Энциклопедия «Биология» (с иллюстрациями) - Горкин Александр Павлович

БИОСФЕ́РА, оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются и преобразуются совокупной деятельностью живых организмов, в т.ч. человека. Иными словами, биосфера – это биогеоценотический покров Земли (см. Биогеоценоз). Включает нижнюю часть атмосферы (до высоты озонового экрана – 20—25 км над у.м.), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (до глуб. 3—4 км на суше и на 1—2 км ниже дна океана). Все живые организмы биосферы в совокупности образуют биомассу планеты.

Учение о биосфере создал В.И. Вернадский, разрабатывавший его с 1926 г. Живые организмы биосферы в их совокупности он назвал живым веществом. Кроме того, он выделил биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (напр., горючие ископаемые); косное вещество, образуемое без участия живых организмов (напр., вулканическая лава); биокосное вещество, создаваемое живыми организмами и процессами неорганической природы (напр., почва); радиоактивное и космическое (метеориты и др.) вещества.

Ведущей силой планетарного развития Вернадский считал живое вещество. Он установил, что непрерывное взаимодействие живых организмов друг с другом и со средой обитания обеспечивает условия внешней среды, необходимые для существования жизни, т.е. гомеостаз на биосферном уровне. Учёный охарактеризовал биосферу как сложную, высокоорганизованную, динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путём обмена веществ между живым веществом и окружающей средой, т.е. как единую экосистему земного шара.

Позднее (1944) Вернадский ввёл понятие – ноосфера, имея в виду новое состояние биосферы, при котором определяющим фактором её развития становится разум человека. Это положение приобретает особую актуальность в связи со всё возрастающей интенсивностью хозяйственной деятельности человека, которая в 20 в. приобрела глобальный характер и сопровождается загрязнением воздуха, воды, эрозией почв, а также другими отрицательными для биосферы последствиями. Для сохранения отдельных биогеоценозов, составляющих биосферу, создаются биосферные заповедники, принимаются также национальные и международные программы, направленные на уменьшение отрицательного антропогенного воздействия на биосферу.

БИОСФЕ́РНЫЙ ЗАПОВЕ́ДНИК, охраняемые законами, в т.ч. международными, эталонные участки определённых природных зон (тайги, степи, тундры и т.д.), на которых сохраняется типичное биологическое разнообразие, ведутся наблюдения за естественными биогеоценозами, проводятся научные исследования. Такие заповедники создаются на основании международных и национальных программ под эгидой ЮНЕСКО. В 2001 г. в мире имелось 368 биосферных заповедников, расположенных в 91 стране, их общая площадь составляла 260 млн. га; в России 21 биосферный заповедник (Кавказский, Приокско-Террасный, Окский, Сихотэ-Алинский и др.).

БИОТЕХНОЛО́ГИЯ, использование живых организмов и биологических процессов для получения и переработки различных продуктов. Биотехнологические методы издавна применяются в хлебопечении, сыроварении, виноделии и других производствах с участием микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов). С сер. 20 в. микроорганизмы начали использовать для промышленного получения вначале антибиотиков, затем витаминов, аминокислот, ферментов, кормовых белков, бактериальных удобрений и др. Микробиологическая промышленность стала важной отраслью экономики во многих странах.

С возникновением в 1970-х гг. генной и клеточной инженерии, совершенствованием методов культивирования клеток и тканей в развитии биотехнологии начался новый этап. В это время появился и сам термин «биотехнология», употребляемый обычно только по отношению к промышленным технологиям, основанным на применении молекулярно-генетических подходов и методов.

К нач. 21 в. в биотехнологии сложилось несколько направлений. Относительно «старое» – крупнотоннажный микробиологический синтез – обогатилось новыми методами, повышающими его эффективность (получение и отбор продуктивных мутантов, использование генно-инженерных способов и др.). Напр., для увеличения производства незаменимой аминокислоты треонина в клетки продуцента – кишечной палочки – вводят дополнительные гены, ответственные за синтез этой аминокислоты.

Самостоятельным направлением в биотехнологии стало использование иммобилизованных ферментов, т.е. ферментов, закреплённых на каком-либо твёрдом носителе. При этом их эффективность и длительность использования возрастают многократно.

Развитие методов генной инженерии позволило создавать желаемое сочетание генов, клонировать их и вводить этот чужеродный генетический материал в клетки и целые организмы. Так, гены человека, ответственные за синтез определённых белков, встраивали в ДНК бактерий, которые приобретали способность синтезировать этот белок. Таким способом в 1980-х гг. был получен (с помощью кишечной палочки) препарат гормона углеводного обмена – человеческий инсулин. Чужеродные гены встраивают в геномы растительных и животных организмов, получая трансгенные растения и трансгенные животные с нужными человеку свойствами и признаками, напр. высокие урожайность и продуктивность, устойчивость к болезням, высоким и низким температурам, бо́льшая технологичность, упрощающая содержание животных и уборку урожая.

Клеточная инженерия обеспечила возможность получения высокопродуктивных культур растительных клеток, вырабатывающих биологически активные вещества для медицины. Клеточные гибриды между лимфоцитами крови и опухолевыми клетками (гибридомы) используют для получения антител (иммуноглобулинов) одного определённого вида (т.н. моноклональные антитела).

Клонирование, издавна широко применяющееся в растениеводстве и известное как вегетативное размножение, с кон. 20 в. стало использоваться и для размножения с.-х. животных (овечка Долли, полученная в Великобритании в 1997 г.).

Значение биотехнологии велико. Биологически активные вещества (антибиотики, витамины, ферменты и др.), полученные микробиологическим синтезом, находят широкое применение в медицине, сельском хозяйстве, в пищевой, лёгкой и др. отраслях промышленности. С помощью микроорганизмов из растительных отходов получают топливный биогаз (смесь метана и диоксида углерода), осуществляют обезвреживание и разложение промышленных и бытовых отходов, очистку сточных вод, выщелачивание металлов (золота, меди) из горных пород и отвалов. Полагают, что в недалёком будущем биотехнология способна решить основные проблемы человечества – охрану здоровья и окружающей среды, обеспечение пищей и источниками энергии.

БИОТИ́ЧЕСКАЯ СРЕДА́, совокупность живых организмов, которые своей жизнедеятельностью оказывают то или иное влияние на другие организмы. Одни растения (животные) создают биотическую среду для других растений и животных. Проявляется это во взаимном влиянии организмов разных видов, выражающемся в самых различных формах (пищевые цепи, симбиоз, паразитизм, хищничество, конкуренция и др.). Организмы могут влиять друг на друга не только прямо, но и опосредованно, изменяя в процессе жизнедеятельности абиотическую среду (напр., изменение микроклимата и гидрологического режима лесными растениями).

БИОТО́П, участок суши или водоёма, занятый определённым биоценозом, видовой состав которого определяется комплексом абиотических факторов (условиями рельефа, климата и др.). В более узком смысле биотоп рассматривается как среда существования комплекса животных и растений, входящих в биоценоз. Напр., биотопом можно считать открытый пресноводный водоём и его мелководье, где щуки охотятся, мечут икру и нагуливаются, или же участок со старыми деревьями, где грачи устраивают гнездовые колонии и находят пищу.