生物圏
人類が理解できているタイプの生命とは異なる仕組みで成り立っている仮想的な生命群をさして、影の生物圏(shadow biosphere)と呼ぶ場合がある。仕組みが根本的に異なるため、人類からは生命として認識されていない可能性があるという意味で「影」と呼ばれる。影の生物圏の候補としては、例えばDNAの代わりにRNAを遺伝物質として用いる生物(特に微生物)が考えられる。我々が知る通常の生物の検出にはリボソームと呼ばれる生物固有の物質の有無を調べる。しかし、DNAを用いない生物は我々が知るようなリボソームに基づく通常の生化学系を持たないと予想されるため、通常の方法では検出できていない可能性がある。RNAを用いる仮説上の生物は、RNAワールド仮説に基づいた生命の進化を想定するならば、DNA出現以前の太古の生命(または生命の前段階)の子孫と考えることもできる。この他にも、通常の生命がもつ生化学とは異なる「代わりの生化学」について、複数の仮説が提案されている。ただし2021年現在のところ、影の生物圏の存在を示唆する証拠はない。
影の生物圏が地球上に実際に存在するかどうかは別として、通常の生命とは異なる生命の理論的検証や人工的合成の試みは、合成生物学(synthetic biologyまたはxenobiology)の主要テーマの一つでもある。
一般的には、生物が存在するその領域全体および含まれる構成要素(生物・非生物)の相互作用の総体を指す。より狭義の意味に用いて、その空間に含まれる生物(生物相・生物量・生物群集)のみを指すこともある。
地球科学では地球の表層領域を水圏、大気圏、岩石圏に区分する。生物圏はこれらの領域に重なり、地表や地中のみならず、大気圏、水圏に広がる。生物と非生物の相互作用で成り立っている環境の系を生態系と呼ぶが、生物圏とは地球環境全領域に広がる生態系の総体、及びそれが占める範囲とも定義できる。あらゆる生物の中でも特に微生物の存在範囲は非常に広く、深海や大気の上層から、地中まで広がっている。
生物圏の概念は、地球科学や生態学に関連する学術分野(地球物理学・生物地理学・地質学・水文学など)で共通のものである。生物圏の中では、水の循環・大気や海水の対流などの非生物的な要因とともに、光合成・食物連鎖・生体物質の分解などの生物活動によって、物質およびエネルギーの循環が起きている(生物地球化学的循環)。非生物的・生物的を問わず、この循環は原則的には太陽エネルギーが元となって引き起こされている。
1990年代に人為的な閉鎖生態系(生物圏)を構築する試みとして、アメリカ合衆国アリゾナ州で、バイオスフィア2の実験が行われた。100年間実験を継続する予定であったが、最初は2年間、次に6ヶ月間の実験期間で終了することとなった。実験を通じ、大気中の酸素量の予想外の低下など、さまざまな学問的知見が得られた。この実験を通じて、人工生態系を構築・維持することが非常に困難であると理解された。その後、バイオスフィア2の施設はアリゾナ大学に売却され、研究活動に利用されている。日本でも、閉鎖空間での長期間滞在実験が試みられている。