БИЛЕТ. ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ. РОЛЬ в ФОРМИРОВАНИИ БИОСФЕРЫ

Живое вещество планеты. Функции живого вещества

Учение о живом веществе является одним из центральных звеньев концепции биосферы. Исследуя процессы миграции ато­мов в биосфере, В.И. Вернадский подошел к вопросу о генезисе (происхождении, возникновении) химических элементов в зем­ной коре, а после этого и к необходимости объяснить устойчи­вость соединений, из которых состоят организмы. Анализируя проблему миграции атомов, он пришел к выводу, что «нигде не существуют органические соединения, независимые от живого вещества». «Под именем живого вещества, - писал Вернадский в 1919 г., - я буду подразумевать всю совокупность всех организ­мов, растительности и животных, в том числе и человека. С геохи­мической точки зрения, эта совокупность организмов имеет зна­чение только той массой вещества, которая ее составляет, ее хи­мическим составом и связанной с ней энергией. Очевидно, толь­ко с этой точки зрения, имеет значение живое вещество и для поч­вы, так как, поскольку мы имеем дело с химией почв, мы имеем дело с частным проявлением общих геохимических процессов».

Тогда же ученый впервые высказал мысль о совместном нахождении химических элементов в живом веществе, кото­рое определяется биологическими свойствами организмов, а не химическими свойствами элементов. К основным таким элементам Вернадский относил С, О, Н, N, S, Р, С1, К, Mg, Ca, Na, Fe, к которым обычно присоединяют еще Si, Mn, F, J, Со, В, Ва, Sr, Pb, Zn, Ag, Br, V и т. д. В живом организме всегда со­держится не менее 20 - 25 химических элементов, эти элемен­ты оказываются вместе после гибели живого в исключительно малых объемах, высоких концентрациях и в соотношениях, которые определяет жизнь.

Итак, живое вещество биосферы - это совокупность всех ее живых организмов. Главное предназначение живого вещества и его неотъемлемый атрибут - накопление свободной энергии в биосфере. Обычная биогеохимическая энер­гия живого вещества производится прежде всего путем раз­множения.

Научные идеи В.И. Вернадского о живом веществе, о кос-мичности жизни, о биосфере и переходе ее в новое качество -ноосферу - своими корнями уходят в XIX - начало XX в., ког­да философы и естествоиспытатели предприняли первые по­пытки осмыслить роль и задачи человека в общей эволюции Земли. Именно их усилиями человек начал свое продвижение к вершинам естественной эволюции живого, постепенно зани­мая экологическую нишу, отведенную ему природой.

В 30-е гг. XX в. В.И. Вернадский из общей массы живого вещества выделяет человечество как его особую часть. Такое обособление человека от всего живого стало возможным по трем причинам.

Во-первых, человечество является не производителем, а потребителем биогеохимической энергии. Такой тезис требо­вал пересмотра геохимических функций живого вещества в биосфере.

Во-вторых, масса человечества, исходя из данных демогра­фии, не является постоянным количеством живого вещества.

В-третьих, его геохимические функции характеризуются не массой, а производственной деятельностью. Характер усво­ения человечеством биогеохимической энергии определяется разумом человека. С одной стороны, человек - это кульмина­ция бессознательной эволюции, «продукт» спонтанной дея­тельности природы, а с другой - зачинатель нового, разумно направленного этапа самой эволюции.

Какие же характерные особенности присущи живому ве­ществу? Прежде всего, это огромная свободная энергия. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т.е. энергия живого вещества биосферы, увеличилась во много раз и продолжает расти, ибо живое вещество перерабатывает энергию солнечных излучений, атомную энергию радиоактив­ного распада и космическую энергию рассеянных элементов, приходящих из нашей Галактики. Живому веществу присуща также высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с веществом неживым, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы раз медленнее. Например, некото­рые гусеницы в сутки могут переработать пищи в 200 раз больше, чем весят сами, а одна синица за день съедает столько гусениц, сколько весит сама.

Для живого вещества характерно то, что слагающие его хи­мические соединения, главнейшими из которых являются белки, устойчивы только в живых организмах. После завер­шения процесса жизнедеятельности исходные живые органи­ческие вещества разлагаются до химических составных частей.

Живое вещество существует на планете в форме не­прерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся генетически связано с живым веществом прошлых эпох. Это - главная структурная единица биосферы, определяющая все другие процессы поверхности земной ко­ры. Для живого вещества характерно наличие эволюционного процесса. Генетическая информация любого организма за­шифрована в каждой его клетке. При этом клеткам изначаль­но предначертано быть самими собой, за исключением яйце­клетки, из которой развивается целый организм.

В.И.Вернадский отмечал, что живые организмы планеты -это наиболее постоянно действующая и могущественная по своим конечным последствиям химическая сила. Он указы­вал, что живое вещество неотделимо от биосферы, является ее функцией и одновременно «одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты». Круговорот отдельных веществ В.И.Вернадский назвал биогеохимическими цикла­ми. Эти циклы обеспечивают важнейшие функции живого ве­щества в целом. Ученый выделил пять таких функций.

Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями, выделяющими кислород в процессе фотосинтеза, а также всеми растениями и животными, выделяющими углекислый газ в ре­зультате дыхания. Происходит также круговорот азота, связан­ного с деятельностью микроорганизмов. 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.

Основные газовые фунции, по В.И.Вернадскому, следующие.

■Кислородно-углекислотная, носителем которой являют­ся хлорофилльные растения. Ими создается подавляющая масса кислорода на планете. Из-за того что ночью фотохими­ческий процесс прекращается, а на смену ему приходит про­
цесс образования углекислоты, эта функция называется кислородно-углекислотной.

■Углекислотная (отдельная от кислородной). В результате жизнедеятельности животных, грибов и бактерий создается биогенная углекислота.

■Озонная и перекисьводородная. В.И.Вернадский считал, что озон и перекись водорода являются продуктами жизни (через кислород, идущий на образование озона и перекиси). Озон, образуясь из биогенного кислорода, защищает биосферу от губительного ультрафиолетового излучения.

■Азотная. В.И.Вернадский полагал, что свободный азот атмосферы создается живым веществом почвы.

■Углеводородная. Биогенные газы - углеводороды - соз­даются живым веществом. Их роль в биосфере очень велика, но мало изучена.

■Водная, проявляющаяся в биогенном круговороте воды. Биогенная роль водной функции проявляется в том, что сос­тояние растительного покрова самым тесным образом связано с влажностью воздуха, содержанием воды в почве и подпочве. Наиболее ярко она выражена в лесах суши, сведение которых ведет к изменению и перестройке всего биогеохимического круговорота воды в биосфере.

■Сероводородная и сульфидная функции. Проявляются в действии окислительно-восстановительной системы. Они иг­рают большую роль во всех почвах, особенно в условиях ще­лочной и нейтральной реакции среды. В присутствии органи­ческого вещества и при недостатке кислорода в почве через
цепь химических реакций образуется сероводород, который уходит в атмосферу. Система сульфаты<-»сульфиды сдвигается в сторону сульфидов. При этом развивается процесс десульфирования или десульфации почвенного раствора, грунтовых или глубинных подземных вод. В результате наблюдается
постепенное исчезновение из почвы сернокислых солей и подщелачивание раствора. Такие процессы характерны для луго­вых солончаковых почв, торфяных болот, донных отложений застойных водоемов, нолей орошаемого риса.

В период просыхания переувлажненных почв наблюдается снижение доступа кислорода и уровня грунтовых вод. В связи с этим происходит сдвиг окислительно-восстановительной сис­темы в другую сторону, в результате чего развиваются окисли­тельные процессы. В почвах и фунтах образуются соединения серы, окисляемые в дальнейшем до серной кислоты и сульфа­тов. Часть серы из системы утрачивается в виде сероводорода.

Таким образом, образование сероводорода является след­ствием биогенной деятельности животных и бактерий почвы. Превращение органической серы бактериями и животными в конечный продукт - сероводород и восстановление минеральной серы бактериями в процессе десульфирования в сероводо­род - две стадии сероводородной функции живых организмов.

Концентрационная функция. Проявляется в способности живых организмов накапливать в своих телах многие хими­ческие элементы (на первом месте стоит углерод, среди метал­лов - кальций). Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов - характерная особенность живого вещества. Например, морские организмы активно накаплива­ют микроэлементы, тяжелые металлы (ртуть, свинец, мы­шьяк), радиоактивные элементы.

В.И.Вернадский различал:

1) концентрационные функции I рода, когда живым веществом из окружающей среды концентрируются те химические элементы, которые содержатся во всех без исключениях орга­низмах (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe);

2)концентрационные функции II рода, когда наблюдается накопление химических элементов, которые в живых организ­мах не встречаются или могут встречаться в очень малых ко­личествах. Например, голотурии способны накапливать вана­дий. Дождевые черви могут накапливать цинк, медь, свинец и
кадмий в своих тканях. Водоросли рода ламинария накапливают в себе йод.

Окислительно-восстановительная функция. Выража­ется в химических превращениях веществ в процессе жизне­деятельности организмов. В результате этого образуются со­ли, оксиды, новые вещества. С данной функцией связано фор­мирование железных и марганцевых руд, известняков и т.п.

Биохимическая функция. Определяется как размноже­ние, рост и перемещение в пространстве живого вещества. Все это приводит к круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции.

В.И.Вернадский выделял биохимическую функцию, ко­торая связана с питанием, дыханием и размножением орга­низмов, и II биохимическую функцию, которая связана с раз­рушением тел живых организмов после их смерти. При этом происходит ряд биохимических превращений: живое тело -» биокосное -> косное.

Функция биогеохимической деятельности человека. Связана с биогенной миграцией атомов, многократно усили­вающейся под влиянием хозяйственной деятельности челове­ка и его разума. Человек в ходе хозяйственной деятельности разрабатывает и использует для своих нужд большое количес­тво веществ земной коры, в том числе таких, как уголь, газ,нефть, торф, сланцы, многие руды. Одновременно происходит антропогенное поступление в биосферу чужеродных веществ в количествах, превышающих допустимое значение. Это при­вело к кризисному противостоянию человека и природы. Главной причиной надвигающегося экологического кризиса считается технократическая концепция, рассматривающая биосферу, с одной стороны, как источник физических ресур сов, с другой - как сточную трубу для удаления отходов.