Биосфероведение - Валерий Степанович Миловатский

class="p1">З. Подцарство цианобактерий. Их больше всего, около 2500 видов. По способу питания среди них есть хемотрофы, фототрофы и гетеротрофы. Они обладают удивительной живучестью в самых суровых условиях: переносят очень низкие температуры, бескислородную среду, высокую радиоактивность (их находят даже в ядерных реакторах), жёсткий ультрафиолет. Образуют множество форм в виде колоний, нитей, глобул. В качестве зелёного налета их можно обнаружить на стволах деревьев, на камнях, в водоёмах. В симбиозе с бактериями они образуют «маты», своеобразные подушки. Фиксируют 90 % азота, потребляемого биотой. Цианоактерии представляют собой древнюю часть биоты. Их ещё называют пионерами биосферы, поскольку они первыми создали кислородную атмосферу, а вместе с бактериями – первую почву. Бактерии и цианобактерии – единственные из всего живого мира организмы, способные создавать собственные экосистемы, независимые от эукариотов, и благодаря этому выживать без их сложных экосистем. Все другие организмы зависят от синтетической и деструктивной деятельности этих пионеров биосферы.

Обратимся теперь к надцарству эукариотов (ядерных организмов), куда входят царство растений, царство грибов и царство животных. Рассмотрим их последовательно.

Царство растений представлено множеством видов водорослей, багрянковых (морские растения бурого цвета) и высших растений. Все они фототрофы. Основная их биосферная функция – трансформировать солнечную энергию в биологическую форму энергии, создавать энергетическую и пищевую базу биоты, «поставлять» свободный кислород в атмосферу.

Царство грибов относится к сапрофитам, то есть питающимся за счёт разложения органики. Они хорошо переносят экстремальные условия. В деструктивной функции им нет равных. Они, например, разлагают древесину, которая не поддаётся бактериям. Без них леса были бы завалены сухостоем. Это и является их главной ролью в биосфере. Кроме того, они имеют большое почвообразующее значение, так как обогащают её разложенной органикой, а своими гифами формируют почвенную структуру.

Царство животных – самое разнообразное царство. Все животные относятся к гетеротрофам. В отличие от представителей предыдущих царств, они способны к активному движению. К движению «против стока», то есть способны двигаться против течения, против ветра, преодолевать земное притяжение. С этим связана их роль регулятора биотического круговорота в биосфере. Эту роль они выполняют, питаясь растениями, планктоном; рассеивая по всему земному шару семена, споры и другой репродуктивный материал; создавая новые условия среды. Так мидии очищают воду в заливах и даже создают там циркуляцию воды. Бобры своими плотинами преобразуют пойменные экосистемы рек. Кроме того, регуляторная роль животных связана с тем, что они образуют в биоте сложную систему связей, повышая тем самым её устойчивость.

Разделение труда в биосфере между царствами – это условие целостности биоты.

М.М. Камшилов пишет, что весь биотический круговорот имеет как бы два этажа или два яруса. Первый – древний этаж, состоящий из одноклеточных синтетиков и деструкторов. Второй – более поздняя надстройка, состоящая из всего многообразия многоклеточных организмов. Понятно, что первый этаж более независим.

Теперь дадим представление о биотическом круговороте. Бесчисленное количество организмов биоты быстро исчерпало бы все вещественные и энергетические ресурсы биосферы, если бы биота не имела хорошо отлаженной системы деструкции (разложения) уже отживших организмов и не возвращала бы природе взятое у неё как бы напрокат. Но биота благодаря деструкторам (бактериям, грибам и другим организмам) постоянно возвращает в природу «отработанное» вещество и затем снова его использует. Этот постоянный круговорот вещества, идущий через биоту и осуществляемый живым веществом за счёт вбираемой им солнечной и земной энергий, называется биотическим круговоротом. Он существует столько же лет, сколько существует биота и биосфера.

Скорость биотического круговорота фантастическая. Вся масса биоты обновляется в среднем за 8 лет. Фитомасса суши (растения и другие) обновляется за 14 лет; фитомасса океана – за 33 дня; фитопланктон – за 1 день. Вся вода гидросферы проходит через биоту за 2800 лет; кислород атмосферы – за 2000–5000 лет; углекислый газ атмосферы – за 6,3 года. Более длительны в биосфере циклы углерода, азота, фосфора – они совершаются за миллионы лет.

Следует сказать, что биотический круговорот не замкнут. Часть вещества (около 10 %) не возвращается в него, а уходит в виде отложений и захоронений в литосферу, трансформируясь там в биогенные породы. Чтобы восполнить потерю, биота, благодаря синтетической деятельности своего древнего «этажа» – архебактерий, бактерий-хемосинтетиков, цианобактерий – добавляет недостающий материал из продуктов магматической активности недр Земли. Так живое вещество производит определённую большую геологическую работу. И образуется уже грандиозный геологический или биосферный кругооборот вещества. О его особенностях и значении будем говорить в других главах.

Сначала Вернадский всю работу живого вещества разделил на два рода: химическую и механическую. А затем более подробно распределял её на 9 функций: газовую; кислородную; окислительную; кальциевую; восстановительную; концентрационную; функцию разрушения органики; функцию восстановительного разложения; функцию метаболизма и дыхания организмов.

Ф.Я. Шипунов же выделяет 5 функций биоты: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную, просто биохимическую и биохимическую функцию человеческой цивилизации.

Мы будем рассматривать функции живого вещества, описанные А.В. Лапо: энергетическую, концентрационную, деструктивную, средообразующую, транспортную. На наш взгляд они более наглядно характеризуют работу живого вещества в биосфере.

1. Энергетическая функция. Это фундаментальная функция живого вещества, благодаря которой биосфера насыщается энергией и происходит запас её впрок. Как мы уже упоминали, эту энергию живое вещество вбирает благодаря фотосинтезу из потока солнечного излучения и благодаря процессу хемосинтеза – из химических соединений веществ в земных недрах. Будучи «уловленной» живым веществом, эта энергия частично (10 %) потребляется самими «энергетиками», а другая часть распределяется по биологическим цепям и экосистемам всей биоты. Часть её «запасается» в виде горючих ископаемых и других горных пород, насыщая энергией глуби Земли. Ныне человечество эту, накопленную за миллионы лет энергию, выпускает в «воздух», и почти всю уже выпустило, не считаясь с законами биосферы.

2. Концентрационная функция. Эта функция заключается в концентрации, собирании в живых организмах тех или иных химических элементов, рассеянные в биосфере. Живое вещество собирает их из разбавленных растворов в морях, из почвы, из воздуха. Активнейшими собирателями-концентраторами являются микроорганизмы. Одни бактерии концентрируют марганец, другие железо, третьи серебро. Так содержание марганца в своих клетках они увеличивают (по сравнению с концентрацией в среде) в 1 200 000 раз; железа – в 650 000 раз; ванадия – в 420 000 раз. Благодаря этим бактериям появились огромные залежи железных и марганцевых руд, бокситов и другие. Организмы, строящие свои скелеты на основе кремния (диатомовые водоросли, радиолярии) или кальция (фораминиферы, коралловые полипы), являются «виновниками» мощных отложений кремнезёмов, мела, мрамора и так далее. Технологи научились, используя эти свойства бактерий, обогащать бедные урановые, медные, цинковые и другие руды.

Способность концентрировать отдельные химические элементы, причём в заметных количествах, есть и у некоторых растений. Так водоросль фукус накапливает титан в 10000 раз больше, чем его имеется в окружающей морской воде. Бурые