются глобальные равновесия. В то же время человек как гете­ротрофный и фаготрофный организм, находящийся на вершине пирамиды сложных пищевых цепей, несмотря на созданные им технические средства и технологии, зависит от природной среды. Огромные города, служащие исключительно удовлетворению потребностей человека — это паразиты биосферы. Причем чем крупнее и благоустроеннее город, тем больше ресурсов и энергии требуется ему от окружающей среды и, значит, тем большая вероятность нанесения ей ущерба.

Гипотеза Геи указывает на важность изучения и сохранения регулирующих механизмов, которые позволяют биосфере приспособиться к некоторому количеству загрязнений, не сосредоточенных в одной точке. Человек должен стремиться снизить уровень загрязнения и тем самым сохранить целостность и крупномасштабность буферной системы жизнеобеспечения.

В книге Ю. Одума «Экология» (1986) на примере меднорудных разработок в Копперхилле (США, штат Теннеси) показано, к каким последствиям привело катастрофическое снижение численности растительных организмов, уничтоженных дымом плавильных печей. Почва, лишенная растительности, подверглась воздействию эрозионных процессов. В округе исчез лес, на восстановление которого потребовались значительные затраты времени и средств.

Нерациональное использование общих природных ресурсов, кото­рыми может пользоваться каждый, неизбежно приведет к их перерасходу, что может оказать отрицательное влияние на состояние природной среды и условия существования живых организмов.