Глава седьмая. Биосфера
«Оба берега реки Нзоя густо поросли папирусом. Кое-где растения сливались в непроходимую чащу, среди которой были видны озера, пристанища диких уток, гусей, ибисов, журавлей, пеликанов, лебедей и бекасов. В русло реки вдавалось обширное плоскогорье, на котором растительность присутствовала в виде небольших островов. Неподалеку виднелся крутой берег озера. Большие деревья росли группами, их окружали красивые цветы, издававшие слабоуловимый, приятный аромат. Роскошная растительность отражалась в прозрачной воде…».
Это было описание африканской природы от уже известного вам писателя Альфреда Шклярского. Впрочем, на месте этого отрывка мог быть любой другой, содержащий упоминания о животных и растениях. Помните ли вы слово, одно-единственное и недлинное, которым обозначается все живое на нашей планете вместе со своей средой обитания?
Это слово – биосфера. Именно так называется оболочка Земли, населенная живыми существами. Биосфера включает в себя верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, или водные ресурсы нашей планеты, и нижнюю часть атмосферы – до озонового слоя, выше которого жизнь невозможна, поскольку там присутствует во всей полноте коротковолновая часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительная для всего живого.
Верхняя граница биосферы весьма условна, впрочем, как и нижняя. Микроорганизмы могут заноситься с восходящими потоками воздуха на большие высоты. Пока что микроорганизмы удавалось обнаруживать в воздухе на высоте 18 километров, но можно допустить, что потоки воздуха могут забросить их и выше.
Нижняя граница биосферы находится где-то там в литосфере, на глубине, которая постоянно увеличивается… Сейчас уже говорят о 19 километрах, правда эта цифра требует уточнения.
Гидросфера отличается от атмосферы и литосферы тем, что она заселена живыми организмами не частично, полностью. В воде, как в пресной, так и в соленой, на любой глубине, при любых температурах, существует жизнь. Даже в Бездне Челленджера были найдены одноклеточные организмы, которых защищают от высокого давления воды известковые раковины.
Но основная масса живых организмов заселяет верхний слой гидросферы в пределах до 200 метров от поверхности воды, потому что именно до такой глубины способен проникать сквозь воду солнечный свет. Все дело в свете, потому что именно он служит источником энергии для растений, которые служат источником питания для животных. Если нет света, то нет и растений. Без света могут расти только грибы, занимающие промежуточное положение между растениями и животными…
Но что же тогда служит источником питания на дне Мирового океана, там, куда никогда не доходит свет? Ведь растения первичны, с них начинаются пищевые цепочки… Или рассказы про жизнь на океанском дне – это сказки?
Нет, не сказки!
На дно любого водоема, будь то пруд или океан, оседают экскременты живых организмов и останки мертвых. Они служат пищей для не хищных жителей глубин, а те, в свою очередь, служат пищей для хищных. Так вот и живут, приспособились.
Совокупность организмов разных видов, проживающих на одной территории и связанных между собой и с окружающей их неживой природой обменом веществ и энергии называют биогеоценозом.
Биогеоценоз – это структурная единица биосферы нашей планеты. Биосферу можно представить как мозаичный шар, собранный из кусочков-биоценозов.
Общая масса организмов, приходящаяся на единицу площади земной поверхности или на единицу объема воды называется биомассой. Биомассу Земли, то есть общую массу живых организмов нашей планеты, в настоящее время считают равной примерно 2,5×1012 тоннам. Это 25 миллионов миллиардов тонн! 80 % биомассы составляют растения, около 13 % – бактерии, 2 % – грибы, а доля человека всего-навсего около 0,01 %. Утешаться нам с вами можно только тем, что доля всех диких млекопитающих, наших собратьев по биологическому классу, почти в 10 раз меньше. В гидросфере все наоборот – здесь животный мир преобладает над растительным. 94 % биомассы гидросферы составляют животные и только 6 % – растения.
С биомассой есть одна закавыка. Этим словом также называют топливо – растительный или животный материал, который используется для выработки энергии или тепла, от древесины до навоза. Так что не удивляйтесь, если встретите где-нибудь фразу вроде «лесная биомасса – это возобновляемый источник энергии», а просто вспомните о другом значении этого слова.
Биомасса распределена в биосфере неравномерно. Подавляющее большинство живых организмов сосредоточено близ земной поверхности в воздушной среде, а также в водах до глубины 100 – 150 метров (преимущественно – на глубинах до 50 метров). На больших высотах в атмосфере и глубоко в недрах обитают только микроорганизмы.
Не путайте биомассу с биомом! Биомом называют совокупность биогеоценозов одной природно-климатической зоны. Пустыня, тайга или тундра – это биомы.
В биосфере постоянно происходит биологический круговорот, называемый круговоротом веществ и энергии. Из минеральных веществ литосферы, газов атмосферы и воды гидросферы с поглощением солнечной энергии создается органическое вещество. После гибели организма это вещество распадается на минеральную, газовую и водную составляющие. Процесс распада сопровождается выделением энергии. Таким образом, вещества попадают из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду.
Круговорот веществ между живой и неживой материей является одной из наиболее характерных особенностей биосферы, особенностью, объединяющей живую и неживую природу. Именно круговорот веществ позволяет рассматривать биосферу и биогеоценозы как комплексные системы.
Общая схема круговорота веществ и энергии в природе
С биологическим круговоротом не следует путать пищевые цепи, поскольку это совершенно разные понятия.
Биологический круговорот представляет собой круговорот веществ и энергии в природе, а пищевая цепь – это ряд организмов, в котором каждое предыдущее звено служит пищей для последующего. Да, в пищевой цепи присутствует перенос веществ и энергии при поедании одного организма другим, но эту цепь нельзя называть круговоротом, поскольку круговорот замкнутый, а пищевая цепь – линейна. Она начинается с организма, производящего собственную пищу из первичного источника энергии, то есть с растения, использующего для фотосинтеза энергию Солнца, и заканчивается высшим хищником, то есть таким, которые не служат пищей другим хищникам.
Пищевую цепь нередко пытаются изображать в виде замкнутой окружности, но это абсолютно неправильно. Да, растение может использовать в процессе своей жизнедеятельности вещества, образовавшиеся при разложении останков высшего хищника, но растение не питается непосредственно высшим хищником. А смысл пищевой цепи заключен в том, что организм последующего звена поедает организм предыдущего звена. Поедает именно организм, а не продукты разложения его останков.
Пищевые цепи бывают пастбищными или цепями выедания и детритными или цепями разложения.
Примеры пастбищных пищевых цепей изображены на рисунке. Эти цепи называются так потому что начинаются они с пастбищ, то есть с растений, вырабатывающих органические вещества из неорганических с использованием солнечной энергии.
Питательную основу детритных цепей составляет детрит. Так называют продукты распада органики растительного и животного происхождения – скошенной травы, опавших листьев, древесины мертвых деревьев, экскрементов и трупов животных. Разложение сложных органических веществ до простых неорганических обеспечивают микроорганизмы.
Вот примеры детритных пищевых цепей:
– опавшие листья – червь – скворец – ястреб или другая хищная птица;
– навоз – жуки-скарабеи – крот – куница – лисица;
– навоз – личинки мух – лягушка – уж – хищная птица.
Детритные цепи тоже нельзя замыкать, потому что хищник, стоящий в конце цепи остается живым после того, как съел предыдущее животное. Все пищевые цепи всегда линейны. Точка!
Доля пастбищных пищевых цепей в масштабах планеты составляет немного – около 10 % биомассы, 90 % ее входит в детритные цепи.
«Биосфера – это планетное явление космического характера, ее важной особенностью, главной геологической силой является жизнь – «живое вещество», не просто населяющее биосферу, а преобразующее облик Земли», писал академик Владимир Вернадский, создавший учение о биосфере.
Живое вещество является преобразователем и накопителем энергии солнечного излучения. Благодаря такому свойству, как подвижность, живое вещество заполняет собой все среды, доступные для жизни, все пригодные для обитания ниши. Такое «растекание» живого вещества называется «давлением жизни». При перемещении живое вещество переносит органические вещества и накопленную в себе солнечную энергию, причем этот перенос происходит активно, зачастую – против сил неживой природы. Примером такого переноса может служить подъем растительности вверх по горе, в направлении, противоположном силе земного притяжения.
Химические реакции в живых организмах, благодаря участию в них ферментов, протекают гораздо быстрее, чем в неживом веществе и не требуют жестких условий, таких, например, как высокая температура или, скажем, высокое давление.
Таким образом, в ходе эволюционного развития живое вещество выполняет геологическую работу по изменению физико-химических свойств биосферы. Например, благодаря живому веществу, главным образом благодаря жизнедеятельности растений суши, сформировался нынешний состав атмосферного воздуха.
Другим примером могут служить залежи нефти, каменного угля, осадочных пород или торфа, образовавшиеся из останков живых организмов, благодаря концентрационной способности живого вещества, способности к накоплению в больших количествах определенных химических элементов.
Но живые организмы могут не только участвовать в образовании минеральных продуктов. В процессе своей жизнедеятельности они могут разрушать горные породы. Лишайники, обитающие в скальных трещинах и впадинах, разрушают породы при помощи выделяемых и