Границы биосферы, состав и масса живого вещества

В современном понимании биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своим «входом» и «выходом». Ее вход - это поток солнечной энергии, поступающей из космоса, и химической энергии – из литосферы, вовлекаемое в биогенный круговорот вещество, наличная внутренняя информация и поток внешней информации. На выходе биосферы – рассеиваемая и излучаемая, преимущественно, тепловая энергия, уходящее из круговорота вещество, реорганизованная внутренняя информация и поток исходящей информации.  

Биосфера как кибернетическая система обладает свойством саморегуляции. Одно из наиболее характерных проявлений организованности биосферы состоит в наличии озонового экрана, находящегося на высоте около 45 км и поглощающего губительные для живого вещества жесткие ультрафиолетовые лучи. Более того, состав газовой оболочки планеты в целом практически полностью регулируется биотой. Саморегуляция биосферы обеспечивается живыми организмами, что позволяет считать биосферу централизованной кибернетической системой, то есть системой, в которой один из элементов или одна из подсистем играет главенствующую роль в функционировании системы в целом. Такой элемент называют ведущей частью системы, или ее центром. Живое вещество биосферы и является ее ведущей частью.  

Если к биосфере относить те зоны Земли, где длительное время существуют постоянные сообщества живых организмов, то верхнюю границу биосферы следует проводить по высоте рекордных активных залетов летающих животных – до 10 км. Выше этой границы до озонового экрана располагается парабиосфера. Микроскопические организмы в состоянии анабиоза встречаются на высоте до 70 км, в стратосфере. Эта зона получила название апобиосфера. Мощность биосферы по вертикали составляет нижний (до 10 км) слой атмосферы, всю толщу воды (в океане до 11 км) и незначительную донную пленку жизни, а на континентах - тонкий наземный и мощный (более 3 км) подземный слой. Ниже, в пределах нескольких десятков километров, земная кора охватывает ряд геологических оболочек, сформированных прежними состояниями биосферы. Это – метабиосфера. Все названные оболочки: метабиосфера, собственно биосфера, парабиосфера и апобиосфера образуют многослойную мегабиосферу, под которой находится базальтовый слой земной коры.

Живые организмы являются структурными единицами живого вещества и элементами биосферы как системы. Они составляют неотъемлемую часть этой системы и выполняют в ней определенные функции. Живые организмы – это и аккумуляторы солнечной энергии, и трансформаторы для превращения ее в запасаемую химическую и выделяемую действующую энергию, и устройства, выполняющие работу, и хранители, преобразователи и передатчики информации. Живые организмы не изолированы от неорганического "косного" вещества: вместе с ним они образуют особые функциональные подсистемы, которые В.И.Вернадский назвал "биокосными". Это подсистемы биосферы, в которых живое и неживое вещество взаимодействуют особенно тесно. Основные биокосные подсистемы – почвы, илы, водоемы.  

Характерной особенностью биосферы является мозаичность ее строения. Базовые структурно-функциональные подразделения биосферы были названы экосистемами(Тэнсли, 1935). Сейчас экосистему определяют как комплекс взаимосвязанных организмов разных видов и изменяемой ими абиотической среды, обладающий способностью к саморегуляции и полному самовозобновлению биоты (живой составляющей). В структуре экосистемы, следовательно, выделяют активную часть, образованную разнородным живым веществом и пассивную – образованную неживым веществом в твердом, жидком и газообразном состояниях. Активную часть принято подразделять на несколько функциональных блоков, отличающихся преобладающей направленностью организуемых ими процессов:

· продуценты– связывают "рассеянную" энергию электромагнитного излучения солнца и энергию, освобождающуюся при окислении некоторых минеральных веществ, синтезируя органические вещества (с "концентрированной" химической энергией) для построения собственных тел и вещественно-энергетического обеспечения остальных функциональных блоков экосистемы. Главную роль здесь играют фото- и хемосинтезирующие организмы (фотоавтотрофы и хемоавтотрофы): бактерии, цианобактерии, водоросли, талломные и сосудистые растения;

· консументы(редуценты и деструкторы) – из живой и мертвой органики, созданной продуцентами строят собственные тела и высвобождают энергию в виде тепла и (или) в направленном концентрированном виде с совершением работы. В этот блок включаются гетеротрофные части тел автотрофов и типичные гетеротрофы: бактерии, грибы и животные.

Близким по значению термином –биогеоценоз - обозначается сообщество организмов, связанных с определенными почвенно-климатическими условиями. В структуре биогеоценоза выделяют биоценоз (термин предложен В.Н.Сукачевым в 1942 году) – сообщество живых организмов и биотоп - территорию с однородными климатическими условиями, заселенную более или менее однородным составом организмов.

Биоценоз можно условно разделить на более дробные структурные единицы, в соответствии с делением организмов на систематические группы:

·   фитоценоз – сообщество растений;

·   зооценоз – сообщество животных;

·   орнитоценоз – сообщество птиц;

·   энтомоценоз – сообщество насекомых и т.д.

В биотопе также могут быть выделены более мелкие элементы, обладающие какими-либо специфическими условиями – это стации. Например, в дубраве: кроны деревьев, стволы, полог леса, подстилка, гниющие стволы и пни, почва.

Каждый биоценоз характеризуется следующими основными показателями:

1)видовое разнообразие;

2)численность или плотность видовых популяций (общее число особей одного вида или число особей на единицу площади, объема);

3)биомасса (общее количество органического вещества на единице площади);

4)биологическая продуктивность (количество биомассы, образуемой за единицу времени), в том числе: первичная продуктивность (продуктивность автотрофов) и вторичная продуктивность (продуктивность гетеротрофов).

Приведенные характеристики в конкретных проявлениях подчиняются определенным закономерностям. Видовое разнообразие выше в зрелых ненарушенных сообществах. Для видов одного размерного класса общая зависимость между числом видов в сообществе и числом особей, приходящимся на один вид описывается "кривой Раункиера".

Сходной зависимости подчиняется и таксономическая структура сообществ: с увеличением емкости (однородных) таксонов их число уменьшается. Соотношение биомасс, продуктивностей и чисел в последовательных трофических уровнях (продуценты – консументы 1 порядка,
2 консументы порядка ...), по крайней мере для наземных сообществ подчиняется "правилу пирамиды" (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Таксономическая структура биоценозов

 

Главную роль в теории биосферы В.И. Вернадского игра­ет представление о живом веществе и его функциях.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов. Глобальный биотиче­ский круговорот осуществляется при участии всех населяю­щих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограни­ченном запасе доступных химических элементов. Исполь­зуя неорганические вещества, зеленые растения за счет энер­гии солнца создают органическое вещество, которое други­ми живыми существами (гетеротрофами-потребителями и деструкторами) разрушается с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для но­вых органических синтезов.

Другой важнейшей функцией живого вещества, а следо­вательно, биосферы, является газовая функция. Благодаря деятельности живого вещества изменился состав атмосфе­ры, в частности, в результате процесса фотосинтеза в ней появился в значительных количествах кислород. Большин­ство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. В верхних слоях тропосферы и в стратосфере под влиянием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана — также результат деятель­ности живого вещества, которое по выражению В.И. Вер­надского, «как бы само создает себе область жизни». Углекислый газ поступает в атмосферу в результате дыхания всех живых организмов. Весь азот атмосферы имеет органоген­ное происхождение. К газам органического происхождения относятся также сероводород, метан и множество других летучих соединений, образующихся в результате разложе­ния органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах.

Живое вещество способно перераспределять атомы в био­сфере. Одной из функций живого вещества является кон­центрационная. Многие организмы обладают способностью накапливать в себе определенные элементы, несмотря на незначительное их содержание в окружающей среде. На первом месте стоит углерод. Многие организмы концентри­руют кальций, кремний, натрий, алюминий, йод и т.д. От­мирая, они образуют скопление этих веществ. Возникают залежи угля, известняков, бокситов, фосфоритов, осадоч­ных железных руд и т.д. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.

Окислительно-восстановительная функция живого веще­ства заключается в его способности осуществлять окисли­тельные и восстановительные химические реакции, почти невозможные в неживой природе. В биосфере в результате жизнедеятельности микроорганизмов в больших масштабах осуществляются такие химические процессы, как окисле­ние и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). Микроорганизмы-вос­становители — гетеротрофы— используют в качестве источ­ника энергии органические вещества. К ним относятся де­нитрифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии, вос­станавливающие из окисленных форм азот до элементарно­го состояния и серу до сероводорода. Микроорганизмы-окис­лители могут быть как аутотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, нитри- и нитрофицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих слетках.

Естественныебиоценозы характеризуются сложной пространственной структурой с более или менее выраженной вертикальной (ярусность) и горизонтальной (мозаичность) расчлененностью. Поскольку ярусы принято выделять по основной массе ассимилирующих органов растений и активной части корневых систем, оказывающих влияние на среду, ярусное сложение биоценоза определяется сообществом растений.  

Экосистемы(биогеоценозы) находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и все вместе образуют гигантский круговорот вещества в пределах биосферы. Основными элементами, участвующими в нем, являются: водород, углерод, кислород, азот, калий, кальций, кремний, фосфор, сера, стронций, барий, цинк, молибден, медь и никель. Биогеохимический круговорот в биосфере не является замкнутым. Степень воспроизводства циклов достигает 90-98%. В масштабе геологического времени неполная замкнутость биогеохимических циклов приводит к разделению элементов и накоплению их в атмосфере, гидросфере или осадочной оболочке Земли. В свою очередь, для существования этого круговорота необходимо постоянное поступление углекислоты и других веществ из недр земли. Последнее лежит в основе геохимического принципа сохранения жизни:

"Жизнь на Земле и других планетах, при прочих равных условиях, возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и происходит обмен энергией и веществом между их недрами и поверхностью".  

Непрерывному круговороту в биосфере подвергаются только вещества, в то время как в отношении энергии можно говорить лишь о направленном потоке. Поступающая в биосферу солнечная энергия частично расходуется на синтез органического вещества. Запасенная таким образом энергия, передаваясь с одного пищевого уровня на другой, постепенно рассеивается, совершая работу и выделяясь в виде тепла. После окончательного разложения органических остатков, энергия частично накапливается в земной коре в алюмосиликатах.  

Обновление всего живого вещества биосферы Земли осуществляется в среднем за 8 лет. При этом, вещество наземных растений обновляется примерно за 14 лет. В океане циркуляция вещества происходит быстрее: вся биомасса обновляется в среднем за 33 дня, в то время как фитомасса – каждый день. Процесс полной "смены" вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет. В атмосфере "смена" кислорода происходит за несколько тысяч лет, а углекислого газа – за 6,3 года.

Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой преимущественно обусловлены живым веществом в течение всей геологической истории. На миграцию элементов в биосфере влияют также и абиогенные факторы, однако, их роль второстепенна, по сравнению с суммарным влиянием живого вещества.  

Работа живого вещества по организации (биогенной) миграции атомов оказывается единственно возможным способом обеспечения собственного длительного существования и развития в условиях ограниченности доступных минеральных веществ, необходимых для этого. Придать "конечному" свойства "бесконечного" можно лишь организовав его движение по замкнутому циклу. Каждый вид организмов представляет специализированное звено в этом круговороте. Причем один из главных парадоксов жизни заключается именно в том, что непрерывность и развитие обеспечиваются прерывистостью организации самого живого вещества и процессами распада и деградации.  

Система представляет единство материального и идеального, в котором идеальное (информация) характеризует состояние материальной сферы, воспроизводящейся в процессе реализации программы (компактной записи внутренней информации на вещественных матрицах – пространственных и временных организаторах материальных и идеальных процессов в системе). Поскольку биосфера в едином пространстве-времени непрерывна, каждый отдельный момент времени является и входом в систему и выходом из нее, а разделение входа и выхода производится условно по направленности процессов. Выделяя такие динамические составляющие системы как вещество, энергия и информация, мы должны помнить о том, что это лишь разные аспекты одной и той же реальности – материальной системы, в данном случае – биосферы.

Вещество– основной (в нашем представлении) вид материи, из которого формируются элементы (взаимодействующие комплементарные части) биосферы. Его разновидности: живое органическое, живое неорганическое, неживое органическое и неживое неорганическое.

Информация– определенность состояний, отношений и взаимодействий системы и ее элементов, реализуемых в материальных процессах, но не являющихся материей.

Программа – это особым образом организованная часть материи, которая будучи введена в определенную часть активированной материи, способную воспринимать ее, при соответствующих условиях разворачивается, направляя активность материи по определенному руслу.

Энергия– общая количественная мера всех форм движения (включая и взаимодействия) элементов в системе и системы в целом. 

Конкретизируем каждую из обозначенных составляющих живой системы на ее входе и выходе для биосферы.  

Вещество. Биосферу мы рассматриваем как проявление вещественной формы жизни. Но при строгом подходе необходимо учитывать и другие виды материи, существующие в тех же пространственно-временных координатах, что и вещество биосферы. Искусственное сужение рамок рассмотрения связано с практически полным незнанием места поля, плазмы, вакуума, различных видов антиматерии в живой системе Земли.

Источниками вещества для биосферы являются планетное и, в меньшей степени, космическое неживое вещество. А поскольку оно, в конечном счете, оказывается ограниченным, в плане доступности, для использования биосферой, то система непрерывно совершает работу по извлечению все новых порций неживого вещества, запускаемых в биогенный круговорот. Дискретность организации живого вещества биосферы делает возможным многократное повторное использование вещества, уже вовлеченного в круговорот.

Часть вещества биосферы, вследствие реализации концентрационной функции ее живого вещества, ускользает из вихревого потока. Но общая масса вещества, "охваченного жизнью", в геологической истории непрерывно увеличивается и, прежде всего, за счет увеличения длительности его удержания в глобальном вещественном цикле биосферы созданием многочисленных внутренних циклов второго порядка, третьего и т.д.

Расширенное воспроизводство живого вещества биосферы идет неравномерно: с развитием дефицита доступного вещества, масса его в потоке стабилизируется, а "ценность" каждой отдельной порции для системы увеличивается; далее следует частичная реорганизация системы, позволяющая вовлекать в круговорот ранее недоступное вещество, естественно, с временным снижением его "ценности" для системы, а через некоторое время и этого вещества становится недостаточно для расширенного воспроизводства вещественных элементов биосферы.  

Небольшая часть вещества, поступающего в биосферу из прежнего ее состояния – это вещество генетических матриц. И если динамику вещества, составляющего ценотически активные живые тела, еще можно представить в виде относительно четкой пульсации, где индивидуальные жизни разделены интервалами времени, то для вещества матриц вход в "новое" состояние системы начинается задолго до выхода из "старого" состояния.  

Неживое веществов биосфере представлено двумя разновидностями: абиогенным и биогенным. Каждое из них может быть органическим и неорганическим и существовать в различных фазовых состояниях: твердом, жидком и газообразном. Неживое вещество характеризуется сложным, но неравномерным по распределению набором химических элементов, большей частью – в виде солей и окислов и в меньшей степени – в виде простых молекул. Отдельные виды неживого вещества образуют относительно однородные массы значительной протяженности, в которых в виде примесей и включений присутствуют другие виды неживого вещества. Биогенное неживое вещество отличается от абиогенного большей неоднородностью из-за избирательного его накопления и выделения живым веществом. Биокристаллизация минералов сопровождается накоплением энергии, которая может быть выделена позже при метаморфических процессах, в то время как абиогенная кристаллизация непосредственно сопровождается выделением энергии в окружающую среду. Неживое вещество в целом характеризуется преобладанием структурной информации над тепловой информацией и ничтожно малым значением собственно информации.  

В земной коре постоянно происходит перераспределение энергии с соответствующим перераспределением информации в результате геологических процессов: остывание ядра и конвекционные токи в мантии вызывают тектонические процессы, которые сводятся большей частью к увеличению амплитуды искривленности поверхности коры и, соответственно, накоплению в ней потенциальной энергии. Последняя высвобождается под воздействием перемещений масс воды и воздуха, движимых энергией солнечного излучения, тепловой и гравистатической энергией.  

Для неживого вещества, входящего в конкретных видовых формах в биосферу, существенными характеристиками будут: твердость, плотность, растворимость, химический состав, теплоемкость, теплопроводность, влагоемкость, газоемкость, адсорбционная способность, растворяющая способность, текучесть, диффузионность, температура плавления и кипения, прозрачность, отражательная способность и некоторые другие.  

Живое вещество биосферы включает как органическое, так и неорганическое, и представлено относительно однородными видовыми формами, пространственно организованными в дискретные тела небольшой протяженности. Такие тела в пространстве-времени складываются в элементарные функциональные элементы биосферы – организмы.

По общей направленности вещественно-энергетических процессов организмы принято разделять на:

· фотоавтотрофные,

· хемоавтотрофные,

· фотогетеротрофные,

· хемогетеротрофные.

Сочетание первого и последнего в одном организме обозначается как миксотрофность. 

К автотрофам относят фотоавтотрофных и хемоавтотрофных прокариот (бактерии в широком смысле), фотоавтотрофных протистов (одноклеточные организмы) с клетками растительного типа и большую часть многоклеточных растений (включая водоросли). Они способны извлекать или улавливать, трансформировать, связывать и при необходимости освобождать энергию с общим смещением последовательности к способности связывать энергию, то есть накапливать ее в химических связях высокомолекулярных энергонасыщенных органических веществ, прежде всего, углеводов.  

Группу гетеротрофов составляют фото- и хемогетеротрофные прокариоты, протисты с животным и грибным типами клеток, а также животные, грибы и небольшая часть растений (паразитные формы). Эти организмы способны извлекать, трансформировать, связывать и освобождать энергию с общим смещением к последнему, что сопряжено с окислением (анаэробным и аэробным) органических молекул. Сложные гетеротрофные организмы используют значительную часть энергии, извлекаемой из органики, для совершения работы и потому являются организаторами биосферы как системы в целом, определяют информационные процессы в ней. Существенно, что консументы-биотрофы первого трофического уровня, как правило, используют только избыток первичной продукции автотрофов. Предел изъятия биомассы продуцентов контролируется обратными связями и вторичнымиконсументами, что обеспечивает устойчивое существование не только нисходящей, но также и восходящей части биогенного цикла. 

В целом, на гетеротрофов выпадает роль ведущих организаторов глобального биогенного цикла и системной информации, в том числе и формирование новых уровней и форм записи информации. Биосферные блоки продуцентов, редуцентов, деструкторов и минералов относительно независимы, хотя в своем существовании и развитии подчинены единой биосферной информации. В каждом отдельно взятом фрагменте биосферы сложные гетеротрофы создают предпосылки для развития максимально сложных сообществ.  

Свободноживущие (непаразитические) сложные гетеротрофы способны выполнять функцию ведущих организаторов, поскольку они имеют необходимые структуры для высвобождения энергии с совершением работы – источника новых состояний, связей, отношений при относительной независимости от источника вещества и энергии из-за прерывистого порционного их потребления. Полифункциональность этой группы организмов резко повышает, по сравнению с гетеротрофными прокариотами и протистами, их способность к формированию надорганизменных функциональных подразделений биосферы.

Человек, при рассмотрении его с данной точки зрения, создает внешние усилители – экстраорганизменные меж- и надындивидуальные трансформаторы (рабочие органы, орудия труда), которые обеспечивают информационный взрыв в системе. При этом, информация уже не может быть полностью "записана" в биотических естественных носителях и с неизбежностью появляются искусственные, внетелесные носители информации и новые языки ее записи.  

Энергия.Увеличение объема и качественной сложности информации имеют место только в открытых материальных системах, так как требуют притока энергии. Для биосферы основными источниками энергии являются Солнце, ядро Земли и энергонасыщенные химические соединения коры. Максимальные значения энергии, достигающей поверхности Земли, характерны для электромагнитного солнечного излучения.

Первая проблема, которая должна решаться биосферой, - это прием и преобразование электромагнитной энергии в формы, пригодные для удержания, передачи и последующего высвобождения с совершением работы. С этой, энергетической точки зрения, живые тела, все живое вещество можно представить в виде сети трансформаторов, конденсаторов, проводников и потребителей энергии, в которой происходит медленное, постепенное (в геологической истории) накопление свободной энергии из-за увеличения длительности удержания ее в системе, то есть – из-за увеличения промежутка времени между моментом входа энергии в систему и моментом выхода из нее. Понятно, что сказанное имеет отношение к энергии "усваиваемой", преобразуемой биосферой. Но энергия может быть и непреобразуемой как по качеству, так и по количеству.

Непреобразуемая (и не преобразованная) энергия, поступающая в биосферу, легко теряется, часто успевая при этом совершать работу, большей частью разрушительную. Если разрушение структурных элементов биосферы сопровождается освобождением энергии в форме, адекватной той, что вызвала исходное разрушение, развивается автокаталитический процесс, приводящий систему в состояние с максимальной энтропией ("эффект пожара").  

Биосфера связывает менее 1% солнечной энергии, достигающей поверхности планеты. Основная часть "усвоенной" энергии теряется в виде тепла, нагревающего, прежде всего, абиотическую составляющую биосферы, или неживую среду, усиливая тепловое движение ее частиц, а следовательно, увеличивая энтропию среды. Одновременно в живом веществе происходит обратный процесс, сопровождающийся увеличением негэнтропии, что эквивалентно росту информации. Относительно большая доля свободной энергии живого вещества вносится в активной, направленно действующей форме (механической, химической, тепловой, электрической и др.) во внешнюю среду, свою для каждого уровня функционирования живого вещества, что, собственно, мы и называем реализацией взаимодействий, связей, отношений, или информационными процессами. Объем информации и количество свободной энергии в системе эквивалентны. Относительная же единица приращения информации требует прогрессивного роста энергетических затрат.  

Программа.Включает всю совокупность дискретных генетических матриц, или исходный генофонд живого вещества, получаемый биосферой к абстрактно синхронизированному началу развития поколения ценотически активных особей всех видов живых организмов. Программы на каждый вид материального носителя информации (видовое живое вещество) конкретны и полиморфны. Полиморфизм, по характеру возникновения, включает нормальную и аномальную составляющие. Нормальная составляющая связана с комбинированием элементарных матриц, включая и горизонтальный перенос генов, а аномальная составляющая – с ошибками, возникающими при репликации матриц, и с изменениями, вызываемыми прямым или опосредованным действием активной среды.

Реализация программы предполагает развертывание информации через материальные процессы в структуре ее носителей, поскольку информация собственно и определяется состоянием, взаимодействием и отношением носителей, объединяемых в функциональную подсистему некоторого уровня. В отрыве от нее информация не существует. Развитие ценотически активного поколения особей разнородного живого вещества завершается подготовкой нового "поколения" генетических матриц, откорректированных реализованными состояниями живых тел с учетом "усвоенной" внешней для них (а для биосферы – космической) информации. Матрицы реплицируются, размножаются в реализованных носителях: в ценотически пассивных частях активных тел (генеративных органах), состояниях или поколениях особей (генеративных или полоносных телах) организмов. Причем, репликация матриц сопровождается корректировкой, прежде всего, их регуляторных участков на основе "испытанной", "просеянной", упорядоченной и реорганизованной информации.

Части особей или особи, в которых происходит тиражирование матриц-программ развития нового поколения организмов, имеют облигатную связь с ценотически активными частями или особями организмов через посредство единой внутренней среды особи, либо через часть активной цитоплазмы, заключающей дочерние матрицы, либо через развитый язык химической, электромагнитной, звуковой, механической или иной коммуникации (у сложных, т.н. "социальных" организмов).

Говоря о реализации генетической программы в носителе и через него, мы не должны понимать это только как построение тела организма. Прежде всего, реализация предполагает пространственное и временное упорядочение материальных процессов в соответствии с программой. Реализацию программы можно представить как спонтанный причинно-следственный ряд процессов и состояний, воспринимаемый нами в виде конкретных живых тел организмов или надорганизменных подразделений биосферы, взаимодействующих друг с другом и неживой средой.  

Информация.Фактически информация системы характеризует ее состояние в настоящем. Поэтому вход и выход в этой нематериальной сфере, будучи тождественными по содержанию, условно выносятся в обособленную область идеальных преобразований. На входе в биосферу информация представляет собой еще не реализованные в материальных элементах и процессах отношения между изменившимися в результате предшествующего взаимодействия элементами и средой. Основу обновленного состояния живого вещества представляет вся совокупность генетических матриц, передаваемых новому поколению организмов, но "подготовленных" прежним состоянием биоты.

Неживая среда, трансформированная активным живым веществом, на информационном входе представлена совокупностью изменившихся условий, в которых на основе программы должны "разворачиваться" вещественно-энергетические процессы, выражающиеся в построении и функционировании ценотически активной составляющей живого вещества. Исходный дисбаланс программы и условий развивается в дисбаланс консервативного строения функциональных структур и радикальной динамики функций в пространственно-временной структуре биосферы (и ее подразделений).

Непрерывные изменения, новообразования в состоянии биосферы оформляются в некоторую напряженность функционирования, или избыточность информации по отношению к материальному "оформлению" системы, что условно обозначим как "дефицит функции". Применительно к конкретной экосистеме, здесь можно говорить о наличии свободной экологической ниши и направленном потоке информации к организмам-элементам данной экосистемы. С течением времени ниша заполняется новым или видоизмененным старым функциональным элементом-видом и новообразованная функция реализуется. При этом структура системы усложняется, организованность усиливается, что характеризует рост объема ее информации.  

Информация в биосфере растет не только количественно, но и качественно. Периодически происходит реорганизация информации в направлении ее оптимизации, увеличения ценности, компактизации записи через формирование все более сложной иерархии структурных уровней биосферы.

Появление в экосистеме нового вида можно понимать как образование относительно завершенного устойчивого единства материальной и идеальной сторон в новообразованном элементе. Формирующиеся виды остаются длительное время функционально устойчивыми, но морфофизиологически мобильными. Функция не изменяется: она только варьирует по силе выражения. Форма же – изменчива, но не имеет силы выраженности. Индивидуальные изменения организмов в одном поколении и в ряду поколений носят компенсаторный характер и не являются причиной видообразования.  

Избыточное размножение организмов традиционно считается необходимой предпосылкой естественного отбора. Но в этом явлении есть и другой аспект. Потоки вещества, энергии и информации не могут быть реализованы при устойчивой численности особей на всем протяжении жизни поколения. Часть видового живого вещества непрерывно направляется в пищевые цепи, часть особей, не успевая реализовать биогеоценотические функции, гибнет от случайных факторов, некоторые фенотипы элиминируются на начальных стадиях развития из-за генетических аномалий. По этим и другим причинам в устойчивой системе замещение поколений организмов обязательно сопровождается увеличением числа особей.  

С избыточным численным воспроизводством поколений в видовых популяциях тесно связан вопрос о защитных приспособлениях. В основу современных представлений о них положен спорный подход: рассматривать такие приспособления "от организма". Рассмотрение же защитных приспособлений как системных признаков в их конкретных отношениях с биотической и абиотической средой позволяет оценить их значение и полнее, и точнее.  

Традиционная трактовка допускает постоянное соревнование между "поедаемым" и "поедающим" в выработке защитных приспособлений и приспособлений для их преодоления. Но, согласно же теории отбора, это динамическое равновесие оказывается бессмысленным по результату, так как процесс взаимного приспособления не изменяет ни характера отношений во взаимодействующей паре, ни их эффективности: поедаемый все равно остается поедаемым. Но параллельное совершенствование определенных признаков во взаимодействующей паре приводит к ее относительному обособлению с усилением связи между функциональными элементами-видами. В общей "хаотичной" пищевой паутине выделяется облигатный вещественно-энергетический канал, а смежные с ним, ранее равноценные, становятся второстепенными, факультативными. В итоге вещественно-энергетические потоки в пищевой паутине сужаются, становятся более эффективными; отношения между функциональными элементами упорядочиваются, усиливается их определенность, информативность системы повышается. Следовательно, защитные приспособления не обеспечивают защиту вообще, но направлены против определенных по характеру и силе воздействий, то есть канализируют процессы в экосистеме.