§ 50. Биосфера — сфера жизни

Непрерывный циклический планетарный процесс перемещения, взаимного превращения и перераспределения химических элементов и энергии между живыми организмами и неживыми оболочками Земли под действием солнечной радиации.

• 1. Основные звенья круговорота — растения поглощают солнечную энергию, углекислый газ, воду и минеральные соли, синтезируя органическое вещество; травоядные животные питаются растениями, а их поедают хищники; отмершие остатки организмов перерабатываются микроорганизмами в гумус почвы и минеральные соединения, вновь потребляемые растениями.
• 2. Геологическое осадконакопление — часть органической массы выводится из оперативного биологического круговорота и захоранивается в толще земной коры, формируя залежи осадочных пород биогенного генезиса (известняк, мел, каменный уголь, торф, коралловые рифы).
• 3. Энергетическая основа — главным непрерывным источником энергии для поддержания биологического круговорота служит солнечный свет и тепло, связываемые фотосинтезирующими продуцентами в энергию химических связей.

Закономерное пространственное размещение суммарной биомассы и видов живых существ по поверхности планеты, в толще гидросферы и горизонтах литосферы в зависимости от климатических факторов и взаимодействия геосфер.

• 1. Соотношение суши и Мирового океана — подавляющая часть биомассы Земли (около 99%) сосредоточена на суше, и лишь около 1% приходится на Мировой океан; однако видовое разнообразие распределено менее контрастно: на суше обитает 80–85% всех известных видов, а в океане — от 15 до 20%.
• 2. Вертикальная дифференциация — на континентах основная масса организмов сфокусирована в тонком приземно-почвенном слое, а с глубиной резко сокращается; в Мировом океане максимальная биомасса приурочена к мелководным шельфовым зонам (до 200 м), где вода прогрета и пронизана светом.
• 3. Закон концентрации жизни на стыке оболочек — наибольшая плотность живого вещества наблюдается в зонах активного контакта и взаимопроникновения геосфер (так называемые «плёнки жизни» В. И. Вернадского) — на земной поверхности и в мелководной прибрежной полосе океана.

Круговорот веществ в биосфере представляет собой непрерывный замкнутый цикл превращения веществ и передачи энергии под воздействием солнечного света и тепла:

• Создание органического вещества (первичные продуценты): растения поглощают солнечный свет, углекислый газ из атмосферы, воду и растворы минеральных солей из почвы, преобразуя их в процессе фотосинтеза в органические вещества своего тела (стебли, листья, корни) и насыщая атмосферу кислородом;
• Потребление биомассы (консументы): растительная масса служит кормом для травоядных животных, которых, в свою очередь, поедают хищники; при дыхании животные возвращают углекислый газ в окружающую среду;
• Деструкция и образование гумуса (редуценты): отмершие части растений и останки животных попадают в почву или на дно водоемов, где микроорганизмы, грибы и черви разлагают их, превращая на суше в перегной (гумус) — основу почвенного плодородия;
• Замыкание круговорота и геологический след: из плодородной почвы растения вновь всасывают питательные вещества, замыкая цикл; часть остатков в течение геологических эпох консервируется в литосфере, формируя пласты известняков, угля и мела.

Организмы обладают глубокими морфологическими и поведенческими адаптациями к режимам температуры, освещенности и влажности своей природной зоны:

• Влажные экваториальные леса: при постоянном тепле и ежедневных дождях растениям не требуется запасать воду, однако эпифиты (растения на стволах деревьев, такие как равенала) вынуждены аккумулировать стекающую дождевую воду у оснований листьев;
• Засушливые пустыни: условия дефицита влаги и палящего зноя вынуждают растения уменьшать испарение (листья превращены в колючки у кактусов, покрыты восковым налетом) либо развивать корневые системы глубиной до 10 метров, достающие до грунтовых вод; животные спасаются от дневной жары в глубоких норах, активны ночью, впадают в летнюю спячку или переносят обезвоживание (верблюд);
• Холодная тундра: долгая морозная зима и холодный ветер обусловили низкорослость и стелющуюся форму растений (карликовые березы, мхи); животные имеют густую шерсть, плотный пух, толстый слой подкожного жира, а мелкие грызуны (лемминги) проводят зиму под снегом.

Круговорот веществ в биосфере протекает через последовательное взаимодействие функциональных звеньев биоты:

• Растения вырабатывают первичное органическое вещество из неорганических соединений с использованием лучистой энергии Солнца;
• Травоядные животные поедают растительную биомассу, передавая органические вещества и заключенную в них энергию хищникам;
• Микроорганизмы-деструкторы (бактерии, почвенная фауна) разлагают погибшие организмы до минеральных солей и почвенного перегноя;
• Корни новых растений извлекают из почвы продукты разложения, обеспечивая непрерывное возобновление жизни.

Правильный ответ: 1) Верно только А.

Развернутое научное обоснование:

• Утверждение А истинно: согласно данным учебника, на долю растительных организмов приходится примерно 21% от общего количества биологических видов планеты (около одной пятой части);
• Утверждение Б ложно: в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и вырабатывают органические вещества, выделяя в атмосферу кислород (выделение кислорода является их главной планетарной функцией, в то время как поглощение кислорода и выделение углекислого газа происходит при дыхании в незначительных объемах).

Размещение живого вещества на Земле подчиняется закономерностям широтной зональности и концентрации на границах географических оболочек:

• Преобладание биомассы суши: на сушу приходится около 99% всей массы живых организмов планеты и 80–85% видового состава; в Мировом океане сосредоточен лишь 1% биомассы и 15–20% видов;
• Поверхностная концентрация на континентах: на суше подавляющая доля живого вещества сосредоточена непосредственно на поверхности (растительный ярус и верхний слой почвы); масса подземных животных и корней в недрах несоизмеримо меньше;
• Прибрежно-шельфовая концентрация в океане: основная биомасса морских обитателей сосредоточена на освещенных и прогретых мелководьях морей (до глубин 200 м);
• Области максимального сгущения жизни: наивысшая плотность организмов характерна для контактных зон взаимодействия оболочек — на стыке атмосферы, гидросферы и литосферы.

Сравнительный анализ приспособлений верблюда и ламы:

• Климатические условия обитания:
• Верблюд приспособлен к условиям аридного климата жарких пустынь: экстремальный дефицит питьевой воды, палящий дневной зной (до +50 °C), резкие ночные похолодания, сухие песчаные бури и скудная жесткая растительность;
• Лама приспособлена к суровому климату высокогорий Анд (на высотах 3000–5000 м): разреженный воздух с низким парциальным давлением кислорода, постоянный холод, пронизывающие горные ветры и крутые каменистые склоны;
• Механизмы приспособления верблюда:
• жировые отложения в горбах выполняют роль теплоизолятора от палящего солнца и метаболического источника воды при расщеплении жира;
• плотная шерсть предохраняет от перегрева днем и от переохлаждения морозными ночами;
• широкие мозолистые подошвы позволяют свободно ступать по раскаленному сыпучему песку, не проваливаясь и не обжигаясь;
• щелевидные ноздри и длинные густые ресницы надежно защищают дыхательные пути и глаза от пыли и песка;
• Механизмы приспособления ламы:
• исключительно густая, длинная и мягкая шерсть с превосходными теплоизоляционными свойствами защищает от высокогорного мороза и ледяных ветров;
• уникальное строение крови: повышенная концентрация эритроцитов овальной формы и высокое сродство гемоглобина к кислороду позволяют эффективно дышать разреженным воздухом на высоте в несколько километров;
• узкие раздвоенные копыта с цепкими эластичными подушечками дают возможность устойчиво и ловко передвигаться по крутым и скользким горным скалам.