БІОСФЕРА

Біосфера — це загально планетна оболонка, склад, будова й енергетика якої зумовлені минулою і сучасною діяльністю всієї сукупності живих організмів на Землі. Виникла близько 3,5 млрд років тому. Охоплює частину атмосфери до висоти озонового шару (20—25 км), верхні шари земно? кори і всю гідросферу. Нижня межа опускається в середньому на 2— З км на суші і на 1—2 км нижче дна океану. Нижня термічна межа біосфери зумовлена високими температурами глибинних верств земної кори. Верхня — наявністю короткохвильового ультрафіолетового проміння, від якого живі організми захищені озоновим шаром. Потужність її змінюється від 13 км у полярних широтах до 22 км на екваторі. Біосфера є складною, цілісною, організованою і саморегульованою екологічною системою, в якій під впливом живих організмів відбуваються акумуляція, трансформація і перерозподіл величезних ресурсів речовини й енергії. У ній зародилося і розвинулося життя в усій різноманітності форм.

Усі організми об’єднуються у чотири царства живої природи: рослини (до 500 тис. видів), тварини (до 1,5 мли видів), гриби (понад 100 тис. видів), бактерії (мікроскопічні, часто одноклітинні організми).

Живі істоти різних царств тісно взаємопов’язані. Рослини здатні створювати органічні речовини з неорганічних, виділяючи кисень. Цей процес називають фотосинтезом.

Тварини не можуть самі створювати органічних речовин. Вони одержують їх, з’їдаючи траву (травоїдні) чи інших тварин (хижаки).

Кисень, що виділяється рослинами, усі живі організми використовують для дихання, а вуглекислий газ, який вони видихають, необхідний рослинам для фотосинтезу.

Залишки відмерлих рослин і тварин розкладають бактерії грунту, перетворюючи їх у прості неорганічні речовини, які поглинають нові покоління рослин. Якби не санітарна робота бактерій, то залишки відмерлих тварин і рослин вкрили б Землю шаром у декілька метрів.

Походження і поширення життя на Землі

Щодо походження живої речовини є різні гіпотези. За однією з них, життя на Землі взагалі не виникало, воно завжди було, бо воно вічне так само, як вічна матерія. Життя ніби виникло разом з планетою. Було висунуто гіпотезу, за якою життя виникло поза Землею і на Землю занесене ззовні (гіпотеза панспермії). Найбільш поширена думка, що життя виникло на самій Землі на певній стадії її розвитку як планети.

Перша гіпотеза вочевидь помилкова. Незалежно від того, як утворилася Земля — чи то з вогняно-газової речовини, чи то з холодної пилуватої матерії, — важко припустити, що в часи становлення планети на ній уже було життя.

З гіпотезою панспермії теж не можна погодитися, бо вона не ставить питання про походження і розвиток життя, а говорить лише, що воно занесене на Землю з інших світів.

Істина, очевидно, втому, що життя не вічне. Воно виникло на Землі з неорганічної матерії на певному етапі її еволюції, за певних умов її існування. Життя виникло в результаті поступових перетворень неорганічної речовини. Спочатку виникла органічна речовина в найпростішій формі. Минали мільярди років, протягом яких вона ускладнювалась, розвивалась, поки нарешті не утворились існуючі форми високоорганізованої матерії.

Вважають, що життя виникло в океані. За сучасними поглядами, океан — батьківщина всього живого. Життя зародилося у воді, коли в земній атмосфері було ще мало кисню. Процес утворення живої речовини складний. Можливо, метан, аміак і вода з’єдналися в складні молекули — амінокислоти. Вони стали будівельним матеріалом для протеїнів, які є основними компонентами живої речовини. Протеїни, в свою чергу, об’єднувались і утворювали велетенські молекули, які мали властивість відтворюватися. Ця властивість і була першим кроком на шляху формування живого організму.

Жива речовина як результат закономірного розвитку поверхні планети виникла близько 3 млрд років тому. Оскільки розвиток тривав дуже довго, форми життя надзвичайно різноманітні. Вони різноманітніші, ніж мінеральна речовина на Землі.

Живих організмів на Землі дуже багато. Це зумовлено численними факторами: сприятливими умовами для життя, властивістю організмів рухатися, розмножуватися, пристосовуватися до різних умов існування тощо.

На нашій планеті сприятливі умови для життя. Переважна частина її поверхні має температури від+50 до —50 °С. До таких умов пристосована більшість організмів. Особливо живучі найпростіші організми. Спори грибів витримують температури +140, +180 °С, а деякі бактерії виживають при температурах —200, —250 °С. Деякі бактерії не гинуть від кип’ятіння протягом 100 год, інші — виживають при зануренні в рідкий гелій з температурою, лише на 0,0075 °С вищою за абсолютний нуль. Але це винятки, які стосуються найпростіших організмів.

Земні організми мають певну межу для пристосування. При високих температурах руйнуються білки, які є основою життя. Закипає й переходить у газовий стан вода — основний розчинник, без якого неможливі численні реакції, що становлять біохімічний механізм життя. Низькі температури теж обмежують життєві процеси. Дослідження показали, шо життя можливе в діапазоні від +80 до—70 °С.

У межах Сонячної системи, що має зазначений температурний діапазон, життя, подібне доземного, може існувати не ближче як 92 і не далі як 275 млн.км від Сонця. Це — межі екосфери — простору в Космосі, де можливе життя на тих самих принципах, що її земне. У межах екосфери Сонячної системи знаходяться орбіти трьох планет: Венери, Землі й Марса.

На Землі, незважаючи на досить вузькі температурні рамки життя, воно—дуже стале явище. Адже з часу виникнення життя ніколи не переривалось. Очевидно, й умови життя на Землі протягом мільярдів років істотно не змінювались. Протягом свого існування воно лише безперервно розвивалось і поширювалось на Землі.

Поширенню організмів сприяє і їхня здатність рухатись. Завдяки рухливості організми вільно розселяються по суші, у воді і приживаються скрізь, де є умови для існування. Проте головною причиною їхнього поширення на Землі є не механічне пересування індивідів, а властивість розмножуватись, саме швидкість їхнього розмноження. Розмноження — це основний закон життя. Вся структура організму, всі його органи, всі численні фізіологічні процеси — все життя організму і будь-якої частини його тіла так або інакше спрямоване на розмноження, на збільшення кількості потомства. Тому потенціальні можливості розмноження організмів невичерпні.

Ось кілька прикладів. Якби зберігалось усе потомство однієї рослини кульбаби, то через 10—12 років її масою можна було б покрити всю сушу. Одна рослина маку щороку дає близько 30 тис. насінин, а одна тріска — кілька мільйонів ікринок. Діатомея (водорість із кременистим панциром, яка розмножується діленням) протягом 8 днів могла б створити масу живої речовини, яка б дорівнювала об’єму нашої планети. Інфузорія-туфелька (бактерія, що з’являється у воді, коли гниє рослинна маса) протягом 5 років може створити масу живої речовини, в 104 рази більшу за масу Землі. Протягом 4,5 доби вона може дати потомство 10 36 особин, яких вистачило б, щоб заповнити всі океани. Протягом З—3,5тис. років потомство слона — тварини, що найповільніше розмножується, — може вкрити всю земну кулю суцільним шаром.

Здатність організмів пристосовуватись до середовища відіграє теж не останню роль в їхньому поширенні. Зовнішнє середовище весь час змінюється, відповідно до цього постійно еволюціонують і організми. Процес пристосування організмів до середовища безперервний.

Отже, такі властивості організмів, як здатність рухатись, розмножуватись і пристосовуватись до різних умов середовища, створюють необмежені можливості для збільшення їхньої кількості та розселення на Землі.

Проте практично потенціальні можливості безмежного збільшення організмів не здійснюються. У природі цей процес обмежується розмірами Землі, природним відбором, боротьбою за існування, обмеженістю газообміну Між організмами й середовищем тощо, внаслідок чого виживають не всі організми.

Хоча для Землі характерна багатоярусність життя на суші і в океані, площа поверхні Землі для існування організмів обмежена. Це пояснюється тим, що не всі організми можуть жити густо, поряд один з одним. Якщо мікроорганізми можуть існувати у величезній скупченості, суцільними великими масами, то життя більших організмів обмежується певною щільністю на одиницю площі, вище від якої організми гинуть. Так, підраховано, що для життя слона в Індії потрібна площа 30 км 2 , для бджоли — 200 м 2 , для одного злаку 25—30 см 2 .

Такі фактори, як природний добір, боротьба за існування, обмеженість газообміну, пов’язані між собою і з обмеженістю площі Землі. Виживають найдосконаліші форми, найсильніші особини. Є й інші фактори, які протидіють безмежному розмноженню організмів. Серед них у наш час треба назвати людину як найпотужніший фактор перетворення живої природи.

Признаки и особенности всех царств живой природы

Традиционно все живые организмы подразделяются на три домена (надцарства) и шесть царств, однако в некоторых источниках может быть указана другая система классификации.

Организмы помещаются в царства на основе сходства или общих характеристик. Некоторые из признаков, которые используются для определения царства включают: тип клетки, получение питательных веществ и размножение. Двумя основными типами клеток являются прокариотические и эукариотические клетки.

Обычные способы получения питательных веществ включают фотосинтез, абсорбцию и проглатывание. Типы размножения включают бесполое и половое размножение.

Ниже приведен список шести царств жизни и краткая характеристика организмов, состоящих в них

Царство Археи

Первоначально эти прокариоты с одной клеткой считались бактериями. Они находятся в Домене Археи и имеют уникальный тип рибосомальной РНК. Состав клеточных стенок этих организмов позволяет им жить в очень сложных условиях, включая горячие источники и гидротермальные отверстия.

• Домен: Археи;
• Организмы: метаногены, галофилы, термофилы, психрофилы;
• Тип клетки: прокариотическая;
• Обмен веществ: в зависимости от вида — для метаболизма может потребоваться кислород, водород, углекислый газ, сера, сульфид;
• Способ питания: в зависимости от вида — потребление пищи может осуществляться путем абсорбции, не фотосинтетического фотофосфорилирования или хемосинтеза;
• Размножение: бесполое размножение путем бинарного деления, почкования или фрагментации.

Примечание: в некоторых случаях археи относят к Царству Бактерий, однако большинство ученых выделяют их в отдельное Царство. Фактически данные анализа ДНК и РНК показывают, что археи и бактерии настолько различные, что их нельзя совмещать в одно Царство.

Царство Бактерии

Эти организмы считаются настоящими бактериями и классифицируются под доменом бактерий. Хотя большинство бактерий не вызывают заболевания, некоторые могут спровоцировать серьезные болезни. При оптимальных условиях они размножаются с угрожающей скоростью. Большинство бактерий размножается бинарным делением.

• Домен: Бактерии;
• Организмы: бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), актинобактерии;
• Тип клетки: прокариотическая;
• Обмен веществ: в зависимости от вида — кислород может быть токсичным, переносимым или необходимым для метаболизма;
• Способ питания: в зависимости от вида — потребление пищи может осуществляться путем абсорбции, фотосинтеза или хемосинтеза;
• Размножение: бесполое.

Царство Протисты

Протисты включают очень разнообразную группу организмов. Некоторые из них имеют характеристики животных (простейшие), в то время как другие похожи на растения (водоросли) или грибы (слизистые формы). Эти эукариотические организмы имеют ядро, которое заключено в мембрану.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: амебы, зеленые водоросли, бурые водоросли, диатомовые водоросли, эуглена, слизистые формы;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Обмен веществ: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: в зависимости от вида — потребление пищи включает абсорбцию, фотосинтез или проглатывание;
• Размножение: преимущественно бесполое. Мейоз возникает у некоторых видов.

Царство Грибы

Грибы включают как одноклеточные (дрожжи и плесени), так и многоклеточные (грибы) организмы. Они являются разлагающими организмами и получают питательные вещества через поглощение.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: грибы, дрожжи, плесень;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Метаболизм: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: абсорбция;
• Размножение: половое или бесполое.

Царство Растения

Растения чрезвычайно важны для всей жизни на Земле, поскольку они выделяют кислород, и обеспечивают других живых организмов кровом, продуктами питания и т.п. Эта разнообразная группа содержит сосудистые или бессосудистые растения, цветковые или нецветковые растения, и др.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: мхи, покрытосеменные (цветковые растения), голосеменные, печеночники, папоротники;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Обмен веществ: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: фотосинтез;
• Размножение: организмы подвергаются чередованию поколений. Половая фаза (гаметофит) сменяется бесполой (спорофитом).

Царство Животные

В это Царство входят все животные организмы. Эти многоклеточные эукариоты зависят от растений и других организмов для поддержания жизнедеятельности. Большинство животных обитают в водных средах и варьируются от крошечных тихоходок до чрезвычайно больших голубых китов.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: млекопитающие, амфибии, губки, насекомые, черви;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Обмен веществ: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: проглатывание;
• Размножение: у большинства животных половое размножение, но у некоторых встречается бесполое.

Примечание: вирусы не принадлежат к вышеупомянутым 6 царствам жизни. Они намного меньше и менее сложные, чем клетки. Это макромолекулярные единицы, состоящие из ДНК или РНК, окруженные внешней оболочкой белка. У них нет связанных с мембраной органелл, нет рибосом, цитоплазмы, а также отсутствует источник собственного производства энергии. Вирусы не имеют клеточного дыхания, газообмена и т.д. Подобно паразитам, они способны размножаться только в живых клетках.