Биосфера и ее защита

Главная > Эволюция природы > Эволюция жизни > Биосфера и экология
Биосфера - круговорот пищи в прирорде

Биосфера - круговорот пищи и информации в прирорде.

Биосфера – живая оболочка Земли, образованная организмами, которые находятся в состоянии непрерывного обмена энергией [и информацией] друг с другом и с внешней средой, получая энергию от Солнца. Эти энергетические отношения образуют пищевую пирамиду, состоящую из продуцентов, консументов и редуцентов. Основание пирамиды образуют группы организмов, производящие органические вещества из неживой природы. Энергетические отношения, складывающиеся и развивающиеся в частных биоценозах, на биосферном уровне образуют общую биосферную систему геобиологических энергетических отношений.

Эволюция биосферы образована двумя взаимно проникающими друг в друга общебиосферными системами – геобиоценозом и геофилогенезом. Последний является результатом эволюции организмов и отражает их генетическое родство. Эволюцию биосферы наиболее полно можно исследовать только на основании этих двух принципиально разнородных особенностей жизни, используя принцип дополнительности. Борьба за пищу, т.е. энергию, необходимую для жизни и эволюции организма, является главной целью естественного отбора, который привел к возникновению человека.

Что интересно, объем микрофлоры на Земле, который расположен под землей, превышает объем жизни, который на поверхности, в атмосфере.

Разделы страницы о живой оболчке Земли:

  • Биосфера Земли
  • Пищевые, энергетические и информационные цепи
  • Коэволюция, мутуализм, симбиоз, сингенез
  • Современные биоценозы и экологические ниши
  • Экология - контроль и защита биосферы

Также смотрите тематически близкие страницы:


Биосфера Земли

Космический контекст существования биосферы выражен в её обусловленности многими космическими процессами, включая гелиофизические, ранее формировавшие планеты солнечной системы с уникальными свойствами в расположении планет, которые не наблюдаются в сотнях других открытых планетарных систем.

Можно указать некоторые факты, говорящие об обусловленности структуры земной биосферы космическими параметрами:

  1. Радиус орбиты Земли REarth =4πRg, где Rg — гравитационный радиус ядра нашей Галактики. Таким образом, орбита Земли соответствует частоте собственных колебаний ядра Галактики.
  2. Масса биосферы определяется гравитационной постоянной тонкой структуры протона и массой Вселенной mbioGpMH.
  3. Длина интегральной ДНК биосферы равна радиусу наблюдаемой Вселенной LDNA=RH.
  4. Количество нуклеотидов в биосфере n=αGp-1/4.
  5. Длина спирализованной ДНК (in vivo) Lsp=(RH LP)1/2, где LP — планковская длина и т.д.

Теории биосферы как единого целого

Учение Вернадского

Володя Вернадский - гимназист (1878 г.)

Основоположник теории биосферыноосферы) - наш соотечественник Владимир Иванович Вернадский. Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но потом от этой трактовки отказался и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени. Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы. (Из Википедии) Исходя из-этой концепции "вечности жизни" Вернадский был сторонником гипотезы панспермии.

Функции биосферы, осуществляемые живым веществом, по Вернадскому:.

  1. Газовая функция, в результате которой все газы биосферы теснейшим образом связаны с жизнью. Они создаются биогенным путем и им же уничтожаются (N2 — О2— СО2 — СН4— Н2 — NH3 — H2S).
  2. Кислородная функция — образование свободного кислорода (из СО2 и Н2О и т.п.).
  3. Окислительная функция — окисление более бедных кислородом соединений, происходящее в биосфере.
  4. Кальциевая функция — выделение кальция в виде чистых солей (простых и сложных), углекислых, щавелевокислых, фосфорнокислых.
  5. Восстановительные функции — создание из сульфатов соединений типа H2S, FeS2.
  6. Концентрационная функция, определяющая переход некоторых элементов из обычного для них рассеянного состояния в скопления под действием живых организмов, что известно для таких элементов, как углерод, кальций, азот, железо, марганец и др.
  7. Функция сгорания органических соединений (разложение организмов после смерти с выделением Н2О, СО2 и N2).
  8. Функция восстановительного разложения органических соединений, дающая H2S, CH4, Н2.
  9. Функция метаболизма и дыхания организмов, связанная с поглощением О2 и Н2О, выделением СО2 и миграцией органических соединений.

Идеи Лавлока (Земля - "Гайа" - живой организм)

Джеймс Лавлок и Гайя (2000 г.)

На Западе, независимо от Вернадского к идее биосферы-организма, регулирующего не только себя, но и геосферу, пришел Джеймс Лавлок. Свои идеи в популярной форме он изложил в известной (первой своей) книге "Гайя: новый взгляд на жизнь на Земле".

А началось всё так. Совместно с Дайан Хичкок он провел исследование атмосферы Марса, сравнил результаты с соответствующими данными об атмосфере Земли и обнаружил «вопиющее различие между атмосферами двух планет». На Марсе были отмечены близость к химическому равновесию и преобладание углекислого газа, а на Земле — состояние глубокого химического не-равновесия. Лавлок с сожалением пришел к заключению, что «на сегодня Марс лишён жизни, хотя, вполне возможно, она там была раньше». Эти исследования явились основой для создания новой фундаментальной теории, что Земля является саморегулирующейся системой, способной удерживать комфортный климат и химический состав для организмов, населяющих её. Сама биомасса изменяет условия на планете, чтобы сделать условия на планете более гостеприимными. [Т.е., биосфера регулирует атмосферу, гидросферу и даже поверхность Земли (а может и глубже?), обеспечивая нужные условия для своего существования.]

Научные аргументы гипотезы:

  1. Глобальная поверхностная температура Земли осталась постоянной, несмотря на увеличение энергии от Солнца.
  2. Состав атмосферы остается постоянным, даже когда, казалось бы, он не должен быть постоянным.
  3. Соленость океана также постоянна.

Джеймс Лавлок считает, что перенаселение планеты и загрязнение окружающей среды перешли тот порог, за которым планета уже не может удерживать параметры среды на прежних уровнях. Ученый предсказывает скачкообразный переход системы Земли в иное состояние с более высокими температурами по всей поверхности планеты. Основные силы человечества должны быть направлены не на то, чтобы вернуться к существовавшим ранее параметрам, а к тому, чтобы сохранить цивилизацию и культуру при надвигающемся кризисе. Повсеместный подъем температуры приведет к смещению пригодных для жизни территорий в северные районы [Будущее - за Россией и Антарктидой! :)]. Южные широты станут практически непригодными для жизни. Будет ощущаться повсеместная нехватка питьевой воды и пищи. По своим экологическим параметрам численность человека как вида на планете должна быть около 500 миллионов. В сентябре 2007 года Лавлок несколько смягчил свою позицию. Выступая перед ежегодным симпозиумом Всемирной ядерной ассоциации (World Nuclear Association’s Annual Symposium), он предположил, что климат планеты стабилизируется и сама она установит для себя новый жизненный режим. Он подчеркнул, однако, что живые существа вынуждены будут мигрировать, чтобы найти себе пригодные для проживания места[

Книги Джеймса Лавлока:

Статьи о взглядах Лавлока на биосферу:

Взгляды Нурбека Маженова на гомеостазис Земли и участие биосферы

Нурбек Мажанов - автор идеи биогенного происхождения океана и многих других, возможно, открытий

Вот основные (очень оригинальные и интересные) идеи кандидата экономических наук Н. Маженова:

  1. Отношение площади поверхности материков и океанов - константа [а что происходит при пульсациях Земли?]
  2. Относительная площадь ледников Земли - константа [а как же "Земля-снежок"?]
  3. Не только атмосфера (по Лавлоку), но и океан имеют биогенное происхождение
  4. Планеты появились из вакуума и постепенно увеличиваются в массе и размерах

Ссылки на ряд работ Н. Мажанова в сфере биологии, астрономии и физики:

Влияние биосферы на другие сферы Земли

В  последнее время все больше внимания уделяется биогенному фактору в образовании месторождений полезных ископаемых, и получает развитие новое направление в науке — геомикробиология.

Будущее биосферы

Природа всегда права; ошибки же и заблуждения исходят от людей. Иоганн Вольфганг Гете

Пищевые, энергетические и информационные цепи

Пищевая пирамида Ледовитого океана

Коэволюция, мутуализм, симбиоз, сингенез

Коэволюция, мутуализм и симбиоз

Взаимовыгодное сотрудничество — мутуализм — сейчас часто рассматривается специалистами по коэволюции как один из основных механизмов усложнения и поддержания устойчивости экосистем. Вспомним симбиоз высших растений с грибами (микориза) и азотфиксирующими бактериями, во многом определивший саму возможность успешного заселения суши, и огромное количество животных, переваривающих пищу с участием простейших и бактерий. Не такой тесный (его сейчас называют симбиотическим), как в приведенных выше примерах, мутуализм растений и опылителей, а также растений и распространяющих семена животных также весьма важен для функционирования экосистем. В конце концов, митохондрии и хлоропласты, необходимые для развития сложных многоклеточных организмов, суть потомки бактерий, окончательно утратившие способность к свободной жизни и ставшие органеллами.

Но мутуализм может не только возникать, но и утрачиваться. Если два вида жизненно необходимы друг для друга, то вымирание одного из партнеров обязательно приводит к вымиранию другого. Если же мутуализм не настолько специализированный, то один из партнеров может пережить вымирание другого. Однако такое взаимодействие, согласно теоретическим исследованиям, может тоже оказаться неустойчивым, исчезнув либо из-за редкости одного из партнеров, либо из-за перехода одного из них к паразитизму (мутуализм держится на соотношении затрат и преимуществ каждого из партнеров, а отбор часто может способствовать сокращению затрат при сохранении преимуществ, что может привести к тому, что один партнер начнет эксплуатировать другого, не давая ничего взамен), либо если один из партнеров перестает нуждаться в другом, попав в новую среду (например, клубеньковые бактерии оказываются ненужными на богатых азотом почвах). Однако эти результаты теоретической коэволюционной биологии имеют мало эмпирической поддержки — во многом по причине того, что известно довольно мало подходящих систем партнерств, многократно терявших и приобретавших мутуализм.

Филогения сообществ организмов (сингенетика)

Дю Рие (DuRietz, 1921) назвал сингенетикой учение о филогении сообществ организмов. Термин сингенез употребляют как в узком (сукцессионные ряды, «синонтогенез»), так и в широком смысле (историческое развитие сообществ, филоценогенез, по В. Н. Сукачеву, 1954). Говоря об онтогенезе и филогенезе сообществ, мы невольно уподобляем их организмам и популяциям. В начале века сообщество рассматривали как сверхорганизм со строго детерминированным развитием от ювенильных, пионерских стадий к заключительным, климаксовым (Clements, 1916). Однако сукцессионные смены не ведут к единственному устойчивому заключительному сообществу — моноклимаксу. Как правило, сохраняется множество типов сообществ, которые образуют ряды или мозаику. Вся эта сложная динамическая система (поликлимакс) обладает значительной устойчивостью. Границы сообществ обычно расплывчаты, в ряде случаев вообще неясно, где кончается одно сообщество и начинается другое. Такая ситуация описана в американских прериях (в разных штатах прерия имеет различный облик, но невозможно установить, в каком месте происходит изменение — оно непрерывно) и названа континуумом (McIntosh, 1967).

Организменной концепции сообщества была противопоставлена индивидуалистическая, согласно которой сообщество — это случайное скопление видов с более или менее совпадающими требованиями к среде, свободно переходящих из одного скопления в другое (Gleason, 1926). Неопределенны как пространственные, так и временные границы сообществ, изменения во времени непрерывны, в каждый последующий момент (в масштабах геологического времени) сообщество уже не то, что в предыдущий. Сторонники индивидуалистической концепции считают, например, что современный редвуд (лес сSequoia) имеет мало общего с миоценовым (Mason, 1947). Тем не менее тот и другой все же называют редвудом. Здесь мы сталкиваемся с обычным противоречием между таксономическим и филогенетическим аспектами эволюции. Не вызывает сомнений, что с миоцена до наших дней редвуд претерпел значительные изменения, но секвойя сохранила доминирующее положение, т. е. основной таксономический критерий не был затронут.

В  сообществе существует распределение ролей в пространственных, трофических, репродуктивных, конкурентных, симбиотических связях, составляющих его функциональную структуру. Виды, занимающие те или иные экологические ниши, меняются, но сама структура и тесно связанные с нею доминирующие формы сохраняются. Палеонтологическая летопись свидетельствует о длительном гомеостазе основных типов сообществ. Хронофауны (Olson, 1952) и полихронные флоры (Криштофович, 1946) устойчивы в течение многих миллионов лет как сложные системы с динамическими отношениями между составляющими их сообществами.

Экологи различают устойчивость сообществ (способность к регенерации при нарушениях) и «упругость» (сохранение основной структуры при внешних воздействиях). Сложные биоценозы обладают большой устойчивостью, но незначительной «упругостью». Воздействия, превышающие их регенерационную способность, ведут к быстрой перестройке. В умеренной зоне северного полушария кордаитовые леса были основной растительной формацией с середины раннекаменноугольной эпохи по конец палеозоя, в промежутке 325–230 млн. лет. Затем, с середины триасового и по середину мелового периода, тоже приблизительно 100 млн. лет (200–90 млн.), здесь господствовали феникопсисовые леса. С датского века и по настоящее время (65 млн. лет) эту зону занимают хвойные и листопадные широколиственные леса. Таким образом, отчетливо проявляется периодичность сингенеза. Периоды гомеостаза продолжительностью около 100 млн. лет сменялись относительно краткими революционными периодами. Переход от одного равновесного состояния к другому сопровождался вымиранием и изменением экологического статуса многих видов. Например, при переходе от феникопсисовых лесов к хвойно-широколиственным основные доминанты или вымирают (феникопсис), или сохраняются как второстепенные члены новых формаций (гинкго). Экспансия и взрывная эволюция преадаптированных и ценотически менее зависимых видов заполняла экологический вакуум.

Антагонистическая коэволюция и гипотеза эскалации

Согласно «гипотезе эскалации» (см.: G. J. Vermeij, 2013. On Escalation), важнейшей движущей и направляющей силой эволюции является эволюционная гонка вооружений (антагонистическая коэволюция), в том числе между хищниками и их жертвами. Предполагается, что хищники постепенно становились всё более мощными, активными и прожорливыми. Это вынуждало их жертв вырабатывать разнообразные средства пассивной и активной защиты. В результате в биоте должна была расти доля крупных, энергичных, быстрых животных с высоким уровнем метаболизма. Кроме того, должно было идти освоение труднодоступных сред и ресурсов, если это помогало жертвам хотя бы ненадолго спастись от хищников.

Например, анализ данных по ископаемым раковинам показал, что размер самих хищников неуклонно рос в течение фанерозоя. Что касается жертв, то они не становились крупнее, но среди них росла доля подвижных и закапывающихся форм.

Современные биоценозы и экологические ниши

Гидробиология

Планктон (поверхностная биота)

Основные 4 группы океанского микроnланктона: фораминиферы, кокколитофориды, диатомеи, радиолярии.

Глубинная биота водоёмов

Зообентос и фитобентос (донная биота)

Экология - контроль и защита биосферы

Охрана окружающей среды (также прикладная экология или энвайронментология) — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.

Также смотрите термины по экологии.

Экологические порталы

Обзоры по экологическим проблемам

Статьи по экологическим решениям

Интересные факты по экологии


Главная   Науки о природе   Биология :

Биохимия | Генетика | Эволюционная теория | Биокризисы | Палеонтология | Биогенез | Вирусология | Микробиология | Ботаника | Микология | Зоология | Биопорталы | Биоцентры | Биокнига

На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 13.11.2017
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня