Живое вещество

Приход и расход веществ в процессе их круговорота принимается условно равным, биохимические циклы условно замкнутыми, постепенно изменяющиеся явления застывшими в равновесии. Эту условность понятий следует иметь в виду при знакомстве с динамикой и эволюцией биосферы.

Жизненно важно сохранение и существующих глобальных биогеохимических (биологических) циклов — биосферных круговоротов веществ, в которых, согласно закону биогенной миграции атомов В.И.Вернадского, участвуют все химические элементы. Лучше всего изучены глобальные круговороты воды и основных биогенных элементов — азота, фосфора, углерода и т.д.

Правило трех нижних уровней иерархии, видимо, общесистемный закон разрушение трех и более нижних уровней иерархии систем ведет целое, их надсистему, к гибели.

К сожалению, до сих пор человечество не учитывало этого правила и безоглядно преобразовывало природу, вплотную подойдя к разрушению трех нижних уровней иерархии экосистем биосферы. В результате возникла мало расчлененная “ткань” природных систем — аналог недифференцированных клеток раковой опухоли. Этот процесс очень опасен и должен быть приостановлен.

Нарушенные круговороты веществ не полностью замкнуты, и общая их картина напоминает кольчугу из незамкнутых колец. Даже обмен воды между сушей и океаном в настоящее время несбалансирован: с материков стекает значительно больше воды, чем выпадает на них с осадами. Так, по одному из расчетов, в Мировой океан ежегодно безвозвратно поступает 543км³ вод. Это происходит за счет усыхания озер суши (7% поступающих вод), сокращения запасов подземных вод (18%) и главным образом за счет уменьшения мощности ледников планеты (75%). В результате происходит подъем уровня Мирового океана со скоростью 1,5 мм в год.

Количество веществ в круговороте не остается постоянным. Например, растет концентрация углекислоты в атмосфере Земли, а баланс кислорода в ней отрицателен кислород образуется со скоростью 1,55· 10⁹ т/год, а расходуется 2,16· 10¹⁰ т/год, то есть расход почти на порядок больше прихода. Запас свободного кислорода в атмосфере оценивается числом 1,18· 10¹⁵ т, поэтому пока убыль кислорода не ощущается, хотя ежегодно она составляет примерно 10^-15 части общего запаса. Однако сам факт отрицательного баланса кислорода после миллионолетнего его положительного сальдо требует к этому процессу пристального внимания. Значительно и увеличение концентрации СО₂ в атмосфере Земли, обусловливающее возникновение (парникового) эффекта: молекулы углекислого газа пропускают к земле коротковолновую солнечную радиацию, но отражают длинные волны инфракрасного излучения, идущие от поверхности Земли и охлаждающие планету.

Оценки скоростей круговоротов веществ различными исследователями сильно отличаются. Более или менее общепризнанны данные для скоростей водообмена (табл.2).

Таблица 2.

Скорость водообмена на Земле

Место водообмена	Скорость водообмена
Мировой океан	2500 лет (полное перемешивание вод - 63 года)
Подземные воды	1400 лет
Почвенная влага	1 год
Полярные ледники и постоянный снежный покров	9700 лет
Ледники горных районов	1600 лет
Подземные льды многолетней мерзлоты	10000 лет
Воды озер	17 лет
Воды болот	5 лет
Воды в руслах рек	16 дней
Влага в атмосфере	8 дней
Вода в организме	несколько часов

Жизнедеятельность человека резко изменяет темпы обмена веществ и увеличивает разомкнутость его циклов.Например, замкнутость циклов оборота фосфора очень велика: глобально около 98%, в тайге даже 99,5%, но в агроценозах с 1900 г. она упала с 80 до 39%. К этому привел смыв фосфора в водоемы, их быстрая эвтрофикация, размножение во многих местах синезеленых водорослей (бактерий-цианей), отравляющих водоемы продуктами своей жизнедеятельности. В отравленной среде не могут жить и сами синезеленые. В результате процесс очищения вод происходит очень медленно. Сама вода не пригодна для питья, в ней нет полезных растений, животных и микроорганизмов. Биологическая деградация сопровождается полным хозяйственным “опустыниванием” — исчезновением хозяйственно ценных объектов промысла.

Крупномасштабное вторжение и массовое размножение организмов в результате того или другого изменения круговорота веществ стало обыденным явлением. В Азовском море в результате его некоторого осоленения (из-за дисбаланса вод моря и речного стока) и загрязнения вод размножились медузы. Их стало многократно больше и в Черном море. У берегов Австралии прожорливая морская звезда “Терновый венец” разрушает коралловые колонии берегового рифа, что угрожает благополучию берегов этого континента.

Биосфера и ее экосистемы никогда не были местом полного равновесия в физическом смысле — состояния покоя. Экологическое равновесие — условное понятие. Длительные бурные изменения в коротком интервале времени принимаются за абсолютный баланс. Такое положение называют квазистационарным состоянием (от лат. guasi — квази — как будто). Это сходно с моментальной фотографией движущегося тела, которое сколь бы быстро ни двигалось, кажется неподвижным.

Создатель современного учения о биосфере В.И.Вернадский исходил из биогеохимической специфики этого образования. Он рассматривал биосферу как сложение трех веществ: живого, биокосного и косного. Живое вещество составляет все ныне живущие организмы планеты. Биокосное вещество — сочетание живого и неживого, образующее то единство, в создании которого участвует живое совместно с неживым, например почва. Наконец, косное вещество — любые неорганические, небиогенные составляющие Земли, “образуемые процессами, в которых живое вещество не участвует”.

Биохимическая концепция биосферы была дополнена экосистемной теорией, геофизическими и другими аспектами рассмотрения глобального целого. Однако понятие о живом веществе остается краеугольным камнем учения о биосфере и значительно позднее появившейся гипотезы “живой Земли” — Геи.

Живое вещество характеризуется определенными свойствами: это огромная свободная энергия; химические реакции, протекающие в тысячи и даже миллионы раз быстрее, чем в других веществах планеты; специфические химические соединения — белки, ферменты и другие соединения, устойчивые в составе живого; возможность произвольного движения — рост или активное перемещение; стремление заполнить все окружающее пространство — “давление жизни”; удивительное разнообразие форм, размеров, химических вариантов и т.п., значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе. Вместе с тем, все живое вещество физико-химически едино. И в этом состоит один из основных законов всего органического мира — закон физико-химического единства живого вещества.

Такое единство связано с тем, что жизнь возникла как единый геохимический поток, отсеченный от всего остального мира асимметричностью молекул живого, их киральной чистотой (греч. xupa — рука) — наличие исключительно объектов, несовместимых со своим зеркальным изображением. Живое имеет одни и те же эволюционные корни, а поэтому характеризуется физико-химическим сродством. С момента возникновения живая материя по-разному реагировала на условия среды и с самого начала стали формироваться таксономические (таксономия: греч. taxis — расположение по порядку + nomos — закон) особенности систематических царств природы: прокариоты, грибы, растения и животные. Их эволюционные стволы разошлись очень рано, и эволюцию живого следует представлять не как ветвистое дерево, а как такой же куст. Все его побеги самостоятельны и отличаются от других, но в то же время происходят от одного начального корня и поэтому едины.

Дата добавления: 2014-11-06