Materie vie biosfera, caracteristicile ei

V.I. Vernadsky a scris: „Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului care să acționeze mai constant și, prin urmare, mai puternică în consecințele sale finale, decât organismele vii luate împreună.”

Doctrina materiei vii este una dintre verigile centrale ale conceptului de biosfere. Investigarea proceselor de migrare a atomilor din biosferă, V.I. Vernadsky a abordat problema genezei (originea, apariția) elemente chimiceîn scoarța terestră, iar după aceea la nevoia de a explica stabilitatea compușilor care alcătuiesc organismele. Analizând problema migrației atomilor, a ajuns la concluzia că „nu există compusi organici, independent de materia vie”. „Prin numele materiei vii”, scria V.I. Vernadsky în 1919, „mă voi referi la întreaga totalitate a tuturor organismelor, vegetației și animalelor, inclusiv oamenii. Din punct de vedere geochimic, această colecție de organisme este semnificativă doar prin masa de materie care o alcătuiește, compoziția sa chimică și energia asociată acesteia. Evident, doar din acest punct de vedere materia vie este importantă pentru sol, întrucât, din moment ce avem de-a face cu chimia solului, avem de-a face cu o manifestare particulară a proceselor geochimice generale.”

Astfel, materia vie este totalitatea organismelor vii ale biosferei, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie.

motive. În primul rând, umanitatea nu este un producător, ci un consumator de energie biogeochimică. Această teză a necesitat o revizuire a funcțiilor geochimice ale materiei vii din biosferă. În al doilea rând, masa umanității, pe baza datelor demografice, nu este o cantitate constantă de materie vie. Și în al treilea rând, funcțiile sale geochimice sunt caracterizate nu de masă, ci de activitatea de producție. Natura asimilării de către omenire a energiei biogeochimice este determinată de mintea umană. Pe de o parte, omul este punctul culminant al evoluției inconștiente, un „produs” al activității spontane a naturii, iar pe de altă parte, el este inițiatorul unei noi etape a evoluției în sine, dirijate în mod inteligent.

Ce trăsături caracteristice sunt inerente materiei vii? În primul rând asta uriașă energie gratuită . În timpul evoluției speciilor, migrarea biogenă a atomilor, adică. energia materiei vii din biosferă a crescut de multe ori și continuă să crească, deoarece materia vie procesează energia radiației solare, energia atomică a dezintegrarii radioactive și energie cosmică elemente împrăștiate care vin din Galaxia noastră. Se caracterizează și materia vie viteză mare a reacțiilor chimice în comparație cu materia neînsuflețită, unde procese similare au loc de mii și milioane de ori mai lent. De exemplu, unele omizi pot procesa de 200 de ori mai multă hrană pe zi decât cântăresc singure, iar un pițigoi mănâncă atâtea omizi pe zi cât cântărește.

Este caracteristic materiei vii ca compunând-o compuși chimici, dintre care cele mai importante sunt proteinele, sunt stabile doar în organismele vii . După finalizarea procesului de viață, substanțele organice vii originale se descompun în componente chimice.

Materia vie există pe planetă sub forma unei alternanțe continue de generații, datorită căruia, nou formată, este legată genetic de materia vie a erelor trecute. Aceasta este principala unitate structurală a biosferei, determinând toate celelalte procese de suprafață Scoarta terestra. Este caracteristic materiei vii prezența unui proces evolutiv . Informația genetică a oricărui organism este criptată în fiecare dintre celulele sale. Mai mult, aceste celule sunt inițial destinate să fie ele însele, cu excepția oului, din care se dezvoltă întregul organism.

V.I. Vernadsky a remarcat că organismele vii ale planetei sunt forța chimică cea mai activă și cea mai puternică în consecințele sale finale. El a subliniat că materia vie este inseparabilă de biosferă, este funcția sa și, în același timp, „una dintre cele mai puternice forțe geochimice de pe planeta noastră”. V.I. Vernadsky a numit circulația substanțelor individuale cicluri biogeochimice. Aceste cicluri și circulație asigură cele mai importante funcții ale materiei vii în ansamblu. Omul de știință a identificat cinci astfel de funcții.

Funcția de gaz. Este realizat de plantele verzi care eliberează oxigen în timpul fotosintezei, precum și de toate plantele și animalele care eliberează dioxid de carbon ca urmare a respirației. Există, de asemenea, un ciclu al azotului asociat cu activitatea microorganismelor. V.I. Vernadsky a scris că toate gazele formate în biosferă sunt strâns legate ca origine de materia vie, sunt întotdeauna biogene și se schimbă în principal într-un mod biogen.

Funcția de concentrare. Se manifestă prin capacitatea organismelor vii de a acumula multe elemente chimice în corpurile lor (carbonul este pe primul loc, printre metale calciul). Capacitatea de a concentra elemente din soluții diluate - trăsătură caracteristică materie vie. De exemplu, organismele marine acumulează în mod activ oligoelemente, metale grele (mercur, plumb, arsen) și elemente radioactive.

V.I. Vernadsky a distins:

1. Funcții de concentrare de primul fel, când materia vie concentrează din mediu acele elemente chimice care sunt conținute în toate organismele fără excepție (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Funcții de concentrare de al doilea fel, când există o acumulare de elemente chimice care nu se găsesc în organismele vii, sau pot fi găsite în cantități foarte mici. De exemplu, holoturii sunt capabili să acumuleze vanadiu. râme de pământ pot acumula zinc, cupru, plumb și cadmiu în țesuturile lor. Algele din genul kelp acumulează iod.

Funcția redox. Exprimată în transformările chimice ale substanțelor în timpul vieții organismelor. Ca rezultat, se formează săruri, oxizi și substanțe noi. Formarea minereurilor de fier și mangan, calcare etc. este asociată cu această funcție.

Funcția biochimică. Definit ca reproducerea, creșterea și mișcarea în spațiu a materiei vii. Toate acestea conduc la circulația elementelor chimice în natură, migrarea lor biogenă.

V.I. Vernadsky a identificat prima funcție biochimică, care este asociată cu nutriția, respirația și reproducerea organismelor, și a doua funcție biochimică, care este asociată cu distrugerea corpurilor organismelor vii după moartea lor. În acest caz, au loc o serie de transformări biochimice: corp viu– bioinert – inert.

Funcția activității biogeochimice umane. Asociat cu migrarea biogenă a atomilor, care crește de multe ori sub influență activitate economică omul și mintea lui. O persoană, în cursul activității sale economice, se dezvoltă și folosește pentru nevoile sale un numar mare de substanțe din scoarța terestră, incl. precum cărbune, gaz, petrol, turbă, șist și multe minereuri. În același timp, intrarea antropică a substanțelor străine în biosferă are loc în cantități care depășesc valoarea admisă. Acest lucru a dus la o confruntare de criză între om și natură. Motivul principal al iminentei criza ecologica este considerat un concept tehnocratic care consideră biosfera, pe de o parte, ca o sursă de resurse fizice, pe de altă parte, ca un canal de evacuare a deșeurilor.

În prezent, economia mondială emite anual

 peste 250 de milioane de tone de aerosoli fini,

 200 de milioane de tone de monoxid de carbon,

 150 de milioane de tone de dioxid de sulf,

 120 de milioane de tone de cenușă,

 peste 50 de milioane de tone de hidrocarburi,

 2,5 miliarde (!) de tone de oxizi de azot.

Ciclul natural al atomilor din atmosferă pur și simplu nu ține pasul cu emisiile produse de om. Doar prin arderea cărbunelui centrale electrice de zeci de ori mai mult arsen, uraniu, cadmiu, beriliu intră în mediu și de mii de ori mai mult mercur decât este implicat în ciclul biochimic natural.

IN SI. Vernadsky a clasificat materia vie în omogen Și eterogen . Prima în opinia sa este o substanță generică, specifică etc., iar a doua este reprezentată de amestecuri regulate de substanțe vii. Aceasta este o pădure, mlaștină, stepă, adică biocenoza. Omul de știință a propus să caracterizeze materia vie pe baza unor indicatori cantitativi precum compoziție chimică, greutate medie organisme și rata medie de colonizare a suprafeței globului de către acestea.

Vernadsky oferă cifre medii pentru rata de „transmitere a vieții în biosferă”. Timpul necesar unei anumite specii pentru a captura întreaga suprafață a planetei noastre în diferite organisme poate fi exprimat în următoarele numere (zile):

Bacteria holerei ( Vibrio cholerae) 1,25

ciliati ( Lekconhrys patula) 10,6 (maximum)

diatomee ( Nittschia putrida) 16,8 (maximum)

Plancton verde 166-183 (medie)

Insecte ( Musca domestica) 366

peste ( Pleurettes platessa) 2159 (maximum)

Plante cu flori (Trifolium repens) 4076

Păsări (găini) 5600-6100

Mamifere: șobolani 2800

porc sălbatic 37600

Elefantul indian 376000.

Viața pe planeta noastră există în forme non-celulare și celulare.

Forma necelulară a materiei vii este reprezentată de viruși lipsiți de iritabilitate și de sinteza proprie de proteine. Cei mai simpli virusuri constau doar dintr-o înveliș proteic și o moleculă de ADN (acid dezoxiribonucleic) sau ARN (acid ribonucleic) care formează miezul virusului. Uneori, virușii sunt izolați într-un regat special al naturii vii - Vira. Se pot reproduce numai în interiorul anumitor celule vii. Virușii sunt omniprezenti în natură și sunt un inamic periculos al tuturor ființelor vii. Prin stabilirea în celulele organismelor vii, acestea provoacă moartea acestora. Au fost descrise aproximativ 500 de virusuri care infectează vertebratele cu sânge cald și aproximativ 300 de viruși care atacă plante superioare. Mai mult de jumătate dintre bolile umane își datorează dezvoltarea unor virusuri minuscule (sunt de 100 de ori mai mici decât bacteriile). Este suficient să numim câteva boli teribile cauzate de viruși pentru a realiza amenințarea acestor creaturi minuscule. Acestea sunt poliomielita, variola, gripa, hepatita infectioasa, febra galbena etc.

Formele de viață celulară sunt reprezentate de procariote (organisme care nu au un nucleu legat de membrană) și eucariote (ale căror celule conțin nuclei formați). Procariotele includ diverse bacterii. Eucariotele sunt toate animale și plante superioare, precum și alge, ciuperci și protozoare unicelulare și pluricelulare.

Termenul de „materie vie” a fost introdus în literatură de către V.I. Vernadsky, prin care a înțeles totalitatea tuturor organismelor vii, exprimată prin masă, energie și compoziție chimică.

Masa materiei vii de pe suprafața continentelor este de 800 de ori mai mare decât biomasa Oceanului Mondial. Pe suprafața continentelor, plantele predomină puternic în masă față de animale. Toată materia vie în masa ei ocupă un loc nesemnificativ în comparație cu oricare dintre geosferele superioare glob. De exemplu, masa atmosferei este de 2150 de ori mai mare, hidrosfera este de 602.000 de ori mai mare, iar scoarța terestră este de 1.670.000 de ori mai mare.

Cu toate acestea, în ceea ce privește impactul său activ asupra mediului, materia vie ocupă un loc aparte și diferă calitativ de alte substanțe anorganice. formațiuni naturale care alcătuiesc biosfera. În primul rând, acest lucru se datorează faptului că organismele vii, datorită catalizatorilor biologici (enzime), realizează lucruri incredibile. De exemplu, ei sunt capabili să fixeze azotul molecular din atmosferă în corpul lor la temperaturi și presiuni tipice pentru mediul natural. În condiţii industriale, legarea azotului atmosferic de amoniacul (NH3) necesită o temperatură de aproximativ 500 o C şi o presiune de 300-500 atmosfere. La organismele vii, viteza reacțiilor chimice în timpul metabolismului crește cu câteva ordine de mărime. IN SI. În acest sens, Vernadsky a numit materia vie o formă de materie extrem de activată.

La principal caracteristici unice materia vie, care determină activitatea sa de transformare ridicată, poate fi atribuită:

1. Abilitatea de a ocupa rapid spațiul liber , care este asociat atât cu reproducerea intensivă, cât și cu capacitatea organismelor de a crește intens suprafața corpului sau comunitățile pe care le formează ( Întreaga viață ).

2. Mișcarea nu este doar pasivă (sub influența gravitației) , dar și activ. De exemplu, împotriva curgerii apei, gravitației, curenților de aer.

3. Stabilitate în timpul vieții și descompunere rapidă după moarte (includerea în cicluri), menținând în același timp o activitate fizico-chimică ridicată.

4. Adaptabilitate ridicată (adaptare) la conditii diferite iar în legătură cu aceasta, dezvoltarea nu numai a tuturor mediilor de viață (acvatice, terestre-aer, sol), ci și a celor extrem de dificile din punct de vedere al parametrilor fizico-chimici.

5. Viteză fenomenal de mare a reacțiilor chimice . Este cu câteva ordine de mărime mai mare decât în ​​natura neînsuflețită. Această proprietate poate fi judecată după rata de procesare a substanței de către organisme în procesul vieții. De exemplu, omizile unor insecte procesează o cantitate de substanță pe zi care este de 100-200 de ori greutatea lor corporală.

6. Rată ridicată de reînnoire a materiei vii . Se estimează că în medie pentru biosferă este de aproximativ 8 ani (pentru uscat este de 14 ani, iar pentru ocean, unde predomină organismele cu durată scurtă de viață, este de 33 de zile).

7. Varietate de forme, dimensiuni și opțiuni chimice , depășind semnificativ multe contraste în materia neînsuflețită, inertă.

8. Individualitate (nu există specii identice și chiar indivizi pe lume).

Toate proprietățile enumerate și alte proprietăți ale materiei vii sunt determinate de concentrația de rezerve mari de energie în ea. IN SI. Vernadsky a observat că numai lava formată în timpul erupțiilor vulcanice poate concura cu materia vie în saturație energetică.

Funcțiile materiei vii. Toată activitatea materiei vii din biosferă poate fi redusă, cu un anumit grad de convenție, la câteva funcții fundamentale care pot suplimenta în mod semnificativ înțelegerea activității biosferei-geologice transformatoare.

1. Energie . Acesta este unul dintre funcții esențiale asociat cu stocarea energiei în timpul fotosintezei, transmiterea acesteia prin lanțurile trofice și disiparea în spațiul înconjurător.

2. Gaz – este asociat cu capacitatea de a modifica și menține o anumită compoziție gazoasă a habitatului și a atmosferei în ansamblu.

3. Redox – este asociată cu o creștere a intensității unor procese precum oxidarea și reducerea sub influența materiei vii.

4. Concentraţie – capacitatea organismelor de a concentra elemente chimice dispersate în corpul lor, crescându-le conținutul cu câteva ordine de mărime în comparație cu mediul înconjurător, iar în corpul organismelor individuale – de milioane de ori. Rezultatul activității de concentrare este zăcăminte de minerale combustibile, calcare, zăcăminte de minereu etc.

5. Distructiv – distrugerea de către organisme și a produselor activității lor vitale, inclusiv după moartea lor, atât a resturilor de materie organică în sine, cât și a substanțelor inerte. Principalul mecanism al acestei funcții este legat de circulația substanțelor. Cel mai important rol în acest sens îl joacă forme inferioare viața – ciuperci, bacterii (distructori, descompozitori).

6. Transport – transfer de materie și energie ca rezultat formă activă mișcările organismelor. Adesea, un astfel de transfer se efectuează pe distanțe enorme, de exemplu, în timpul migrațiilor și migrațiilor animalelor.

7. Formarea mediului . Această funcție reprezintă în mare măsură rezultatul acțiunii combinate a altor funcții. În cele din urmă, este asociată cu transformarea parametrilor fizici și chimici ai mediului. Această funcție poate fi considerată într-un sens mai larg și mai restrâns. În sens larg, rezultatul acestei funcții este întregul mediu natural. A fost creat de organisme vii și, de asemenea, își mențin parametrii într-o stare relativ stabilă în aproape toate geosferele. Într-un sens mai restrâns, funcția de formare a mediului a materiei vii se manifestă, de exemplu, în formarea și conservarea solurilor de la distrugere (eroziune), în purificarea aerului și a apei de poluare, în îmbunătățirea nutriției surselor de apă subterană, etc.

8. Risipirea funcția opusă concentrării. Se manifestă prin activitățile trofice (nutriționale) și de transport ale organismelor. De exemplu, dispersia materiei atunci când organismele excretă excremente, moartea organismelor în timpul diferitelor tipuri de mișcări în spațiu sau modificări ale tegumentului.

9. informație Funcția materiei vii se exprimă prin faptul că organismele vii și comunitățile lor acumulează informații, o consolidează în structuri ereditare și o transmit generațiilor ulterioare. Aceasta este una dintre manifestările mecanismelor de adaptare.

În ciuda varietății uriașe de forme, toată materia vie este unită fizic și chimic . Și aceasta este una dintre legile de bază ale întregii lumi organice - legea unității fizice și chimice a materiei vii. Din aceasta rezultă că nu există niciun agent fizic sau chimic care ar fi fatal pentru unele organisme și absolut inofensiv pentru altele. Diferența este doar cantitativă – unele organisme sunt mai sensibile, altele mai puțin, unele se adaptează mai repede, altele mai încet. În acest caz, adaptarea are loc în cursul selecției naturale, adică. din cauza morții acelor indivizi care nu s-au putut adapta la noile condiții.

Caracteristicile materiei vii

Compoziția materiei vii include atât substanțe organice (în sens chimic), cât și substanțe anorganice sau minerale. Vernadsky a scris:

Masa materiei vii este relativ mică și este estimată la 2,4-3,6 10 12 tone (greutate uscată) și este mai mică de 10 −6 masa altor învelișuri ale Pământului. Dar este „una dintre cele mai puternice forțe geochimice de pe planeta noastră”.

Materia vie se dezvoltă acolo unde poate exista viața, adică la intersecția atmosferei, litosferei și hidrosferei. În condiții nefavorabile existenței, materia vie intră într-o stare de animație suspendată.

Specificul materiei vii este după cum urmează:

1. Materia vie a biosferei se caracterizează printr-o energie liberă enormă. În lumea anorganică, numai fluxurile de lavă de scurtă durată, neîntărite pot fi comparate cu materia vie în ceea ce privește cantitatea de energie liberă.
2. O diferență puternică între materia vie și cea nevii a biosferei se observă în viteza reacțiilor chimice: în materia vie, reacțiile au loc de mii și milioane de ori mai repede.
3. O trăsătură distinctivă a materiei vii este că compușii chimici individuali care o alcătuiesc - proteine, enzime etc. - sunt stabili numai în organismele vii (în mare măsură, aceasta este caracteristică și compușilor minerali care alcătuiesc materia vie) .
4. Mișcarea voluntară a materiei vii, în mare măsură autoreglată. V.I.Vernadsky a identificat două forme specifice de mișcare a materiei vii: a) pasivă, care este creată prin reproducere și este inerentă atât organismelor animale, cât și vegetale; b) activ, care se realizează datorită mișcării dirijate a organismelor (este caracteristic animalelor și într-o măsură mai mică pentru plante). Materia vie are, de asemenea, o dorință inerentă de a umple tot spațiul posibil.
5. Materia vie prezintă semnificativ mai mare morfologică și diversitatea chimică decât neînsuflețit. În plus, spre deosebire de materia abiogenă nevie, materia vie nu este reprezentată exclusiv în fază lichidă sau gazoasă. Corpurile organismelor sunt construite în toate cele trei stări de fază.
6. Materia vie se prezintă în biosferă sub formă de corpuri dispersate - organisme individuale. Mai mult, fiind dispersată, materia vie nu se găsește niciodată pe Pământ într-o formă pură din punct de vedere morfologic – sub formă de populații de organisme din aceeași specie: este întotdeauna reprezentată de biocenoze.
7. Materia vie există sub forma unei alternanțe continue de generații, datorită căreia materia vie modernă este legată genetic de materia vie din epocile trecute. În același timp, prezența unui proces evolutiv este caracteristică materiei vii, adică reproducerea materiei vii are loc nu prin tipul de copiere absolută a generațiilor anterioare, ci prin modificări morfologice și biochimice.

Sensul materiei vii

Lucrarea materiei vii din biosferă este destul de diversă. Potrivit lui Vernadsky, activitatea materiei vii din biosferă se poate manifesta sub două forme principale:

a) chimică (biochimică) – I tip de activitate geologică; b) mecanic – II tip de activitate de transport.

Migrația biogenă a atomilor de primul fel se manifestă în schimbul constant de materie între organisme și mediu în procesul de construire a corpului organismelor și de digerare a alimentelor. Migrarea biogenă a atomilor de al doilea fel constă în mișcarea materiei de către organisme în timpul activității lor de viață (în timpul construcției vizuinii, cuiburilor, când organismele se îngroapă în pământ), mișcarea materiei vii în sine, precum și trecerea substanţelor anorganice prin tractul gastric mâncători de pământ, mâncători de nămol, mâncători de filtru.

Pentru a înțelege munca pe care o face materia vie în biosferă, sunt foarte importante trei principii de bază, pe care V.I. Vernadsky le-a numit principii biogeochimice:

1. Migrarea biogenă a atomilor elementelor chimice din biosferă se străduiește întotdeauna să se manifeste maxim.
2. Evoluția speciilor de-a lungul timpului geologic, ducând la crearea unor forme de viață care sunt stabile în biosferă, merge într-o direcție care sporește migrația biogenă a atomilor.
3. Materia vie este într-un schimb chimic continuu cu mediul cosmic care o înconjoară și este creată și menținută pe planeta noastră de energia radiantă a Soarelui.

Există cinci funcții principale ale materiei vii:

1. Energie. Constă în absorbția energiei solare în timpul fotosintezei, și a energiei chimice prin descompunerea substanțelor saturate cu energie și transferul de energie prin lanțul trofic al materiei vii eterogene.
2. Concentraţie. Acumularea selectivă a anumitor tipuri de substanțe în timpul vieții. Există două tipuri de concentrații de elemente chimice în materia vie: a) o creștere masivă a concentrațiilor de elemente într-un mediu saturat cu aceste elemente, de exemplu, există mult sulf și fier în materia vie în zonele de vulcanism; b) o concentrație specifică a unui anumit element, indiferent de mediu.
3. Distructiv. Constă în mineralizarea materiei organice nebiogene, descompunerea materiei anorganice nevii și implicarea substanțelor rezultate în ciclul biologic.
4. Formarea mediului. Transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului (în principal datorită materiei nebiogene).
5. Transport. Interacțiunile nutriționale ale materiei vii duc la mișcarea unor mase uriașe de elemente și substanțe chimice împotriva gravitației și în direcția orizontală.

Materia vie îmbrățișează și rearanjează toate procesele chimice ale biosferei. Materia vie este cea mai puternică forță geologică, crescând odată cu trecerea timpului. Aducând un omagiu memoriei marelui fondator al doctrinei biosferei, A. I. Perelman a propus numirea următoarei generalizări „legea lui Vernadsky”:

„Migrarea elementelor chimice pe suprafața pământului și în biosferă în ansamblu are loc fie cu participarea directă a materiei vii (migrația biogenă), fie are loc într-un mediu ale cărui caracteristici geochimice (O 2, CO 2, H 2 S, etc.) sunt condiționate predominant de materia vie ca cea care locuiește în prezent acest sistem, și cel care a acționat pe Pământ de-a lungul istoriei geologice.”

Note

Vezi si

Literatură

• Despre funcțiile materiei vii în biosferă // Buletinul Academiei Ruse de Științe. 2003. T. 73. Nr 3. P.232-238

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce este „Materia vie” în alte dicționare:

Totalitatea organismelor vii din biosferă, biomasa lor. Se caracterizează printr-o compoziție chimică specifică (predomină H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), biomasă uriașă (80 100 109 tone materie organică uscată) și energie. … … Dicționar ecologic

Totalitatea organismelor vii din biosferă, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie. Conceptul a fost introdus de V.I. Vernadsky în doctrina sa despre biosfera și rolul organismelor vii în ciclul materiei și energiei din natură... Dicţionar enciclopedic mare

Totalitatea organismelor vii din biosferă, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie. Conceptul a fost introdus de V.I. Vernadsky în doctrina sa despre biosfere și rolul organismelor vii în ciclul materiei și energiei din natură. * * *… … Dicţionar enciclopedic

1) totalitatea organismelor vii ale biosferei, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie. Termenul a fost introdus de V.I. Vernadsky (vezi Vernadsky). J.v. conectat material și energetic cu biosfera prin... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Totalitatea organismelor vii ale biosferei, exprimată numeric în termeni chimici elementari. compoziție, masă și energie. Conceptul a fost introdus de V.I. Vernadsky în doctrina sa despre biosfere și rolul organismelor vii în ciclul energiei din natură... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

Materie vie- în conceptul lui V.I.Vernadsky, totalitatea organismelor vii ale biosferei (plante, animale, insecte etc., inclusiv umanitatea), exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie... Începuturile științelor naturale moderne

materie vie- 1. Un ansamblu de organisme vii din biosferă care au un metabolism ordonat. 2. Unitate moleculară complexă cu un sistem de control care conține un mecanism de transmisie informații ereditare. E. Substanță vie D. Lebendiger Stoff,… … Dicționar ufologic explicativ cu echivalente în engleză și germană

Potrivit lui V.I. Vernadsky (1940), o colecție de organisme din aceeași specie (materie vie omogenă specifică) sau rasă (materie vie omogenă rasială). Ecologic Dicţionar enciclopedic. Chișinău: Redacția principală a Sovietului moldovenesc... ... Dicționar ecologic

„Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului mai puternică în efectele sale finale decât organismele vii luate ca întreg.”

Ceea ce deosebește fundamental planeta noastră de orice altă planetă sistem solar? Realitatea vieții. „Dacă nu ar exista viață pe Pământ, fața ei ar fi la fel de neschimbată și inertă din punct de vedere chimic ca și fața imobilă a Lunii, precum fragmentele inerte ale corpurilor cerești.”

Materia vie a biosferei este totalitatea tuturor organismelor sale vii. În calitate de om de știință V.I. Vernadsky înțelege că obiectul cercetării sale necesită anumite caracteristici și, prin urmare, notează: „Voi numi totalitatea organismelor, reduse la masă, compoziție chimică și energie, materie vie”. Materia vie în înțelegerea sa este o formă de materie activă, iar energia ei este mai mare, cu cât masa materiei vii este mai mare. Conceptul de „materie vie” a fost introdus în știință de V.I. Vernadsky a înțeles-o ca totalitatea tuturor organismelor vii de pe planetă.

Care sunt proprietățile materiei vii?

Proprietățile materiei vii

Materia vie a biosferei este caracterizată de o energie liberă enormă, care ar putea fi comparată doar cu un flux de lavă de foc, dar energia lavei nu este de lungă durată.

În materia vie, datorită prezenței enzimelor, reacții chimice apar de mii și uneori de milioane de ori mai repede decât la neînsuflețit. Este caracteristic proceselor de viață în care substanțele și energia primite de organism sunt procesate și eliberate în mod semnificativ cantitati mari. De exemplu, masa de insecte pe care le mănâncă un pițigoi pe zi este egală cu propria sa greutate, iar unele omizi consumă și procesează de 200 de ori mai multă hrană pe zi decât propria lor greutate.

Elementele chimice individuale (proteinele, enzimele și uneori compuși minerali individuali sunt sintetizate numai în organismele vii).

Materia vie se străduiește să umple tot spațiul posibil. IN SI. Vernadsky numește două forme specifice de mișcare a materiei vii:

a) pasiv, care se realizează prin reproducere și este inerent atât organismelor animale, cât și vegetale;

b) activ, care se realizează datorită mișcării dirijate a organismelor (o măsură mai mică de caracter pentru plante).

Materia vie prezintă o diversitate morfologică și chimică semnificativ mai mare decât materia nevii. În natură, sunt cunoscuți peste 2 milioane de compuși organici care fac parte din materia vie, în timp ce numărul de minerale din materia nevii este de aproximativ 2 mii, adică cu trei ordine de mărime mai mic.

Materia vie este reprezentată de corpuri dispersate - organisme individuale, fiecare dintre ele având propria sa geneză, propria sa compoziție genetică. dimensiunea organismelor individuale variază de la 2 nm pentru cel mai mic până la 100 m (gamă mai mare de 109). Cele mai mari dintre plante sunt considerate a fi sequoia, iar dintre animale - balenele. Potrivit lui Vernadsky, minimal și dimensiuni maxime organismele sunt determinate de capacitățile limitative ale schimbului lor de gaze cu mediul.

Fiind dispersată, materia vie nu se găsește niciodată pe Pământ într-o formă pură din punct de vedere morfologic, de exemplu, ca specie de populație. Nu poate exista decât sub forma unei biocenoze: „... chiar și o simplă biocenoză a unei păduri uscate de pini pe nisip este o grupare care constă din aproximativ o mie de specii de organisme vii.”

Principiul lui Redi (academician, medic și naturalist florentin, 1626-1697: „toate ființele vii din viețuitoare” - este trăsătură distinctivă materia vie care există pe Pământ sub forma unei alternanțe continue de generații și se caracterizează printr-o legătură genetică cu materia vie din trecut. epoci geologice. Substanțele abiogene nevii, așa cum se știe, intră în biosferă din spațiu și sunt, de asemenea, efectuate în porțiuni din învelișul globului. Ele pot fi similare ca compoziție, dar în general nu au nicio legătură genetică. „Principiul Redi... nu indică imposibilitatea abiogenezei în afara biosferei sau la stabilirea prezenței în biosferă (acum sau mai devreme) a unor fenomene fizico-chimice care nu au fost acceptate atunci când definiție științifică această formă de organizare a învelișului pământului”.

Materia vie în față organisme specifice, spre deosebire de lucrurile neînsuflețite, desfășoară pe tot parcursul ei viata istorica buna treaba. De fapt, doar substanțele biogene ale metabiosferei sunt integrala masei materiei vii, în timp ce masa materiei neînsuflețite de origine terestră este o valoare constantă în istoria geologică: 1 g de granit arhean rămâne astăzi 1 g din aceeași substanță. , și aceeași masă de materie vie, adică 1 g, a existat de miliarde de ani din cauza schimbărilor din generații și în tot acest timp a efectuat lucrări geologice.

Funcțiile materiei vii

Care sunt funcțiile materiei vii în biosferă?

IN SI. Vernadsky le numește: a) gaz; b) oxigen; c) descriptiv; d) calciu; e) reparator; f) concentrare; g) distrugerea substanţelor organice; h) dezintegrare reductivă; i) metabolismul şi respiraţia organismelor.

A.V. Lapo a regrupat funcțiile numite de Vernadsky (Tabelul 1).

Tabelul 1.

Principalele funcții ale materiei vii din biosferă

	Scurtă descriere a proceselor
Energie	Absorbția energiei solare în timpul fotosintezei și a energiei chimice prin descompunerea substanțelor saturate cu energie; transfer de energie lanturile alimentare materie vie eterogenă
Concentraţie	Acumulare selectivă în timpul vieții specii individuale substanțe: a) folosite pentru a crea corpul unui organism; b) izolat de acesta în timpul metabolismului
Distructiv	Mineralizarea materiei organice nebiogene (1); descompunerea materiei anorganice nevii (2); absorbția substanțelor create în ciclul biochimic (3)
Formarea mediului	Transformarea parametrilor fizici și chimici ai mediului (în principal datorită materiei nebiogene)
Transport	Transportul materiei împotriva gravitației și pe direcție orizontală

Prima numit funcția energetică. „Numai viața cu complicația ei morfologică poate păstra radiatie solara pe Pământ de milioane de ani, așa cum vom vedea cu cărbunele. Într-adevăr, doar datorită „ecranului verde” al biosferei - fotoautotrofii - energia solară nu sare pur și simplu de pe suprafața planetei, încălzind doar Strat de suprafață, dar pătrunde adânc în grosimea scoarței terestre și este o sursă de energie, de fapt, pentru toate procesele exogene.”

Materia vie - organisme vii care locuiesc pe planeta noastră.

Masa materiei vii este de numai 0,01% din masa intregii biosfere. Cu toate acestea, materia vie a biosferei este cea mai importantă componentă a acesteia.

Semne (proprietăți) ale materiei vii care o deosebesc de materia nevii:

Compoziția chimică specifică. Organismele vii constau din aceleași elemente chimice ca și obiectele neînsuflețite, dar raportul dintre aceste elemente este diferit. Elementele principale ale viețuitoarelor sunt C, O, N și H.

Structura celulară. Toate organismele vii, cu excepția virusurilor, au o structură celulară.

Metabolism și dependență energetică. Organismele vii sunt sisteme deschise; ele depind de aportul de la Mediul extern substanțe și energie.

Autoreglare (homeostază). Organismele vii au capacitatea de a menține homeostazia - constanța compoziției lor chimice și intensitatea proceselor metabolice.

Iritabilitate. Organismele vii prezintă iritabilitate, adică capacitatea de a răspunde la anumite influente externe reacții specifice.

Ereditate. Organismele vii sunt capabile să transmită caracteristici și proprietăți din generație în generație folosind purtători de informații - molecule de ADN și ARN.

• 7. Variabilitate. Organismele vii sunt capabile să dobândească noi caracteristici și proprietăți.
• 8. Auto-reproducere (reproducere). Organismele vii sunt capabile să se reproducă - să reproducă propriul lor fel.
• 9. Dezvoltarea individuală (ontogeneză). Fiecare individ se caracterizează prin ontogeneză - dezvoltarea individuală a organismului de la naștere până la sfârșitul vieții (moarte sau nouă diviziune). Dezvoltarea este însoțită de creștere.
• 10. Dezvoltare evolutivă (filogenie). Materia vie în general se caracterizează prin filogenie - dezvoltarea istorică a vieții pe Pământ din momentul apariției sale până în prezent.

Adaptări. Organismele vii sunt capabile să se adapteze, adică să se adapteze la condițiile de mediu.

Ritm. Organismele vii prezintă activitate ritmică (zilnic, sezonier etc.).

Integritate și discreție. Pe de o parte, toată materia vie este holistică, organizată într-un anumit fel și supusă legilor generale; pe de altă parte, orice sistem biologic este format din elemente separate, deși interconectate.

Ierarhie. Pornind de la biopolimeri (proteine ​​și acizi nucleici) și terminând cu biosfera în ansamblu, toate viețuitoarele se află într-o anumită subordonare. Operațiune sisteme biologice la un nivel mai puțin complex face posibilă existența unui nivel mai complex.

Lumea organismelor vii din biosfera care ne înconjoară este o combinație de diverse sisteme biologice de ordine structurală diferită și poziții organizaționale diferite.

Natura ierarhică a organizării materiei vii ne permite să o subdivizăm condiționat în mai multe niveluri.

Nivelul de organizare al materiei vii - Acest loc functional structură biologică de un anumit grad de complexitate în ierarhia generală a vieţuitoarelor.

În prezent, există 9 niveluri de organizare a materiei vii:

Molecular(la acest nivel are loc funcționarea moleculelor mari biologic active, precum proteinele, acizii nucleici etc.);

Subcelular(supramolecular). La acest nivel, materia vie este organizată în organite: cromozomi, membrana celulară și alte structuri subcelulare.

Celular. La acest nivel, materia vie este reprezentată de celule. Celula este o structurală elementară și unitate funcționalăîn viaţă.

Organ-ţesut. La acest nivel, materia vie este organizată în țesuturi și organe. Țesutul este o colecție de celule similare ca structură și funcție, precum și substanțe intercelulare asociate cu acestea. Un organ este o parte a unui organism multicelular care îndeplinește o funcție sau funcții specifice.

Organic (ontogenetic). La acest nivel, caracterizat prin toate caracteristicile sale.

Populație-specie. La acest nivel, materia vie este de aceeași specie. O specie este un ansamblu de indivizi (populații de indivizi) capabili să se încrucișeze cu formarea descendenților fertili și care ocupă o anumită zonă (zonă) în natură.

Biocenotic. La acest nivel, materia vie formează biocenoze. Biocenoza - totalitatea unei populații tipuri diferite locuind pe un anumit teritoriu.

Biogeocenotic. La acest nivel se formează materia vie
biogeocenoze. Biogeocenoza - o combinație de biocenoză și factori de mediu abiotici (climat, sol).

Biosferă. La acest nivel, materia vie formează biosfera. Biosfera este învelișul Pământului transformat de activitatea organismelor vii.

Compoziția chimică a organismelor vii poate fi exprimată în două forme: atomică și moleculară. Compoziția atomică (elementală). caracterizează raportul dintre atomii elementelor incluse în organismele vii. Compoziția moleculară (materială). reflectă raportul dintre molecule de substanțe.

Pe baza conținutului lor relativ, elementele care alcătuiesc organismele vii sunt de obicei împărțite în trei grupuri:

Macronutrienți- O, C, H, N (în total aproximativ 98-99%, lor
numit si de bază), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, CI, Fe (în total aproximativ 1-2%). Macroelementele constituie cea mai mare parte a compoziției procentuale a organismelor vii.

Microelemente - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F etc. Conținutul lor total în materie vie este de aproximativ 0,1%

Ultramicroelemente-- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag etc. Conținutul lor în materia vie este foarte mic (mai puțin de 0,01%), iar rolul fiziologic pentru majoritatea dintre ele nu este dezvăluit.

Elemente chimice care alcătuiesc organismele vii și în același timp performează functii biologice, sunt numite biogene. Chiar și acelea dintre ele care sunt conținute în celule în cantități neglijabile nu pot fi înlocuite cu nimic și sunt absolut necesare vieții.

Elementele chimice fac parte din celule sub formă de ioni și molecule de substanțe anorganice și organice. Cele mai importante substanțe anorganice din celulă sunt apa și sărurile minerale, cele mai importante substanțe organice sunt carbohidrații, lipidele, proteinele și acizii nucleici.

Carbohidrați- compuși organici care conțin carbon, hidrogen și oxigen. Ele sunt împărțite în simple (monozaharide) și complexe (polizaharide). Carbohidrații sunt principala sursă de energie pentru toate formele de activitate celulară. Ele participă la construcția țesuturilor vegetale puternice (în special celuloza) și joacă rolul de rezervă nutriențiîn organisme. Carbohidrații sunt produs primar fotosinteza plantelor verzi.

Lipidele- acestea sunt substanțe asemănătoare grăsimilor care sunt slab solubile în apă (constă din atomi de carbon și hidrogen). Lipidele sunt implicate în construirea partițiilor celulare (membrane) și conduc slab căldura, îndeplinind astfel o funcție de protecție. În plus, lipidele sunt substanțe nutritive de depozitare.

Veverițe Sunt o combinație de aminoacizi proteinogeni (20 bucăți) și constau din 30-50% AK. Proteinele au dimensiuni mari, fiind în esență macromolecule. Proteinele acționează ca catalizatori naturali ai proceselor chimice. Proteinele conțin și metale precum fier, magneziu și mangan.

Acizi nucleici(NK) formează nucleul celular. Există 2 tipuri principale de NA: ADN - acid dezoxiribonucleic și ARN - acid ribonucleic. NC-urile reglează procesul de sinteză și transmit informații ereditare din generație în generație.

Toate organismele vii care trăiesc pe Pământ sunt sisteme deschise, în funcție de aportul de materie și energie din exterior. Procesul de consum de materie și energie se numește alimente. Toate organismele vii sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe în funcție de metoda lor de nutriție.

Autotrofi(organisme autotrofe) - organisme care folosesc dioxidul de carbon ca sursă de carbon (plante și unele bacterii). Cu alte cuvinte, acestea sunt organisme capabile să creeze compuși organici din cei anorganici - dioxid de carbon, apă, săruri minerale (acestea includ în primul rând plantele care efectuează fotosinteza).

Heterotrofe(organisme heterotrofe) - organisme care folosesc compuși organici ca sursă de carbon (animale, ciuperci și majoritatea bacteriilor). Cu alte cuvinte, acestea sunt organisme care nu sunt capabile să creeze substanțe organice din cele anorganice, dar necesită substanțe organice gata preparate (microorganisme și animale).

Nu există o graniță clară între auto- și heterotrofi. De exemplu, organismele euglenoide (flagelate) combină modurile de nutriție autotrofe și heterotrofe.

În raport cu oxigenul liber, organismele se împart în trei grupe: aerobe, anaerobe și forme facultative.

Aerobi- organisme care pot trăi doar în mediu de oxigen(animale, plante, unele bacterii și ciuperci).

Anaerobi- organisme care nu pot trăi într-un mediu cu oxigen (unele bacterii).

Formulare optionale- organisme care pot trăi atât în ​​prezența oxigenului, cât și fără acesta (unele bacterii și ciuperci).

În prezent, întreaga lume a ființelor vii este împărțită în 3 mari grupuri sistematice:

Cea mai mare concentrație de viață în biosferă se observă la granițele de contact dintre învelișurile pământului: atmosfera și litosferă (suprafața terestră), atmosfera și hidrosferă (suprafața oceanului), și mai ales la granițele a trei cochilii - atmosfera, hidrosfera si litosfera ( zonele de coastă). Acestea sunt locurile cu cea mai mare concentrare de viață V.I. Vernadsky le-a numit „filme ale vieții”. În sus și în jos de pe aceste suprafețe concentrația materiei vii scade.

Principalele caracteristici unice ale materiei vii, care determină activitatea sa de transformare extrem de ridicată, includ următoarele:

Capacitatea de a ocupa (stăpâni) rapid tot spațiul liber. Această proprietate este asociată atât cu reproducerea intensivă, cât și cu capacitatea organismelor de a crește intens suprafața corpului sau comunitățile pe care le formează.

Mișcarea nu este doar pasivă, ci și activă, adică nu numai sub influența gravitației, a forțelor gravitaționale etc., ci și împotriva curgerii apei, gravitației, curenților de aer etc.

Stabilitate în timpul vieții și descompunere rapidă după moarte(includerea în ciclurile substanțelor). Datorită autoreglementării, organismele vii sunt capabile să mențină o compoziție chimică și condiții constante mediu intern, în ciuda schimbărilor semnificative ale condițiilor de mediu. După moarte, această abilitate se pierde, iar resturile organice sunt distruse foarte repede. Substanțele organice și anorganice rezultate sunt incluse în cicluri.

Capacitate de adaptare mare (adaptare) la diverse condiții și, în legătură cu aceasta, dezvoltarea nu numai a tuturor mediilor de viață (acvatice, terestre-aer, sol, organism), ci și condiții extrem de dificile din punct de vedere al parametrilor fizico-chimici (microorganismele se găsesc în izvoare termale cu temperaturi de până la 140 o C, în ape reactoare nucleare, într-un mediu fără oxigen).

Viteza de reacție fenomenal de mare. Este cu câteva ordine de mărime mai mare decât în ​​materia nevii.

Rată ridicată de reînnoire a materiei vii. Doar o mică parte din materia vie (o fracțiune de procent) se păstrează sub formă de reziduuri organice, în timp ce restul este inclus în mod constant în procesele de circulație.

Toate proprietățile enumerate ale materiei vii sunt determinate de concentrația de rezerve mari de energie în ea.

Se disting următoarele funcții geochimice principale ale materiei vii:

Energie (biochimică)- legarea și stocarea energiei solare în materia organică și disiparea ulterioară a energiei în timpul consumului și mineralizării materiei organice. Această funcție este asociată cu nutriția, respirația, reproducerea și alte procese vitale ale organismelor.

Gaz- capacitatea organismelor vii de a modifica și menține o anumită compoziție gazoasă a habitatului lor și a atmosferei în ansamblu. Două puncte de cotitură (puncte) în dezvoltarea biosferei sunt asociate cu funcția gazului. Prima dintre acestea datează din vremea când conținutul de oxigen din atmosferă atingea aproximativ 1% din nivel modern. Aceasta a dus la apariția primelor organisme aerobe (capabile să trăiască doar într-un mediu care conține oxigen). Al doilea punct de cotitură este asociat cu momentul în care concentrația de oxigen a atins aproximativ 10% din nivelul său actual. Acest lucru a creat condiții pentru sinteza ozonului și formarea stratului de ozon în straturile superioare ale atmosferei, ceea ce a făcut posibil ca organismele să colonizeze pământul.

Concentraţie- „captarea” din mediu de către organismele vii și acumularea de atomi de elemente chimice biogene în acestea. Capacitatea de concentrare a materiei vii crește conținutul de atomi de elemente chimice din organisme în comparație cu mediul înconjurător cu câteva ordine de mărime. Rezultatul activității de concentrare a materiei vii este formarea zăcămintelor de minerale combustibile, calcare, zăcăminte de minereu etc.

Oxidativ-reductiv - oxidare si reductie diverse substanțe implicând organisme vii. Sub influența organismelor vii, are loc migrarea intensivă a atomilor elementelor cu valență variabilă (Fe, Mn, S, P, N etc.), se creează noi compuși ai acestora, se depun sulfuri și sulf mineral și se formează hidrogen sulfurat.

Distructiv- distrugerea de către organisme și produsele activității lor vitale atât a resturilor de materie organică, cât și a substanțelor inerte. Cel mai important rol în acest sens îl au descompozitorii (distructorii) - ciuperci și bacterii saprofite.

Transport- transfer de materie si energie ca urmare a formei active de miscare a organismelor.

Formarea mediului- transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului. Rezultatul funcției de formare a mediului este întreaga biosferă, iar solul ca unul dintre habitate și mai multe structuri locale.

Risipirea- funcţia opusă concentrării - dispersia substanţelor în mediu inconjurator. De exemplu, dispersia unei substanțe atunci când organismele excretă excremente, schimbă tegumentul etc.

informație- acumularea anumitor informatii de catre organismele vii, consolidarea acestora in structuri ereditare si transmiterea la generatiile urmatoare. Aceasta este una dintre manifestările mecanismelor de adaptare.

Activitatea umană biogeochimică- transformarea și mișcarea substanțelor biosferei ca urmare activitate umana pentru nevoi casnice și casnice. De exemplu, utilizarea concentratoarelor de carbon - petrol, cărbune, gaz.

Astfel, biosfera este un sistem dinamic complex care captează, acumulează și transferă energie prin schimbul de substanțe între materia vie și mediu.