Биологические системы отличаются высоким уровнем целостности и самоорганизацией. Живые системы – открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом, энергией и информацией со средой. Для них характерны уменьшение энтропии вследствие увеличения упорядоченности в процессе органической эволюции и способность к самоорганизации материи. Закономерности изменения энтропии подчиняются второму началу термодинамики. Согласно этому закону в энергетически изолированной системе при неравновесных процессах количество энтропии изменяется в одну сторону. Оно увеличивается, становясь максимальным по достижении состояния равновесия. Живой организм отличается высокой степенью структурированности и низкой энтропией. Это достигается благодаря постоянному притоку извне вещества, энергии и информации, используемых на поддержание и развитие внутренней структуры. Способность противостоять нарастанию энтропии, сохранять высокий уровень упорядоченности является обязательным свойством жизни.

В настоящее время существует большое количество определений понятия «жизнь», обобщая которые можно характеризовать жизнь как способ существования макромолекулярной открытой системы, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемые потоки энергии и информации. Жизнь представляет собой постоянный процесс самообновления, в результате которого воссоздаются структуры, соответствующие снашиваемым и утрачиваемым. Основу живого образуют нуклеиновые кислоты и белки.

Биосфера Земли представляет собой совокупность связанных между собой обменом веществом, энергией и информацией биогеоценозов, располагающихся в основном в очень тонком (около 40 км) приповерхностном слое нашей планеты. Принято считать, что верхняя граница жизни находится в атмосфере на высоте примерно 25–30 км и обусловлена интенсивным потоком губительных ультрафиолетовых лучей за пределами озонового слоя в тропосфере. Однако в последнее время жизнеспособные организмы были найдены даже в стратосфере на высоте около 80 км. Нижняя граница жизни располагается в земной коре на глубине приблизительно 10 м, хотя отдельные виды микроорганизмов встречаются в нефтеносных слоях на глубине до 3 км. В гидросфере зона, богатая живыми организмами, занимает слой воды до 200 м, но некоторые организмы обнаружены и на максимальной глубине глубоководных океанских впадин – до 11 км.

Термин «биосфера» как «тонкая пленка жизни» на поверхности Земли, в значительной мере определяющая внешний облик планеты, был введен впервые в 1875 году австрийским геологом Э. Зюссом (1831–1914) в работе «Лик Земли». Современные представления о биосфере как области жизни планетарного масштаба, объединяющей в себе всю совокупность биологических систем и среду их обитания, связаны с работами русского ученого В.И. Вернадского (1863–1945) и прежде всего с его основополагающей работой «Биосфера», опубликованной в 1926 году. Представление о широком влиянии живых существ на протекающие в природе процессы было сформулировано еще в 1883 году русским ученым В.В. Докучаевым (1846–1903) в работе «Русский чернозем», в которой была показана зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов. Согласно Вернадскому, биосфера включает:

1) живое вещество – совокупность живых организмов;

2) косное вещество – горные породы, минералы, продукты вулканической деятельности, неживые продукты человеческого труда и т. п.;

3) биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь

и др.);

4) биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы, илы и т. п.).

Возникновению жизни на Земле предшествовало формирование трех главных сфер: литосферы, гидросферы и атмосферы. Первоначальный состав и строение этих сфер существенно отличались от их современного состава и строения. Появление жизни стало революционным событием в истории Земли. Живые организмы, возникнув, стали быстро заселять Землю. Благодаря этому появилась четвертая сфера – биосфера Земли.

С появлением человеческого общества в развитии биосферы начался переход от биогенеза, обусловленного факторами биологической эволюции, к ноогенезу – развитию под влиянием разумной созидательной деятельности человечества.

Понятие ноосферы как современной стадии, геологически переживаемой биосферой, было предложено в 1927 году французским математиком и философом Э. Ле Руа (1870–1954), в разработке этого понятия принимал участие также французский теолог и палеонтолог П. Тейяр де Шарден (1881–1955). Основанием для введения такого понятия послужили лекции о биогеохимической концепции биосферы, прочитанные в 1922–1923 годах Вернадским в Сорбонне в Париже. Ноосфера включает в себя социальные и природные явления, взятые в их целостности, в их единстве и противоречиях. Становление ноосферы определяется социально-природной деятельностью человека, его трудом и знаниями, т. е. тем, что относится к космопланетарному измерению человека.

С развитием социосферы – формы существования совокупности людей, взаимосвязанных системой отношений, – биосфера Земли оказалась перед лицом реальной угрозы гибели. Было показано, например, что в случае термоядерной войны произойдет настолько глобальное похолодание, что жизнь на Земле станет невозможной.

За время длительной эволюции биосфера Земли выработала механизмы, обеспечивающие относительно высокий уровень ее устойчивости в целом. Как в ней самой, так и во внешних условиях ее бытия постоянно происходят колебания. Противодействуя этим колебаниям, вырабатывая стабильность своих основных параметров, биосфера оказывается способной выдержать значительные внешние нагрузки. Однако благодаря усиливающейся человеческой деятельности в оборот вводятся такие факторы, к которым биосфера Земли совершенно не приспособлена.