Функции живого вещества в биосфере по вернадскому


Белки берут под контроль все химические реакции, протекающие в организме, создавая структуры биокатализаторов – ферментов или энзимов. Белки взаимодействуют с окружающей средой целенаправленно, выбрасывая из организма все отработанное и принимая только необходимое (функция узнавания). Белковые молекулы выполняют сокращение мышц, осуществляют функцию обоняния и вкуса, участвуют в фотохимических реакциях (функция зрения).

Другая функция биополимеров – нуклеиновых кислот РНК и ДНК – связана с сохранением и передачей по наследству свойств живого организма будущим поколениям. Эти носители Жизни входят в состав всех живых клеток.Нуклеиновые кислоты являются носителями закодированной в их структуре наследственной информации индивида и осуществляют синтез белка в живой клетке. Синтез белка на матрицах нуклеиновых кислот происходит непрерывно, пока клетка жива.

Академик В.И. Вернадский отметил следующие функции живого вещества.

Солнечный свет для биосферы является рассеянной энергией электромагнитной природы. Энергетическая функцияживого вещества заключается в поглощении им солнечной энергии (фотосинтез) или химической энергии (хемосинтез) с последующей передачей энергии по пищевой цепи. Каждый организм прямо или косвенно служит для кого-то источником питания. В то же время сам он существует за счет других организмов или продуктов их жизнедеятельности.


Деструктивная (разрушительная) функция заключается в разложении мертвого органического вещества до простых неорганических соединений, а также в химическом разложении горных пород грибами и бактериями и вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот.

Транспортная функция заключается в переносе вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении в результате активного движения живых организмов.

Концентрационная (накопительная) функция заключается в избирательном накоплении в живых существах рассеянных в природе веществ: углерода, азота, фосфора, кальция и многих других, включая тяжелые металлы. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных – это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

Рассеивающая функция – противоположная концентрационной и проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении экскрементов.

Газовая функция заключаются в участии живых организмов в миграции газов и их превращениях.


Средообразующая функция заключается в поддержании и преобразовании параметров окружающей среды в рамках, благоприятных для существования организмов. Эта функция является результатом совместного выполнения других функций.

Информационная функция заключается в накоплении живыми организмами полезной информации, закреплении её в наследственных структурах и передаче последующим поколениям.

Источник: studopedia.ru

Биосфера (греч. bios — жизнь + sphaira — шар) — наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин «биосфера» предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера — совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части — тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).


Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:

  • Живое вещество
  • Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ — важнейший фактор геологических изменений планеты.

  • Косное вещество
  • Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

  • Биогенное вещество
  • Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

  • Биокосное вещество

  • Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.

    К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы — живое вещество, то есть — живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ — главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

  • Энергетическая
  • Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

  • Газовая

  • Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

  • Концентрационная
  • Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?

    Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет — раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых — известняка (мела).

    В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое — торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

  • Окислительно-восстановительная
  • Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

  • Деструктивная

  • Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка — все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами — великое чудо и немыслимая случайность.


Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы — разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей — карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.


Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота — цикл замыкается.

Источник: studarium.ru


6.1. Современная биосфера. Концепция и функции живого вещества в биосфере

Современная биосфера сложилась в результате длительного эволюционного процесса живого и косного вещества нашей планеты. Роль человека в развитии биосферы определяется, прежде всего, его биосоциальной природой. Существование человека как гетеротрофного организма зависит от наличия органической пищи, воздуха, воды и т.д. В то же время человек обладает существенными особенностями, выделяющими его из живой природы, – это разум, способность к труду, творческой деятельности, производственным отношениям. На ранних этапах существования человека его деятельность не нарушала равновесия в биосфере. Потребляемые человечеством ресурсы природы и продукты его жизнедеятельности циркулировали в общем круговороте веществ, так же как и продукты деятельности других видов живых существ. Постепенно деятельность человека стала не просто приспособлением к условиям среды, но приобрела разумный целенаправленный характер, изменяя окружающую природу. Человек вывел много новых сортов растений и пород животных, увеличивая разнообразие природных видов, но в то же время многие виды исчезли или находятся на грани уничтожения (дронт, стеллерова корова, странствующий голубь и др.). Деятельность человека становится мощным экологическим фактором, нарушающим равновесие в природе, биосфере.

В.И. Вернадский в 1928–1930 гг. в своих глубоких обобщениях относительно процессов в биосфере дал представление о пяти основных биогеохимических функциях живого вещества.


1. Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтез зеленых растений, в процессе которого происходит аккумуляция солнечной энергии и перераспределение ее между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

2. Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав атмосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества, создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и другие. С газовой функцией связывают два переломных периода в развитии биосферы. Первый из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера), что произошло около 1,2 млрд. лет назад. Это обусловило появление первых аэробных организмов. С этого времени восстановительные процессы дополнились окислительными. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера), что создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в атмосфере. Это обусловило выход организмов из воды на сушу. До этого времени функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода.

3. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов окисления (благодаря обогащению среды кислородом) и восстановления, – когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода, что сопровождается образованием и накоплением сероводорода.

4. Концентрационная функция проявляется в способности организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают легкие атомы водорода, углерода, кислорода, натрия, магния, серы, хлора, калия, фосфора, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы. Результат концентрационной деятельности – залежи торфа, углей, известняков, мела, рудные месторождения и другие.

5. Деструкционная функция обусловливает процессы, связанные с разложением органических веществ после смерти, вследствие чего происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Все живое население нашей планеты – живое вещество – находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом.

Основой функционирования живого вещества в биосфере является биотический круговорот веществ, который обеспечивается взаимодействием трех функциональных групп. Движущей силой этого круговорота является солнечная энергия.

Источник: monographies.ru

Функции живого вещества по Вернадскому

В учении о биосфере утверждается, что живое вещество выполняет следующие основные функции: энергетическую, деструктивную, концентрационную и средообразующую.

Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. По словам Вернадского, зеленые хлорофилльные организмы, зеленые растения, являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела — своеобразные солнечные консервы, энергия которых в дальнейшем является источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере — всей земной коры.

По расчетам Вернадского, на Земле ежегодно аккумулируется растениями около 1019 больших калорий энергии. Внутри экосистемы эта энергия в виде пищи распределяется между животными. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых, служащие в настоящее время энергетической базой для жизни и работы людей. Растения — главный источник пищи для людей и сельскохозяйственных животных.

Деструктивная функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов — редуценты (деструкторы).

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. Благодаря живому веществу, биотический круговорот пополняется минералами, высвобождаемыми из литосферы. Например, по свидетельству А. В. Лапо, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из базальта 3 % содержащегося в нем кремния, 11 % алюминия, 59 % магния, 64 % железа.

Пионеры жизни на скалах — бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники — оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот — угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы — кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы.

Общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот, только на суше составляет около 8 млрд т. Это в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов, создается уникальное свойство почв — их плодородие.

Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов — это характерная особенность живого вещества.

Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них, по сравнению с природной средой, содержание марганца увеличено в 1 200 000 раз, железа — в 65 000, ванадия — в 420 000, серебра — в 240 000 раз и т. д.

Морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы для построения своих скелетов или покровов. Существуют, например, кальциевые организмы (моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, известковые водоросли и т. п.) и кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии).

Особо следует обратить внимание на способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. Их концентрация в теле беспозвоночных и рыб может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Благодаря этому, морские организмы полезны как источник микроэлементов, но вместе с тем употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Средообразующая функция состоит в трансформации физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условиях, благоприятных для существования организмов. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к регенерации экологических условий выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из термодинамики.

Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям, система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Таким образом, гомеостаз, или устойчивость экосистемы, оказывается явлением не статическим, а динамическим.

В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события:

  • 1. Был преобразован газовый состав первичной атмосферы;
  • 2. Изменился химический состав вод первичного океана;
  • 3. Образовалась толща осадочных пород в литосфере;
  • 4. На поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер).

Вернадский объясняет парадокс: почему, несмотря на то, что общая масса живого вещества — пленка жизни, покрывающая Землю, — ничтожно мала, результаты жизнедеятельности организмов сказываются на составе и литосферы, и гидросферы, и атмосферы.

Если живое вещество распределить на поверхности Земли ровным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную роль за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением.

Масса живого вещества, соответствующая данному моменту времени, с трудом сопоставляется с тем грандиозным ее количеством, которое производило свою работу в течение сотен миллионов лет существования организмов. Если рассчитать всю массу живого вещества, воспроизведенного за это время биосферой, она окажется равной 2,4 х 1020 т. Это в 12 раз превышает массу земной коры.

На земной поверхности нет силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы — это все породы органогенного происхождения. Наконец, свойства природных вод, соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

В наши дни накопление в атмосфере углекислого газа от сжигания углеводородного топлива рассматривается как тревожная тенденция, ведущая к потеплению климата, таянию ледников и грозящая повышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В этой связи следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане.

Чистота морских вод — во многом результат фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, но особенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года. Байкал исключительной чистотой своих вод во многом обязан веслоногому рачку эпишуре, который за год трижды процеживает его воду.

Функции живого вещества в биосфере

Живое вещество обеспечивает биогеохимический кругово­рот веществ и превращение энергии в биосфере.

Выделяют сле­дующие основные геохимические функции живого вещества:

1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запаса­ние солнечной энергии в органическом веществе и последую­щее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества.

Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедея­тельности организмов.

2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в ат­мосфере достигло примерно 1% от современного уровня (пер­вая точка Пастера).

Это обусловило появление первых аэроб­ных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произош­ло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода дос­тигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера).

Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило воз­можность освоения организмами суши (до этого функцию за­щиты организмов от губительных космических излучений вы­полняла вода).

3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды жи­выми организмами и накопление в них атомов биогенных хи­мических элементов.

Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколь­ко порядков.

Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азо­та в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрацион­ной деятельности живого вещества – образование залежей го­рючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная – окисление и восста­новление различных веществ с участием живых организмов.

Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миг­рация атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование серо­водорода и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продукта­ми их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наи­более существенную роль в этом отношении выполняют реду­центы (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результа­те активной формы движения организмов. Такой перенос мо­жет осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды.

Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного дей­ствия других функций. Она имеет разные масштабы проявле­ния. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локаль­ные структуры.

8. Рассеивающая – функция, противоположная концентра­ционной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо ге­моглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная – накопление живыми организмами оп­ределенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям.

Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека – превраще­ние и перемещение веществ биосферы в результате человече­ской деятельности для хозяйственных и бытовых нужд чело­века. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др.

Таким образом, биосфера представляет собой сложную ди­намическую систему, осуществляющую улавливание, накоп­ление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Свойства биосферы

Целостность и дискретность. Целостность биосферы обус­ловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов.

Она достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение од­ного компонента неизбежно приводит к изменению других и биосферы в целом. При этом биосфера – не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обла­дающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. Биосфера – система с прямыми и обратными (поло­жительными и отрицательными) связями, которые, в конечном счете, обеспечивают механизмы ее функционирования иустойчивости.

На понимании целостности биосферы основы­ваются теория и практика рационального природопользова­ния. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возмож­ные изменения в природе, дать прогноз результатам воздействия человека на природу.

Централизованность. Центральным звеном биосферы выс­тупают живые организмы (живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком и в центр био­сферы ставится только один вид – человек (идеи антропоцен­тризма).

Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмуще­ния, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определенных механизмов.

Гомеостатические ме­ханизмы биосферы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были зна­чительными по масштабам (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения и т.

п.). Гомеостатические меха­низмы биосферы подчинены принципу Ле Шателье–Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния ус­тойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Ритмичность. Биосфера проявляет ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений.

В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточный, годовой, внутривековые и сверхвековые. Су­точный ритм проявляется в изменении температуры, давле­ния и влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов и отливов, циркуляции бризов, процессах фотосин­теза у растений, поведении животных. Годовая ритмика – это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразо­вания и разрушения горных пород, сезонность в хозяйствен­ной деятельности человека.

Суточная ритмика, как известно, обусловлена вращением Земли вокруг оси, годовая – движе­нием Земли по орбите вокруг Солнца. Разные экосистемы обладают различной суточной и годовой ритмикой. Годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо – в экваториальном. Наблюдаются и более продолжи­тельные ритмы (11, 22–23, 80–90 лет и др.).

Ритмические яв­ления не повторяют полностью в конце ритма того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясня­ется направленное развитие природных процессов.

Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера – от­крытая система.

Ее существование невозможно без поступле­ния энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количе­ство атомов вещества на Земле ограничено.

Круговорот ве­ществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов хими­ческих элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный ма­териал» живого – углерод.

Горизонтальная зональность и высотная поясность. Общебио­сферной закономерностью являетсягоризонтальная зональ­ность закономерное изменение природной среды по на­правлению от экватора к полюсам.

Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающего на разные широты тепла в связи с шарообразной формой Земли. Зональны кли­мат, воды суши и океана, процессы выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под влиянием внешних сил (поверхностных вод, ветра, ледников), растительность, почвы, животный мир.

Наиболее крупные зональные подразделениягеографи­ческие пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, а также общими особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира.

На суше выделяются следующие географические пояса: эква­ториальный и в каждом полушарии субэкваториальный, тро­пический, субтропический, умеренный, а также в Северном полушарии субарктический и арктический, а в Южном – суб­антарктический и антарктический.

Аналогичные по названию пояса выявлены и в Мировом океане. Географические пояса протягиваются преимущественно в широтном направлении.

Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобла­дающему в них типу растительности. Так, например, в субар­ктическом поясе это зоны тундры и лесотундры, в умеренном поясе – зоны лесов, лесостепи, степи, полупустынь и пус­тынь, в тропическом поясе – зоны лесов, редколесий и са­ванн, полупустынь и пустынь.

Как правило, они совпадают с основными и переходными типами природных экосистем (биомами и экотонами). В связи с неоднородностью земной по­верхности, а следовательно, и увлажнения в различных частях материков зоны не всегда имеют широтное простирание.

Зональность характерна и для Мирового океана. От экватора к полюсам изменяются свойства поверхностных вод (температу­ра, соленость, плотность и прозрачность, интенсивность волне­ния и др.), а также состав растительности и животного мира.

Высотная поясность закономерная смена природной сре­ды с подъемом в горы от их подножия до вершин.

Она обус­ловлена изменением климата с высотой: понижением темпе­ратуры (на 0,6° С на каждые 100 м подъема) и до определен­ной высоты (до 2–3 км) увеличением осадков. Смена поясов в горах происходит в той же последовательности, как и на рав­нине при движении от экватора к полюсам. Отличием являет­ся присутствие в горах особого пояса субальпийских и аль­пийских лугов, которого нет на равнинах.

Высотная поясность начинается в горах с аналога той горизонтальной зоны, в пре­делах которой расположены горы. Так, в горах, находящихся в степной зоне, нижний пояс – горно-степной, в лесной – горно-лесной и т.д. Количество высотных поясов зависит от высоты гор и их местоположения.

Большое разнообразие условий обитания и живых организ­мов. Биосфера – система, характеризующаяся большим раз­нообразием.

Это свойство обусловлено следующими причи­нами: разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвен­ным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические про­винции); биологическим разнообразием живых организмов.

В настоящее время описано более 3 млн.видов. Однако ре­альное число видов на Земле в несколько раз больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях.

Функции живого вещества в биосфере

Кроме этого совре­менный видовой состав – это лишь небольшая часть видово­го разнообразия, которое принимало участие в процессах био­сферы за период ее существования. Каждый вид имеет опре­деленную продолжительность жизни (10–30 млн. лет), поэто­му число видов, принимавших участие в эволюции биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настояще­му времени арену биосферы оставили более 95% видов.

Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, под­страховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и другие связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой эко­системы и биосферы в целом.

К сожалению, практически вся без исключения деятель­ность человека подчинена упрощению экосистем любого ран­га.

Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем. Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшаф­тов, резко уменьшились площади лесов (до появления чело­века они занимали примерно 70% суши, а сейчас – не более 20–23%).

Идет дальнейшее, невиданное по масштабам унич­тожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание про­мышленных районов и т.п.

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить зна­чительный объем нужной продукции (например, с сельскохо­зяйственных полей), но за это приходится рассчитываться сни­жением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты специальные заявления или конвенции.

Кро­ме сохранения разнообразия, такие конвенции приняты по со­хранению лесов и по предотвращению изменений климата.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.

Например, молекулярный азот — один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами — ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Окислительно-восстановительная функция лежит в основе обмена веществ и энергии организма с внешней средой.

Она выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. Образование веществ в живых организмах есть результат окислительно-восстановительных реакций. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе расщепления и окисления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции и выделяется энергия.

Жизнь — это непрекращающийся синтез и распад органических веществ, который объединяет все живые организмы на Земле.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества заключается в его способности осуществлять окислительные и восстановительные химические реакции, почти невозможные в неживой природе.

В биосфере в результате жизнедеятельности микроорганизмов в больших масштабах осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). Микроорганизмы-вос-становители — гетеротрофы — используют в качестве источника энергии органические вещества. К ним относятся денитрифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие из окисленных форм азот до элементарного состояния и серу до сероводорода.

Микроорганизмы-окислители могут быть как аутотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, нитри- и нит-рофицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих слетках.

Функции живого вещества. Живое вещество в биосфере выполняет некоторые специфические функции, в том числе газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.

Деятельность живого вещества в биосфере в определенной степени условно можно свести к нескольким основополагающим функциям, дополняющим представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности.

В. И. Вернадский выделял девять функций: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную и др.

Позже классификация была несколько видоизменена (часть функций объединена, часть переименована). Наиболее современной является классификация А. В. Лапо, по которой выделяют следующие функции: энергетическую; газовую; окислительно-восстановительную; концентрационную; деструктивную; транспортную; средообразующую; рассеивающую.

Из атмосферы вредные вещества осаждаются на земную поверхность, попадают в почву, растения, живые организмы и могут накапливаться там до высоких, опасных для жизни концентраций.

В почву загрязняющие вещества поступают в газовой фазе, в растворе атмосферных осадков, в составе твердых частиц. В результате почвообразовательных процессов они перераспределяются по почвенному профилю, накапливаются в верхних или нижележащих горизонтах, выщелачиваются и выносятся грунтовыми водами.

Основными факторами, контролирующими поведение химических веществ, являются их химические и физические свойства, условия внешней среды (щелочно-кислотная, окислительно-восстановительная обстановка, сорбционная способность, емкость поглощающего комплекса).

Энергетические процессы в живом организме основываются на окислительно-восстановительных реакциях.

При этом лишь некоторые группы микроорганизмов осуществляют эти процессы без участия кислорода путем гликолиза и брожения. Абсолютное большинство живых организмов, в том числе высшие растения и животные, получают энергию благодаря аэробному окислению органических веществ.

Этот путь более выгоден энергетически. Он связан с закономерными процессами газообмена: постоянным притоком Ог и выносом СОг, образующегося в результате окисления органических субстратов. При такой системе энергетического обеспечения жизнедеятельности организмов кислород приобретает роль важнейшего экологического фактора.

Таким образом, совокупность живых организмов — биота биосферы — обладает мощной средообразующей функцией.

Ее работа направлена на обеспечение условий жизни всех ее членов, в том числе и человека. Она слагается из газовой, концентрационной, окислительно-восстановительной, биохимической и информационной функций живого вещества.

Следует четко представлять себе, что окружающая нас среда — это не возникшая когда-то и непреходящая физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение создаваемое работой множества живых существ. Средообразующая функция биосферы, обусловленная биотическим круговоротом веществ, тесно связана со средорегулирующей функцией — исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды.

Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота — равенством скоростей синтеза и распада органических веществ. В следующей главе будут рассмотрены количественные характеристики этих функций биосферы.

Различают пять основных функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную.

В результате необычайной активности живого вещества и его сильного влияния на природу облик нашей планеты изменился до неузнаваемости.

Произошло коренное изменение атмосферы. Считают, что в добио-логический период атмосфера состояла в основном из диоксида углерода, метана, аммиака, водорода и водяных паров. Среда была восстановительной. Однако под влиянием возникших на Земле организмов в атмосфере увеличилось количество кислорода, а концентрация диоксида углерода резко снизилась. Среда из восстановительной превратилась в окислительную.

В стратосфере за счет кислорода сформировался озоновый экран, препятствующий излишнему проникновению ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли и, следовательно, предохраняющий организмы от губительного действия радиации.

Сероводородная и сульфидная функции живого вещества

Концентрационные функции первого и второго рода (§ 188— 190). Концентрация второго рода химических элементов живым веществом (§ 191). Окислительно-восстановительные функции (§ 192).

Биохимические функции и их изменение в эволюционном процессе (§ 193). Рост и размножение. Давление жизни. Скорость размножения и роста. Скорость растекания по поверхности планеты. Земной экватор как эталон размножения, Связь его с сутками и годами.

Метаболиты — промежуточные продукты обмена веществ в живых клетках.

Оказывают регулирующее влияние на биохимические и физиологические проссессы в организме. Установлено, что концентрации метаболитов в клеточных системах колеблется. Замечены колебания потребления для митохондрий, которые являются органоидами животных и растительных клеток. Во втору» половину ритма ионы водорода устремляются в митохондрию, а ионы калчя выходят наружу; объем митохондрий уменьшается Такие же колебания наблюдаются и при гликолизе дрожжей.

Тесты, основанные на учете интенсивности газообмена водорослей.

Многие вещества вызывают нарушения кислородного обмена в клетках водорослей. К их числу относятся, в частности, хлорорганические соединения, воздействующие на окислительно-восстановительные процессы в живых клетках. Это угнетающее действие пропорционально концентрации вещества и может быть измерено .количественно (по показателям снижения интенсивности выделения кислорода и его потребления на дыхательные процессы).

Вернадский выделял девять интегральных биохимических функций биосферы, и в том числе, живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную, функцию разрушения органических соединений, функцию восстановительного разложения органических соединений и функцию метаболизма и дыхания организмов.

С учетом данных современной науки их можно объединить в пять основных функций живого вещества: энергетическую, газовую, концентрационную, деструктивную и средообразующую.

В зонах влияния крупных промышленных центров за счет поступления большого количества органического вещества в воде рек снижается содержание растворенного кислорода, величина окислительно-восстановительного потенциала, уменьшается pH воды.

В илистых осадках образуется сероводородная обстановка. С различными видами стоков в водные объекты поступает много химических элементов и соединений, которые загрязняют водную среду, накапливаются в осадках и живых организмах.

Среди постоянных составных частей воздуха основное значение имеет кислород, необходимый для дыхания всех живых существ.

Источник: cyberlesson.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.