Живые организмы создатели современного облика биосферы доклад

Обновлено: 18.05.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Работу выполнила: студентка 1-го курса

Преподаватель:

п. Коксовый 2016

1. Понятие биосферы и ее строение

1.1 Сущность биосферы

1.2 Строение биосферы

2. Эволюция биосферы

2.1 Космическая роль биосферы в трансформации энергии

2.2 Эволюция биосферы

Список использованных источников

Биосфера представляет собой организованную, определенную оболочку земной коры, сопряженную с жизнью. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Биосфера — не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она — организованная оболочка. Биосфера — не только геологическая, но и космическая сила. Быть живым — значит быть организованным, отмечал В.И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли.

Исходя из этого, основная цель работы – изучить биосферу и ее строение. При этом цель работы раскрывается через ряд поставленных задач:

-охарактеризовать сущность биосферы;

-отразить строение биосферы;

-выявить особенности эволюции биосферы;

-изучить литературу и сделать соответствующие выводы по теме.

При написании работы была использована монографическая и учебная литература по теме.

Понятие биосферы и ее строение

1.1 Сущность биосферы

Такое толкование определило взгляд В.И. Вернадского на проблему происхождения жизни. Из нескольких вариантов: жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее; жизнь зародилась после образования Земли; жизнь возникла вместе с формированием Земли — В.И. Вернадский придерживался последнего и считал, что нет убедительных научных данных, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном — тонким слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10—11 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км. Занимаясь созданной им биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество.

Живые организмы, включающие в себя все известные химические элементы, в процессе жизнедеятельности осуществляют превращение энергии. Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:

1) принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма;

2) принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов;

3) принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью;

4) основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением;

5) правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные;

6) закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов;

7) пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 433° (от -252°С до +180°С) является предельным тепловым полем;

8) жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

По В. И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно посвоему физико-

химическому составу, а именно: 1) живое вещество — совокупность живых организмов; 2) биогенное вещество — непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косвенное вещество биосферы и обратно; 3) косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.); 4) биокосное вещество, например, почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры; 5) радиоактивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения.

1.2 Строение биосферы

Современная наука считает, что примерно 1 млрд. лет назад произошло разделений живых существ на два царства — растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению.

У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Большинство растений необходимые для жизни вещества получают в результате поглощения минеральных соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые создают растения в процессе фотосинтеза.

Классификация растений и животных построена в соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был признан вид, а более высокие уровни составили последовательно род, отряд, класс.

Итак, численность видов по отделам (у дробянок, растений и грибов) и типам (у животных) распределяется следующим образом:

-Царство дробянки: Бактерии — 3000; Сине-зеленые водоросли, или цианобактерии — 2000.

-Царство растения: Явгленовые водоросли — 900—1000; Динофитовые водоросли — 300; Криптовитовые водоросли — 100; Золотистые водоросли — 400; Диатомовые водоросли — 20000; Желто-зеленые водоросли — 400; Красные водоросли — 4000; Бурые водоросли — 1500; Зеленые водоросли — 5700; Хоровые водоросли — 200—300; Минастники — 26 000; Моховидные — 25 000-35 000; Пауковидные — 970; Псилотовидные — 12; Папоротниковидные — не более 10 000; Хвощевидные — 30—35; Голосеменные — 600; Покрытосеменные, или цветковые — 250 000.

-Царство грибы: Слецевики — 400—500; Настоящие грибы — не более 100 000.

-Царство животные: Простейшие — 25 000—30 000; Губки — 5000; Кишечнополостные — 9000; Плоские черви — 15 000; Круглые черви, или нематоды — 500 000; Немертины — 2000; Кольчатые черви — 9400—9500;

Мшанки — 4500; Плеченогие (иногда объединяемые с мшанками в тип червеобразных)-200; Моллюски — 107 000; Членистоногие — 1 500 000; в том числе насекомые — 1 000 000; Погонофоры — 100; Щетинкочелюстные — 50; Иглокожие — 6000; Хордовые — 41 000-46 000. На Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных — 70 тыс., птиц — 16 тыс., млекопитающих — 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский ученый В. И. Вернадский в своем учении о биосфере.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х1012, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов — беспозвоночные и только 4% — позвоночные, из которых десятая часть — млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы. Кроме растений и животных, В. И. Вернадский включает в понятие "живое вещество" и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-

вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальные живые существа. Жизнь на Земле ныне полностью зависит от фотосинтеза. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют космическую роль энергетического очага на Земле. Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов простейших соединений в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода. Таким образом, все биотические компоненты экосистемы разделены на три основные группы: продуценты, консументы, или потребители, и редуценты, или разрушители.

Все живые организмы, так или иначе, используя друг друга, образуют гигантский биологический круговорот биосферы. Этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа он имеет и выход — часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами — минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения таких биогенных пород, как каменный уголь, торф, сапропель и т. п.

В этом большом биогеохимическом круговороте вещества и энергии выделяется целый ряд более частных круговоротов веществ — воды, углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., в ходе которых происходит обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой. Существование этих биогеохимических круговоротов определяет облик современных экосистем, устойчивость и саморегуляцию биосферы в целом. Поэтому как бы сложны и многообразны ни были проявления жизни на Земле, все формы жизни связаны между собой через круговорот вещества и энергии.

2. Эволюция биосферы

2.1 Космическая роль биосферы в трансформации энергии

Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни — физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается излучением, присутствие которого убивает жизнь и от которого предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры.

Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов. Формы нахождения химических элементов: горные породы и минералы; магмы; рассеянные элементы; живое вещество.

Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества. Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество — посредник между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю; т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.

Пока искусственная биосфера представляет собой очень сложную и громоздкую систему. То, что в природе функционирует само собой, человек может воспроизвести только ценой больших усилий. Но ему придется это делать, если он хочет осваивать космос и совершать длительные полеты. Необходимость создания искусственной биосферы в космических кораблях поможет лучше понять биосферу естественную.

2.2 Эволюция биосферы

Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который называется эволюционной экологией. Следует отличать эволюционную экологию от экодинамики. Последняя имеет дело с короткими интервалами развития биосферы и экосистем, в то время как первая рассматривает развитие биосферы на более длительном отрезке времени. Так, изучение биогеохимических круговоротов и сукцессии — задача экодинамики, а принципиальные изменения в механизмах круговорота веществ и в ходе сукцессии — задача эволюционной экологии.

Одно из важнейших направлений в изучении эволюции — изучение развития форм жизни. Здесь можно отметить несколько этапов.

1. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК. Возраст таких самых древних организмов более 3 млрд. лет. Их свойства: подвижность; питание и способность запасать пищу и энергию; защита от нежелательных воздействий; размножение; раздражимость; приспособление к изменяющимся внешним условиям; способность к росту.

2. На следующем этапе (приблизительно 2 млрд. лет тому назад) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром называются простейшими. Их 25- 30 тыс. видов. Самые простые их них - амебы. Инфузории имеют еще и реснички. Ядро простейших окружено двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие — радиолярии и фораминиферы - основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.

3. Примерно 1 млрд. лет тому назад появились многоклеточные организмы. В результате растительной деятельности — фотосинтеза — из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом, Создавалось органическое вещество. Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород — не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Л. Пастером выделены следующие две важные точки в эволюции биосферы: 1. момент, когда уровень содержания кислорода в атмосфере Земли достиг примерно 1% от современного - С этого времени стала возможной аэробная жизнь. Геохронологически это архей. Предполагается, что накопление кислорода шло скачкообразно и заняло не более 20 тыс. лет;

2. достижение содержания кислорода в атмосфере около 10% от современного. Это привело к возникновению предпосылок формирования озоносферы. В результате жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше.

Палеонтология, которая занимается изучением ископаемых остатков, подтверждает факт возрастания сложности организмов. В самых древних породах встречаются организмы немногих типов, имеющих простое строение. Постепенно разнообразие и сложность растут. Многие виды, появляющиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, затем исчезают. Это истолковывают как возникновение и вымирание видов.

Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (уголь, торф), а развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.

Роль живых организмов в формировании и эволюции биосферы

Основное внимание в учении о биосфере

Роль живого вещества в биосфере

В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива

В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива. В живой природе обнаружено около 90 химических элементов, т. е. большая часть всех известных на сегодняшний день. Нет никаких специальных элементов, характерных только для живых организмов, поэтому за всю историю существования биосферы атомы большинства элементов, входящих в ее состав, неоднократно прошли через тела живых организмов.

Биогеохимический круговорот веществ в биосфере

Определение круговорота веществ и его виды

Круговорот веществ в природе -повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений
Классификации:
1) Вызываемые солнечной энергией:
-большой (биогеохимический) - в пределах биосферы;
-малый (биотический) - в пределах элементарных экологических систем.

Определение круговорота веществ и его виды

Круговорот веществ в природе -повторяющийся циклический процесс превращения и перемещения отдельных химических элементов и их соединений
Классификации:
2) По типу вещества в круговороте: -круговорот воды
-круговорот элементов преимущественно в газовой фазе (кислорода, углерода, азота и др.);
-круговорот элементов преимущественно в твёрдой и жидкой фазах (фосфора и др.).

Круговорот воды Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, выпадения в виде осадков (дождь, снег и т. д.) и переноса воды реками и другими водоёмами.

Круговорот углерода Круговорот углерода начинается с процесса фотосинтеза, в результате которого углерод углекислого газа превращается в глюкозу, из которой в дальнейшем образуются все остальные вещества,…

Круговорот углерода начинается с процесса фотосинтеза, в результате которого углерод углекислого газа превращается в глюкозу, из которой в дальнейшем образуются все остальные вещества, входящие в состав живых организмов. Растения поедаются животными, в результате углерод перемещается в тела консументов. В процессе дыхания они выделяют углерод в форме углекислого газа, т. е. круг замыкается. Мертвые тела животных и растений и продукты их выделения служат пищей для редуцентов, которые завершают цикл, окисляя всю органику до углекислого газа.

Круговорот азота В атмосфере содержится много азота (71 %) в форме молекулярного азота

В атмосфере содержится много азота (71 %) в форме молекулярного азота . Он недоступен для большинства живых организмов. Только некоторые виды прокариот (клубеньковые бактерии, почвенные бактерии родов азотобактер и клостридиум, цианобактерии) могут превращать в ионы аммония. В дальнейшем этот азот включается в аминокислоты и белки. После гибели этих организмов органические соединения азота снова превращают аммиак.

Круговорот фосфора В круговороте фосфора отсутствует газовая фаза

В круговороте фосфора отсутствует газовая фаза.
Фосфор в природе в больших количествах содержится в фосфоритах и апатитах и попадает в наземные экосистемы в процессе их разрушения. Растения поглощают фосфор в виде растворимых фосфатов из водного или почвенного раствора и включают его в состав органических соединений
В организмах позвоночных фосфор входит в состав костной ткани, дентина.
Организмы-редуценты минерализуют органические вещества мертвых организмов, содержащие фосфор, в неорганические фосфаты, которые вновь могут быть использованы растениями.

Круговорот серы Круговорот серы также тесно связан с живым веществом

Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде, и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др.
В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, в состав эфирных масел и т. д. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы.

Совместная деятельность живых организмов в течение многих лет создавала, а в дальнейшем поддерживала определенные условия, необходимые для существования жизни, т

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Рассматривались следующие варианты: 1) жизнь возникла до образования Земли и была занесена на неё; 2) жизнь зародилась после образования Земли; 3) жизнь зародилась вместе с образованием Земли. Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Под биосферой, таким образом, Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. В дальнейшем Вернадский развил данное понимание биосферы и определил её структуру.

1. Характеристика и структура биосферы

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:

автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера(в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
стратосфера;
ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2(21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера– водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера– внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).

2. В.И. Вернадский о биосфере

Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:

открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно, поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту ее роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 – 1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы «не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше”. В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.

Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.

Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?

Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.

Предположения относительно абиогенного, или неорганического происхождения жизни делались неоднократно еще в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф. Реди, что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.

В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки”.

Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.

Биология

Биосфера — не статичный объект. С течением времени она изменяется и эволюционирует. Важнейший элемент биосферы — живые организмы. С момента своего появления на планете они оказывали серьезное влияние на биологическую оболочку земли. Именно благодаря их деятельности сформировалась атмосфера. Процесс усложнения и развития жизненных форм называется эволюция биосферы. Кратко эта тема рассматривается в 9 классе на биологии.

Определение понятия

Биосфера представляет собой условную оболочку планеты, населенную различными живыми организмами. В ее состав входят атмосфера до высоты 30 км (именно здесь начинается озоновый слой, который уже не является частью биологической оболочки), гидросфера и литосфера (глубиной не более 3 км). Именно в этих частях обитают все живые организмы, являющиеся важнейшим элементом биосферы.

Зарождение жизни

Эволюция не может протекать быстро. Весь процесс физико-химического развития биосферы можно разделить на несколько этапов. Наиболее значимыми среди них можно назвать:

образование Солнечной системы в виде газового или протопланетного облака;
зарождение центральной звезды (Солнца) в планетарной системе;
формирование холодных планет, в том числе и Протоземли;
развитие Земли и формирование земной коры;
создание атмосферы (бескислородной) благодаря разогреву поверхности планеты и выхода различных газов наружу;
формирование Мирового океана из-за соединения водорода с углекислым газом.

Это основные этапы эволюции биосферы.

Эпоха прокариотических организмов

Возникновению живых существ предшествовали сложнейшие физические процессы, а также химические реакции. Первыми на земле появились прокариотические клетки. Их отличительной чертой является отсутствие ядра, ограниченного оболочкой (мембраной). Так как они не использовали в процессе своей жизнедеятельности кислород, то не могли синтезировать органические вещества из неорганических.

Им удалось быстро приспособиться к окружающей среде и начать питаться ею. В XVII столетии итальянский ученый Реди сформулировал принцип, согласно которому в те далекие времена образовалась непреодолимая граница между неживым и живым, хотя они и взаимодействовали. Реди был уверен, что живое могло произойти только от живого. По мнению современных ученых, постепенно питательная среда прокариотов истощалась, и они были вынуждены эволюционировать.

Именно благодаря этому появились первые клетки, которые начали использовать в своей жизнедеятельности процесс фотосинтеза. С его помощью населявшие тогда планету организмы смогли синтезировать нужные им питательные элементы из неорганических веществ. Этот момент считается поворотным в истории эволюции биосферы, так как именно тогда начала формироваться кислородная атмосфера.

Появление эукариотов

Эпоха прокариотов длилась около 2 миллиардов лет. Примерно 1,8 млрд лет назад во времена протерозоя возникли живые организмы, клетки которых имели ярко выраженное ядро — эукариоты. Еще спустя 800 миллионов лет они разделились на растительные и животные организмы. Первые продолжили с помощью фотосинтеза создавать кислородную атмосферу. Вторым же предстояло научиться перемещаться.

Около 900 миллионов лет назад началась эпоха полового размножения. Благодаря этому существенно улучшилось видовое разнообразие. Кроме этого, живые организмы получили возможность быстрее адаптироваться к условиям среды обитания. Ученые предполагают, что первые многоклеточные организмы на планете появились 100 миллионов лет назад. По их мнению, животный мир Земли был сформирован в первый период эпохи палеозоя — кембрий.

Это были морские обитатели:

плеченогие;
моллюски;
трилобиты;
иглокожие .

Около 500 миллионов лет назад появились первые крупные хищники и небольшие позвоночные. Им потребовалось 90 миллионов лет, чтобы выйти на сушу. При этом сначала они могли жить в двух стихиях и назывались двоякодышащие. Именно от них затем произошли земноводные и сухопутные животные. Одновременно с этим начинают появляться первые насекомые, которые через 110 миллионов лет научились летать.

Развитие жизни на планете после этого начинает протекать быстрее. Постепенно у растений появляются листья, корни и стебли. Изменяется и система их размножения — в новых условиях они начинают использовать для этого семена и споры. Одновременно с этим создаются запасы не переработанных органических отходов, что приводит к началу формирования залежей каменного угля. Этот процесс протекает с выделением дополнительного кислорода. Все эти события происходили во времена мезозоя.

Первые млекопитающие и птицы появились 195 миллионов лет назад. Еще через 100 миллионов лет мир флоры и фауны был огромным. Однако последующее похолодание внесло изменения в эволюционный процесс растительных организмов — господствующее положение заняли покрытосеменные. Примерно 8 миллионов лет назад появились первые приматы, что ознаменовало собой начало эпохи формирования современных живых существ

. Роль эукариот в эволюции биосферы сложно переоценить. Именно благодаря им планета приобрела современный облик.

Учение Вернадского

Живые существа распределились по всей поверхности планеты. Ученые установили, что в атмосфере обитает несколько миллионов микроорганизмов. Самая известная на сегодняшний день глубоководная рыба приспособилась к жизни на глубине свыше 6000 метров. Работа Вернадского об эволюции биосферы является фундаментальным учением. Согласно ему, биологическая оболочка планеты прошла 3 этапа развития, описанных в таблице:

Этап	Движущий фактор	События
Формирование биосферы	Изменения климата планеты и различные геохимические преобразования.	Появление живых существ.
Видоизменение	Биологическая революция.	Появление эукариотических и многоклеточных организмов.
Антропогенез	Появление человека.	Становление общества и переход биосферы в ноосферу — активное взаимодействие людей с природой.

Биосфера, по мнению Вернадского, является глобальной экосферой и состоит из двух частей — абиотической и биотической. Первая представлена следующими элементами:

почвой и расположенными под ней породами, населенными живыми организмами;
атмосферой до высот, на которых встречаются признаки жизни;
водной средой.

Функции организмов

Суть учения русского ученого сводится к тому, что именно живое вещество играло главную роль в изменении облика планеты. Оно выполняет 5 важных функций:

Газовая. Все основные газы, составляющие атмосферу планеты (кислород и азот) являются продуктом процессов разложения органических веществ.
Концентрационная. Живые организмы способны накапливать в своем теле различные химические элементы. Среди них наиболее важными являются углерод, кальций, кремний, йод и фосфор.
Окислительно-восстановительная. Живые существа, населяющие водные просторы, регулируют кислородный режим, создавая тем самым благоприятные условия для осаждения либо растворения неметаллов и металлов.
Биохимическая. Размножение, развитие и перемещение живого вещества в пространстве.
Биогеохимическая. Это деятельность человека, связанная с использованием полезных ископаемых.

Благодаря выполнению всех этих функций, живое вещество способно адаптироваться к условиям среды обитания и приспосабливать ее под свои биологические потребности.

Читайте также: