3. Становлення біосфери та її характеристика

Термін біосфера (грец. біос – життя, сфера – оболонка) – оболонка Землі, в якій існує життя, вперше ввів у науковий вжиток австрійський геолог Едвард Зюсс у 1873 році. Цілісне вчення про біосферу було створено видатним вітчизняним вченим В.І. Вернадським.

До складу біосфери (рис. 2.3) входять частини геосфер, в яких умови придатні для існу­вання живих організмів:

• нижня частина атмосфери – від поверхні Землі до озонової оболонки, тобто до висоти близько 25-30 км. Атмосфера складається із суміші газів (азот – 78%, кисень – 21 %, аргон – 0,93% діоксид вуглецю – 0,03%, інші гази – менше 0,005% за об’ємом) та колоїдних домішок (пил, краплі води, кристали тощо);

• вся гідросфера – водна оболонка, яка покриває 2/3 поверхні планети (до найбільшої глибини – Маріанської впадини в Тихому океані – 11 030 м). Більше 40% води міститься в земних надрах (у літосфері). Об’єм гідросфери складає близько 137·10⁷ км³, а хімічний склад наближається в середньому до складу морської води. Із загальної маси води близько 98% знаходиться в океанах і морях, 2% її загальної кількості складають прісні води;

• верхня частина літосфери – верхня “тверда” оболонка Землі, що включає земну кору та верхню частину мантії Землі, до глибини приблизно 5 км (де вода перебуває в рідкому стані). Товща ж літосфери складає 50- 200 км, в тому числі земної кори – до 75 км на континентах і 10 км нижче дна океану.

Між літосферою, гідросферою і атмосферою постійно відбувається речовинний і енергетичний взаємообмін, проявом якого є, зокрема, землетруси і виверження вулканів.

Усі ці складники об'єднують в єдину оболонку життя живі організми, які не лише існують у біосфері, а й є її творцями. За В.Вернадським жива речовина – це біогеохімічний фактор планетарного масштабу, під дією якого відбувається перерозподіл, міграція і розсіювання хімічних елементів.

Між живим і неживим неподоланої межі не існує. Живою називають динамічну систему, яка активно сприймає і перетворює молекулярну інформацію з метою само­збереження.

Основна функція живої системи – самозбереження за рахунок упереджувального реагування. Для відновлення і збереження енергії в системі необхідне надходження енергії ззовні, з навколишнього середовища, та обмін речовин і енергії – метаболізм. У метаболізмі поєднані процеси асиміляції і дисиміляції (синтезу і розпаду) речовин. Наявність програми відтворення у вигляді дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) і її велика стабільність порівняно з іншими структурами біологічної системи зумовлює спадковість. Під впливом змін екологічних чинників спадковість може змінюватися, відбуваються мутації – індуковані зміни в генетичному апараті.

Успадковані зміни і їх відбір під впливом екологічних чинників зумовлюють видоутворення і збільшення біологічного різноманіття. Різноманітність ви­дів забезпечує більшу ймовірність збереження життя за рахунок найкраще пристосо­ваних до змін довкілля форм, тобто відбувається біологічна еволюція.

а) б)

Рис. 2.3 Структура біосфери:

а) вертикальна структура; б) співвідношення поверхонь (72,3% – зайнято гідросферою, 11,2% – пустелями і тундрою, 8,4% – лісами, 5,3% ­– степами і пасовищами, 2,8% - землі с.-г. використання)

Нині виокремлюють шість головних рівнів організації живої матерії:

• молекулярно-генетичний – редуплікація генів, формування ідентичних моле­кул на основі матеріалів, що забезпечують спадковість і мінливість;

• клітинний – основа будови і розвитку всіх живих організмів, нижній рівень здатності до метаболізму, авторегуляції та розвитку; у більш дрібних одиницях матерії ці властивості не проявляються;

• організменний – цілісність функцій, ріст, онтогенетичний розвиток;

• популяційно-видовий – еволюція, тривале існування, таксономічні характе­ристики;

• біоценотичний – трофічні, хімічні, енергетичні зв'язки, кругообіг хімічних еле­ментів, перетворення енергії;

• біосферний – форма життя, яка поза біосферою не існує.

Кожен з цих рівнів має свої особливості, але всі вони тісно пов'язані між собою, взаємно впливають один на одного, створюючи єдине ціле – живу речовину. На всіх струк­турних рівнях організації матерії реалізована лише дуже незначна частка можливих комбінацій молекул. Це означає, що кожен біологічний вид, кожна жива істота є унікальними, оскільки вони мають набір властивостей, за допомогою яких ефективно адаптуються до навколишнього середовища та його змін.