Что такое живое вещество биосферы. Живое вещество
Определение термина биосфера.
Биосфе́ра (от др.-греч. βιος - жизнь и σφαῖρα - сфера, шар) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.
Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Существует и другое, более широкое определение: Биосфера - область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.
Понятие живого вещества.
Живое вещество - вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Термин введён В. И. Вернадским.
Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества.
1 Характеристики живого вещества
2 Значение и функции живого вещества
3 См. также
4 Литература
5 Примечания
Характеристики живого вещества[править вики-текст]
В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. Вернадский писал: Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений – живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество – это совокупность всех организмов.
Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10−6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».
Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.
Специфика живого вещества заключается в следующем:
Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.
Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.
Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).
Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В. И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.
Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.
Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.
Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т. е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.
Значение и функции живого вещества[править вики-текст]
Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:
а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности; б) механической – II род транспортной деятельности.
Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.
Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В. И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:
Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.
Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.
Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.
Функции живого вещества:
Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных веществ, передача энергии по пищевым цепям.
В результате осуществляется связь биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Недаром Вернадский назвал зеленые хлорофилльные организмы главным механизмом биосферы.
Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.
2. Деструктивная функция
Эта функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот, т.е. обусловливает превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.
Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. «Мы не имеем на Земле более могучего дробителяматерии, чем живое вещество», - писал Вернадский. Пионеры
жизни на скалах - бактерии, синезеленые водоросли, грибы и лишайники - оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот - угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы - кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы.
3. Концентрационная функция
Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты. Наряду с концентрационной функцией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам - рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.
4. Средообразующая функция
Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате процессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для существования организмов. Эта функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров. «Организм имеет дело со средой, к которой не только он приспособлен, но котораяприспособлена к нему», - так характеризовал Вернадский средообразующую функцию живого вещества.
Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др. Хорошо видно, что газовая функция является совокупностью двух основополагающих функций - деструктивной и средообразующей;
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из проявлений средообразующей функции живого вещества;
Транспортная функция - перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи.
Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение А. И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского»:
«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, H2S и т. д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».
За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.
Огромной заслугой В. И. Вернадского является обоснование нового содержания представлений о живом веществе. Живым веществом Вернадский называл «совокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии». Живое вещество по своей массе представляет собой ничтожную часть биосферы. Если все живое вещество Земли равномерно распределить по ее поверхности, то оно покроет нашу планету слоем толщиной 2 см. Однако именно живое вещество, по мнению В. И. Вернадского, выполняет ведущие функции в формировании земной коры.
Живое вещество обладает рядом специфических свойств:
1. Живое вещество характеризуется огромной свободной энергией.
2. В живом веществе химические реакции протекают в тысячи (иногда и в миллионы) раз быстрее, чем в неживом веществе. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе пользуются понятием исторического, а в косном веществе – геологического времени.
3. Химические соединения, входящие в состав живого вещества (ферменты, белки и др.), устойчивы только в живых организмах.
4. Живому веществу присуще произвольное движение – пассивное, обусловленное ростом и размножением, и активное – в виде направленного перемещения организмов. Первое является свойством всех живых организмов, второе характерно для животных и в редких случаях – для растений.
5. Для живого вещества характерно гораздо большее химическое и морфологическое разнообразие, чем для неживого.
6. Живое вещество в биосфере Земли находится в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Размеры и масса живых организмов сильно колеблются (диапазон более 109).
7. Живое вещество возникает только из живого и существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений.
Живые организмы в пределах биосферы распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются достаточно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и поверхностном слое Мирового океана.
В. И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки, занимающие огромные площади, и сгущения жизни, представленные небольшими площадями (например, пруд). Вся остальная часть биосферы является зоной разряжения живого вещества.
В океане можно выделить две жизненные пленки – планктонную и донную, которые находятся на границе раздела фаз. Планктонная лежит на границе атмосферы и гидросферы, донная – на границе гидросферы и литосферы. Сгущения жизни в океане различают трех типов: прибрежные, саргассовые и рифовые.
На суше также имеются различные формы концентрации жизни. Верхняя пленка жизни на суше – наземная, расположенная на границе атмосферы и литосферы. Под ней находится почвенная пленка жизни, представляющая собой сложную систему, населенную огромным количеством бактерий, простейших и других представителей живых организмов.
Сгущения жизни представлены на суше береговыми, пойменными и тропическими формами.
Важная закономерность наблюдается в соотношении видового состава живых организмов на Земле. Растения составляют 21 % от общего числа видов, образуя 99 % общей биомассы. Среди животных 96 % видов представлены беспозвоночными и только 4 % – позвоночные, из которых только 10 % – млекопитающие.
Таким образом, организмы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития, в количественном отношении значительно преобладают.
Масса живого вещества очень мала по сравнению с массой неживого вещества и составляет всего 0,01-0,02 % от косного вещества биосферы. В то же время живое вещество играет главенствующую роль в геохимических процессах. Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы. Живым веществом в биосфере выполняются важные функции:
1. Энергетическая функция – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.
2. Концентрационная функция – избирательное накопление определенных химических веществ.
3. Средообразующая функция – преобразование физико-химических параметров среды.
4. Транспортная функция – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.
5. Деструктивная функция – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.
Живые организмы осуществляют миграцию химических элементов в биосфере в процессе дыхания, питания, обмена веществ и энергии.
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами
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
Живое вещество - живые организмы, населяющие нашу планету.
Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы. Тем не менее, живое вещество биосферы - это главнейший ее компонент.
Признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой:
Определенный химический состав . Живые организмы со-стоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, N и Н.
Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.
Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии.
Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз -- постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.
Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.
Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации - молекул ДНК и РНК.
- 7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.
- 8. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться - воспроизводить себе подобных.
- 9. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойственен онтогенез - индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.
- 10. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез -- историческое развитиежизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.
Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.
Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).
Целостность и дискретность . С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.
Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.
Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения.
Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней.
Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерар-хии живого.
В настоящее время выделяют 9 уровней организации живой материи:
Молекулярный (на этом уровне происходит функционирование биологически активных крупных молекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты и др.);
Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану и др. субклеточные структуры.
Клеточный . На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.
Органно-тканевый . На этом уровне живая материя орга-низуется в ткани и органы. Ткань - совокупность клеток, сход-ных по строению и функциям, а также связанных с ними меж-клеточных веществ. Орган -- часть многоклеточного организ-ма, выполняющая определенную функцию или функции.
Организменный (онтогенетический). На этом уровнехарактеризующийся всеми ее признаками.
Популяционно-видовой. На этом уровне живая материяже вида. Вид -- совокупность особей (популяций особей), спо-собных к скрещиванию с образованием плодовитого потом-ства и занимающих в природе определенную область (ареал).
Биоценотический. На этом уровне живая материя образуетбиоценозы. Биоценоз - совокупность популяции разных видов, обитающих на определенной территории.
Биогеоценотический
. На этом уровне живая материя формирует
биогеоценозы. Биогеоценоз -
совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).
Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера - оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов.
Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.
По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:
Макроэлементы
- О, С, Н, N (в сумме около 98-99%, их
еще называют основные),
Са, К, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe
(всумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную мас-су процентного состава живых организмов.
Микроэлементы - Мn, Со, Zn, Cu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 %
Ультрамикроэлементы -- Se, U, Hg, Rа, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.
Химические элементы, которые состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.
Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке -- вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества -- углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты
Углеводы - органические соединения, содержащие в своем составе углерод, водород и кислород. Они подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Углеводы являются основным источником энергии всех форм клеточной деятельности. Они участвуют в построении прочных тканей растений (в частности, целлюлозы) и играют роль запасных питательных веществ в организмах. Углеводы являются первичным продуктом фотосинтеза зеленых растений.
Липиды - это жироподобные вещества, плохо растворимые в воде (состоят из атомов углерода и водорода). Липиды участвуют в построении клеточных перегородок (мембран), плохо проводят тепло, выполняя тем самым защитную функцию. Кроме того, липиды являются запасными питательными веществами.
Белки представляют собой сочетание протеиногенных аминокислот (20 штук) и на 30-50% состоят из АК. Белки имеют большие размеры, являясь по своей сути макромолекулами. Белки выполняют роль естественных катализаторов протекания химических процессов. В состав белков также входят металлы, такие как железо, магний, марганец.
Нуклеиновые кислоты (НК) формируют ядро клетки. Различают 2 основных вида НК: ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота и РНК - рибонуклеиновая кислота. НК регулируют процесс синтеза, осуществляют передачу наследственной информации из поколения в поколение.
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Все живые организмы по способу питания подразделяются на автотрофные и гетеротрофные.
Автотрофы (автотрофные организмы) - организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические соединения из неорганических - углекислого газа, воды, минеральных солей (к ним относятся прежде всего растения, осуществляющие фотосинтез).
Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) - организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах (микроорганизмы и животные).
Четкой границы между авто- и гетеротрофами не существует. Например, эвгленовые организмы (жгутиковые) сочетают автотрофный и гетеротрофный способы питания.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.
Аэробы - организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).
Анаэробы - организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).
Факультативные формы - организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).
В настоящее время весь мир живых существ подразделяется на 3 большие систематические группы:
Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), и особенно на границах трех оболочек - атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.
К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие:
Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. Это свойство связано как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ.
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.
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.
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 (микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурой до 140 о С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде).
Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков значительнее, чем в неживом веществе.
Высокая скорость обновления живого вещества. Только небольшая часть живого вещества (доли процента) законсервирована в виде органических остатков, остальная же постоянно включается в процессы круговорота.
Все перечисленные свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нём больших запасов энергии.
Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:
Энергетическая (биохимическая) - связывание и запасание солнечной энергии в органическим веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.
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. Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной. Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши.
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. Результат концентрационной деятельности живого вещества - образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.
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, P, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода
Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) - сапрофитные грибы и бактерии.
Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.
Средообразующая - преобразование физико-химических параметров среды. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.
Рассеивающая - функция, противоположная концентрационной - рассеивание веществ в окружающей среде. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п.
Информационная - накопление живыми организмами определённой информации, закрепление её в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.
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.
Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путём обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.
Живое вещество биосферы включает в свой состав как органические (химические), так и неорганические (минеральные) компоненты.
Более 90%, сформированных главным образом кислородом, углеродом, водородом и азотом, составляют наземную растительность. По мнению экспертов, живое вещество - это одна из наиболее "могущественных" земных геохимических сил. Развивается оно на пересечении гидросферы, литосферы и атмосферы. В неблагоприятных же условиях жизненные процессы прекращаются или замедляются до такой степени, что нет никаких видимых проявлений жизни. Таким образом, развивается состояние анабиоза.
Живое вещество имеет свои определенные особенности.
В первую очередь, оно характеризуется огромным количеством свободной энергии. В условиях неорганического мира к живому веществу (по объему энергии) могут быть приравнены недолговечные лавовые потоки, еще не успевшие застыть.
Одной из главных особенностей является Они в живом веществе, в отличие от неживого, протекают в тысячи раз быстрее.
Отличительной чертой является и состав. Живое вещество включает в себя самостоятельные соединения (ферменты, белки и прочие). Эти химические соединения проявляют устойчивость только в благоприятных условиях. В значительной степени эта особенность характерна и для минеральных компонентов.
Живое вещество совершает произвольное движение. В. И. Вернадский, считая, что это движение в значительной степени является саморегулируемым, выделял две его особые формы. Пассивная формируется посредством размножения и присуща и растениям, и животным. Направленное перемещение организмов (характерное в большей степени для животных, нежели для растений) создает активную форму движения. Живое вещество отличается также стремлением заполнить собой все пространство.
Характерной чертой является и большое химическое и морфологическое разнообразие. Живое вещество, в отличие от неживого, не может представлять собой только жидкую или газообразную среду.
В природе существуют дисперсные тела - индивидуальные организмы. Они составляют живое вещество. При этом оно не находится на планете в одном морфологически чистом виде - в форме популяций организмов, представляющих один вид - оно всегда представляет биоценозы.
Непрерывность чередования поколений обеспечивает генетическую связь современного живого вещества с тем, что существовало в прошлые эпохи. При этом характерной чертой является эволюционный процесс. Другими словами, воспроизводство осуществляется не по принципу абсолютного копирования прошлых поколений, а путем биохимических и морфологических изменений.
Существует пять главных функций живого вещества.
- Функция энергетическая представляет собой поглощение энергии Солнца при фотосинтезе, а при разложении насыщенных веществ - поглощение химической энергии.
- В ходе жизнедеятельности отдельных видов происходит избирательное накопление. Эта функция называется концентрационной. Она может осуществляться массовым повышением концентрации компонентов в среде или специфическим накоплением того или другого элемента, независимо от среды.
- Деструктивная функция заключается в минерализации абиогенных органических веществ, в разложении неживых неорганических продуктов, вовлечении в биологический круговорот сформировавшихся компонентов.
- Средообразующая функция представляет собой преобразование физических и химических показателей среды.
- За счет пищевых взаимодействий происходит перемещение значительной массы элементов в горизонтальном направлении и против