| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
ш.2. Жива речовина, його средообразующне властивості та функції в біосфері |
||
|
Жива речовина. Цей термін введений в літературу В. І. Вернадським. Під ним він розумів сукупність всіх живих організмів, виражену через масу, енергію і хімічний склад. Речовини неживої природи відносяться до відсталим (наприклад, мінерали). У природі, окрім цього, досить широко представлені біокосні речовини, освіту і додавання яких обумовлюється живими і відсталими складовими (наприклад, грунту, води). Жива речовина - основа біосфери, хоча і становить вкрай незначну її частину. Якщо його виділити в чистому вигляді і розподілити рівномірно по поверхні Землі, то це буде шар близько 2 см або вкрай незначна частка від обсягу всієї біосфери, товща якої вимірюється десятками кілометрів. У чому ж причина настільки високої хімічної активності і геологічної ролі живої речовини? 34 Перш за все це пов'язано з тим, що живі організми, завдяки біологічним катализаторам (ферментам), здійснюють, за висловом академіка Л. С. Берга, з фізико -хімічної точки зору щось неймовірне. Наприклад, вони здатні фіксувати у своєму тілі молекулярний а; від атмосфери при звичайних для природного середовища значеннях температури і тиску. У промислових умовах зв'язування атмосферного азоту до аміаку вимагає температури порядку 500 ° С і тиску 300-500 атмосфер. У живих організмах на порядок або кілька порядків збільшуються швидкості хімічних реакцій у процесі обміну речовин. В. І. Вернадський у зв'язку з цим жива речовина назвав надзвичайно активізованою матерією. Властивості живої речовини. До основних унікальним особливостям живої речовини, що обумовлює його вкрай високу средообразующую діяльність, можна віднести наступні: 1. Здатність швидко займати (освоювати) весь вільний простір. В. І. Вернадський назвав це всюдностью життя. Дана властивість дало підставу В. І. Вернадському зробити висновок, що для певних геологічних періодів кількість живої речовини було приблизно постійним (константою). Здатність швидкого освоєння простору пов'язана як з інтенсивним розмноженням (деякі найпростіші форми організмів могли б освоїти всю земну кулю за кілька годин або днів, якби не було факторів, що стримують їх потенційні можливості розмноження), так і зі здатністю організмів інтенсивно збільшувати поверхню свого тіла або утворених ними співтовариств. Наприклад, площа листя рослин, які ростуть на 1 га, становить 8-10 га і більше. Те ж відноситься до кореневих системам. 2. Рух не тільки пасивне (під дією сили тяжіння, гравітаційних сил і т. п.), але і активне. Наприклад, проти течії води, сили тяжіння, руху повітряних потоків і т. п. 3. Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті (включення в кругообіг), зберігаючи при цьому високу фізико-хімічну активність. 4. Висока приспособительная спроможність (адаптація) до різних умов і в зв'язку з цим освоєння не тільки всіх середовищ життя (водної, наземно-повітряної, грунтової, організм-ної), але і вкрай важких за фізико-хімічними параметрами ус 35 ловий. Наприклад, деякі організми виносять температури, близькі до значень абсолютного нуля - 273 ° С, мікроорганізми зустрічаються в термальних джерелах з температурами до 140 ° С, у водах атомних реакторів, в безкисневому середовищі, в льодових панцирах і т. п. 5. Феноменально висока швидкість протікання реакцій. Вона на кілька порядків (в сотні, тисячі разів) значніше, ніж в неживому речовині. Про цю властивість можна судити по швидкості переробки речовини організмами в процесі життєдіяльності. Наприклад, гусениці деяких комах споживають за день кількість їжі, яку в 100-200 разів більше ваги їх тіла. Особливо активні організми-грунтоеди. Дощові черв'яки (маса їхніх тіл приблизно в 10 разів більше біомаси всього людства) за 150-200 років пропускають через свої організми весь однометровий шар грунту. Такі ж явища мають місце в донних відкладеннях океану. Шар донних відкладень тут може бути представлений продуктами життєдіяльності кільчастих хробаків (полихет) і досягати декількох метрів. Колосальну роль по лреобразованію речовини виконують організми, для яких характерний фільтраційний тип харчування. Вони звільняють водні маси від суспензій, склеює їх в невеликі агрегати і облягаючи на дно. Вражають приклади чисто механічної діяльності деяких організмів, наприклад роющих тварин (бабаків, ховрахів та ін.), які в результаті переробки великих мас грунту створюють своєрідний ландшафт. 6. Висока швидкість оновлення живої речовини. Підраховано, що в середньому для біосфери вона становить 8 років, при цьому для суші -14 років, а для океану, де переважають організми з коротким Періодом життя (наприклад, планктон), - 33 дні. У результаті високої швидкості оновлення за всю історію існування життя загальна маса живої речовини, що пройшов через біосферу, приблизно в 12 разів перевищує масу Землі. Тільки невелика частина його (частки відсотка) законсервована у вигляді органичес 36 ких залишків (за висловом В. І. Вернадського, «пішла в геологію»), решта ж включилася в процеси кругообігу. Всі перераховані та інші властивості живої речовини обумовлюються концентрацією в ньому великих запасів енергії. Згідно В. І. Вернадському, з енергетичної насиченості з живою речовиною може змагатися тільки лава, що утворюється при виверженні вулканів. Средообразующей функції живої речовини. Всю діяльність живих організмів у біосфері можна, з певною часткою умовності, звести до декількох основоположним функцій, які дозволяють значно доповнити уявлення про їх перетворюючої біосферному-геологічної ролі. В. І. Вернадський виділяв дев'ять функцій живої речовини: газову, кисневу, окислительную, кальцієву, відновну, концентраційну та інші. В даний час назва цих функцій дещо змінено, деякі з них об'єднані. Ми наводимо їх відповідно до класифікації А. В. Лапо (1987). 1. Енергетична. Пов'язана з запасанием енергії в процесі фотосинтезу, передачею її по ланцюгах харчування, розсіюванням. Ця функція - одна з найважливіших і буде докладніше розглянута в розділі 1У.4 - енергетика екосистем. Енергетична функція живої речовини знайшла відображення в двох біогеохімічних принципах, сформульованих В.И.Вернадским. Відповідно до першого з них геохимическая биогенная енергія прагне в біосфері до максимального прояву. Другий принцип говорить, що в процесі еволюції виживають ті організми, які своїм життям збільшують геохімічну енергію. 2. Газова - здатність змінювати і підтримувати певний газовий склад середовища проживання і атмосфери в цілому. Зокрема, включення вуглецю в процеси фотосинтезу, а потім в ланцюзі харчування обумовлювало акумуляцію його в біогенному речовині (органічні залишки, вапняки і т. п.) У результаті цього йшло поступове зменшення вмісту вуглецю і його сполук, насамперед двоокису (С02) у атмосфері з десятків відсотків до сучасних 0,03%. Це ж відноситься до накопичення в атмосфері кисню, синтезу озону та іншим процесам. З газовою функцією в даний час пов'язують два переломних періоду (точки) у розвитку біосфери. Перша з них відноситься до часу, коли вміст кисню в атмосфері досягла 37 приблизно 1% від сучасного рівня (перша точка Пастера). Це зумовило появу перших аеробних організмів (здатних жити тільки в середовищі, що містить кисень). З цього часу відновні процеси в'біосфере стали доповнюватися окисними. Це сталося приблизно 1,2 млрд. років тому. Другий переломний період у змісті кисню пов'язують з часом, коли концентрація його досягла приблизно 10% від сучасної (друга точка Пастера). Це створило умови для синтезу озону і утворення озонового екрану у верхніх шарах атмосфери, що зумовило можливість освоєння організмами суші (до цього функцію захисту організмів від згубних ультрафіолетових променів виконувала вода, під шаром якої можлива було життя). 3. Окислювально-відновна. Пов'язана з інтенсифікацією під впливом живої речовини процесів як окислення, завдяки збагаченню середовища киснем, так і відновлення насамперед у тих випадках, коли йде розкладання органічних речовин при дефіциті кисню. Відновлювальні процеси зазвичай супроводжуються утворенням і накопиченням сірководню, а також метану. Це, зокрема, робить практично млявими глибинні шари боліт, а також значні придонні товщі води (наприклад, у Чорному морі). Даний процес у зв'язку з діяльністю людини прогресує. 4. Концентраційна-здатність організмів концентрувати у своєму тілі розсіяні хімічні елементи, підвищуючи їх утримання в порівнянні з навколишнім організми середовищем на кілька порядків (по марганцю, наприклад, в тілі окремих організмів - в мільйони разів). 5. Деструктивна - руйнування організмами та продуктами їх життєдіяльності як самих залишків органічної речовини, так і відсталих речовин. Основний механізм цієї функції пов'язаний з кругообігом речовин. Найбільш істотну роль в цьому відношенні виконують нижчі форми життя - гриби, бактерії (деструктори, редуценти). 38 6. Транспортна - перенесення речовини і енергії в результаті активної форми руху організмів. Часто таке перенесення здійснюється на колосальні відстані, наприклад, при міграціях і кочевках тварин. З транспортної функцією значною мірою пов'язана концентрационная роль спільнот організмів, наприклад, в місцях їх скупчення (пташині базари і інші колоніальні поселення). 7. Средообразующая. Ця функція є значною мірою інтегративної (результат спільної дії інших функцій). З нею в кінцевому рахунку пов'язано перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Цю функцію можна розглядати в широкому і більш вузькому планах. У широкому розумінні результатом цієї функції є вся природне середовище. Вона створена живими організмами, вони ж і підтримують у відносно стабільному стані її параметри практично у всіх геосферах. У вужчому плані средообразующая функція живої речовини проявляється, наприклад, в освіті грунтів. В. І. Вернадський, як зазначалося вище, грунт називав біокосні тілом, підкреслюючи тим самим велику роль живих організмів у її створенні та існуванні. Роль живих організмів в утворенні грунтів переконливо показав Ч. Дарвін у праці «Освіта рослинного шару землі діяльністю дощових черв'яків». Відомий вчений В. В. Докучаєв назвав грунт «дзеркалом ландшафту», підкреслюючи тим самим, що вона продукт основного ландшафтообра-зующей елемента - біоценозів і, перш за все, рослинного покриву. Локальна средообразующая діяльність живих організмів і особливо їх спільнот проявляється також у трансформації ними метеорологічних параметрів середовища. Це насамперед належить до спільнот з великою масою органічної речовини (біомасою). Наприклад, у лісових співтовариствах мікроклімат істотно відрізняється від відкритих (польових) просторів. Тут менше добові і річні коливання температур, вище вологість повітря, нижче вміст вуглекислоти в атмосфері на рівні полога, насиченого листям (результат фотосинтезу), і підвищений її кількість в пріпочвенном шарі (наслідок інтенсивно йдуть процесів розкладання органічної речовини на грунті й у верхніх горизонтах грунту). 39 8. Поряд з концентраційної функцією живої речовини виділяється протилежна їй за результатами - рассеивающая. Вона проявляється через трофічну (поживну) і транспортну діяльність організмів. Наприклад, розсіювання речовини при виділенні організмами екскрементів, загибелі організмів при різного роду переміщеннях в просторі, зміні покривів. Залізо гемоглобіну крові розсіюється, наприклад, комахами і т. п. Важлива також інформаційна функція живої речовини, що виражається в тому, що живі організми та їх спільноти накопичують певну інформацію, закріплюють її в спадкових структурах і потім передають наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів. В узагальнюючому вигляді роль живої речовини сформульована геохіміком А. Н. Перельманом у вигляді «Закону биогенной міграції атомів» (В. І. Вернадського): «Міграція хімічних елементів иа земній поверхні і в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, або ж оіа протікає в середовищі, геохімічні особливості якої обумовлені живою речовиною ... »Згідно з цим законом розуміння процесів, що протікають у біосфері, неможливо без урахування біотичних і біогенних факторів. Впливаючи на живе населення Землі, люди тим самим змінюють умови міграції атомів, а отже, впливають на основоположні геологічні процеси.
|
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "ш.2. Жива речовина, його средообразующне властивості та функції в біосфері" |
||
|
||