Биосферой называют оболочку Земли, заселённую живыми организмами, находящуюся под их воздействием и занятую продуктами их жизнедеятельности. В биосферу входят все объекты биоты, которые, на данный момент, научное сообщество смогло распределить (и распределяет новые) по рангам биологической систематики, например, домен, царство, отдел и т.д.
Биосфера Земли имеет всестороннее распространение, что обуславливается наличием живых организмов практически во всех конвенционально принятых сферах нашей планеты (литосфера, атмосфера, гидросфера). Биологические организмы находятся как на континентах Земли, так и в океанах; как в недрах, так и в воздушном пространстве.
На материках обитают организмы, относящиеся к наземно-воздушной среде, водной, а также наземно-воздушной и водной одновременно. Примеры к данным типам можно взять из любого домена, в особенности, бактерий и эукариот.
Океаны населяют биологические особи, которые относятся к водной среде. В большинстве своем в водной среде обитают организмы, способные выживать в таких условиях, где кислород представлен в растворенном виде. Примеры также можно взять из всех доменов.
В недрах Земли представителей биоты не так много, так как с увеличение глубины происходит увеличение температуры. На каждые 100 метров температура повышается на 3°С. Исходя из этого, можно определить, что, в идеальных условиях рельефа и начальной температуры (+20°С), на глубине 2,7 км уже не будет никакого распространения живых организмов, так как будет достигнута температура, при которой наблюдается необратимая денатурация белка, приводящая к гибели существ.
В воздушном пространстве также находится биота. В основном слои атмосферы населяют микроорганизмы: бактерии, вирусы, споры грибов и т.д.
Границы биосферы можно определить непосредственно в атмосфере и литосфере, так как мы можем утверждать об отсутствии биоты в космическом пространстве или в ядре, хотя бы потому что органика не выдерживает температуры выше 100°С, ведь в центре Земли температура достигает 6000°С, а в космическом пространстве непостоянна.
Но если мы посмотрим на профиль атмосферы, можно отследить температурную кривую и увидеть, что на высоте около 100-120 км над уровнем моря температура поднимается ≈ до 0°С. Но на данной высоте нет распространения живых организмов. Максимально высокое место пребывание живых организмов (а именно спор некоторых бактерий, которые не живут там, а переносятся потоками ветра) является стратосфера: от 15-20 км (на полюсах) до 35-40 км (на экваторе). Эта высота обуславливается наличием озонового слоя – верхней границей биосферы. Он является границей, так как озон (О3) обладает чрезвычайно высоко-окисляющим свойством, и для живых организмов является губительным.
Но существуют такие биологические объекты, среда обитания которых отодвигает нижнюю границу биосферы.
В 1977 году исследователями из Института океанографии Скрипса (США) на Восточно-Тихоокеанском поднятии при погружении на глубоководном обитаемом аппарате «Алвин» были открыты на дне океанов гидротермальные источники срединно-океанических хребтов, или «черные курильщики». Они обладают одной особенностью – рядом с ними были обнаружены организмы, которые смогли приспособиться к чересчур экстремальным условиям. Чтобы определить биоту гидротермов, следует разобраться в строении «курильщиков».
«Черные курильщики» находятся в зоне океанического рифтогенеза на большой глубине (более 2500 м). В самой верхней части дымохода курильщика температура равна примерно 350–200 градусов. Там практически никто не живёт. Пониже, где стенки трубы имеют толщину 4–6 см, а температура равна 100–120 градусам, живут бактерии. Сплетения миллиардов бактериальных клеток, способных, как ни странно, выживать при столь высоких температурах, образуют так называемые маты или подушки площадью до нескольких квадратных метров и толщиной в несколько сантиметров. Ниже, при температуре 50–80 градусов, бактерии вытесняются помпейскими червями. Это единственные животные на Земле, способные выживать при таких высоких температурах. Ещё ниже, в отдалении от устья курильщика, там, где температура опускается ниже 40 градусов, видны сплетения белых трубок гигантских (до 2,5 м) червей с ярко-алыми щупальцами. Эти черви живут в хитиновых или белковых трубках, которые нижней частью прикреплены к поверхности трубы курильщика. Далее пространство вокруг трубы курильщика на несколько десятков метров заселено огромными двустворчатыми моллюсками длиной 30–40 сантиметров. Между моллюсками и в зарослях трубок ползают тысячи белых крабов и слепых раков, миллионы креветок и т. д. Всего открыто около 500 различных видов животных, и для 80 % из них нет аналогов на поверхности океана. На вершине экологической пирамиды курильщиков находятся хищники — глубоководные осьминоги и хищные рыбы термарцесы (адские церберы). Медленно и уверенно плавают они вокруг в поисках крабов или креветок.
Основой жизни в курильщиках являются бактерии. По своему типу питания они являются хемосинтетиками: поглощают из воды сероводород и перерабатывают его химическим путём. Эти химические реакции идут с выделением энергии подобно тому, как при горении топлива выделяется тепло. Дальше с помощью этой энергии бактерии синтезируют из углекислого газа и воды питательные органические вещества, подобно тому, как это делают растения при фотосинтезе. Именно за счет этих микроорганизмов процветает фауна гидротермального «оазиса», так как они производят полезные вещества не только для себя, но и для остальных обитателей, например, моллюсков или креветок римикарисов.
Самое удивительное здесь, это условия выживания этих организмов, ведь они находятся не только в месте высоких температур, но и там, где их сдавливает чрезвычайно высокое давление. Кроме этого, из «черных курильщиков» выбрасывается взвесь сульфидов металлов (железа, меди, никеля, цинка, марганца), которая также не улучшает обстановку обитания биоты.
Исходя из этого, становится ясно, что, часть земной жизни не смогла бы преодолеть границы не только биосферы, но и границы своей среды обитания. В случае с биотой гидротермальных глубоководных источников, можно определить только то, что она смогла частично преодолеть границу биосферы, но, поместив ее в другую среду, например, в условия отсутствия «черного курильщика», все организмы «оазиса» прекратили бы свое существование. Этот пример является исключением в определении границ биосферы, который подтверждает его правильность.
Для написания статьи был использован источник: сайт ru.abfc.lv (статья от 08.03.2011 "Жизнь в чёрных курильщиках") - https://ru.abfs.lv/tm/black-smokers