Levande materia biosfären, dess egenskaper

VI Vernadsky skrev: "På jordens yta finns det ingen kemisk kraft som är mer konstant verkande, och därför mer kraftfull i sina slutliga konsekvenser än levande organismer tillsammans."

Läran om levande materia är en av de centrala länkarna i begreppet biosfär. Att studera processerna för migration av atomer i biosfären, V.I. Vernadsky närmade sig frågan om genesis (ursprung, uppkomst) kemiska grundämnen i jordskorpan, och sedan till behovet av att förklara stabiliteten hos de föreningar som utgör organismer. När han analyserade problemet med migration av atomer kom han till slutsatsen att "ingenstans gör det organiska föreningar oberoende av levande materia”. "Med den levande materiens namn", skrev V. I. Vernadsky 1919, "vil jag mena helheten av alla organismer, växtlighet och djur, inklusive människor. Ur en geokemisk synvinkel spelar denna uppsättning organismer bara roll genom massan av ämnet som utgör det, dess kemiska sammansättning och energin som är förknippad med den. Uppenbarligen är det bara ur denna synvinkel som levande materia är viktigt för marken, eftersom vi, eftersom vi har att göra med markkemi, har att göra med en speciell manifestation av allmänna geokemiska processer."

Således är levande materia en uppsättning av levande organismer i biosfären, numeriskt uttryckt i elementär kemisk sammansättning, massa och energi.

skäl. För det första är mänskligheten inte en producent, utan en konsument av biogeokemisk energi. Denna avhandling krävde en revidering av de geokemiska funktionerna hos levande materia i biosfären. För det andra är mänsklighetens massa, baserad på demografiska data, inte en konstant mängd levande materia. Och för det tredje kännetecknas dess geokemiska funktioner inte av massa, utan av produktionsaktivitet. Naturen för mänsklighetens assimilering av biogeokemisk energi bestäms av det mänskliga sinnet. Å ena sidan är människan kulmen på omedveten evolution, "produkten" av naturens spontana aktivitet, och å andra sidan är hon initiativtagaren till ett nytt, rimligt riktat stadium av själva evolutionen.

Vilka är de karaktäristiska egenskaperna i levande materia? Först av allt är det enorm gratis energi ... I processen för artutveckling, biogen migration av atomer, d.v.s. energin i biosfärens levande materia har ökat många gånger och fortsätter att växa, eftersom levande materia bearbetar energin från solstrålning, atomenergi från radioaktivt sönderfall och rymdenergi spridda element som kommer från vår galax. Levande materia är också inneboende i hög hastighet av kemiska reaktioner i jämförelse med icke-levande materia, där liknande processer är tusentals och miljoner gånger långsammare. Till exempel kan vissa larver bearbeta mat 200 gånger mer per dag än de väger sig själva, och en mes per dag äter lika många larver som den väger sig själv.

Det är karakteristiskt för levande materia att komponerar den kemiska föreningar, av vilka de viktigaste är proteiner, är endast stabila i levande organismer ... Efter livets slut bryts de ursprungliga levande organiska ämnena ned till kemiska beståndsdelar.

Levande materia finns på planeten i form av en kontinuerlig växling av generationer, på grund av vilken den nybildade, den är genetiskt relaterad till den levande materia från tidigare epoker. Det är den huvudsakliga strukturella enheten i biosfären, som bestämmer alla andra ytprocesser. skorpa... Levande materia kännetecknas av närvaron av en evolutionär process ... Alla organismers genetiska information är krypterad i var och en av dess celler. Samtidigt är dessa celler ursprungligen avsedda att vara sig själva, med undantag för ägget, från vilket hela organismen utvecklas.

V.I. Vernadsky noterade att de levande organismerna på planeten är den mest ständigt verkande och kraftfulla kemiska kraften i dess slutliga konsekvenser. Han påpekade att levande materia är oskiljaktig från biosfären, är dess funktion och samtidigt "en av de mest kraftfulla geokemiska krafterna på vår planet." V.I. Vernadsky kallade cykeln för enskilda ämnen för biogeokemiska cykler. Dessa kretslopp och cirkulation tillhandahåller de viktigaste funktionerna hos levande materia som helhet. Forskaren identifierade fem sådana funktioner.

Gasfunktion... Det utförs av gröna växter som frigör syre under fotosyntesen, samt av alla växter och djur som släpper ut koldioxid till följd av andning. Det finns också en cykel av kväve i samband med aktiviteten hos mikroorganismer. VI Vernadsky skrev att alla gaser som bildas i biosfären är nära besläktade genom sitt ursprung med levande materia, är alltid biogena och förändras huvudsakligen med biogena medel.

Koncentrationsfunktion. Det manifesterar sig i levande organismers förmåga att ackumulera många kemiska element i sina kroppar (i första hand är kol, bland metaller - kalcium). Förmågan att koncentrera element från utspädda lösningar - karaktäristiskt drag levande materia. Till exempel ackumulerar marina organismer aktivt spårämnen, tungmetaller (kvicksilver, bly, arsenik), radioaktiva element.

V.I. Vernadsky särskiljde:

1. Koncentrationsfunktioner av det första slaget, när ett levande ämne från miljön koncentrerar de kemiska grundämnen som finns i alla organismer utan undantag (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl K, Ca, Fe).

2. Koncentrationsfunktioner av det andra slaget, när det finns en ansamling av kemiska grundämnen som inte finns i levande organismer, eller kan förekomma i mycket små mängder. Till exempel kan sjögurkor ackumulera vanadin. Daggmaskar kan ackumulera zink, koppar, bly och kadmium i sina vävnader. Kelpalger samlar jod.

Redox funktion. Det uttrycks i kemiska omvandlingar av ämnen under organismers liv. Som ett resultat bildas salter, oxider och nya ämnen. Denna funktion är förknippad med bildandet av järn- och manganmalmer, kalkstenar etc.

Biokemisk funktion. Det definieras som reproduktion, tillväxt och rörelse av levande materia i rymden. Allt detta leder till cirkulationen av kemiska element i naturen, deras biogena migration.

V.I. Vernadsky pekade ut den första biokemiska funktionen, som är förknippad med näring, andning och reproduktion av organismer och den andra biokemiska funktionen, som är associerad med förstörelsen av levande organismers kroppar efter deras död. I det här fallet inträffar ett antal biokemiska transformationer: levande kropp- bio-inert - inert.

Funktion av mänsklig biogeokemisk aktivitet. Förknippas med biogen migration av atomer, som är kraftigt förstärkt under påverkan av ekonomisk aktivitet människan och hennes sinne. En person under sin ekonomiska verksamhet utvecklas och använder för sina behov Ett stort antalämnen i jordskorpan, inkl. såsom kol, gas, olja, torv, skiffer, många malmer. Samtidigt sker atropogent intag av främmande ämnen i biosfären i mängder som överstiger det tillåtna värdet. Detta ledde till en kriskonfrontation mellan människa och natur. Den främsta orsaken till den förestående ekologisk kris anses vara ett teknokratiskt begrepp som betraktar biosfären å ena sidan som en källa till fysiska resurser, å andra sidan som ett avlopp för avfallshantering.

För närvarande släpper världsekonomin årligen ut i atmosfären

 mer än 250 miljoner ton fina aerosoler,

 200 miljoner ton kolmonoxid,

 150 miljoner ton svaveldioxid,

 120 miljoner ton aska,

 mer än 50 miljoner ton kolväten,

 2,5 miljarder (!) ton kväveoxider.

Den naturliga cirkulationen av atomer i atmosfären hänger helt enkelt inte med i de mänskliga utsläppen. Bara genom att bränna in kol kraftverk arsenik, uran, kadmium, beryllium kommer in i miljön dussintals gånger, och kvicksilver tusentals gånger mer än vad som är involverat i det naturliga biokemiska kretsloppet.

IN OCH. Vernadsky klassificerade levande materia i homogen och heterogen ... Den första enligt hans uppfattning är ett generiskt, specifikt ämne, etc., och det andra representeras av vanliga blandningar av levande ämnen. Detta är en skog, träsk, stäpp, d.v.s. biocenos. Forskaren föreslog att karakterisera levande materia på grundval av sådana kvantitativa indikatorer som kemisk sammansättning, medelvikt organismer och medelhastigheten för deras kolonisering av jordens yta.

Vernadsky ger de genomsnittliga siffrorna för hastigheten för "överföring av liv i biosfären". Den tid det tar för denna art att fånga hela vår planets yta i olika organismer kan uttryckas i följande siffror (dag):

Kolerabakterier ( Vibrio cholerae) 1,25

Infusoria ( Lekconhrys patula) 10,6 (max)

Kiselalger ( Nittschia putrida) 16,8 (max)

Grön plankton 166-183 (genomsnitt)

Insekter ( Musca domestica) 366

Fiskar ( Pleurettes platessa) 2159 (högst)

Blommande växter (Trifolium repens) 4076

Fåglar (kycklingar) 5600-6100

Däggdjur: råttor 2800

vildsvin 37600

Indisk elefant 376000.

Livet på vår planet existerar i icke-cellulära och cellulära former.

Den icke-cellulära formen av levande materia representeras av virus som saknar irritabilitet och sin egen proteinsyntes. De enklaste virusen består bara av ett proteinhölje och en DNA- (deoxiribonukleinsyra) eller RNA-molekyl (ribonukleinsyra) som utgör kärnan i viruset. Ibland isoleras virus i ett speciellt rike av levande natur - Vira. De kan bara reproducera sig inom vissa levande celler. Virus är allmänt förekommande i naturen och är en farlig fiende till allt levande. Genom att bosätta sig i cellerna hos levande organismer orsakar de sin död. Cirka 500 virus har beskrivits som infekterar varmblodiga ryggradsdjur och cirka 300 virus som attackerar högre växter... Mer än hälften av mänskliga sjukdomar har sin utveckling på grund av de minsta virusen (de är 100 gånger mindre än bakterier). Det räcker med att nämna några fruktansvärda sjukdomar orsakade av virus för att inse hotet från dessa små varelser. Dessa är poliomyelit, smittkoppor, influensa, smittsam hepatit, gula febern, etc.

Cellulära livsformer representeras av prokaryoter (organismer som inte har en kärna som begränsas av ett membran) och eukaryoter (vars celler innehåller bildade kärnor). Olika bakterier tillhör prokaryoter. Eukaryoter är alla högre djur och växter, såväl som encelliga och flercelliga alger, svampar och protozoer.

Termen "levande substans" introducerades i litteraturen av VI Vernadsky, genom vilken han förstod helheten av alla levande organismer, uttryckt i termer av massa, energi och kemisk sammansättning.

Massan av levande materia på ytan av kontinenter är 800 gånger större än biomassan i världshavet. På ytan av kontinenter dominerar växter kraftigt i sin massa över djur. All levande materia till sin massa intar en obetydlig plats i jämförelse med någon av de övre geosfärerna Globen... Till exempel är atmosfärens massa 2 150 gånger större, hydrosfären är 602 000 gånger större och jordskorpan är 1 670 000 gånger större.

Men i sin aktiva effekt på miljön intar levande materia en speciell plats och skiljer sig kvalitativt kraftigt från andra oorganiska naturliga formationer som utgör biosfären. Först och främst beror detta på det faktum att levande organismer, tack vare biologiska katalysatorer (enzymer), gör otroliga saker. Till exempel kan de fixera atmosfärens molekylära kväve i sina kroppar vid temperaturer och tryck som är vanliga för den naturliga miljön. Under industriella förhållanden kräver bindningen av atmosfäriskt kväve till ammoniak (NH3) en temperatur på cirka 500 ° C och ett tryck på 300-500 atmosfärer. I levande organismer ökar hastigheten för kemiska reaktioner i metabolismprocessen med flera storleksordningar. IN OCH. I detta sammanhang kallade Vernadsky levande materia för en form av extremt aktiverad materia.

Till huvudet unika funktioner levande materia, som bestämmer dess höga omvandlingsaktivitet, kan tillskrivas:

1. Möjligheten att snabbt ockupera ledigt utrymme , vilket är förknippat med både intensiv reproduktion och organismers förmåga att intensivt öka ytan på sina kroppar eller de samhällen de bildar ( livets helhet ).

2. Rörelse är inte bara passiv (genom gravitationen) men också aktiv... Till exempel mot flödet av vatten, gravitation, rörelsen av luftströmmar.

3. Persistens under livet och snabb nedbrytning efter döden (inkludering i cirkulationen), samtidigt som hög fysisk och kemisk aktivitet bibehålls.

4. Hög anpassningsförmåga (anpassning) till olika förutsättningar och i detta avseende, utvecklingen av inte bara alla livsmiljöer (vatten, mark-luft, jord), men också extremt svårt när det gäller fysikalisk-kemiska parametrar.

5. Fenomenalt hög hastighet av kemiska reaktioner ... Det är flera storleksordningar viktigare än i den livlösa naturen. Denna egenskap kan bedömas av graden av bearbetning av materia av organismer i livets process. Till exempel bearbetar larverna hos vissa insekter en mängd av ett ämne per dag som är 100-200 gånger deras kroppsvikt.

6. Hög förnyelsehastighet av levande materia ... Man uppskattar att det i genomsnitt för biosfären är cirka 8 år (14 år för land och 33 dagar för havet, där organismer med kort livslängd råder).

7. Mångfald av former, storlekar och kemiska alternativ , som avsevärt överstiger många kontraster i livlös, inert substans.

8. Individualitet (det finns inga identiska arter och till och med individer i världen).

Alla dessa och andra egenskaper hos levande materia bestäms av koncentrationen av stora energireserver i den. IN OCH. Vernadsky noterade att endast lava som bildas under vulkanutbrott kan konkurrera med levande materia när det gäller energimättnad.

Funktioner av levande materia... All aktivitet av levande materia i biosfären kan, med en viss grad av konvention, reduceras till flera grundläggande funktioner som avsevärt kan komplettera idén om dess transformerande biosfär-geologiska aktivitet.

1. Energi ... Den här av essentiella funktioner förknippas med att lagra energi i processen för fotosyntes, överföra den genom näringskedjor och skingra den i det omgivande utrymmet.

2. Gas - är förknippad med förmågan att förändra och upprätthålla en viss gassammansättning av livsmiljön och atmosfären som helhet.

3. Redox - i samband med tillväxt under påverkan av levande materia av intensiteten av processer såsom oxidation och reduktion.

4. Koncentration - organismers förmåga att koncentrera spridda kemiska element i sin kropp, vilket ökar deras innehåll med flera storleksordningar, jämfört med miljön, och i kroppen hos enskilda organismer - med en faktor på miljoner. Resultatet av koncentrationsaktivitet är avlagringar av fossila bränslen, kalksten, malmfyndigheter etc.

5. Destruktiv - Förstörelse av organismer och produkter av deras vitala aktivitet, även efter deras död, av både rester av organiskt material och inerta ämnen. Huvudmekanismen för denna funktion är förknippad med cirkulationen av ämnen. Den viktigaste rollen i detta avseende spelas av lägre former liv - svampar, bakterier (förstörare, reduktionsmedel).

6. Transport - överföring av materia och energi som ett resultat aktiv form rörelse av organismer. Ofta utförs sådan överföring över kolossala avstånd, till exempel under migrationer och migrationer av djur.

7. Miljöbildande ... Denna funktion är till stor del resultatet av den kombinerade verkan av andra funktioner. I slutändan är det förknippat med omvandlingen av de fysikalisk-kemiska parametrarna i miljön. Denna funktion kan ses i bredare och snävare termer. I vid mening är resultatet av denna funktion hela den naturliga miljön. Den skapades av levande organismer, och de bibehåller också dess parametrar i ett relativt stabilt tillstånd i nästan alla geosfärer. I en snävare mening manifesteras den miljöbildande funktionen av levande materia, till exempel i bildandet och bevarandet av jordar från förstörelse (erosion), i reningen av luft och vatten från föroreningar, i att öka tillgången på grundvattenkällor, etc.

8. Spridning fungerar motsatsen till koncentration. Det manifesterar sig genom organismers trofiska (närings-) och transportaktiviteter. Till exempel spridningen av materia när exkrementer utsöndras av organismer, organismers död under olika typer av rörelser i rymden och en förändring i integument.

9. Information funktionen av levande materia uttrycks i det faktum att levande organismer och deras samhällen samlar information, fixerar den i ärftliga strukturer och för den vidare till efterföljande generationer. Detta är en av manifestationerna av anpassningsmekanismer.

Trots det stora utbudet av former, all levande materia är fysiskt och kemiskt en ... Och detta är en av de grundläggande lagarna för hela den organiska världen - lagen om den fysiska och kemiska enheten av levande materia. Det följer av det att det inte finns något sådant fysiskt eller kemiskt medel som skulle vara dödligt för vissa organismer och absolut ofarligt för andra. Skillnaden är bara kvantitativ - vissa organismer är känsligare, andra mindre, vissa anpassar sig snabbare, andra långsammare. I detta fall sker anpassning under det naturliga urvalet, d.v.s. på grund av döden av de individer som inte kunde anpassa sig till nya förhållanden.

Kännetecken för levande materia

Sammansättningen av levande materia inkluderar både organiska (i kemisk mening) och oorganiska, eller mineraliska, ämnen. Vernadsky skrev:

Massan av levande materia är relativt liten och uppskattas till 2,4-3,6 · 10 12 ton (i torrvikt) och är mindre än 10 -6 massor av andra skal på jorden. Men detta är en av de "kraftigaste geokemiska krafterna på vår planet."

Levande materia utvecklas där liv kan existera, det vill säga i skärningspunkten mellan atmosfären, litosfären och hydrosfären. Under förhållanden som inte är gynnsamma för existensen går levande materia in i ett tillstånd av suspenderad animation.

Det specifika för levande materia är som följer:

1. Biosfärens levande materia kännetecknas av enorm fri energi. I den oorganiska världen, när det gäller mängden fri energi, kan endast kortlivade icke-stelnade lavaflöden jämföras med levande materia.
2. En skarp skillnad mellan levande och icke-levande materia i biosfären observeras i förekomsten av kemiska reaktioner: i levande materia fortskrider reaktionerna tusentals och miljoner gånger snabbare.
3. Ett utmärkande drag för levande materia är att de enskilda kemiska föreningar som utgör den - proteiner, enzymer etc. - är stabila endast i levande organismer (i stor utsträckning är detta också karakteristiskt för de mineralföreningar som utgör levande materia) .
4. Godtycklig rörelse av levande materia, till stor del självreglerande. VI Vernadsky särskiljde två specifika former av rörelse av levande materia: a) passiv, som skapas genom reproduktion och är inneboende i både djur- och växtorganismer; b) aktiv, som utförs på grund av riktad förflyttning av organismer (den är karakteristisk för djur och i mindre grad för växter). Levande materia är också inneboende i önskan att fylla allt möjligt utrymme.
5. Levande materia uppvisar en betydligt större morfologisk och kemisk mångfaldän livlös. Dessutom, till skillnad från icke-levande abiogent material, kan levande materia inte representeras uteslutande av en vätske- eller gasfas. Organismens kroppar är byggda i alla tre fastillstånden.
6. Levande materia presenteras i biosfären i form av spridda kroppar - enskilda organismer... Dessutom är levande materia, eftersom den är spridd, aldrig på jorden i en morfologiskt ren form - i form av populationer av organismer av samma art: den representeras alltid av biocenoser.
7. Levande materia existerar i form av en kontinuerlig växling av generationer, på grund av vilken modern levande materia är genetiskt relaterad till den levande materien från tidigare epoker. I detta fall är närvaron av en evolutionär process karakteristisk för levande materia, det vill säga reproduktionen av levande materia sker inte enligt typen av absolut kopiering av tidigare generationer, utan genom morfologiska och biokemiska förändringar.

Värdet av levande materia

Arbetet med levande materia i biosfären är ganska mångsidigt. Enligt Vernadsky kan arbetet med levande materia i biosfären manifestera sig i två huvudformer:

a) kemisk (biokemisk) - I typ av geologisk aktivitet; b) mekanisk - II typ av transportverksamhet.

Biogen migration av atomer av det första slaget manifesteras i det ständiga utbytet av materia mellan organismer och miljön i processen att bygga kroppen av organismer, smälta mat. Biogen migration av atomer av det andra slaget består i organismers rörelse av materia under dess liv (under konstruktion av hålor, bon, när organismer begravs i marken), rörelsen av själva levande materien, såväl som passagen av oorganiska ämnen genom magkanalen jordätare, siltätare, filtermatare.

För att förstå det arbete som levande materia gör i biosfären är tre huvudbestämmelser mycket viktiga, som V.I.Vernadsky kallade biogeokemiska principer:

1. Biogen migration av atomer av kemiska element i biosfären tenderar alltid till sin maximala manifestation.
2. Arternas utveckling under geologisk tid, vilket leder till skapandet av livsformer som är stabila i biosfären, går i en riktning som förstärker den biogena migrationen av atomer.
3. Levande materia är i kontinuerligt kemiskt utbyte med den kosmiska miljön som omger den och skapas och underhålls på vår planet av solens strålningsenergi.

Det finns fem huvudfunktioner för levande materia:

1. Energi... Den består i absorption av solenergi under fotosyntes och kemisk energi - genom nedbrytning av energimättade ämnen och överföring av energi längs näringskedjan av heterogen levande materia.
2. Koncentration... Selektiv ackumulering under livets gång av vissa typer av ämnen. Det finns två typer av koncentrationer av kemiska grundämnen i levande materia: a) en massiv ökning av koncentrationerna av grundämnen i en miljö som är mättad med dessa grundämnen, till exempel finns det mycket svavel och järn i levande materia i områden med vulkanism; b) den specifika koncentrationen av ett eller annat element, oavsett miljö.
3. Destruktiv... Det består i mineralisering av icke-biogent organiskt material, nedbrytning av icke-levande oorganiskt material, inblandning av de bildade ämnena i den biologiska cirkulationen.
4. Miljöbildande... Omvandling av fysikaliska och kemiska parametrar i miljön (främst på grund av icke-biogent material).
5. Transport... Matinteraktioner av levande materia leder till förflyttning av enorma massor av kemiska element och ämnen mot gravitationen och i horisontell riktning.

Levande materia omfattar och omarrangerar alla kemiska processer i biosfären. Levande materia är den mest kraftfulla geologiska kraften som växer med tidens gång. För att hylla minnet av den store grundaren av läran om biosfären, föreslog A.I. Perelman att man skulle kalla följande generalisering "Vernadskys lag":

"Migrationen av kemiska grundämnen på jordens yta och i biosfären som helhet utförs antingen med direkt deltagande av levande materia (biogen migration), eller så sker den i en miljö vars geokemiska egenskaper (O 2, CO 2, H 2 S, etc.) är övervägande orsakade av levande materia som den som för närvarande lever detta system och den som verkade på jorden genom geologisk historia."

Anteckningar (redigera)

se även

Litteratur

• Om den levande materiens funktioner i biosfären // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2003. T. 73. Nr 3. P.232-238

Wikimedia Foundation. 2010.

Se vad "Levande materia" är i andra ordböcker:

Helheten av levande organismer i biosfären, deras biomassa. Den kännetecknas av en specifik kemisk sammansättning (dominerad av H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), enorm biomassa (80 100 · 109 t torrt organiskt material) och energi ... ... ... Ekologisk ordbok

Helheten av levande organismer i biosfären, numeriskt uttryckt i elementär kemisk sammansättning, massa och energi. Konceptet introducerades av V.I. Vernadsky i hans doktrin om biosfären och de levande organismernas roll i kretsloppet av ämnen och energi i naturen ... Stor encyklopedisk ordbok

Helheten av levande organismer i biosfären, numeriskt uttryckt i elementär kemisk sammansättning, massa och energi. Konceptet introducerades av V.I. Vernadsky i hans doktrin om biosfären och de levande organismernas roll i cirkulationen av ämnen och energi i naturen. * * * ... ... encyklopedisk ordbok

1) helheten av levande organismer i biosfären, numeriskt uttryckt i elementär kemisk sammansättning, massa och energi. Termen introducerades av V.I.Vernadsky (Se Vernadsky). Zh. In. kopplad till biosfären materiellt och energiskt genom ... ... Stor sovjetisk uppslagsbok

Helheten av levande organismer i biosfären, numeriskt uttryckt i elementär kemi. sammansättning, massa och energi. Konceptet introducerades av V.I. Vernadsky i hans doktrin om biosfären och de levande organismernas roll i energi- och energicykeln i naturen ... Naturvetenskap. encyklopedisk ordbok

Levande materia- i konceptet V.I. Vernadsky, helheten av levande organismer i biosfären (växter, djur, insekter, etc., inklusive mänskligheten), numeriskt uttryckt i elementär kemisk sammansättning, massa och energi ... Början av modern naturvetenskap

levande materia- 1. En uppsättning levande organismer i biosfären med en ordnad metabolism. 2. Ett komplext molekylärt aggregat med ett kontrollsystem som innehåller en transmissionsmekanism ärftlig information... E. Levande substans D. Lebendiger Stoff, ... ... Förklarande ufologisk ordbok med motsvarigheter på engelska och tyska

Enligt V.I. Vernadsky (1940), helheten av organismer av samma art (art homogen levande materia) eller ras (rashomogen levande materia). Ekologisk encyklopedisk ordbok... Chisinau: Den moldaviska sovjetens huvudredaktion ... ... Ekologisk ordbok

"På jordens yta finns det ingen kemisk kraft som är mer kraftfull i sina yttersta effekter än levande organismer som helhet."

Det som i grunden skiljer vår planet från vilken annan planet som helst Solsystem? Livets hårdhet. "Om det inte fanns något liv på jorden, skulle hennes ansikte vara lika oföränderligt och kemiskt inert, som Månens orörliga ansikte, som inerta fragment av himmelska kroppar."

Biosfärens levande materia är helheten av alla dess levande organismer. Som vetenskapsman V.I. Vernadsky förstår att föremålet för hans forskning kräver vissa egenskaper, och noterar därför: "Jag kommer att kalla helheten av organismer reducerade till massa, kemisk sammansättning och energi, levande materia." Levande materia i hans förståelse är en form av aktiv materia, och dess energi är ju större, desto större massan av levande materia. Begreppet "levande materia" introducerades i vetenskapen av V.I. Vernadsky och förstod över honom helheten av alla levande organismer på planeten.

Vilka egenskaper har levande materia?

Egenskaper av levande materia

Biosfärens levande materia kännetecknas av enorm fri energi, som bara kan jämföras med ett brinnande flöde av lava, men lavans energi är inte långsiktig.

I levande materia, på grund av närvaron av enzymer, kemiska reaktioner förekommer tusentals, och ibland miljontals gånger snabbare än i det livlösa. Livsprocesser kännetecknas av att de ämnen och energi som kroppen tar emot bearbetas och ges in väsentligt stora mängder... Till exempel är massan av insekter som äts av en mes per dag lika med dess egen massa, och vissa larver konsumerar och bearbetar 200 gånger mer mat per dag än vad de själva väger.

Individuella kemiska element (proteiner, enzymer och ibland enskilda mineralföreningar syntetiseras endast i levande organismer).

Levande materia tenderar att fylla allt möjligt utrymme med sig själv. IN OCH. Vernadsky namnger två specifika former av rörelse av levande materia:

a) passiv, som utförs genom reproduktion och är inneboende i både djur- och växtorganismer;

b) aktiv, som utförs på grund av riktad rörelse av organismer (ett mindre naturmått för växter).

Levande materia uppvisar betydligt större morfologisk och kemisk mångfald än icke-levande materia. I naturen är mer än 2 miljoner organiska föreningar kända som är en del av levande materia, medan mängden mineraler i icke-levande materia är cirka 2 tusen, det vill säga tre storleksordningar lägre.

Levande materia representeras av spridda kroppar - individuella organismer, som var och en har sin egen genes, sin egen genetiska sammansättning. storleken på enskilda organismer sträcker sig från 2 nm i den minsta till 100 m (intervall över 109). Den största av växterna är sequoia, och av djuren - valar. Enligt Vernadsky, minimum och maximala mått organismer bestäms av gränsmöjligheterna för deras gasutbyte med miljön.

Eftersom levande materia är spridd, kommer den aldrig fram på jorden i en morfologiskt ren form, till exempel i form av en populationsart. Det kan bara existera i form av en biocenos: "... även en enkel biocenos av någon torr tallskog på sanden är en gruppering som består av cirka tusen arter av levande organismer."

Redis princip (florentinsk akademiker, läkare och naturforskare, 1626-1697: "allt levande från levande varelser" - är särdrag levande materia som existerar på jorden i form av en kontinuerlig växling av generationer och kännetecknas av en genetisk koppling med den levande materien från allt tidigare geologiska epoker... Som ni vet kommer livlösa abiogena ämnen in i biosfären från rymden och utförs av den i delar från jordens skal. De kan vara lika i sammansättning, men de har i allmänhet inget genetiskt samband. "Redi-principen ... indikerar inte omöjligheten av abiogenes utanför biosfären eller när man fastställer närvaron i biosfären (nu eller tidigare) av fysikalisk-kemiska fenomen som inte accepteras i biosfären. vetenskaplig definition av denna form av organisation av det jordiska skalet”.

Levande materia i ansiktet specifika organismer, i motsats till den livlösa, utför under sin historiskt liv bra jobbat. Faktum är att endast biogena ämnen i metabiosfären är integralen av massan av levande materia, medan massan av livlös materia av jordbundet ursprung är ett konstant värde i geologisk historia: 1 g arkeisk granit finns kvar idag 1 g av samma ämne, och samma massa av levande materia, det vill säga 1 g, i miljarder år har den funnits på grund av generationsväxlingen och hela denna tid har utfört geologiskt arbete.

Funktioner av levande materia

Vilka funktioner har levande materia i biosfären?

IN OCH. Vernadsky kallar följande: a) gas; b) syre; c) beskrivande; d) kalcium; e) reparativ; f) koncentration; g) destruktion av organiska ämnen; h) reduktivt sönderfall; i) metabolism och andning av organismer.

A.V. Lapo omgrupperade funktionerna som namngavs av Vernadsky (tabell 1).

Bord 1.

De huvudsakliga funktionerna för levande materia i biosfären

	Kort beskrivning av processerna
Energi	Absorption av solenergi i processen för fotosyntes och kemisk energi genom sönderfallet av energimättade ämnen; kraftöverföring näringskedjor olik levande materia
Koncentration	Selektiv ackumulering under livets gång vissa typerämnen: a) som används för att skapa organismens kropp; b) isolerad från det under metabolism
Destruktiv	Mineralisering av icke-biogent organiskt material (1); nedbrytning av livlöst oorganiskt material (2); absorption av skapade ämnen i det biokemiska kretsloppet (3)
Miljöbildande	Omvandling av fysikaliska och kemiska parametrar i miljön (främst på grund av icke-biogena ämnen)
Transport	Transport av materia mot gravitationen och i horisontell riktning

Den första är namngiven energifunktion... "Endast livet med dess morfologiska komplikationer kan behålla solstrålning det finns miljontals år på jorden, som vi kommer att se med exemplet med kol. Faktum är att bara tack vare biosfärens "gröna skärm" - fotoautotrofer - studsar solenergin inte bara bort från planetens yta, utan värms bara upp Ytskikt, men det tränger djupt in i jordskorpans skikt och är faktiskt en energikälla för alla exogena processer."

Levande materia - levande organismer som bebor vår planet.

Massan av levande materia är bara 0,01 % av massan av hela biosfären. Ändå är biosfärens levande materia dess huvudkomponent.

Tecken (egenskaper) hos levande materia, som skiljer den från icke-levande materia:

Specifik kemisk sammansättning... Levande organismer består av samma kemiska grundämnen som föremål av livlös natur, men förhållandet mellan dessa grundämnen är annorlunda. Huvudelementen i levande varelser är C, O, N och N.

Cellulär struktur. Alla levande organismer, förutom virus, har en cellstruktur.

Metabolism och energiberoende. Levande organismer är öppna system, de är beroende av input från yttre miljönämnen och energi.

Självreglering (homeostas). Levande organismer har förmågan att upprätthålla homeostas - beständigheten i deras kemiska sammansättning och intensiteten av metaboliska processer.

Irritabilitet. Levande organismer visar irritabilitet, det vill säga förmågan att svara på vissa yttre påverkan specifika reaktioner.

Ärftlighet. Levande organismer kan överföra egenskaper och egenskaper från generation till generation med hjälp av informationsbärare - DNA- och RNA-molekyler.

• 7. Variabilitet. Levande organismer kan förvärva nya egenskaper och egenskaper.
• 8. Självreproduktion (reproduktion). Levande organismer kan föröka sig - reproducera sin egen sort.
• 9. Individuell utveckling (ontogeni). Varje individ kännetecknas av ontogenes - den individuella utvecklingen av en organism från början till livets slut (död eller ny delning). Utveckling åtföljs av tillväxt.
• 10. Evolutionär utveckling (fylogeni). Levande materia som helhet kännetecknas av fylogeni - den historiska utvecklingen av livet på jorden från ögonblicket för dess uppkomst till nutid.

Anpassning. Levande organismer kan anpassa sig, det vill säga att anpassa sig till miljöförhållanden.

Rytm. Levande organismer visar livets rytm (dagligen, säsongsbetonad, etc.).

Integritet och diskrethet... Å ena sidan är all levande materia integrerad, organiserad på ett visst sätt, lyder allmänna lagar; å andra sidan består alla biologiska system av isolerade, om än sammanlänkade, element.

Hierarki. Utgående från biopolymerer (proteiner och nukleinsyror) och slutar med biosfären som helhet, är alla levande varelser i en viss underordning. Fungerande biologiska system på en mindre komplex nivå gör det möjligt för en mer komplex nivå att existera.

Världen av levande organismer i biosfären omkring oss är en kombination av olika biologiska system av olika strukturell ordning och olika organisatoriska positioner.

Hierarkin för organisationen av levande materia gör att den villkorligt kan delas in i ett antal nivåer.

Organisationsnivån för levande materia - detta är funktionell plats biologisk struktur av en viss grad av komplexitet i den allmänna hierarkin av de levande.

För närvarande finns det 9 nivåer av organisering av levande materia:

Molekyl(på denna nivå, funktionen hos biologiskt aktiva stora molekyler, såsom proteiner, nukleinsyror, etc.);

Subcellulär(supramolekylär). På denna nivå är levande materia organiserad i organeller: kromosomer, cellmembran och andra subcellulära strukturer.

Cellulär... På denna nivå representeras levande materia av celler. Cellen är en elementär strukturell och funktionell enhet vid liv.

Organ-vävnad... På denna nivå är levande materia organiserad i vävnader och organ. Vävnad är en samling celler som liknar struktur och funktion, såväl som intercellulära ämnen som är associerade med dem. Ett organ är en del av en flercellig organism som utför en specifik funktion eller funktioner.

Organisk (ontogenetisk). På denna nivå kännetecknas av alla dess funktioner.

Populationsspecifik. På denna nivå, levande materia av arten. En art är en uppsättning individer (populationer av individer) som kan föröka sig med bildandet av fertil avkomma och ockupera ett visst område (utbredningsområde) i naturen.

Biokenotisk. På denna nivå bildar levande materia biocenoser. Biocenos - befolkningens helhet olika typer bor i ett visst område.

Biogeocenotisk... På denna nivå bildas levande materia
biogeocenoser. Biogeocenos - en uppsättning biocenos och abiotiska faktorer i miljön (klimat, jord).

Biosfär. På denna nivå bildar levande materia biosfären. Biosfären är jordens skal, omvandlat av levande organismers aktivitet.

Den kemiska sammansättningen av levande organismer kan uttryckas i två former: atomär och molekylär. Atomisk (elementär) sammansättning kännetecknar förhållandet mellan atomer av element som ingår i levande organismer. Molekylär (material) sammansättningåterspeglar förhållandet mellan molekyler av ämnen.

Beroende på det relativa innehållet delas de element som utgör levande organismer vanligtvis in i tre grupper:

Makronäringsämnen- O, C, H, N (i mängden ca 98-99%, deras
även kallad huvud), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (i mängden ca 1-2%). Makronäringsämnen utgör huvuddelen av den procentuella sammansättningen av levande organismer.

Spårelement - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F, etc. Deras totala innehåll i levande materia är cirka 0,1 %

Ultramikroelement- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag, etc. Deras innehåll i levande materia är mycket obetydligt (mindre än 0,01%), och den fysiologiska rollen för de flesta av dem avslöjas inte.

Kemiska element som är sammansättningen av levande organismer och samtidigt presterar biologiska funktioner kallas biogen.Även de av dem, som finns i celler i försumbara mängder, kan inte ersättas med någonting och är absolut nödvändiga för livet.

Kemiska grundämnen är en del av celler i form av joner och molekyler av oorganiska och organiska ämnen. De viktigaste oorganiska ämnena i cellen är vatten och mineralsalter, de viktigaste organiska ämnena är kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror

Kolhydrater- organiska föreningar som innehåller kol, väte och syre. De klassificeras i enkla (monosackarider) och komplexa (polysackarider). Kolhydrater är den huvudsakliga energikällan för alla former av cellulär aktivitet. De är involverade i konstruktionen av starka växtvävnader (särskilt cellulosa) och spelar rollen som reserv näringsämnen i organismer. Kolhydrater är primärprodukt fotosyntes av gröna växter.

Lipiderär fettliknande ämnen som är svårlösliga i vatten (de består av kol- och väteatomer). Lipider är involverade i konstruktionen av cellväggar (membran), leder värme dåligt och utför därigenom en skyddande funktion. Dessutom är lipider lagringsnäringsämnen.

Ekorrarär en kombination av proteinogena aminosyror (20 stycken) och 30-50% består av AA. Proteiner har stora storlekar som väsentligen är makromolekyler. Proteiner fungerar som naturliga katalysatorer för kemiska processer. Proteiner innehåller även metaller som järn, magnesium, mangan.

Nukleinsyror(NK) bildar cellkärnan. Det finns två huvudtyper av NK: DNA - deoxiribonukleinsyra och RNA - ribonukleinsyra. NC reglerar syntesprocessen, utför överföring av ärftlig information från generation till generation.

Alla levande organismer som lever på jorden är öppna system, beroende på tillgången på materia och energi utifrån. Processen att konsumera materia och energi kallas mat. Alla levande organismer är indelade i autotrofa och heterotrofa enligt sättet att föda.

Autotrofer(autotrofa organismer) - organismer som använder koldioxid som kolkälla (växter och vissa bakterier). Med andra ord, dessa är organismer som kan skapa organiska föreningar från oorganiska sådana - koldioxid, vatten, mineralsalter (dessa inkluderar främst växter som utför fotosyntes).

Heterotrofer(heterotrofa organismer) - organismer som använder organiska föreningar som kolkälla (djur, svampar och de flesta bakterier). Det är med andra ord organismer som inte klarar av att skapa organiska ämnen av oorganiska utan kräver färdiga organiska ämnen (mikroorganismer och djur).

Det finns ingen tydlig gräns mellan auto- och heterotrofer. Till exempel kombinerar euglena-organismer (flagellater) autotrofisk och heterotrofisk näring.

I förhållande till fritt syre delas organismer in i tre grupper: aeroba, anaeroba och fakultativa former.

Aerobes- organismer som bara kan leva i syremiljö(djur, växter, vissa bakterier och svampar).

Anaerober- organismer som inte kan leva i en syremiljö (vissa bakterier).

Valfria formulär- organismer som kan leva både i närvaro av syre och utan det (vissa bakterier och svampar).

För närvarande är hela världen av levande varelser uppdelad i 3 stora systematiska grupper:

Den största koncentrationen av liv i biosfären observeras vid kontaktgränserna mellan jordens skal: atmosfär och litosfär (landyta), atmosfär och hydrosfär (havyta), och särskilt vid gränserna för tre skal - atmosfär, hydrosfär och litosfär ( kustzoner). Det här är platserna där livet för V.I. Vernadsky kallade "livets filmer". Upp och ner från dessa ytor minskar koncentrationen av levande materia.

De viktigaste unika egenskaperna hos levande materia, som bestämmer dess extremt höga transformationsaktivitet, inkluderar följande:

Förmågan att snabbt ockupera (bemästra) allt ledigt utrymme. Denna egenskap är förknippad med både intensiv reproduktion och organismernas förmåga att intensivt öka ytan på sina kroppar eller de samhällen de bildar.

Rörelsen är inte bara passiv, utan också aktiv, det vill säga inte bara under inverkan av gravitation, gravitationskrafter etc., utan även mot vattenflödet, gravitationen, luftströmmars rörelse etc.

Persistens under livet och snabb nedbrytning efter döden(inkludering i cirkulationen av ämnen). Genom självreglering kan levande organismer upprätthålla en konstant kemisk sammansättning och förhållanden inre miljö trots betydande förändringar i miljöförhållandena. Efter döden går denna förmåga förlorad, och organiska rester förstörs mycket snabbt. De bildade organiska och oorganiska ämnena ingår i kretsloppen.

Hög anpassningsförmåga (anpassning) till olika förhållanden och i detta avseende, utvecklingen av inte bara alla livsmiljöer (vatten, mark-luft, jord, organism), utan också extremt svår när det gäller fysikalisk-kemiska parametrar (mikroorganismer finns i termiska källor med temperaturer upp till 140 о С, i vatten kärnreaktorer, i en syrefri miljö).

Fenomenalt hög reaktionshastighet. Det är flera storleksordningar viktigare än i livlös materia.

Hög förnyelsehastighet av levande materia. Endast en liten del av det levande materialet (bråkdelar av en procent) bevaras i form av organiska rester, medan resten ständigt ingår i cirkulationsprocesserna.

Alla de listade egenskaperna hos levande materia bestäms av koncentrationen av stora energireserver i den.

Följande geokemiska huvudfunktioner av levande materia särskiljs:

Energi (biokemisk)- bindning och lagring av solenergi i organiskt material och efterföljande förlust av energi vid konsumtion och mineralisering av organiskt material. Denna funktion är förknippad med näring, andning, reproduktion och andra vitala processer hos organismer.

Gas- levande organismers förmåga att förändra och upprätthålla en viss gassammansättning av miljön och atmosfären som helhet. Gasfunktionen är förknippad med två kritiska perioder (punkter) i biosfärens utveckling. Den första av dessa går tillbaka till den tid då syrehalten i atmosfären nådde cirka 1 % av modern nivå... Detta ledde till uppkomsten av de första aeroba organismerna (som bara kan leva i en miljö som innehåller syre). Den andra vändpunkten är förknippad med den tidpunkt då syrekoncentrationen nådde cirka 10 % av den nuvarande. Detta skapade förutsättningar för syntesen av ozon och bildandet av ozonskiktet i den övre atmosfären, vilket gjorde det möjligt för organismer att assimilera land.

Koncentration- "fånga" från miljön av levande organismer och ackumulering av atomer av biogena kemiska element i dem. Levande materias koncentrationsförmåga ökar halten av atomer av kemiska grundämnen i organismer i jämförelse med miljön med flera storleksordningar. Resultatet av koncentrationsaktiviteten av levande materia är bildandet av avlagringar av brännbara mineraler, kalksten, malmfyndigheter etc.

Oxidativt-reduktiv - oxidation och reduktion olika ämnen med deltagande av levande organismer. Under påverkan av levande organismer sker en intensiv migration av atomer av element med variabel valens (Fe, Mn, S, P, N, etc.), nya föreningar skapas, sulfider och mineralsvavel avsätts och vätesulfid är bildas.

Destruktiv- Förstörelse av organismer och produkter av deras vitala aktivitet som rester av organiskt material och inerta ämnen. Den viktigaste rollen i detta avseende spelas av reducerare (förstörare) - saprofytiska svampar och bakterier.

Transport- överföring av materia och energi som ett resultat av den aktiva formen av rörelse hos organismer.

Miljöbildande- Omvandling av fysiska och kemiska parametrar i miljön. Resultatet av den miljöbildande funktionen är hela biosfären, och marken som en av livsmiljöerna, och mer lokala strukturer.

Spridning- funktion motsatt koncentration - dispersion av ämnen i miljö... Till exempel spridning av materia när exkrementer utsöndras av organismer, förändring av integument etc.

Information- ackumulering av viss information av levande organismer, dess konsolidering i ärftliga strukturer och överföring till efterföljande generationer. Detta är en av manifestationerna av anpassningsmekanismer.

Människans biogeokemiska aktivitet- Omvandling och förflyttning av biosfärsämnen som ett resultat mänsklig aktivitet för en persons hushålls- och hushållsbehov. Till exempel användningen av kolkoncentratorer - olja, kol, gas.

Således är biosfären ett komplext dynamiskt system som fångar, ackumulerar och överför energi genom utbyte av ämnen mellan levande materia och miljön.