Біосфера та сучасні погляди на її проблеми, Детальна інформація

Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про тім, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, P, Si, що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.

Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази.

Переважні елементи хімічного складу літосфери: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою, про зворотний вплив живих організмів і їхніх систем на навколишні їх фізичні, хімічні і геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість вчених і знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни, що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони усе більше переконувалися в тім, що відособлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі ХІХ – ХХ ст. у науку усе ширше проникають ідеї цілісного, підходу до вивчення природи, що у наш час сформувалися в системний метод її вивчення.

Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних проблем впливу біотичних, чи живих, факторів на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і усі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої Землі. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого боку – сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача – конкретно досліджувати, яким образом і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке представлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович Вернадський (1863 – 1945).

2. В. І. Вернадський про біосферу і “живій речовині”.

Центральним у цій концепції є поняття про живу речовину, що В. І. Вернадський визначає як сукупність живих організмів. Крім рослин і тварин, В. І. Вернадський включає сюди і людство, вплив якого на геохімічні процеси відрізняється від впливу інших живих істот, по-перше, своєю інтенсивністю, що збільшується з ходом геологічного часу; по-друге, тим впливом, яке діяльність людей робить на іншу живу речовину.

Цей вплив позначається насамперед у створенні численних нових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види не існували раніш і без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства і культурного людства як роботу єдиного цілого.

На думку В.І.Вернадського, у минулому не додавали значення двом важливим факторам, що характеризують живі тіла і продукти їхньої життєдіяльності:

відкриттю Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, зв'язаних з дисиметричністтю просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл;

явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але і різноманітні неживі тіла, що В. І. Вернадський називає відсталими (атмосфера, гірські породи, мінерали і т.д.), а також і біокосні тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тіл (ґрунти, поверхневі води і т.п.). Хоча жива речовина по обсязі і вазі складає незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, зв'язаних зі зміною вигляду нашої планети.

Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери, остільки можна затверджувати, що воно може існувати і розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково тому В. І. Вернадський вважає, що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею зв'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної.

Вихідною основою існування біосфери і біогеохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне положення нашої планети й у першу чергу її відстань від Сонця і нахил земної осі до екліптики, чи до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу – життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери і регулятором усіх геологічних, хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образно виразив один з авторів закону збереження і перетворення енергії Юліус Майер (1814 – 1878), що відзначив, що життя є створення сонячного променя.

Вирішальне відмінність живої речовини від відсталого полягає в наступному:

зміни і процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у відсталих тілах – геологічного часу. Для порівняння відзначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;

у ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В.І. Вернадський, виявляється насамперед "у безупинному біогенному струмі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери і назад";

тільки в живій речовині відбуваються якісні зміни організмів у ході геологічного часу. Процес і механізми цих змін уперше знайшли пояснення в теорії походження видів шляхом природного добору Ч.Дарвіна (1859 р.);

живі організми змінюються в залежності від зміни навколишнього середовища, адаптуються до неї і, відповідно до теорії Дарвіна, саме поступове нагромадження таких змін служить джерелом еволюції.

В. І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина, можливо, має і свій процес еволюції, що виявляється в зміні з ходом геологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.

Для підтвердження своєї думки він посилається на безупинний ріст центральної нервової системи тварин і її значення в біосфері, а також на особливу організованість самої біосфери. На його думку, у спрощеній моделі цю організованість можна виразити так, що жодна з крапок біосфери "не попадає в те ж місце, у ту ж крапку біосфери, у який коли-небудь була раніш” . У сучасних термінах це явище можна описати як необоротність змін, при будь-якому процесу еволюції і розвитку.

Безупинний процес еволюції, що супроводжується появою нових видів організмів, впливає на всю біосферу в цілому, у тому числі і на природні біокосні тіла, наприклад, ґрунту, наземні і підземні води і т.д. Це підтверджується тим, що ґрунти і ріки девону зовсім інші, чим третинної і тим більше нашої епохи. Таким чином, еволюція видів поступово поширюється і переходить на всю біосферу.



остільки закономірно виникає питання: а є чи такий початок у життя? Якщо є, то де його шукати – на чи Землі в Космосі? Чи може виникнути живе з неживого?

Над цими питаннями протягом сторіч задумувалися багато релігійних діячів, представники мистецтва, філософи і вчені. В. І. Вернадський докладно розглядає найбільш цікаві точки зору, що висувалися видатними мислителями різних епох, і дійде висновку, що ніякої переконливої відповіді на ці питання поки не існує. Сам він як учений спочатку дотримував емпіричного підходу до рішення зазначених питань, коли затверджував, що численні спроби знайти в древніх геологічних шарах Землі сліди присутності яких-небудь перехідних форм життя не увінчалися успіхом. У всякому разі деякі останки життя були виявлені навіть у докембрійських шарах, що нараховують 600 мільйонів років. Ці негативні результати, на думку В.І.Вернадського, дають можливість висловити припущення, що життя як матерія й енергія існує у Вселеної вічно і тому не має свого початку. Але таке припущення є не більше, ніж емпіричне узагальнення, засноване на тім, що сліди живої речовини дотепер не виявлені в земних шарах. Щоб стати науковою гіпотезою, воно повинно бути погоджене з іншими результатами наукового пізнання, у тому числі і з більш широкими концепціями природознавства і філософії. У всякому разі не можна не вважатися з поглядами тих натуралістів і філософів, що захищали теза про виникнення живої матерії з неживий, а в даний час навіть висувають досить обґрунтовані гіпотези і моделі походження життя.

Припущення щодо абіогенного, чи неорганічного, походженні життя робилися неодноразово ще в античну епоху, наприклад, Аристотелем, що допускав можливість виникнення дрібних організмів з неорганічної речовини. З виникненням експериментального природознавства і появою таких наук, як геологія, палеонтологія і біологія, така точка зору зазнала критики як не обґрунтована емпіричними фактами. Ще в другій половині XVII в. широке поширення одержав принцип, проголошений відомим флорентійським лікарем і натуралістом Ф.Реди, що все живе виникає з живого. Твердженню цього принципу сприяли дослідження знаменитого англійського фізіолога Вільяма Гарвея (1578 – 1657), що вважав, що усяка тварина походить з яйця, хоча він і допускав можливість виникнення життя абіогенним шляхом.

Надалі, у міру проникнення фізико-хімічних методів у біологічні дослідження знову й усе наполегливіше стали висуватися гіпотези про абіогенне походження життя. Вище ми вже говорили про хімічну еволюцію як передумові виникнення предбіотичною, чи предбіологічною, стадії виникнення життя. З зазначеними результатами не міг не вважатися В.І. Вернадський, і тому його погляди з цих питань не залишалися незмінними, але, спираючи на ґрунт точно установлених фактів, він не допускав ні божественного втручання, ні земного походження життя. Він переніс виникнення життя за межі Землі, а також допускав можливість її появі в біосфері за певних умов. Він писав: “Принцип Реди... не вказує на неможливість абіогенезу поза чи біосферою при встановленні наявності в біосфері ( читепер раніш) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки.”

Незважаючи на деякі протиріччя, навчання Вернадського про біосферу являє собою новий великий крок у розумінні не тільки живої природи, але і її нерозривного зв'язку з історичною діяльністю людства.

3. Роль людського фактора в розвитку біосфери.

Центральною темою навчання про ноосферу є єдність біосфери і людства. Вернадський у своїх роботах розкриває корені цієї єдності, значення організованості біосфери в розвитку людства. Це дозволяє зрозуміти місце і роль історичного розвитку людства в еволюції біосфери, закономірності її переходу в ноосферу.

Однієї з ключових ідей, що лежать в основі теорії Вернадського про ноосферу, є те, що людина не є самодостатньою живою істотою, що живе окремо за своїм законами, він співіснує усередині природи і є частиною її. Ця єдність обумовлена насамперед функціональною нерозривністю навколишнього середовища і людини, що намагався показати Вернадський як біогеохімік. Людство саме по собі є природне явище і природне, що вплив біосфери позначається не тільки на середовищі життя але і на образі думки.

Але не тільки природа впливає на людину, існує і зворотний зв'язок. Причому вона не поверхнева, що відбиває фізичний вплив людини на навколишнє середовище, воно набагато глибше. Це доводить той факт, що останнім часом помітно активізувалися планетарні геологічні сили. “...ми усе більше і яскравіше бачимо в дії навколишні нас геологічні сили. Це збіглося, навряд чи випадково, із проникненням у наукову свідомість переконання про геологічне значення Homo sapiens, з виявленням нового стану біосфери — ноосфери — і є однієї з форм її вираження. Воно зв'язано, звичайно, насамперед з уточненням природної наукової праці і думки в межах біосфери, де жива речовина відіграє основну роль” . Так, останнім часом різко міняється відображення живих істот на навколишній природі. Завдяки цьому процес еволюції переноситься в область мінералів. Різко міняються ґрунти, води і повітря. Тобто еволюція видів сама перетворилася в геологічний процес, тому що в процесі еволюції з'явилася нова геологічна сила. Вернадський писала: “Еволюція видів переходить в еволюцію біосфери” .