Многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы

Многообразие живых организмов –

основа  организации и устойчивости биосферы

Огромное  видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения  со средой и играет свою роль в трансформации  энергии. Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий  среды в той или иной части  биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или  иной биоценоз — пространственно  ограниченные части биосферы — не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных  к совместному обитанию. Такие  сообщества называются биоценозами.

Важное  экологическое правило состоит  в том, что чем разнороднее  и сложнее биоценозы, тем выше устойчивость, способность противостоять  различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение  длительного времени, другие закономерно  изменяются. Озера превращаются в  болота — идет образование торфа, а в итоге на месте озера  вырастает лес.

Процесс закономерного изменения биоценоза  называется сукцессией. Сукцессия —  это последовательная смена одних  сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке  среды. При естественном течении  сукцессия заканчивается формированием  устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов  организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено  тем, что каждый новый компонент  биоценоза открывает новые возможности  для вселения. Например, появление  деревьев позволяет проникнуть в  экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

В ходе естественного отбора в составе  биоценоза неизбежно сохраняются  лишь те виды организмов, которые могут  наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Формирование биоценозов имеет существенную сторону: «соревнование за место под солнцем» между различными биоценозами. В  этом «соревновании» сохраняются лишь те биоценозы, которые характеризуются  наиболее полным разделением труда  между своими членами, а следовательно, более богатыми внутренними биотическими связями.

Так как каждый биоценоз включает в себя все основные экологические группы организмов, он по своим возможностям приравнивается биосфере. Биотический  круговорот в пределах биоценоза  — своеобразная уменьшенная модель биотического круговорота Земли.

Основа  организации и устойчивости биосферы

Термин "биосфера" был введен для обозначения  общего облика поверхности Земли, обусловленного наличием на ней всей массы живых  организмов. Два главных компонента биосферы — живые организмы и  среда их обитания (включая нижние слои атмосферы, водную среду) — сосуществуют в постоянном взаимодействии, образуя  целостную систему. Отдельные популяции  живых организмов не являются изолированными от окружения. В ходе эволюции образуются биоценозы - сообщества животных, растений, микроорганизмов, В совокупности со средой обитания биоценозы образуют биогеоценозы. В них происходит непрерывный  обмен веществом и энергией, которые  реализуются множеством трофических  цепочек и биогеохимических циклов. Биогеоценозы служат элементарными  ячейками биосферы, которые, взаимодействуя между собой, устанавливают динамическое равновесие в ней. Живое вещество выполняет системообразующую роль в суперсистеме жизни - биосфере. Высокая  степень согласованности всех видов  жизни в биосфере есть результат  совместно протекающей эволюции взаимодействующих биологических  систем — коэволюции. Коэволюционное развитие проявляется в тонкой взаимной приспособляемости видов, во взаимодополнении живых систем. В конечном итоге  коэволюция приводит к увеличению разнообразия и сложности в природе. В этом представлении состоит суть концепции  коэволюции. Согласно ей многообразие живых организмов — это основа организации и устойчивости биосферы. Каждый биологический вид выполняет  свою функцию в биосферном циркулировании вещества, энергии, в обмене информацией  и осуществлении обратных связей. В связи с этим очевидна опасность  уменьшения численности видов живых  организмов и сокращение генофонда, которые непрерывно происходят под  давлением человеческой цивилизации  на природу.

Таким образом

1. Устойчивость биосферы в целом,  ее способность эволюционировать  определяется тем, что она представляет  собой систему относительно независимых  биоценозов. Взаимосвязь между ними  ограничивается связями посредством  неживых компонентов биосферы: газов,  атмосферы, минеральных солей,  воды и т.д.

2. Биосфера представляет собой  иерархически построенное единство, включающее следующие уровни  жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих  уровней обладает относительной  независимостью, и только это  обеспечивает возможность эволюции  всей большой макросистемы.

3. Многообразие форм жизни, относительная  устойчивость биосферы как среды  обитания и жизни отдельных  видов создают предпосылки для  морфологического процесса, важным  элементом которого является  совершенствование реакций поведения,  связанных с прогрессивным развитием  нервной системы. Сохранились  лишь те виды организмов, которые  в ходе борьбы за существование  стали оставлять потомство, несмотря  на внутренние перестройки биосферы  и изменчивость космических и  геологических факторов.

Распределение живого вещества

«Быть живым, — отмечал В.И. Вернадский, — значит, быть организованным». На протяжении миллиардов лет существования  биосферы организованность создается  и сохраняется благодаря деятельности живых организмов.

Живая природа является основной чертой проявления биосферы, она резко отличает ее тем самым от других земных оболочек. Строение биосферы прежде всего и  больше всего характеризуется жизнью. Эта самая мощная геологическая  сила, живое вещество планеты, представляет собой совокупность весьма хрупких  и нежных живых организмов, по массе  составляющих ничтожную часть созданной  ими биосферы.

Если  живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем всего  в 2 см толщиной.

Химический  состав элементов живого вещества нашей  планеты характеризуется преобладанием  немногих элементов: водород, углерод, кислород, азот являются главными элементами земного живого вещества и поэтому  названы биофильными. Атомы их создают  в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями.

Живые вещества нашей планеты существуют в виде огромного множества организмов со своими индивидуальными признаками, разнообразных форм и размеров. Среди  живых организмов встречаются мельчайшие по форме микроорганизмы и многоклеточные животные и растения крупных размеров. Размеры колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров.

Население биосферы в видовом и морфологическом  отношении так же чрезвычайно  разнообразно. Подсчеты количества видов, населяющих нашу планету, проводились  различными авторами, но их все же можно  считать только приближенными.

Согласно  современным оценкам, на Земле существует около 3 млн видов организмов, из которых на долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных — 2,5 млн видов. Весь органический мир  нашей планеты традиционно разделяется  на растения и животных. В настоящее  время, благодаря изучению структуры  организации живых существ, можно  провести более совершенную классификацию, чем это было раньше.

Живое вещество, по В.И. Вернадскому, «растекается по земной поверхности и оказывает  определенное давление на окружающую среду, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает». Внутренняя энергия, производимая жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них  новых тел. По мнению В.И. Вернадского, геохимическая энергия жизни  выражается в движении живых организмов путем размножения, идущего в  биосфере непрерывно. При этом происходит биогенная миграция атомов: атомы, захваченные  растениями, переходят к травоядным животным, затем — к хищникам, которые питаются травоядными. Мертвые  растения и животные служат пищей  для микроорганизмов, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности  минеральные вещества снова потребляются растениями. Из этого биологического круговорота выпадает лишь небольшой  процент атомов. Эти вышедшие из жизненного процесса биогенные атомы  попадают в косную (неживую) природы, тем самым играя огромную роль в истории биосферы.

Процесс размножения замирает только при  недостатке кислорода в окружающей среде, действии низких температур и  отсутствии места для обитания новых  организмов.

В.И. Вернадский вычислил время, необходимое  различным организмам для «захвата»  поверхности планеты.

Таким образом, он сделал вывод о том, что  мелкие организмы размножаются быстрее  крупных, а домашние животные размножаются быстрее диких.

Классификация живого вещества

Весь  мир живых существ в настоящее  время подразделяют на две большие  систематические группы: прокариоты и эукариоты.

Прокариоты (от лат. pro — вперед, вместо и греч. кагуоп — ядро) — организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром  и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация у них  реализуется и передается через  ДНК, типичный половой процесс отсутствует. К ним относятся бактерии.

Эукариоты (от греч. еu — хорошо, полностью и karyon — ядро) — организмы, обладающие оформленным клеточным ядром, отделенным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал у них заключается в  хромосомах, характерен половой процесс. К ним относится все, кроме  бактерий.

Именно  прокариотам обязана наша планета  появлением атмосферы. Прокариоты могли  существовать в совершенно немыслимых условиях, которые сложились на нашей  планете 3 млрд лет назад — интенсивная  ультрафиолетовая радиация, не удерживаемая озоновым слоем, активнейший вулканизм  — и были одними из самых приспособленных  живых существ. Их потомки, например, сине-зеленые водоросли и сейчас обладают необыкновенной живучестью.

Огромный  шаг в эволюции живого вещества был  сделан, когда появились эукариоты  с их кислородным дыханием. На переход  от прокариотов к эукариотам, вызвавшем  грандиозную перестройку биосферы, ушло еще около миллиарда лет. За обретение кислородного голодания прокариоты заплатили тем, что они стали смертны в обычном смысле слова, в отличие от эукариотов, которые, по-видимому, не имели естественной смерти. Но вместе с этим они приобрели и значительно большую, чем у прокариотов, эффективность использования энергии, благодаря чему смогли гораздо быстрее эволюционировать и стали способны к самосовершенствованию.

Миграция и распределение живого вещества

В связи с действием солнечной  энергии и внутренней энергии  Земли в биосфере совершаются  постоянные процессы движения и перераспределения  вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. Такой интенсивный  круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и  целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи живое вещество способно к аккумуляции энергии, размножению  и обладает огромной скоростью реакций. На Земле нет силы более постоянно  действующей, а поэтому и более  могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые вместе. Жизнь на Земле невозможна без  круговорота веществ. Аккумуляция  и минерализация происходит в  биоценозах.

Постоянство биомассы живого вещества

Количество  биомассы живого вещества приобретает  тенденцию к определенному постоянству. Это достигается тем, что в  природе есть противоположная направленность процессов.

Важнейшим звеном биохимического круговорота  является фотосинтез — мощный естественный процесс, вовлекающий ежегодно в  круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий  кислородный потенциал. Этот процесс  выступает как регулятор основных геохимических процессов в биосфере и как фактор, определяющий наличие  свободной энергии верхних оболочек земного шара. За счет углекислоты  и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный  кислород. Фотосинтез происходит на всей поверхности Земли и создает  огромный геохимический фактор, который  может быть выражен количеством  массы углерода, ежегодно вовлекаемой  в построение органического живого вещества всей биосферы. Продуктивность планетарного фотосинтеза может  быть выражена в количестве масс углекислоты  и воды, потребляемых всеми растениями земного шара в течение года. Учитывая то, что воды мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный  с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный  кислород атмосферы обновлялся не менее  одного миллиона раз.