Биосфера - это оболочка Земли, заселенная живыми организмами. Организмы живут везде, где им позволяют условия: во всей гидросфере, в верхней части литосферы (до горячих недр) и в нижней части атмосферы (до озонового слоя).

Биосфера является открытой системой , т.к. ей постоянно требуется поступление энергии извне (от Солнца). За счет энергии Солнца в биосфере происходит поток энергии и круговорот веществ.

Живое вещество - это совокупность всех живых организмов на Земле. В живом веществе химические реакции идут очень быстро, поэтому живое вещество очень активно участвует в биогеохимическом круговороте (круговороте веществ и превращении энергии в биосфере).

Биогенное вещество - вещество, создаваемое живыми организмами (уголь, нефть, природный газ, торф, известняк). Биокосное вещество - вещество, в создании которого принимают участие живие организмы (почва, ил). Косное вещество - никак не связанное с живыми организмами (гранит, песок).

Функции живого вещества (материал довольно мутный, многие тесты приходится решать методом исключения) :

• Концентрационная - накопление (аккумулирование) в живых организмах каких-либо элементов. Например, концентрация железа в позвоночных животных гораздо выше, чем в неживой природе; хвощи накапливают кремний.
• Газовая - связана с поглощением и выделением газов. Например, при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ, клубеньковые бактерии поглощают азот.
• Окислительно-восстановительная - это работа хемосинтезаторов, часто приводит к отложению в земной коре залежей полезных ископаемых, например, серы, бокситов, железной руды.
• Биохимическая - реакции обмена веществ, происходящие внутри организма.

Выберите один, наиболее правильный вариант. В соответствии с представлениями В. И. Вернадского к биокосным телам природы относят
1) почву
2) полезные ископаемые
3) газы атмосферы
4) животных

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биогеоценоз считают открытой системой, так как в нем постоянно происходит
1) приток энергии
2) саморегуляция
3) круговорот веществ
4) борьба за существование

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биосфера - открытая система, так как в ней
1) используется энергия Солнца
2) однородные условия существования организмов
3) организмы объединены биотическими связями
4) биогеоценозы не имеют четких границ

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из утверждений относятся к живому веществу биосферы?
1) Живое вещество распространено по всей атмосфере.
2) Живое вещество пронизывает всю гидросферу.
3) Одной из функций живого вещества является окислительно-восстановительная функция.
4) Живое вещество распространено в биосфере равномерно.
5) В ходе эволюциии функции живого вещества не изменялись.
6) Живое вещество входит в состав биокосного вещества.

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клубеньковые бактерии, используя молекулярный азот атмосферы для синтеза органических веществ, выполняют в биосфере функцию
1) концентрационную
2) газовую
3) окислительную
4) восстановительную

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В круговороте веществ и превращении энергии в биосфере наиболее активно участвует
1) кислород
2) живое вещество
3) климат
4) тепло земных недр

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какая функция живого вещества проявляется при поглощении бактериями молекулярного азота из воздуха
1) концентрационная
2) газовая
3) окислительно-восстановительная
4) биохимическая

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Отложения бокситов и железной руды являются результатом функции живого вещества
1) газовой
2) окислительно-восстановительной
3) миграционной
4) биохимической

Ответ

Установите соответствие между полезными ископаемыми и их происхождением: 1) биогенное, 2) абиогенное. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) торф
Б) кварц
В) марганец
Г) известняк
Д) железная руда
Е) нефть

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации В.И. Вернадского: 1) биогенное, 2) косное, 3) биокосное, 4) живое
А) морская соль
Б) морской ёж
В) морской ил
Г) морская корненожка
Д) морской чёрт

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какая функция живого вещества лежит в основе его способности аккумулировать химические элементы из окружающей среды
1) газовая
2) биогеохимическая
3) концентрационная
4) окислительно-восстановительная

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. К биогенным веществам биосферы относят
1) семена растений
2) споры бактерий
3) каменный уголь
4) вулканический пепел

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации В.И.Вернадского: 1) косное, 2) живое, 3) биокосное
А) речной песок
Б) горная порода
В) морской ил
Г) почва
Д) колония кораллов
Е) плесневые грибы

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клубеньковые бактерии в круговороте веществ биосферы выполняют функцию
1) транспортную
2) биохимическую
3) концентрационную
4) окислительно-восстановительную

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. К концентрационной функции живого вещества биосферы относят
1) образование озонового экрана
2) накопление СО2 в атмосфере
3) образование кислорода при фотосинтезе
4) способность хвощей накапливать кремний

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биосфера – открытая экосистема, так как она
1) состоит из множества разнообразных экосистем
2) оказывается под влиянием антропогенного фактора
3) включает все сферы земли
4) постоянно использует солнечную энергию

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Верны ли следующие суждения о функциях живого вещества в биосфере? А) Газовая функция живого вещества свойственна в экосистеме только продуцентам. Б) Концентрационная функция живого вещества состоит в выделении организмами конечных продуктов жизнедеятельности.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны

Ответ

Установите соответствие между природным объектом и веществом биосферы, к которому его относят: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) косное. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) базальт
Б) известняк
В) гранит
Г) почва
Д) глина

Ответ

Установите соответствие между природным объектом и веществом биосферы, к которому его относят: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) живое. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) нефть
Б) почва
В) торф
Г) морская корненожка
Д) каменный уголь
Е) природный газ

Ответ

Установите соответствие между природными объектами и веществами биосферы: 1) биогенное, 2) косное. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) глина
Б) торф
В) каменный уголь
Г) кварцевый песок
Д) известняк

Ответ

Установите соответствие между процессом и функцией живого: 1) концентрационная, 2) окислительно-восстановительная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) отложения кальция в раковинах моллюсков
Б) участие углекислого газа для синтеза глюкозы
В) превращение атмосферного азота в нитраты клубеньковыми бактериями
Г) накопление фосфора в эмали зубов
Д) клеточное дыхание
Е) получение энергии для хемосинтеза

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации, В. И. Вернадского: 1) биокосное, 2) косное, 3) живое. Запишите цифры 1-3 в правильном порядке.
А) морская соль
Б) морской ил
В) глина
Г) почва
Д) гранит
Е) двустворчатые моллюски

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) косное. Запишите цифры 1, 2, 3 в порядке, соответствующем буквам.
А) известняк
Б) уголь
В) речной ил
Г) базальт
Д) чернозем
Е) торф

Ответ

1) живое вещество
2) биогенное вещество
3) живые организмы
4) бактерии
5) вирусы
6) илы
7) гранит
8) неживое вещество

Ответ

Проанализируйте таблицу «Типы веществ биосферы». Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) живое вещество
2) биогенное вещество
3) неживые тела
4) растения
5) вирусы
6) почвы
7) базальт
8) радиоактивное вещество

Ответ

Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены. (1) Живое вещество биосферы – это совокупность всех организмов, живущих в данный момент на нашей планете. (2) Биогенное вещество образовано организмами и абиогенными процессами одновременно. (3) К биогенному веществу относят уголь, торф, горные породы. (4) Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество, созданное организмами и абиогенными процессами одновременно. (5) Почва – биокосное вещество. (6) Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью. (7) Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

Ответ

Выберите три функции живого вещества биосферы
1) энергетическая
2) пищеварительная
3) дыхательная
4) газовая
5) концентрационная
6) выделительная

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К биогенному веществу биосферы относят
1) каменный уголь
2) почву
3) минералы
4) грунт водоема
5) нефть
6) торф

Ответ

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых отражены функции живого вещества. Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. (1) Живые организмы, выделяя и потребляя разные газы, поддерживают постоянство газового состава атмосферы. (2) Отношения волка и зайца – это отношения хищник-жертва. (3) В телах живых организмов накапливаются разные химические элементы. (4) В процессе жизнедеятельности организмов происходит окисление и восстановление химических соединений. (5) Возникновение и развитие жизни на Земле привело к формированию биосферы.

Ответ

Установите соответствие между примерами и функциями живого вещества биосферы: 1) газовая, 2) энергетическая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) выделение углекислого газа в процессе дыхания
Б) образование метана при разложении органических веществ
В) преобразование энергии окисления неорганических веществ в энергию химических связей органических веществ
Г) выделение кислорода в процессе фотосинтеза
Д) поглощение кислорода в процессе дыхания
Е) использование энергии солнца в процессе фотосинтеза

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Биосфера как биологическая система
1) представлена совокупностью биогеоценозов
2) не изменяется во времени
3) поддерживает устойчивость за счёт антропогенного фактора
4) сформировалась с появлением жизни на Земле
5) включает в себя живые и неживые тела
6) появилась одновременно с образованием Солнечной системы

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Газовая функция живого вещества в биосфере состоит в
1) разрушении и гниении отмерших организмов
2) образовании железных руд
3) образовании органических веществ в процессе фотосинтеза
4) выделении кислорода при фотосинтезе
5) связывании атмосферного азота нитрифицирующими бактериями
6) выделении углекислого газа в процессе дыхания аэробов

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Концентрационная функция живого вещества в биосфере состоит в
1) повышении концентрации угарного газа в результате работы двигателя автомобиля
2) образовании органических веществ в процессе фотосинтеза
3) накоплении крахмала в клубнях картофеля
4) образовании серы в результате деятельности бактерий
5) образовании фосфорных отложений в местах гибели рыбы
6) концентрации тумана у поверхности земли в безветренную погоду

Ответ

Установите соответствие между характеристиками и функциями живого вещества в биосфере: 1) газовая, 2) окислительно-восстановительная, 3) концентрационная. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) выделение кислорода в процессе фотосинтеза фотоавтотрофами
Б) высокое содержание солей кальция в раковинах моллюсков
В) окисление органических веществ в процессе дыхания
Г) восстановление углекислого газа до углеводов в процессе фотосинтеза
Д) выделение метана в атмосферу в результате деятельности денитрифицирующих бактерий
Е) накопление соединений кремния в клетках хвоща

Ответ

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

«На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Что принципиально отличает нашу планету от какой-либо другой планеты Солнечной системы? Наявность жизни. «Если бы на Земле не было жизни, лицо ее было бы точно также неизменным и химическим инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил».

Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов. Как ученый В.И. Вернадский понимает, что объект его исследований требует некоторых характеристик, а поэтому отмечает: «Я буду называть совокупность организмов, сведенных к массе, химического состава и энергии, живым веществом». Живое вещество в его понимании - это форма активной материи, и ее энергия тем больше, чем больше масса живого вещества. Понятие «живое вещество» ввел в науку В.И. Вернадский и понимал над ним совокупность всех живых организмов планеты.

Какие же свойства живого вещества?

Свойства живого вещества

Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы не долговременна.

В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой. Для жизненных процессов характерно то, что полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна ее собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.

Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).

Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счет направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).

Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн. органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда когда количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., то есть на три порядка ниже.

Живое вещество представлено дисперсными телами - индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. размеры индивидуальных организмов колеблется от 2 нм у наименьших до 100 м (диапазон более 109). Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных - киты. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.

Будучи дисперсным, живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например в виде популяционного вида. Она может существовать только в виде биоценоза: «… даже простенький биоценоз какого-то сухого соснячка на песочке есть группировка, которая состоит приблизительно из тысячи видов живых организмов».

Принцип Реди (флорентийский академик, врач и натуралист, 1626-1697: «все живое из живого» - является отличительной особенностью живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Неживые абиогенные вещества, как известно, поступают в биосферу из космоса, ним же выносятся порциями из оболочки земного шара. Они могут быть аналогичными по составу, но генетической связи в общем случае у них нет. «Принцип Реди … не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки» .

Живое вещество в лице конкретных организмов, в отличие от неживого, осуществляет на протяжении своей исторической жизни грандиозную работу. По сути, только биогенные вещества метабиосферы - это интеграл массы живого вещества, тогда как масса неживого вещества земного происхождения является величиной постоянной в геологической истории: 1 г архейского гранита и сегодня остается 1 г того же вещества, а та же масса живого вещества, то есть 1 г, на протяжении миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.

Функции живого вещества

Какие же функции живого вещества в биосфере?

В.И. Вернадский называет такие: а) газовая; б) кислородная; в) описательная; г) кальционная; д) восстановительная; е) концентрационная; ж) разрушения органических веществ; з) восстановительного распада; и) метаболизма и дыхания организмов.

А.В. Лапо перегруппировал названные Вернадским функции (табл. 1).

Таблица 1.

Основные функции живого вещества в биосфере

Первой названа энергетическая функция. «Только жизнь с его морфологическим осложнением может удерживать солнечное излучение на Земле миллионы лет, как мы увидим на примере каменного угля. Действительно, только благодаря «зеленому экрану» биосферы - фотоавтотрофам - солнечная энергия не просто отбивается от поверхности планеты, нагревая только поверхностный слой, а глубоко проникает в толщи земной коры и является энергетическим источником, по сути, для всех экзогенных процессов» .

Введение

Биосфера - наружная оболочка земли, развитие которой определяется постоянным притоком солнечной энергии. Сложная организация биосферы связана с деятельностью живого вещества - совокупности всех особей каждого вида живых существ.

Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений. Благодаря этому современное живое вещество оказывается генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Живое вещество связано с косным веществом - атмосферой (до уровня озонового экрана), полностью с гидросферой и литосферой, главным образом в границах почвы, но не только.

Атмосфера, гидросфера и почва оказывают влияние на живое вещество биосферы, обеспечивая его минеральным питанием, водой воздухом. Например, характер растительности зависит от степени увлажнения почвы.

Живое вещество биосферы неоднородно и обладает тремя типами трофических взаимодействий: автотрофностью, гетеротрофностью, миксотрофностью. Трофические экологические взаимодействия способствуют преобразованию неорганического (косного) вещества в органическое и обратной перестройке органиче6ских веществ в минеральные. Представители каждого царства, типа и класса выполняют свои функции в экологических взаимодействиях на уровне биосферы.

Космические излучения в биосфере преобразуются в разнообразные виды энергии. Преобразование энергии происходит в процессе её циркуляции между веществом планеты и живыми организмами биосферы - биогеохимического круговорота веществ: перемещения огромных масс химических элементов, перераспределения накопленной в процессе фотосинтеза энергии, преобразования информации. Биогеохимический круговорот веществ обеспечивает непрерывность жизни в биосфере при конечном количестве вещества и постоянном притоке солнечной энергии, преобразует лик планеты, физико-химическую среду обитания живых существ, включая человека.

Природопользование - объективная оценка состояния и оптимизация использования природных ресурсов и условий окружающей природной среды, их охраны и воспроизводства.

Живое вещество

Согласно В.И. Вернадскому вещество биосферы состоит из:

· Живого вещества - биомассы современных живых организмов;

· Биогенного вещества - всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения;

· Биокосного вещества - смесей биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных карбонатов);

· Косного вещества - горных пород, минералов, осадков, не затронутых прямым биогеохимическим воздействием организмов.

Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:

· Открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с диссимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел.

· Явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И. Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т.д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т.п.). Хотя живое вещество по объёму и весу составляет незначительную часть биосферы, связанных с изменением облика нашей планеты.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, и в первую очередь, её расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь - жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту её роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814-1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

· Изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах - геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;

· В ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";

· Только в живом веществе происходят качественное изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путём естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.);

· Живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.

В.И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и её значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощённой модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в тоже место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше". В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.

Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т.д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.

Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать - на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?

Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы, учёные. В.И. Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы не существует. Сам он как учёный в начале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И. Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают обоснование гипотезы и модели происхождения жизни.

Предположения относительно абиогенного, или неорганического происхождения жизни делались неоднократно ещё в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подвергалась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Ещё во второй половине XVII в. Принцип, провозглашённый известным флорентийским врачом и натуралистом Ф. Реди, что всё живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578-1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путём.

В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и всё настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном возникновении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической стадии возникновении жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенёс возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность её появлении в биосфере при определённых условиях. Он писал: "Принцип Реди… не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки".

Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и её неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.

Свойства живого вещества.

Живое вещество, понятие.

Лекция 3. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО ПЛАНЕТЫ.

Учение В.И.Вернадского гласит, что живое вещество (совокупность живых организмов) определяет и подчиняет себе всецело другие планетарные процессы. Если его равномерно распределить на поверхности Земли, то живые организмы образуют пленку толщиной 5 мм. Но, тем не менее, их роль велика. Значительное место занимает зеленое живое вещество растений, т.к. оно автотрофно и способно аккумулировать энергию Солнца и преобразовывать ее в энергию химических связей органических соединений.

Живые организмы превращают космическую лучистую энергию в земную химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Своим дыханием, питанием, метаболизмом, смертью и разложением, длящимися уже сотни миллионов лет, они порождают грандиозный планетарный процесс – миграцию химических элементов, или их круговорот.

Живое вещество, согласно теории Вернадского – биогеохимический фактор планетарного масштаба, под воздействием которого преобразуется как окружающая абиотическая сфера, так и сами живые организмы. Толщи известняков, угольные месторождения, железные руды – все это проявление деятельности силы жизни.

Живое вещество, несмотря на огромное разнообразие, едино в своей атомной основе. Атомная миграция идет не только между самими организмами, но и из организма в окружающую среду и обратно. Этого бы не было, если бы химический состав организмов не был близок к химическому составу земной коры. А химический состав последнего определяется не только геологическими причинами, но и закономерностями космического характера (например, строение атомов). Поэтому по Вернадскому жизнь – это космический процесс. В организмах преобладают легкие элементы из таблицы Менделеева: H, C, N, O, Na, Mg, P, S, К, Ca и др.

Термин «живое вещество» введен в литературу В. И. Вер­надским. Под ним он понимал совокупность всех живых организ­мов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

По Вернадскому, живое вещество состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения. В пределах биосферы везде встречается либо живое вещество, либо следы его биогеохимической деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, равно как и каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты. Слои земной коры, лишённые в настоящее время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области «былых биосфер». Биосфера мозаична по структуре и составу, отражая геохимическую и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется в мозаике биогеоценотического покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях.

Вещества неживой природы относятся к косным (например, ми­нералы). В природе, кроме этого, довольно широко представлены био­косные вещества, образование и сложение которых обусловливает­ся живыми и косными составляющими (например, почвы, воды).

Живое вещество – основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить в чистом виде и рас­пределить равномерно по поверхности Земли, то это будет слой около 2 см или крайне незначительная доля от объема всей био­сферы, толща которой измеряется десятками километров. В чем же причина столь высокой химической активности и геологической роли живого вещества?

Прежде всего, это связано с тем, что живые организмы, благо­даря биологическим катализаторам (ферментам), совершают, по выражению академика Л. С. Берга, с физико-химической точки зре­ния что-то невероятное. Например, они способны фиксировать в своем теле молекулярный азот атмосферы при обычных для при­родной среды значениях температуры и давления. В промышлен­ных условиях связывание атмосферного азота до аммиака требует температуры порядка 500°С и давления 300-500 атмосфер.

В живых организмах на порядок или несколько порядков увели­чиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В. И. Вернадский в связи с этим живое вещество назвал чрезвы­чайно активизированной материей.

Термин "живое вещество" введён в литературу В. И. Вернадским, под которым он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Масса живого вещества поверхности континентов в 800 раз превышает биомассу Мирового океана. На поверхности континентов растения резко преобладают по своей массе над животными. Всё живое вещество по своей массе занимает ничтожное место по сравнению с любой из верхних геосфер земного шара. Например, масса атмосферы больше в 2150, гидросферы – в 602000, а земной коры – в 1670000 раз.

Однако по своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других неорганических природных образований, входящих в состав биосферы. Прежде всего это связано с тем, что живые организмы благодаря биологическим катализаторам (ферментам) совершают невероятное. Например, они способны фиксировать в своём теле молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях температуры и давления. В промышленных же условиях связывание атмосферного азота до аммиака (NH3) требует температуры порядка 500 о С и давления 300-500 атмосфер. В живых организмах на несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В.И. Вернадский в связи с этим назвал живое вещество формой чрезвычайно активированной материи.

К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его высокую преобразующую деятельность, можно отнести:

1. Способность быстро занимать свободное пространство , что связано как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ (всюдностьжизни ).

2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести), но и активное . Например, против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.

4. Высокая приспособительность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам.

5. Феноменально высокая скорость протекания химических реакций . Она на несколько порядков значительнее, чем в неживой природе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых перерабатывают за день количество вещества, которое в 100 – 200 раз превышает вес их тела.

6. Высокая скорость обновления живого вещества . Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет около 8 лет (для суши 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни – 33 дня).

7. Разнообразие форм, размеров и химических вариантов , значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе.

8. Индивидуальность (в мире нет одинаковых видов и даже особей).

Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии. В.И. Вернадский отмечал, что по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов

Функции живого вещества . Всю деятельность живого вещества в биосфере можно, с определённой долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности.

1. Энергетическая . Эта одна из важнейших функций связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей её по цепям питания и рассеиванием в окружающем пространстве.

2. Газовая – связана со способностью изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Окислительно-восстановительная – связана с ростом под влиянием живого вещества интенсивности процессов как окисления и восстановления.

4. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание на несколько порядков, по сравнению с окружающей средой, а в теле отдельных организмов – в миллионы раз. Результат концентрационной деятельности – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

7. Средообразующая . Эта функция в значительной мере представляет результат совместного действия других функций. С ней, в конечном счете, связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно, рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии её параметры практически во всех геосферах. В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании и сохранение почв от разрушения (эрозии), в очистке воздуха и вод от загрязнений, в усилении питания источников грунтовых вод и т. п.

8. Рассеивающая функция, противоположная концентрационной. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов.

9. Информационная функция живого вещества выражается в том, что живые организмы и их сообщества накапливают информацию, закрепляют её в наследственных структурах и передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Несмотря на огромное разнообразие форм, всё живое вещество физико-химически едино . И в этом состоит один из основных законов всего органического мира – закон физико-химического единства живого вещества. Из него следует, что нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для других. Разница лишь количественная – одни организмы более чувствительны, другие менее, одни приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление идёт в ходе естественного отбора, т.е. за счёт гибели тех индивидов, которые не смогли адаптироваться к новым условиям.