Понятие о биосфере было бы неполным, если бы в характеристику биосферы не входило определение ее границ. Последние определяются способностью живых существ переносить сильное воздействие различных физических и химических факторов. Некоторые из этих факторов не представляют интереса для космической биологии, другие имеют непосредственное отношение.
Многие экстремальные факторы действуют на Земле на различные живые существа. Поэтому экология микроорганизмов, растений и животных дает ценные сведения для космической биологии. Учение о биосфере, созданное В. И. Вернадским, относит к биосфере Земли совокупность всех организмов плюс абиотическую среду их существования.
Это неразрывное, но полное противоречий единство, в котором изменяются как сами организмы, так и внешние условия их существования. Экология давно пришла в выводу, что наиболее устойчивыми к экстремальным воздействиям являются низшие формы жизни: бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, некоторые водоросли и простейшие.
Перейдем к рассмотрению границ биосферы. Распределение жизни по вертикали изучено мало. Верхняя граница биосферы не установлена, так как взятие проб в стратосфере с помощью стратостатов было произведено без соблюдения необходимых технических предосторожностей и при взятии пробы на большой высоте в нее попадали почвенные микроорганизмы с поверхности стратостата, оболочка которого лежала на земле при наполнении его газом. Исключения составляют исследования, проведенные уже давно с помощью стратостата «Эксплорер-Н». В этом случае взятие проб было осуществлено в стерильных условиях. На высоте 20 км были обнаружены спороносные бактерии и микроскопические грибы, но в небольшом количестве.
Эти опыты свидетельствуют о том, что в условиях стратосферы микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность, несмотря на низкую температуру, действие ультрафиолетовых лучей и ионизирующей радиации. Никаких данных о возможности микроорганизмов подниматься на большую высоту пока нет.
В связи с обнаружением микроорганизмов на больших высотах, необходимо указать на некоторые изменения во взглядах относительно возможности транспортировки микроорганизмов в космосе. Хорошо известные формы микроорганизмов обладают слишком большим весом, чтобы передвигаться в условиях стратосферы или в свободном космосе под влиянием давления света.
В связи с этим внимание биологов привлекло открытие микроорганизмов, в жизненном цикле которых имелись формы, невидимые в оптический микроскоп. Это, в частности, касается микоплазм и вирусов. Возможность переноса столь легких частиц в космосе может по-видимому иметь место. Однако очень длительное действие экстремальных факторов в космосе делает выживаемость при таком перемещении мелких микроорганизмов маловероятной. На современном этапе развития науки вновь стала обсуждаться теория панспермии, которая, однако, полностью не объясняет происхождение жизни. В связи с достижениями в исследованиях по химической эволюции в космосе и успехами в области химического синтеза происхождение жизни перестало быть только философской проблемой, а приобрело характер стройной теории.
Что касается нижней границы биосферы, то она тоже определена недостаточно точно. Живые микроорганизмы неоднократно обнаруживались в грунте океанов, образцы которого были взяты на глубине 11 км, где давление составляет 1100 кг/см2. Пурпурные серобактерии были найдены в нефтяных водах, вытекающих с большой глубины.
Другие виды обнаружены в кернах, полученных с глубины 4 км. Данные о наличии живых микроорганизмов в зонах вечной мерзлоты или каменной соли пока не подтвердились.
В наибольшей полнотой изучена жизнь, протекающая при высоких и низких температурах. Можно считать твердо установленным, что в гейзерах и горячих источниках существуют живые микроорганизмы, размножающиеся при температуре 75—90° С. Действие низких и высоких температур на живые существа более подробно рассмотрено ниже.
В морской биологии впервые было установлено, что некоторые бактерии, обитающие в морях, могут прекрасно размножаться при давлении 400 атм. Такие баротолерантные микроорганизмы были подвергнуты специальному изучению. Несколько парадоксальным следует считать тот факт, что баротолерантные бактерии были обнаружены также в почве, находящейся в цветочных горшках и оранжереях.
Современная экология микроорганизмов располагает обширными сведениями о жизни микробов при очень низком и очень высоком значении pH. Бактерии и грибы, образующие различные органические кислоты, естественно, довольно устойчивы к ним. Здесь мы наблюдаем одновременно устойчивость как к специфическому действию кислот, так и к низкому pH. Однако низкие pH, образованные легко диссоциирующими минеральными кислотами, гораздо лучше переносятся микроорганизмами. Так, Thiobacillus thioparus и другие виды Thiobacillus, окисляя различные восстановленные соединения серы с образованием серной кислоты, размножаются при pH 1,0, а некоторые из них —при pH 0,5. Эти микроорганизмы обнаруживаются в отвалах руд, содержащих сульфиды, а также в кучах добытой серы. С другой стороны, существуют содовые озера, в которых обитают различные прокариоты и эукариоты. Такие озера существуют в Азии, Африке, и pH воды достигает в них 8,0—9,0. В промышленных условиях создаются еще более щелочные реакции, в частности в кожевенной промышленности в жидкости, находящейся в зольниках и имеющей pH 11,0, размножается устойчивая к этой реакции форма Bacillus mesen-tericus.
Газовый состав на Земле варьирует в довольно широких пределах. На дне морей и океанов свободного кислорода немного, и, несмотря на это, там наблюдается активная жизнь. Так, на дне океана на глубине 10 000 м помимо микроорганизмов были обнаружены: Polychaeta, Isopoda, Bivalvia, Holothurioidea и др.
Это следует иметь в виду, когда рассматривают вопрос о существовании жизни на планетах, почти не содержащих кислорода. С меньшей уверенностью можно говорить о наличии анаэробных бактерий в различных слоях почвы. В этом случае возможно потребление кислорода аэробными почвенными микроорганизмами, что приводит к созданию анаэробных условий. Содержание различных газов в атмосфере или в воде водоемов сопровождается размножением представителей специальных физиологических групп микроорганизмов, потребляющих эти газы. Это относится к бактериям, окисляющим водород, метан, сероводород, окись углерода, к бактериям, потребляющим углекислоту, азот и т.д.
Таким образом, состав атмосферы или характер газов, растворенных в воде, только в исключительных случаях приводит к полному отсутствию жизни, например в мертвой сероводородной зоне в Черном море.
Ионизирующая радиация в природных условиях не оказывает губительного действия на микроорганизмы, так как имеющиеся дозы недостаточно высоки. В противоположность этому стерилизующее действие ультрафиолетовых лучей резко выражено.
Выше уже говорилось о том, что самые различные биологические ниши населены микроорганизмами и что крайние границы биосферы заняты ими. Однако в понятие о биосфере входит активное взаимодействие между организмами и условиями их существования. Низшие и высшие растения играют исключительную роль в круговороте химических элементов на Земле. Участие растительных организмов в разрушении горных пород, в почвообразовательных процессах уже давно привлекало внимание натуралистов. Меньше интереса было проявлено ими к изменению экологических условий, возникших в результате жизнедеятельности живых существ, в частности микроорганизмов. Так образование микроорганизмами сероводородных зон в морях в результате восстановления сульфатов делает эти зоны совершенно лишенными жизни; значительное выделение водорода и метана из грунта пресных водоемов определяет характер микробиоценоза, обитающего в этих местах. Некоторые продукты жизнедеятельности играют роль «средств защиты»; в частности, это относится к молочной кислоте, некоторым выделяемым в окружающую среду пигментам, антибиотикам и токсинам. Эти вещества, угнетая другие виды, способствуют росту и развитию микроорганизмов, образующих их.
Таким образом, адаптация живых существ к различным условиям жизни и активное изменение этих условий — основной принцип формирования биосферы.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com