A biosfera (do grego βίος, bíos, "vida", e σφαῖρα, sphaîra, "esfera"), também chamada de ecosfera, é o sistema formado pelos seres vivos da Terra, pelos ambientes que ocupam e pelas relações que mantêm com o ar, a água, o solo e as rochas. Ela reúne todos os ecossistemas do planeta, das florestas e desertos aos rios, oceanos, geleiras, cavernas e camadas do subsolo habitadas por microrganismos.
A luz solar sustenta a maior parte da produção primária, pela qual plantas, algas e microrganismos captam energia e formam matéria orgânica que alimenta as redes tróficas. Água, carbono, nitrogênio, fósforo e outros elementos circulam entre os organismos, a atmosfera, os oceanos e as rochas. A energia termina dissipada como calor, mas a matéria é reutilizada nos ciclos biogeoquímicos.
Os limites da biosfera não formam uma camada regular, pois a vida se concentra perto da superfície, mas microrganismos também ocupam rochas profundas, sedimentos sob o oceano, gelo e partes da atmosfera. Cada espécie consegue crescer e se reproduzir somente dentro de certas condições ambientais, por isso a vida não se distribui da mesma maneira pelo planeta. Na história terrestre, os seres vivos alteraram a composição da atmosfera e dos oceanos, enquanto mudanças no clima e na geologia modificaram sua distribuição.
Os seres humanos fazem parte desse sistema e dependem dele para obter água, alimento, materiais e condições climáticas habitáveis. Agricultura, pesca, cidades, poluição e queima de combustíveis fósseis alteram habitats, ciclos químicos e o balanço de energia da Terra, com consequências para a biodiversidade e o clima.
O termo também pode nomear um sistema ecológico fechado, com reciclagem interna de água e nutrientes. A Biosfera 2 e outras instalações tentam reproduzir parte desses ciclos em espaços controlados, enquanto a astrobiologia procura saber se outros mundos podem sustentar biosferas. Nenhuma biosfera extraterrestre foi detectada.
Definição e delimitação do conceito miniatura|esquerda|upright=1.1|A biosfera ocupa apenas uma faixa muito fina da parte externa da Terra, embora atravesse continentes, oceanos, gelo, ar e subsolo.|alt=Planeta Terra visto do espaço.
Na ecologia, a organização dos seres vivos segue, em ordem crescente, os níveis organismo, população, comunidade, ecossistema e biosfera. A biosfera ocupa partes da litosfera, da pedosfera, da hidrosfera, da criosfera e da atmosfera, mas não coincide com nenhuma dessas esferas físicas. Seus limites são definidos pela presença de vida e pelas trocas que os organismos mantêm com o ambiente.
O sentido da palavra muda um pouco entre disciplinas. Na definição ecológica, ela abrange organismos, ambiente abiótico e suas interações. Na geoquímica, pode designar somente a soma dos organismos vivos, isto é, a biomassa ou biota, tratada ao lado da geosfera, da hidrosfera e da atmosfera. O conjunto dos componentes vivos e físicos recebe então o nome de ecosfera. A biosfera também pode ser dividida, conforme o objeto de estudo, em biosfera profunda, abaixo dos solos e do fundo oceânico, hidrobiosfera, nas águas, e geobiosfera, nas porções continentais ocupadas e modificadas pela vida.T. Gold: The deep, hot Biosphere. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 89, 1992, p. 6045–6049. Cópia arquivada (PDF).H. Walter, S.-W. Breckle: Ökologie der Erde. vol. 1, Stuttgart, 1991, p. 2.H. K. Walter: Die ökologischen Systeme der Kontinente (Biogeosphäre). Stuttgart, 1976, .S.-W. Breckle: Walter's vegetation of the earth: the ecological systems of the geo-biosphere. Nova Iorque, 2002, . Geobiosfera também pode designar a biosfera inteira, uso que torna o termo ambíguo.H. Leser: Landschaftsökologie. Stuttgart, 1997, , p. 222.
História do conceito de biosfera miniatura|upright=0.82|Eduard Suess (1831–1914) empregou a palavra "biosfera" em 1875, ainda sem o alcance ecológico que o termo ganhou depois.
O geólogo austríaco Eduard Suess (1831–1914) usou a palavra biosfera num livro de 1875 sobre a evolução da Terra e a formação dos Alpes. A ideia recebeu pouca atenção até 1926, quando o mineralogista russo Vladimir Vernadsky (1863–1945) reuniu em livro duas conferências sobre o tema. O sentido dado por Vernadsky ainda é empregado.
Embora surgido na geologia, o conceito incorporou ideias da biologia evolutiva, da geografia e da oceanografia, inclusive dos trabalhos de Charles Darwin e Matthew Fontaine Maury. Vernadsky tratou a ecologia como a ciência da biosfera antes de Arthur George Tansley introduzir o termo "ecossistema" em 1935. A noção tornou-se interdisciplinar e passou a atravessar a astronomia, a geofísica, a meteorologia, a biogeografia, a evolução, a geoquímica e a hidrologia.
miniatura|upright=0.82|esquerda|Vladimir Vernadski (1863–1945) ampliou o conceito ao tratar a vida como parte das transformações geoquímicas da Terra.
Embora o livro de Vernadsky tenha sido publicado em russo e em francês, o conceito permaneceu pouco conhecido no Ocidente. Em 1970, ganhou divulgação ampla quando a revista científica norte-americana Scientific American publicou uma edição especial sobre a biosfera. A edição saiu no início do movimento ambiental moderno, quando problemas ambientais globais passavam a receber mais atenção. Poucos anos antes, em setembro de 1968, a UNESCO havia realizado em Paris a primeira Biosphere Conference. A conferência discutiu "o homem e a biosfera", retomando ideias próximas às de Vernadsky. O termo "ecosfera" também foi usado, mas num sentido mais restrito, como "a película global de organismos".
Na década de 1980, o fitogeógrafo britânico Nicholas Polunin (1909–1997) propôs definir a biosfera como "o sistema recíproco de vida e de seus suportes, formado pela periferia da Terra e por sua atmosfera envolvente, tão abaixo e tão acima quanto a vida exista naturalmente".
miniatura|upright=0.9|alt=Diagrama com círculos para matéria orgânica, água, gases e rochas, unidos por setas dentro da biosfera.|O esquema publicado por Vernadski em 1926 reúne matéria orgânica, água, gases e rochas dentro da biosfera. As setas tornam visíveis as trocas de matéria que eram centrais em sua concepção.
O conceito de Vernadsky fazia parte de uma nova visão geoquímica da Terra, entendida como uma organização dinâmica de energia e matéria, comparável a uma "máquina termodinâmica". Ele chamou a biosfera de "uma região onde a energia cósmica é transformada". Sua formulação incorporou ideias iniciais sobre bioenergética, entre elas um ensaio de 1845 sobre metabolismo do fisiologista alemão Julius Robert von Mayer (1814–1878), dos trabalhos do fisiologista vegetal alemão Wilhelm Pfeffer (1845–1920), do darwinista russo Kliment Timiryazev (1843–1920) e do filósofo francês Henri Bergson (1859–1941). Na concepção de Vernadsky, o sistema terrestre é um planeta imerso num ambiente cósmico do qual recebe energia do Sol.
A reflexão sobre a biosfera costuma recorrer a uma abordagem holística, na qual o todo não se reduz à soma de suas partes. Essa abordagem também gerou confusão em torno do conceito. O biólogo e filósofo francês Jacques Monod (1910–1976) atribuiu parte dela à visão mecanicista e reducionista dominante na ciência. O holismo, por sua vez, foi muitas vezes confundido com o vitalismo e visto como anticientífico.
As ideias de Vernadsky chegaram à biogeoquímica ocidental por contatos como a amizade entre seu filho George Vernadsky (1887–1973), professor da Universidade Yale, e o ecólogo britânico G. Evelyn Hutchinson (1903–1991).
Termos relacionados Ecosfera, biogeosfera e geobiosfera podem ter o mesmo sentido ecológico de biosfera. Os dois últimos são menos frequentes, enquanto alguns autores preferem ecosfera para deixar explícita a inclusão do ambiente não vivo no ecossistema global.R. J. Huggett: Ecosphere, biosphere or Gaia? What to call the global ecosystem. Global Ecology and Biogeography, 8, 1999, p. 425–431. J. T. Trevors, M. H. Saier Jr.: We Live and We Die. Water, Air, & Soil Pollution, 205, 2010, p. 57–58. Gaia, sistema Terra e bioplaneta Terra abrangem recortes diferentes ou parcelas maiores do planeta. Alexander von Humboldt usava a ideia de "natureza" para tratar das relações que mais tarde entrariam no conceito, e James Lovelock empregou "Gaia" em sua hipótese sobre a regulação do ambiente terrestre.
Por analogia, virosfera designa os espaços em que existem vírus, entidades acelulares que não entram em todas as definições de ser vivo. A inclusão dos vírus na biosfera depende, por isso, do conceito de vida adotado.
Organização ecológica e divisões espaciais
Níveis de organização Os níveis químicos, celulares, orgânicos e ecológicos podem ser dispostos numa sequência didática, embora as fronteiras não sejam absolutas:
Átomo → molécula → organela → célula → tecido → órgão → sistema de órgãos → organismo → população → comunidade → ecossistema → bioma → ecorregião → biosfera.
Organismos
miniatura|esquerda|upright=1.0|alt=Montagem com seis insetos de formas, cores e tamanhos diferentes.|A diversidade visível entre insetos ajuda a dar escala ao inventário biológico. Mesmo entre os eucariotos, uma estimativa de 8,7 milhões de espécies deixa milhões ainda sem descrição.
Com base em semelhanças físicas e genéticas, grupos de organismos podem ser classificados em espécies. Os insetos reúnem grande parte das espécies animais já descritas, enquanto a diversidade dos microrganismos permanece difícil de inventariar. Seres humanos e outros mamíferos correspondem a uma pequena fração das espécies conhecidas. Na ecologia, um membro isolado de uma espécie ou organismo é chamado indivíduo. Uma estimativa calculou cerca de 8,7 milhões de espécies eucarióticas, com margem de 1,3 milhão para mais ou para menos. Pouco mais de 1,2 milhão estavam catalogadas no conjunto analisado, e estimativas produzidas por outros métodos não coincidem exatamente com esse total. Todos os organismos celulares conhecidos usam DNA como material hereditário. Alguns vírus usam RNA, mas sua inclusão entre os seres vivos depende da definição adotada.
Mesmo com o conhecimento incompleto sobre as espécies, ao longo do século XX a ecologia passou a explicar como os organismos evoluem em conjunto, adaptam-se ao ambiente físico e, por essa via, alteram a biosfera. Espécies aparentemente pouco expressivas também podem ser necessárias para a estabilidade de comunidades e ecossistemas.
A sistemática organiza os seres vivos em categorias. A menor unidade tradicional é a espécie. Uma espécie pode ser definida, no sentido biológico, como um grupo cujos indivíduos conseguem cruzar entre si e gerar descendentes também férteis. Os organismos são classificados em espécies, gêneros, famílias, ordens, classes, filos, reinos e domínios. Grupos do mesmo nível não se sobrepõem. Uma família, por exemplo, pode conter mais de um gênero, mas um gênero pertence a uma única família. O ser humano moderno, Homo sapiens, é uma espécie do gênero Homo, da família dos hominídeos, da ordem dos primatas, da classe dos mamíferos, do subfilo Vertebrata, do filo Chordata, do reino Animalia e do domínio Eukaryota. O sistema de classificação foi desenvolvido pelo botânico sueco Carlos Lineu (1707–1778).
Cerca de 1030 células estariam vivas na Terra. O total acumulado desde o início da vida seria da ordem de 1040, e o número que poderia surgir durante todo o período habitável do planeta, da ordem de 1041. Esse número de células supera o de aproximadamente 1024 estrelas no universo observável. Comparações desse tipo dependem dos limites adotados. Um cálculo baseado em modelos inflacionários partiu de cerca de 1082 átomos no universo observável e admitiu até 10100 estrelas quando incluiu regiões além desse horizonte.
Microrganismos