Живое вещество и функции биосферы

ГЛАВА 15. ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА

Что же мы положим в рот?

Всё негодно для еды.

А засажен огород…

Цветная капуста. Мы едим соцветия.

12. Многолетнее растение, стволы которого идут на телеграфные столбы, водопроводные трубы, бумагу и ткань.

Бамбук.

13. Дикая роза со съедобными плодами?

Шиповник.

14. Единственный вид сумчатых животных, обитающий в Южной Америке

Опоссум

15. У деревьев, растущих на Украине, возраст определяют по количеству годовых колец в древесине. У деревьев, растущих в экваториальных лесах Африки годичных колец нет. Почему?

16. На экваторе нет смены сезонов. Деревья не прекращают рост в течение всего года, древесина нарастает равномерно без зимних пауз.

17. Дрожжи - это растения, или животные?

Дрожжи – это грибы.

18. Что изучает наука гистология?

Ткани организмов.

19.Отгадайте загадку.

По виду – картошка.

Пушиста немножко

По вкусу – крыжовник,

И даже «морошка».

Киви.

19. Почему паразитические черви только ослабляют, но никогда не убивают своих основных хозяев?

Так как они со смертью хозяина лишатся своего «дома». Эти паразиты больше вредят промежуточным хозяевам, смерть которых им выгодна.

20. Если луковицу сварить вместе с ядовитыми грибами она посинеет. Верно ли это утверждение?

Нет. К сожалению этот способ выявить ядовитые грибы недостоверен.

15.1. Понятие о биосфере.
Современные концепции биосферы

Биосфера - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Термин «биосфера» ввёл австралийский геолог Э. Зюсс в 1875 году, который понимал её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Первые представления о наружной оболочке Земли как «области жизни» восходят к Ж.Ламарку. Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит известному отечественному естествоиспытателю, основоположнику геохимии, биогеохимии и учения о биосфере В.И. Вернадскому (1863-1945). На формирование его биосферного мышления большое влияние оказали работы В.В. Докучаева о почве как о естественно-историческом теле. Основы учения о биосфере изложены В.И. Вернадским в книге «Биосфера» (1926) и сохраняют своё значение до настоящего времени.

В.И. Вернадский придал концепции биосферы биогеохимический смысл, понимая под биосферой не только живые организмы, но и среду их обитания. Он выделил в биосфере 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: 1) живое вещество (совокупность организмов); 2) биогенное вещество (результат деятельности живых организмов - горючие ископаемые, извест­няки и т.п.); 3) косное вещество (образуемое про­цессами, в которых живые организмы не участ­вуют, например, изверженные горные породы);
4) биокосное вещество (создаётся одновременно живыми организмами и абиогенными процессами неживой природы, например, почва); 5) радиоак­тивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Центральное звено в концепции В.И. Вернадского о биосфере - представление о живом веществе: «Живые организмы, - писал он, - являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей». С именем В.И. Вернадского связано также формирование социально-экономической концепции биосферы, суть которой - в превращении биосферы в ноосферу вследствие деятельности новой геологической силы.

Исходя из того, что биосфера организована по системному принципу, а также того, что в основе её функционирования лежат круговороты веществ и энергии, сформулированы несколько современных концепций биосферы: биохимическая, биогеоценотическая, кибернетическая, термодинамическая. Биогеоценотическая концепция, например, рассматривает биосферу как сложноорганизованную систему биогеоценозов (динамическую целостную систему организмов разных видов, тесно связанных со средой их обитания), биохимическая концепция - как систему моделей геохимических циклов биогенных элементов.

Биосфера охватывает часть атмосферы до озонового слоя
(20-25 км) и часть литосферы, особенно кору выветривания и всю гидросферу. В литосфере область распространения жизни во многом определяется уровнем проникновения воды в жидком состоянии: живые организмы обнаружены до глубины 7,5 км.

Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропических лесов) и гидросферы, где особенно интенсивно развиваются зелёные растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Более 90% всего живого вещества, образованного главным образом углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97-98% биомассы суши). Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1,8-2,5 х 10¹⁸ г (в пересчёте на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы биосферы
(3 х 10²⁴ г). Суммарная биомасса организмов сухопутных видов образована на 99,2% зелёными растениями и лишь на 0,8% - животными и микроорганизмами. В океане, наоборот, уже около 93,7% совокупной биомассы приходится на долю животных и микроорганизмов. В океане содержится лишь 0,13% биомассы живых существ, обитающих на Земле, хотя океан и покрывает 70% поверхности планеты. Среди животных 96% приходится на долю беспозвоночных и лишь 4% - на долю позвоночных.

Несмотря на то, что масса живого вещества составляет 1/1000000 часть массы биосферы, оно, тем не менее, по заключению В.И. Вернадского, является наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой развития планеты Земля. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии.

Рис. 182. Упрощённая схема круговорота углерода, показывающая прохождение углерода через несколько экосистем. Прерывистыми стрелками обозначены процессы, в которых превращения углерода протекают медленнее, а сплошными – процессы с более быстрыми превращениями углерода

Основной источник биогеохимической активности организмов - солнечная энергия. Она используется в процессе фотосинтеза зелёными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией остальные организмы. Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 3 млрд лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый слой (экран), защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения. Фотосинтез и дыхание растений, поддерживающие современный газовый состав атмосферы, составляют сущность газообменной функции биосферы.

В процессе питания, дыхания, выделения, роста, размножения и смерти живых организмов создаётся, накапливается и распадается органическое вещество, что обеспечивает постоянный круговорот вещества в биосфере.
С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов (прежде всего биогенных - C, H, O, N, P, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, K и др.), их биогеохимические циклы (рис. 182). В ходе последних атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200-300 лет, а вся

Рис. 183. Упрощённая схема круговорота азота

вода биосферы - за 2 млн лет. В ходе таких биогеохимических циклов
(рис. 183) биосферой осуществляется функция синтеза и разложения органического вещества (биохимическая функция).

Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы, например, железобактерии - железо; фораминиферы, многие моллюски и кишечнополостные - кальций; хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии и др. - кремний; губки - йод; асцидии - ванадий и т.д. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Тем самым биосфера реализует свою функцию концентрации рассеянных в геосфере элементов.

Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W), создаются их новые соединения. В этом проявляется окислительно-восстановительная функция биосферы.

Наряду с отмеченными выделяют главную функцию биосферы, заключающуюся в обеспечении глобального круговорота химических элементов при участии всех населяющих планету организмов. Совокупная деятельность живого вещества на Земле непрерывно поддерживала и поддерживает режим неорганической среды, необходимой для существования жизни, т.е. относительный гомеостаз в биосфере, одним из характерных свойств которого В.И. Вернадский считал организованность.