Биосферой называется та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой существует живое существо. В ее состав входят не только растительный покров, животный мир и человечество, обитающие на планете, но и все реки, озера, водная масса океанов, почвенный слой, верхний слой земной коры, значительная часть тропосферы. На поверхности Земли практически нет участков, на которых отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях, на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микроорганизмы.
В современном содержании понятие биосферы было всесторонне рассмотрено выдающимся русским ученым В. И. Вернадским. Он доказал, что вся совокупность живых организмов, обитавших и обитающих на Земле, играет огромную роль в ее геологической эволюции, во всех современных физических и химических процессах, которые протекают на земной поверхности и в водной толще океанов. Все живое вещество Земли сосредоточено в очень узкой части пространства, прилегающего к земной поверхности и измеряемого по вертикали всего лишь несколькими километрами. Это меньше толщины литосферы и тропосферы, взятых вместе. Что касается массы живого вещества, то доля всей совокупности живых организмов в общей массе Земли просто ничтожна и по отношению к массе биосферы составляет всего 0.25%.
Жизнь на нашей планете воплощается во множестве форм и на разных уровнях, но принципиально важно то, что она едина. Все формы и проявления жизни не существуют сами по себе, а связаны сложными взаимоотношениями в единый комплекс жизни. Эти взаимоотношения и связи удивительны. Именно они осуществляют биогенный круговорот веществ, то есть саму жизнь, и не дают ей прерваться. Взаимосвязи в биосфере очень стойки, но достаточно разорвать хотя бы одно звено или одну связь, и может погибнуть вся цепь взаимоотношений живой материи.
Каждая из оболочек Земли, в которой существует биосфера, являет собой особую, неповторимую среду жизни. Эта специфика определяет своеобразие жизненных форм, развивающихся в них. Так, вода представляет собой сплошную среду, в которой возможно существование плавающих организмов. Поэтому жизнь пронизывает толщу воды – от ее поверхности до самого дна. Характер движения обусловливает форму тел, например обтекаемую, как у рыб, или расплывчатую, как у медуз. Относительно небольшое количество кислорода, растворенного в воде, сформировало сложную систему газообмена. Неоднородность химического состава морской воды выработало у организмов особые приспособления для поддержания стабильности внутренней среды, например ионного состава.
Атмосфера также является сплошной средой, но она менее плотная, чем вода. Вследствие этого обитатели атмосферы не могут существовать в отрыве от поверхности Земли долгое время: нет животных, которые парили бы в воздухе постоянно.
Наконец, поверхностный слой Земли представляет собой сложное структурное образование. Для существования в нем нужны развитые органы локации в темноте, способность рыть землю, обходиться малым количеством воздуха и многое другое.
Все это можно рассматривать как условия существования жизни. Но это и результат ее существования: наличие живых существ определяет современный химический состав и физические свойства воздуха, воды, почвы.
Таким образом, биосфера, с одной стороны, и среда жизни, с другой, - результат жизнедеятельности организмов. Специфика биосферы состоит в том, что в ней все время поддерживается связанный с деятельностью живых существ круговорот веществ и четко направленные потоки энергии. Это то, чего пока не найдено ни на каких других планетах.
В настоящее время история Земли и жизни на ней делится на пять эр. Каждая эра состоит из нескольких периодов, а периоды складываются из эпох и веков. Наша эра называется кайнозойской, то есть эрой новой жизни. Ей предшествовали эры средней и древней жизни (соответственно, мезозойская и палеозойская). Самыми древними эрами являются протерозойская и архейская.
От начала архейской эры нас отделяет более 3 млрд. лет. В слоях осадочных пород этой эры остатков организмов не обнаружено. В слоях же следующей, протерозойской эры, которая началась 2.5 млрд. лет назад, обнаружены остатки водорослей и морских беспозвоночных животных. Судя по этим остаткам, в то время в теплых водах лагун обитало множество разнообразных одноклеточных организмов. Они использовали и растительные, и животные способы питания. Другими словами, на свету они были способны к фотосинтезу, в темноте – к питанию органическими веществами.
Палеозойская эра началась 570 млн. лет назад. В земной коре сохранилось достаточно много остатков и следов существ, живших в то время. Они свидетельствуют о том, что в середине эры произошло освоение растениями и животными суши. В то время в пресных водоемах уже обитали зеленые и сине-зеленые водоросли, бактерии, низшие грибы, одноклеточные корненожки, жгутиковые, ресничные инфузории, а также беспозвоночные, кишечнополостные и черви. В периоды мелководий и засух водные растения, у которых начинали развиваться прообразы корней, выживали и постепенно расселялись в прибрежной полосе суши. Вместе с растениями на сушу начали переселяться сначала беспозвоночные, а потом и позвоночные. По-видимому, первыми из воды выбрались кольчатые черви, моллюски, а также предки наземных членистоногих.
Палеозойская эра состояла из шести периодов: кембрийского, ордовикского, силурийского, девонского, каменноугольного (или карбона) и пермского. В частности, каменноугольный период начался 350 млн. лет назад. В нем произошло наступление моря на сушу, горы сгладились. Большая часть Европейской равнины оказалась затопленной морем, образовались огромные заболоченные низины. В них стала развиваться наземная растительность. Древовидные папоротники, плауны и хвощи высотой до 50 м и диаметром до 3 м образовывали густые леса. Климат был теплый и влажный. У земноводных начали образовываться конечности, пригодные для хождения. Некоторые из них были похожи на змей, другие – на ящериц и крокодилов. Последние достигали в длину 4 м.
Во второй половине карбона климат стал более прохладным и сухим. Огромные массивы лесов были потеснены песчаными и каменистыми пустынями. Это особенно характерно для последнего периода палеозойской эры – пермского. К его началу вымерли ракоскорпионы, трилобиты, многие кораллы, древние морские лилии и ежи, гораздо меньше стало амфибий. В морях развилось больше костных рыб. На суше появились леса из голосеменных, в том числе хвойные.
Эти изменения жизненной среды повлияли на развитие животных, в первую очередь позвоночных. Некоторые земноводные перестали откладывать яйца в воду, а начали зарывать их в песок или кучи гниющих растений. Появились первые пресмыкающиеся. Они не имели постоянной температуры тела, и с заходом солнца их жизненная активность падала. Скелеты, мускулатура, кровеносная и нервная системы пресмыкающихся был по сравнению с земноводными намного совершеннее. Вследствие своей большой активности они в короткий промежуток времени заселили огромные пространства и стали на планете господствующими.
Мезозойская эра началась 230 млн. лет назад и продолжалась около 160 млн. лет. Она делится на три периода: триасовый, юрский и меловой. В начале мезозоя суша занимала громадные площади, но к его середине достаточно большая ее часть превратилась в море. В конце эры произошло мощное горообразование, и размеры материков увеличились. В морях широко распространялись моллюски, на суше – пресмыкающиеся. Последние приспособились к жизни не только в море, но и на суше.
В мезозое появились все высшие представители растительного и животного мира: цветковые растения, двукрылые и перепончатокрылые насекомые, костистые рыбы, птицы и млекопитающие, а также многочисленные двуногие архозавры. Хождение на двух ногах было удобно для жизни среди высоких растений: поднятое тело позволяло лучше и дальше видеть.
В юрский и меловой периоды большие участки материков погрузились в море, климат стал мягким, ровным и теплым. В юрском периоде появились новые отряды пресмыкающихся, в том числе крокодилы и ящерицы. Некоторые из них были огромными: бронтозавры, диплодоки и брахиозавры достигали в длину 35 м, в высоту 9 м, а их масса достигала 60 т. Они были четвероногими, могли поднимать высоко шею, жили на побережьях морей и больших озер, питались мягкой растительной пищей. Появившиеся в то время динозавры ходили на двух ногах, причем передние конечности у них были укорочены. Их масса достигала 5-7 т, а высота – 6-8 м. Это были хищники.
В юрском периоде появились первые млекопитающие. Очевидно, их возникновение связано с переходом от откладывания яиц, которые согревало в основном солнечное тепло, к развитию зародышей в утробе матери и их рождению непосредственно из нее. В конце юрского периода появились первые цветковые растения.
В середине мелового периода новая растительность практически полостью вытеснила прежнюю. Благодаря появлению цветковых растений стали быстро развиваться такие высшие классы животных, как насекомые, птицы, млекопитающие. Последние, в свою очередь, сыграли большую роль в развитии цветковых растений: они способствовали перекрестному опылению цветов, а также распространению плодов и семян.
В морях мезозоя жили ихтиозавры – рыбоящеры, похожие на дельфинов и достигавшие восьмиметровой длины. Они обладали спинными плавниками, ластами и рыбьими хвостами. Ихтиозавры превосходно плавали, но не могли выбираться на сушу, и были живородящими. В воздухе носились летающие ящеры – птерозавры.
Конец мезозоя сопровождался тем, что вымерли все группы динозавров и многие отряды пресмыкающихся. Причину их массовой гибели еще предстоит узнать.
Кайнозойская эра началась около 70 млн. лет назад. В ней различают четыре периода: палеогеновый, неогеновый, третичный, четвертичный. Из мира ящеров в эру новой жизни перешли ящеры, змеи, крокодилы, черепахи. Уже в начале эры появились все основные группы современных млекопитающих, в том числе и обезьяны. Важную роль в эволюции млекопитающих сыграло развитие цветковых растений. Например, оно привело к появлению обезьян: их основной пищей являются плоды, ягоды и семена.
Четвертичный период, или антропоген, начавшийся около миллиона лет назад, характерен тем, что именно в это время сформировались современные флора и фауна. В начале антропогена началось похолодание, но в высоких широтах Северного полушария было еще относительно тепло. Поэтому растительный и животный мир теперешних умеренных и холодных поясов значительно отличался от современного. Например, в Евразии были широко распространены гигантские слоны, носороги, однопалые лошади, верблюды, антилопы, грызуны, похожие на гигантских бобров.
Дальнейшее похолодание во второй половине антропогена привело к оледенению больших пространств Европы, Азии, северной Америки. Многие млекопитающие не смогли приспособиться к новым условиям и вымерли. Остались мамонты, волосатые носороги, северные олени, овцебыки, волки, песцы, грызуны и другие немногочисленные животные. От одного из видов обезьян, ходивших на двух ногах с вертикальным положением туловища, в конце антропогена произошли наши предки – питекантропы, или обезьянолюди. Позже от них произошли первобытные люди (неандертальцы), а примерно 100 тыс. лет назад появились люди современного вида.
С течением времени различие между умеренной и арктической зонами приблизилось к современному. Считается, что преобладающее большинство ныне существующих диких видов растений и животных было на Земле уже около 20 тыс. лет назад. В настоящее время растения образуют почти сплошной растительный покров на поверхности Земли и являются одной из важнейших частей ее биосферы. Только зеленые растения способны, поглощая лучистую энергию Солнца, создавать из углекислоты, воды и минеральных солей органические вещества. Растения создают органическую массу, как на суше, так и в воде. Именно растения служат местом обитания животных и пищей для них. Зародившись в океане, растения вышли на сушу и в процессе эволюции, в ходе естественного отбора за миллионы леи достигли удивительного разнообразия.
