Определение и структура биосферы

Биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера является экосистемой высшего уровня и представляет часть твердой, водной и газовой оболочки Земли, в которой обитают живые организмы. Таким образом по физическим природным условиям биосфера может быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу, а пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни.

Основными свойствами биосферы являются:

§ централизация (в центре – все живые организмы),

§ открытость (для получения энергии извне),

§ саморегуляция (способность восстановления исходного состояния),

§ разнообразие (сред, природных зон, видов живых организмов),

§ непрерывность протекания процессов (за счет кругооборота веществ).

Рис. Типы веществ, слагающих биосферу

Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по Вернадскому, - это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается и перерабатывается совокупностью живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, известняк, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. Оно создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами и представляет системы динамического равновесия тех и других. Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль.

Биокосное вещество планеты – это почва и все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества.

Живое вещество – самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли за время своего существования. Все живое вещество нашей планеты составляет 1/11 млн. часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество представляет собой наиболее организованную часть материи Земли.

Живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек Земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в наше время равно 2420 млрд. т.

Химический состав живого вещества представлен элементами, широко распространенными в природе (атмосфера, гидросфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера.

В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Как уже было отмечено, H, C, O, N, P и S являются главными химическими элементами живого вещества и их называют биофильными. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные постройки представлены углеводами, липидами, белками, нуклеиновыми кислотами. Перечисленные части живого вещества находятся в организмах в тесном взаимодействии. Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения.

В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1. Молекулярный (генетический) – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2. Клеточный уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяют на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

4. Органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

5. Организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов.

6. Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическим факторами.

8. Биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

Лекция № 2

Организм и окружающая среда как система