Основоположником современного учения о «сфере жизни» (биосфере) является русский учёный Владимир Иванович Вернадский (1863…1945 гг.). Вернадский создал научную дисциплину «Биогеохимия» а на её основе науку о биосфере. Понятие биосфера впервые ввёл австрийский геолог Э. Зюсс в 70-х годах ХIX века для обозначения «лика Земли», её поверхностного географического образа.
Согласно Вернадскому биосфера – оболочка всех тех планет, на которых вследствие стечения благоприятных условий возникла и существует жизнь.
Биосфера это то, что человек называет Природой и связан через неё с планетой и космосом.
Важнейшие черты биосферы – её постоянный материально-энергетический обмен с космосом и существование исключительно в её пределах живого вещества. Благодаря живому веществу биосфера являет собой подвижное динамическое равновесие – организованность. Организованность – слаженность, гармония стихийных сил, которая во все времена поражала учёных, очаровывала поэтов и рождала у них вдохновение. Например, Тютчев писал: «Невозмутимый строй во всём, созвучье полное в природе». Вернадский впервые в мире показал, что в цепи круговорота всех химических элементов на Земле имеется биогеохимическое звено, т. е. жизнедеятельность организмов является глубоким и мощным геологическим процессом.
Живое вещество биосферы состоит в основном из лёгких химических элементов: H, C, N, O, Na, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca; из тяжёлых элементов самым распространённым является железо (Fe). Эти элементы в организмах дают свои соединения, которые вне живого вещества практически не создаются. В течение всего геологического времени живое вещество в биосфере выполняет ряд функций: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную (для различных химических элементов), деструктивную и др.
В глобальном космическом проявлении биосфера является гигантским аккумулятором и уникальным трансформатором электромагнитной энергии Солнца. Благодаря биосфере Земля осуществляет связь с Космосом.
Вернадский впервые показал, что фотосинтез меняет облик Земли и, преобразуя космическую энергию в химическую, механическую, тепловую, электрическую и др., постоянно нарушает химическое равновесие, присущее планете как космическому образованию.
Общее направление природных процессов в биосфере противоположно тому, которое следует из второго начала термодинамики, а именно: энергия не рассеивается, а накапливается в живом веществе. Иначе говоря, энтропия окружающей среды уменьшается, а организованность ее возрастает, что происходит постоянно в ходе геологического времени.
Биосфера – не только организованность, но и своеобразный механизм связи живого вещества с неживым, который подчиняется строгим математическим закономерностям, реализующимся в масштабах биоценозов и биосферы.
Жизнь на Земле создает своеобразный материально-энергетический напор на среду, подобный напору газа; живое вещество, преодолевая её сопротивление, стремится занять максимальный объём, распространиться на всю свободную территорию. Это возможно благодаря процессам размножения, которые происходят ритмично и совершаются с удивительной и неизменной математической точностью. Скорость размножения живых организмов определяет скорость передачи геохимической энергии в биосфере.
Между планетой Земля и её биосферой существует неразрывная связь. Так, например, размеры, масса, геологические параметры и константы планеты обусловливают вес, размеры, количество потомства, быстроту его воспроизведения всех живых организмов.
Единство живого и неживого вещества диалектично, так, живое вещество не сводится к обычным физико-химическим системам, а имеет множество отличительных особенностей. Наиболее значительными из них являются пространственно-временные характеристики.
Так, согласно гипотезе Вернадского, геометрический субстрат живого вещества отвечает одному из пространств геометрии Римана. Для этого пространства характерными особенностями являются: кривые линии и поверхности; полярные векторы, т. е. отсутствие центра симметрии; неравенство правизны и левизны. По выражению Вернадского: «Это пространство конечное, замкнутое, резко отделяющееся от окружающего, само себя довлеющее». В геометрии Евклида это пространство будет проявляться в виде шара.
С временными характеристиками связано основное свойство материальной среды – закономерная бренность всех её проявлений. В живом веществе время выражается, благодаря замкнутости криволинейного пространства, полярным вектором.
Полярность времени жизни проявляется в необратимости биологических процессов.
Векториальность, направленность времени в биосфере делают его единством «дления-бренности». С длением связано сохранение биосферой своих качеств относительно неизменными, а с бренностью – однонаправленность, необратимость протекания жизненных процессов: от начала к концу, от прошлого к будущему.
Жизненное (биологическое) время, согласно Вернадскому проявляется в трех процессах:
– во времени индивидуального бытия;
– в смене поколений без изменения форм жизни;
– в эволюционном процессе, скачкообразно меняющем форму организмов одновременно со сменой поколений.
С точки зрения эволюционного процесса (естественного отбора) недолговечность индивидуальных живых существ является положительным фактором, т. к. она обеспечивает не только длительный и непрерывный круговорот веществ, но и значительную изменчивость морфологических форм.
Особые свойства биологического времени связаны с организованностью живой системы, в которой ни один элемент не занимает в течение сколь угодно продолжительного времени то же самое место, а постоянно прогрессивно изменяется необратимо и направленно.
По мнению Вернадского зарождение жизни на Земле произошло в условиях, которые нам до конца не известны. По его утверждению жизнь зародилась множественно. Даже если сначала возникла одна форма, то она геологически быстро вне эволюционного процесса раздробилась на формы, выполняющие различные функции в биосфере. Это возможно потому, что размножение простейших организмов происходит очень быстро (в геометрической прогрессии). В геологически кратчайший срок произошло заселение всей поверхности планеты, затем биосфера стала расширяться в глубь Земли. Этот процесс происходит и сейчас.
