Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Жива речовина біосфери
|
|
Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку часто називають також біотою. Поняття «жива речовина» ввів у науку В. І. Вернадський і розумів під ним сукупність усіх живих організмів планети.
Функції живої речовини. Використовуючи прямо й непрямо сонячну енергію, жива речовина створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично впорядкованіші сполуки — вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та інші — або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окислює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки.
♦ Наприклад, бактерії однієї з груп — залізобактерії — дістають необхідну для життя енергію за рахунок окиснення двовалентного заліза до тривалентного. При цьому в процесі утворення 1 г біомаси цих бактерій відбувається окиснення до 500 г солей двовалентного заліза. Кінцеві продукти — солі тривалентного заліза — відкладаються навколо бактеріальної клітини й утворюють так звану болотну руду. Саме з болотної руди за часів Київської Русі виплавляли чавун.
На прикладі залізобактерій ми простежуємо кілька функцій живої речовини: • окиснення; • концентрація; • перерозподіл хімічних елементів.
Кількість живої речовини. Суха маса живої речовини оцінюється в 2—3 трлн т — приблизно в мільярд разів менше за масу Землі. Проте жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса, тобто маса рослин, — щодня. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між біотою та зовнішнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу живих організмів. Образно кажучи, ми п'ємо воду, що колись входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо повітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.
Основні властивості живої речовини:
• високоорганізована внутрішня структура;
• здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;
• здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього,
якщо ці коливання сумісні з життям;
• здатність до самовідтворення шляхом розмноження.
Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць — організмів (індивідів), які, своєю чергою, групуються вбільш або менш дискретні одиниці існування матерії — види.
Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця програма реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначаються генотипом, називається фенотипом. За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармонійних відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Отже, втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.
Жива речовина по своїй масі займає незначну частку в порівнянні з будь-який з верхніх оболонок земної кулі. За сучасними оцінками, загальна кількість маси живої речовини в наш час становить 2420 млрд т. Цю величину можна порівняти з масою оболонок Землі, в тій чи іншій мірі охоплених біосферою (табл. 2).
Таблиця 2
| Підрозділи біосфери | Маса, т | Порівняння |
| Жива речовина Атмосфера Гідросфера Земная кора | 2, 4.1012 5, 15.1015 1, 5.1018 2, 8.1019 | 602 500 1 670000 |
При оцінці середнього хімічного складу живої речовини, за даними А. П. Виноградова (1975), В. Лархер (1978) та ін. Головні складові частини живої речовини - це елементи, широко поширені в природі (атмосфера, гідросфера, космос): водень, вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка (табл. 2.3, рис. 2.5).
Таблиця 3
Елементарний склад зоряної і сонячної речовини в порівнянні з вмістом рослин і тварин
| Хімічний елемент | Вміст, % | |||
| Зоряна речовина | Сонячна речовина | Рослини | Тварини | |
| Гідроген (Н) | 81, 76 | 87, 00 | 10, 0 | 10, 00 |
| Гелій (Не) | 18, 17 | 12, 90 | — | |
| Нітроген (N) | 0, 28 | 3, 00 | ||
| Карбон (С) | 0, 33 | 0, 33 | 3, 00 | 18, 00 |
| Магній (Мg) | 0, 08 | 0, 05 | ||
| Оксиген (0) | 0, 03 | 0, 25 | 79, 00 | 65, 00 |
| Кремній (Si) | ||||
| Сірка (S) | 0, 01 | 0, 04 | 0, 15 | 0, 254 |
| Ферум (Fe) | ||||
| Інші елементи | 0, 001 | 0, 04 | 7, 49 | 3, 696 |
Жива речовина біосфери складається з найбільш простих і найбільш поширених в космосі атомів.
Середній елементарний склад живої речовини відрізняється від складу земної кори високим вмістом вуглецю. За змістом інших елементів живі організми не повторюють вміст середовища свого проживання. Вони вибірково поглинають елементи, необхідні для побудови їх тканин.
У процесі життєдіяльності організми використовують найбільш доступні атоми, здатні до утворення стійких хімічних зв'язків. Як вже було зазначено, водень, вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка є головними хімічними елементами земної речовини. Їх атоми створюють в живих організмах складні молекули в поєднанні з водою і мінеральними солями. Ці молекулярні споруди представлені вуглеводами, ліпідами, білками і нуклеїновими кислотами. Перераховані частини живої речовини знаходяться в організмах у тісній взаємодії. Навколишній світ живих організмів біосфери являє собою поєднання різних біологічних систем різної структурної впорядкованості та різного організаційного становища. У зв'язку з цим виділяють різні рівні існування живої речовини - від великих молекул до рослин і тварин різних організацій.
1. Молекулярний (генетичний) - найнижчий рівень, на якому біологічна система проявляється у вигляді функціонування біологічно активних великих молекул - білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів. З цього рівня спостерігаються властивості, характерні виключно для живої матерії: обмін речовин, що протікає при перетворенні променистої і хімічної енергії, передача спадковості за допомогою ДНК і РНК. Цьому рівню властива стійкість структур в поколіннях.
2. Клітинний - рівень, на якому біологічно активні молекули поєднуються в єдину систему. Відносно клітинної організації всі організми підрозділяються на одноклітинні і багатоклітинні.
3. Тканинний - рівень, на якому поєднання однорідних клітин утворює тканину. Він охоплює сукупність клітин, об'єднаних спільністю походження і функцій.
4. Органний - рівень, на якому кілька типів тканин функціонально взаємодіють і утворюють певний орган.
5. Організменний - рівень, на якому взаємодія ряду органів зводиться в єдину систему індивідуального організму. Представлений певними видами організмів.
6. Популяційно-видовий, де існує сукупність певних однорідних організмів, пов'язаних єдністю походження, способом життя й місцем проживання. На цьому рівні відбуваються елементарні еволюційні зміни в цілому.
7. Біоценоз і біогеоценоз (екосистема) - вищий рівень організації живої матерії, який об'єднує різні за видовим складом організми. В біогеоценозах вони взаємодіють один з одним на певній ділянці земної поверхні з однорідними абіотичними факторами.
8. Біосферний - рівень, на якому сформувалася природна система найбільш високого рангу, яка охоплює всі прояви життя в межах нашої планети. На цьому рівні відбуваються всі кругообіги речовини в глобальному масштабі, пов'язані з життєдіяльністю організмів. За способом живлення жива речовина поділяється на автотрофні, гетеротрофні організми.
Автотрофами (від грец. Autos - сам, trof- годуватися, харчуватися) (продуценти) - організми, що створюють органічну речовину з води, вуглекислого газу й мінеральних солей, використовуючи для цього сонячну енергію (наприклад, зелені рослини).
Автотрофи підрозділяються на фотоавтотрофи і хемоавтотрофи. Фотоавтотрофи використовують як джерело енергії сонячне світло, хемоавтотрофи використовують енергію окислення неорганічних речовин.
До автотрофних організмів відносяться водорості, наземні рослини, бактерії, здатні до фотосинтезу, а також деякі бактерії, здатні окисляти неорганічні речовини (хемоавтотрофи). Автотрофи є первинними продуцентами органічної речовини в біосфері.
Гетеротрофи (від грецького geter - інший) (консументи) - організми, що отримують життєву енергію, харчуючись рослинами та іншими тваринами. Гетеротрофи здатні розкладати всі речовини, утворені автотрофами. Це травоїдні тварини, хижаки паразити, хижі рослини та гриби.
Редуценти – організми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук – води, вуглекислого газу й мінеральних солей, замикаючи кругообіг речовин у біосфері.