Интересные факты, о биосфере:

- на японском острове Якусима растет кедр, которому, по оценкам специалистов 7200 лет. Дерево включено в список памятников природы мирового значения. На острове, площадь которого в два раза меньше площади Москвы, растут две с лишим тысячи кедров возрастом более двух тысяч лет.
- Пожары ежегодно уничтожают в мире 50 млн. гектаров леса (это почти площадь Франции) и вдове больше степных и кустарниковых угодий.
Под биосферой понимают оболочку жизни, т.е. все живые организмы, обитающие в атмосфере, литосфере и гидросфере. Этот термин введен в 1875 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Область активной жизни охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Вернадский создал учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, включая человека, является геохимическим фактором планетарного масштаба и значения. Он выделял в биосфере живое, костное (солнечная энергия, почва и т.д.) и биокосное (органическое) вещества. Растения и животные существуют в тесной зависимости от окружающей неживой природы и от других организмов испытывают на себе их воздействие и приспосабливаются к ним. В процессе исторического развития и естественного отбора на Земле под влиянием конкретных природных факторов сложились различные группы организмов - сообщества, взаимодействующие со средой своего обитания. Крупнейшие наземные сообщества тесно связанные с определенными природными зонами и поясами называются биомами. Широким кругом вопросов, посвященных изучению взаимоотношений совместно живущих организмов и их зависимости от внешней среды, занимается особая отрасль биологии - экология. Этот термин предложил в 1886 году немецкий биолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834-1919), сторонник и пропагандист идей Чарльза Дарвина.
Возникновение жизни на Земле. Что такое жизнь? Каковы живые обитатели биосферы? Сегодня в мире существует множество разнообразных видов живых организмов, и различных их форм жизни.
Известно до 500 тысяч, видов растений и около 1,5 млн. видов животных. Много обитает также в биосфере бактерий, грибов. Однако, несмотря на их большое разнообразие, есть у всех живых организмов и общее. Так, все они (и одноклеточные и многоклеточные) состоят из клеток, питаются, дышат, растут и размножаются. Между внешней средой и организмами постоянно происходят обмен веществами и превращение энергии.
Все организмы состоят из неорганических и органических веществ. Неорганические вещества (вода и минеральные соли) имеются в составе и неживой природы, а органические - только в организмах, т.е. представителях живой природы. Но каким же образом возникли первые органические вещества и первые живые организмы? В 20-е годы ХХ в. русский биохимик академик Александр Иванович Опарин выдвинул гипотезу о происхождении жизни на Земле. Суть его гипотезы заключалась в том, что при мощных электрических разрядах в атмосфере Земли, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание А. И.Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60 000 Вт через смесь перечисленных выше газов и паров воды под давлением в несколько паскалей при температуре 80 °С, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты, а также несколько аминокислот, в том числе глицин и аланин. А аминокислоты - это те <кирпичики>, из которых построены молекулы белков. Это подтвердило гипотезу о том, что первым шагом на
пути возникновения жизни на Земле был синтез (образование) органических веществ из неорганических. Затем стало происходить постепенное усложнение химической структуры и морфологического
облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. Средой возникновения жизни могли быть прибрежные районы морей и океанов. Здесь, на стыке океанов, суши и воздуха, создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могли образоваться сгустки - коацерваты. Они были способны адсорбировать (поглощать) различные вещества из раствора, преобразовывать их, а в результате реакции выделять в среду другие вещества. Коацерваты еще не были живыми организмами, но они уже обладали такими свойствами, как рост, обмен веществ со средой. Эти коацерваты в процессе эволюции претерпели много изменений и длительный отбор на устойчивость структуры. Благодаря появлению сложных комплексов белков и нуклеиновых кислот стал осуществляться процесс создания себе подобных и наследования их свойств в следующих поколениях. Однако без поступления извне энергии жизнь существовать не может. По способам потребления энергии все организмы делятся на две большие группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные организмы прямо используют солнечную энергию (с ее помощью и неорганических веществ создают органическое вещество). Гетеротрофные используют ту энергию, которая выделяется при распаде органических веществ. Вероятно, первые организмы были гетеротрофными, получавшими энергию путем бескислородного расщепления органических соединений. На заре жизни в атмосфере Земли не было свободного кислорода. Поэтому возникновение атмосферы с современным химическим составом теснейшим образом связано с развитием жизни на Земле. Появление автотрофных организмов, способных к фотосинтезу, т.е. созданию на свету органических веществ, привело к выделению кислорода в атмосферу и гидросферу. В присутствии кислорода стало возможным кислородное расщепление органических веществ. При этом стало получаться энергии во много раз больше, чем в бескислородных процессах. Следует помнить, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был длительным - он шел много миллионов лет. В настоящее время живое происходит только от живого Повторность возникновения вновь жизни на Земле исключена.
Появление на Земле первых организмов в архейскую эру (2700 млн. лет назад), способных фотосинтезировать, - важный этап в эволюции жизни.
Одни из самых ранних фотосинтезируюших организмов, найденных в ископаемом виде, - строматолиты. Они состояли из множества известняковых колец, разделенных тонкими органическими прослойками. На разрезе ископаемого строматолита хорошо видны слои известняка и сине-зеленых водорослей, или цианобактерий. Подобные структуры были широко распространены по всему земному шару, о чем свидетельствуют ископаемые остатки в горных породах возраста 3 млрд. лет. По-видимому, древние строматолиты вызвали поистине революционные изменения на Земле, обогатив ее атмосферу кислородом путем фотосинтеза. В настоящее время представители этих древних организмов обитают в заливе Шарк у побережья Австралии. Там на мелководье растут странные слоистые холмики высотой до 1,5 м, обнажающиеся во время отлива воды в океане. Это продукты жизнедеятельности сине-зеленых водорослей, чьи переплетенные волокна удерживают осадочный материал и каким-то образом выделяют из воды известь. Строматолиты состоят из слоев водорослей и цементирующей их осадочной породы.
Уровни организации биосферы. Самым высоким уровнем организации жизни на Земле обладает биосфера. Академик Владимир Николаевич Сукачев (1880-1967) ввел понятие биогеоценоз (1940), под которым понимается участок земной поверхности с определенными природно-климатическими условиями (среда обитания или геоценоз) и связанное с ним сообщество микроорганизмов, животных и растений (биоценоз), образующие неразделимый взаимообусловленный (с динамичными обратными связями) комплекс. Следующий уровень организации жизни на Земле - популяционно-видовой, когда относящиеся к одному виду особи сходны по структуре. По современным данным в настоящее время на земном шаре обитают от 1, до 2 млн. животных и около 500 000 видов растений. Но среди животных ¾ приходится на долю членистоногих и энтомологи считают, что почти столько же видов до сих пор не открыто. Позвоночные составляют менее 4%, из них половина приходится на рыб, а млекопитающие - еще на порядок меньше. Из 3500 видов млекопитающих 2500 относится к грызунам. В растительном мире около 150 тыс. видов покрытосеменных (цветковых) растений, произошедших от голосеменных растений. Покрытосеменные - деверья, кустарники, травы - образуют растительный покров Земли. Водоросли (14 тыс.) идут после грибов (70 тыс.) и мхов (15 тыс.). Такое распределение численности видов не случайно - оно сформировалось путем длительной эволюции. Видообразование на суше было выше, чем в воде, и выход на сушу носивший выборочный характер, открыл перспективы прогрессивной эволюции. На суше преобладают растения, а воде - животные. От количественных соотношений разнообразных видов живой природы перейдем к соотношению их общей биомассы. Мировой океан занимает 70,8 % земной поверхности, но его биомасса составляет всего 0,13% суммарной массы живых организмов. Масса живого вещества сосредоточена в основном в сухопутных растениях. Организмов не способных к фотосинтезу менее 1%, хотя по числу видов они составляют 1/5 всех организмов. На 79% видов животных приходится 1% всей биомассы Земли. Отсюда следует вывод: чем выше уровень видовой дифференциации, тем меньше соответствующая ему биомасса, и наоборот.
Основными признаками, отличающими живое от неживого вещества являются следующие свойства: Питание. Оно служит источником энергии и веществ, необходимых для жизнедеятельности. Растения усваивают солнечную энергию и самостоятельно создают питательные вещества в процессе фотосинтеза. У грибов, животных и человека, некоторых растений и большинства бактерий - гетеротрофное питание: они расщепляют с помощью ферментов органические вещества и усваивают продукты расщепления. Выделение - это выведение из организма конечных продуктов расщепления. Общее свойство открытых систем - обмен энергией и веществом с внешней средой - имеет свои особенности. Дыхание. С его помощью высвобождается энергия высокоэнергетических соединений, которая запасается в молекулах АТФ, обнаруженных во всех живых клетках. Дыхание относится к процессам метаболизма или обмена веществ и энергии.
Размножение и рост. В отличие от объектов неживой природы, например кристаллов, которые растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности, живые организмы растут за счет питания изнутри, причем живая протоплазма образуется при ассимиляции питательных веществ. Выживание вида или его полное бессмертие обеспечивается сохранением признаков родителей у потомства. Передаваемая следующему поколению информация закодирована в ДНК и РНК. Развитие живой формы материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим (филогенезом). При этом одинаково важны наследственность (свойство организмов передавать свои особенности и признаки из поколения в поколение) и изменчивость (способность приобретать новые признаки и свойства). Раздражимость. Эта реакция живых существ на изменения внешней и внутренней среды обеспечивает стабильность жизнедеятельности. Например, расширение кровеносных сосудов кожи млекопитающих при повышении температуры среды ведет к рассеиванию тепла в окружающее пространство и восстановлению оптимальной температуры тела. Подвижность или способность к движению. Она свойственна и животным и растениям, хотя по их скорости существенно различаются.
Клетка как элементарная единица всего живого. Диаметр клетки бактерии около 1 нкм, поэтому их частично называют микробами. Они освоили самые разные среды обитания и широкий диапазон температур. Численность бактерий даже в очень небольшом объеме вещества очень высокая, например в 1 грамме парного молока их более 3000 млн. Бактерии, как и грибы, разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ, играя особую роль в биосфере. Они важны для плодородия почв и в очистных сооружениях, участвуют в процессе пищеварения, применяются в производстве антибиотиков, используются с различными целями в биотехнологии и генной инженерии. ДНК бактерий представлена одиночными кольцевыми молекулами длиной около 1 мм, каждая из молекул состоит примерно из 5 млн. пар нуклеотидов, или нескольких тысяч генов (в 500 раз меньше чем у человека). Живая клетка - это сложная высокоупорядоченная система. Извне в клетку поступают органические вещества - источник химической энергии и строительных кирпичиков клеточных элементов. При расщеплении питательных веществ в клетке высвобождается энергия, которая, перераспределяется внутри клетки, может превращаться из одно вида в другой. В зависимости от типа клетки энергия затрачивается на совершение различной работы - мышечного сокращения, электрических зарядов, клеточного давления или биосинтеза.
Превращение энергии живыми клетками на Земле начинается с одного источника - Солнца: солнечная энергия поглощается зелеными растениями и преобразуется в процессе фотосинтеза с помощью хлорофилла в химическую энергию заключенную в сахарах (глюкозе или крахмале). Часть этой энергии растение использует для себя, часть служит пищей для животных, причем для травоядных животных - это источник энергии, а для плотоядных источником энергии являются ткани травоядных животных. Таким образом, происходит круговорот энергии.
Значение биосферы для жизни на Земле. Жизнь на нашей планете сосредоточена в биосфере. Она простирается на сотни, а в некоторых местах - и на тысячи метров вглубь земной коры и океана и на столько же в высоту. Но основная масса живых существ обитающих на суше, сосредоточена в тонком - несколько метров - слое на поверхности Земли. Здесь постоянно прописана вся сухопутная растительность. По этим сухопутным растениям мы судим о растительном мире нашей планеты. Мы знаем, что на экваторе растительность более пышная и разнообразная. К северу и к югу становится менее пышной, но, в общем то, привлекательной. Даже в тундре растут полярные маки, морошка, голубика, карликовые березы и ивы. И мало кто из землян видел растительный мир морей и океанов. А ведь он удивителен - разнообразен и красив не менее чем растительность суши. Особенно многочисленны в океане мельчайшие водоросли. Они так малы, что их можно рассмотреть только с помощью сильного микроскопа. В одной капле морской воды видно множество причудливых коробочек, цепочек, звездочек, дисков, напоминающих елочные украшения. Это тела одноклеточных растений. Микроскопические водоросли как бы парят в морской воде, за это они получили название <фитопланктон>, что в переводе с греческого значит блуждающие растения. Фитопланктон играет огромную роль в жизни океана, так как им питаются многочисленные морские животные, начиная от мельчайших рачков и кончая гигантами моря - китами. Эти растения очень быстро размножаются. Среди них особенно многочисленны диатомовые водоросли, крохотные раковинки которых в сотни раз меньше толщины человеческого волоса. Массовое развитие планктона вызывает иногда окрашивание моря. Так говорят, что море цветет. Особенно много планктона в арктических водах. Моряки, видевшие цветение северных вод, сравнивают цвет моря с сочной зеленью луга. Вдоль берегов континентов на тысячи километров тянутся обширные подводные луга и целые леса водорослей. Водоросли для своего развития требуют очень много света. Особенно велики и густы заросли ламинарий, или как еще называют эти водоросли - морская капуста. На глубине 10-15 метров начинают попадаться заросли красных водорослей. Здесь и несколько глубже можно встретить толстый пласт веток, водоросли анфельции, которая напоминает спутанные комки шерсти. Под влиянием течения и волн анфельция передвигается по дну, а во время шторма выбрасывается на берег. Из этих водорослей добывают очень ценное вещество - агар-агар, который нашел широкое применение в кондитерском производстве и в медицине. Глубже 30 метров наблюдается резкое обеднение растительности морского дна. На этой границе можно обнаружить только багрянок - красивых пластинчатых или выглядящих наподобие кустарников водорослей фиолетово-красного цвета. Красные водоросли обитающие на больших глубинах, еще менее требовательны к солнечному теплу. Гигантом подводных лесов можно считать водоросль - макроцистис, которая в длину достигает 60 метров и распространена в морях умеренных поясов северного и южного полушарий. Масса водорослей