Жива материя: функции на живата материя. Учението на Вернадски за биосферата

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

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

Всички системи, изучавани от екологията, включват биотични компоненти, които заедно образуват жива материя.

Терминът "жива материя" е въведен в литературата от В. И. Вернадски, под който той разбира съвкупността от всички живи организми, изразени чрез маса, енергия и химичен състав. Животът на Земята е най-забележителният процес на нейната повърхност, който получава животворната енергия на Слънцето и задвижва почти всички химични елементи от периодичната таблица.

Според съвременни оценки общата маса на живата материя в биосферата е около 2400 милиарда тона (таблица).

Таблица Обща маса на живата материя в биосферата

Масата на живата материя на повърхността на континентите е 800 пъти по-голяма от биомасата на Световния океан. На повърхността на континентите растенията рязко преобладават по маса над животните. В океана виждаме обратната връзка: 93,7% от морската биомаса идва от животни. Това се дължи главно на факта, че морската среда осигурява най-благоприятните условия за хранене на животните. Най-малките растителни организми, които съставляват фитопланктона и живеят в осветената зона на моретата и океаните, бързо се изяждат от морски животни и по този начин преходът на органични вещества от растителна към животинска форма рязко измества биомасата към преобладаването на животните.

Цялата жива материя в своята маса заема незначително място в сравнение с която и да е от горните геосфери на земното кълбо. Например масата на атмосферата е 2150 пъти по-голяма, хидросферата е 602 000 пъти по-голяма, а земната кора е 1 670 000 пъти по-голяма.

Въпреки това, по своето активно въздействие върху околната среда живата материя заема особено място и е качествено много различна от другите неорганични природни образувания, изграждащи биосферата. На първо място, това се дължи на факта, че живите организми, благодарение на биологични катализатори (ензими), изпълняват, по думите на академик Л.С. Берг, от физикохимична гледна точка, нещо невероятно. Например, те са способни да фиксират молекулярен азот от атмосферата в тялото си при температури и налягания, типични за естествената среда.

В промишлени условия свързването на атмосферния азот с амоняк (NH 3) изисква температура от около 500 o C и налягане от 300-500 атмосфери. В живите организми скоростите на химичните реакции по време на метаболизма се увеличават с няколко порядъка.

В И. В тази връзка Вернадски нарича живата материя форма на изключително активирана материя.

Основните свойства на живите същества включват:

1. Единствох химичен състав.Живите същества се състоят от същите химични елементи като неживите, но организмите съдържат молекули от вещества, характерни само за живите същества (нуклеинови киселини, протеини, липиди).

2. Дискретност и почтеност.Всяка биологична система (клетка, организъм, вид и т.н.) се състои от отделни части, т.е. отделен. Взаимодействието на тези части образува интегрална система (например тялото включва отделни органи, свързани структурно и функционално в едно цяло).

3. Структурна организация.Живите системи са способни да създават ред от хаотичното движение на молекулите, образувайки определени структури. Живите същества се характеризират с подреденост в пространството и времето. Това е комплекс от сложни саморегулиращи се метаболитни процеси, протичащи в строго определен ред, насочени към поддържане на постоянна вътрешна среда - хомеостаза.

4. Метаболизъм и енергия.Живите организми са отворени системи, които непрекъснато обменят материя и енергия с околната среда. Когато условията на околната среда се променят, се извършва саморегулация на жизнените процеси на принципа на обратната връзка, насочена към възстановяване на постоянството на вътрешната среда - хомеостаза. Например, отпадъчните продукти могат да имат силен и строго специфичен инхибиторен ефект върху онези ензими, които образуват първоначалната връзка в дълга верига от реакции.

5. Самовъзпроизвеждане.Самообновяване. Животът на всяка биологична система е ограничен. За поддържане на живота възниква процес на самовъзпроизвеждане, свързан с образуването на нови молекули и структури, които носят генетична информация, намираща се в молекулите на ДНК.

6. Наследственост.ДНК молекулата е способна да съхранява и предава наследствена информация, благодарение на матричния принцип на репликация, осигуряващ материална приемственост между поколенията.

7. Променливост.При предаване на наследствена информация понякога възникват различни отклонения, водещи до промени в характеристиките и свойствата на потомците. Ако тези промени благоприятстват живота, те могат да бъдат фиксирани чрез селекция.

8. Растеж и развитие.Организмите наследяват определена генетична информация за възможността за развитие на определени характеристики. Внедряването на информация става по време на индивидуалното развитие - онтогенезата. На определен етап от онтогенезата тялото расте, свързано с възпроизвеждането на молекули, клетки и други биологични структури. Растежът е съпроводен с развитие.

9. Раздразнителност и движение.Всички живи същества избирателно реагират на външни въздействия със специфични реакции, дължащи се на свойството раздразнителност. Организмите реагират на стимулация с движение. Проявата на формата на движение зависи от структурата на тялото.

Към основните уникални характеристики на живата материя, което обуславя високото му трансформиращи дейности, може да се отдаде на:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. Енергия . Тази една от най-важните функции е свързана със съхранението на енергия по време на процеса на фотосинтеза, предаването й по хранителните вериги и разсейването й в околното пространство.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Дълго време се смяташе, че живсе различава от неживтакива свойства като метаболизъм, мобилност, раздразнителност, растеж, възпроизводство, адаптивност. Поотделно обаче всички тези свойства се срещат и сред неживата природа, поради което не могат да се разглеждат като специфични свойства на живата.

Характеристики на живия Б. М. Медников (1982), формулирани във формата аксиоми на теоретичната биология:

1. Всички живи организми се оказват единство от фенотип и програма за неговото изграждане (генотип), която се наследява от поколение на поколение (Аксиома на А. Вайсман) * .

2. Генетичната програма се формира по матричен начин. Генът на предишното поколение се използва като матрица, върху която се изгражда генът на бъдещото поколение (аксиома на Н. К. Колцов).

3. В процеса на предаване от поколение на поколение, генетичните програми, в резултат на различни причини, се променят случайно и ненасочено и само случайно такива промени могат да бъдат успешни в дадена среда (1-ва аксиома на Чарлз Дарвин).

4. Случайните промени в генетичните програми по време на формирането на фенотипа се усилват значително (аксиома на Н.В. Тимофеев-Ресовски).

5. Многократно засилените промени в генетичните програми са обект на селекция от условията на околната среда (2-ра аксиома на Чарлз Дарвин).

От тези аксиоми могат да се изведат всички основни свойства на живата природа и на първо място такива като дискретностИ интегритет-две основни свойства на организацията на живота на Земята. Сред живите системи няма два идентични индивида, популации или видове. Тази уникална проява на дискретност и цялост се основава на феномена на конвариантната редупликация.

Конвариантна редупликация(самовъзпроизвеждане с промени) се извършва на базата на матричния принцип (сумата от първите три аксиоми). Това е може би единственото свойство, специфично за живота, под формата на неговото съществуване на Земята, известно ни. Основава се на уникалната способност за самовъзпроизвеждане на основните контролни системи (ДНК, хромозоми, гени).

Редупликацията се определя от матричния принцип (аксиома на Н. К. Колцов) на синтеза на макромолекули (фиг. 2.4).

Фиг. 2.4 Схема на репликация на ДНК (според J. Savage, 1969)

Забележка. Процесът е свързан с разделянето на базовите двойки (аденин-тимин и гуанин-цитозин: A-T, G-C) и размотаването на двете вериги на първоначалната спирала. Всяка верига се използва като шаблон за синтеза на нова верига

Способност за самовъзпроизвеждане на матричния принципДНК молекулите успяха да изпълнят ролята на носител на наследствеността на първоначалните контролни системи (аксиома на А. Вайсман). Конвариантната редупликация означава възможността за наследяване на дискретни отклонения от първоначалното състояние (мутации), което е предпоставка за еволюцията на живота.

Жива материяпо отношение на масата заема незначителна част от която и да е от горните черупки на земното кълбо. Според съвременните оценки общото количество на живата материя в наше време е 2420 милиарда тона. Тази стойност може да се сравни с масата на земните черупки, в една или друга степен покрити от биосферата (Таблица 2.2).

Таблица 2.2

Маса на живата материя в биосферата

Подразделения на биосферата

Тегло, t

Сравнение

Жива материя

атмосфера

Хидросфера

земната кора

По своето активно въздействие върху околната среда живата материя заема особено място и качествено се отличава рязко от другите черупки на земното кълбо, както живата материя се различава от мъртвата.

В. И. Вернадски подчертава, че живата материя е най-активната форма на материята във Вселената. Той извършва гигантска геохимична работа в биосферата, като напълно трансформира горните черупки на Земята по време на своето съществуване. Цялото живо вещество на нашата планета съставлява 1/11 000 000 от масата на цялата земна кора. В качествено отношение живата материя е най-организираната част от материята на Земята.

При оценката на средния химичен състав на живата материя, според А. П. Виноградов (1975), В. Larcher (1978) и други, основните компоненти на живата материя са елементи, широко разпространени в природата (атмосфера, хидросфера, космос): водород, въглерод, кислород, азот, фосфор и сяра (Таблица 2.3, Фиг. 2.5).

Таблица 2.3

Елементарен състав на звездната и слънчевата материя в сравнение със състава на растенията и животните

Химичен елемент
Химичен елемент	Звездное вещество	Слънчево вещество	растения	Животни
Водород (H)
Хелий (He)
Азот (N)
Въглерод (C)
Магнезий (Md)
Кислород (0)
Силиций (Si)
Сяра (S)
Желязо (Fe)
Други елементи

Фиг. 2.5 Съотношение на химичните елементи в живите същества

материя, хидросфера, литосфера и масата на Земята като цяло

Живата материя на биосферата се състои от най-простите и често срещани атоми в космоса.

Средният елементарен състав на живата материя се различава от състава на земната кора по високото съдържание на въглерод. По отношение на съдържанието на други елементи живите организми не повтарят състава на своето местообитание. Те избирателно абсорбират елементи, необходими за изграждането на техните тъкани.

В процеса на живот организмите използват най-достъпните атоми, способни да образуват стабилни химични връзки. Както вече беше отбелязано, водородът, въглеродът, кислородът, азотът, фосфорът и сярата са основните химични елементи на земната материя и се наричат biofshy.Техните атоми създават сложни молекули в живите организми, когато се комбинират с вода и минерални соли. Тези молекулярни структури са представени от въглехидрати, липиди, протеини и нуклеинови киселини. Изброените части на живата материя са в тясно взаимодействие в организмите. Светът на живите организми в заобикалящата ни биосфера е комбинация от различни биологични системи с различен структурен ред и различни организационни позиции. В тази връзка се разграничават различни нива на съществуване на живата материя - от големи молекули до растения и животни от различни организации.

1.Молекулярна(генетичен) - най-ниското ниво, на което биологичната система се проявява под формата на функциониране на биологично активни големи молекули - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати. От това ниво се наблюдават свойства, характерни изключително за живата материя: метаболизъм, протичащ по време на трансформацията на лъчиста и химическа енергия, предаване на наследствеността чрез ДНК и РНК. Това ниво се характеризира със стабилността на структурите през поколенията.

2.Клетъчен-нивото, на което биологично активните молекули се комбинират в една система. По отношение на клетъчната организация всички организми се делят на едноклетъчни и многоклетъчни.

3.плат-нивото, на което комбинация от подобни клетки образува тъкан. Той обхваща съвкупност от клетки, обединени от общ произход и функции.

4.орган-нивото, на което няколко вида тъкан функционално взаимодействат, за да образуват специфичен орган.

5.Организъм- нивото, на което взаимодействието на редица органи се свежда до единна система на отделния организъм. Представени от определени видове организми.

6.популация-вид,където има съвкупност от определени хомогенни организми, свързани с единство на произход, начин на живот и местообитание. На това ниво се случват елементарни еволюционни промени като цяло.

7.Биоценоза и биогеоценоза(екосистема) е по-високо ниво на организация на живата материя, обединяващо организми с различен видов състав. В биогеоценозата те взаимодействат помежду си в определена област от земната повърхност с хомогенни абиотични фактори.

8.биосфера-нивото, на което се формира естествена система от най-висок ранг, обхващаща всички прояви на живота на нашата планета. На това ниво се случват всички цикли на материята в глобален мащаб, свързани с жизнената дейност на организмите.

Въз основа на начина на хранене живата материя се разделя на автотрофи и хетеротрофи.

Автотрофи(от гръцки autos - себе си, trof - храня, храня) са организми, които черпят необходимите за живота химични елементи от заобикалящата ги костна материя и не се нуждаят от готови органични съединения на друг организъм, за да изградят тялото си. Основният източник на енергия, използван от автотрофите, е Слънцето.

Автотрофите се делят на фотоавтотрофи и хемоавтотрофи. Фотоавтотрофиизползвайте слънчевата светлина като източник на енергия, хемоавтотрофиизползват енергията на окисление на неорганични вещества.

Автотрофните организми включват водорасли, сухоземни растения, бактерии, способни на фотосинтеза, както и някои бактерии, способни да окисляват неорганични вещества (хемоавтотрофи). Автотрофите са основните производители на органична материя в биосферата.

Хетеротрофи(от гръцки geter - друг) - организми, които се нуждаят от органична материя, образувана от други организми за тяхното хранене. Хетеротрофите са способни да разграждат всички вещества, образувани от автотрофи, както и много от тези, синтезирани от човека.

Живата материя е устойчива само в живите организми, тя се стреми да запълни цялото възможно пространство. В. И. Вернадски нарече това явление „натиск на живота“.

От съществуващите живи организми на Земята, гигантската гъба пухкавица има най-голяма репродуктивна способност. Всеки екземпляр от тази гъба може да произведе до 7,5 милиарда спори. Ако всяка спора служи като начало на нов организъм, тогава обемът на дъждобраните вече във второто поколение ще бъде 800 пъти по-голям от размера на нашата планета.

По този начин най-общото и специфично свойство на живо-способността за самовъзпроизвеждане, конвариантна редупликация на базата на матричния принцип. Тази способност, заедно с други характеристики на живите същества, определя съществуването на основните нива на организация на живите същества. Всички нива на организация на живота са в сложно взаимодействие като части от едно цяло. Всяко ниво има свои собствени закони, които определят характеристиките на еволюцията на всички форми на органи

низация на живите. Способността за еволюция действа като атрибут на живота, пряко произтичащ от уникалната способност на живите да се самовъзпроизвеждат отделни биологични единици. Специфичните свойства на живота осигуряват не само възпроизвеждането на собствения вид (наследственост), но и необходимите за еволюцията промени в самовъзпроизвеждащите се структури (променливост).

Дефиниция на понятието биосфера.

Биосфера (от старогръцки βιος - живот и σφαῖρα - сфера, топка) е обвивката на Земята, населена с живи организми, под тяхно влияние и заета от продуктите на тяхната жизнена дейност; „филм на живота“; глобална екосистема на Земята.

Биосферата е обвивката на Земята, населена с живи организми и трансформирана от тях. Биосферата започва да се формира не по-късно от 3,8 милиарда години, когато на нашата планета започват да се появяват първите организми. Той прониква в цялата хидросфера, горната част на литосферата и долната част на атмосферата, тоест обитава екосферата. Биосферата е съвкупността от всички живи организми. Той е дом на повече от 3 000 000 вида растения, животни, гъби и бактерии. Човекът също е част от биосферата, неговата дейност превъзхожда много природни процеси и, както каза В. И. Вернадски: „Човекът се превръща в мощна геоложка сила“.

Френският естествен учен Жан Батист Ламарк в началото на 19 век. за първи път той по същество предлага концепцията за биосферата, без дори да въвежда самия термин. Терминът "биосфера" е предложен от австрийския геолог и палеонтолог Едуард Зюс през 1875 г.

Холистичното учение за биосферата е създадено от биогеохимика и философа В. И. Вернадски. За първи път той отрежда на живите организми ролята на най-важната трансформираща сила на планетата Земя, като взема предвид тяхната дейност не само в настоящето, но и в миналото.

Има и друга, по-широка дефиниция: биосфера - зоната на разпространение на живота върху космическото тяло. Докато съществуването на живот върху космически обекти, различни от Земята, все още не е известно, се смята, че биосферата може да се разпростре до тях в по-скрити области, например в литосферни кухини или в подледникови океани. Например, разглежда се възможността за съществуване на живот в океана на спътника на Юпитер Европа.

Концепцията за живата материя.

Живата материя е цялата съвкупност от живи организми в биосферата, независимо от тяхната систематична принадлежност. Терминът е въведен от V.I Vernadsky.

Това понятие не трябва да се бърка с понятието "биомаса", което е част от биогенното вещество.

1 Характеристики на живата материя

2 Значение и функции на живата материя

3 Вижте също

4 Литература

5 бележки

Характеристики на живата материя[редактиране на wiki текст]

Съставът на живата материя включва както органични (в химичен смисъл), така и неорганични или минерални вещества. Вернадски пише: Идеята, че явленията на живота могат да бъдат обяснени със съществуването на сложни въглеродни съединения - живи протеини, е необратимо опровергана от съвкупността от емпирични факти на геохимията... Живата материя е съвкупността от всички организми.

Масата на живата материя е сравнително малка и се оценява на 2,4-3,6 · 1012 тона (в сухо тегло) и е по-малко от 10-6 от масата на другите черупки на Земята. Но това е „една от най-мощните геохимични сили на нашата планета“.

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

Спецификата на живата материя е следната:

Живата материя на биосферата се характеризира с огромна свободна енергия. В неорганичния свят само краткотрайни, невтвърдени потоци лава могат да се сравняват с живата материя по отношение на количеството свободна енергия.

Рязката разлика между живата и неживата материя в биосферата се наблюдава в скоростта на химичните реакции: в живата материя реакциите протичат хиляди и милиони пъти по-бързо.

Отличителна черта на живата материя е, че отделните химични съединения, които я изграждат - протеини, ензими и др., са устойчиви само в живите организми (до голяма степен това е характерно и за минералните съединения, изграждащи живата материя) .

Доброволно движение на живата материя, до голяма степен саморегулиращо се. В. И. Вернадски идентифицира две специфични форми на движение на живата материя: а) пасивна, която се създава чрез възпроизводство и е присъща както на животинските, така и на растителните организми; б) активно, което се осъществява поради насоченото движение на организмите (характерно е за животните и в по-малка степен за растенията). Живата материя също има присъщо желание да запълни цялото възможно пространство.

Живата материя проявява значително по-голямо морфологично и химическо разнообразие от неживата материя. Освен това, за разлика от неживата абиогенна материя, живата материя не е представена изключително в течна или газова фаза. Телата на организмите са изградени и в трите фазови състояния.

Живата материя е представена в биосферата под формата на разпръснати тела - отделни организми. Освен това, разпръсната, живата материя никога не се среща на Земята в морфологично чист вид - под формата на популации от организми от един и същи вид: тя винаги е представена от биоценози.

Живата материя съществува под формата на непрекъснато редуване на поколения, поради което съвременната жива материя е генетично свързана с живата материя от минали епохи. В същото време наличието на еволюционен процес е характерно за живата материя, т.е. възпроизвеждането на живата материя се извършва не чрез типа на абсолютно копиране на предишни поколения, а чрез морфологични и биохимични промени.

Значението и функциите на живата материя[редактиране на wiki текст]

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

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

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

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

Биогенната миграция на атомите на химичните елементи в биосферата винаги се стреми към максималното си проявление.

Еволюцията на видовете през геоложкото време, водеща до създаването на форми на живот, които са стабилни в биосферата, върви в посока, която засилва биогенната миграция на атомите.

Живата материя е в непрекъснат химически обмен с космическата среда около нея и се създава и поддържа на нашата планета от лъчистата енергия на Слънцето.

Функции на живата материя:

1. Енергийна функция

Усвояване на слънчева енергия по време на фотосинтеза и химическа енергия по време на разлагането на енергонаситени вещества, пренос на енергия през хранителните вериги.

В резултат на това съществува връзка между биосферно-планетарните явления и космическата радиация, главно слънчевата. Благодарение на натрупаната слънчева енергия възникват всички жизнени явления на Земята. Не напразно Вернадски нарича зелените хлорофилни организми основният механизъм на биосферата.

Погълнатата енергия се разпределя в екосистемата между живите организми под формата на храна. Енергията частично се разсейва под формата на топлина и частично се натрупва в мъртва органична материя и се превръща във фосилно състояние. Така са се образували залежи от торф, въглища, нефт и други горими полезни изкопаеми.

2. Деструктивна функция

Тази функция се състои от разлагане, минерализация на мъртва органична материя, химично разлагане на скали, участие на получените минерали в биотичния цикъл, т.е. причинява превръщането на живата материя в инертна материя. В резултат на това се образува и биогенна и биоинертна материя на биосферата.

Специално трябва да се спомене химичното разлагане на скалите. „Ние нямаме на Земята по-мощен трошач на материя от живата материя“, пише Вернадски. Пионери

животът върху скалите - бактерии, синьо-зелени водорасли, гъби и лишеи - оказват силно химично въздействие върху скалите с разтвори на цял комплекс от киселини - въглеродна, азотна, сярна и различни органични. Разлагайки с тяхна помощ определени минерали, организмите селективно извличат и включват в биотичния цикъл най-важните хранителни елементи - калций, калий, натрий, фосфор, силиций и микроелементи.

3. Концентрационна функция

Така се нарича селективното натрупване по време на живота на определени видове вещества за изграждане на тялото на организма или такива, които се отделят от него при метаболизма. В резултат на концентрационната функция живите организми извличат и натрупват биогенни елементи от околната среда. Съставът на живата материя е доминиран от атоми на леки елементи: водород, въглерод, азот, кислород, натрий, магнезий, силиций, сяра, хлор, калий, калций. Концентрацията на тези елементи в тялото на живите организми е стотици и хиляди пъти по-висока, отколкото във външната среда. Това обяснява разнородността на химичния състав на биосферата и нейната значителна разлика от състава на неживата материя на планетата. Наред с концентрационната функция на живия организъм на веществото се отличава противоположната му по отношение на резултатите - разсейване. Проявява се чрез трофичната и транспортната дейност на организмите. Например, разпръскването на материята, когато организмите отделят екскременти, смъртта на организмите по време на различни видове движения в пространството или промени в обвивката. Желязото в кръвния хемоглобин се разпространява, например, чрез кръвосмучещи насекоми.

4. Средообразуваща функция

Трансформация на физико-химичните параметри на околната среда (литосфера, хидросфера, атмосфера) в резултат на жизнени процеси в условия, благоприятни за съществуването на организмите. Тази функция е съвместен резултат от функциите на живата материя, обсъдени по-горе: енергийната функция осигурява енергия на всички връзки на биологичния цикъл; разрушителната и концентрацията допринасят за извличането от естествената среда и натрупването на разпръснати, но жизнено важни за живите организми елементи. Много е важно да се отбележи, че в резултат на екологообразуващата функция в географската обвивка са настъпили следните важни събития: газовият състав на първичната атмосфера се трансформира, химическият състав на водите на първичния океан се променя, в литосферата се образува слой от седиментни скали и на земната повърхност се появи плодородна почвена покривка. „Организмът работи със среда, към която не само е приспособен, но и която е приспособена към него“, така Вернадски характеризира средаообразуващата функция на живата материя.

Разгледаните четири функции на живата материя са основните, определящи функции. Някои други функции на живата материя могат да бъдат разграничени, например:

Газовата функция определя миграцията на газовете и техните трансформации и осигурява газовия състав на биосферата. Преобладаващата маса газове на Земята е от биогенен произход. В процеса на функциониране на живата материя се създават основните газове: азот, кислород, въглероден двуокис, сероводород, метан и др. Ясно се вижда, че газовата функция е комбинация от две основни функции - разрушителна и средообразуваща ;

Редокс функцията се състои в химическата трансформация главно на онези вещества, които съдържат атоми с различна степен на окисление (съединения на желязо, манган, азот и др.). В същото време на повърхността на Земята преобладават биогенните процеси на окисление и редукция. Обикновено окислителната функция на живата материя в биосферата се проявява в трансформирането от бактерии и някои гъби на относително бедни на кислород съединения в почвата, изветрилата кора и хидросферата в по-богати на кислород съединения. Редукционната функция се осъществява чрез образуване на сулфати директно или чрез биогенен сероводород, произведен от различни бактерии. И тук виждаме, че тази функция е едно от проявленията на средообразуващата функция на живата материя;

Транспортната функция е пренасянето на материята срещу гравитацията и в хоризонтална посока. Още от времето на Нютон е известно, че движението на материята на нашата планета се определя от силата на гравитацията. Самата нежива материя се движи по наклонена равнина изключително отгоре надолу. Само в тази посока се движат реки, ледници, лавини и сипеи.

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

„Миграцията на химичните елементи на земната повърхност и в биосферата като цяло се извършва или с прякото участие на живата материя (биогенна миграция), или се извършва в среда, чиито геохимични характеристики (O2, CO2, H2S и др.) преобладаващо се определя от живата материя като тази, която в момента обитава тази система, и тази, която е действала на Земята през цялата геоложка история.

Благодарение на активното движение живите организми могат да преместват различни вещества или атоми в хоризонтална посока, например чрез различни видове миграции. Вернадски нарича движението или миграцията на химични вещества от живата материя биогенна миграция на атоми или материя.

Концепцията за биосферата се основава на идеята за живата материя. Повече от 90% от цялата жива материя е сухоземна растителност (98% от земната биомаса). Живата материя-най-мощният геохимичен и енергиен фактор, водещата сила на планетарното развитие. Основният източник на биохимична активност на организмите е слънчевата енергия, използвана в процеса на фотосинтеза от зелени растения и някои микроорганизми за създаване на органична материя. Органичната материя осигурява храна и енергия на други организми. Фотосинтезата доведе до натрупване на свободен кислород в атмосферата, образуване на озонов слой, който предпазва от ултравиолетова и тежка космическа радиация, поддържа съвременния газов състав на атмосферата. Животът на Земята винаги е съществувал под формата на сложно организирани комплекси от различни организми (биоценози). В същото време живите организми и тяхното местообитание образуват интегрални системи - биогеоценози. Храненето, дишането и размножаването на организмите и свързаните с тях процеси на създаване, натрупване и разпадане на органична материя осигуряват постоянна циркулация на материя и енергия. С този цикъл е свързана миграцията на атомите на химичните елементи през живата материя. Така целият атмосферен кислород циркулира през живата материя за 2000 години, а въглеродният диоксид - за 300 години. Съставът на самите организми се характеризира с голямо разнообразие от органични и химични съединения. Благодарение на живата материя на планетата са се образували почви и органични минерални горива (торф, въглища, вероятно дори нефт).

Изследвайки процесите на миграция на атоми в биосферата, V.I. Вернадски подхожда към въпроса за генезиса (произхода) на химичните елементи в земната кора, а след това и до необходимостта да обясни стабилността на съединенията, които изграждат организмите. Анализирайки проблема с миграцията на атомите, той стигна до извода, че органични съединения, независими от живата материя, не съществуват никъде. „Под името на живата материя“, пише V.I. Вернадски през 1919 г., „Ще имам предвид съвкупността от всички организми, растителност и животни, включително хората“.

По този начин живата материя е съвкупността от живи организми на биосферата, числено изразена в елементарен химичен състав, маса и енергия. През 1930г. В И. Вернадски разграничава човечеството от общата маса на живата материя като нейна специална част. Това отделяне на човека от всичко живо стана възможно поради три причини.

Първо, човечеството не е производител, а консуматор на биогеохимична енергия. Тази теза изисква преразглеждане на геохимичните функции на живата материя в биосферата. Второ, масата на човечеството, въз основа на демографските данни, не е постоянно количество жива материя. И трето, неговите геохимични функции се характеризират не с маса, а с производствена активност.

Ако човекът не се беше отделил от естествения животински свят, броят му щеше да бъде около 100 хиляди. Такива прачовеци биха живели в ограничен диапазон и тяхната еволюция би се определяла от бавните процеси, произтичащи от популационните генетични промени, характерни за видообразуването. С появата на човека обаче се наблюдава качествен скок в развитието на природата на Земята. Има всички основания да се смята, че това ново качество е свързано с ума и съзнанието на хомо сапиенс. По този начин основната видова разлика на човек е неговият ум и благодарение на съзнанието човечеството се е развило по свой начин. Това се отрази и в процеса на човешката репродукция, тъй като формирането на социално зрели форми на съзнание изисква дълго време - поне 20 години.

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

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

Жива материя съществува на планетата под формата на непрекъсната смяна на поколенията, поради което новообразуваното поколение е генетично свързано с живата материя на минали епохи. Това е основната структурна единица на биосферата, която определя всички други процеси на повърхността на земната кора. Характерно е за живата материя наличието на еволюционен процес.Генетичната информация на всеки организъм е криптирана във всяка негова клетка. Тези клетки първоначално са предназначени да бъдат себе си, с изключение на яйцеклетката, от която се развива целият организъм. Следователно живата материя е по същество безсмъртна.

В И. Вернадски отбеляза, че живата материя е неделима от биосферата, е нейна функция и в същото време „една от най-мощните геохимични сили на нашата планета“. Цикъл на веществата V.I. Вернадски нарича биогеохимични цикли. Тези цикли и циркулация осигуряват най-важните функции на живата материя като цяло. Ученият идентифицира пет такива функции:

Газова функция -извършва се от зелени растения, които отделят кислород по време на фотосинтезата, както и от всички растения и животни, които отделят въглероден диоксид в резултат на дишането;

Концентрационна функция -се проявява в способността на живите организми да натрупват много химични елементи в телата си (на първо място е въглеродът, сред металите е калций);

Редокс функция -се изразява в химичните превръщания на веществата в процеса на живот. В резултат на това се образуват соли, оксиди и нови вещества. Тази функция е свързана с образуването на железни и манганови руди, варовици и др.;

Биохимична функция -се определя като възпроизвеждане, растеж и движение в пространството на живата материя. Всичко това води до кръговрат на химичните елементи в природата, тяхната биогенна миграция;

Функцията на човешката биогеохимична дейност есвързана с биогенна миграция на атомите, която се увеличава многократно под влияние на стопанската дейност на човека. Човекът разработва и използва за своите нужди голям брой вещества в земната кора, включително въглища, газ, нефт, торф, шисти и много руди. В същото време има антропогенно навлизане на чужди вещества в биосферата и то в количества над допустимите стойности. Това доведе до кризисна конфронтация между човека и природата. Като основна причина за предстоящата екологична криза се смята технократска концепция, която разглежда биосферата, от една страна, като източник на физически ресурси, а от друга, като канализация за изхвърляне на отпадъци.

Жива материя - живи организми, които обитават нашата планета.

Основните уникални характеристики на живата материя включват следното:

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

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

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

4. Висок адаптивен капацитет (адаптация)на различни условия и във връзка с това развитието не само на всички среди на живот (вода, земя-въздух, почва, организъм), но и на изключително трудни условия по отношение на физични и химични параметри (микроорганизмите се срещат в термалните извори с температури до 140 o C, във води на ядрени реактори, в безкислородна среда).

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

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

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

Разграничават се следните основни геохимични функции на живата материя:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

10. Биогеохимична човешка дейност- трансформация и движение на вещества в биосферата в резултат на човешката дейност за стопански и битови нужди на човека. Например използването на въглеродни концентратори - нефт, въглища, газ.