Біосфера - це середовище нашого життя, це та природа, яка нас оточує, про який ми говоримо в розмовній мові. Людина - перш за все - своїм диханням, проявом своїх функцій, нерозривно пов'язаний з цією «природою», хоча б він жив в місті чи в затишному будиночку.
За В. І. Вернадським - біосфера (грец. bios - життя, sphaira - куля, сфера) - складна зовнішня оболонка Землі, населена організмами, складовими в сукупності живої речовина планети. Це один з найважливіших геосфер Землі, що є основним компонентом природного середовища, що оточує людину.
Вперше термін «біосфера» був введений у науку геологом з Австрії
Едуардом Зюсом в 1875 р. Він розумів під біосферою тонку плівку життя наземної поверхні. Роль і значення біосфери для розвитку життя на нашій планеті виявилася настільки велика, що вже в першій третині XX ст. виник новий фундаментально науковий напрямок у природознавстві - вчення про біосфері, основоположником якого є великий російський вчений В. І. Вернадський.
I. Вчення В. І. Вернадського про біосферу
1. Характеристика головних типів речовин біосфери
За сучасними уявленнями, біосфера - це особлива оболонка землі,що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети,що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.
Ці уявлення базуються на вченні В. І. Вернадського (1863 -1945) про біосферу, що є найбільшим з узагальнень в галузі природознавства у ХХ ст. Найважливіше значення його вчення на весь зріст виявилася лише у другій половині століття. Цьому сприяв розвиток екології і, перш за все глобальної екології, де біосфера є основним поняттям.
Вчення Вернадського про біосферу - це цілісне фундаментальне вчення,органічно пов'язаний з найважливішими проблемами збереження і розвитку життя на Землі, що знаменує собою принципово новий підхід до вивчення планети яка розвивається як саморегульована системи минулого, сьогодення і майбутнього.
За уявленнями В. І. Вернадського, біосфера містить у собі живу речовину, утворену сукупністю організмів; біогенна речовина,яка створюється в процесі життєдіяльності організмів (гази атмосфери,кам'яне вугілля, нафта, торф, вапняки та ін); відсталу речовину, яка формується без участі живих організмів; біокосні речовина, що представляє собою спільний результат життєдіяльності організмів і небіологічних процесів (наприклад, грунту);а також радіоактивна речовина - речовина космічного походження (метеорити тощо) і розсіювання атоми. Всі ці сім типів речовин геологічно пов'язані між собою.
Межі біосфери визначаються факторами земного середовища, які роблять неможливим існування живих організмів. Верхня межа проходить приблизно на висоті 20 км від поверхні планети і обмежена шаром озону,що затримує згубні для життя короткохвильові частини ультрафіолетового випромінювання Сонця. Таким чином, живі організми можуть існувати в тропосфері і нижніх шарах стратосфери. У гідросфері земної кори організми проникають на всю глибину Світового океану - до 10-11 км. У літосфері життя зустрічається на глибині 3,5-7,5 км, що обумовлено температурою земних надр і умовою проникнення води в рідкому стані.
Атмосфера.
Газова оболонка складається в основному з азоту і кисню. У невеликих кількостях в ній міститься діоксидвуглецю (0,03%) і озон. Стан атмосфери дуже впливає на фізичні, хімічні та біологічні процеси на поверхні Землі й у водному середовищі. Для біологічних процесів найбільше значення мають: кисень, який використовується для дихання і мінералізації мертвої органічної речовини, діоксидвуглецю, що бере участь у фотосинтезі, і озон, екранує земну поверхню від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Азот, діоксидвуглецю, пари води утворилися в значній мірі завдяки вулканічної діяльності, а кисень - в результаті фотосинтезу.
Гідросфера.
Вода - найважливіший компонент біосфери і один з необхідних чинників існування живих організмів. Основна її частина (95%) знаходиться у Світовому океані, що займає близько 70% поверхні земної кулі і містить 1300млн. км3. Поверхневі води (озера, річки) включають всього 0,182 млн. км3, а кількість води в живих організмах складає всього 0,001 млн. км3.
Значні запаси води (24 млн. км3) містять льодовики. Велике значення мають гази, розчинені у воді: кисень і діоксидвуглецю. Їх кількість широко варіює від температури і присутності живих організмів. Діоксиду вуглецю, що міститься у воді, у 60 разів більше, ніж в атмосфері.
Гідросфера формувалася у зв'язку з розвитком літосфери, яка протягом геологічної історії Землі виділяла велику кількість водяної пари.
Літосфера.
Основна маса організмів, що мешкають в межах літосфери, знаходиться в грунтовому шарі, глибина якого не перевищує кількох метрів. Грунт включає мінеральні речовини, які утворюються при руйнуванні гірських порід, і органічні речовини - продукти життєдіяльності організмів.
Живі організми (жива речовина).
Хоча межі біосфери досить вузькі, живі організми в їх межах розподілені дуже нерівномірно. На великій висоті і в глибинах гідросфери і літосфери організми зустрічаються відносно рідко. Життя зосереджене головним чином на поверхні Землі, в грунті і в приповерхневому шарі океану. Загальну масу живих організмів оцінюють в 2,43 х1012т. Біомаса організмів, що живуть на суші, на 99,2% представлена зеленими рослинами і 0,8% - тваринами і мікроорганізмами. Навпаки, в океані на частку рослин припадає 6,3%, а на частку тварин і мікроорганізмів - 93,7% усієї біомаси. Життя зосереджене головним чином на суші. Сумарна біомаса океану складає всього 0,03 х10 12 т, або 0,13% біомаси всіх істот,живуть на Землі.
У розподілі живих організмів за видовим складом спостерігається важлива закономірність. Із загального числа видів 21% припадає на рослини, але їх внесок у загальну біомасу становить 99%. Серед тварин 96% видів --безхребетні і лише 4% - хребетні, з яких десята частина --ссавці. Маса живої речовини складає всього 0,01-0,02% від сталих речовин біосфери, однак вона відіграє провідну роль у геохімічних процесах. Речовини і енергію, необхідну для обміну речовин, організми черпають з навколишнього середовища. Обмежені кількості живої матерії відтворюються, перетворюються і розкладаються. Щорічно, завдяки життєдіяльності рослин і тварин, відтворюється близько 10% біомаси.
Суть вчення В. І. Вернадського полягає у визнанні виключної ролі «живої речовини», що перетворює обличчя планети. Сумарний результат його діяльності за геологічний період часу величезний. За словами Вернадського, «на земній поверхні немає хімічної сили більш постійнодіючої, а тому більш могутньою по своїм кінцевим наслідків,ніж живі організми, взяті в цілому ». Саме живі організми вловлюють і перетворюють енергію Сонця і створюють нескінченну різноманітність нашого світу.
Другим найголовнішим аспектом вчення В. І. Вернадського є розроблене ним подання про організованості біосфери, яка проявляється в узгодженому взаємодії живого і неживого, взаємного пристосування організму та середовища. «Організм, - писав В. І. Вернадський, --має справу з середовищем, до якого він не лише пристосований, але яке пристосоване до нього».
Ця взаємодія позначається насамперед у створенні численних нових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види не існували раніше і без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тваринного, рослинного царства і культурного людства як роботу єдиного цілого.
Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери,можна стверджувати, що вона може існувати і розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково тому В. І. Вернадський вважає,що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим чином матеріально й енергетично з нею зв'язані.
В. І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина,можливо, має і свій процес еволюції, що виявляється в зміні з ходу геологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.
В. І. Вернадський обгрунтував також найважливіші подання про форми перетворення речовини, шляхи біогенної міграції атомів, тобто міграції хімічних елементів за участю живої речовини, накопиченні хімічних елементів, про рушійні фактори розвитку біосфери і ін..
Процес розвитку біосфери
Найважливішою частиною вчення Вернадського є уявлення про її виникненні та розвитку. Сучасна біосфера виникла не відразу, а в результаті тривалої еволюції в процесі постійної взаємодії абіотичних та біотичних факторів. Перші форми життя, мабуть, були представлені анаеробними бактеріями. Однак творча і перетворююча роль живої речовини стала здійснюватися лише з появою в біосфері фотосинтезуючих автотрофів - ціанобактерій і синьо-зелених водоростей (прокаріотів), а потім і справжніх водоростей і наземних рослин (еукаріотів), що мало вирішальне значення для формування сучасної біосфери. Діяльність цих організмів призвела до накопичення в біосфері вільного кисню, що розглядається як один з найважливіших етапі еволюції.
У стислому вигляді ідеї В. І. Вернадського про еволюцію біосфери можуть бути сформульовані наступним чином:
1. Спочатку сформувалася літосфера - провісник навколишнього середовища, а потім після появи життя на суші - біосфера.
2. Протягом усієї геологічної історії Землі ніколи не спостерігалися геологічні епохи позбавлені життя. Отже, сучасне жива речовина генетично пов'язане з живою речовиною минулих геологічних епох.
3. Живі організми - головний фактор міграції хімічних елементів у земній корі, «принаймні, 90% за вагою маси її речовини в своїх істотних рисах обумовлено життям». (В. Вернадський)
4. Грандіозний геологічний ефект діяльності обумовлений тим, що їх кількість нескінченно велика і діють вони практично протягом нескінченно великого проміжку часу.
5. Основним рушійним фактором розвитку процесів у біосфері є біохімічна енергія живої речовини.
Вінцем творчості В. І. Вернадського стало вчення про ноосферу, тобто сфері розуму.
В цілому вчення Вернадського про біосферу заклав основи сучасних уявлень про взаємозв'язок і взаємодії живої та неживої природи.
Практичне значення вчення про біосферу величезне. В наші дні воно служить природничою основою раціонального природокористування і охорони навколишнього природного середовища.
Висновок
Перехід до ноосфери
Вернадський, аналізуючи геологічну історію Землі, стверджує, що спостерігається перехід біосфери в новий стан - у ноосферу під дією нової геологічної сили, наукової думки людства. Однак у працях Вернадського немає закінченого і несуперечливого тлумачення сутності матеріальної ноосфери як перетвореної біосфери. В одних випадках він писав про ноосферу в майбутньому часі (вона ще не настала), в інших в теперішньому (ми входимо в неї), а іноді пов'язував формування ноосфери з появою людини розумної або з виникненням промислового виробництва. Треба зауважити, що коли в якості мінералога Вернадський писав про геологічної діяльності людини, він ще не вживав понять "Ноосфера" і навіть "біосфера". Про формування на Землі ноосфери він найбільш докладно писав у незавершеної роботі "Наукова думка як планетне явище ", але переважно з точки зору історії науки.
Отже, що ж ноосфера: утопія чи реальна стратегія виживання? Праці Вернадського дозволяють більш обгрунтовано відповісти на поставлене питання,оскільки в них зазначений ряд конкретних умов, необхідних для становлення та існування ноосфери. Перерахуємо ці умови:заселення людиною всієї планети;різке перетворення засобів зв'язку та обміну між країнами;посилення зв'язків, у тому числі політичних, між всіма країнами Землі;початок переважання геологічної ролі людини над іншими геологічними процесами, що протікають у біосфері;розширення меж біосфери та вихід у космос; відкриття нових джерел енергії;рівність людей всіх рас і релігій;збільшення ролі народних мас у вирішенні питань зовнішньої та внутрішньої політики;свобода наукової думки та наукового шукання від тиску релігійних,філософських і політичних побудов та створення в державному ладі умов, сприятливих для вільної наукової думки;продумана система народної освіти і піднесення добробуту трудящих. Створення реальної можливості не допустити недоїдання і голоду,злиднів і надзвичайно послабити хвороби;розумне перетворення первинної природи Землі з метою зробити її здатної задовольнити всі матеріальні, естетичні і духовні потреби чисельно зростаючого населення;виключення війн з життя суспільства.
Центральною темою навчання про ноосферу є єдність біосфери і людства. Вернадський у своїх роботах розкриває корені цієї єдності,значення організованості біосфери в розвитку людства. Це дозволяє зрозуміти місце і роль історичного розвитку людства в еволюції біосфери, закономірності її переходу в ноосферу.
Однією з ключових ідей, що лежать в основі теорії Вернадського про ноосферу, є те, що людина не є самодостатньою живою істотою, що живе окремо за своїми законами, він співіснує у середині природи і є частиною її. Ця єдність зумовлена перш за все функціональної нерозривністю навколишнього середовища і людини, що намагався показати Вернадський як біогеохімік. Людство саме по собі є природне явище і природньо, що вплив біосфери позначається не тільки на середовищі життя, але і на образі думки.
Рі́вні організа́ції живо́ї мате́рії — ієрархічно супідрядні рівні організації біосистем, що відображають рівні їх ускладнення. Найчастіше виділяють шість основних структурних рівнів життя: молекулярний, клітинний, організменний, популяційно-видовий, біогеоценотичний та біосферний. У типовому випадку кожен з цих рівнів є системою з підсистем нижчого рівня і підсистемою системи вищого рівня.
Слід підкреслити, що побудова універсального списку рівнів біосистем неможлива. Виділяти окремий рівень організації доцільно в тому випадку, якщо на ньому виникають нові властивості, відсутні у систем нижчого рівня. Наприклад, феномен життя виникає на клітинному рівні, а потенційне безсмертя — на популяційному[1]. При дослідженні різних об'єктів або різних аспектів їх функціонування можуть виділятися різні набори рівнів організації. Наприклад, у одноклітинних організмів клітинний і організменний рівень збігаються. При вивченні проліферації (розмноження) клітин багатоклітинного рівня може бути необхідне виділення окремих тканинного і органного рівнів, так як для тканини і для органу можуть бути характерні специфічні механізми регуляції досліджуваного процесу.
Одним із висновків, що випливають із загальної теорії систем є те, що біосистеми різних рівнів можуть бути подібні у своїх істотних властивостях, наприклад, принципах регуляції важливих для їхнього існування параметрів.
Молекулярний рівень організації життя
Це специфічні для живих організмів класи органічних сполук (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти тощо), їх взаємодія між собою і з неорганічними компонентами, роль в обміні речовин та енергії в організмі, зберіганні й передачі спадкової інформації. Цей рівень можна назвати початковим, найбільш глибинним рівнем організації живого. Кожен живий організм складається із молекул органічних речовин—білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, жирів, які знаходяться в клітинах. Зв'язок між молекулярним і наступним за ним клітинним рівнем забезпечується тим, що молекули — це той матеріал, з якого створені надмолекулярні клітинні структури. Тільки вивчивши молекулярний рівень можна зрозуміти, як протікали процеси зародження і еволюції життя на нашій планеті, якими є молекулярні основи спадковості і процесів обміну речовин в організмі. Адже саме на молекулярному рівні відбувається перетворення всіх видів енергії і обмін речовин в клітині. Механізми цих процесів також універсальні для всіх живих організмів.
Клітинний рівень організації життя
Представлений вільноживучими одноклітинними організмами і клітинами, що входять в багатоклітинні організми.
Тканинний рівень організації життя
Тканинний рівень представлений тканинами, що об'єднують клітини певної будови, розмірів, розташування і подібних функцій. Тканини виникли в ході історичного розвитку разом з багатоклітинністю. У багатоклітинних організмів вони утворюються в процесі онтогенезу як наслідок диференціації клітин. У тварин розрізняють кілька типів тканин (епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова, а також кров і лімфа). У рослин розрізняють меристематичну, захисну, основну і провідну тканини. На цьому рівні відбувається спеціалізація клітин.
Органний рівень організації життя
Органний рівень представлений органами організмів. В найпростіших травлення, дихання, циркуляція речовин, виділення, пересування і розмноження здійснюються за рахунок різних органелл. У досконаліших організмів є системи органів. У рослин і тварин органи формуються за рахунок різної кількості тканин. Для хребетних характерна цефалізація, яка захищається в зосередженні найважливіших центрів і органів чуття в голові.
Організмовий рівень організації життя
Представлений одноклітинними і багатоклітинними організмами рослин, тварин, грибів і бактерій.
Популяційно-видовий рівень організації життя
Представлений в природі величезною різноманітністю видів і їх популяцій. Складається з групи споріднених особин, об'єднаних певним генофондом і специфічною взаємодією з навколишнім середовищем Для цього рівня властивим є мікроеволюція і вироблення адаптацій до змінного середовища, видоутворення
Біогеоценотичний рівень організації життя
Представлений різноманітністю природних і культурних біогеоценозів у всіх середовищах життя. На цьому рівні відбувається біохімічний кругообіг речовин і потік енергії, що підтримують життя.
Біосферний рівень організації життя
П.редставлений вищою, глобальною формою організації біосистем — біосферою. Компонентами є біогеоценози та антропогенний вплив.
|