Тварини і рослини, гриби і бактерії існують не самі по собі, незалежно один від одного, а в тісній взаємодії - впливають на прояви життєдіяльності одних і самі залежать від інших організмів.
З моменту своєї появи, близько 3,5 млрд. Років тому, живі організми стали чинити значний вплив на еволюцію земної кори і атмосфери.
Близько 60 років тому видатний російський учений, академік В.І. Вернадський розробив вчення про біосферу - оболонку Землі, населеній живими організмами. В.І. Вернадський виявив геологічну роль живих організмів і показав, що їх діяльність являє собою найважливіший фактор перетворення мінеральних оболонок планети. Правильніше визначати біосферу як оболонку Землі, яка населена і перетвориться живими організмами.
Спочатку під усіма цими термінами малася на увазі тільки сукупність живих організмів, що мешкають на нашій планеті, хоча іноді і вказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними і космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи.
У складі біосфери розрізняють:
· Жива речовина, утворене сукупністю організмів;
· Біогенна речовина, яке створюється в процесі життєдіяльності організмів (гази атмосфери, кам'яне вугілля, нафта, вапняки та ін.);
· Відсталу речовину, що утворюється без участі живих організмів (основні породи, лава вулканів, метеорити);
· Биокосное речовина, що представляє собою загальний результат життєдіяльності організмів і абіогенним процесів, наприклад грунту.
Еволюція біосфери обумовлена тісно взаємопов'язаними між собою трьома групами факторів: 1) розвитком нашої планети як космічного тіла і протікають в її надрах хімічними перетвореннями, 2) біологічною еволюцією живих організмів і 3) розвитком людського суспільства. Вивчення біосфери, її властивостей і закономірностей розвитку стає актуальним завданням нашого часу.
Межі біосфери визначаються факторами земного середовища, які роблять неможливим існування живих організмів (рис. 1). Верхня межа проходить приблизно на висоті 20 км від поверхні планети і відмежована шаром озону, який затримує згубну 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 рівнем проникнення води в рідкому стані.
Атмосфера. Газова оболонка складається в основному з азоту і кисню. У невеликих кількостях в ній містяться діоксид вуглецю (0,03%) і озон. Стан атмосфери дуже впливає на фізичні, хімічні та біологічні процеси на поверхні Землі і в водному середовищі. Для біологічних процесів найбільше значення мають: кисень, який використовується для дихання і мінералізації мертвої органічної речовини, діоксид вуглецю, що бере участь у фотосинтезі, і озон, що екранує земну поверхню від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Азот, діоксид вуглецю, пари води утворилися значною мірою завдяки вулканічній діяльності, а кисень - в результаті фотосинтезу.
Мал. 1. Поширення організмів в біосфері:
1 - рівень озонового шару, який затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання; 2 - межа снігів; 3 грунт; 4 - тварини, що мешкають в печерах; 5 - бактерії в нафтових свердловинах; 6 - придонні організми
Гідросфера. Вода - важливий компонент біосфери і один з необхідних факторів існування живих організмів. Основна її частина (95%) знаходиться у Світовому океані, який займає близько 70% поверхні земної кулі і містить 1300 млн. Км 3 води.
Поверхневі води (озера, річки) включають всього 0,182 млн. Км 3. а кількість води в живих організмах складає незначну кількість у порівнянні з цими цифрами - всього 0,001 млн. Км 3. Значні запаси води (24 млн. Км 3) містять льодовики .
Гідросфера формувалася в 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 ґрунтовому шарі, глибина якого не перевищує декількох метрів. Грунт включає мінеральні речовини, що утворюються при руйнуванні гірських порід, і органічні вещества-- продукти життєдіяльності організмів.
Жива речовина на Землі строго організовано. В даний час виділяють декілька рівнів організації живої матерії.
Молекулярний. Будь-яка жива система, як би складно вона нібила організована, проявляється на рівні функціонування біополімерів (складних органічних сполук, що відрізняються великими молекулами), побудованих з великої кількості одиниць - мономерів (вихідних, повторюваних, більш просто влаштованих з'єднань). На цьому рівні починаються найважливіші процеси життєдіяльності організму: обмін речовин і перетворення енергії, передача спадкової інформації та ін.
Клітинний. Клітина є структурною і функціональнойедініцей, а також одиницею розвитку живих організмів. Вона являє собою саморегулюючу, що самовідтворюється живу систему. Вільноживучих неклітинних форм життя на Землі не існує.
Тканинний. Тканина являє собою сукупність подібних побудови клітин і міжклітинної речовини, об'єднаних виконанням загальної функції.
Органний. Органи - це структурно-функціональні об'ёдіненія декількох типів тканин. Наприклад, печінку людини як орган включає епітелії і сполучну тканину, які разом виконують цілий ряд функцій, в тому числі синтез білків крові, жовчних кислот, знешкодження отруйних речовин, що надходять з кишечника, накопичення тваринного крохмалю - глікогену.
Організменний. Багатоклітинний організм являє собою цілісну систему органів, спеціалізованих для виконання різних функцій. Одноклітинний організм - це целостнаяжівая система, здатна до самостійного існування.
Популяційно-видовий. Сукупність організмів одного і того ж виду, об'єднаних загальним місцем проживання, називається популяцією. Популяція - система надорганізменного рівня. Саме тут протікають найпростіші еволюційні перетворення.
Біогеоценотіческій (екосистемний). Біогеоценоз - сукупність організмів різних видів і факторів середовища їх проживання, об'єднаних обміном речовин і енергії в єдиний природний комплекс.
Біосферний. Біосфера - система вищого порядку. На етомуровне відбуваються кругообіг речовин і перетворення енергії, пов'язані з життєдіяльністю всіх живих організмів, що мешкають на нашій планеті.
Діяльність живих організмів є основою круговоротавеществ в природі. Головна функція біосфери полягає в забезпеченні кругообігу хімічних елементів, що виражається в циркуляції речовин між атмосферою, грунтом, гідросферою і живими організмами.
Кругообіг води. Вода випаровується і повітряними течіями переноситься на великі відстані. Випадаючи на поверхню суші у вигляді опадів, вона сприяє руйнуванню гірських порід, робить їх доступними для рослин і мікроорганізмів, розмиває верхній шар ґрунту і йде разом з розчиненими в ній хімічними сполуками і зваженими органічними частинками в моря і океани (рис. 2). Циркуляція води між океаном і сушею являє собою найважливіша ланка в підтримці життя на Землі. Завдяки цьому процесу відбувається поступове руйнування літосфери, компоненти якої переносяться в моря і океани.
Кругообіг вуглецю. Вуглець входить до складу різноманітних органічних речовин, з яких складається все живе. В процесі фотосинтезу зелені рослини використовують вуглець діоксиду вуглецю і водень води для синтезу органічних сполук, а звільнився кисень надходить в атмосферу. Їм дихають різні тварини і рослини, а кінцевий продукт дихання - СО2 - виділяється в атмосферу.
Кругообіг азоту. Атмосферний азот включається в кругообіг завдяки діяльності азотфіксуючих бактерій і водоростей, синтезують нітрати, придатні для використання рослинами. Частина азоту фіксується в результаті утворення оксидів під час електричних розрядів в атмосфері. Сполуки азоту з грунту надходять в рослини і використовуються для побудови білків. Після відмирання живих організмів гнильні бактерії розкладають органічні залишки до аміаку. Хемосинтезирующие бактерії перетворюють аміак в азотисту, потім в азотну кислоту. Деяка кількість азоту, завдяки діяльності денитрифицирующих бактерій, надходить в повітря. Частина азоту осідає в глибоководних відкладеннях і на тривалий термін виключається з кругообігу; ця втрата компенсується надходженням азоту в повітря з вулканічними газами.
Кругообіг сірки. Сірка входить до складу ряду амінокислот і також являє собою життєво важливий елемент. Знаходяться глибоко в грунті і в морських осадових породах сполуки сірки з металами - сульфіди - переводяться мікроорганізмами в доступну форму - сульфати, які і поглинаються рослинами. За допомогою бактерій здійснюються окремі реакції окислення - відновлення. Глибоко залягають сульфати відновлюються до H2 S, який піднімається вгору і окислюється аеробними бактеріями до сульфатів.
Кругообіг фосфору. Фосфор зосереджений у відкладеннях, що утворилися в минулі геологічні епохи. Поступово він вимивається з них і потрапляє в екосистеми. Рослини використовують тільки частина цього фосфору; багато його несеться ріками в моря і знову відкладається в опадах. Хоча запаси фосфоровмісних порід великі, доведеться вживати заходів для повернення фосфору в кругообіг речовин.