Роль живого вещества в эволюции биосферы

Учение о биосфере — одно из крупнейших философских обобщений в области естественных наук — было создано академи­ком В. И. Вернадским (1863—1945). В классическом труде В. И. Вернадского «Биосфера» (1926) первой главе предшествуют поэтические строки Ф. Тютчева о гармонии в природе:

Невозмутимый строй во всем, Созвучье полное в природе.

Эти строки согласуются с учением о биосфере, пронизанной жизнью, которая является саморегулирующейся и самовоспроиз­водящейся системой: она находится в динамическом гармоничном равновесии.

Живое вещество биосферы, по определению В. И. Вернад­ского. представляет собой совокупность ее живых организмов. Значит, границы биосферы — границы распространения жизни на планете.                                              ^

Функции живого вещества. Быть живым, отмечал В. И. Вер­надский,— значит быть организованным. На протяжении мил­лиардов лет существования биосферы организованность создает­ся и сохраняется деятельностью живого вещества. Живое вещест­во выполняет в биосфере важнейшие биохимические функции, обеспечивающие круговорот веществ и энергии.

Газовая функция осуществляется зелеными растениями: для синтеза органических веществ они используют углекислый газ, при этом выделяют в атмосферу кислород. Весь остальной орга­нический мир использует кислород в процессе дыхания и попол­няет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. Благодаря способности автотрофных организмов к фотосинтезу из древней атмосферы было извлечено огромное количество углекислого газа. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменялся газовый состав атмосферы: снижалось содержание углекислого газа и увеличивалась концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество качественно изменило газовый состав атмосфе­ры — геологической оболочки Земли.

211

С газовой функцией живого вещества тесно связана окислительно-восстановительная функция. Так, некоторые микро­организмы непосредственно участвуют в окислении железа, что привело к образованию осадочных железных руд, другие вос­станавливают сульфаты, образуя биогенные месторождения серы.

Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Напри­мер, в таких растениях-накопителях, как осоки, хвощи, содер­жится много кремния; морская капуста и щавель — источники йода и кальция. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Благодаря осу­ществлению концентрационной функции живые организмы созда­ли многие осадочные породы, например залежи мела и извест­няка.

Круговорот веществ — условие целостности и устойчивости биосферы. Все структурные компоненты биосферы: горные породы, природные воды, газы, почвы, растительность, животные, микро­организмы — связаны непрекращающимся процессом кругово-ротного движения. Круговорот веществ — важный фактор сущест­вования биосферы, поддерживающий ее целостность и устой­чивость.

Каждый элемент, входящий в состав живого вещества, посту­пает в организм из окружающей среды, вовлекается в процесс клеточного метаболизма, после чего снова возвращается в окру­жающую среду, а затем опять используется живой природой. Следовательно, химические элементы многократно вовлекаются в круговорот веществ. В противном случае запасы любого элемен­та на Земле быстро бы иссякли и жизнь прекратилась. Но вместе с тем некоторая часть биосферного вещества благодаря кон­центрационной функции живых организмов выходит из круговоро­та за пределы современной биосферы, в глубокие слои земной ко­ры. Вот почему каждое последующее состояние биосферы не пов­торяет предшествующее, биосфера постоянно обновляется, что способствует ее прогрессивному эволюционному развитию. Так, круговорот углерода совершается в течение 3000—5000 лет. Доля углерода, выходящего из этого цикла, ничтожно мала — около стомиллионной доли процента от общего количества находящего­ся в обращении углерода. Но за всю геологическую историю биосферы таких «выходов» углерода за пределы биосферы прои­зошло около 100 тыс., и это привело к накоплению в геологическом прошлом триллионов тонн ископаемого органического вещества, запасенного в углях, нефти, битумах, известняках и других полез­ных ископаемых.

Итак, механизм взаимодействия живого (биотического) и неживого (абиотического) состоит в вовлечении неорганической материи в сферу жизни; после ряда превращений — возврат биотического в прежнее, абиотическое состояние.

212

По той роли, которую играют в этом процессе различные виды организмов, они делятся на три большие группы:

продуценты — организмы, производящие, продуцирующие живое aeiiJ-ство из неживого. В основном это фотосинтетики:

высшие и низшие зеленые растения;

консументы, или потребители,— организмы, использующие для поддерживания своей жизни органические вещества продуцентов. К ним относятся животные, паразитические растения и многие микроорганизмы;

редуценты — организмы, превращающие органическое веще­ство в минеральное — исходный продукт для следующего цикла. Это — бактерии, грибы, растения-сапрофиты.

Образно говоря, начинают эстафету жизни зеленые растения, затем ее подхватывают животные, а к финишу доносят бактерии, где снова подбирают растения. Круг замыкается, чтобы дать на­чало новому обороту, и так бесконечно.

Таких сообществ с замкнутыми пищевыми цепями — биоцено-зов — на Земле множество. Вместе с той средой, в которой про­текает их жизнедеятельность (биотопом), они образуют относи­тельно самостоятельные природные комплексы — биогеоценозы. Основные биогеоценозы мира: моря, реки, озера, болота, леса, степи, пустыни, тундры.

Живое вещество — могущественная геохимическая сила. Рождение биосферы можно рассматривать как качественный скачок в эволюции материи. До ее возникновения на земной поверхности преобладали процессы неживой природы.

Живые организмы с момента возникновения стали могуще­ственной геохимической силой, действующей на Земле около 4 млрд. лет. Живые организмы полностью регулируют состав газовой оболочки нашей планеты, соляной состав вод Мирового океана, обеспечивают круговорот многих химических элементов, использование и трансформацию солнечной энергии, образование почвы, нефти, угля, осадочных пород и других геологических отложений.

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Что представляет собой биосфера? Какое место она занимает на планете Земля?

2. В. И. Вернадский писал: «Живое вещество... подобное массе газа растекается по земной поверхности и оказывает опре­деленное давление в окружающей среде...» Как вы понимаете это высказывание ученого? Какими свой­ствами организмов вызывается растекание живого вещества? Что входит в понятие «живое вещество»?

3. В чем заключаются основные функции живого вещества биосферы?

213

4. Почему биосферу называют открытой саморегулирующейся системой? Какие вам известны еще открытые и саморегулирую­щиеся биологические системы?

5. Почему возникновение круговорота веществ — исключительно важный момент в истории развития жизни?

6. Почему перед человечеством стоит проблема овладения новыми источниками энергии?