Взаимосвязь живой и неживой природы

Вопрос

С точки зрения иерархии уровней организации живых систем высший уровень занимает биосфера, представляющая собой наиболее общую систему живых сообществ, или биоценозов. Термин «биосфера», означающий в буквальном переводе сферу жизни, был введен в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом. Первоначально под биосферой подразумевалась вся совокупность живых организмов, населяющих нашу планету, хотя еще Ж. Б. Ламарк в конце ХVIII в. обращал внимание на то, что вещество, образующее земную кору, сформировалось благодаря жизнедеятельности организмов.

Со временем представления о глубокой взаимосвязи живой и неживой природы, о воздействии живых организмов на окружающую среду стали играть важную роль в развитии целостного подхода к изучению процессов, происходящих в природе. Сегодня очевидным считается то обстоятельство, что состав атмосферы, воды, почвы определяется деятельностью живых организмов. Биосфера, находясь в зависимости от неживой природы, как части окружающей среды, сама активно воздействует на нее. Поэтому развитие концепции биосферы немыслимо без всестороннего изучения того, как и в какой степени живое вещество влияло и влияет на геологические и физико-химические процессы в земной коре и на ее поверхности.

Геологическая история Земли насчитывает, как уже отмечалось, около 4,6 млрд. лет. Это геологическое время принято, в соответствии с последовательностью залегания осадочных пород, подразделять на четыре эры, которые, в свою очередь, делятся на более короткие периоды и эпохи. Первая, наиболее древняя, эра носит название археозойской (в ряде изданий можно встретить название «докембрийская»). Она охватывает временной промежуток от 4,6 до 0,6 млрд. лет назад. Следующая эра – от 0,6 до 0,25 млрд. лет назад – называется палеозойской. Далее следует мезозойская эра, которая продолжалась от 250 до 65 млн. лет назад. Последняя, кайнозойская, эра, по принятой классификации, началась 65 млн. лет назад. Кайнозойская эра делится на периоды: третичный, состоящий из палеогена и неогена, и четвертичный. Для этих перидов характерны высокий темп эволюции живой природы и возрастание влияния живой материи на состав литосферы, атмосферы и гидросферы.

В свое время основоположники палеонтологии Жорж Кювье и Этьен Жоффруа обратили внимание на то, что земные слои, содержащие в большом количестве останки доисторических животных, перемежаются со слоями, где таких находок оказывается крайне мало. Придерживаясь разных взглядов на причины этого явления, Ж. Кювье и Э. Жоффруа, тем не менее, сходились в том, что в эволюцию жизни периодически вмешивались определенные силы катастрофического характера, игравшие роль революционного ускорителя развития живой материи, на смену которым приходили периоды «неспешной» эволюции.

Наиболее характерным примером такого рода катастрофы является стремительное вымирание динозавров, которых, судя по результатам раскопок, насчитывалось несколько сот видов: от малюток до гигантов. Динозавры, по сути, владевшие сушей, водой и воздухом в течение примерно 150 млн. лет, исчезли с лица Земли за короткий промежуток времени к концу последнего, мелового, периода мезозойской эры
(от 145 до 65 млн. лет назад). Палеонтологи находят целые кладбища динозавров разных видов, что служит свидетельством воздействия на них чрезвычайно мощного фактора, приведшего к тому, что условия окружающей среды стали несовместимыми с их существованием.

Существует немало гипотез о причинах этого явления. Возможно, причиной было резкое похолодание, обусловленное, например, ослаблением солнечной радиации вследствие активной вулканической деятельности, сопровождаемой выбросом в атмосферу большого количества пепла и газов. Возможно, вблизи от Земли произошла вспышка сверхновой звезды, вследствие чего на планету обрушился поток жесткого коротковолнового излучения, воздействие которого оказалось смертельным для этих животных. Не исключается, что причиной катастрофы стало столкновение Земли с астероидом или крупным метеоритом, выброс в сторону Земли гигантского солнечного протуберанца.

Ряд ученых полагают, что катастрофические воздействия на биосферу имеют не космическое, а земное происхождение. К их числу относят, в частности, массовую гибель чрезмерно размножившихся при благоприятных условиях травоядных в результате резкого сокращения зеленой массы. Известен также факт массовой гибели в позднем девонском периоде (около 400 млн. лет назад) морских животных, хотя на суше в это время всё обстояло благополучно.

Одним словом, катастрофические воздействия на биосферу, хотя точные данные об их природе отсутствуют, приводили к кардинальным изменениям в живой природе Земли, причем с ними связываются скачкообразные процессы перехода биосферы на более высокий уровень организации. В частности, несомненный интерес представляет гипотеза, согласно которой около 2 млрд. лет назад на Земле произошла крупнейшая экологическая катастрофа, связанная с началом поступления в атмосферу кислорода вследствие жизнедеятельности анаэробных фотосинтезирующих бактерий, использующих хемиосинтез. После достижения критического содержания кислорода (около 1% от современного) стала возможна аэробная жизнь и растения, образно говоря, приняли эстафету производства атмосферного кислорода. Благодаря растительному фотосинтезу и ограниченному потребленпию кислород накапливался весьма быстро, что привело к возникновению озонового слоя, после чего жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше. Однако в этих условиях выжила лишь незначительная часть «докислородной» биосферы, а освободившуюся зкологическую нишу заполнили совершенно новые виды организмов. В будущем им предстояло решить проблему утилизации излишнего кислорода, естественно, биологическими средствами.

Живое вещество планеты, т. е. вся совокупность живых организмов, постоянно участвует в геохимических процессах, поставляя для них необходимый материал. Живые организмы получают из окружающей среды химические элементы, из которых строятся их тела, а в процессе жизнедеятельности и по окончании жизненного цикла возвращают их обратно. Таким образом, живое и неживое (косное) вещество непрерывно взаимодействуют, обеспечивая круговорот вещества. При этом именно живое вещество служит системообразующим фактором, связывая биосферу в единое целое. Живые организмы, по природе своей гораздо более динамичные, чем структуры неживой природы, обеспечивают развитие и совершенствование биоценозов, взаимодействие которых, в свою очередь, приводит к установлению равновесия между живыми системами различного уровня.

Движение энергии, необходимой для жизнедеятельности биосферы, в отличие от движения вещества, носит однонаправленный характер. Лучистая энергия Солнца обеспечивает автотрофное питание растений за счет фотосинтеза. Затем энергия передается на гетеротрофный уровень и, в соответствии со вторым началом термодинамики, рассеивается, переходя в тепловую форму. На энтропийном языке это означает, что живые организмы в процессе своей жизнедеятельности производят энтропию, которую отдают в окружающую среду, черпая из нее упорядоченность. Поддержание высокой степени упорядоченности, т. е. собственно жизни, оказывается возможным исключительно благодаря непрерывному поступлению солнечной энергии. Наша звезда будет исправно поставлять свою энергию биосфере еще несколько миллиардов лет. Что же касается биосферного круговорота вещества, то этот процесс всё заметнее нарушается в ходе человеческой деятельности.