Климатические первичные периодические
факторы:
Свет.
Температура.
Вторичные периодические факторы:
Влажность.
Непериодические факторы:
Шквальный ветер.
Значительная ионизация атмосферы.
Пожары.
Факторы физические неклиматические:
Факторы водной среды.
Содержание кислорода.
Соленость.
Давление.
Плотность.
Течения.
Вода.
Механический состав.
Соленость и пр.
Факторы питания:
Количество пищи.
Качество пищи.
Факторы биотические:
Внутривидовые взаимодействия.
Межвидовые взаимодействия.
7.1.4. Порядок распространения жизни
При размножении и захвате поверхности планеты живое вещество как бы растекается по ней, заселяя тем большую территорию, чем меньше оно встречает препятствий. Каждый организм имеет свою определённую скорость размножения и роста и разница в этой работе организма для разных их видов может достигать многих сотен тысяч видов[64].
Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к размножению - наиболее характерным свойством жизни - и ограниченностью материальных ресурсов, могущих быть использованными. Противоречие разрешается путём овладения новыми источниками вещества и энергии, а, следовательно, и новой информацией. Изменчивость живого - предпосылка, а отбор - способ закрепления и совершенствования организации.
Благодаря способности к самовоспроизведению, живое, приспосабливаясь к различным условиям, всё время выходит за пределы замкнутого цикла. Однако в результате активности одноклеточных это приводит не к разрушению циклической структуры, а к расширению круговорота.
Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо поступают из минералов, либо становятся доступными в результате минерализации органического вещества. Все химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. Жизненно необходимыми и незаменимыми являются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах:
натрий, фосфор, сера, калий, кальций, магний, а также микроэлементы - железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: например, кремний - для диатомовых водорослей.
Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и беспрепятственного развития нужно, чтобы растение получало питательные вещества, включая микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих соотношениях. Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются по своим потребностям в питательных веществах.
Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быстро исчерпали бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже возможен примитивный круговорот.
Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют. При этом происходит расщепление органических веществ. Если продукты расщепления вновь используются автотрофами, возникает круговорот между организмами, населяющими экосистему. Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный обмен материалом - круговороты питательных веществ, энергию для которых поставляет Солнце.
При рассмотрении вопроса об истории взаимодействия организма и среды можно выделить две противоположные позиции:
1. Первая - это экзогенетизм, абсолютизирующий внешние факторы при формировании организма. То есть среда формирует организм. В числе представителей этого направления можно назвать Лысенко, Мичурина.
2. Вторая позиция - это эндогенетизм, абсолютизирующий внутренние факторы организма в его взаимоотношениях со средой. Представители этой группы Е. Л. Тэтум, Е. де Робертис, В. Новинский.
Но истина, вероятно, заключается в том, что организм и среда едины и неразрывны. Необходимость представления о таком единстве вытекает хотя бы из закономерностей метаболизма, связывающих организм и среду. Можно выделить следующие факторы, относящиеся к среде как к компоненту системы «организм - среда»:
· Абиотические факторы: (физические воздействия - температура, ионизирующая радиация, свет, давление и плотность атмосферы, химические - соли, газы и т.д.).
· Биотические факторы (воздействие через гетеротрофное питание, через продукты выделения, инфекцию и т. д.)
· Антропогенные факторы (влияние человека на природу через потребление).
Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной ими химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты и т. п., завершая тем самым круговорот питательных веществ.
Поэтому можно определить экосистему так:
· Экологическая система представляет собой любое непрерывно меняющееся единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает определенную трофическую* структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.
Земная форма жизни чрезвычайно тесно связана с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что вода составляет основную часть массы любого земного организма (человек, например, более чем на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медуза - на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, когда на ней появилась гидросфера, а это, по геологическим сведениям, произошло почти в момент возникновения нашей планеты. Многие из свойств живых организмов обусловлены именно свойствами воды, сама же вода поистине феноменальное соединение. Так, например, вода - это кооперативная система, в которой всякое действие распространяется «эстафетным» путем на тысячи междуатомных расстояний, то есть, имеет место «дальнодействие».
Некоторые ученые считают, что вся гидросфера Земли, в сущности, есть одна гигантская «молекула» воды. Установлено, что вода может активироваться естественными электромагнитными полями земного и космического происхождения (в частности искусственного).
Чрезвычайно интересным было недавнее открытие французскими учеными «памяти воды». Возможно, что биосфера Земли есть единый суперорганизм, обусловленный в своей жизнедеятельности этими свойствами воды? Ведь в этом случае все организмы — это составные части, «капли» этой супермолекулы земной воды.
7.2. Биогеохимические процессы в биосфере
Состав вещества биосферы. Состав экосистемы. Продуценты – консументы – редуценты. ô Особенности основных биосферных циклов. Биосферный цикл углерода. Биосферный цикл азота. Биосферный цикл фосфора. ô Биохимические функции живого вещества. Виды функций. ô Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы. Виды биогенной миграции атомов.
Если говорить о биосфере в целом, то биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро компенсируют различные нарушения. Например, избыток СО2, накопившийся в каком-нибудь месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается атмосферными потоками. Кроме того, усиленное образование углекислоты компенсируется ее потреблением растениями и превращением в карбонаты - в морях. Поэтому, циклы газообразных веществ с их громадными атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе хорошо «забуференными», так как их способность возвращаться к исходному состоянию велика.
Самоконтроль циклов с резервным фондом в литосфере затруднен - они легко нарушаются в результате местных флуктуаций, что связано с малой подвижностью резервного фонда. Явление «забуференности» в этом случае не выражено.
7.2.1. Состав вещества биосферы
Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей. Оно представлено совокупностью живых организмов, живого вещества, рассеянного в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией и являющихся могучей геологической силой, нигде на планете больше не существующей, связанной с другим веществом биосферы только биогенной миграцией атомов. Концентрация живым веществом определённых химических элементов в биосфере есть, по-видимому, её господствующий биогенный геологический процесс.
Также мы имеем вещества, образуемые процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твёрдое, жидкое и газообразное. Из них только газообразное и жидкое (и дисперсное твёрдое) являются на поверхности биосферы носителями свободной энергии.
v Биокосное вещество, - которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других (вода, нефть, почва и т. д.). Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия.
v Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Это вещество в такой форме (дисперсно-рассеянное) является одной из самых мощных сил, меняющей всю энергию биосферы.
v Вещество космического происхождения, атомы, молекулы из электромагнитного потока Солнца, исток отдельных атомов и молекул, приходящих из космического пространства[65].
Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:
· Неорганические вещества: углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.
· Органические соединения: белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества и т. д.
· Факторы, связывающие биотическую и абиотическую части экосистемы; климатический режим, температура и другие физические факторы;
· Продуценты: автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ;
· Консументы: гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;
· Редуценты (деструкторы, декомпозиторы): гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые расщепляют сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами.
Первые три группы - неживые компоненты, а остальные составляют живой вес (биомассу). Расположение трех последних компонентов относительно потока поступающей энергии представляет собой структуру экосистемы.
1. Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей.
2. Консументы, поедая продуцентов, разрывают эти связи. Высвобожденная энергия используется консументами для построения собственного тела.
3. Наконец, редуценты рвут химические связи разлагающегося органического вещества и строят свое тело.
В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной.
Органические вещества разлагаются на неорганические и возвращаются к продуцентам. Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня (продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота - твердых и газообразных веществ.
В структуре и функции экосистемы воплощены все виды активности организмов, входящих в данное биотическое сообщество: взаимодействия с физической средой и друг с другом. Однако организмы живут для самих себя, а не для того, чтобы играть какую-либо роль в экосистеме. Свойства экосистемы слагаются благодаря деятельности входящих в нее растений и животных.
Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию реализуется через гомеостаз. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи, который можно продемонстрировать на примере зависимости плотности популяции от пищевых ресурсов. Обратная связь возникает, если «продукт» оказывает влияние на «датчик»
В результате отклонения плотности популяции от оптимума в ту или иную сторону увеличивается рождаемость или смертность, результатом чего будет приведение плотности к оптимуму. Такая обратная связь, т. е. связь, уменьшающая отклонение от нормы, называется отрицательной обратной связью. Положительная же обратная связь увеличивает это отклонение.
Облик биотического сообщества определяется не только разнообразием видов и другими показателями, которые отражают связи между видами, входящими в состав биотического сообщества. Функционирование сообщества и его стабильность зависят также от популяционных связей, от распределения организмов в пространстве и характера их взаимодействия с внешней средой. Все это составляет понятие внутренней организации сообщества. О ней можно судить на основании следующих параметров:
1. Стратификация (зональность): растения и животные распределены не равномерно по всей экосистеме, а пятнами, в которых плотность может быть максимальной или, наоборот, минимальной.
2. Активность (периодичность): периодичность сообщества является результатом синхронной активности в течение дня и ночи целых групп организмов. Для всех сообществ характерна также сезонная периодичность, что нередко приводит почти к полному изменению структуры сообщества в течение года.
Изменение экосистем может происходить под воздействием разных причин. В зависимости от вектора действующих сил различают:
1. Аллогенные изменения, которые обусловлены влиянием геохимических сил, действующих на экосистему извне. В качестве таковых могут выступать климатические и геологические факторы.
2. Автогенные изменения, которые обусловлены воздействием процессов, протекающих внутри экосистемы.
В большинстве случаев, однако, трудно разграничить процессы, находящиеся под влиянием внешних и внутренних факторов. Например, эвтрофикация озер происходит под действием населяющих их сообществ, толчком к изменению которых служит поступление в озеро питательных веществ извне, с водосбора.
Тем не менее, степень участия сообщества в преобразовании экосистемы, как правило, устанавливается без особого труда и, кроме того, автогенные изменения характеризуются рядом различимых специфических признаков.
7.2.2. Особенности основных биосферных циклов
Циклы функционируют под действием биологических и геологических факторов. Существование биогеохимических циклов создает возможность для саморегуляции системы, что придает ей устойчивость - постоянный количественный состав по различным химическим элементам в ней.
В связи с хозяйственной деятельностью человечества и вовлечением в окружающую среду техногенных продуктов этой деятельности, возникают проблемы, обусловленные нарушением природных биогеохимических циклов. Эти нарушения связаны как с изменением баланса в циклах, так и с появлением новых химических соединений, ранее отсутствующих в естественных процессах. Циклы некоторых элементов (например, азота, серы, фосфора, калия, тяжелых металлов) превратились в настоящее время в природно-антропогенные, характеризующиеся значительной незамкнутостью, что приводит к их накоплению и, соответственно, к воздействию на экосистемы.
Биосферный цикл углерода
Круговорот углерода связан с использованием СО при фотосинтезе; в процессе дыхания растение возвращает СО в атмосферу. Животные , поедая растения, возвращают в воздух добавочные количества СО. После своей смерти они, так же как и растения , служат субстратом для роста бактерий и грибов, которые в конечном счёте расщепляют органическое вещество до СО. Эрозия и растворение известняка приводят к освобождению карбонатов, а затем и СО. Некоторые организмы, погребённые в осадках, выводят из круговорота большие количества углерода, накопленные в виде нефти, газа, каменного угля и торфа. Но при сжигании этих горючих материалов углерод снова освобождается в виде СО. Организмы, обладающие известковыми раковинами, при своей гибели также временно связывают углерод, участвуя в образовании известняков или коралловых рифов.
Биосферный цикл азота
Цикл азота - пример сложного круговорота газообразных веществ, способных к быстрой саморегуляции. Схема цикла может быть представлена следующим образом:
Атмосферный азот связывается при разрядах молний и в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, которые превращают его в растворимые нитраты. Нитраты попадают в почву или в воду, где они могут быть использованы растениями. Некоторое количество азотистых соединений выделяют в почву растения и животные, остальной азот, в конце концов, высвобождается при расщеплении растительного и животного материала бактериями, которые превращают его азотистые вещества в аммиак. Аммиак образуется также при вулканических процессах. Нитрифицирующие бактерии 1 фазы превращают аммиак в нитриты, из которых нитрифицирующие бактерии 2 фазы образуют нитраты. Денитрифицирующие бактерии возвращают азот в атмосферу, такой же кругооборот совершается и в морских местообитаниях.
Азот наиболее распространен на Земле в форме газообразного N2. И хотя азот важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот, растения не могут непосредственно брать его из атмосферы. Они способны усваивать лишь связанный с кислородом или водородом азот, т.е. переведенный в другие химические формы - аммиак, ионы аммония, нитрат - и нитрит-ионы. Важнейшая часть цикла - связывание азота совершается азотфиксирующими бактериями, связыванием в атмосферных процессах и промышленной фиксацией.
Другой важный процесс цикла азота - восстановление нитрат-ионов до атмосферного азота. Осуществляется почвенными анаэробными бактериями - денитрификаторами.
Денитрификация - главная причина потерь азота в земледелии (до половины связанного в удобрениях азота уходит в атмосферу). Велика роль антропогенного фактора в цикле азота. Прежде всего - промышленная фиксация азота (объемы сравнимы с природными). Основной метод фиксации - производство аммиака. Это токсичный газ с резким запахом. Взаимодействует с кислотными осадками, образуя плотные туманы.
Биосферный цикл фосфора
В то время как резервуаром азота является воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии. Большая часть фосфора при этом снова теряется, так как вода смывает его в море, где он связан в морских осадках и может стать доступным только тогда, когда здесь произойдёт поднятие земной коры. В мелководных морских осадках фосфор доступен для рыб, которых в свою очередь поедают птицы. Они возвращают фосфор в круговорот со своими экскрементами (гуано), снова смываемыми в море, где их используют планктонные организмы и рыбы. Есть основания полагать, что фосфор возвращается в круговорот не полностью и что доступные ресурсы его, в конце концов, иссякнут. Истощению этих ресурсов способствует человек, который добывает и, в конечном счете, безвозвратно теряет больше фосфора, чем возвращает в оборот.
Фосфор является одним из важнейших биогенов. Он входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. Цикл фосфора - пример простого осадочного цикла с весьма несовершенной регуляцией. Особенностью цикла фосфора является отсутствие естественных токсичных его соединений. Главным резервуаром фосфора служат горные породы. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфат-иона. Фосфаты растворимы в кислых растворах и в бескислородных средах, нелетучи. Растения поглощают фосфат-ионы из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. В них фосфор выступает в форме органического фосфата. Особенностью этих соединений является наличие связи Р-О-Р. При их гидролизе освобождается большое количество энергии.
Например, при гидролизе подобной молекулы - пирофосфата выделяется 29 кДж/моль, что значительно больше, чем, если бы гидролизу подверглась любая другая молекула, не содержащая Р-О-Р - связей. По пищевым цепям фосфор поступает от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями.
Особенность круговорота фосфора можно рассмотреть при сравнении с круговоротом углерода. Значительная часть фонда углерода находится в газообразной фазе, и он способен свободно распространяться в атмосфере. В случае фосфора газовой фазы и свободного перераспределения в экосистеме нет. Попадая в закрытые водоемы, фосфор насыщает и пересыщает систему. Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в системе в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах подобное равновесие соблюдается. Это касается и чисто минеральной формы фосфора.
Деятельность человека приводит к нарушению естественного цикла фосфора. Она характеризуется разделением мест потребления и утилизации биогена, в частности, фосфора. Урожай, вместе с извлеченными из почвы биогенами, различные продукты питания, перевозятся на большие расстояния к потребителям. Продукты жизнедеятельности человека, содержащие фосфор, сбрасываются в водоемы и, пересыщая их этим биогеном, вызывают эвтрофикацию. Важнейшим источником накопления фосфора в окружающей среде являются фосфатсодержащие детергенты. Подсчитано, что человеческие экскременты дают только 30% фосфата сточных вод, а 60% поступают в них с детергентами.
7.2.3. Биохимические функции живого вещества
Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:
1. Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.
2. Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.
Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.
Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.
Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:
1. Газовые функции
2. Концентрационные функции
3. Окислительно-восстановительные функции
4. Биохимические функции
5. Биогеохимические функции
Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере[66].
7.2.4. Биогенная миграция атомов
и биогеохимические принципы
Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского гласит - «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории»[67].
3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
1. Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
2. Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов[68].
Низшие организмы - не какой-то случайный пережиток прошлого, они - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные[69].
Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии[70].
Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:
1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.
2. Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени. В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом. В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы[71].
7.3. Экологическая структура биосферы
Биосфера: многокомпонентная иерархическая система. Устойчивость видов. Биосфера – гигантский «суперорганизм». ô Прокариоты и эукариоты. Бактерии, вирусы и сине-зелёные водоросли. ô Растения. Грибы. животные
Оставляя для размножения те или иные особи и, следовательно, их генотипы, естественный отбор сохраняет способы интеграции внешней информации, то есть конкретные фенотипы. Особь - основной субстрат жизни, в котором накапливается наследственная информация, исторический опыт. Особь - это в первую очередь лаборатория новообразований. Популяция - первичная ячейка действия естественного отбора. Биогеоценоз - первичная ячейка эволюции. В нём содержатся все основные компоненты биотического круговорота. Биосфера - многокомпонентная саморегулирующаяся система, сохраняющая относительную устойчивость и способность прогрессивно развиваться. Новое появляется в особи, а его конечная судьба и значение определяются положением вида в биосфере.
7.3.1. Биосфера - многокомпонентная иерархическая
система
Понимание структуры биологического разнообразия и его динамики непосредственно связано с сосуществованием видов - как друг с другом, так и с человеком. Говоря о биологическом разнообразии можно поставить два основных научных вопроса:
1. Почему на Земле существует так много разных видов, или, иначе, как это разнообразие возникло?
2. Каким образом разные виды сосуществуют друг с другом, и почему в одних местах обитает много видов, а в других - мало?
Первый вопрос связан с происхождением видов и изучается в генетике, молекулярной и эволюционной биологии. Но в данном контексте наиболее важен второй вопрос, поскольку виды всё быстрее теряют способность сосуществовать друг с другом и, прежде всего с человеком. Потеря способности к сосуществованию ведёт к вымиранию видов, как в локальном, так и в глобальном масштабе. Если вымирание носит глобальный характер, то восстановить его нельзя никакой ценой.
Сохранение биологического разнообразия зависит от выживаемости видов, которая в свою очередь обеспечивается двумя факторами:
1. Достаточно большой численностью особей, что позволяет хотя бы некоторым представителям вида пережить возможные катастрофы.
2. Поддержание высокой плодовитости, что даёт популяции возможность быстро восстанавливаться между катастрофами.
За последние сто лет биологическое разнообразие флоры и фауны нашей планеты значительно сократилось. Это объясняется целым рядом причин, и в первую очередь активным воздействием человека на природную среду. Такие воздействия выражаются в урбанизации, которая угрожает естественным местам обитания диких животных и растений, в беспощадном сведении лесов, в постоянном освоении всё новых и новых пахотных и пастбищных земель. Так называемая «зелёная» революция лишь ускорила процесс генетической эрозии, поскольку земледельцы перестали возделывать многие традиционные культуры, ограничившись небольшим числом новых «чудодейственных» сортов.
Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и пока что расшифрована лишь в общих чертах. В целом биосфера очень похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз — динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики (теории управления), в каждом биоценозе, то есть совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая «лишнюю» биомассу. За травоядными пристально «следят» хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников являются хищники второго рода и паразиты, которыми «руководят» сверхпаразиты, и т. д.
Поэтому на Земле существует много видов животных. Среди них нет «лишних» или «вредных» - такие эпитеты дает им человек. Особенностью биосферных связей есть и то, что управляющая и управляемая подсистемы в ней часто меняются местами. Так, уменьшение количества растительного корма вызывает снижение численности хищников и паразитов через механизм обратной связи.
Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются (большей частью автоматически) и учитываются живыми организмами. Способность воспринимать, сохранять и передавать информацию есть и у безжизненных объектов. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным.
Примером информационных связей в биосфере может быть явление снижения интенсивности размножения животных в случае чрезмерной плотности популяции. Не всегда это обусловлено недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что уменьшение потомства у млекопитающих или снижения яйценоскости у птиц происходит вследствие «перенаселения» территории.
Здесь действуют именно информационные связи, то есть включаются какие-то внутренние механизмы, которые приводят к уменьшению количества «лишних» особей. Эффективность информационных связей в биосфере поражает. Например, самец мотылька тутового шелкопряда ощущает присутствие самки на расстоянии 2 км.
Расчеты свидетельствуют, что такой феномен не может базироваться на химических сигналах, скажем, на действии каких-то ароматных веществ-антрактантов, которые выделяет самка. Вероятно, имеет место передача электромагнитных сигналов. Возможно, именно загрязнением информационной среды, которое вызвано деятельность человека, следует объяснять загадочные случаи массового «самоубийства» китов, которые выбрасываются на сушу. Ведь пространство вокруг Земли ныне перенасыщено искусственными антропогенными источниками электромагнитного излучения.
7.3.2. Прокариоты и эукариоты. Бактерии.
Вирусы и сине-зелёные водоросли
Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делятся на две большие группы - прокариоты и эукариоты. К первым относятся бактерии и сине-зелёные водоросли, к эукариотам - зелёные растения (в том числе все остальные водоросли), грибы, слизевики и живот