СИСТЕМНОСТЬ ЖИЗНИ

Живое вещество — совокупность всех форм жизни в биосфере. Результаты интегрированной активности различных живых организмов проявляются не только в виде их приспособленности к обитанию в условиях определенной среды, но и в обратном воздействии на среду, изменяющем ее ведущие характеристики. В основе этого лежит процесс обмена веществ как специфическое свойство жизни.

Средообразующая роль живого вещества

Современные свойства составных частей биосферы как сред жизни в сильной степени определены влиянием совокупной жизнедеятельности обитающих в них организмов. Накапливаясь на протяжении геологической истории нашей планеты, это влияние коренным образом изменило исходные химические и физические свойства среды в сторону, благоприятную для устойчивого существования жизни.

Уже говорилось, что происхождение и свойства почвы целиком обусловлены деятельностью живых организмов. Только они производят и разлагают органическое вещество, без которого как угодно измельченные горные породы не обладают специфическими свойствами почвы, в том числе плодородием. Деятельность микроорганизмов, растений и животных формирует структуру почв, их химизм, способствует процессу дальнейшего почвообразования.

В водной среде ярко выражено влияние живых организмов на химический состав воды. Различные группы организмов постоянно выводят в водную среду продукты метаболизма, в том числе ионы солей, органические кислоты, азотистые вещества, сероводород и др. Растения — обитатели эуфотической зоны — выделяют кислород, который частично остается в растворенном состоянии. Животные-фильтраторы, масса которых очень велика, непрерывно пропускают через свои организмы огромные количества воды, изымая из нее взвешенные органические частицы и растворенные соли. Подсчитано, что фильтраторы Большого Барьерного рифа (Австралия) в течение 5 лет профильтровывают весь объем Тихого океана. Масштабы водообмена создаваемого фильтрато- рами, нередко превосходят естественные гидрологические процессы. Так, коэффициент водообмена Днепровско-Бугского лимана — 1,8, а населяющие его моллюски в течение теплого сезона профильтровывают воду лимана 5 раз! На примере мидиевых отмелей Белого моря показано, что фильтрационная деятельность этих моллюсков активно регулирует коллоидный состав прибрежных вод и осадконакопление в пределах материковой отмели, а также в значительной степени определяет циркуляцию вод в прибрежной зоне (К. А. Воскресенский, 1948).

Характерная для многих гидробионтов избирательность извлечения определенных веществ из среды, а также способность накапливать их в организме ведут не только к изменению химизма среды, но и к формированию специфических особенностей рельефа и свойств морского дна (например, образование коралловых рифов, атоллов, органогенных илов и др.). Рельеф дна формируется и под воздействием крупных животных: показано, например, что в северо-восточной части Берингова моря тихоокеанские моржи и серые киты, питаясь бентосом, создают на дне ямы и желоба в таком количестве и таких размеров, что по своему влиянию на рельеф они могут быть сравнены с геологическими процессами. Подсчитано, что, питаясь на глубине 30—50 м, серые киты «перерабатывают» до 5,6 % площади района нагула (С. Nelson, К. Johnson, 1987).

Многим животным свойственно накопление определенных солей, которые аккумулируются в составе скелетных образований (Са, Si, Mg, Р и др.). Отмирая, эти организмы образуют мощные отложения известняков, доломитов, кремнезема и др., формируя таким образом геологическую структуру морского дна. Возникновение органогенных донных осадков выводит результаты деятельности жизни за пределы функционирующих экосистем: фактически напластования осадочных пород относятся уже к литосфере и не включаются в постоянный биологический круговорот, но своим происхождением полностью с ним связаны. В результате если жизнь в активной форме проникает в литосферу относительно неглубоко, то порожденные ею слои осадочных пород имеют мощность порядка нескольких десятков километров (В. И. Вернадский, 1965). Эту часть литофсеры некоторые ученые называют метабиосферой (Н. Б. Вассоевич, 1976). Она создана биосферой и непосредственно к ней примыкает, подобно тому как парабиосфера продолжает биосферу в газовой оболочке Земли.

Отложения органогенных пород не только формировали рельеф дна и химизм воды. Оказываясь в ходе геологических процессов на суше, они составили геологическую основу многих ее областей, участвовали в становлении рельефа континентов и в образовании различных типов почв. Более того, вторичная метаморфизация осадочных пород при высоких температуре и давлении может образовывать кристаллические породы, которые обычно не рассматривают как органогенные. Таким образом, результаты жизнедеятельности водных организмов мы видим и в современных свойствах наземной среды.

Современный газовый состав атмосферы практически целиком определяется деятельностью живых организмов, главным образом через фотосинтез и дыхание. История формирования современной атмосферы достаточно сложна. Свободный молекулярный кислород выделялся и в добиологический период истории Земли. Его источником был процесс фотодиссоциации паров воды. Но накопления кислорода в атмосфере в это время не происходило; он немедленно вступал в соединение с оксидом углерода вулканических газов и с другими веществами, а частично создавал в верхних частях атмосферы озоновый слой, который препятствовал дальнейшему нарастанию фотолиза паров.

Не исключено, что и с появлением первых фотосинтезирующих организмов (по-видимому сходных с современными цианобактериями), обитавших в водоемах докембрийского периода, сохранялся тот же механизм регуляции содержания кислорода в атмосфере, а полученный в результате фотосинтеза кислород полностью растворялся в воде. Во всяком случае, в период до начала палеозоя накопление кислорода в атмосфере шло медленно и не превышало 10 % современного уровня. Только с появлением наземной растительности начинается заметное повышение уровня кислорода в атмосфере; одновременно слой озона и накопление в верхних частях атмосферы С02 и паров воды постепенно экранировали коротковолновую часть солнечного излучения и устранили возможность дальнейшего образования кислорода путем фотолиза воды.

Диоксид углерода (С02) на ранних этапах развития Земли имел исключительно вулканическое происхождение, и содержание его в атмосфере было выше современного. В настоящее время большая часть С02 атмосферы имеет биологическое происхождение: он выделяется главным образом в процессе дыхания живых организмов. Показано, например, что на 1 га пшеничного поля в сутки продуцируется 135 кг С02, в том числе 75 кг микроорганизмами и 60 кг корнями пшеницы. Вулканический С02 составляет лишь сотые доли процента; однако постоянное поступление в атмосферу абиогенного диоксида углерода некоторые ученые считают необходимым в качестве «компенсации» высокого уровня потребления его в биологических процессах.

В целом же современное соотношение кислорода и диоксида углерода в атмосфере практически целиком зависит от сбалансирован ной функции живого населения биосферы. В. И. Вернадский (1967) считал, что то же относится и к свободному азоту атмосферы, который также интенсивно вовлекается в биогенный круговорот. «Будет правильным заключить... — писал он, — что газовая оболочка... есть создание жизни».

Современные свойства газовой оболочки имеют существенное значение в тепловом балансе Земли. Большая часть солнечной энергии достигает поверхности Земли в видимой части спектра. Земля отражает полученную энергию, но (как более холодное тело) главным образом в инфракрасной (длинноволновой) части спектра. Инфракрасное излучение Земли экранируется парами воды, С02 и озоном. Это предохраняет поверхность Земли от чрезмерной потери тепла излучением и способствует повышению температуры на поверхности планеты. Подсчитано, что без этого «парникового эффекта» температура в околоземном слое была бы примерно на 40°С ниже, чем регистрируемая сейчас. Естественно, такая температурная ситуация не способствовала бы развитию жизни — по крайней мере в тех формах, в каких она известна на Земле.

Происходящее в наши дни постепенное увеличение С02 в атмосфере, связанное с промышленными выбросами, может быть причиной нарастания «парникового эффекта» и потепления климата. В то же время наблюдающееся сейчас частичное разрушение озонового экрана может в известной мере скомпенсировать этот эффект за счет увеличения потерь тепла с поверхности Земли. Одновременно увеличится поток коротковолнового ультрафиолетового излучения, что опасно для многих живых организмов. Как видим, антропогенное «вмешательство» в структуру атмосферы чревато непредсказуемыми и нежелательными последствиями.

На уровне конкретных экосистем формируются важные детали климата. Известна роль растительности в создании режима температуры и влажности. Транспирация помимо этого прямо связана с образованием осадков: подсчитано, что в Германии количество осадков увеличивается за счет транспирации на 6 %, а в Конго — даже на 30 %. Растительность влияет также на ветровой режим, условия залегания снежного покрова и другие важные климатические параметры. В общем, на фоне фундаментальных географических особенностей климата, определяемых астрономическими факторами, рельеф и тип растительности образуют особенности мезо- и микроклимата, имеющие большое значение в формировании сложных многовидовых сообществ живых организмов. В континентальных водоемах аналогичный эффект достигается влиянием растительности на скорость течения, температурный режим и химизм водоема.

Таким образом, совокупная деятельность всех форм жизни активно преобразует свойства основных сред жизни, соответствующих газовой, каменной и жидкой геологическим оболочкам земного шара. Равным образом и общие свойства биосферы в целом оказываются в значительной степени созданными живым веществом и благоприятствующими его развитию и функционированию. По меткому выражению В. И. Вернадского «живое вещество само создает себе область жизни».

Высокая химическая активность живых организмов придает процессу средообразования темпы, не сравнимые с процессами, происходящими в неживой природе. Известно, что геологические преобразования Земли заняли миллиарды лет. Биогеохимические циклы укладываются в тысячи лет и даже меньше. За время существования жизни элементы, вовлеченные в биологический круговорот, проходили через экосистемы многократно. Подсчитано, что обновление живого вещества в биосфере происходит всего за 8 лет. Это средняя цифра; на суше этот процесс зо идет медленнее: вся фитомасса обновляется за 14 лет. Зато в океане вся биомасса проходит круговорот всего за 33 дня, а фитомасса — даже за 1 сутки! Быстрыми темпами происходит и вовлечение в биологический круговорот неорганических веществ: вся вода гидросферы полностью обновляется за 2800 лет, весь кислород атмосферы — за несколько тысяч лет, а атмосферный диоксид углерода — за 300 лет.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >