Биогеохимические функции живого вещества – Биогеохимические функции живого вещества в биосфере.
Биогеохимические функции живого вещества — Мегаобучалка
ПОНЯТИЕ О БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЯХ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРИНЦИПАХ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА
Живое вещество обладает исключительно высокой функциональной активностью, связанной с его способностью к размножению, количественному росту. Это свойство В. И. Вернадский назвал «напором жизни», выделив их в 1928-1931 годах как биогеохимические функции живого вещества. Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, выражаясь в виде геосфер. В планетном масштабе они определяют основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества. По В. И. Вернадскому биогеохимические функции живого вещества в биосфере развиваются в соответствии с 3 биогеохимическими принципами.
1. ^ Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному проявлению. Жизнь стремится заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство. Мы можем наблюдать это, например, на свежей насыпи, когда ее осваивают растения. Когда сукцессия доходит до предельного насыщения ценоза, процесс замедляется, но продолжает идти в эволюционном плане.
2. ^ Эволюция видов идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов в ней. Этот принцип важен для понимания истории жизни, а при переводе на язык практики он означает увеличение продуктивности растений и животных.
3. ^ В течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества, которое существовало в тот или иной момент. Этот принцип важен для понимания современных проблем биосферы. Живое вещество, достигшее качественно новой высшей формы развития -формы человеческого общества, получило возможность существования на всем пространстве земной поверхности. При этом отношения человеческого общества с биосферой также перешли в новую форму: биосфера стала превращаться в ноосферу.
^ ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА
В. И. Вернадский химические проявления живого вещества в биосфере разделил на 5 групп биогеохимических функций.
Газовые
В. И. Вернадский писал, что все газы, образующиеся в биосфере, теснейшим образом связаны своим происхождением с живым веществом, всегда биогенны и изменяются главным образом биогенным путем. Поэтому «атмосфера нашей планеты в ее подавляющей по весу части — есть создание ее жизни, живого вещества, являющегося выражением ее биогеохимической газовой функции, а не астрономическое явление (зависящее в главной своей части от всемирного тяготения) по своему существу».
Среди газовых функций В. И. Вернадский выделил следующие 7, заметив, что этот список далеко не полон, но касается тех функций, которые более или менее хорошо изучены.
1. Кислородно-углекислотная — создается подавляющая масса свободного кислорода на планете. Носителями этой функции являются хлорофилльные зеленые организмы. Выделение кислорода идет только при освещении зеленого вещества солнечными лучами, ночью этот фотохимический процесс прекращается и на смену ему приходит процесс образования угольной кислоты, которую зеленые растения выделяют при дыхании. Именно поэтому эта функция называется кислородно-углекислотной.
Углекислотная (независимая от кислородной) — создается биогенная угольная кислота в результате дыхания животных, жизнедеятельности грибов, бактерий. В то же время эти две функции являются стадиями единого биогеохимического цикла углерода (рис. 5).
^ Озонная и перекисьводородная – генетически связана с жизнью, так как озон и, возможно, перекись водорода — продукты жизни (через кислород, идущий на образование озона и перекиси). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от пагубного действия ультрафиолетового излучения.
Азотная — свободный азот тропосферы создается живым веществом почвы (рис. 6).
Но, может быть, замечает В. И. Вернадский, не меньшее значение имеет биогенная реакция, идущая на поверхности океана, главным образом в планктоне и в саргасовых областях. Считается, что 90% всего естественным путем связываемого азота фиксируется живыми организмами и лишь 10% — за счет фотоэлектрохимических процессов.
5. Углеводородная — сотни и тысячи биогенных газов — углеводородов создаются живым веществом. Все запахи биосферы принадлежат к их числу. В хвойных лесах в солнечные дни количество углеводородов в воздухе достигает нескольких процентов по весу. Роль этих газов в биосфере чрезвычайно велика, но мало изучена. В небольших примесях к тропосфере они уменьшают тепловое лучеиспускание нашей планеты в космическое пространство и охраняют растения от ночного теплоизлучения.
Водная — биогенный круговорот воды. Биогенный характер водной функции не вызывает сомнения. Состояние растительного покрова закономерно связано с влажностью воздуха, содержанием воды в почве и подпочве. Растения высасывают воду из почвы и подпочвы, понижают уровень грунтовых вод и играют основную роль в круговороте воды на нашей планете. Например, 1 га пшеницы испаряет за период развития 3 750 т воды, У вечнозеленых растений, транспирирующих круглый год, расход воды на транспирацию составляет 4-6 тыс.т с 1 га. Но транспирация воды растениями — это только одна стадия биогеохимического цикла воды в биосфере. Расходуемая на фотосинтез вода из гидросферы вновь поступает в нее в процессах транспирации, дыхания и аэробного окисления. Водная биогеохимическая функция живого вещества наиболее ярко выражена в лесах суши, особенно тропических, и сведение лесов ведет к изменению этой биогеохимической функции живого вещества и к перестройке всего биогеохимического круговорота воды в биосфере.
^ 7. Сероводородная и сульфидная функции. Окислительно-восстановительная система сульфаты сульфиды играет большую роль во всех почвах, особенно в условиях щелочной и нейтральной реакции среды. В присутствии органического вещества и при недостатке кислорода система сульфаты ↔ сульфиды при участии микроорганизмов резко сдвигается в сторону сульфидов, развивается процесс восстановления сульфатов до сернистых металлов. Эта реакция протекает в интервале ОВП от +100 до -100 мВ:
Na2SO4 + 2С → Na2S+2СО2.
Под действием углекислоты сернистые металлы разлагаются, образуя бикарбонаты и карбонаты щелочных земель и щелочей:
Na2S+Н2СО3. → Na2CO, + h3S.
Образующийся сероводород уходит в атмосферу, развивается процесс десульфирования или десульфации почвенного раствора, грунтовых или глубинных подземных вод, сопровождающийся постепенным исчезновением сернокислых солей и подщелачиванием раствора. Процессы десульфирования наблюдаются в луговых солончаковатых почвах, хлоридно-сульфатных солончаках, соляных грязях, торфяных болотах, в донных отложениях застойных водоемов, на полях орошаемого риса при их длительном затоплении стоячей водой.
Доступ кислорода и снижение уровня грунтовых вод в период просыхания переувлажненных почв вызывают сдвиг окислительно-восстановительной системы в обратном направлении. Интенсивно развиваются окислительные процессы, причем как в результате чисто химических реакций, так и под воздействием микроорганизмов. В результате в почвах и грунтах образуются соединения серы, окисляемые в дальнейшем до серной кислоты и сульфатов. Часть серы из системы утрачивается в виде сероводорода, поэтому полной обратимости реакции окисления-восстановления нет.
Таким образом, биогенное образование сероводорода является важнейшим звеном биогеохимического цикла серы в биосфере. Превращение органической серы животными и бактериями в конечный продукт — сероводород — и восстановление минеральной серы бактериями в процессе десульфофикации в сероводород — две стадии сероводородной функции живых организмов. По оценке Робинсона и Робинсона (Robinson, Robinson, 1968), биогенное образование серы в составе сероводорода на континентах и в океанах достигает соответственно 68 хЮ12 и 30 хЮ12 г/год.
Концентрационные
Концентрационные функции проявляются в способности живых организмов накапливать химические элементы. Концентрация организмами химических элементов для построения своих тел есть, по выражению В. И. Вернадского, «наиболее яркое проявление вещественного характера в явлениях жизни». Именно концентрация создает совокупность живых организмов, т.е. живое вещество. В составе животных и растительных тканей находится большое количество химических элементов, избирательно поглощаемых живым веществом из рассеянного состояния. Это приводит к резко выраженной аккумуляции химических элементов в осадочных породах и в гумусовых горизонтах почв. Скопление в осадочных толщах углей, лигнитов, горючих сланцев, фосфоритов, известняков начало проявляться лишь тогда, когда жизнь на Земле достигла высокого уровня развития.
Все разнообразие концентрационных функций живого вещества В. И. Вернадский свел к двум большим группам: концентрационные функции I рода и концентрационные функции II рода.
^ Концентрационные функции I рода — живым веществом из окружающей среды захватываются те химические элементы, соединения которых встречаются в теле всех без исключения живых организмов (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe-всего 14 элементов).
^ Концентрационные функции II рода — наблюдается концентрация определенных химических элементов, которые могут в других живых организмах не встречаться или находиться в низких пределах. Например, водоросли-ламинарии накапливают в себе йод до 1 %, т. е. в количествах, в миллион раз превосходящих содержание этого элемента в окружающей среде. Столь же велика способность голотурий к накоплению ванадия.
Окислительно-восстановительные
В. И. Вернадский различал две противоположные биогеохимические функции этой группы. В природе они находятся в известной корреляции и тесно связаны с историей свободного кислорода.
а) окислительная — окисляются более бедные кислородом соединения (в почве, в коре выветривания, в гидросфере): соли, закиси Fe, Mn, нитриты, дитионаты, h3S, N2 и т.д. Окислительная функция выполняется весьма древними по происхождению организмами – бактериями, преимущественно гетеротрофами;
б) восстановительная — выражена для сульфатов при переходе их в h3S, FeS, FeS2. Выполняется специфическими бактериями и грибами, обуславливающими развитие реакций десульфирования, денитрификации, с образованием сероводорода, окислов азота, сернистых металлов, метана, водорода.
Большинство известных и возможных окислительно-восстановительных систем в почвах изучены недостаточно. Н. Г. Зырин и Д.С. Орлов (1964) перечисляют окислительно-восстановительные системы, которые чаще других встречаются в почвах: Fe+3–Fe+2; CO2–Ch5; NO3–NО2–Nh4; SO4–h3S; PO4–Ph4; Mn+2–Mn+3–Mn+4; Cu+–Cu+2; Co+2–Со+3. Во многих случаях переход ионов в низковалентные формы способствует повышению их геохимической подвижности. Так, двухвалентные формы ионов железа и марганца значительно более подвижны, чем высоковалентные. Низко валентные соединения азота и серы отличаются летучестью. Однако для урана, ванадия, молибдена, хрома наиболее растворимыми и геохимически подвижными являются высоковалентные окисленные формы. Это приводит к существенным различиям в почвенной и геохимической истории элементов, обуславливая дифференциацию их во времени и пространстве.
Биохимические
Эта группа функций резко отличается от остальных тем, что центр ее действия находится не во внешней среде, а внутри организмов и теснейшим образом связан с биохимическими процессами построения организма и смерти. Именно эти функции наиболее ярко характеризуют резкое различие химического проявления живого вещества по сравнению с косной материей. По В. И. Вернадскому, биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две:
/ биохимическая — связана с питанием, дыханием, размножением организмов.
// биохимическая — связана с постмортальным разрушением тел живых организмов. При этом происходит ряд биохимических превращений: живое тело -биокосное — косное.
^ Биогеохимические функции человека
Связаны с биогенной миграцией атомов, многократно усиливающейся под влиянием деятельности человека, его разума, созданной им техники. В. И. Вернадский смысл этого понятия раскрыл в своей работе «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения»: •«Биогеохимические функции человечества так же, как и других многоклеточных организмов, проявляются, прежде всего, в биогенной миграции атомов 2-го рода, но создаваемая этим путем энергия отходит на второй план перед той биогенной миграцией атомов 3-го рода, о которой сейчас идет речь. Отличие человека в этих проявлениях его жизни на косной и живой природе несравнимо по разнообразию и глубине захвата всех элементов с тем, что мы наблюдаем для других живых существ… Биогеохимическая функция человека является, таким образом, новой геологической силой, которая никогда не существовала на нашей планете в таком размере».
По расчетам Ф. Я. Шипунова (1971), на расход, связанный с техникой жизни, приходится основная часть современного расхода вещества на планете — примерно 97%. А это значит, что человек и техника в принципе способны изменить все вещество биосферы, а также и вещество Земли. Возрастающее воздействие человечества на биосферу и ее окружение В. И. Вернадский рассматривал с точки зрения биогеохимического эффекта, т.е. как проявления биогенной миграции атомов 2-го и 3-го рода. Рассматривая с этой точки зрения деятельность человечества в биосфере, Ф. Я. Шипунов выделил ряд наиболее важных групп биогеохимических функций человека: газовые, водные, пылевые, нефтяные, тяжело металлические, хлор-углеводородные и легко летучие органические. Антропогенное поступление веществ в биосферу, связанное с этими функциями человека, составляет от долей процента до десятков и даже сотен и тысяч процентов от природного их поступления. Более того, в биосфере возникли и такие биогеохимические функции человека, которые в естественных ее условиях проявлялись незначительно или отсутствовали совсем. Отличительная особенность многих биогеохимических функций человека — их чужеродность биосфере, поэтому с ними связана нецикличность антропогенных веществ, которая проявляется как их неразлагаемость, синергизм, токсичность и, в конечном счете, подавление естественных биогеохимических функций живого вещества.
megaobuchalka.ru
7.2.3. Биохимические функции живого вещества
Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:
Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.
Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.
Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.
Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.
Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:
Газовые функции
Концентрационные функции
Окислительно-восстановительные функции
Биохимические функции
Биогеохимические функции
Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере66.
7.2.4. Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы
3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь — созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных — с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов68.
Низшие организмы — не какой-то случайный пережиток прошлого, они — необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные69.
Если выразить
отдельно биогеохимическую энергию
размножения и роста одноклеточных и
биогеохимическую энергию размножения
и роста многоклеточных, получаются
величины несравнимые. Одноклеточные
доминировали на нашей планете до
последнего времени. На наших глазах это
явление начинает меняться в нашу
психозойскую эру, когда человек овладел
новой биогенной миграцией атомов
третьего рода, идущей под влиянием его
жизни, воли, разума в окружающей среде.
В жизни каждого живого организма есть
проявление этой формы биохимической
энергии
Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:
Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.
Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
В биогеохимических
функциях первого и второго рода мы
впервые встречаемся в яркой форме с
резким отличием косного и живого вещества
в ходе геологического времени. В то
самое время как живое вещество, охваченное
эволюционным процессом, меняется до
неузнаваемости в своих формах и даёт
миллионы новых видов организмов и
множество новых химических соединений,
косная материя планеты остаётся инертной,
неподвижной и по характеру происходящих
изменений только в эоны веков закономерно
меняет свой атомный состав закономерным
радиоактивным процессом. В геологическое
время она практически остаётся неизменной
в своём морфологическом характере. В
связи с этим биохимические функции
могут быть сведены ко второму
биогеохимическому принципу. Он указывает,
что эволюция видов в ходе геологического
времени, приводящая к созданию форм
жизни, устойчивых в биосфере, идёт в
направлении, увеличивающем биогенную
миграцию атомов биосферы
studfiles.net
7.2.3. Биохимические функции живого вещества
Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:
Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.
Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.
Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.
Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.
Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:
Газовые функции
Концентрационные функции
Окислительно-восстановительные функции
Биохимические функции
Биогеохимические функции
Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере66.
7.2.4. Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы
Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского гласит — «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории»67.
3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь — созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных — с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов68.
Низшие организмы — не какой-то случайный пережиток прошлого, они — необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные69.
Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии70.
Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:
Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.
Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени. В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом. В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы71.
studfiles.net
Основные биогеохимические функции живого вещества
Количество просмотров публикации Основные биогеохимические функции живого вещества — 595
Специфические свойства и особенности живого вещества
Основные свойства и функции живого вещества
С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции.
Живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии.
Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее).
Отличительнойособенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты, нуклеиновые кислоты – устойчивы в живых организмах.
Произвольное движение,в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.
Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое.
Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах.
Энергетическая функция состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В корне этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция (накопление) солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счёт накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на земле.
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, метан и др.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота͵ кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.
Окислительно-восстановительная функция состоит в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.). При этом на поверхности земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Деструктивная функция обусловливается процессами, связанными с разложением организмов после их смерти, когда происходит минерализация органического вещества, ᴛ.ᴇ. превращение живого вещества в косное. В результате образуются биогенные и биокосные вещества биосферы.
Средообразующая функция состоит в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. Не только организмы приспосабливаются к среде обитания, но и среда изменяется в результате жизнедеятельности организмов.
Транспортная функция — ϶ᴛᴏ осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество – единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, предопределяющий обратное перемещение вещества – снизу вверх, из океана – на континент, реализующий, восходящую ветвь биохимических циклов.
referatwork.ru
Функции живого вещества — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).
Живое вещество играет огромную роль в развитии нашей планеты. К такому выводу пришел русский ученый В. И. Вернадский, исследовав состав и эволюцию земной коры. Он доказал, что полученные данные не могут быть объяснены лишь геологическими причинами, без учёта роли живого вещества в геохимической миграции атомов.
Начиная с момента зарождения, жизнь постоянно развивается и усложняется, оказывая воздействие на окружающую среду, изменяя её. Таким образом, эволюция биосферы протекает параллельно с историческим развитием органической жизни.
Время жизни на Земле измеряется примерно 6–7 миллиардами лет. Возможно, что примитивные формы жизни появились еще раньше. Но первые следы своего пребывания они оставили 2,5–3 млрд лет назад. С этого времени произошли коренные изменения поверхности планеты и сформировалось до 5 млн видов животных, растений и микроорганизмов. На Земле возникло живое вещество, заметно отличающееся от неживой материи.
Развитие жизни привело к появлению новой общепланетной структурной оболочки биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества.
Биосфера — не только сфера распространения жизни, но и результат её деятельности.
Особое место среди живых организмов заняли растения, потому что они обладают способностью к фотосинтезу. Они продуцируют практически все органическое вещество на планете (растений насчитывается почти 300 тыс. видов).
Функции живого вещества
В. И. Вернадский дал представление об основных биогеохимических функциях живого вещества:
1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием.
Эта функция — одна из важнейших. В её основе лежит процесс фотосинтеза, в результате которого происходит аккумуляция солнечной энергии и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы.
Биосферу можно сравнить с огромной машиной, работа которой зависит от одного решающего фактора — энергии: не будь её, все немедленно остановилось бы.
В биосфере роль основного источника энергии играет солнечное излучение.
Биосфера аккумулирует энергию, приходящую из Космоса на нашу планету.
Живые организмы не просто зависят от лучистой энергии Солнца, они выступают как гигантский аккумулятор (накопитель) и уникальный трансформатор (преобразователь) этой энергии.
Это происходит следующим образом. Растения-автотрофы (и микроорганизмы-хемотрофы) создают органическое вещество. Все остальные организмы планеты — гетеротрофы. Они используют созданное органическое вещество в пищу, что приводит к возникновению сложных последовательностей синтеза и распада органических веществ. Это-то и является основой биологического круговорота химических элементов в биосфере.
Стало быть, живые организмы есть важнейшая биохимическая сила, преобразующая земную кору.
Миграция и разделение химических элементов на земной поверхности, в почве, в осадочных породах, атмосфере и гидросфере осуществляются при непосредственном участии живого вещества. Поэтому в геологическом разрезе живое вещество, атмосфера, гидросфера и литосфера — это взаимосвязанные части единой, непрерывно развивающейся планетарной оболочки — биосферы.
2. Газовая функция — способность изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.
Преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение.Пример:
Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза.
3. Концентрационная функция — способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на несколько порядков.
Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы.
Пример:
Среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях.
Результат концентрационной деятельности — залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.
4. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода.
Пример:
Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море).Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах.
5. Деструктивная функция — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности 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 функция — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.
Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочёвках 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 функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций).
С ней в конечном счете связано преобразование физико-химических параметров среды. Подробнее о ней см. в разделе «Средообразующая роль живых организмов».
Источники:
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. 9 класс // ДРОФА
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10-11 класс // ДРОФА
http://ecodelo.org
http://lib4all.ru/base/B3337/B3337Content.php
www.yaklass.ru
5 Основные свойства и функции живого вещества
С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции.
Специфические свойства и особенности живого вещества:
• Живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии.
Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее).
Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения — белки, ферменты и др. — устойчивы только в живых организмах.
Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.
Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Известно свыше 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества, в то время как количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет около 2 тыс., т. е. на три порядка меньше.
Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах. Величина самых мелких вирусов не превышает 20 нм (1 нм = 10~9м), самые крупные животные — киты — достигают 33 м в длину, самое большое растение — секвойя — 100 м в высоту.
Основные биогеохимические функции живого вещества:
Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция (накопление) солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.
Транспортная функция — это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество — единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх (из океана — на континенты, реализующий тем самым «восходящую» ветвь биогеохимических циклов).
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.) При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.
Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. В.И. Вернадский писал: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».
6
studfiles.net
8.5. Геохимические функции живого вещества. Биосфера и человек
Появление и эволюция жизни на нашей планете привели к формированию биосферы.
Биосфера – это та область Земли, где существует или существовала жизнь и которая подвергается или подвергалась ее воздействию.
Биосфера представляет единство живых организмов и неорганических составных частей, которое проявляется в биогенной миграции атомов осуществляется за счет энергии солнечного излучения. Термин «биосфера» был предложен австралийским ученым Э. Зюссом (1873). Несколько десятилетий спустя В.И. Вернадский создал учение о биосфере, показав, что живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной биогеохимической силой, влияющей на геологические процессы.
Среды обитания живого сосредоточены в литосфере (верхняя часть поверхности земной коры), в гидросфере (океаны, моря, реки, озера) и в нижних слоях атмосферы (тропосфере). Верхний предел жизни биосферы ограничен озоновым экраном на высоте 20 – 25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра исключает существование жизни. Нижняя граница биосферы опускается до 3 км ниже поверхности суши и на 1 – 2 км ниже дна океана.
По В.И. Вернадскому, в состав биосферы входят типы веществ:
— живое вещество – живые организмы, населяющие нашу планету (0,01% от массы всей биосферы).
— косное вещество – неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения).
— биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов (известняки, мел, нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).
— биокосное вещество – биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания).
— радиоактивное вещество.
— вещество космического происхождения.
Распределение жизни в биосфере отличается крайней неравномерностью. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана, высоко в горах, тогда как в других участках биосферы чрезвычайно обильна и разнообразна. Наиболее высока концентрация живого вещества на границах раздела основных сред – экотон – в почве, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и, особенно, на литорали, в лиманах и эстуариях рек. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал «пленками жизни».
По видовому составу на Земле преобладают животные (более 2 млн. видов) над растениями (0,5 млн.). В то же время запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.
Биологическое разнообразие – основа устойчивости живой природы. Оно создает взаимодополняемость и взаимозаменяемость видов в биоценозах, обеспечивает регуляцию численности и самовосстановительные способности сообществ и экосистем.
Основные функции живого вещества:
1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе.
2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.
3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов.
4. Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов.
5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как остатков органического вещества, так и косных веществ.
6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.
7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды.
8. Рассеивающая – рассеивание веществ в окружающей среде.
9. Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям.
10. Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности.
Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Основой самоподдержания жизни на Земле являются биогеохимические круговороты.
1. Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) – круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.
2. Биогеохимический круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов.
— круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота).
— круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).
3. Антропогенный круговорот (обмен) – круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека.
В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу.
Ноосфера – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным фактором ее развития.
Признаки превращения биосферы в ноосферу:
1. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (полезных ископаемых).
2. Массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (нефти, газа и пр.).
3. Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека.
4. Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших (пластмассы и др.).
5. Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов (плутоний и др.).
6. Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с НТР.
Превращение биосферы в ноосферу является естественным этапом развития нашей планеты и необходимым условием для развития цивилизации. Для преодоления экологических проблем необходимо рассмотрение окружающей среды, человека и общества как единой системы. Развитие цивилизации должно идти не за счет разрушения природы, а в устойчивой гармонии с нею.
studfiles.net