4. Биосферный уровень

Биоценозы входят в качестве составных частей в более крупные и сложные системы – биогеоценозы, представляющие собой третий надорганизменный уровень жизни. В свою очередь, биогеоценозы нашей планеты в совокупности, связанные между собой круговоротом вещества и энергии, составляют биосферу Земли – область распространения жизни.

Биогенетический уровень. Биогеоценоз – сложная динамическая система, представляющая собой совокупность биотических и абиотических элементов, связанных между собой обменом вещества, энергии и информации, в рамках которой может осуществляться круговорот веществ в природе. Это означает, что биогеоценоз – устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Термин «биогеоценоз» был предложен в 1940 году русским ботаником Владимиром Николаевичем Сукачевым (1880–1967), который обозначил так совокупность однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, водных ресурсов, растительности, животного мира, почвы), распространенных на некотором протяжении земной поверхности, имеющих определенный тип обмена веществом и энергией между ними и окружающими элементами, представляющих противоречивое единство. Представляя собой единство живого и неживого, биогеоценоз находится в постоянном движении и развитии, поэтому меняется с течением времени. Биогеоценозы называют также экосистемами.

Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для стабильного функционирования живой системы необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и исполняющей подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия называется гомеостазом. Нарушение динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызванное массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.

Биогеоценоз – это целостная саморегулирующаяся система. Выделяется несколько типов подсистем в них. Первичные системы – продуценты (производящие), непосредственно перерабатывающие неживую материю (водоросли, растения, микроорганизмы); консументы – вторичный уровень, на котором вещество и энергия образуются за счет использования продуцентов (травоядные животные); затем идут консументы второго порядка (хищники и т.д.). Также существуют падальщики (сапрофиты и сапрофаги), питающиеся мертвыми животными, и редуценты – это группа бактерий и грибов, разлагающие остатки органической материи. В результате этого в почву возвращаются минеральные вещества, что увеличивает ее плодородие и обеспечивает питание растений. Поэтому падальщики и редуценты – очень важная часть пищевых цепей.

Биогеоценозы являются структурными элементами следующего надорганизменного уровня жизни – биосферного.

Биосферный уровень. Это наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций – важнейшая задача биологии на этом уровне жизни. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.

Сам термин «биосфера» появился в 1875 году. Он был введен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831–1914) для обозначения самостоятельной сферы нашей планеты, в которой существует жизнь. Зюсс дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Но он не придавал значения среде обитания этих организмов.

Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945).

Именно Вернадскому удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле, он открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.

Биосфера – это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов Земли) и преобразованная им среда обитания (косное вещество, абиотические элементы), в которую входят гидросфера, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры. Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие, а фундаментальное понятие биогеохимии – новой науки, созданной Вернадским для изучения геохимических процессов, проходящих в биосфере при участии живых организмов. В новой науке биосферой стали называть один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства. Это – сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции. Современная наука классифицирует их по пяти категориям:

• концентрационная функция – выражается в накоплении определенных химических элементов как внутри живых организмов, так и благодаря их деятельности. Результатом этого стало появление запасов полезных ископаемых (известняки, нефть, газ, уголь и т. д.);

• транспортная функция – тесно связана с первой функцией, так как живые организмы переносят нужные им химические элементы, которые затем накапливаются в местах их обитания;

• энергетическая функция – обеспечивает потоки энергии, пронизывающие биосферу, что дает возможность осуществлять все биогеохимические функции живого вещества. Важнейшую роль в этом процессе играют растения с их механизмом фотосинтеза, который преобразует солнечную энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Эта энергия тратится на все грандиозные преобразования облика нашей планеты;

• деструктивная функция – функция разрушения и переработки органических останков, в ходе этого процесса накопленные организмами вещества возвращаются в природные циклы, происходит круговорот веществ в природе;

• средообразующая функция – преобразование окружающей среды под действием живого вещества. Мы можем смело утверждать, что весь современный облик Земли – состав атмосферы, гидросферы, верхнего слоя литосферы, большая часть полезных ископаемых, климат – является результатом действия Жизни.

Так, зеленые растения обеспечивают Землю кислородом и накапливают энергию, микроорганизмы участвуют в минерализации органических веществ, образовании ряда горных пород и в почвообразовании.