Какие функции выполняет живое вещество в биосфере

Живое вещество — что к нему относится, понятие

Два с половиной миллиона лет назад на Земле появились первые формы жизни. Возможно, это произошло раньше, но историческое подтверждение имеется именно относительно этого периода. С тех пор на фоне изменения земной поверхности появилось более 5 млн видов живых организмов. Это – живое вещество, отличия которого от неживого очевидны.

Появление живого вещества послужило началом формирования такой земной оболочки как биосфера. Она находится в функциональной взаимосвязи с геологическими и биологическими телами, а также процессами энергообмена.

Понятие ввел в обиход В.И. Вернадский – ученый, занимающийся многими естественными науками. Изучая миграцию атомов, Вернадский заинтересовался происхождением химических веществ, присутствующих в земной коре. Он изучал процессы их синтеза, перехода из одного вещества и состояния в другое, разложение.

В результате своей работы он пришел к выводу: ни одно органическое соединение не может появиться в природе и существовать самостоятельно без живого вещества. Вернадский под термином «живое вещество» подразумевал объединение всех организмов: растений, животных, человека.

Основываясь на его теории, справедливым является следующее определение:

Живое вещество – значительный энергетический и геохимический фактор, который играет решительную роль в развитии планеты.

В качестве источника энергии живые вещества используют солнце. Растения в присутствии его лучей способны к фотосинтезу – созданию органического вещества, которое в ходе дальнейшего кругооборота служит источником пищи и энергии для других организмов. Кроме этого, фотосинтез способствует поддержанию в атмосфере определенного уровня кислорода, созданию озонового слоя.

Жизнь на земле существует в виде биогеоценозов – совокупности существующих параллельно живых организмов вместе со средой их обитания. Они питаются, размножаются, дышат, умирают в зависимости друг от друга, обеспечивая в результате этого постоянный круговорот атомов химических элементов. Установлено, что весь запас кислорода в атмосфере проходит путь через живые существа на протяжении двух тысяч лет, а углекислый газ – всего за три сотни лет.  

Поскольку живые организмы в своем составе имеют большое количество химических соединений, в т.ч. органического происхождения, в верхнем слое земли сконцентрировано много минерального топлива, производителем которого не является человек. В данном ракурсе люди – потребители энергии, высвобождаемой при их использовании.

Человека Вернадский ставил несколько отдельно от двух других групп живых организмов по причинам:

1. Человеческая популяция не отличается демографическим постоянством.
2. В ходе своей жизни он не производит новые химические вещества и соединения, а потребляет их.
3. Основная характеристика – наличие разума.

К свойствам живого вещества относят:

• наличие свободного энергетического потенциала;
• возможность протекания химических реакций внутри организмов;
• устойчивость химических веществ внутри живых организмов;
• генетическая связь между поколениями;
• наличие эволюционных процессов;
• взаимная зависимость между живым веществом и средой обитания.

Перечисленные свойства объясняют биогенную мутацию атомов и освобождающуюся в этом процессе энергию.

Функции живого вещества в биосфере

Биогеохимические функции, возложенные на живые организмы, были названы В.И.Вернадским. По его учению пространство, состоящее из живых организмов и окружающего мира, носит название биосферы, которая является системой производной.

Перу Вернадского принадлежат работы «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». В них ученый определил, что биосфера состоит из поверхностных водоемов, собственно поверхности земли и приземной воздушной оболочки – атмосферы. Это система, каждый элемент которой влияет на других участников и, в случае своей гибели, разрушит всю биосферу.

В понятии ученого развитие материи и есть жизнь, а от взаимодействия живых организмов зависит все происходящие на земле процессы.

Основными функциями живого вещества являются:

1. Энергетическая. Важная особенность, заключающаяся в запасании энергетического ресурса в ходе фотосинтеза и расходовании его путем рассеивания, а также предоставления в существующие цепи питания. Известно, что основной источник питания для биосферы – солнечное излучение, которое аккумулируется на земле. От него в полной мере зависят живые организмы, в том числе растения-автотрофы и гетеротрофы. В результате использования органики для питания, происходят ее распад и синтез новых веществ. Таким образом происходит биологический круговорот веществ. Получается, что живые организмы способны преобразовывать кору Земли, являясь частью целостной системы с атмосферой, гидросферой и литосферой.
2. Газовая. Живые вещества поддерживают на определенном уровне газовый состав атмосферы и отдельных биогеоценозов. Происходит это благодаря процессу фотосинтеза в живых растениях. Его интенсивность зависит от солнечного света и особенностей строения растений.
3. Концентрационная. Живые организмы концентрируют в себе химические элементы. Они могут их содержать в гораздо больших концентрациях, чем окружающая среда. Например, животные из класса позвоночных в своем скелете концентрируют фосфор, диатомовые водоросли – кремний, а ламинарии – йода. Этот пример объясняет залежи определенных полезных ископаемых: известняков, руды и т.п.
4. Окислительно-восстановительная. Живые вещества влияют на химические реакции, как восстановительного, так и окислительного характера. Например, под землей присутствуют горючие газы, которые образовались при разложении отмерших корней растений, а также павших огромных растительных особей.
5. Деструктивная. Сами живые вещества разрушают продукты своей жизнедеятельности. С этим явлением связан круговорот веществ в природе. Особую роль здесь играют деструкторы и редуценты, например, грибы и бактерии.
6. Транспортная. Живые организмы находятся в постоянном движении. В результате этого на далекие и близкие расстояния переносится энергия, а также содержащиеся в них химические вещества.
7. Средообразующая. В зависимости от индивидуальных свойств живых существ формируются характеристики окружающей природной среды.

Суть учения Вернадского

Вернадский – основатель учения о биосфере. В его теории она представляет собой:

• организованную систему;
• совокупность живых организмов – доминирующего фактора, формирующего актуальные характеристики планеты Земля;
• механизм, функционирование которого зависит от энергии космоса.

Основатель теории биогеохимии и учения о биосфере вынес на обсуждение материал, по сей день не утративший актуальность. Представители современного научного мира опираются на его постулаты и подтверждают, что за пределами биосферы жизнь в ее земном виде невозможна.

Антропогенная деятельность оказывает на окружающую среду негативное воздействие, в результате которого ухудшается экология, ставится вопрос о благополучном существовании Земли в целом. На фоне этого актуальность трудов В.И.Вернадского еще более возрастает.

Существование биосферы, а также природа происходящих в ней биогеохимических реакций напрямую зависит от астрономических закономерностей, от особенностей положения Земли и ее ориентации по отношению к Солнцу. Именно от пространственного расположения планеты зависит климат в той или иной ее точке, а, значит, жизненные циклы живых организмов.

Живое вещество сконцентрировано в пределах биосферы неравномерно. Меньше его становится по мере поднятия на высоту и погружения на глубину. Больше – на поверхности Земли, в приземном грунтовом слое и верхних слоях водных объектов.

Существует оценка общей живой массы - 2,43*10 т. При этом биомасса, располагающаяся на суше, делится на растения (они составляют 99,2%), а также животный мир, включая микроорганизмы (0,8%).

Учение Вернадского гласит, что роль «живого вещества» чрезвычайно высока. Именно вследствие его жизнедеятельности происходит изменение внешнего вида планеты.

Биосфера, в которой возможна жизнь, имеет определенные границы: 20 км от поверхности земли (включая слой озона, защищающего от вредного ультрафиолета). Детализируя слои атмосферы, в которых возможна жизнь, говорят о тропосфере и нижней части стратосферы. Гидросфера включена в процесс на глубину 10-11 км, литосфера – на 3,5-7,5 км внутрь земли. В свою очередь, это объясняется изменениями температуры по мере углубления в земные недра, а также особенностями пропитывания водой твердого грунта.

В.И.Вернадский представил биосферу как совокупность живого, биогенного вещества (возникает при жизнедеятельности организмов), косного и биокосного веществ (образуется при совместной жизнедеятельности живых организмов и неживых фракций). Кроме этого, оказывает соответствующее влияние радиоактивное вещество, имеющее космическое происхождение. Все виды веществ взаимосвязаны и играют определенную роль в биологии – живые организмы существуют и функционируют только в условиях целостной биосферы.

С другой стороны, живое вещество обладает степенью организованности и часто выступает в роли функции биосферы.

Средообразующие свойства

Процессы жизнедеятельности живых организмов происходят при непрерывном изменении окружающей среды. При этом не только меняется газовый состав атмосферы вследствие дыхания (и фотосинтеза), но и увеличивается количество перегноя и минеральных компонентов в почве.

Сказывается влияние также на климат и очистку сточных вод перед поступлением их в водоемы. Эту функцию исполняет особая живность – мелкие рачки и некоторые виды рыб, которые процеживают через себя потоки воды, выбирая пищу.

На изменение окружающей среды влияет и механическое воздействие, например, при антропогенной деятельности. Однако по своему результату оно не такое интенсивное как изменение физико-химических характеристик.

От растений зависит насыщенность воздуха влагой. Они сглаживают скачки температуры на поверхности грунта и помогают сохранить уровень увлажненности.

Наличие живых организмов влияет на электрические, температурные, физические свойства среды, обуславливают тепло- и электропроводность. Меняется не только состав воздуха, но и структура почв, содержание химических веществ в воде открытых водоемов.

Благодаря глобальному круговороту веществ в природе, который обуславливают живые организмы, в мире происходит постоянные их перемещения из одного места в другое.

Согласно предложенным Вернадским заключениям, живое вещество способно выполнять следующие средообразующие функции:

• газовая;
• кислородная;
• окислительная;
• восстановительная;
• концентрационная

Газовая (и кислородная) осуществляется благодаря дыханию живых существ, процессам фотосинтеза растений и антропогенной деятельности человека.

Окислительная объясняется способностью влиять на процессы окисления посредством увеличения содержания кислорода в воздухе. Противоположный процесс – восстановительный. Он интенсифицируется при дефиците кислорода. При восстановительных реакциях образуется сероводород и метан. Благодаря его накоплениям ухудшаются и сводятся к нулю шансы на жизнь на глубине болот и в придонных толщах.

Концентрационная вызвана способностью живых организмов скапливать внутри себя отдельные химические элементы.

Средообразующие функции не существуют изолированно от других свойств. Они усиливают изменения физико-химических характеристик окружающей среды и поддерживают ее тенденции к стабилизации.

Основные глобальные и биохимические задачи, таблица