*§ 51—1. Живое вещество биосферы

Пространственная неоднородность биосферы

Диапазон распространения живого вещества на планете Земля очень велик и его распределение на планете неравномерно. Причина такого распределения живого вещества — ландшафтная, геохимическая и геофизическая неоднородность Земли (океаны, озера, горы, ущелья, равнины). Отсюда чрезвычайно разнообразные условия жизни организмов в биосфере. Выделяют континентальную и океаническую части биосферы.

Континентальная часть биосферы — суша — занимает 29 % всей площади планеты. Особенностью суши является неоднородность, выражающаяся в наличии широтной и высотной зональности.

Широтная зональность обусловлена шарообразностью нашей планеты и наклоном ее оси вращения. Вследствие этого земная поверхность неодинаково обеспечивается теплом и влагой. Наибольшее количество тепла получают тропические и субтропические пояса, наименьшее — полярные. Наблюдается большое различие и в обеспеченности разных областей Земли влагой. Например, для влажных тропических лесов  характерен избыток, а для пустынь — недостаток атмосферных осадков. Области умеренных широт характеризуются средними величинами водообеспечения. От количества влаги и тепла зависит видовое разнообразие живых организмов на конкретной территории. Отсюда мозаичность биогеоценотического покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях. Самые богатые видовым разнообразием экосистемы — дождевые тропические леса, которые занимают около 7 % поверхности планеты и содержат более 90 % всех видов живых организмов.

Высотная зональность континентальной части биосферы обусловлена изменением климата с высотой. На 1 км подъема температура воздуха снижается в среднем на 6 °C, давление и запыленность воздуха уменьшается, интенсивность солнечной радиации возрастает, облачность и количество осадков до высоты 2—3 км увеличивается. Кроме того, с увеличением высоты воздух становится более разреженным, в нем уменьшается содержание кислорода, углекислого газа и водяных паров. В результате этого нарушается нормальный ход фотосинтеза. Поэтому на высотах более 6 тыс. м растения не произрастают. В этих условиях обитают лишь некоторые микроорганизмы, которые могут сохранять жизнь в виде спор. Нижний предел распространения активной жизни в литосфере, как мы отмечали ранее, составляет 3—4 км. Следовательно, вертикальная мощность активной жизни биосферы на суше достигает 9—10 км.

Между широтными и высотными зонами есть частичное сходство в климатических особенностях, размещении растительности и почв.

Океаническая часть биосферы занимает 71 % площади планеты. Определяющими факторами жизни организмов в ней являются солевой и газовый состав воды, содержание биогенных элементов, глубина и подвижность вод. Для этой части биосферы также характерна зональность. По условиям жизни особенно различаются между собой полярные и экваториально-тропические зоны гидросферы, а также ее поверхностная часть, освещаемая солнцем, и глубинная зона, куда солнечный свет не проникает. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное — к глубинным акваториям. Наиболее благоприятна для жизни  небольшая по площади (8 %) прибрежная зона гидросферы — шельф, которая хорошо освещена и прогрета солнечными лучами, обеспечена достаточным количеством элементов минерального питания, поступающих из донных отложений и с поверхности суши.

Таким образом, жизнь как в континентальной, так и в океанической части планеты распределена неравномерно и  зависит от ряда факторов и условий.

Разнообразие живых организмов

Живой мир нашей планеты, несмотря на свою пространственную неоднородность, бесконечно разнообразен и включает огромное число видов.  Биоразнообразие влияет на протекание биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. От многообразия видов живых организ­мов зависит стабильность существования биосферы как экологи­ческой системы планетарного масштаба. Каждый вид вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только локальной экосистемы, но и биосферы в целом.

Так, автотрофы способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Все автотрофы по характеру источника энергии для синтеза органических веществ подразделяются на фототрофов и хемотрофов.

Фототрофы используют для синтеза солнечную энергию. Это главным образом зеленые растения. Но к фотосинтезу способны и представители некоторых других царств органического мира. Например, цианобактерии, которые содержат особый пигмент — бактериохлорилл, и фотосинтезирующие протисты.

В природных сообществах фототрофы выполняют функцию производителей органического вещества. Основные исходные вещества, используемые для фотосинтеза, — углекислый газ и вода, дополнительные — азот, магний, фосфор, калий и другие элементы минерального питания. Созданные органические вещества служат фототрофам источником энергии для процессов жизнедеятельности и передаются по трофическим цепям.

Хемотрофы в процессах синтеза органического вещества используют энергию окисления неорганических элементов и соединений (водорода, сероводорода, нитритов, оксидов железа). К хемотрофам относятся исключительно прокариоты — водородные бактерии, железобактерии, серобактерии, нитрифицирующие бактерии.  

Гетеротрофы — это живые организмы, требующие для своего существования поступления органического вещества извне в составе пищи.

По характеру источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными), фитофаги (питаются растениями) и паразиты (питаются за счет животных и растений). Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества детрита или выделений (экскрементов) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, грибы, растения-сапрофиты,  животные-сапрофаги. 

Среди сапрофагов встречаются некрофаги, которые  питаются  трупами животных, и копрофаги, потребляющие экскременты.

В процессах круговорота веществ в природе сапрофаги участвуют в  разложении отмершего органического вещества. 

Некоторые живые организмы в зависимости от условий обитания способны как к автотрофному, так и к гетеротрофному типу питанию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами (насеко­моядные растения, представители отдела эвгленовых водорос­лей).

В пищевых цепях автотрофы относятся к группе продуцентов, а гетеротрофы относятся к группе консументов и редуцентов. 

Таким образом, огромное количество живой материи создается, преобразуется и разлагается живыми организмами. Деятельность живых организмов служит основой круговорота веществ и играет важную роль в поддержании устойчивости биосферы.

Проверим знания