Живое вещество биосферы

Живое вещество – краеугольный камень учения о биосфере В.И. Вернадского, который акцентировал внимание на биогеохимической специфике этого образования следующим образом: на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. В настоящее время описано около 300 т. видов растений и более 1,5 млн. видов животных. Из них 93 % представлено сухопутными и 7 % водными видами животных. Суммарная биомасса организмов сухопутных видов образована на 99, 2 % зелёными растениями и на 0,8 % животными и микроорганизмами. В океане, напротив растения составляют 6,3 % а животные и микроорганизмы – 93,7. Несмотря на то, что океан покрывает более 70 % поверхности планеты, в нём содержится лишь 0,13 % биомассы всех живых существ обитающих на Земле.

Растения составляют 21 % всех учтённых видов. Однако на их долю приходиться более 99 % биомассы, тогда как на долю животных менее 1 % биомассы. Среди животных 96 % видов составляют беспозвоночные, и только 4 % позвоночные, среди которых млекопитающие составляют примерно
10 %. Эти соотношения иллюстрируют фундаментальную закономерность, а именно – в биосфере количественно преобладают формы, имеющие низкое качество развития.

Живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в наше время равно 2420 млрд. т.

По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других оболочек земного шара, так же как живая материя отличается от мёртвой.

При оценке среднего химического состава живого вещества, по данным А. П. Виноградова (1975), В. Лархера (1978) и др., главные составные части живого вещества – это элементы, широко распространённые в природе (атмосфера, гидросфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Живое вещество биосферы состоит из наиболее простых и наиболее распространённых в космосе атомов. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов живые организмы не повторяют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей.

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1. Молекулярный (генетический) – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2. Клеточный – уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый – уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

4. Органный – уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определённый орган.

5. Организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определёнными видами организмов.

6. Популяционно-видовой, где существует совокупность определённых однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определённом участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами.

8. Биосферный – уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе связанные с жизнедеятельностью организмов.

Живое вещество характеризуется определёнными свойствами:

1. Стремление заполнить собой всё окружающее пространство – «давление жизни» по Н.Ф. Реймерсу. Способность быстрого освоения пространства связана как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней при отсутствии факторов, ограничивающих их потенциальные возможности размножения), так и со способностью организмов увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Так, площадь листьев растений на 1 га составляет 8 – 10 га и более.

2. Возможность произвольного перемещения в пространстве, например, против течения воды, силы тяжести, ветра.

3. Наличие специфических химических соединений (белков, ферментов…), устойчивых при жизни и быстро разлагающихся после смерти;

4. Исключительное разнообразие форм, размеров, составов, а также высокая способность адаптироваться к условиям существования, значительно превышающие контрасты в неживом (косном) веществе. Так, некоторые организмы, существуют при температурах близких к абсолютному нулю
(-273 °С), а другие – до +250 °С, иные микроорганизмы встречаются в охлаждающих водах атомного реактора, в ледовых панцирях планеты, в бескислородной среде…

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций на несколько порядков (в сотни, тысячи и даже миллионы раз) быстрее, чем в неживой природе планеты. Косвенно это свойство можно оценить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности, например, у наиболее активных организмов грунтоедов. Так весь одно-метровый слой почвы планеты проходит через организмы дождевых червей (масса которых в десять раз больше массы всего человечества) всего за 150 – 200 лет. Организмы с фильтрационным типом питания проводят колоссальную работу, очищая весь океан от взвеси каждые 4 года, а веслоногий рачок – эпишура за год процеживает воду озера Байкал трижды.

6. Высокая скорость обновления живого вещества – для биосферы в среднем она составляет 8 лет, причём для суши 14 лет, а для океана, преобладают организмы с коротким сроком жизни (например, планктон), – 33 дня. Таким образом, за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли.

Деятельность живого вещества в биосфере в определённой степени условно можно свести к нескольким основополагающим функциям, дополняющим представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности. Вернадский выделял несколько функций: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную. Позже классификация была видоизменена. Наиболее современной является классификация А.В. Лапо, который выделяет следующие функции: энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную, деструктивную, транспортную, средообразующую, рассеивающую, информационную.

Энергетическая. Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания, рассеиванием.

Газовая – способность изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

Окислительно-востановительная. Связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, прежде всего в тех случаях, когда идёт разложение органических веществ при дефиците кислорода.

Концентрационная – способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на несколько порядков. Результат этой функции – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения.

Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ.

Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды.

Рассеивающая – проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при перемещении в пространстве…

Информационная – живые организмы и их сообщества накапливают определённую информацию, закрепляют её в наследственных структурах и затем предают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

При всём разнообразии живое вещество физико-химически едино, имеет одни и те же эволюционные корни. В природе нет такого вида, который бы реагировал на некое химическое или физическое воздействие, иначе, чем организмы других видов.

Дата добавления: 2014-01-20