Биосфера. Биоценоз

Академику В. И. Вернадскому принадлежит большая заслуга разработки учения о биосфере. Сам термин был введен в науку немецким геологом Э. Зюсс о м в 1875 г., однако понятие это не было им разработано и не было нужным образом воспринято в науке. Только через 50 лет это было с исключительной глубиной и широтой охвата осуществлено В. И. Вернадским.

Организмы и среда находятся в неразрывной связи. Невозможно представить себе организм вне среды обитания; с другой стороны, каждый организм находится в определенной связи с другими организмами. Таким образом возникли понятия биотопа и биоценоза1 (части среды и части населения). Академик В. Н. Сукачев для определения совокупности населения и среды создал понятие биогеоценоза. Биогеоценоз, по В. Н. Сукачеву,— участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части литосферы, гидросферы и педосферы1 остаются однородными, тесно связанными между собой также однородными взаимодействиями и поэтому в совокупности образующими единый, внутренне взаимообусловленный комплекс.

Биотоп — среда обитания, от греческого bios — жизнь и topos — место.

Биоценоз — совокупность организмов, населяющих ту или иную часть биосферы, от греческого bios — жизнь и koinos — вместе.

На фото - тигр в цветах. Кошка кошкой. :-)

Вся Земля в целом представляет собой биотоп высшего порядка, а все ее население — биогеоценоз также высшего порядка. Учение В. И. Вернадского о биосфере — одно из крупнейших естественнонаучных обобщений, к которому вполне применимы его же собственные слова: «Века и тысячелетия прошли, пока человеческая мысль могла отметить черты единого связного механизма в кажущейся хаотической картине природы». Биосфера Вернадского и есть такой «единый связанный механизм». «Живое вещество биосферы,— говорит он,— единственной области планеты, закономерно связанной с космическим пространством, есть совокупность ее живых организмов, ее живого вещества как планетного явления». Все живое вещество в целом он рассматривает как единую, особую область накопления свободной химической энергии в биосфере, превращения в нее световых излучений солнца. «Биосфера представляет собой определенную геологическую оболочку, резко отличную от всех других геологических оболочек нашей планеты... И это не только потому, что она заселена живым веществом, которое является огромного значения геологической силой, ее совершенно перерабатывающей, меняющей ее физические, химические и механические свойства. Но это единственная оболочка планеты, куда проникает заметным образом космическая энергия, ее еще более живого вещества изменяющая. Главным ее источником является солнце... Живое вещество проникает всю биосферу и ее в значительной степени создает».

Состав и структура живого населения биосферы и его роль в изменениях биосферы в настоящем и геологическом прошлом составляет основное содержание науки геобиологии, которая вместе с геологией, геофизикой и геохимией должна осветить историю нашей планеты Земли.

Миллиарды лет назад на Земле появилась первая жизнь. Вероятно, это произошло на дне теплого мелкого моря в форме прототрофных2 организмов. После долгого пути развития сложился современный «трехликий» круговорот органического вещества в биосфере: аутотрофные3 организмы создают органическое вещество и при этом обогащают окружающую их среду кислородом, обеспечивая тем возможность существования гетеротрофных4 организмов, в свою очередь обогащающих среду углекислым газом, необходимым растительным организмам для существования.

Растительный мир как продуцент может быть противопоставлен животным организмам как консументам5. Наконец, третий компонент этого круговорота вещества — микроорганизмы-р е д у центы6. Одни из них разлагают органические вещества, минерализуют их, другие ведут обратные процессы, создают более сложные соединения, пригодные для жизнедеятельности растений. Сотни миллионов лет назад из моря на сушу вышли первые растения, а до того, вероятно, поверхность суши была лишена жизни. Но к моменту выхода растений на сушу поверхность океана снабдила атмосферу кислородом и углекислотой и создались условия, пригодные для развития жизни и на суше. Поверхность суши и пресные водоемы стали быстро заселяться растительными и животными организмами.

И растительный и животный мир суши — это очень молодое образование по сравнению с населением океана, с историей развития, по крайней мере в десять раз более короткой.

2 Прототрофные организмы — микроорганизмы, развитие которых происходит за счет перевода одних неорганических соединений в другие. К ним относятся серобактерии, железобактерии и др.
3 Аутотрофный — сам себя питающий, от греческих слов autos—сами trophon — питание.
4 Гетеротрофный—от греческого слова heteros— другой.
5 Консумент — потребитель, от латинского слова consumere — потреблять.
6 Редуценты—разлагатели, от латинского слова reducere—разлагать.

Жизнь в океане получила уже свое полное развитие, когда первые переселенцы только выходили на сушу.

Завоевание суши и материковых водоемов шло двумя путями — прямо из моря в воздушную среду через прибрежную, осушную зону (см. дальше) и водным путем — из морской воды в пресную. Таким образом создавались основные части биосферы: древняя праматерь жизни — океан, воздушная среда, пресные воды и, наконец, наземные почвы. Эти четыре подразделения биосферы весьма различны по объему. Объем морей и океанов составляет 1370 млн. км3, и он заселен, за очень немногими исключениями, весь от поверхности до наибольшей глубины (И 034 м в Марианской впадине).

Объем атмосферы, заселенной жизнью, над сушей, если принять ее мощность в 50 м (средняя высота древесного покрова), составляет не более 7 444 600 км3, или 1/183 часть объема океана. Объем почвенного слоя суши, пригодного для жизни, составляет около 100 тыс. км3, т. е. 1/137оо часть объема океана.

Материковые воды суши (реки, озера, водохранилища, подземные воды) имеют объем около 8 млн. км3, или 1/110 часть объема океана. Таким образом, моря и океаны составляют по объему около 98% всей биосферы.

Большинство типов и классов животных, к которым относится 150 тыс. видов,— обитатели морей и океанов. Если не считать насекомых, создавших огромное видовое разнообразие (не менее миллиона видов), то воздушной среде и пресным водам свойственно всего около 80 тыс. видов животных, а пресным водам — около четверти этого числа. В биосфере имеются две природные среды, обладающие свойством плодородия,— вода и почва. В обоих средах минеральная основа насыщена продуктами жизнедеятельности бесчисленных предыдущих поколений растительных и животных организмов, находящихся на всех стадиях распада, минерализации и восстановления. Морские растения, даже прикрепленные ко дну, поглощают все нужные им вещества из окружающей их воды, а наземные — из почвы (за исключением углекислого газа). Однако это различие только кажущееся. Дело в том, что вся водная толща является аналогом почвы. Растение, целиком погруженное в водную толщу, не лишено света. В почву же погружена только корневая система растений, так как иначе они были бы лишены света.

У наземных растений развиваются стеблевая и древесинная части, выносящие листья к свету.

Крупные биотопы делятся на более мелкие, второго, третьего, четвертого, пятого и т. д. порядка вплоть до самых мелких. Верхняя и нижняя листовая поверхность погруженного в воду растения, его стебель — это также мелкие биотопы, но каждому из них свойствен свой набор животных, свой биоценоз. Так же как и биотоп, биоценозы могут иметь все более и более дробный характер. Одну из самых простых форм биоценоза представляет популяция1 — поселение, состоящее всего лишь из одного вида.

Иногда биоценоз состоит из двух-трех видов. В качестве примера такого о л игомикстного2 биоценоза можно привести население пересоленных озер (Баскунчак, Кара-Богаз-Гол и др.).

В этот биоценоз входят только два организма — жгутиковая водоросль Dunaliella, продуцирующая органическое вещество, и питающийся им рачок Artemia.

Олигомикстные биоценозы соответствуют обычно уклоняющимся от нормальных условий (аномальным) биотопам либо по температуре, либо по солености, либо по другому фактору среды. Олигомикстные биоценозы мы встречаем в пещерах, в глубинах океана, на вершинах гор. Обычно в нормальных условиях биоценозы состоят из нескольких десятков или даже сотен видов. Их называют полимикстными 3.

1 Популяция — одновидовое поселение, от латинского слова populus — народ.

2 Олигомикстный — составленный из малого числа компонентов, от греческого слова oligos — малый и латинского mixtus — составленный.

3 Полимикстний — составленный из многих компонентов, от греческого poly — много.

Организмы, входящие в состав биогеоценоза, связаны друг с другом (биотические факторы) и со средой обитания (абиотические факторы) сложной системой связей: хищник — жертва, паразит — хозяин, конкуренция за пространство, пищу, кислород и т. д. Единым местообитанием нередко бывают связаны организмы, наименее зависимые друг от друга.

Биоценоз можно определить как совокупность организмов, населяющих определенную часть биосферы и использующих ее для питания, роста и размножения. 

Изучением сложной системы отношений организмов друг с другом и с внешней средой занимаются науки экология и биоценология. Принято различать два ее раздела — аутэкологию и синэкологию, иначе говоря, систему связей организма с абиотической средой и систему связей организмов между собой. Однако нельзя разделять эти две системы связей, поскольку отдельный организм представляет собой только элемент биотической среды, от которой во многом зависит и вместе с которой претерпевает изменения. Это, однако, не значит, что отдельный организм не воспринимает непосредственно факторы абиотической среды — температуру, соленость, влажность и т. д. Но биотическая система в определенной степени контролирует, а часто определяет реакции организма на эти факторы.

Экология — наука о связи организма со средой, от греческого слова oikos —дом.

К четырем указанным подразделениям биосферы можно добавить еще несколько крупных и характерных биотопов с особыми более или менее резко отличными условиями существования. Среди морских вод можно выделить еще воды промежуточной солености, или солоноватые, а среди пресных вод — подземные воды.

Среди биотопов воздушной среды можно также выделить почву и пещеры. Совсем особняком надо поставить существование внутри тела другого животного, или паразитическое существование. Таким образом, можно выделить 10 биотопов, каждый из которых в свою очередь может быть подразделен на биотопы второго и третьего порядка.