Бръсначът на Окам: Вернадски за биосферата и еволюцията

Бръсначът на Окам е съвместна рубрика на Медиакафе и едноименния блог, в която ви представяме различни научни статии на достъпен език. Днес продължаваме темата от последните няколко вторника, в която засягаме теорията за общия живот на планетата в единна биосфера:

Биосферата като единна динамична система

Терминът биосфера за първи път е бил представен в трудовете на френския учен Ж. Б. Ламарк (1744—1829). Но учението за биосферата като качествено различна обвивка на Земята в енергетично и геохимическо отношение било развито от В. И. Вернадски (1926 г.). Биосфера често се нарича тази част от земното кълбо, в която съществува живот. Но според Вернадски биосферата представлява нещо като "жива ципа" на Земята, сбор от населящите Земята в дадения момент живи организми, "живото вещество" на планетата и областта на "миналите сфери", определени от биогенните утаечни скали. Според представите на В. И. Вернадски биосферата е:

  • пространство, в което е съсредоточен животът и се осъществява постоянно взаимодействие между организмите ("живо вещество") и неорганичните условия на средата ("инертно (на руски: косное) вещество");
  • сложна, многокомпонентна, термодинамично открита, саморегулираща се система от жива материя и природни фактори;
  • обвивка на земята, чийто състав, структура и енергетика са обусловени от миналата и сегашната дейност на живите същества;
  • включва долната част на атмосферата (тропосферата), хидросферата и повърхностния слой на литосферата-навсякъде, където се срещат биологични организми или където са оставили следи.

Снимка: Anup and Manoj Shah/Disney Enterprises

Живо вещество

Съгласно концепцията на Вернадски, в биосферата има инертно вещество, което остава неизменно, и живо вещество, изменящо се в процеса на еволюция. Самото живо вещество може да влияе на хода на еволюцията, изменяйки околната си среда.  

Принцип за всеобщата връзка

Колкото повече се изучават, толкова повече се намират връзки между живите същества и вече е ясно, че ни едно от тях не може да живее без другите. Ни един организъм не е истински самостоятелен – автархия не съществува. Условията, необходими за живота на всеки организъм се създават от дейността на други организми. Във всеки даден момент от време, от докембрия до наши дни, живата обвивка на Земята винаги е представлявала организирано цяло, съществуващо благодарение на достатъчно добре съгласувано функциониране на своите части.  

Аксиома на Вернадски за биогенната миграция на атомите

Между земната обвивка, нейната безжизнена част и живите вещества протича непрекъснат материален и енергиен обмен, изразяващ се в движение на атомите, предизвикан от живото вещество. Този обмен се изменя закономерно в хода на времето и непрекъснато се стреми към устойчиво равновесие.  

Принцип за кръговрата на вещество в биосферата

"Животът на Земята е най-забележителния процес на нейната повърхност, получаващ живителната енергия на Слънцето и задвижващ едва ли не всички химически елементи от таблицата на Менделеев". Органичните и неорганичните вещества постоянно мигрират през организмите, освобождавани и отново въвличани в живото вещество. Известна част от тези вещества се извежда от биогеохимичния кръговрат и се погребва вземните недра или дънните утайки. "Всички минерали от повърхността на земната кора – свободните алуминокалиеви киселини (глини), карбонати (варовици и доломити), Fe и Al хидроокиси (железни руди, боксити) и много стотици други непрекъснато се създават в нея под влиянието на живота". Извършващият се в биосферата кръговрат на вещества, енергии и елементи се осъществява с участието на всички населяващи я организми. Всички живи същества са част от едно цяло, гигантска съвкупност от живи същества, жива обвивка на Земята. Слънчевата енергия предизвиква два кръговрата на вещества:

  • голям или геоложки – например кръговрата на водите и циркулацията на атмосферата;
  • малък или биологичен, който се развива на основата на големия и представлява кръгова циркулация на вещества между почвата, растенията, микроорганизмите и животните.

Двата кръговрата са взаимосвързани и представляват част от единен процес. Въвличайки в многочислените си орбити инертни частици от средата, биологичния кръговрат на веществата осигурява възпроизводството на живото вещество и оказва активно влияние на облика на биосферата.

Биогеохимични принципи на Вернадски

В.И. Вернадски считал термодинамиката на живото за противоположна на термодинамиката на останалата материя. Ето някои от формулираните от него биогеохимически принципи:

  • Биогенната миграция на атомите на химичните елементи в биосферата винаги се стреми към своята проява – принцип, свързан със способността на живото вещество неограничено да се размножава при оптимални условия.
  • Еволюцията на видовете в хода на геоложкото време, довеждаща до създаване на форми на живот, устойчиви в биосферата, се развива в посока на увеличиване на биогенната миграция на атомите в биосферата – в хода на еволюцията растенията активно въвличат все нови и нови минерални вещества в биогеохимическия кръговрат.
  • В течение на цялото геоложко време, разселването на организмите на планетата е максимално възможното за цялото живо вещество, което е съществувало тогава – този принцип е свързан с "повсеместността" на живота. Живото вещество се стреми да запълни със себе си цялото възможно пространство (в границите на земното кълбо, а що се касае до човека, то той ще отиде и по-далече). Ако сте пропуснали, прочетете темата Екстремофилите – живот на ръба – за удивителната способност на бактериите да живеят и в най-враждебни среди. 

Правило на Бюфон–Вернадски за постоянството на биомасата

Новите организми се размножавали и заемали все повече пространство, годно за живот, докато не завършило формирането на биосферата като цяло. Вернадски определил принципа за постоянството на биомасата живо вещество, разпространявайки го за цялата история на планетата. Но трябва да се отбележи, че този принцип има относително значение. Най-енергичната експанзия на живота се изразява във високи темпове на размножение на най-дребните организми и именно тя води до планетарно равновесие между естествения прираст на живо вещество и неговия разпад. Затова сега е по-правилно е да се говори за многовековна тенденция за установяване на постоянна биомаса за определени, значителни интервали геоложко време.

Количеството живо вещество на биосферата за даден геоложки период е постоянна величина

Животът на Земята съществува толкова време, колкото и самата планета

Утаечните (седиментни) скали може да се разделят по произход на биогенни, т.е. образувани при непосредственото участие на живи организми (например варовик) и абиогенни (пясъчник). През 1922 г. В.И. Вернадски, изследвайки структурата и геохимичните особенности на различните утаечни скали, достигнал до заключението: в геоложката история на Земята не може да се намери период – колкото и да е древен, през който образуването на всички известни за него отложения, да е ставало по абиогенен път.

Следователно животът е съществувал на Земята винаги – "биосферата е геологично вечна". Вернадски казва: животът и материята са неразривни, взаимосвързани и помежду им няма времева последователност.

Този извод, твърде смел за времето си, намира днес потвърждение. Нека си припомним от темата Първи следи на живот: най-древните от минералите имат възраст 4.2 млрд. г. (Земята е на 4.5-4.6 млрд г., възраст, определена въз основа на анализ на веществото на метеорити и лунната почва).

Вашият коментар