生物圏

生物圏（古代ギリシャ語の βίος ( bíos )  「生命」とσφαῖρα ( sphaîra )  「球」に由来）は、生態圏（古代ギリシャ語のοἶκος ( oîkos )  「居住地、家」とσφαῖρα ( sphaîra )  「球」に由来）とも呼ばれ、世界中のすべての生態系の総体です。地球上の生命のゾーンとも呼ばれます。生物圏（技術的には球殻）は、物質に関しては事実上閉鎖系であり、^[1]入出力が最小限です。エネルギーに関しては開放系であり、光合成により約100テラワットの太陽エネルギーを捕捉します。^[2]最も一般的な生物生理学的定義によれば、生物圏とは、岩石圏、氷圏、水圏、大気圏の要素との相互作用を含め、すべての生物とその関係を統合した地球規模の生態系である。生物圏は、少なくとも約35億年前に、バイオポイエーシス（単純な有機化合物などの無生物から自然に生み出された生命）またはバイオジェネシス（生物から生み出された生命）のプロセスから始まり、進化してきたと仮定されている。^{[3] [4]}

一般的な意味では、バイオスフィアとは生態系を含む閉鎖的で自己調節的なシステムを指します。これにはバイオスフィア2やBIOS-3などの人工バイオスフィアや、他の惑星や衛星にあるバイオスフィアも含まれます。^[5]

「生物圏」という用語は1875年に地質学者エドゥアルト・シュエスによって造られ、地球表面上で生命が生息する場所と定義されました。^[6]

この概念は地質学的な起源を持つが、チャールズ・ダーウィンとマシュー・F・モーリーの地球科学への影響を示すものである。生物圏の生態学的文脈は 1920 年代に始まり (ウラジミール・I・ベルナツキーを参照)、1935 年にサー・アーサー・タンズリーが「生態系」という用語を導入する前のことである(生態学の歴史を参照)。ベルナツキーは生態学を生物圏の科学と定義した。これは天文学、地球物理学、気象学、生物地理学、進化学、地質学、地球化学、水文学、そして一般的に言えばすべての生命科学と地球科学 を統合する学際的な概念である。

地球化学者は、生物圏を生物の総体（生物学者や生態学者が言うところの「バイオマス」または「生物群」）と定義しています。この意味で、生物圏は地球化学モデルの4つの独立した構成要素の1つに過ぎず、他の3つは地圏、水圏、大気圏です。これら4つの構成要素の圏が1つのシステムに統合されると、それは生態圏として知られています。この用語は1960年代に造られ、地球の生物学的要素と物理的要素の両方を包含しています。^[7]

第2回閉鎖生命システムに関する国際会議では、バイオスフィアを地球のバイオスフィアの類似物やモデルの科学技術、つまり人工の地球のようなバイオスフィアと定義しました。 ^[8]他には、人工の非地球バイオスフィア（例えば、人間中心のバイオスフィアや火星固有のバイオスフィア）の創造がバイオスフィアのトピックの一部として含まれる場合があります。^[要出典]

現在、地球上の生物細胞の総数は10 ³⁰と推定されている。地球誕生以来の総数は10 ⁴⁰、居住可能な惑星地球の全期間における総数は10 ⁴¹である。^{[9] [10]これは、観測可能な宇宙の推定される恒星（および地球のような惑星）の総数10 24}よりもはるかに多く、この数は地球上のすべての砂粒よりも多い。^{[11] [12] [13] [14]}しかし、観測可能な宇宙の推定される原子の総数10 ⁸²よりは少ない。^{[15]また、}インフレーション宇宙（観測されているものと観測されていないもの）の推定される恒星の総数は10 ¹⁰⁰である。^[16]

地球上で生命が存在したことを示す最も古い証拠としては、西グリーンランドの37億年前の堆積岩で発見された生物起源の 黒鉛^[17]や、西オーストラリアの34.8億年前の砂岩で発見された微生物マット化石^{[18] [19]}などがある。最近では、2015年に西オーストラリアの41億年前の岩石から「生物の残骸」が発見された。 ^{[20] [21]} 2017年、カナダのケベック州ヌヴァギットゥクベルトの熱水噴出孔の堆積物から、42億8000万年前のものと推定される化石化した微生物（または微化石）が発見されたと発表されました。これは地球上で最も古い生命の記録であり、 44億年前に海洋が形成された後、 45億4000万年前に地球が形成されてから間もなく、 「ほぼ瞬時に生命が出現した」ことを示唆しています。 ^{[22] [23] [24] [25]生物学者の}スティーブン・ブレア・ヘッジズによると、「地球上で生命が比較的急速に発生したのであれば、宇宙でも一般的である可能性があります。」^[20]

極地の氷冠から赤道まで、地球上のあらゆる場所には、何らかの生命が存在します。微生物学の最近の進歩により、地球の地表の深部にも微生物が生息しており、いわゆる「居住不可能な領域」に存在する微生物の総量は、バイオマスで言えば、地表の動物や植物の総量を上回る可能性があることが実証されています。地球上の生物圏の実際の厚さを測定するのは困難です。鳥は通常、高度 1,800 m (5,900 フィート、1.1 マイル) まで飛び、魚はプエルトリコ海溝の深 8,372 m (27,467 フィート、5.202 マイル) にも達します。 [ ^3]

地球上の生物には、もっと極端な例もあります。リュッペルハゲワシは標高11,300 メートル (37,100 フィート、7.0 マイル) の高地で発見されています。インドガンは少なくとも標高 8,300 メートル (27,200 フィート、5.2 マイル) で渡りをします。ヤクは海抜 5,400 メートル (17,700 フィート、3.4 マイル) の高地で生息しています。シロイワヤギは標高3,050 メートル (10,010 フィート、1.90 マイル) まで生息しています。これらの高度の草食動物は、地衣類、イネ科植物、ハーブに依存しています。

地球の生物圏のあらゆる場所に生命体が生息しており、土壌、温泉、地下少なくとも19km（12マイル）の深さの岩石の内部、大気圏少なくとも64km（40マイル）の高さまで生息しています。 ^{[26] [27] [28]}世界の海洋の最も深いところでは、様々な形態の海洋生物が発見されていますが、深海の大部分はまだ探査されていません。^[29]

特定の試験条件下では、微生物が宇宙空間の真空でも生存することが観察されている。^{[30] [31]土壌および地下の細菌の}炭素の総量は5 × 10 ¹⁷  gと推定されている。 ^[26]細菌と古細菌を含むが核を持つ真核微生物は含まない原核微生物の質量は、炭素量で0.8兆トンにも達する可能性がある（生物圏全体の質量のうち、1兆～4兆トンと推定されている）。^{[32]地球の海洋で最も深い場所である}マリアナ海溝の10,000メートル（33,000フィート、6.2マイル）を超える深さで、好圧性の海洋微生物が発見されている。^[33]実際、マリアナ海溝の最深部、チャレンジャー海淵の深さ11,034メートル（36,201フィート、6.856マイル）で単細胞生命体が発見されています。^{[34] [35] [36]他の研究者は、}米国北西部の海岸沖の深さ2,590メートル（8,500フィート、1.61マイル）の海底下580メートル（1,900フィート、0.36マイル）までの岩石の内部や、^{[35] [37]}日本沖の海底下2,400メートル（7,900フィート、1.5マイル）でも微生物が繁殖しているという関連研究を報告しています。^[38]培養可能な好熱性微生物は、スウェーデンの地殻の深さ5,000メートル（16,000フィート、3.1マイル）以上で掘削されたコアから抽出されており、^[39] 65〜75℃（149〜167℉）の岩石から抽出されています。地殻の深さが増すにつれて温度は上昇します。温度上昇率は、地殻の種類（大陸性か海洋性か）、岩石の種類、地理的位置など、多くの要因によって異なります。微生物が存在できる最高温度は122℃（252℉）（Methanopyrus kandleri Strain 116）です。「深部生物圏」における生命の限界は、絶対的な深さではなく温度によって定義される可能性があります。^{[要出典] 2014年8月20日、科学者たちは}南極の氷の下800メートル（2,600フィート、0.50マイル）に生息する微生物の存在を確認した。^{[40] [41]}

地球の生物圏はいくつかのバイオームに分かれており、それぞれにかなり似た動植物が生息しています。陸上では、バイオームは主に緯度によって区切られています。北極圏と南極圏内の陸上バイオームには、動植物が比較的少ないです。対照的に、より人口の多いバイオームのほとんどは赤道付近にあります。

実験的生物圏は閉鎖生態系とも呼ばれ、地球外での生態系と生命を支える可能性を研究するために作られました。これには宇宙船や以下の地上実験室が含まれます。

• 米国アリゾナ州にあるバイオスフィア2、3.15エーカー（13,000 m 2 ^）。
• BIOS-1、BIOS-2、BIOS-3は、当時のソビエト連邦であったシベリアのクラスノヤルスクにある生物物理学研究所に設置された。^[42]
• バイオスフィアJ（CEEF、閉鎖生態学実験施設）、日本での実験。^{[43] [44]}
• バルセロナ自治大学のマイクロ生態学的生命維持システム代替案 ( MELiSSA )

地球外に生物圏は発見されていないため、地球外生物圏の存在は仮説の域を出ない。希土類仮説によれば、微生物のみで構成されているものを除けば、生物圏は非常に稀であるはずだとされている。 ^[45]一方、惑星の数が多いことを考えると、少なくとも天の川銀河では、地球に似た惑星がかなり多い可能性がある。[46] TRAPPIST-1を周回する惑星として発見された3つには、生物圏が存在する可能性がある。 [ ^{47 ]}生命起源論の理解が限られているため、これらの惑星の何パーセントが実際に生物圏を発達させるのかは現在のところ不明である。

ケプラー宇宙望遠鏡チームの観測に基づくと、自然発生確率が1000分の1よりも高い場合、最も近い地球外生物圏は地球から100光年以内にあるはずであると計算されています。^[48]

将来的には、例えば火星のテラフォーミングによって人工生物圏が作られる可能性もあります。^[49]

• 『 The Biosphere (A Scientific American Book)』、サンフランシスコ、WH Freeman and Co.、1970 年、ISBN 0-7167-0945-7。この本は、もともと 1970 年 12 月のScientific American号に掲載されたもので、物質とエネルギー資源(太陽エネルギーを含む)、人口動向、環境悪化(地球温暖化を含む)に関して議論されて以来のほぼすべての主要な懸念事項と概念を取り上げています。 

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• 地球百科事典の生物圏に関する記事
• GLOBIO.infoは、過去、現在、そして将来の人間活動が生物圏に及ぼす影響を地図化する継続的なプログラムです。
• ポール・クルッツェン インタビュー、オゾン分解に関する研究でノーベル賞を受賞したポール・クルッツェンが、ベガ サイエンス トラストによるノーベル賞受賞者ハリー・クロトと対談する無料視聴ビデオ。
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