Область існування живих організмів на Землі називають біосферою (сферою життя). Вперше цей термін вжив австралійський геолог Е. Зюсс у
1875 р., але поширився він після видання у 1926 р. книги нашого видатного вченого Володимира
Івановича Вернадського, який був засновником та першим
президентом Академії наук України.
В. Вернадський довів, що живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують обличчя Землі. Згідно з сучасними оцінками, суха маса живої речовини на Землі становить 2–3 трильйони тон. Це (порівняно з основними сферами Землі) дуже мала величина. Вона, наприклад, у 1.000 разів менша за масу тропосфери (4 ∙ 1015 т), у 10 млн. разів – масу земної кори (4,7 ∙ 1019 т) і в мільярд – за масу Землі (6 ∙ 1021 т). Однак жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема, дуже швидким кругообігом речовин.
Живі організми відіграють величезну роль в акумуляції сонячної енергії. Наприклад, поклади кам'яного вугілля – це ніщо інше, як сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих геологічних епох. Так само можна визначити і природу багатьох мінералів, зокрема вуглекислого кальцію, який утворює величезні маси вапняків і майже на 100% має біогенне походження.
Важливу роль живі організми відіграють у накопиченні багатьох металів, таких як залізо, мідь, марганець. Велике значення для біосфери та господарської діяльності людини має кругообіг азоту, сірки, фосфору та інших елементів. Встановлено, що будь-який розчинний, але нелеткий елемент може здійснювати кругообіг лише через біосферу. Живі організми накопичують деякі елементи в своїх тканинах, а водні мешканці, крім того, збільшують їх вміст і в своєму середовищі життя, тобто у воді (наприклад, такі елементи, як молібден, кобальт, нікель містяться у водному середовищі в значно більшій кількості, ніж на суходолі).
Одним з проявів біологічної активності організмів є швидкість їх розмноження. За ідеальних умов (теоретично) вона може сягати швидкості звуку. Так, К. Лінней підрахував, що 3 мухи можуть з'їсти антилопу з такою ж швидкістю, як це робить лев (враховуючи швидкість розмноження мух). Одноклітинна водорість діатомея теоретично здатна за 8 днів утворити масу живої матерії, що дорівнює земній, а протягом наступного дня подвоїти її.
Будь-яка популяція теоретично здатна до необмеженого зростання чисельності, якщо її не лімітують фактори зовнішнього середовища.
В такому гіпотетичному
випадку швидкість зростання популяції залежатиме лише від величини біотичного
потенціалу, властивого видові. Біотичний
потенціал відображає теоретичний максимум
нащадків від однієї пари (або однієї особини) за одиницю часу, наприклад, за
рік, або за весь життєвий цикл. При розрахунках його найчастіше
виражають коефіцієнтом r і обчислюють як
максимально можливий приріст популяції DN за відрізок часу Dt,
віднесений до однієї особини, при початковій чисельності популяції N0:
Величина біотичного потенціалу дуже неоднакова для різних видів. Наприклад, самка косулі здатна народити протягом свого життя 10–15 козенят, самка медоносної бджоли – відкласти 40–50 тис. яєць, а місяць-риба – 3 млрд. ікринок. Біотичний потенціал цих видів насправді ще більший, оскільки частина яєць, що розвиваються, і частина зародків гине ще до народження. Якби всі зародки збереглись, а все потомство виживало, то чисельність будь-якої популяції через певні інтервали збільшувалась би у геометричній прогресії. Крива, що відображує на графіку подібне зростання популяції, швидко збільшує свою крутизну і спрямовується у нескінченність. Така крива має назву експоненціальної.
У природі біотичний
потенціал популяції ніколи не реалізується повністю.
Його величина переважно складається як різниця між народжуваністю і смертністю
в популяціях. Загальні зміни чисельності популяцій залежать від народжуваності,
смертності, вселення та виселення особин (міграції).
Високий потенціал розмноження відіграє значну роль у виживанні видів. Так, популяції, зведені до низького рівня чисельності, можуть швидко поновитися при сприятливій зміні обставин. Деякі види тільки масовим розмноженням можуть протистояти виїданню або загрозі витіснення конкурентами. Висока розмножуваність сприяє швидкому освоєнню видом нових просторів.
Однак безмежне розмноження приховує в собі і велику небезпеку для будь-якої популяції, оскільки може призвести до швидкого підриву ресурсів середовища, нестачі їжі, сховищ, простору тощо. А це неминуче викличе або загальне послаблення популяції, або її повне знищення. Перенаселеність настільки несприятлива для будь-якого виду, що в ході еволюції завдяки природному добору виробились найрізноманітніші механізми, які дають змогу запобігати надлишку особин і підтриманню певного рівня густоти популяцій. Подібні регуляторні механізми мають множинний характер.
Якщо темпи зростання популяції не дуже високі, то для стримування її чисельності достатньо діяльності багатоїдних хижаків та паразитів, у яких даний вид становить лише частину раціону. При значно швидшому збільшенні чисельності та щільності, хижаки, не встигаючи виїдати увесь приріст, втрачають регулюючу роль. Однак висока густота популяції стає сприятливою для масового розмноження спеціалізованих паразитів, котрим стає легше знаходити господарів. За ще швидшого темпу зростання популяції паразити також втрачають регулюючу роль, але підвищується вірогідність спалаху інфекційних захворювань, оскільки збудники хвороб швидко поширюються при частому контакті особин. Поряд з цим починають діяти внутрішньопопуляційні способи підтримання гомеостазу, різні у різних видів, які переважно зводяться до підсилення ролі внутрішньовидової конкуренції за ресурси.
Гранично можливе зростання популяції – до повного вичерпання ресурсів середовища і підриву свого подальшого існування. У природних популяціях такі катастрофічні події не відбуваються завдяки безлічі регулюючих взаємодій міжвидового та внутрішньовидового характеру, які підключаються при різних інтервалах щільності популяцій. Складна система зв’язків ніби підстраховує популяцію від перевищення меж оптимальної чисельності у даному угрупованні. Системи з множинним забезпеченням у техніці називають ультрастабільними. Регуляція їх здійснюється за принципом негативного зворотного зв’язку: відхилення у режимі роботи таких систем викликають зміни, які автоматично повертають її до початкового стану. Динаміка чисельності популяцій в природних умовах – це також автоматично регульований процес, механізми стабільності якого відпрацьовані тривалою історією спільного розвитку видів.
В угрупованнях, штучно створених людиною або спрощених внаслідок антропогенних дій, регуляторні зв’язки послаблені, отже, в них можливі катастрофічні для біоценозу розмноження окремих видів. Це можуть бути шкідники сільськогосподарських культур і лісових насаджень, гризуни, паразити, збудники небезпечних хвороб тощо.
Ось чому в сучасному світі різко зростає частота виникнення нових інфекційних захворювань – це є стандартним запобіжним механізмом біосфери для підтримання оптимального рівня щільності будь-якої, в тому числі і людської популяції. Особливо активно подібні процеси відбуваються у великих містах, де щільність людської спільноти є найвищою.
