Учение о биосфере

ее окружения. М.: Наука, 1965, 175с.
Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.:

Наука, 1974.
Шипунов Ф.Я. Организованность биосферы. М.: Наука, 1980, 290с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1978, 330с.
Колчинский Э.И. Эволюция биосферы. Л.: Наука, 1990. - 235 c.
Одум Ю.П. Экология. М.: Мир, 1975. - 740 с.
Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. - 399 с.

вклад. Парадокс Паскаля.
Русский космизм.
Понятие «биосфера». Трансформация и неоднозначность трактовки понятия

«биосфера» во времени.
Основные концепции биосферы
Границы биосферы, ограничивающие факторы, общая мощность, зависимость от широты. Поле существования, поле устойчивости жизни.
Основные компоненты биосферы. Биокосные тела, уровни их организации.
Живое вещество планеты по Вернадскому.
Гетерогенность и единство биосферы как особой оболочки Земли.
Основы атомистического подхода Вернадского к живому веществу.

Учение о природных зонах А. Гумбольдта и В.В. Докучаева.
Природные

зоны - разнородные природные комплексы поверхности планеты, оказывающие воздействие на живые организмы.
В рамках данной концепции рассчитаны радиационный и тепловой балансы Земли, разработаны различные формы районирования поверхности.
2). Биогеохимическая концепция – крупнейший синтез естественнонаучного и гуманитарного знания ХX в, лежащий в основе новой естественнонаучной картины мира.
Основа - новое понятие о живом веществе и его основных биосферных функциях (на первое место выдвинута активность живого вещества).
Разрабатываются отдельные направления учения В.И. Вернадского - энергетическое, информационное, социальное аспекты теории биосферы.

связаны фундаментальные открытия в области естественных и общественных наук, однако

в подавляющем большинстве случаев это - ученые, работавшие в одном направлении развития знаний.
Значительно реже появлялись мыслители, которые охватывали своим взором всю совокупность знаний своей эпохи и на столетия определяли характер научного мировоззрения.
Такими были Аристотель, влияние идей которого закончилось только в эпоху возрождения, Абу Али Ибн Сина, известный на средневековом Западе под именем Авиценны. В эпоху возрождения к этой когорте мыслителей, несомненно, следует отнести Леонардо да Винчи.
В XVIII в. в России выделилась могучая фигура М.В. Ломоносова, который своими трудами определил мировоззрение многих поколений.

о единстве человека и природы, о тех проблемах, с которыми

неизбежно столкнется человечество при стремлении всецело подчинить себе природу.

Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни, принадлежит русской философии и культуре.

Эта идея легла в основу направления общественной жизни, получившего название «Русский космизм».
«Русский космизм» - направления общественной жизни, основанное на цельного знания, основанного на органической полноте жизни,

Под русским космизмом обычно понимается целый поток русской культуры, включающий не только философов и ученых (психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И. Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э. Циолковского, Н.Ф. Федорова, А. В. Сухово-Кобылина.), но и поэтов, музыкантов, художников (Ломоносов,  Тютчев, Вячеслав Иванов,  Скрябин,  Рерих, и др.)  
К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И. Вернадский.

в духовно-культурной деятельности людей преобладали формы, одним из центральных моментов

мировоззренческих систем было представление о Земле как о центре Вселенной (антропоцентризм и геоцентризм).
Но с началом Нового времени геоцентризм все более сдает свои позиции.
Начало построения первоначальной естественнонаучной картины мира относится к эпохе Возрождения, когда возникли элементы естественнонаучных и материалистических представлений (Дж. Бруно, Н. Кузанский и др.).
Важнейшие фрагменты этой картины мира в последующие столетия создали выдающиеся естествоиспытатели такие, как И. Кеплер, Г. Галилей.
Но сама первоначальная естественнонаучная картина мира была сведена воедино в конце ХVП века в результате творчества гениального английского физика и математика И. Ньютона. Ньютон завершил работу двух веков до него: Коперника, Кеплера и Галилея.
Ньютон завершил и математически оформил предшествующие идеи о вращении Земли вокруг Солнца,
Ньютон создал научно обоснованную, глубокую теорию небесной механики – строения Солнечной системы, сформулировал закон всемирного тяготения.
Созданная Ньютоном ньютоновская картина мира явилась теоретической базой научных трудов естествоиспытателей на протяжении почти двух столетий.
Его идеи окончательно овладели наукой только в конце ХVIII и начале Х1Х века, когда создалась небесная механика.

Этот период стал эпохой естественнонаучного проникновения в глубины материи, в

явления и закономерности микромира, квантовой механики (Н. Бор, В. Гайзенберг, Э. Шредингер, П. Дирак, В. Паули).
В 1905 г. появилась теория относительности Эйнштейна, заменившая пространство Ньютона, в том виде, как оно понималось в Х1Х веке, пространством – временем Эйнштейна. Тем самым создалось новое миропредставление.

Идеи Ньютона вошли в науку с коренной поправкой физиков:
ХХ век стал временем изменения естественнонаучной картины мира, коренного преобразования основополагающих теоретических понятий : пространство, время, движение, корпускулярные, полевые свойства материи и т.д.

В совместных работах биологов, химиков, физиков формировались естественнонаучные теории, перебрасывающие мост от неживой материи к живому веществу как грандиозному явлению эволюции биосферы (Э. Шредингер, Н.В. Тимофеев-Рессовский, М. Дельбрюк, Э. Бауэр и др.).

были отмечены выдающимся французским математиком и мыслителем XVII века Б.

Паскалем.

Б. Паскалем была уловлена парадоксальность общей естественнонаучной картины мироздания - из нее глобально выпадало явление жизни и человек как высшая, разумная форма его проявления.

Парадокс Паскаля состоит в том, что из нее выпадают явление жизни и человек как высшая, разумная форма его проявления.

Человечество на протяжении веков задавалось вопросом:
«Что такое человек во Вселенной?»

Парадокс Паскаля

- ученым-мыслителем, нашим соотечественником, выдающимся ученым – энциклопедистом, создателем учения

о биосфере. Именно он нашел место живых организмов в естественнонаучной картине мира.
Ввел в науку понятие живого вещества
Открыл функции живого вещества на Земле
Наполнил биогеохимическим содержанием понятие «биосфера»
Показал организованность и устойчивость биосферы
Раскрыл основные законы эволюции биосферы
Показал роль человека в биосфере как мощной геологической силы
Предсказал переход биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого в ноосферу - новое явление на нашей планете. В ней впервые человек может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше.

в истории науки
До середины ХIХ века во Франции продержалось понятие

биосфер как гипотетических глобул, якобы составлявших живую основу всех организмов.
Элементы современной концепции биосферы были развиты в трудах Ж.Б. Ламарка - великого французского натуралиста.
Идеи Ламарка в 1875 г. в более расширенном понимании использовал известный австрийский геолог, президент Академии наук Австрии Эдвард Зюсс: наряду с гидросферой, атмосферой и литосферой он выделил в качестве самостоятельной оболочки Земли биосферу – сферу жизни на нашей планете. Однако Зюсс не дал ни определения этого термина, ни обоснования его применения, ни его связи с земной корой. Это понятие не вошло в научный обиход того времени.
На рубеже ХIХ и ХХ веков биосфера трактовалась как совокупность организмов, населяющих Землю, как живую оболочку планеты (Н.М. Сибирцев, Д.Н. Анучин, П.И Броунов, Дж. Бернал, Э.Леруа, П.Тейяр де Шаредн).
Это понятие трактовалось и в идеалистическом плане: биосфера – живой пласт планеты, одна из стадий воплощения бога (Тейяру де Шаредн,1965, 1969 гг.).

биосфере как об особой оболочке Земли использовал академик
В.И. Вернадский,

вложив в него существенно иное, биогеохимическое содержание.

Академик В.А. Ковда(1969): мы должны «понимать биосферу Земли как древнюю, крайне сложную, многокомпонентную, общепланетарную, термодинамически открытую, саморегулирующуюся систему живого вещества и неживой материи, аккумулирующей состав и динамику земной коры, атмосферы и гидросферы».

БИОСФЕРА, ПО ВЕРНАДСКОМУ, – это область распространения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания, которая в ходе эволюции закономерно жизнью переработана и организована.

Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты.

космические излучения и превращающая ее в высокоорганизованные живые и биокосные

тела.

Почти за 4 млрд. лет живым веществом биосферы геохимически переработана верхняя часть литосферы Земли, а состав тропосферы и гидросферы есть в основном ее производные.
Имеет место некое установившееся динамическое равновесие – материально-энергетический обмен планеты с окружающей ее космической средой.
Многочисленные результаты современных астрофизических исследований все более подтверждают эту мысль Вернадского.

всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы, и соответствует озоновому слою

планеты, который находится у полюсов в слое 8-30 км, в тропиках – 15-30 км. Озоновый экран поглощает коротковолновые, ультрафиолетовые лучи, губительные для ДНК.

Нижняя граница биосферы определяется не столь однозначно. Она ограничена областью, в которой по условиям температуры, химической активности, физического состояния вещества явления жизни иметь место не могут.
Нижняя граница определяется отложениями на дне океанов (до глубины свыше 10 км) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии, то есть это литосфера до слоев с температурой, ограничивающей деятельность бактерий.
Считается что это сейсмогенный слой Мохоровичича (Мохо, МО).

ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

растительного, животного мира и микроорганизмов. Распределение живого вещества на планете

неравномерно. «Сгущение жизни» (биомасса) наиболее велико в приземном слое и не превышает несколько десятков метров в высоту, а по горизонтали наиболее велико в экваториальных тропических лесах и наименьшее в пустынях и зонах полюсов.
• Биогенное вещество – осадочные породы органического происхождения. Они подразделяются на фитогенные, состоящие в основном из растительных остатков (напр., каменный уголь), и зоогенные породы, состоящие из остатков животных организмов (напр., меловые отложения)
• Косное вещество – абиогенного происхождения (горные породы, в основном магматического неорганического происхождения, слагающие земную кору). Различные специфические компоненты косного вещества и энергетические потоки (планетарные и космические) включаются в многокомпонентную иерархическую организованность биосферы, определяемую живым веществом
• Биокосное вещество – новый класс природных систем, в которых живое вещество и неорганическая материя тесно между собой связаны, взаимообусловлены и образуют единое целое (почвы, илы, коры выветривания, водоносные горизонты, ландшафты, артезианские бассейны, моря и океаны, биосфера в целом). Впервые идея биокосного вещества была выдвинута во второй половине ХХ столетия известным геохимиком и основателем почвоведения В.В. Докучаевым. Классическим примером биокосной системы является почва – поверхностный слой земной коры, которому присущи свойства как живой, так и неживой (косной) природы, продукт преобразования материнской породы (литосферы) под воздействием воздуха, воды и живого вещества, в первую очередь растений и микроорганизмов.

открыл его функции на Земле.

Живое вещество планеты по Вернадскому

–
полноправный, важнейший компонент материального мира, как и физическая материя, состоящая из атомов и физических полей.
Все живые организмы взятые вместе выступают как один тип вещества, характеризующийся массой, средним химическим составом, запасом свободной энергии и характерными функциями в биосфере.
Предложенная Вернадским новая мерка изучения жизни позволила «внести меру и число в систематическое изучение капризного явления жизни» (Б.Л. Лисичков).

мира
Живое вещество – совокупность живых организмов, характеризуемая определенным химическим составом,

массой и особыми функциями в биосфере.

Живое вещество - нечто целое и единое, оно занимает центральное место в биосфере и способно к самовоспроизведению, сохранению информации, трансформации энергии, эволюционированию.

перечисленные природные образования как части единого целого - биосферы?

Существуют

ли единые природные процессы, которые определяют все многообразие явлений, наблюдаемых в биосфере?

явлением и проявлением воды.
Биосфера – есть область планеты, в

которой вода играет первостепенную роль:
Вернадский: биосфера «может рассматриваться как водная оболочка планеты, как единое водное земное равновесие».
Ламарк: «Где вода, там и жизнь».
2. Биосфера в целом охвачена великим биогеохимическим круговоротом, осуществляемым при участии живого вещества и пришедшим на смену геохимического круговорота после выхода жизни на сушу. Биогеохимический круговорот элементов - это главный механизм, определяющий единство и стабильность биосферы. Следовательно, вся область биосферы охвачена явлением и проявлением живого вещества как гаранта целостности биосферы.
3. Едиными «сквозными» природными процессами, характерными для всех частей биосферы, являются окислительно-восстановительные процессы, к числу которых относятся процессы образования и разложения органического вещества, и кислотно-основные процессы, общность и своеобразие которых формируют кислотно-основные свойства природных сред в естественных условиях и изменяют реакцию среды в широких пределах.
Окислительно-восстановительные и кислотно-основные процессы в значительной степени определяют типы функционирования экосистем, типы процессов жизнедеятельности организмов, природу метаболитов, т.е. в конечном итоге – судьбу биогеохимического круговорота химических элементов

основного субстрата всех организмов – биохимического субстрата жизни.
По .И. Вернадскому,

жизнь на Земле геологически вечна.
Организмы, живущие ныне, представляют собой прямых потомков первичных протобиоценозов.
«Это все та же протоплазма,
это все одно и то же существо» (Бернар К.).
Достижения современной науки доказывают принципиальное сходство, единство основного субстрата всех организмов – биохимического субстрата жизни:
Единство генетического кода, используемого всеми организмами
Гибридизация соматических клеток, совместимость соматических клеток далеко эволюционно разошедшихся форм
Явления паразитизма и симбиоза и др.

почти стушевываются, но вещество организмов, движение его молекул, его энергия

проявляются во всех наблюдаемых явлениях.

«Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей… Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением. Так выраженные явления жизни изучаются в биогеохимии и выявляются как огромный геологический процесс, геохимическая сила планетарного характера. Биосфера должна рассматриваться как область превращений космической энергии».

косной материи?

вещества в биосфере является поглощение солнечной энергии зелеными растениями и

трансформация ее в свободную энергию биосферы.
Основной механизм биосферных процессов - медленное проникновение внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли.
Этим путем живое вещество преобразует биосферу и земную кору.
Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая биокосные соединения, огромные толщи биогенных вадозных минералов, неизвестных вне биосферы, и захороненные залежи углей, горючих сланцев, нефти и газа.
Солнечная энергия, усвоенная живым веществом и законсервированная в биогенном веществе, по Вернадскому, является основным энергетическим источником экзогенных геохимических и геологических процессов.

косной материи своим бесконечным разнообразием: если известно порядка нескольких тысяч

видов минералов, то в природе существует несколько миллионов различных однородных живых веществ (под однородным веществом Вернадский подразумевал совокупность организмов одного и того же вида).

лишь очень редкие явления, как, например, лавы и газы вулканов,

могут по своей изменчивости сравниться с живым веществом
горные породы, химически инертные, с ним несравнимы.
живое вещество постоянно захватывает значительную часть лучистой энергии Солнца и превращает ее в новую форму, этот процесс непрерывен, интенсивен и грандиозен по масштабам и геохимическим последствиям
эти последствия выражаются в явном виде в дифференциации вещества на поверхности нашей планеты. Живое вещество образует на поверхности Земли тонкий, но сплошной покров, в котором сконцентрирована свободная химическая энергия, выработанная им из энергии Солнца.

НЕКОТОРЫЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА

симметрии живого вещества и симметрии косного вещества (принцип дисимметрии Пастера).

Для живого вещества характерно нарушение зеркальной симметрии: асимметрия L-левовращающихся и D – правовращающихся относительно плоскости поляризации соединений.
В живом веществе аминокислоты – L-изомеры (левовращающие луч света), а сахара – D-изомеры (правовращающие луч света). Это и есть проявление хиральности (несимметричности) биогенных соединений.
В отличие от этого, в косном веществе реализуются т.н. рацемические смеси: синтезированные химически аминокислоты представляют собой смесь равного числа D- и L- изомеров. И поэтому они оптически неактивны.
Все в неживой природе препятствует асимметрии, и все же биосфера представляет собой воспроизводящее себя состояние огромного количества молекул, почти абсолютно хирально чистое состояние.
ВАЖНЕЙШИЕ ПРИЗНАКИ ЖИЗНИ – ЭТО ВОСПРОИЗВОДСТВО УНИКАЛЬНОЙ УПОРЯДОЧЕННОСТИ МОЛЕКУЛ И ЧИСТОТА ЗЕРКАЛЬНОЙ ИЗОМЕРИИ (ХИРАЛЬНОСТЬ) БИООРГАНИЧЕСКОГО МИРА

миграцию и дифференциацию не только на уровне химических элементов, но

и на уровне изотопов атомов элементов (В.И. Вернадский, 1926 г.).
В конце ХХ столетия было четко доказано фундаментальное свойство живого вещества (всех живых организмов от микробов до животных организмов) – способность фракционировать (разделять) изотопы атомов элементов в результате поглощения преимущественно легких изотопов.
Изменение изотопного состава пород под влиянием живого вещества было подтверждено для ряда элементов – кислорода, углерода, серы, свинца и т.д.

пород. 12С/13С 32S/34S 206Pb/207Pb,
В процессе

миграции углерода в биосфере изменяется изотопное 12С/13С:
осаждение карбонатных пород (абиогенного процесса) сопровождается повышением содержания тяжелого изотопа 13С: в морских известняках абиогенного происхождения так что отношение 12С/13С устанавливается от 88.2 до 89.
В процессе фотосинтеза в рамках миграции углерода в биосфере, напротив, повышается содержание легкого изотопа 12С: для растений и их остатков отношение 12С/13С наблюдается в интервале 90-92.
 
Изменение изотопного отношения 32S/34S указывает на действие сульфатредуцирующих бактерий в древних водоемах.
Доказательство бактериального происхождения самородной серы в куполах Мексиканского побережья.
Установление возраста формаций СССР, Сев. Америки, Южной Африки – ранний докембрий (примерно 3.8 млрд лет назад).

живым веществом с помощью механизмов, не встречающихся в неживой природе.
Жизненный

субстрат воспроизводит свою структуру вопреки постоянным химическим превращениям, мутациям, гибели особей (функция наследственности).
Такими функциями обладает система из асимметрично построенных биополимеров - белков и нуклеиновых кислот.
В этой системе сложные белки обеспечивают все функции жизни, за исключением воспроизводства.
В основе воспроизводства лежит синтез белка, протекающий в клетках с участием нуклеиновых кислот.

к эволюционированию

8. Способность к самореализации первоначально заложенной в нём информации:

метаболизм

(способность поглощать и обмениваться внешней энергией и материей)
редупликация (способность к воспроизведению)
стремление к сохранению собственной целостности.

биосфере и его совокупной химической активности в настоящем и прошлом

- формирование состава трех планетарных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы.
Биосфера - это особая термодинамически открытая оболочка Земли, которая при непрерывном участии живого вещества с использованием энергии Солнца формирует химический состав сопредельных планетарных оболочек: атмосферы, гидросферы и литосферы.

никогда в течение доступного для науки геологического времени (теперь мы

можем сказать – более 3 млрд. лет) не было и нет следов абиогенеза (т.е. непосредственного создания живого из косной материи, самозарождения жизни).
Вывод Франческо Рэди о том, что живое возникает только от живого, был подтверждён в XIX веке авторитетом Л. Пастера и утвердился в теоретической биологии как принцип Реди, или концепция биогенеза.
В.И. Вернадский: "Между живыми и косными естественными телами биосферы нет переходов - граница между ними на всём протяжении геологической истории резкая и ясная".

среду в течение всего геологического времени
Все время на Земле шли

те же процессы выветривания
Наблюдался тот же средний химический состав живого вещества и земной коры, какой мы ныне наблюдаем
Гипотеза о генетической связи современного живого вещества с живым веществом прошлого, о доступности условий земной среды для существования живого вещества и химического влияния этого вещества на окружающую его среду.

в сторону увеличения биогенной миграции атомов в биосфере.
4. Принцип «космизма

жизни» - принцип Гюйгенса (Huygens, 1965): жизнь есть не только земное, но и космическое явление в установившемся динамическим равновесием – материально-энергетическим обменом планеты с космическим пространством.
В.И. Вернадский:
«Биосфера должна рассматриваться как область превращений космической энергии»
«Изучение жизни в форме живого вещества явно указывает, что это есть планетарное, т.е. космическое явление».

его биогеохимические функции: питание, дыхание и размножение особей всех видов

живых организмов:
Глобальные следствия дыхания живых организмов на уровне живого вещества интегрируются в газовую функцию живого вещества.
Газовая функция реализуется в виде различных частных функций: кислородной, азотной, углекислотной, углеводородной, сероводородной и т.п.
Глобальные следствия питания отдельных особей выражаются в концентрационной функции живого вещества в целом.
Концентрационная функция живого вещества есть процесс отбора организмами из окружающей среды определенных химических элементов.

интегрируются в биохимическую функцию живых организмов.
Три основных обобщения В.И. Вернадского:
1.

Размножение живых организмов осуществляется в геометрической прогрессии (закон Мальтуса).
2. Процесс размножения живого ограничивается только внешними условиями: наличием пищи, света, температурой и т.д. Внутри самого живого нет запретов на реализацию геометрической прогрессии. Скорость растекания живого, а, следовательно, и переработка им среды, ограничивается внешними условиями.
3. Темп размножения зависит от размеров организмов. Мелкие организмы размножаются быстрее крупных. Глобальное следствие такого положения заключается в том, что основной вклад в переработку среды обитания вносят мелкие организмы (принцип Сьнядецкого).

вещества в его транспортную функцию.
Человек, являясь частью живого вещества,

также участвует в реализации геохимической функции живого вещества, подчиняясь общим правилам.
Разнообразие природных условий, создаваемое внешними (космическими) и внутренними процессами на Земле обусловливают неравномерность распределения живых организмов.

парадоксам.
Впервые они были отмечены выдающимся французским математиком и мыслителем XVII

века Б. Паскалем.

Парадокс Паскаля состоит в том, что из картины мира выпадают явление жизни и человек как высшая, разумная форма его проявления.

проявлением живого вещества.
Вся биосфера охвачена явлением и проявлением воды, играющей

первостепенную роль.
Биогеохимический круговорот элементов с участием живого вещества - главный механизм, определяющий единство и стабильность биосферы.
Богатство свободной химической энергии и неравновесность биосферы.
Протекание единых «сквозных» окислительно-восстаннов-ных процессов, характерных для всех частей биосферы (живых организмов, косных, биокосных компонентов) и биосферы в целом (образования и разложения органического вещества, окислительный метаболизм живых организмов и т.д.) и связанных с ними кислотно-основных процессов, общность и своеобразие которых определяют типы функционирования экосистем, типы процессов жизнедеятельности организмов.
Наличие системных, специфических свойств биосферы как особой оболочки Земли, открытых В.И. Вернадским.