Границы биосферы

Границы биосферы

Где заканчивается жизнь и начинается мёртвая природа? Этот вопрос звучит просто, но точного ответа на него нет до сих пор. Жизнь проникает и в толщу горных пород, и на дно океанских впадин, и высоко в небо. Чтобы очертить границы биосферы, учёным приходится решать, что именно считать жизнью и какие условия делают её возможной.

Расположение границ биосферы и лимитирующие факторы

Вопрос о расположении границ биосферы впервые поставил в 1926 году В. И. Вернадский. Позже он вернулся к этой теме в отдельной статье «О пределах биосферы» (1937). Однако однозначного ответа наука не дала и сегодня.

Они охватывают верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Чтобы корректно ответить на этот вопрос, нужно сначала чётко сформулировать условия задачи. Для этого приходится решить несколько дополнительных вопросов:

1. Каковы пределы распространения жизни на Земле - особенно её верхняя и нижняя границы в основных абиотических средах?
2. Проводить ли границу по лимитам условий для активных стадий организмов (ведь именно они выполняют биосферные функции) или же включать стадии переживания - споры, цисты и тому подобное?
3. Поскольку биосферные функции выполняют не отдельные организмы, а полноценные экосистемы, не стоит ли сузить границы биосферы до пределов распространения экосистем, пусть даже с обеднённым видовым составом?

Абиотические факторы возможности существования жизни

Какие же абиотические факторы определяют саму возможность существования жизни? Их несколько:

1. Обеспеченность углекислым газом (для фотосинтетиков) и кислородом (для аэробов). Первые организмы Земли жили вообще без кислорода. Анаэробный обмен свойственен и многим современным существам - не только прокариотам, но даже некоторым многоклеточным.
2. Достаточное количество воды - обязательно в жидком состоянии.
3. Температурные границы - между температурой свёртывания белков и температурой, при которой перестают работать ферменты. Крайние пределы, которые выносят некоторые организмы, простираются от почти абсолютного нуля до +180 °C.
4. Минимально необходимое количество элементов минерального питания.
5. Определённая минерализация водной среды.

В целом жизнь способна существовать в широчайшем диапазоне химических условий. Уксусные угрицы (нематоды) живут в толще бродящего уксуса. Некоторые микроорганизмы обитают в концентрированных растворах солей - медного купороса, фторида натрия. Отдельные водоросли и ракообразные выживают в насыщенном растворе поваренной соли, а серные бактерии выдерживают 0,1 М растворы серной кислоты.

Давление, как правило, не служит лимитирующим фактором. Жизнь встречается и при долях атмосферы на большой высоте, и при тысяче с лишним атмосфер в придонных слоях океана и в толще литосферы. Для некоторых прокариот предельным становится давление около 12 000 атм. А стадии анабиоза многих растений и беспозвоночных сохраняют жизнеспособность даже в полном вакууме.

Некоторые организмы переносят и ионизирующую радиацию. К ним относятся прокариоты и отдельные одноклеточные эукариоты. Для некоторых инфузорий допустимо излучение, в 3 миллиона раз более интенсивное, чем естественный радиационный фон. Специфические бактерии находили даже в котлах ядерных реакторов.

Живые организмы встречаются в верхней части литосферы, нижней части атмосферы (фактически по всей тропосфере) и по всей толще гидросферы.

В литосфере главным ограничителем служит температура горных пород и подземных вод. Она закономерно растёт с глубиной и на расстоянии 1,5-15 км от поверхности уже превышает +100 °C. Максимальная глубина, на которой находили бактерии, достигает 4 км. Но большинство бактерий, как и все более крупные организмы, проникают в литосферу лишь на несколько метров. Наибольшая их концентрация - в гумусовом слое почвы, то есть на глубине менее метра.

В океане жизнь распространена по всей глубине. Даже на дне самой глубокой впадины (более 11 км) существуют гетеротрофные экосистемы. В атмосфере же наибольшая высота, на которой встречаются организмы в активной фазе, не превышает области озонового экрана - 22-25 км. Споры и цисты поднимаются и выше, но их концентрация там ничтожно мала. Основная масса воздушного планктона держится в приземном слое, не выше 1-1,5 км.

Важная деталь: ни один организм не способен пройти в атмосфере весь жизненный цикл. Существа поднимаются над землёй при расселении, сезонных перелётах, в поисках пищи или оказываются в воздухе случайно. Атмосфера не образует отдельной экосистемы даже в самом широком смысле. Поэтому корректнее говорить не о «воздушной», а о «наземно-воздушной» среде жизни.

В горах верхняя граница распространения экосистем проходит не выше 6 км над уровнем моря, хотя отдельные организмы встречаются и выше.

Одним из основных свойств живого вещества Вернадский считал «всюдность» жизни в пределах биосферы. Зародившись локально, в водоёмах, жизнь относительно быстро распространилась и заняла все условия, хоть сколько-нибудь пригодные для существования организмов.