مجموعة من المنتجات تشكلت دون مشاركة الكائنات الحية. لا ينفصل عن الأرض

أرض.

المحيط الحيوي هو قشرة الأرض التي تسكنها الكائنات الحية وتحولها. بدأ المحيط الحيوي في التشكل في موعد لا يتجاوز 3.8 مليار سنة، عندما بدأت الكائنات الحية الأولى في الظهور على كوكبنا. إنه يخترق الغلاف المائي بأكمله، والجزء العلوي من الغلاف الصخري والجزء السفلي من الغلاف الجوي، أي أنه يسكن الغلاف البيئي. المحيط الحيوي هو مجمل جميع الكائنات الحية. فهي موطن لأكثر من 3,000,000 نوع من النباتات والحيوانات والفطريات والبكتيريا. الإنسان أيضًا جزء من المحيط الحيوي، ونشاطه يتجاوز العديد من العمليات الطبيعية، وكما قال في. آي. فيرنادسكي: "يصبح الإنسان قوة جيولوجية جبارة".

عالم الطبيعة الفرنسي جان بابتيست لامارك في بداية القرن التاسع عشر. أول من اقترح مفهوم المحيط الحيوي، دون حتى تقديم المصطلح نفسه. تم اقتراح مصطلح "المحيط الحيوي" من قبل الجيولوجي وعالم الحفريات النمساوي إدوارد سوس في عام 1875.

تم إنشاء عقيدة شاملة للمحيط الحيوي من قبل عالم الكيمياء الحيوية والفيلسوف السوفييتي ف. لأول مرة، قام بتعيين دور القوة التحويلية الرئيسية للكائنات الحية على كوكب الأرض، مع مراعاة أنشطتها ليس فقط في الوقت الحاضر، ولكن أيضا في الماضي.

هناك تعريف آخر أوسع: المحيط الحيوي - منطقة توزيع الحياة على جسم كوني. في حين أن وجود الحياة على الأجسام الفضائية غير الأرض لا يزال غير معروف، فمن المعتقد أن المحيط الحيوي يمكن أن يمتد إليها في مناطق أكثر مخفية، على سبيل المثال، في تجاويف الغلاف الصخري أو في المحيطات تحت الجليدية. على سبيل المثال، يتم النظر في إمكانية وجود حياة في محيط أوروبا، وهو أحد الأقمار الصناعية لكوكب المشتري.

موقع المحيط الحيوي

يشمل المحيط الحيوي الطبقات العليا من الغلاف الصخري الذي تعيش فيه الكائنات الحية والغلاف المائي والطبقات السفلية من الغلاف الجوي.

حدود المحيط الحيوي

تكوين المحيط الحيوي

1. المادة الحية- المجموعة الكاملة لأجسام الكائنات الحية التي تعيش على الأرض موحدة فيزيائياً وكيميائياً، بغض النظر عن انتمائها المنهجي. كتلة المادة الحية صغيرة نسبيًا وتقدر بـ 2.4...3.6⋅1012 (بالوزن الجاف) وتشكل أقل من جزء من المليون من المحيط الحيوي بأكمله (حوالي 3⋅1018 طن)، والذي بدوره، يمثل أقل من ألف من كتلة الأرض. ولكن هذه هي "واحدة من أقوى القوى الجيوكيميائية على كوكبنا"، لأن الكائنات الحية لا تعيش فقط في قشرة الأرض، ولكنها تغير مظهر الأرض. الكائنات الحية تعيش على سطح الأرض بشكل غير متساو للغاية. توزيعها يعتمد على خط العرض الجغرافي.
2. العناصر الغذائية- مادة تم إنشاؤها ومعالجتها بواسطة كائن حي. أثناء التطور العضوي، مرت الكائنات الحية عبر أعضائها وأنسجتها وخلاياها ودمها ألف مرة فوق معظم الغلاف الجوي، وحجم محيطات العالم بأكمله، وكتلة ضخمة من المعادن. ويمكن تصور هذا الدور الجيولوجي للمادة الحية من رواسب الفحم والنفط والصخور الكربونية وغيرها.
3. مادة خاملة- المنتجات المشكلة دون مشاركة الكائنات الحية.
4. مادة حيوية- مادة يتم إنشاؤها في وقت واحد عن طريق الكائنات الحية والعمليات الخاملة، وتمثل أنظمة التوازن الديناميكي لكليهما. هذه هي التربة والطمي والقشرة الجوية وما إلى ذلك. تلعب الكائنات الحية دورًا رائدًا فيها.
5. مادة تخضع للتحلل الإشعاعي.
6. الذرات المتناثرة، التي تنشأ باستمرار من جميع أنواع المواد الأرضية تحت تأثير الإشعاع الكوني.
7. مادة ذات أصل كوني.

طبقات المحيط الحيوي

تسمى الطبقة الكاملة لتأثير الحياة على الطبيعة غير الحية بالمحيط الحيوي الكبير، ومع الغلاف الحيوي - مساحة التوسع البشري في الفضاء القريب من الأرض - المحيط الحيوي.

الغلاف الجوي

الركيزة للحياة في جو الكائنات الحية الدقيقة (aerobionts) هي قطرات الماء - رطوبة الغلاف الجوي، ومصدر الطاقة هو الطاقة الشمسية والهباء الجوي. من قمم الأشجار تقريبًا إلى ارتفاع الموقع الأكثر شيوعًا للسحب الركامية، تمتد طبقة التروبوبوسفير (مع التروبوبيونت؛ هذه المساحة أرق من طبقة التروبوسفير). توجد أعلاه طبقة من الكائنات الحية الدقيقة النادرة للغاية - الغلاف الحيوي (مع الألتوبيونت). يوجد في الأعلى مساحة تخترق فيها الكائنات الحية بشكل عشوائي ولا تتكاثر كثيرًا - المحيط المحيط. أعلاه هو الغلاف الحيوي.

الغلاف الجوي

يسكن الغلاف الحيوي Geobionts، والركيزة، وجزئيًا البيئة المعيشية التي تمثل سماء الأرض. يتكون الغلاف الحيوي من منطقة الحياة على سطح الأرض - الغلاف الأرضي (مع التيرابيونات)، وينقسم إلى الغلاف النباتي (من سطح الأرض إلى قمم الأشجار) والغلاف الأرضي (التربة وباطن التربة؛ وفي بعض الأحيان يشمل هذا الغلاف الجوي بأكمله) القشرة التجوية) والحياة في أعماق الأرض - الغلاف الصخري (مع وجود الليثوبيونات التي تعيش في مسام الصخور، وخاصة في المياه الجوفية). على ارتفاعات عالية في الجبال، حيث لم تعد حياة النباتات الأعلى ممكنة، يقع الجزء المرتفع من الغلاف الجوي - المنطقة الإيولية (مع الأيولوبيونت). ينقسم الغلاف الصخري إلى طبقة حيث تكون الحياة الهوائية ممكنة - الغلاف السفلي، وطبقة حيث يمكن للكائنات اللاهوائية فقط أن تعيش - الغلاف الحيوي. يمكن للحياة في شكل غير نشط أن تخترق أعمق في الغلاف الحيوي. الغلاف الحيوي - جميع الصخور الحيوية والحيوية الخاملة. يقع الغلاف الجوي أعمق.

المحيط المائي

ينقسم المحيط المائي - الطبقة العالمية الكاملة للمياه (بدون المياه الجوفية) التي تسكنها الكائنات المائية - إلى طبقة من المياه القارية - الغلاف الحيوي المائي (مع الكائنات المائية) ومنطقة البحار والمحيطات - المحيط الحيوي البحري (مع الكائنات المائية). هناك 3 طبقات - طبقة ضوئية مضاءة بشكل ساطع نسبيًا، طبقة ضوئية شديدة الشفق دائمًا (تصل إلى 1٪ من التشميس الشمسي) وطبقة من الظلام المطلق - الغلاف الضوئي.

بين الحد العلوي للغلاف الحيوي والحد السفلي للغلاف المحيطي يقع المحيط الحيوي الصحيح - الغلاف الحيوي.

تاريخ تطور المحيط الحيوي

يتم ملاحظة التطور فقط في المادة الحية والخمول الحيوي المرتبط بها. لا تتجلى العملية التطورية في المادة الخاملة لكوكبنا.

أصل الحياة

نشأت الحياة على الأرض في الدهر الأركي - منذ حوالي 3.5 مليار سنة في الغلاف المائي. أقدم البقايا العضوية التي عثر عليها علماء الحفريات تعود إلى هذا العصر. ويقدر عمر الأرض ككوكب مستقل في النظام الشمسي بنحو 4.5 مليار سنة. وبالتالي، يمكننا أن نفترض أن الحياة نشأت خلال مرحلة الأحداث من حياة الكوكب. في العتائق، تظهر أول حقيقيات النوى - الطحالب وحيدة الخلية والطفيليات. بدأت العملية

كان أكبر تعميم في مجمع علوم الأرض (الجيولوجيا والجغرافيا والكيمياء الجيولوجية وعلم الأحياء) هو عقيدة المحيط الحيوي التي أنشأها العالم الروسي ف.آي فيرنادسكي. بعد أن بدأ نشاطه العلمي (كجيولوجي) بدراسة الصخور الرسوبية لقشرة الأرض، كشف في. آي. فيرنادسكي عن الدور الهائل للكائنات الحية في العمليات الجيوكيميائية المعقدة لكوكبنا. وفي عام 1926 نشر كتابه "المحيط الحيوي". يحلل هذا العمل بعمق العلاقات المعقدة بين الكائنات الحية والطبيعة غير الحية للأرض. كان عمله متقدمًا إلى حد ما على عصره. فقط في النصف الثاني من القرن العشرين، على خلفية تفاقم المشاكل البيئية، انتشرت عقيدته حول المحيط الحيوي.

أحد العناصر المهمة في تعاليم V.I. Vernadsky حول المحيط الحيوي هو فكرة اعتماد المحيط الحيوي الوثيق على النشاط البشري والحفاظ عليه نتيجة لعلاقة الإنسان المعقولة بالطبيعة. كتب العالم:

لقد أصبحت الإنسانية، ككل، قوة جيولوجية عاتية. وأمامه، وأمام فكره وعمله، تطرح مسألة إعادة هيكلة المحيط الحيوي لصالح الإنسانية ذات التفكير الحر ككل. هذه الحالة الجديدة للمحيط الحيوي، والتي نقترب منها دون أن نلاحظها، هي الغلاف النووي. 1

تعد عقيدة المحيط الحيوي حاليًا جزءًا مهمًا من البيئة، وترتبط ارتباطًا مباشرًا بمشاكل تنظيم التفاعل بين الإنسان والطبيعة.

تم استخدام مصطلح "المحيط الحيوي" لأول مرة من قبل جي بي لامارك في بداية القرن التاسع عشر. وقد ورد ذكرها لاحقًا في أعمال الجيولوجي النمساوي إي. سوس عام 1875. ومع ذلك، لم يتم تطوير هذا المفهوم بالتفصيل من قبل هؤلاء العلماء، بل تم استخدامه بشكل عابر لتعيين منطقة الحياة على الأرض. فقط في أعمال V. I. Vernadsky يتم تحليلها بالتفصيل وبشكل شامل ويتم فهمها على أنها "قشرة الحياة" على كوكبنا.

المحيط الحيوينسمي مجمل الكائنات الحية على كوكبنا وتلك المناطق من الأصداف الجيولوجية للأرض التي تسكنها كائنات حية وتعرضت لتأثيرها خلال التاريخ الجيولوجي.

حدود المحيط الحيوي.تتوزع الكائنات الحية بشكل غير متساو في الأصداف الجيولوجية للأرض: الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي(رسم بياني 1). لذلك، يشمل المحيط الحيوي الآن الجزء العلوي من الغلاف الصخري، والغلاف المائي بأكمله، والجزء السفلي من الغلاف الجوي.

أرز. 1.منطقة توزيع الكائنات الحية في المحيط الحيوي:1- مستوى طبقة الأوزون التي تظل صلبة الأشعة فوق البنفسجية 2 - الحدود الثلجية. 3 - التربة. 4- الحيوانات التي تعيش في الكهوف. 5- البكتيريا في الزيت آبار

الغلاف الصخري هو الغلاف الصلب العلوي للأرض. يتراوح سمكها بين 50-200 كم. توزيع الحياة فيه محدود ويتناقص بشكل حاد مع العمق. يتركز العدد الهائل من الأنواع في الطبقة العليا التي يبلغ سمكها عدة عشرات من السنتيمترات. تخترق بعض الأنواع أعماقًا تصل إلى عدة أمتار أو عشرات الأمتار (حيوانات تختبئ - حيوانات الخلد والديدان والبكتيريا وجذور النباتات). أكبر عمق تم العثور فيه على بعض أنواع البكتيريا هو 3-4 كيلومتر (في المياه الجوفية والآفاق الحاملة للنفط). إن انتشار الحياة في عمق الغلاف الصخري يعوقه عوامل مختلفة. اختراق النبات مستحيل بسبب نقص الضوء. بالنسبة لجميع أشكال الحياة، فإن الكثافة البيئية ودرجة الحرارة، التي تزداد مع العمق، تشكل أيضًا عقبات كبيرة. في المتوسط، تبلغ زيادة درجة الحرارة حوالي 3 درجات مئوية لكل 100 متر، ولهذا السبب يعتبر الحد الأدنى لتوزيع الحياة في الغلاف الصخري هو عمق ثلاثة كيلومترات (حيث تصل درجة الحرارة إلى حوالي +100 درجة مئوية). .

المحيط المائي- القشرة المائية للأرض عبارة عن مجموعة من المحيطات والبحار والبحيرات والأنهار. على عكس الغلاف الصخري والغلاف الجوي، تم تطويره بالكامل بواسطة الكائنات الحية. حتى في قاع المحيط العالمي، على عمق حوالي 12 كم، تم اكتشاف أنواع مختلفة من الكائنات الحية (الحيوانات والبكتيريا). ومع ذلك، فإن الجزء الأكبر من الأنواع يعيش في الغلاف المائي على بعد 150-200 متر من السطح. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الضوء يخترق هذا العمق. وبالتالي، فإن وجود النباتات والعديد من الأنواع التي تعتمد على النباتات في تغذيتها أمر مستحيل في الآفاق السفلية. يتم ضمان توزيع الكائنات الحية على أعماق كبيرة من خلال "المطر" المستمر للبراز، وبقايا الكائنات الميتة المتساقطة من الطبقات العليا، وكذلك الافتراس. تعيش الكائنات المائية في المياه العذبة والمالحة وتنقسم إلى ثلاث مجموعات حسب موطنها:

1) العوالق - كائنات حية تعيش على سطح المسطحات المائية وتتحرك بشكل سلبي بسبب حركة الماء.

2) نيكتون - يتحرك بنشاط في عمود الماء؛

3) القاعيات - الكائنات الحية التي تعيش في قاع الخزانات أو تحفر في الطمي.

أَجواء- القشرة الغازية للأرض، والتي لها تركيب كيميائي معين: حوالي 78% نيتروجين، 21% أكسجين، 1% أرجون، 0.03% ثاني أكسيد الكربون. يشمل المحيط الحيوي فقط الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي. لا يمكن أن توجد الحياة فيها دون اتصال مباشر بالغلاف الصخري والغلاف المائي. يصل ارتفاع النباتات الخشبية الكبيرة إلى عدة عشرات من الأمتار، وتضع تيجانها في الأعلى. ترتفع الحيوانات الطائرة - الحشرات والطيور والخفافيش - مئات الأمتار. ترتفع بعض أنواع الطيور الجارحة من 3 إلى 5 كيلومترات فوق سطح الأرض بحثًا عن فرائسها. وأخيرًا، تحمل تيارات الهواء الصاعدة بشكل سلبي البكتيريا وأبواغ النباتات والفطريات والبذور لعشرات الكيلومترات لأعلى. ومع ذلك، فإن جميع الكائنات الطائرة المدرجة أو البكتيريا المدخلة موجودة في الغلاف الجوي بشكل مؤقت فقط. لا توجد كائنات حية تعيش بشكل دائم في الهواء.

تعتبر الحدود العليا للمحيط الحيوي هي طبقة الأوزون، وتقع على ارتفاع يتراوح بين 30 إلى 50 كم فوق سطح الأرض. إنه يحمي كل أشكال الحياة على كوكبنا من الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي القوي، ويمتص هذه الأشعة إلى حد كبير. لا يمكن للحياة أن توجد فوق طبقة الأوزون.

وهكذا، فإن الجزء الرئيسي من أنواع الكائنات الحية يتركز عند حدود الغلاف الجوي والغلاف الصخري، والغلاف الجوي والغلاف المائي، مما يشكل "طبقة رقيقة من الحياة" نسبيًا على سطح كوكبنا.

هيكل وعمل المحيط الحيوي.المحيط الحيوي - هذا النظام البيئي العالمي، التي تتكون من العديد من النظم البيئية ذات الرتبة الأدنى، والتكاثر الحيوي، والتي يحدد تفاعلها مع بعضها البعض سلامتها. في الواقع، لا توجد التكاثر الحيوي في عزلة - فهناك روابط وعلاقات مباشرة بينهما. على سبيل المثال، تحمل الرياح والأمطار والمياه الذائبة المعادن والمواد العضوية من النظم البيئية الأرضية إلى التكاثر الحيوي المائي. قد تحدث حركة الكائنات الحية من التكاثر الحيوي إلى آخر (على سبيل المثال، الهجرات الموسمية للحيوانات). وأخيرا، يوحد الجميع الغلاف الجوي للأرض، الذي يعمل بمثابة خزان مشترك للكائنات الحية. يتلقى الأكسجين (الذي تطلقه النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي) وثاني أكسيد الكربون (الذي يتشكل أثناء تنفس الكائنات الهوائية). من الغلاف الجوي، تسحب النباتات في جميع النظم البيئية ثاني أكسيد الكربون، الذي تحتاجه في عملية التمثيل الضوئي، وتتلقى جميع الكائنات الحية التي تتنفس الأكسجين.

يعتمد وجود المحيط الحيوي على دورة المواد التي تحدث باستمرار، والتي يكون أساس الطاقة فيها ضوء الشمس (الشكل 2).

أرز. 2.مخطط الدورية البيوجيوكيميائية في المحيط الحيوي. على اليمينيُظهر الرسم البياني جزءًا من التربة الحمضية البودولية تحت شجرة صنوبرية غابة

يعد تداول المواد في الطبيعة بين المواد الحية وغير الحية أحد أكثر السمات المميزة للمحيط الحيوي. الدورة البيولوجية هي الهجرة الحيوية للذرات من البيئة إلى الكائنات الحية ومن الكائنات الحية إلى البيئة. تؤدي الكتلة الحيوية أيضًا وظائف أخرى:

1) الغاز - تبادل الغاز المستمر مع البيئة الخارجية بسبب تنفس الكائنات الحية والتمثيل الضوئي للنباتات؛

2) التركيز - الهجرة الحيوية المستمرة للذرات إلى الكائنات الحية، وبعد وفاتها - إلى الطبيعة غير الحية؛

3) الأكسدة - تبادل المادة والطاقة مع البيئة الخارجية. أثناء التفكيك، تتأكسد المواد العضوية أثناء الاستيعاب، ويتم استخدام طاقة ATP؛

4) الكيمياء الحيوية - التحولات الكيميائية للمواد التي تشكل أساس النشاط الحيوي للجسم.

المحيط الحيوي للأرض هو مجمع عالمي معقد يوحد جميع الكائنات الحية وذلك الجزء من الطبيعة الجامدة الذي يتبادل الطاقة مع المادة الحية ويؤثر فيها ويتأثر هو نفسه بها. ظهر مصطلح "المحيط الحيوي" في العلوم بفضل ج. لامارك وإي. سوس في القرن التاسع عشر. ومع ذلك، تم إنشاء عقيدة المحيط الحيوي فقط في بداية القرن العشرين، وكانت مساهمة كبيرة في تطويرها تنتمي إلى العالم السوفيتي المتميز V. I. Vernadsky. لقد كان أول من اعتبر عمل جميع الكائنات الحية وتفاعلها مع الكوكب بمثابة عملية ديناميكية معقدة.

كما اهتم فيرنادسكي أيضًا بالعصر الذي نشأ فيه المحيط الحيوي، أي المراحل الأولى من تاريخ الأرض.

حدود توزيع الحياة على الأرض

يتم تحديد حدود المحيط الحيوي من خلال مدى ملاءمة الظروف الفيزيائية والكيميائية لوجود الكائنات الحية. ويعتبر الحد الأدنى لتوزيع الحياة هو درجة حرارة 100 درجة مئوية في الغلاف الصخري الموجود على عمق حوالي 6 كم، أو قاع المحيط (حوالي 11 كم). ومع ذلك، قد يتم التقليل من هذه التقديرات، نظرًا لوجود كائنات حية في أعماق البحار يمكنها تحمل درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية (لا يغلي الماء هناك عند الضغط العالي). لذلك من الممكن نظريًا أن يسكن الغلاف الصخري بشكل أعمق بكثير، ولكن بشكل عام، من غير المرجح أن تكون الحياة النشطة ممكنة على عمق أقل من 3-4 كم.

يتم تحديد الحدود العليا للمحيط الحيوي حسب ارتفاع طبقة الأوزون ولا ترتفع فوق 15-20 كم. في الواقع، يمكن للكائنات الحية أن تنشط على ارتفاعات تصل إلى 8-9 كم. بشكل عام، الحياة متنوعة للغاية ويمكن أن تتكيف مع مجموعة واسعة من الظروف. ولكن متى وكيف نشأت كل هذه الثروة؟

مختبر على كوكب شاب

من الممكن أن يكون التوليف العضوي الأولي قد حدث في سحابة كوكبية أولية من الغاز والغبار في المراحل الأولى من تكوين النظام الشمسي. لذلك ربما كانت الأرض الوليدة تحتوي بالفعل على كمية كافية من المواد العضوية البسيطة.

هناك أيضًا أدلة جيولوجية على أن نظام درجة حرارة الأرض منذ البداية (عمر كوكبنا 4.5-4.6 مليار سنة) سمح بوجود الماء في الطور السائل. لا بد أن عملية تفريغ الغازات من باطن الأرض قد تمت بنشاط كبير، لأن الكوكب لم يكن لديه بعد قشرة سميكة. خلقت البراكين الغلاف الجوي الأساسي والغلاف المائي وزودت المواد الفعالة كيميائيا. سقطت النيازك والمذنبات على السطح. تتضمن الدورة الجيوكيميائية العديد من المواد التي تدخل في التفاعلات بشكل مستمر، وتتحول إلى مركبات جديدة، وهذه بدورها تتفاعل مع بعضها البعض.

التحفيز الذاتي - محرك التقدم

ولكن كيف يمكن حتى للنظام الحي الأكثر بدائية أن ينشأ من هذا المزيج من المكونات؟ لفترة طويلة، اعتبر العديد من العلماء أن البحث عن إجابة لهذا السؤال لا طائل منه. لم تنطلق هذه المشكلة إلا في أوائل الثمانينيات، عندما شاركت نظرية الأنظمة ذاتية التنظيم في حلها.

دع العديد من التفاعلات تحدث على ركيزة واحدة. بعد ذلك، ستبدأ الأبطأ في التلاشي والتوقف، أي أنها ستحل محل التدفق السريع. وهكذا، في المراحل المبكرة جدًا من التطور ما قبل البيولوجي، يبدأ الانتقاء الطبيعي في التصرف. تتمتع التفاعلات المتسلسلة (التحفيزية الذاتية) التي يتم تسريعها بواسطة منتجاتها الخاصة بميزة. في المستويات التالية من التنظيم - دورات التحفيز الذاتي والدورات المفرطة - يتم أيضًا اختيار العمليات من حيث الكفاءة والتعقيد، لأنه بعد الوصول إلى مستوى معين، يصبح تعقيد النظام مستدامًا ذاتيًا ويمكن أن يزيد.

تجدر الإشارة إلى أن الديناميكا الحرارية الكلاسيكية عاجزة عن المساعدة في مسألة كيف ومتى نشأ المحيط الحيوي، وكل هذه الاستنتاجات تم التوصل إليها من قبل العلماء في إطار الديناميكا الحرارية غير المتوازنة، الديناميكا الحرارية بريجوجين. وفي هذا السياق يتم تعريف الحياة على أنها عملية تنظيم ذاتي كيميائي يعتمد على التحفيز الذاتي لمركبات الكربون ذات الوزن الجزيئي العالي في ظل ظروف غير متوازنة، ويمكن للمرء أن يعتبر بيئة بدائية حية - بركة تجري فيها التفاعلات المذكورة. إنها مادة حية بالمعنى الحرفي للكلمة، بدون مخلوقات. مثل هذا المحيط الحيوي الأساسي هو عمليا نفس عمر الأرض. على أية حال، إذا كان أصغر سنًا من كوكبنا، فلن يكون كثيرًا.

عالم RNA والكائنات الحية الأولى

وفقًا لنظرية واعدة جدًا تم تطويرها بنجاح مؤخرًا، ظهرت الكائنات الحية الأولى المعزولة عن البيئة الخارجية على أساس دورات الحمض النووي الريبوزي (RNA). ما زالوا لا يملكون الحمض النووي ولا البروتينات.

يقوم الحمض النووي في الكائنات الحية الحديثة بتخزين المعلومات الوراثية، وتقوم البروتينات بعمل نشط في الخلية، ويعمل الحمض النووي الريبي (RNA) بشكل عام كنوع من الوسيط - فهو يقرأ المعلومات ويضمن تخليق البروتين. كل من الحمض النووي والبروتين لا حول لهما ولا قوة بدون بعضهما البعض وبدون الحمض النووي الريبي (RNA)، لكنها تستطيع أن تفعل كل شيء - من المسلم به أنه أسوأ من "المتخصصين الضيقين"، ولكن في البداية ربما لم يكن هذا عيبًا حاسمًا. خلاف ذلك، سيتعين علينا أن نعترف أنه في مرحلة ما من التطور الكيميائي، قام على الفور بإنشاء الحمض النووي الريبي (DNA)، والحمض النووي الريبي (RNA)، والبروتينات، ووضعها في الخلايا الأولى والوظائف الموزعة بدقة - واحتمال ذلك صغير للغاية.

على أية حال، تم تصنيع أول RNAs البدائي بشكل أكثر كفاءة من مادة عضوية منخفضة الوزن الجزيئي مقارنة بـ "الحلزون المزدوج" المعقد. بالتوازي، كانت هناك عملية تشكيل Coacervates - قطرات الماء والدهون، سلائف غشاء الخلية. وبمجرد أن غلف "المحلول الحي" من الحمض النووي الريبوزي (RNA) نفسه بقشرة متماسكة، نشأ أول كائن مستقل ذاتيًا. حافظ الغشاء الغشائي على التدرج الكيميائي بين التجويف الداخلي والبيئة، مما يمنع المادة الحية من التبدد - وأصبح هذا ميزة كبيرة.

في سياق التطوير الإضافي للمحيط الحيوي، تم الاستيلاء على العصا في تخزين المعلومات الوراثية بواسطة الحمض النووي، مما يضمن دقة أكبر؛ البروتينات المختومة بنفس الحمض النووي الريبي (RNA) تولت النشاط التحفيزي، لكن الأخير لم يظل خاملاً. ففي النهاية، بدونها تموت الخلية.

آثار الحياة القديمة في الحجر والجينات

يضطر العلماء إلى البحث عن إجابات لأسئلة حول كيف ومتى نشأ المحيط الحيوي وما هو تاريخه المبكر في النماذج النظرية والتجارب المعملية، حيث تم تدمير السطح الأولي للأرض منذ فترة طويلة بسبب العمليات الجيولوجية اللاحقة.

تم العثور على أقدم آثار الحياة حتى الآن في جرينلاند وكندا وأستراليا. يعود تاريخ أكثرها موثوقية إلى ما قبل 3.7 مليار سنة وتشير إلى أنه حتى ذلك الحين كانت هناك مجتمعات معقدة من الكائنات الحية الدقيقة، بعضها يقوم بعملية التمثيل الضوئي (البكتيريا الزرقاء أو أسلافها).

هناك اتجاه آخر للبحث يكمن في مجال البيولوجيا الجزيئية. نظرًا لأن جميع الأنواع الحية هي أقارب، فمن الممكن، من خلال بناء شجرة النشوء والتطور للأنواع، تحديد الوقت التقريبي الذي كان فيه "آخر سلف مشترك عالمي" (LUCA) موجودًا. وهذا ليس أول كائن حي على الأرض، لكنه عاش منذ وقت طويل جدًا - وفقًا للعلماء، منذ حوالي 4 مليارات سنة. بالنسبة لهذا الكائن الحي، تم تحديد مجموعة الجينات الدقيقة التي يمتلكها، لكن من غير المعروف ما إذا كان "لوكا" نوعًا منفصلاً من الكائنات الحية الدقيقة أو مجتمعًا من الأنواع التي تتبادل المواد الوراثية.

الحياة تغير الكوكب

حتى في المراحل الأولى من وجودها، شارك المحيط الحيوي بنشاط في تطور الأرض. إن أهم ميزة للكائنات أحادية الخلية القديمة في عصر ما قبل الكمبري هي بالطبع خلق جو مؤكسد مستقر. لكن الحياة كان لها أيضًا تأثير كبير على طبيعة الترسيب وتكوين الخام. على سبيل المثال، تشكلت أهم رواسب خام الحديد، مثل شذوذ كورسك المغناطيسي، بسبب نشاط البكتيريا الضوئية في محيطات عصر الطلائع القديمة قبل 2.5-2 مليار سنة.

بعد أن وصلت إلى الأرض، بدأت الحياة في العمل على المناظر الطبيعية. في الواقع، كان المحيط الحيوي هو الذي خلق الأرض على هذا النحو. ففي نهاية المطاف، إلى أن نشأت التربة وانتشرت النباتات الأعلى، لم تكن هناك حدود واضحة لخزان الأرض، وكان تدفق المياه إلى المحيطات يعتمد على المنطقة، ولم تكن هناك قيعان أنهار مستقرة.

الجميع يعرف عن النفط والفحم. لكن سلاسل جبال الهيمالايا، وجبال الألب، والقوقاز تتكون من الحجر الجيري، ومعظم هذه الصخور ذات أصل حيوي. كانت هذه الجبال ذات يوم حيوانات بحرية. شكلت أصدافها، من الأصغر إلى الأكبر، بعضًا من الصخور الرسوبية الأكثر شيوعًا.

وظائف المحيط الحيوي

لقد نظرنا إلى عدة أمثلة لكيفية تغيير الحياة لوجه الكوكب. دعونا نلخص ما هو معروف عن وظائف المحيط الحيوي.

أولا، تشارك في تغيير والحفاظ على تكوين الغلاف الجوي والمياه الطبيعية. ثانيا، ينقل، وكذلك يتراكم أو تشتت، أي إعادة توزيع المواد المختلفة. ثالثا، يؤدي وظيفة تشكيل البيئة. كل هذا يمكن تلخيصه كعملية تنظيم واستقرار الدورات الجيوكيميائية للأرض. يتم تنفيذه بسبب امتصاص الطاقة الشمسية وتحويلها وتراكمها وإطلاقها من خلال المكونات الهيكلية التي حددها فيرنادسكي في عقيدته حول المحيط الحيوي: مجموعة من الكائنات الحية والمواد الحيوية والمواد الخاملة الحيوية والخاملة.

لا ينفصل عن الأرض

منذ اللحظة التي نشأ فيها المحيط الحيوي (على الرغم من عدم وجود لحظة محددة على الأرجح)، تتفاعل جميع مكوناته بشكل وثيق مع بعضها البعض ومع بقية الأصداف الجيولوجية للكوكب - الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري. إن نظام المحيط الحيوي للأرض مغطى بالعديد من ردود الفعل الإيجابية والسلبية على مستويات مختلفة - بدءًا من التكاثر الحيوي الفردي وحتى العمليات العالمية على المقاييس الزمنية الجيولوجية.

المحيط الحيوي،قشرة الأرض التي توجد فيها الحياة. يشمل المحيط الحيوي الجزء السفلي من الغلاف الجوي (15-20 كم)، والجزء العلوي من الغلاف الصخري والغلاف المائي بأكمله. تنخفض الحدود الدنيا بمعدل 2-3 كم على الأرض و1-2 كم تحت قاع المحيط. تم تقديم مصطلح "المحيط الحيوي" من قبل الجيولوجي النمساوي إي. سوس في عام 1875، في حين تم تطوير أساسيات عقيدة المحيط الحيوي، ذات الصلة بالعلم الحديث، بواسطة في.

يتكون المحيط الحيوي من مكونات حية أو حيوية وغير حية أو غير حيوية. المكون الحيوي هو المجموعة الكاملة للكائنات الحية (وفقًا لفيرناديسكي - "المادة الحية"). المكون اللاأحيائي هو مزيج من الطاقة والماء وبعض العناصر الكيميائية والظروف غير العضوية الأخرى التي توجد فيها الكائنات الحية.

تعتمد الحياة في المحيط الحيوي على تدفق الطاقة وتداول المواد بين المكونات الحيوية وغير الحيوية. تسمى دورات المواد بالدورات البيوجيوكيميائية. يتم ضمان وجود هذه الدورات بواسطة طاقة الشمس. تستقبل الأرض حوالي 1.3 10 24 سعرة حرارية في السنة. ويعاد نحو 40% من هذه الطاقة إلى الفضاء؛ 15% يمتصها الغلاف الجوي والتربة والمياه. أما بقية الطاقة فهي الضوء المرئي، وهو المصدر الأساسي للطاقة لجميع أشكال الحياة على الأرض.

الحياة مستحيلة بدون ماء. يعتبر الماء مصدرًا للهيدروجين، وهو أحد أهم العناصر الموجودة في الكائنات الحية. تحدث التفاعلات الأيضية في الكائنات الحية في الطور السائل، والماء هو الوسط الذي تستهلك منه الكائنات الحية العناصر الغذائية ويتم منه إزالة المنتجات النهائية لعملية الأيض (النفايات). يشكل الماء ما بين 50 إلى 95% من وزن الكائنات الحية. تلعب عملية التبخر في النباتات دورًا مهمًا في دورة الماء. تمتص النباتات الماء من خلال جذورها وتحصل على الأملاح الذائبة فيه. يتبخر الماء من خلال الأوراق. خلال موسم النمو، تتبخر محاصيل الحبوب على مساحة 1 هكتار تقريبا. 4.000.000 لتر من الماء، لكن 0.4% فقط من هذه الكمية يستخدم بشكل مباشر في عملية التمثيل الضوئي. للحصول على 1 كجم من الحبوب يستغرق الأمر حوالي. 500 لتر من الماء. ومن الواضح أن النباتات تحتاج إلى كميات هائلة من الماء، وبما أن المستهلكين يتغذىون على النباتات، فإن إجمالي احتياجاتهم من المياه أعلى بكثير من الكمية التي يمتصونها مباشرة. على سبيل المثال، يحتاج الشخص تقريبا. 2.1 لتراً من الماء يومياً، ولكن للحصول على كمية الطعام التي يتناولها يومياً يحتاج إلى 10 آلاف لتر أخرى من الماء.

يعد الحفاظ على التوازن الديناميكي بين المكونات الحيوية وغير الحيوية للمحيط الحيوي شرطًا ضروريًا لوجود جميع أشكال الحياة. إن التأثير البشري على المحيط الحيوي، المصحوب بتدهور جودة المياه، أو إزالة الغابات، أو إطلاق الملوثات في الغلاف الجوي، يمكن أن يشكل تهديدًا للحياة على الأرض.

إذا تخرجت من كلية الأحياء، فمن المحتمل أنك تعرف ما هو المحيط الحيوي. بالنسبة للآخرين الذين لا يعرفون ما يسمى بالمحيط الحيوي، دعونا نوضح أن المحيط الحيوي هو قشرة الأرض التي تسكنها النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة والبشر وتتحول بواسطتهم. هذه هي منطقة وجود الكائنات الحية على الأرض. هذا التعريف صحيح إذا كنت تصدق البديهية القائلة بأن كوكبنا وحده هو الذي يحتكر الحياة.

بقبول الفرضية القائلة بأن الكائنات الحية موجودة خارج حدودها، يمكن القول بأن المحيط الحيوي لا يمكن أن يقع على الأرض فقط. وبالنظر إلى أن منطقة وجود ونشاط الكائنات الحية، وفقا للباحثين، موجودة حتى في التجاويف المخفية مثل المحيطات تحت الجليدية، فإن مثل هذا الافتراض لا يبدو خياليا. على سبيل المثال، هناك احتمال كبير لوجود كائنات حية على أوروبا، وهو قمر صناعي لكوكب المشتري.

التنقل السريع من خلال المادة

تاريخ المصطلح

لأول مرة في علم الأحياء، تم تقديم مصطلح "المحيط الحيوي" من قبل العالم النمساوي إدوارد سوس في عام 1875. الآن أنت تعرف في أي عام ظهر هذا المصطلح. ولكن قبل وقت طويل من تقديم سوس لمصطلح "المحيط الحيوي"، تم تطبيق مبادئه وصياغتها بالتفصيل لأول مرة من قبل الباحث الفرنسي جان بابتيست لامارك. صحيح أن لامارك كان له اسم مختلف لهذا المصطلح.

كان المحيط الحيوي، الذي يُترجم من اليونانية يعني "مجال الحياة"، بمثابة نظام من الكائنات الحية التي توجد على اتصال وثيق بالعناصر المعدنية وتخضع لتأثيرها. وفقط الأكاديمي والفيلسوف السوفيتي فيرنادسكي أخذ في الاعتبار العوامل المؤثرة في تكوين العالم المحيط بأكمله.

بفضل هذا، يعتقد أن هذا العالم هو مؤلف ومبدع العقيدة الوظيفية لجوهر المحيط الحيوي، المعترف به اليوم في جميع أنحاء العالم. وكان أول من أدخل في العلم العديد من التعريفات التي يستخدمها العلماء في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك فكرة البنية الهرمية للمحيط الحيوي. كتب فيرنادسكي أن المادة الحية لها تأثير ملحوظ على عملية تحول الكوكب وبنيته. ووصف بالتفصيل تكوين ووظائف المحيط الحيوي.

أين يقع المحيط الحيوي؟

دعونا نفكر في ما هو مدرج في المحيط الحيوي. تمتد حدود المحيط الحيوي في عمق سطح الأرض لعدة كيلومترات. يمتلئ سمك مياه البحار والمحيطات بالكامل بالكائنات الحية، وصولاً إلى أعمق المنخفضات. ويبلغ الحد الأعلى لوجود الكائنات الحية حوالي 45 كيلومتراً فوق السطح، وتحدده طبقة الأوزون. ويلعب دورًا مهمًا في وجود المحيط الحيوي، حيث يحمي سطح الأرض من الإشعاعات الكونية المدمرة التي تقتل جميع الكائنات الحية.

يعتقد العلم أن المحيط الحيوي يتكون من ثلاث قذائف:

1. الغلاف الصخري.
2. المحيط المائي؛
3. أَجواء.

يبدأ الغلاف الصخري، باعتباره العنصر الأكثر كثافة في غلاف المحيط الحيوي، عند سطح الأرض ويمتد لعدة كيلومترات إلى الأسفل. هذه قشرة جيولوجية داخل المحيط الحيوي. موطن الكائنات الحية تحت الأرض محدود. وكلما زادت المسافة عن السطح، زادت درجة الحرارة. عند عمق معين، تكون الحياة مستحيلة بسبب ارتفاع درجة الحرارة والضغط.

يتكون الغلاف المائي كوسيط يشغل معظم سطح الأرض من الماء. إن الكتلة المائية بأكملها الموجودة في المحيط الحيوي مشبعة بشكل غير متساو بالكائنات الحية. تم العثور على معظمها على السطح، بالقرب من الأرض وفي القاع.

عندما يتحدث الناس عن الغلاف الجوي، فإنهم يقصدون عمومًا الطبقات الممتدة من قمم الأشجار إلى أسفل طبقة الأوزون. هذه هي القشرة ذات الكثافة الأقل. ولا يشمل المحيط الحيوي طبقات الغلاف الجوي الواقعة فوق طبقة الأوزون.

المحيط الحيوي ومكوناته

يعتقد علم الأحياء أن المحيط الحيوي يشمل أربعة أنواع من المادة. فيما يلي الأنواع التي تحدد تكوين وبنية المحيط الحيوي:

هذه المواد تشكل المحيط الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، يشمل المحيط الحيوي:

• مواد ذات أصل كوني.
• العناصر المشعة
• الذرات المتناثرة التي تتشكل أثناء انقسام المواد تحت تأثير الإشعاع الكوني.

يُفهم المحيط الحيوي على أنه مجتمع جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب. يسكن الأرض حوالي 3 ملايين نوع من الكائنات الحية المختلفة. جربها ووصفها! يمكنك الخلط بين هذا التنوع! ولا يمكننا حتى أن نتخيل وجود الكثير منهم. إنهم يعيشون في ظروف مختلفة، مما يجعلهم مختلفين عن بعضهم البعض. تتفاعل الكائنات الحية مع بعضها البعض داخل حدود التكاثر الحيوي الفردي. وبنية المحيط الحيوي عبارة عن هيكل منظم على شكل العديد من التكاثر الحيوي. وبعبارة أخرى، يشمل المحيط الحيوي التكاثر الحيوي. حالتهم شرط ضروري لوجود المحيط الحيوي وتطوره. لذلك، يُطلق على التكاثر الحيوي اسم اللبنات الأساسية التي تشكل المحيط الحيوي للكوكب. المحيط الحيوي هو مجمل جميع الكائنات الحية في الكوكب. جميع مكونات المحيط الحيوي مهمة. إذا تضررت إحداها، فإن المبنى بأكمله سيصبح أقل استقرارا. يتأثر المحيط الحيوي ككل بحالة كل تكاثر حيوي.

نشأة وتطور الحياة على الأرض

هناك العديد من الإصدارات حول مصدر القشرة الحية للأرض. نظرًا لعدم وجود معلومات موثوقة، يتم استدعاء عدد كبير جدًا من الإصدارات. البعض واثق تماما في الأصل الإلهي. ويرى آخرون أن ذلك، بشكل عام، كان من قبيل الصدفة النادرة التي خلقت كائنا حيا من مجموعة من العناصر غير الحية. ولا يزال البعض الآخر يعتقد أن أسلاف جميع أشكال الحياة على كوكبنا وصلوا من الفضاء الخارجي.

حتى أن هناك نسخة شبه خيالية تفيد بأن مستكشفين من مجرة ​​أخرى وصلوا إلى الأرض، واختاروا مكانًا لتأسيس مستعمرة جديدة. قرروا أن الكوكب كان قليل الفائدة، وعندما طاروا بعيدا، تركوا وراءهم القمامة. كانت البقايا البيولوجية الموجودة فيها بمثابة الأساس لأصل الحياة على الأرض.

إذا كان لديك نسختك الخاصة لكيفية تنفيذ هذه العملية، قم بوصفها وشرحها. لها نفس الحق في الوجود مثل سابقاتها. هذه مسألة فلسفية.

دعونا نصف بإيجاز كيف نشأت الحياة وتطورت على الأرض.

بدأت العمليات العالمية التي تسببت في ظهور وانتشار الكائنات الحية في الغلاف المائي. ثم انتشرت الحياة من قشرة المحيط الحيوي هذه إلى الأرض. تم الانتهاء من مزيد من التحول من خلال العمليات التي تحدث في المحيط الحيوي. بدأت النباتات البرية الناشئة في تحويل تكوين الغلاف الجوي وبنيته بشكل فعال، مما يجعل الكوكب أكثر ملاءمة لحياة الكائنات الحية المعقدة. تغير التركيب الكيميائي للمحيط الحيوي. ومن خلال عملية التمثيل الضوئي، تم إنتاج الأكسجين اللازم لتنفس الحيوانات. في الطبقات العليا من الغلاف الجوي، تم تحويل جزء من الأكسجين إلى الأوزون، الذي كان بمثابة حماية ضد الإشعاع الكوني.

في الغلاف الجوي الأساسي للكوكب، مع التصريفات الكهربائية القوية، وكذلك تحت تأثير الإشعاع البنفسجي الصباحي والإشعاع العالي، يمكن تشكيل مركبات عضوية تتراكم في المحيط

يشمل المحيط الحيوي الإنسانية - تاج الطبيعة. إن دور المحيط الحيوي لوجود الناس كأنواع بيولوجية مهم. يتمتع الناس بالذكاء الكافي لتعديل البيئة بشكل هادف، مما يجعلها أكثر ملاءمة لبيئتهم.

النظام الذي أنشأته الطبيعة مثالي، لكن الأمر يستحق التفكير فيما إذا كان أبديا؟

العوامل البشرية لها تأثير نشط على عناصر المحيط الحيوي، والتي ليس لها دائما تأثير إيجابي على البيئة. نحن ندمر الممثلين الآخرين للمحيط الحيوي على الأرض، ونلوث الغلاف الجوي والمحيط العالمي، ونخلق الإشعاع الكهرومغناطيسي، ونغير المناخ. إن عواقب الكوارث التي من صنع الإنسان والتي تحدث على الكوكب منذ النصف الثاني من القرن الماضي يجب التغلب عليها على مدى عقود. لقد تضررت البيئة. إن أسلحة الدمار الشامل التي يصنعها الإنسان، إذا استخدمت، يمكن أن تدمر الحياة على الأرض.

في الوقت الحالي، يشكل النشاط البشري تهديدا لوجود ليس فقط الأنواع الخاصة به، ولكن أيضا جميع الكائنات الحية. إذا لم يتم اتخاذ التدابير اللازمة، فلن يكون للبشرية مستقبل. ما هو الطريق للخروج من هذا الوضع؟

تم اقتراح الحل لأول مرة من قبل نفس V.I Vernadsky. واقترح أن مستقبل المحيط الحيوي يحدده الإنسان. سيخلق نظامًا جديدًا مريحًا للكائنات الحية للعيش معًا والتطور والتكاثر. بالنسبة لهذه البيئة الجديدة استخدم مصطلح "noosphere". هناك عدد من الشروط الضرورية لتشكيل مجال نو:

1. استيطان الإنسان العاقل في جميع أنحاء الكوكب وموقعه المهيمن على الأنواع البيولوجية الأخرى؛
2. ثورة في تطور الاتصالات وإمكانية الاتصال السريع بين أي مكان في الكوكب؛
3. إمكانية ظهور الطاقة النووية واستخدامها النشط؛
4. تسود المواقف الديمقراطية في المجتمع العالمي، مما يمنح الجماهير العريضة أدوات سيطرة حقيقية؛
5. يشارك جزء كبير من سكان العالم في الأنشطة العلمية.

ربما تبدو بعض النقاط ساذجة، ولكن دعونا لا ننسى أن هذه المسلمات تم طرحها منذ عقود عديدة من قبل رجل درس العمليات العالمية للتنمية البشرية وبيئتها.

الاتجاه الآخر الذي تتحرك فيه البشرية هو محاولات إنشاء المحيط الحيوي بشكل مستقل. من المعروف أن المحيط الحيوي هو نظام مفتوح في علم البيئة، والذي يتطلب تدفقًا مستمرًا للطاقة الشمسية، وينتج في حد ذاته الحرارة. والمحيط الحيوي، الذي سيتم إنشاؤه بشكل مصطنع، يفترض وجودًا مستقلاً في بيئة معادية للبشر. وينبغي أن يساعد هيكلها في حل هذه المشكلة.

إن أهمية المحيط الحيوي للبشرية هائلة. نحن غير قادرين على البقاء على قيد الحياة بدونها. قدم K. E. Tsiolkovsky فكرة إنشائها في الأدبيات العلمية حول استكشاف الفضاء. مثل هذا النظام هو المحيط الحيوي الاصطناعي. تم استخدام هذا المفهوم لأول مرة بواسطة Tsiolkovsky. إذا تم إعادة إنشائها على كوكب آخر، فإن سمك المحيط الحيوي سيوفر الظروف التي تسمح للبشر بالبقاء على قيد الحياة. ولم يكن من الممكن حتى الآن الحصول على محيط حيوي مستقل، لكن البحث في هذا الاتجاه مستمر.

المحيط الحيوي الاصطناعي

كل إنسان يعتني ببيته وسيارته ويعتني بأولاده. إن المحيط الحيوي الذي يحيط بنا هو أيضًا وطننا. نعيش فيه ونستمتع بفوائده. ولكن إذا تم تدميره، فلن يكون لدينا مكان نعيش فيه، ومن هنا نستنتج أنه يجب علينا الاهتمام بهذا المنزل حتى نتمكن من توريثه إلى ذريتنا. وسيكون نظيفًا وجميلًا.