Каковы свойства живого вещества как самой активной формы материи во вселенной вернадский

Живое вещество и его функция. Ноосфера, её характеристика

Живое вещество – вся совокупность организмов на планете (или биомасса планеты)

по Вернадскому. Свойство жизни – «всюдность» способность жизни проникать везде.

Основное свойство живого вещества, отличающее его от неживой природы – это громадная способность к воспроизводству (т.е. к размножению).(Клевер – 11лет, крыса – 8, дикая свинья – 56 лет, домашняя свинья – 8 лет. Индийский слон – 1000 лет).

2) Плодность жизни – это та площадь, которая необходима организму для жизни. Слон 30 км2, травянистому растению 30 см2.

3) Живое вещ-во – самая активная форма материи во вселенной. Активность её в том, что она изменяет среду в которой живёт.

4) Рост живых организмов. Свойство живого увеличивать свою биомассу. Всеми растениями производится 100 млрд. тонн растительного вещества в год, при этом они усваивают 200 млрд. тонн СО2 и выделяют 145 млрд. тонн кислорода.

Человек вмешивается в биосферу активно, но рационально. Ноосфера – это часть биосферы, которая связана с деятельностью человека («ноос» — разум). Вернадский считал, что человечество – «Великая геологическая, быть может, космическая сила, по силе воздействия на окружающую среду».Вернадский рассматривал человека как естественную часть биосферы, а деятельность его, как важнейший геологический фактор. В будущем, полагал учёный, биосфера должна превратиться в нооосферу, т.е. перейти в такое состояние, когда человеческая мысль выступит как одна из основных сил, определяющих развитие биосферы.

Источник

Живое вещество, его свойства и функции в биосфере

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех жи­вых организмов, выраженную через массу, энергию и химичес­кий состав.

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 0,01% от массы всей биосферы. В чем же причина столь высокой химической и геологической активнос­ти 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 формой чрезвычайно активированной материи.

Свойства живого вещества. К основным уникальным осо­бенностям живого вещества, обусловливающим его крайне вы­сокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие:

1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. В. И. Вернадский назвал этовсюдностью жизни.Данное свойство дало основание В. И. Вернадскому сделать вы­вод, что для определенных геологических периодов количество живого вещества было примерно постоянным (константой). Способность быстрого освоения пространства связана как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные возможности размножения), так и со способно­стью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листь­ев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8—10 га и бо­лее. То же относится к корневым системам.

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

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

4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к раз­личным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий. Например, некоторые организмы выносят температу­ры, близкие к значениям абсолютного нуля —273°С, микроорга­низмы встречаются в термальных источниках с температурами до 140°С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций.Онана несколько порядков (в сотни, тысячи раз) значительнее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скоро­сти переработки вещества организмами в процессе жизнедея­тельности. Например, гусеницы некоторых насекомых потреб­ляют за день количество пищи, которое в 100—200 раз больше веса их тела. Особенно активны организмы-грунтоеды. Дожде­вые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150—200 лет пропускают через свои орга­низмы весь однометровый слой почвы. Такие же явления имеют место в донных отложениях океана. Слой донных отложений здесь может быть представлен продуктами жизнедеятельности кольчатых червей (полихет) и достигать нескольких метров. Ко­лоссальную роль по преобразованию вещества выполняют орга­низмы, для которых характерен фильтрационный тип питания. Они освобождают водные массы от взвесей, склеивая их в не­большие агрегаты и осаждая на дно.

Впечатляют примеры чисто механической деятельности не­которых организмов, например роющих животных (сурков, сус­ликов и др.), которые в результате переработки больших масс грунта создают своеобразный ландшафт. По представлениям В. И. Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95—99% переработаны живыми организмами. Даже такие колоссальные запасы воды, которые имеются в био­сфере, разлагаются в процессе фотосинтеза за 5—6 млн. лет, углекислота же проходит через живые организмы в процессе фотосинтеза каждые 6—7 лет.

6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчи­тано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши — 14 лет, а для океана, где преобладают организ­мы с коротким периодом жизни (например, планктон), — 33 дня. В результате высокой скорости обновления живого веще­ства за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз пре­вышает массу Земли. Только небольшая часть его (доли процен­та) законсервирована в виде органических остатков (по выраже­нию В. И. Вернадского, ушла в геологию), остальная же вклю­чилась в процессы круговорота.

Все перечисленные и другие свойства живого веществаобус­ловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В. И. Вернадскому, 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 определенной долей условности, све­сти к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление о его преобразу­ющей биосферно-геологической деятельности.

В. И. Вернадский выделял девять функций живого веще­ства: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, вос­становительную, концентрационную и другие. В настоящее время название этих функций несколько изменено, Некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А. В. Лапо (1987).

1. Энергетическая. Связана с запасанием энергии в процес­се фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. Это функция — одна из важнейших и будет подробнее рассмотрена в разделе энергетики экосистем.

2. Газовая — способность изменять и поддерживать опре­деленный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а за­тем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биоген­ном веществе (органические остатки, известняки и т.п.). В ре­зультате этого шло постепенное уменьшение содержания угле­рода и его соединений, прежде всего двуокиси (СО) в атмосфе­ре с десятков процентов до современных 0,03%. Это же отно­сится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

С газовой функцией в настоящее время связывают два пе­реломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфе­ре достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организ­мов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла при­мерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в вер­хних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под сло­ем которой возможна была жизнь).

3. Окислительно-восстановительная. Связана с интенсифи­кацией под влиянием живого вещества процессов как окисле­ния, благодаря обогащению среды кислородом, так и восста­новления, прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановитель­ные процессы обычно сопровождаются образованием и накоп­лением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также зна­чительные придонные толщи воды (например, в Черном море). Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.

4. Концентрационная — способность организмов концент­рировать в своем теле рассеянные химические элементы, повы­шая их содержание, по сравнению с окружающей организмы средой, на несколько порядков (по марганцу, например, в теле отдельных организмов — в миллионы раз). Результат концент­рационной деятельности — залежи горючих ископаемых, извес­тняки, рудные месторождения и т.п. Эту функцию живого ве­щества всесторонне изучает наука биоминералогия. Организмы-концентраторы используются для решения конкретных приклад­ных вопросов, например, для обогащения руд интересующими человека химическими элементами или соединениями.

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. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая. Эта функция является в значительной мере интегративной (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 ее параметры практически во всех геосферах.

В более узком плане Средообразующая функция живого ве­щества проявляется, например, в образовании почв. В. И. Вер­надский, как отмечалось выше, почву называл биокосным те­лом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании. Роль живых организмов в образо­вании почв убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образова­ние растительного слоя земли деятельностью дождевых червей». Известный ученый В. В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», подчеркивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента — биоценозов и, прежде все­го, растительного покрова.

Локальная средообразующая деятельность живых организ­мов и особенно их сообществ проявляется также в трансформа­ции ими метеорологических параметров среды. Это прежде все­го относится к сообществам с большой массой органического вещества (биомассой). Например, в лесных сообществах микро­климат существенно отличается от открытых (полевых) про­странств. Здесь меньше суточные и годовые колебания темпера­тур, выше влажность воздуха, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органи­ческого вещества на почве и в верхних горизонтах почвы).

Из других средообразующих свойств растительного покро­ва следует назвать очистку воздуха и вод от загрязнений, усиле­ние питания подземных водных источников (грунтовых вод), сохранение почв от разрушения (эрозии) и т.п.

8. Наряду с концентрационной функцией живого вещества выделяется противоположная ей по результатам —рассеиваю­щая. Она проявляется через трофическую (питательную) и транс­портную деятельность организмов. Например, рассеивание ве­щества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, сменен покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, кровососущими насекомыми и т.п.

Важна также информационная функция живого вещества, выражающаяся в том, что живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в на­следственных структурах и затем передают последующим поколениям. Это один из проявлений адаптационных механизмов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Свойства живого вещества

К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую преобразующую дея­тельность, можно отнести следующие (по Н.А. Воронкову, 1997).

1.Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство.

В.И. Вернадский назвал это всюдностью жизни. Данное свойство дало основание В.И. Вернадскому сделать вывод, что для определенных геологических периодов количество живого вещества было примерно постоянным (константой). Способность быстрого освоения пространства связана как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за не­сколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные возможности размножения), так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверх­ность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8–10 га и более. То же относится к корневым системам.

2.Движение не только пассивное, но и активное, то есть не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п., но и против течения воды, силы тяжести, движения воз­душных потоков и т.п.

3.Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смер­ти (включение в круговороты веществ).

Благодаря саморегу­ляции живые организмы способны поддерживать постоянный химический состав и условия внутренней среды, несмотря на значительные изменения условий внешней среды. После смерти эта способность утрачивается, а органические остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неор­ганические вещества включаются в круговороты.

4.Высокая приспособительная способность (адаптация) к раз­личным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим па­раметрам условий. Например, некоторые организмы перено­сят температуры, близкие к значениям абсолютного нуля – 273° С, микроорганизмы встречаются в термальных источни­ках с температурами до 140 °С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.

5.Феноменально высокая скорость протекания реакций.

Она на несколько порядков значительнее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки ве­щества организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день количе­ство пищи, которое в 100–200 раз больше веса их тела. Дожде­вые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150–200 лет пропускают через свои орга­низмы весь однометровый слой почвы. По представлениям В.И. Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95–99% переработаны живыми организмами.

6.Высокая скорость обновления живого вещества.

Подсчи­тано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши – 14 лет, а для океана, где преобладают орга­низмы с коротким периодом жизни (например, планктон), – 33 дня. В результате высокой скорости обновления живого веще­ства за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз пре­вышает массу Земли. Только небольшая часть его (доли про­цента) законсервирована в виде органических остатков (по вы­ражению В.И. Вернадского, ушла в геологию), остальная же включилась в процессы круговорота. Все перечисленные и другие свойства живого вещества обус­ловливаютсяконцентрацией в нем больших запасов энергии. По В.И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с жи­вым веществом может соперничать только лава, образующая­ся при извержении вулканов.

Функции живого вещества

Живое вещество обеспечивает биогеохимический кругово­рот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют сле­дующие основные геохимические функции живого вещества:

1. Энергетическая (биохимическая) – связывание и запаса­ние солнечной энергии в органическом веществе и последую­щее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедея­тельности организмов.

2. Газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в ат­мосфере достигло примерно 1% от современного уровня (пер­вая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэроб­ных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произош­ло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода дос­тигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило воз­можность освоения организмами суши (до этого функцию за­щиты организмов от губительных космических излучений вы­полняла вода).

3. Концентрационная – «захват» из окружающей среды жи­выми организмами и накопление в них атомов биогенных хи­мических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколь­ко порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азо­та в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрацион­ной деятельности живого вещества – образование залежей го­рючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4. Окислительно-восстановительная – окисление и восста­новление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миг­рация атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование серо­водорода и т.п.

5. Деструктивная – разрушение организмами и продукта­ми их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наи­более существенную роль в этом отношении выполняют реду­центы (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результа­те активной формы движения организмов. Такой перенос мо­жет осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного дей­ствия других функций. Она имеет разные масштабы проявле­ния. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локаль­ные структуры.

8. Рассеивающая – функция, противоположная концентра­ционной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо ге­моглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная – накопление живыми организмами оп­ределенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека – превраще­ние и перемещение веществ биосферы в результате человече­ской деятельности для хозяйственных и бытовых нужд чело­века. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др. Таким образом, биосфера представляет собой сложную ди­намическую систему, осуществляющую улавливание, накоп­ление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Источник