Глава 7. Биосфера как высший уровень организации живых систем

Сияет солнце, воды блещут,

На всем улыбка, жизнь во всем,

Деревья радостно трепещут,

Купаясь в небе голубом.

Поют деревья, блещут воды,

Любовью воздух растворен,

И мир, цветущий мир природы,

Избытком жизни упоен.

Ф.И.Тютчев

Два мира есть у человека:

Один, который нас творил,

Другой, который мы от века

Творим по мере наших сил.

Н.Заболоцкий

7.1. Состав и строение биосферы

Появление и развитие учения о биосфере стало новой вехой в естествознании, в изучении взаимодействия и взаимоотношений между косной и живой природой, между человеком и окружающей средой.

Учение о живой природе было создано и развито многими выдающимися натуралистами прошлых веков. Но тогда исследовался главным образом растительный и животный мир, а биосфера – как качественно новое геологическое, биологическое и экологическое цельное явление на планете – не рассматривалась. Однако изучения одних локальных проблем оказалось недостаточно. В современных условиях необходимо изучать биосферу как единое целое в ее взаимодействии с человечеством.

В лекциях 1800 г. французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк (1744-1829) отметил, что живые тела содержат все неорганические вещества, наблюдаемые в природе, и объяснил это активным участием животных и растений в формировании поверхности Земли. Позже он заключает, что все минералы внешней коры и состоящие из них элементы земной поверхности являются исключительно продуктами животных и растений, которые существовали на этих участках поверхности земного шара.

Обобщения, сделанные Ламарком, позволяют нам говорить о том, что высказанные им идеи содержат в себе зачатки понятия о биосфере.

Во времена Ламарка все многообразие окружающего мира - от атомов до планет - делилось на три царства: растения, животные, минералы. Ламарк, упростив это деление, всю природу разделил на два царства: живое и неживое. В своей знаменитой "Философии зоологии" он составил таблицу противоположностей живого и неживого.

Работы Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете определенного пространства, заселенного живыми существами. Причем подчеркивалось, что это пространство организовано именно жизнедеятельностью организмов.

Из множества терминов, которые были предложены для обозначения такого пространства, закрепился один, предложенный в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Именно Зюссу и отдается приоритет в первом употреблении термина «биосфера». Он писал: «В области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно выделять самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой».

Еще в XVII - XVIII веках многими учеными умами высказывалась идея о взаимосвязанности всех процессов в живой и неживой природе. Ученые разных специальностей подготавливали почву, на которой в начале XX века проросли ростки глобального учения о биосфере. Известный математик Н.Н. Моисеев по поводу глобальности некоторых проблем писал: "Эпитет "глобальный" возник в начале 70-х годов. Его используют всякий раз, когда речь идет о проблемах, относящихся к планете в целом. Это могут быть и вопросы экологии человека - дисциплины, в которой человечество рассматривается как одно целое... Датировать начало глобальных исследований очень трудно, ибо ученых всегда интересовали общие вопросы эволюции нашей планеты и характер процессов, которые на ней происходят. Но я предпочитаю обозначать термином "глобальные исследования" лишь те работы, которые направлены на изучение влияния человека на характер процессов общепланетарного масштаба".

К одному из таких глобальных учений, определивших направление и эволюцию естественной и экологической мысли XX века, принадлежит учение о биосфере.

Согласно современным представлениям, биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

По определению основоположника учения о биосфере В.Н.Вернадского, биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Сама же совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Поражает то, насколько невелика область распространения жизни на Земле: всего несколько десятков метров почвенного слоя, около 11 км океанских глубин и 10-15 км атмосферы. Таково пространство, где рождаются, развиваются и умирают 1,5 млн видов животных и 350 тыс. видов растений, распространенных на нашей планете.

Наша планета Земля неповторима в плане разнообразия условий внешней среды. Это океанские просторы и горные цепи, "артериальная" сеть крупных рек и мелких речушек, жаркие пустыни и вечные льды полюсов. Земля - это чудо вселенной, уникальная сфера, жемчужина в космическом пространстве. Главная особенность планеты - это существование на ней жизни в самых разных ее проявлениях. Изумляет богатое разнообразие живых существ: микроскопические организмы, насекомые, растения, рыбы, птицы, млекопитающие и, наконец, сам человек.

Многие другие планеты также могут иметь ядро, мантию, кору и атмосферу. Так, на спутнике Сатурна Титане возможно существование морей из жидкого метана, а на многих удаленных от Солнца планетах зарегистрировали присутствие оледеневшей гидросферы. На многих небесных телах найдены молекулы воды, но лишь в земной среде с ее узкими границами температур и атмосферного давления вода одновременно может присутствовать в трех фазах: газообразной, жидкой и твердой. Такому состоянию воды на нашей планете способствует и благоприятное расстояние ее от Солнца: будь Земля немного ближе к раскаленному солнечному шару, пары воды никогда бы не конденсировались, а если бы расстояние до Солнца было больше, вода замерзла бы, образуя сплошной ледяной покров.

Идеальное снабжение энергией обусловлено тем, что Земля находится именно на таком расстоянии от Солнца, которое обеспечивает существование жизни - 149 000 000 км. Она движется со скоростью около 107 000 км/час. Именно эта скорость компенсирует силу тяготения Солнца и удерживает Землю на подходящем расстоянии. Если бы скорость движения Земли упала, она была бы притянута к Солнцу и со временем превратилась бы в выжженную пустыню, как ближайший к Солнцу Меркурий. С другой стороны, если бы орбитальная скорость Земли возросла, она бы удалилась от Солнца и оказалась скованной ледовым панцирем, как Плутон.

Однако, как бы там ни было, жизнь в ее многочисленных проявлениях тонким хрупким слоем покрыла всю нашу голубую планету. На Земле появились структуры, способные самовоспроизводиться, менять свою форму в результате комбинации и рекомбинации генов и передавать эти изменения потомкам. Делящаяся клетка остается неизменной в новых поколениях. Жизнь постоянно и беспрерывно воспроизводит себя и проявляется в возникновении новых видов и особей, каждая из которых уникальна. Количество вариантов и возможных генетических комбинаций, которые приводят к созданию уникальных организмов, больше, нежели число световых лет, отделяющих Землю от самой дальней Звезды. Предполагают, что количество таких потенциальных комбинаций выражается числом 265 с двадцатью четырьмя миллиардами нулей!

Самое важное за всю историю Земли - это, конечно, появление первых форм живого и взаимодействие их с поверхностью планеты. За те 4 млрд лет, прошедшие с тех пор, как земная поверхность стала подходящим субстратом для существования жизни, на ней произошли грандиозные изменения. И начало им было положено в то неопределенно далекое время, когда началась дифференциация живого и неживого.