Жива материябиосфера, нейните характеристики

В. И. Вернадски пише: „Няма химическа сила на земната повърхност, която да действа по-непрекъснато и следователно по-мощна в крайните си последствия от живите организми, взети заедно.“

Учението за живата материя е една от централните връзки на концепцията за биосферата. Изследвайки процесите на миграция на атоми в биосферата, V.I. Вернадски подхожда към въпроса за генезиса (произход, възникване) химически елементив земната кора, а след това и до необходимостта да се обясни устойчивостта на съединенията, които изграждат организмите. Анализирайки проблема с миграцията на атомите, той стигна до извода, че „няма органични съединения, независимо от живата материя." „Под името на живата материя“, пише В. И. Вернадски през 1919 г., „ще имам предвид цялата съвкупност от всички организми, растителност и животни, включително хората. От геохимична гледна точка тази колекция от организми е значима само поради масата на материята, която я съставя, нейния химичен състав и енергията, свързана с нея. Очевидно само от тази гледна точка живата материя е важна за почвата, тъй като, тъй като се занимаваме с химия на почвата, имаме работа с конкретно проявление на общи геохимични процеси.

По този начин живата материя е съвкупността от живи организми на биосферата, числено изразена в елементарен химичен състав, маса и енергия.

причини. Първо, човечеството не е производител, а консуматор на биогеохимична енергия. Тази теза изисква преразглеждане на геохимичните функции на живата материя в биосферата. Второ, масата на човечеството, въз основа на демографските данни, не е постоянно количество жива материя. И трето, неговите геохимични функции се характеризират не с маса, а с производствена активност. Характерът на усвояването на биогеохимичната енергия от човечеството се определя от човешкия ум. От една страна, човекът е кулминацията на несъзнателната еволюция, „продукт” на спонтанната дейност на природата, а от друга страна, той е инициатор на нов, интелигентно направляван етап от самата еволюция.

Какви характерни черти са присъщи на живата материя? На първо място това огромна безплатна енергия . По време на еволюцията на видовете биогенната миграция на атомите, т.е. енергията на живата материя в биосферата се е увеличила многократно и продължава да расте, тъй като живата материя обработва енергията на слънчевата радиация, атомната енергия на радиоактивния разпад и космическа енергияразпръснати елементи, идващи от нашата Галактика. Характеризира се и живата материя висока скорост на химичните реакции в сравнение с неживата материя, където подобни процеси протичат хиляди и милиони пъти по-бавно. Например, някои гъсеници могат да преработват 200 пъти повече храна на ден, отколкото те самите тежат, а един синигер изяжда толкова гъсеници на ден, колкото тежи.

За живата материя е характерно, че композирането му химични съединения, най-важните от които са протеините, са стабилни само в живи организми . След завършване на жизнения процес, първоначалните живи органични вещества се разлагат на химически компоненти.

Живата материя съществува на планетата под формата на непрекъсната смяна на поколенията, поради което новообразуван е генетично свързан с живата материя от минали епохи. Това е основната структурна единица на биосферата, определяща всички други повърхностни процеси земната кора. Характерно е за живата материя наличието на еволюционен процес . Генетичната информация на всеки организъм е криптирана във всяка негова клетка. Освен това тези клетки първоначално са предназначени да бъдат себе си, с изключение на яйцеклетката, от която се развива целият организъм.

В. И. Вернадски отбеляза, че живите организми на планетата са най-постоянно активната и мощна химическа сила в крайните си последствия. Той посочи, че живата материя е неделима от биосферата, е нейна функция и в същото време „една от най-мощните геохимични сили на нашата планета“. В. И. Вернадски нарича циркулацията на отделните вещества биогеохимични цикли. Тези цикли и циркулация осигуряват най-важните функции на живата материя като цяло. Ученият идентифицира пет такива функции.

Газова функция. Осъществява се от зелени растения, които отделят кислород по време на фотосинтезата, както и от всички растения и животни, които отделят въглероден диоксид в резултат на дишането. Съществува и азотен цикъл, свързан с дейността на микроорганизмите. В. И. Вернадски пише, че всички газове, образувани в биосферата, са тясно свързани по произход с живата материя, винаги са биогенни и се променят главно по биогенен начин.

Концентрационна функция. Проявява се в способността на живите организми да натрупват много химични елементи в телата си (въглеродът е на първо място, сред металите калций). Способност за концентриране на елементи от разредени разтвори – характерна особеностжива материя. Например, морските организми активно натрупват микроелементи, тежки метали (живак, олово, арсен) и радиоактивни елементи.

В. И. Вернадски отличава:

1. Концентрационни функции от първи вид, когато живата материя концентрира от околната среда онези химични елементи, които се съдържат във всички организми без изключение (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Концентрационни функции от втори вид, когато има натрупване на химични елементи, които не се срещат в живите организми или могат да бъдат намерени в много малки количества. Например, холотуриите са способни да натрупват ванадий. Земни червеимогат да натрупват цинк, мед, олово и кадмий в тъканите си. Водораслите от рода kelp натрупват йод.

Редокс функция. Изразява се в химичните превръщания на веществата по време на живота на организмите. В резултат на това се образуват соли, оксиди и нови вещества. С тази функция е свързано образуването на железни и манганови руди, варовици и др.

Биохимична функция.Определя се като размножаване, растеж и движение в пространството на живата материя. Всичко това води до циркулация на химичните елементи в природата, тяхната биогенна миграция.

В. И. Вернадски идентифицира първата биохимична функция, която е свързана с храненето, дишането и възпроизводството на организмите, и втората биохимична функция, която е свързана с унищожаването на телата на живите организми след тяхната смърт. В този случай настъпват редица биохимични трансформации: живо тяло– биоинертен – инертен.

Функция на биогеохимичната активност на човека. Свързва се с биогенна миграция на атоми, която се увеличава многократно под въздействието стопанска дейностчовека и неговия ум. Човек в хода на своята стопанска дейност развива и използва за свои нужди голям бройвещества на земната кора, вкл. като въглища, газ, нефт, торф, шисти и много руди. В същото време антропогенното навлизане на чужди вещества в биосферата се извършва в количества, надвишаващи допустимата стойност. Това доведе до кризисна конфронтация между човека и природата. Основната причина за предстоящото екологична кризасе счита за технократска концепция, която разглежда биосферата, от една страна, като източник на физически ресурси, от друга, като канализация за изхвърляне на отпадъци.

В момента световната икономика емитира годишно

 повече от 250 милиона тона фини аерозоли,

 200 милиона тона въглероден окис,

 150 милиона тона серен диоксид,

 120 милиона тона пепел,

 повече от 50 милиона тона въглеводороди,

 2,5 милиарда (!) тона азотни оксиди.

Естественият кръговрат на атомите в атмосферата просто не е в крак с създадените от човека емисии. Само чрез изгаряне на въглища електроцентралив околната среда постъпват десетки пъти повече арсен, уран, кадмий, берилий и хиляди пъти повече живак, отколкото участва в естествения биохимичен цикъл.

В И. Вернадски класифицира живата материя на хомогенен И разнородни . Първото според него е родово, специфично вещество и т.н., а второто е представено от правилни смеси от живи вещества. Това е гора, блато, степ, т.е. биоценоза. Ученият предложи да се характеризира живата материя въз основа на такива количествени показатели като химичен състав, средно теглоорганизми и средната скорост на колонизиране на повърхността на земното кълбо от тях.

Вернадски дава средни цифри за скоростта на „предаване на живота в биосферата“. Времето, необходимо на даден вид, за да улови цялата повърхност на нашата планета в различни организми, може да бъде изразено в следните числа (дни):

холерна бактерия ( Холерен вибрион) 1,25

Ресничести ( Lekconhrys patula) 10,6 (максимум)

Диатомеи ( Nittschia putrida) 16,8 (максимум)

Зелен планктон 166-183 (средно)

насекоми ( Муска домашна) 366

риба ( Pleurettes platessa) 2159 (максимум)

Цъфтящи растения (Trifolium repens) 4076

Птици (пилета) 5600-6100

Бозайници: плъхове 2800

диво прасе 37600

Индийски слон 376000.

Животът на нашата планета съществува в неклетъчни и клетъчни форми.

Неклетъчната форма на живата материя е представена от вируси, които нямат раздразнителност и собствен протеинов синтез. Най-простите вируси се състоят само от протеинова обвивка и ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) или РНК (рибонуклеинова киселина) молекула, която съставлява ядрото на вируса. Понякога вирусите се изолират в специално царство на живата природа - Vira. Те могат да се възпроизвеждат само в определени живи клетки. Вирусите са повсеместно разпространени в природата и са опасен враг на всичко живо. Заселвайки се в клетките на живите организми, те причиняват тяхната смърт. Описани са около 500 вируса, които заразяват топлокръвни гръбначни и около 300 вируса, които атакуват висши растения. Повече от половината човешки заболявания дължат развитието си на малки вируси (те са 100 пъти по-малки от бактериите). Достатъчно е да назовем няколко ужасни болести, причинени от вируси, за да осъзнаем заплахата от тези малки създания. Това са полиомиелит, едра шарка, грип, инфекциозен хепатит, жълта треска и др.

Клетъчните форми на живот са представени от прокариоти (организми, които нямат свързано с мембрана ядро) и еукариоти (чиито клетки съдържат образувани ядра). Прокариотите включват различни бактерии. Еукариоти са всички висши животни и растения, както и едноклетъчни и многоклетъчни водорасли, гъби и протозои.

Терминът "жива материя" е въведен в литературата от В. И. Вернадски, под който той разбира съвкупността от всички живи организми, изразени чрез маса, енергия и химичен състав.

Масата на живата материя на повърхността на континентите е 800 пъти по-голяма от биомасата на Световния океан. На повърхността на континентите растенията рязко преобладават по маса над животните. Цялата жива материя в своята маса заема незначително място в сравнение с която и да е от горните геосфери глобус. Например масата на атмосферата е 2150 пъти по-голяма, хидросферата е 602 000 пъти по-голяма, а земната кора е 1 670 000 пъти по-голяма.

Но по отношение на активното си въздействие върху околната среда живата материя заема особено място и се отличава качествено от останалите неорганични естествени образуваниякоито изграждат биосферата. На първо място, това се дължи на факта, че живите организми, благодарение на биологични катализатори (ензими), постигат невероятни неща. Например, те са способни да фиксират молекулярен азот от атмосферата в тялото си при температури и налягания, типични за естествената среда. В индустриални условия свързването на атмосферния азот с амоняк (NH3) изисква температура от около 500 o C и налягане от 300-500 атмосфери. В живите организми скоростите на химичните реакции по време на метаболизма се увеличават с няколко порядъка. В И. В тази връзка Вернадски нарича живата материя форма на изключително активирана материя.

Към основното уникални чертиживата материя, която определя нейната висока трансформативна активност, може да се отдаде на:

1. Възможност за бързо заемане на свободно пространство , което е свързано както с интензивното размножаване, така и със способността на организмите да увеличават интензивно повърхността на тялото си или съобществата, които образуват ( цял живот ).

2. Движението не е само пасивно (под въздействието на гравитацията) , но и активен. Например срещу водния поток, гравитацията, въздушните течения.

3. Стабилност по време на живота и бързо разлагане след смъртта (включване в циклите), при запазване на висока физикохимична активност.

4. Висока адаптивност (адаптация) към различни условияи във връзка с това развитието не само на всички среди на живот (водна, сухоземно-въздушна, почвена), но и на изключително трудни по физични и химични параметри.

5. Феноменално висока скорост на химичните реакции . Тя е с няколко порядъка по-голяма, отколкото в неживата природа. Това свойство може да се съди по скоростта на преработка на веществото от организмите в процеса на живот. Например, гъсениците на някои насекоми обработват количество вещество на ден, което е 100-200 пъти по-голямо от телесното им тегло.

6. Висока скорост на обновяване на живата материя . Смята се, че средно за биосферата той е около 8 години (за сушата е 14 години, а за океана, където преобладават организми с кратка продължителност на живота, е 33 дни).

7. Разнообразие от форми, размери и химически опции , значително надхвърлящ много контрасти в неживата, инертна материя.

8. Индивидуалност (няма идентични видове и дори индивиди в света).

Всички изброени и други свойства на живата материя се определят от концентрацията на големи енергийни запаси в нея. В И. Вернадски отбеляза, че само лава, образувана по време на вулканични изригвания, може да се конкурира с живата материя в енергийното насищане

Функции на живата материя. Цялата дейност на живата материя в биосферата може с известна степен на условност да се сведе до няколко фундаментални функции, които могат значително да допълнят разбирането за нейната трансформираща биосферно-геоложка дейност.

1. Енергия . Това е един от основни функциисвързани със съхранението на енергия по време на фотосинтезата, нейното предаване през хранителните вериги и разсейването в околното пространство.

2. Газ – свързано е със способността за промяна и поддържане на определен газов състав на местообитанието и атмосферата като цяло.

3. Редокс – свързано е с увеличаване на интензивността на процеси като окисление и редукция под въздействието на живата материя.

4. Концентрация – способността на организмите да концентрират разпръснати химични елементи в тялото си, като увеличават съдържанието им с няколко порядъка спрямо околната среда, а в тялото на отделните организми – милиони пъти. Резултатът от концентрационната дейност са находища на горими полезни изкопаеми, варовици, рудни находища и др.

5. Разрушителен – унищожаване от организмите и продуктите на тяхната жизнена дейност, включително след смъртта им, както на остатъците от самите органични вещества, така и на инертни вещества. Основният механизъм на тази функция е свързан с циркулацията на веществата. Най-съществена роля в това отношение играе низши формиживот – гъбички, бактерии (деструктори, разложители).

6. транспорт – пренос на материя и енергия като резултат активна формадвижения на организмите. Често такъв трансфер се извършва на огромни разстояния, например по време на миграции и миграции на животни.

7. Средообразуващи . Тази функция до голяма степен представлява резултат от комбинираното действие на други функции. В крайна сметка то е свързано с трансформацията на физичните и химичните параметри на околната среда. Тази функция може да се разглежда в по-широк и по-тесен смисъл. В широк смисъл резултатът от тази функция е цялата природна среда. Създаден е от живи организми и те поддържат параметрите му в относително стабилно състояние в почти всички геосфери. В по-тесен смисъл средообразуващата функция на живата материя се проявява например в образуването и запазването на почвите от разрушаване (ерозия), в пречистването на въздуха и водата от замърсяване, в подобряването на храненето на подземните водни източници, и т.н.

8. Разпръскване функция противоположна на концентрацията. Проявява се чрез трофичната (хранителната) и транспортната дейност на организмите. Например, разпръскването на материята, когато организмите отделят екскременти, смъртта на организмите по време на различни видове движения в пространството или промени в обвивката.

9. Информация Функцията на живата материя се изразява в това, че живите организми и техните общности натрупват информация, консолидират я в наследствени структури и я предават на следващите поколения. Това е едно от проявленията на адаптационните механизми.

Въпреки огромното разнообразие от форми, цялата жива материя е физически и химически обединена . И това е един от основните закони на целия органичен свят - законът за физическото и химичното единство на живата материя. От това следва, че няма физичен или химичен агент, който да е фатален за едни организми и абсолютно безвреден за други. Разликата е само количествена - едни организми са по-чувствителни, други по-малко, едни се адаптират по-бързо, други по-бавно. В този случай адаптацията възниква в хода на естествения подбор, т.е. поради смъртта на онези индивиди, които не са успели да се адаптират към новите условия.

Характеристики на живата материя

Съставът на живата материя включва както органични (в химичен смисъл), така и неорганични или минерални вещества. Вернадски написа:

Масата на живата материя е сравнително малка и се оценява на 2,4-3,6 10 12 тона (сухо тегло) и е по-малка от 10 -6 масата на други черупки на Земята. Но това е „една от най-мощните геохимични сили на нашата планета“.

Живата материя се развива там, където може да съществува живот, тоест в пресечната точка на атмосферата, литосферата и хидросферата. При условия, неблагоприятни за съществуване, живата материя преминава в състояние на спряно движение.

Спецификата на живата материя е следната:

1. Живата материя на биосферата се характеризира с огромна свободна енергия. В неорганичния свят само краткотрайни, невтвърдени потоци лава могат да се сравняват с живата материя по отношение на количеството свободна енергия.
2. Рязка разлика между живата и неживата материя на биосферата се наблюдава в скоростта на химичните реакции: в живата материя реакциите протичат хиляди и милиони пъти по-бързо.
3. Отличителна черта на живата материя е, че отделните химични съединения, които я изграждат - протеини, ензими и др., са устойчиви само в живите организми (до голяма степен това е характерно и за минералните съединения, изграждащи живата материя) .
4. Доброволно движение на живата материя, до голяма степен саморегулиращо се. В. И. Вернадски идентифицира две специфични форми на движение на живата материя: а) пасивна, която се създава чрез възпроизводство и е присъща както на животинските, така и на растителните организми; б) активно, което се осъществява поради насоченото движение на организмите (характерно за животните и в по-малка степенза растения). Живата материя също има присъщо желание да запълни цялото възможно пространство.
5. Живата материя проявява значително по-големи морфологични и химическо разнообразиеотколкото неодушевени. Освен това, за разлика от неживата абиогенна материя, живата материя не е представена изключително в течна или газова фаза. Телата на организмите са изградени и в трите фазови състояния.
6. Живата материя е представена в биосферата под формата на разпръснати тела - отделни организми. Освен това, разпръсната, живата материя никога не се среща на Земята в морфологично чист вид - под формата на популации от организми от един и същи вид: тя винаги е представена от биоценози.
7. Живата материя съществува под формата на непрекъснато редуване на поколения, поради което съвременната жива материя е генетично свързана с живата материя от минали епохи. В същото време наличието на еволюционен процес е характерно за живата материя, т.е. възпроизвеждането на живата материя се извършва не чрез типа на абсолютно копиране на предишни поколения, а чрез морфологични и биохимични промени.

Значението на живата материя

Работата на живата материя в биосферата е доста разнообразна. Според Вернадски работата на живата материя в биосферата може да се прояви в две основни форми:

а) химична (биохимична) – I вид геоложка дейност; б) механичен – II вид транспортна дейност.

Биогенната миграция на атоми от първи вид се проявява в постоянния обмен на материя между организмите и околната среда в процеса на изграждане на тялото на организмите и храносмилането. Биогенната миграция на атоми от втори вид се състои в движението на материята от организмите по време на тяхната жизнена дейност (при изграждането на дупки, гнезда, когато организмите се заравят в земята), движението на самата жива материя, както и преминаване на неорганични вещества стомашен трактпочвоядни, тинеядни, филтриращи.

За да се разбере работата, която живата материя върши в биосферата, са много важни три основни принципа, които В. И. Вернадски нарича биогеохимични принципи:

1. Биогенната миграция на атомите на химичните елементи в биосферата винаги се стреми към максималното си проявление.
2. Еволюцията на видовете през геоложкото време, водеща до създаването на форми на живот, които са стабилни в биосферата, върви в посока, която засилва биогенната миграция на атомите.
3. Живата материя е в непрекъснат химически обмен с космическата среда около нея и се създава и поддържа на нашата планета от лъчистата енергия на Слънцето.

Има пет основни функции на живата материя:

1. Енергия. Състои се в усвояването на слънчевата енергия по време на фотосинтезата и химическата енергия чрез разлагане на енергийно наситени вещества и пренос на енергия през хранителната верига на разнородна жива материя.
2. Концентрация. Селективно натрупване на определени видове вещества по време на живота. Има два вида концентрации на химични елементи в живата материя: а) масивно увеличаване на концентрациите на елементи в среда, наситена с тези елементи, например има много сяра и желязо в живата материя в райони на вулканизъм; б) специфична концентрация на определен елемент, независимо от околната среда.
3. Разрушителен. Състои се от минерализацията на небиогенна органична материя, разграждането на неживата неорганична материя и включването на получените вещества в биологичния цикъл.
4. Средообразуващи. Трансформация на физични и химични параметри на околната среда (главно поради небиогенна материя).
5. транспорт. Хранителните взаимодействия на живата материя водят до движение на огромни маси от химични елементи и вещества срещу гравитацията и в хоризонтална посока.

Живата материя обхваща и пренарежда всички химични процеси в биосферата. Живата материя е най-мощната геоложка сила, която нараства с течение на времето. Отдавайки почит на паметта на великия основател на учението за биосферата, А. И. Перелман предложи да нарече следното обобщение „закон на Вернадски“:

„Миграцията на химичните елементи на земната повърхност и в биосферата като цяло се извършва или с прякото участие на жива материя (биогенна миграция), или се случва в среда, чиито геохимични характеристики (O 2, CO 2, H 2 S, и т.н.) са предимно обусловени от живата материя като тази, която обитава в момента тази система, и този, който е действал на Земята през цялата геоложка история.“

Бележки

Вижте също

Литература

• За функциите на живата материя в биосферата // Бюлетин на Руската академия на науките. 2003. Т. 73. № 3. С.232-238

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „жива материя“ в други речници:

Съвкупността от живи организми в биосферата, тяхната биомаса. Характеризира се със специфичен химичен състав (преобладават H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), огромна биомаса (80 100 109 тона сухо органично вещество) и енергия. …… Екологичен речник

Съвкупността от живи организми в биосферата, изразена числено в елементарен химичен състав, маса и енергия. Понятието е въведено от В. И. Вернадски в неговото учение за биосферата и ролята на живите организми в кръговрата на материята и енергията в природата... Голям енциклопедичен речник

Съвкупността от живи организми в биосферата, изразена числено в елементарен химичен състав, маса и енергия. Концепцията е въведена от В. И. Вернадски в неговото учение за биосферата и ролята на живите организми в кръговрата на материята и енергията в природата. * * *… … енциклопедичен речник

1) съвкупността от живи организми на биосферата, изразени числено в елементарен химичен състав, маса и енергия. Терминът е въведен от В. И. Вернадски (виж Вернадски). J.v. свързан с биосферата материално и енергийно чрез... ... Велика съветска енциклопедия

Съвкупността от живи организми на биосферата, изразена числено в елементарни химически термини. състав, маса и енергия. Понятието е въведено от В. И. Вернадски в неговото учение за биосферата и ролята на живите организми в кръговрата на енергията в природата... Естествени науки. енциклопедичен речник

Жива материя- в концепцията на В. И. Вернадски, съвкупността от живи организми на биосферата (растения, животни, насекоми и т.н., включително човечеството), числено изразени в елементарен химичен състав, маса и енергия ... Началото на съвременното естествознание

жива материя- 1. Съвкупност от живи организми в биосферата, които имат уреден метаболизъм. 2. Сложна молекулярна единица със система за управление, съдържаща предавателен механизъм наследствена информация. E. Живо вещество D. Lebendiger Stoff,… … Тълковен уфологичен речник с еквиваленти на английски и немски език

Според В. И. Вернадски (1940), съвкупност от организми от един и същи вид (специфична хомогенна жива материя) или раса (расова хомогенна жива материя). Екологичен енциклопедичен речник. Кишинев: Главна редакция на молдовския съвет... ... Екологичен речник

„Няма химическа сила на земната повърхност, която да е по-мощна в своите крайни ефекти от живите организми, взети като цяло.“

Какво фундаментално отличава нашата планета от всяка друга планета слънчева система? Реалността на живота. „Ако нямаше живот на Земята, нейното лице щеше да бъде също толкова непроменено и химически инертно, колкото неподвижното лице на Луната, като инертните фрагменти на небесните тела.“

Живата материя на биосферата е съвкупността от всички нейни живи организми. Както ученият V.I. Вернадски разбира, че обектът на неговото изследване изисква определени характеристики и затова отбелязва: „Ще нарека съвкупността от организми, намалена до маса, химичен състав и енергия, жива материя“. Живата материя според неговото разбиране е форма на активна материя и нейната енергия е толкова по-голяма, колкото по-голяма е масата на живата материя. Понятието „жива материя“ е въведено в науката от V.I. Вернадски го разбира като съвкупността от всички живи организми на планетата.

Какви са свойствата на живата материя?

Свойства на живата материя

Живата материя на биосферата се характеризира с огромна свободна енергия, която може да се сравни само с огнен поток от лава, но енергията на лавата не е дълготрайна.

В живата материя, поради наличието на ензими, химична реакциявъзникват хиляди, а понякога и милиони пъти по-бързо, отколкото в неодушевените. Характерно за жизнените процеси е, че приетите от тялото вещества и енергия се преработват и освобождават значително големи количества. Например масата на насекомите, които синигерът изяжда на ден, е равна на собственото му тегло, а някои гъсеници консумират и преработват 200 пъти повече храна на ден от собственото си тегло.

Индивидуални химични елементи (протеини, ензими, а понякога и отделни минерални съединения се синтезират само в живите организми).

Живата материя се стреми да запълни цялото възможно пространство. В И. Вернадски назовава две специфични форми на движение на живата материя:

а) пасивно, което се извършва чрез възпроизводство и е присъщо както на животинските, така и на растителните организми;

б) активен, който се осъществява поради насоченото движение на организмите (по-малка мярка за характер на растенията).

Живата материя проявява значително по-голямо морфологично и химическо разнообразие от неживата материя. В природата са известни повече от 2 милиона органични съединения, които са част от живата материя, докато броят на минералите в неживата материя е около 2 хиляди, т.е. с три порядъка по-малко.

Живата материя е представена от разпръснати тела - отделни организми, всеки от които има свой генезис, свой генетичен състав. размерът на отделните организми варира от 2 nm за най-малките до 100 m (обхват над 109). За най-големи от растенията се считат секвоите, а от животните - китовете. Според Вернадски минимални и максимални размериорганизмите се определят от ограничаващите възможности на техния газообмен с околната среда.

Бидейки разпръсната, живата материя никога не се среща на Земята в морфологично чист вид, например като популационен вид. Тя може да съществува само под формата на биоценоза: „... дори обикновена биоценоза на някаква суха борова гора върху пясъка е група, която се състои от приблизително хиляда вида живи организми.“

Принципът на Реди (флорентински академик, лекар и натуралист, 1626-1697 г.: „всички живи същества от живи същества“ - е отличителна чертажива материя, която съществува на Земята под формата на непрекъснато редуване на поколения и се характеризира с генетична връзка с живата материя от всички минали геоложки епохи. Неживите абиогенни вещества, както е известно, навлизат в биосферата от космоса и се изнасят на части от черупката на земното кълбо. Те могат да бъдат сходни по състав, но като цяло нямат генетична връзка. „Принципът на Реди... не показва невъзможността за абиогенеза извън биосферата или при установяване на присъствието в биосферата (сега или по-рано) на физикохимични явления, които не са били приети, когато научна дефинициятази форма на организация на земната обвивка."

Жива материя в лицето специфични организми, за разлика от неодушевените неща, осъществява през целия си исторически животдобра работа. Всъщност само биогенните субстанции на метабиосферата са неразделна част от масата на живата материя, докато масата на неживата материя от земен произход е постоянна стойност в геоложката история: 1 g архейски гранит остава 1 g от същото вещество днес , а същата маса жива материя, тоест 1 g, е съществувала милиарди години поради смяната на поколенията и през цялото това време извършвана геоложка работа.

Функции на живата материя

Какви са функциите на живата материя в биосферата?

В И. Вернадски ги нарича: а) газ; б) кислород; в) описателен; г) калций; д) възстановителен; е) концентрация; ж) разрушаване на органични вещества; з) редуктивно разпадане; и) метаболизъм и дишане на организмите.

А.В. Лапо прегрупира функциите, посочени от Вернадски (Таблица 1).

Маса 1.

Основните функции на живата материя в биосферата

	Кратко описание на процесите
Енергия	Усвояване на слънчева енергия по време на фотосинтеза и химическа енергия чрез разграждане на енергонаситени вещества; трансфер на енергия хранителни веригиразнородна жива материя
Концентрация	Селективно натрупване през живота отделни видовевещества: а) използвани за създаване на тялото на организъм; б) изолиран от него по време на метаболизма
Разрушителен	Минерализация на небиогенна органична материя (1); разлагане на нежива неорганична материя (2); усвояване на създадените вещества в биохимичния цикъл (3)
Средообразуващи	Трансформация на физични и химични параметри на околната среда (главно поради небиогенна материя)
транспорт	Пренос на материя срещу гравитацията и в хоризонтална посока

Първо име енергийна функция. „Само животът с неговата морфологична сложност може да запази слънчева радиацияна Земята в продължение на милиони години, както ще видим с въглищата. Наистина, само благодарение на „зеления екран“ на биосферата - фотоавтотрофите - слънчевата енергия не просто отскача от повърхността на планетата, а само се нагрява повърхностен слой, но прониква дълбоко в дебелината на земната кора и всъщност е източник на енергия за всички екзогенни процеси.

Жива материя - живи организми, които обитават нашата планета.

Масата на живата материя е само 0,01% от масата на цялата биосфера. Въпреки това живата материя на биосферата е нейният най-важен компонент.

Признаци (свойства) на живата материя, които я отличават от неживата:

Специфичен химичен състав. Живите организми се състоят от същите химически елементи като неодушевените обекти, но съотношението на тези елементи е различно. Основните елементи на живите същества са C, O, N и H.

Клетъчна структура.Всички живи организми, с изключение на вирусите, имат клетъчна структура.

Метаболизъм и енергийна зависимост.Живите организми са отворени системи; те зависят от вход от външна средавещества и енергия.

Саморегулация (хомеостаза).Живите организми имат способността да поддържат хомеостаза - постоянството на своя химичен състав и интензивността на метаболитните процеси.

раздразнителност.Живите организми проявяват раздразнителност, тоест способността да реагират на определени външни влиянияспецифични реакции.

Наследственост.Живите организми са способни да предават характеристики и свойства от поколение на поколение с помощта на носители на информация - ДНК и РНК молекули.

• 7. Променливост.Живите организми са способни да придобиват нови характеристики и свойства.
• 8. Самовъзпроизвеждане (възпроизвеждане).Живите организми са способни да се възпроизвеждат - да възпроизвеждат себеподобните си.
• 9. Индивидуално развитие (онтогенеза).Всеки индивид се характеризира с онтогенеза - индивидуалното развитие на организма от раждането до края на живота (смърт или ново разделяне). Развитието е придружено от растеж.
• 10. Еволюционно развитие (филогенеза).Живата материя като цяло се характеризира с филогенезата - историческото развитие на живота на Земята от момента на появата му до наши дни.

Адаптации.Живите организми са в състояние да се адаптират, тоест да се адаптират към условията на околната среда.

ритъм.Живите организми проявяват ритмична активност (ежедневна, сезонна и др.).

Почтеност и дискретност. От една страна, цялата жива материя е холистична, организирана по определен начин и подчинена на общи закони; от друга страна, всяка биологична система се състои от отделни, макар и взаимосвързани елементи.

Йерархия.Започвайки от биополимери (протеини и нуклеинови киселини) и завършвайки с биосферата като цяло, всички живи същества са в определено подчинение. Операция биологични системина по-малко сложно ниво прави възможно съществуването на по-сложно ниво.

Светът на живите организми в заобикалящата ни биосфера е комбинация от различни биологични системи с различен структурен ред и различни организационни позиции.

Йерархичният характер на организацията на живата материя ни позволява условно да я разделим на няколко нива.

Ниво на организация на живата материя -Това функционално мястобиологична структура с определена степен на сложност в общата йерархия на живите същества.

В момента има 9 нива на организация на живата материя:

Молекулярна(на това ниво се осъществява функционирането на биологично активни големи молекули, като протеини, нуклеинови киселини и др.);

Субклетъчен(супрамолекулен). На това ниво живата материя е организирана в органели: хромозоми, клетъчна мембрана и други субклетъчни структури.

Клетъчен. На това ниво живата материя е представена от клетки. Клетката е елементарен структурен и функционална единицажив.

Орган-тъкан. На това ниво живата материя е организирана в тъкани и органи. Тъканта е съвкупност от сходни по структура и функция клетки, както и междуклетъчни вещества, свързани с тях. Органът е част от многоклетъчен организъм, която изпълнява определена функция или функции.

Организмен (онтогенетичен).На това ниво се характеризира с всички свои характеристики.

Популация-вид.На това ниво живата материя е от същия вид. Видът е съвкупност от индивиди (популации от индивиди), способни да се кръстосват с образуването на плодородно потомство и заемат определена зона (област) в природата.

Биоценотичен.На това ниво живата материя образува биоценози. Биоценоза - съвкупността от популация различни видовеживеещи на определена територия.

Биогеоценотичен. На това ниво се образува живата материя
биогеоценози. Биогеоценоза - комбинация от биоценоза и абиотични фактори на околната среда (климат, почва).

Биосфера.На това ниво живата материя образува биосферата. Биосферата е обвивката на Земята, трансформирана от дейността на живите организми.

Химичният състав на живите организми може да бъде изразен в две форми: атомна и молекулярна. Атомен (елементен) съставхарактеризира съотношението на атомите на елементите, включени в живите организми. Молекулен (веществен) съставотразява съотношението на молекулите на веществата.

Въз основа на относителното им съдържание елементите, които изграждат живите организми, обикновено се разделят на три групи:

Макронутриенти- O, C, H, N (общо около 98-99%, техните
също наричан основен), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (общо около 1-2%). Макроелементите съставляват основната част от процентния състав на живите организми.

Микроелементи - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F и др. Общото им съдържание в живата материя е около 0,1%

Ултрамикроелементи-- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. Съдържанието им в живата материя е много малко (под 0,01%) и физиологичната роля на повечето от тях не е разкрита.

Химически елементи, които изграждат живите организми и в същото време изпълняват биологични функции, са наречени биогенен.Дори тези от тях, които се съдържат в клетките в нищожни количества, не могат да бъдат заменени с нищо и са абсолютно необходими за живота.

Химичните елементи са част от клетките под формата на йони и молекули на неорганични и органични вещества. Най-важните неорганични вещества в клетката са водата и минералните соли, най-важните органични вещества са въглехидратите, липидите, протеините и нуклеиновите киселини

Въглехидрати- органични съединения, съдържащи въглерод, водород и кислород. Делят се на прости (монозахариди) и сложни (полизахариди). Въглехидратите са основният източник на енергия за всички форми на клетъчна активност. Те участват в изграждането на здрави растителни тъкани (по-специално целулоза) и играят ролята на резерв хранителни веществав организмите. Въглехидратите са първичен продуктфотосинтеза на зелени растения.

Липиди- това са вещества, подобни на мазнини, които са слабо разтворими във вода (състоят се от въглеродни и водородни атоми). Липидите участват в изграждането на клетъчни прегради (мембрани) и провеждат лошо топлина, като по този начин изпълняват защитна функция. В допълнение, липидите са хранителни вещества за съхранение.

катерициТе са комбинация от протеиногенни аминокиселини (20 броя) и се състоят от 30-50% АК. Протеините имат големи размери, като по същество са макромолекули. Протеините действат като естествени катализатори за химични процеси. Протеините също съдържат метали като желязо, магнезий и манган.

Нуклеинова киселина(NK) образуват клетъчното ядро. Има 2 основни вида NA: ДНК - дезоксирибонуклеинова киселина и РНК - рибонуклеинова киселина. НК регулират процеса на синтез и предават наследствена информация от поколение на поколение.

Всички живи организми, живеещи на Земята, са отворени системи, в зависимост от подаването на материя и енергия отвън. Процесът на потребление на материя и енергия се нарича храна.Всички живи организми се делят на автотрофни и хетеротрофни според начина им на хранене.

Автотрофи(автотрофни организми) - организми, които използват въглероден диоксид като източник на въглерод (растения и някои бактерии). С други думи, това са организми, способни да създават органични съединения от неорганични - въглероден диоксид, вода, минерални соли (те включват предимно растения, които извършват фотосинтеза).

Хетеротрофи(хетеротрофни организми) - организми, които използват органични съединения като източник на въглерод (животни, гъби и повечето бактерии). С други думи, това са организми, които не са способни да създават органични вещества от неорганични, но се нуждаят от готови органични вещества (микроорганизми и животни).

Няма ясна граница между авто- и хетеротрофи. Например евгленовите организми (флагелати) съчетават автотрофни и хетеротрофни начини на хранене.

По отношение на свободния кислород организмите се делят на три групи: аероби, анаероби и факултативни форми.

Аероби- организми, които могат да живеят само в кислородна среда(животни, растения, някои бактерии и гъби).

Анаероби- организми, които не могат да живеят в кислородна среда (някои бактерии).

Незадължителни форми- организми, които могат да живеят както в присъствието на кислород, така и без него (някои бактерии и гъбички).

В момента целият свят на живите същества е разделен на 3 големи систематични групи:

Най-голямата концентрация на живот в биосферата се наблюдава на границите на контакт между земните черупки: атмосферата и литосферата (земната повърхност), атмосферата и хидросферата (океанската повърхност) и особено на границите на три черупки - атмосфера, хидросфера и литосфера ( крайбрежни зони). Това са местата с най-голяма концентрация на живот V.I. Вернадски ги нарече „филми на живота“. Нагоре и надолу от тези повърхности концентрацията на жива материя намалява.

Основните уникални характеристики на живата материя, които определят нейната изключително висока трансформативна активност, включват следното:

Възможността за бързо заемане (овладяване) на цялото свободно пространство.Това свойство се свързва както с интензивното размножаване, така и със способността на организмите интензивно да увеличават повърхността на тялото си или съобществата, които образуват.

Движението е не само пасивно, но и активно,тоест не само под въздействието на гравитацията, гравитационните сили и т.н., но и срещу водния поток, гравитацията, въздушните течения и т.н.

Стабилност по време на живота и бързо разлагане след смъртта(включване в кръговрата на веществата). Благодарение на саморегулацията живите организми са в състояние да поддържат постоянен химичен състав и условия вътрешна среда, въпреки значителните промени в условията на околната среда. След смъртта тази способност се губи и органичните останки се унищожават много бързо. Получените органични и неорганични вещества се включват в циклите.

Висок адаптивен капацитет (адаптация)на различни условия и във връзка с това развитието не само на всички среди на живот (водна, земно-въздушна, почвена, органична), но и условия, които са изключително трудни по физични и химични параметри (микроорганизмите се намират в термални изворис температури до 140 o C, във води ядрени реактори, в среда без кислород).

Феноменално висока скорост на реакция.Той е с няколко порядъка по-голям, отколкото в неживата материя.

Висока скорост на обновяване на живата материя.Само малка част от живата материя (част от процента) се запазва под формата на органични остатъци, докато останалата част постоянно се включва в процесите на циркулация.

Всички изброени свойства на живата материя се определят от концентрацията на големи енергийни запаси в нея.

Разграничават се следните основни геохимични функции на живата материя:

Енергия (биохимична)- свързване и съхранение на слънчевата енергия в органичната материя и последващо разсейване на енергията при консумация и минерализация на органичната материя. Тази функция е свързана с храненето, дишането, размножаването и други жизненоважни процеси на организмите.

Газ- способността на живите организми да променят и поддържат определен газов състав на своето местообитание и атмосферата като цяло. Две повратни точки (точки) в развитието на биосферата са свързани с газовата функция. Първият от тях датира от времето, когато съдържанието на кислород в атмосферата достигна приблизително 1% от съвременно ниво. Това доведе до появата на първите аеробни организми (способни да живеят само в среда, съдържаща кислород). Втората повратна точка е свързана с времето, когато концентрацията на кислород достигне приблизително 10% от сегашното си ниво. Това създава условия за синтез на озон и образуване на озонов слой в горните слоеве на атмосферата, което дава възможност на организмите да колонизират сушата.

Концентрация- "улавяне" от околната среда от живи организми и натрупване на атоми на биогенни химични елементи в тях. Концентрационната способност на живата материя увеличава съдържанието на атоми на химични елементи в организмите в сравнение с околната среда с няколко порядъка. Резултатът от концентрационната дейност на живата материя е образуването на залежи от горими полезни изкопаеми, варовици, рудни находища и др.

Окислително-редуктивни – окисление и редукция различни веществавключващи живи организми. Под въздействието на живите организми се извършва интензивна миграция на атоми на елементи с променлива валентност (Fe, Mn, S, P, N и др.), Създават се техните нови съединения, отлагат се сулфиди и минерална сяра и се образува сероводород.

Разрушителен- унищожаване от организми и продукти от тяхната жизнена дейност както на остатъци от органични вещества, така и на инертни вещества. Най-съществена роля в това отношение играят декомпозиторите (деструктори) - сапрофитни гъби и бактерии.

транспорт- пренос на материя и енергия в резултат на активната форма на движение на организмите.

Средообразуващи- трансформация на физични и химични параметри на околната среда. Резултатът от функцията за формиране на среда е цялата биосфера и почвата като едно от местообитанията и повече локални структури.

Разпръскване- функция противоположна на концентрацията - диспергиране на веществата в заобикаляща среда. Например дисперсията на вещество, когато организмите отделят екскременти, променят обвивката и т.н.

Информация- натрупване на определена информация от живите организми, консолидирането й в наследствени структури и предаване на следващите поколения. Това е едно от проявленията на адаптационните механизми.

Биогеохимична човешка дейност- трансформация и движение на биосферните вещества като резултат човешка дейностза битови и битови нужди. Например използването на въглеродни концентратори - нефт, въглища, газ.

Така биосферата е сложна динамична система, която улавя, акумулира и пренася енергия чрез обмен на вещества между живата материя и околната среда.