Живое вещество биосферы его свойства и функции
Термин «живое вещество» введён в литературу В. И. Вернадским, под которым он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.
Масса живого вещества поверхности континентов в 800 раз превышает биомассу Мирового океана. На поверхности континентов растения резко преобладают по своей массе над животными. Всё живое вещество по своей массе занимает ничтожное место по сравнению с любой из верхних геосфер земного шара. Например, масса атмосферы больше в 2150, гидросферы – в 602000, а земной коры – в 1670000 раз.
Однако по своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других неорганических природных образований, входящих в состав биосферы. Прежде всего это связано с тем, что живые организмы благодаря биологическим катализаторам (ферментам) совершают невероятное. Например, они способны фиксировать в своём теле молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях температуры и давления. В промышленных же условиях связывание атмосферного азота до аммиака (NH3) требует температуры порядка 500 о С и давления 300-500 атмосфер. В живых организмах на несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В.И. Вернадский в связи с этим назвал живое вещество формой чрезвычайно активированной материи.
К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его высокую преобразующую деятельность, можно отнести:
1. Способность быстро занимать свободное пространство, что связано как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ (всюдностьжизни).
2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести), но и активное. Например, против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков.
3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти(включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.
4. Высокая приспособительность(адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам.
5. Феноменально высокая скорость протекания химических реакций. Она на несколько порядков значительнее, чем в неживой природе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых перерабатывают за день количество вещества, которое в 100 – 200 раз превышает вес их тела.
6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет около 8 лет (для суши 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни – 33 дня).
7. Разнообразие форм, размеров и химических вариантов, значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе.
8. Индивидуальность (в мире нет одинаковых видов и даже особей).
Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии. В.И. Вернадский отмечал, что по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов
Функции живого вещества. Всю деятельность живого вещества в биосфере можно, с определённой долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности.
1. Энергетическая. Эта одна из важнейших функций связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания и рассеиванием в окружающем пространстве.
2. Газовая – связана со способностью изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.
3. Окислительно-восстановительная – связана с ростом под влиянием живого вещества интенсивности процессов как окисления и восстановления.
4. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание на несколько порядков, по сравнению с окружающей средой, а в теле отдельных организмов – в миллионы раз. Результат концентрационной деятельности – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.
5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).
6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.
7. Средообразующая. Эта функция в значительной мере представляет результат совместного действия других функций. С ней, в конечном счете, связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно, рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии её параметры практически во всех геосферах. В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании и сохранение почв от разрушения (эрозии), в очистке воздуха и вод от загрязнений, в усилении питания источников грунтовых вод и т. п.
8. Рассеивающая функция, противоположная концентрационной. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов.
9. Информационная функция живого вещества выражается в том, что живые организмы и их сообщества накапливают информацию, закрепляют её в наследственных структурах и передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.
Несмотря на огромное разнообразие форм, всё живое вещество физико-химически едино. И в этом состоит один из основных законов всего органического мира – закон физико-химического единства живого вещества. Из него следует, что нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для других. Разница лишь количественная – одни организмы более чувствительны, другие менее, одни приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление идёт в ходе естественного отбора, т.е. за счёт гибели тех индивидов, которые не смогли адаптироваться к новым условиям.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО: РОЛЬ И ФУНКЦИИ В БИОСФЕРЕ
Великий русский академик В.И. Вернадский 1 впервые научно обосновал единство человека и биосферы и создал учение о биосфере. Центральным понятием этого учения является мысль о том, что биосфера – своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.
Согласно теории В.И. Вернадского, биосфера в своём строении содержит следующие категории веществ:
1) живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих биосферу, характеризуется особым химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Живое вещество есть функция биосферы, а биосфера может быть рассмотрена как результат развития живого вещества;
2) биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть, торф, мел);
3) биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды). Биокосное вещество имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода);
4) косное вещество – всё, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел);
5) радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.);
6) рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии;
7) вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны, другие микрочастицы.
В пределах биосферы существуют четыре среды жизни: неживые (вода, воздух), биокосная (почва) и живая (организмы).
Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, а также от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически открытой – незамкнутой термодинамической системой, в которой идет поглощение и отдача энергии из внешней среды.
Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более двух миллионов видов организмов. Из них на долю растений приходится около 500 тыс. видов, а на долю животных более 1,5 млн видов. Самая многочисленная по числу видов группа – это насекомые (около 1 млн) видов. Организмы, составляющие биомассу, обладают способностью воспроизводства – размножения и распространения по планете.
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и проходит сквозь живое вещество.
Живое вещество играет важную роль в биогеохимичесих процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ и энергий. Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно производит гигантскую геохимическую работу, способствую преобразования других оболочек Земли в геологическом масштабе земли. Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые организмы улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают её в виде энергии сложных органических соединений (входящую в состав биомассы), передают её друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.
Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.
Все почвы и минералы поверхности (чернозём, глина, известняк, руда, угли и нефть) образовались под воздействием живой материи.
Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как устройства, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.
Особенности функционирования живых существ:
• способность к самовоспроизведению;
• способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;
• способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экономична.
Рассмотрим свойства живого вещества.
1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы недолговременна.
2. В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят во много раз быстрее, чем в неживом. Для жизненных процессов характерным является процесс: полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна её собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.
3. Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).
4. Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:
а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;
б) активную, которая осуществляется за счёт направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).
5. Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда, как количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., – значительно ниже.
6. Живое вещество представлено индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных – киты. По мнению В.И. Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.
7. Живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например, в виде популяционного вида, т.е. может существовать только в виде биоценоза.
8. Всё живое из живого – это отличительная особенность живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох.
В.И. Вернадский выделяет следующие функции живого вещества:
— транспортная (перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении);
— концентрационная (выборочное накопление в ходе жизнедеятельности отдельных видов вещества, использованной для создания организма);
— деструктивная (разрушения органических веществ, неживого неорганического вещества, минерализация небиогенного органического вещества);
— метаболизма и дыхания организмов;
— энергетическая (поглощение солнечной энергии в процессе фотосинтеза, передача энергии пищевыми цепями разнородного живого вещества);
— средообразующая (превращение физико-химических параметров среды);
— информационная функция живого вещества биосферы. Организмы оказались способными к получению информации путём соединения потока энергии с активной молекулярной структурой. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.
Список использованных источников
1. Вернадский, В. И. Биосфера и ноосфера. – М.: Айрис-пресс, 2012. – 576 с.
2. Вернадский, Владимир Иванович // Новая российская энциклопедия. – М.: Энциклопедия, 2007. – Т. 3. – С. 375.
3. Вернадский В.И. О коренном материально-энергетическом отличии живых и косных тел биосферы // «Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков», сост. Г.П. Аксенов. – М.: Современник, 1993.
4. В.И. Вернадский. Размышления натуралиста. Научная мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1977; Изучение явлений жизни и новая физика, 1931; Биогеохимические очерки. – М.-Л.: изд-во АН СССР, 1940.
5. Интернет-ресурс: http://biofile.ru/bio/2508.html.
6. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов-н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.