Hemijski sastav žive materije. Živa materija

Karakteristike žive materije

Sastav žive materije uključuje i organske (u hemijskom smislu) i neorganske, ili mineralne, supstance. Vernadsky je napisao:

Masa žive materije je relativno mala i procenjuje se na 2,4-3,6·10 12 tona (u suvoj težini) i manja je od 10 −6 masa drugih Zemljinih školjki. Ali to je jedna od "najmoćnijih geohemijskih sila na našoj planeti".

Živa materija se razvija tamo gde život može postojati, odnosno na preseku atmosfere, litosfere i hidrosfere. U uslovima koji nisu povoljni za postojanje, živa materija prelazi u stanje suspendovane animacije.

Specifičnost žive materije je sledeća:

1. Živu materiju biosfere karakteriše ogromna slobodna energija. U neorganskom svijetu, samo kratkotrajni tokovi neočvrsnute lave mogu se uporediti sa živom materijom u smislu količine slobodne energije.
2. Oštra razlika između žive i nežive materije biosfere uočava se u brzini hemijskih reakcija: u živoj materiji reakcije se dešavaju hiljade i milione puta brže.
3. Posebnost žive materije je da su pojedinačni hemijski spojevi koji je čine – proteini, enzimi itd. – stabilni samo u živim organizmima (u velikoj meri to je karakteristično i za mineralna jedinjenja koja čine živu materiju).
4. Samovoljno kretanje žive materije, uglavnom samoregulirajuće. V. I. Vernadsky je izdvojio dva specifična oblika kretanja žive materije: a) pasivni, koji nastaje reprodukcijom i svojstven je i životinjskim i biljnim organizmima; b) aktivna, koja se odvija zbog usmjerenog kretanja organizama (tipična je za životinje i, u manjoj mjeri, za biljke). Živa materija takođe teži da ispuni sav mogući prostor.
5. Živa materija pokazuje mnogo veću morfološko i hemijsku raznolikost od nežive materije. Osim toga, za razliku od nežive abiogene tvari, živa tvar nije predstavljena isključivo tekućom ili plinovitom fazom. Tijela organizama građena su u sva tri fazna stanja.
6. Živa materija je u biosferi predstavljena u obliku dispergovanih tela – pojedinačnih organizama. Štoviše, raspršena, živa tvar se nikada na Zemlji ne nalazi u morfološki čistom obliku - u obliku populacija organizama iste vrste: uvijek je predstavljena biocenozama.
7. Živa materija postoji u obliku kontinuirane smene generacija, zbog čega je savremena živa materija genetski povezana sa živom materijom prošlih epoha. Istovremeno, za živu materiju je karakteristično prisustvo evolutivnog procesa, odnosno reprodukcija žive materije se ne odvija po tipu apsolutnog kopiranja prethodnih generacija, već morfološkim i biohemijskim promenama.

Značenje žive materije

Rad žive materije u biosferi je prilično raznolik. Prema Vernadskom, rad žive materije u biosferi može se manifestovati u dva glavna oblika:

a) hemijska (biohemijska) - I vrsta geološke aktivnosti; b) mašinski - II vrsta transportne delatnosti.

Biogena migracija atoma prve vrste očituje se u stalnoj razmjeni tvari između organizama i okoline u procesu izgradnje tijela organizama, varenja hrane. Biogena migracija atoma druge vrste sastoji se u kretanju materije od strane organizama u toku njihovog života (prilikom izgradnje jazbina, gnijezda, kada su organizmi zakopani u zemlju), kretanju same žive tvari, kao i prolazak neorganskih supstanci kroz želudačni trakt zemljanih buba, muljevaca, filter hranilica.

Za razumevanje rada koji živa materija obavlja u biosferi, veoma su važne tri glavne odredbe, koje je V. I. Vernadsky nazvao biogeohemijskim principima:

1. Biogena migracija atoma hemijskih elemenata u biosferi uvek teži svom maksimalnom ispoljavanju.
2. Evolucija vrsta u toku geološkog vremena, dovodeći do stvaranja životnih oblika stabilnih u biosferi, ide u pravcu koji pojačava biogenu migraciju atoma.
3. Živa materija je u neprekidnoj hemijskoj razmeni sa kosmičkom okolinom koja je okružuje, a stvara se i održava na našoj planeti zračećom energijom Sunca.

Postoji pet glavnih funkcija žive materije:

1. Energija. Sastoji se od apsorpcije sunčeve energije tokom fotosinteze, a hemijske energije - kroz razgradnju energetski zasićenih supstanci i prenos energije kroz lanac ishrane heterogene žive materije.
2. koncentracija. Selektivna akumulacija određenih vrsta materije tokom života. Postoje dva tipa koncentracija hemijskih elemenata u živoj materiji: a) masivno povećanje koncentracija elemenata u medijumu zasićenom ovim elementima, na primer, sumpor i gvožđe su u izobilju u živoj materiji u oblastima vulkanizma; b) specifična koncentracija jednog ili drugog elementa, bez obzira na medij.
3. destruktivno. Sastoji se od mineralizacije nebiogene organske materije, razgradnje nežive neorganske materije i uključivanja nastalih supstanci u biološki ciklus.
4. Formiranje okoline. Transformacija fizičkih i hemijskih parametara životne sredine (uglavnom zbog nebiogenih materija).
5. Transport. Interakcije žive materije sa hranom dovode do kretanja ogromnih masa hemijskih elemenata i supstanci protiv gravitacije iu horizontalnom pravcu.

Živa materija obuhvata i restrukturira sve hemijske procese u biosferi. Živa materija je najmoćnija geološka sila koja raste s vremenom. Odajući počast uspomeni na velikog osnivača doktrine biosfere, A. I. Perelman je predložio da se sljedeća generalizacija nazove "zakon Vernadskog":

„Migracija hemijskih elemenata na zemljinoj površini i u biosferi u celini odvija se ili uz direktno učešće žive materije (biogena migracija) ili se odvija u okruženju čije geohemijske karakteristike (O 2, CO 2, H 2 S i dr.) su pretežno uslovljene živom materijom, kako onom koja trenutno nastanjuje dati sistem, tako i onom koja je na Zemlji delovala kroz čitavu geološku istoriju.

Bilješke

vidi takođe

Književnost

• O funkcijama žive materije u biosferi // Bilten Ruske akademije nauka. 2003. V. 73. br. 3. S.232-238

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte šta je "živa supstanca" u drugim rječnicima:

Ukupnost živih organizama u biosferi, njihova biomasa. Karakteriše ga specifičan hemijski sastav (prevladavaju H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), ogromna biomasa (80 100 109 tona suve organske materije) i energija ... ... ... Ekološki rječnik

Ukupnost živih organizama biosfere, numerički izražena elementarnim hemijskim sastavom, masom i energijom. Koncept je uveo V. I. Vernadsky u svojoj teoriji o biosferi i ulozi živih organizama u kruženju tvari i energije u prirodi ... Veliki enciklopedijski rječnik

Ukupnost živih organizama biosfere, numerički izražena elementarnim hemijskim sastavom, masom i energijom. Koncept je uveo V. I. Vernadsky u svojoj teoriji o biosferi i ulozi živih organizama u kruženju materije i energije u prirodi. * * *… … enciklopedijski rječnik

1) ukupnost živih organizama biosfere, numerički izražena elementarnim hemijskim sastavom, masom i energijom. Termin je uveo V. I. Vernadsky (vidi Vernadsky). J. c. povezan sa biosferom materijalno i energetski kroz ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Ukupnost živih organizama biosfere, numerički izražena elementarnom hemikalijom. sastav, masa i energija. Koncept je uveo V. I. Vernadsky u svojoj teoriji o biosferi i ulozi živih organizama u kruženju energije i energije u prirodi... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

Živa materija- u konceptu V. I. Vernadskog, ukupnost živih organizama biosfere (biljke, životinje, insekti, itd., uključujući i čovječanstvo), brojčano izražena u elementarnom hemijskom sastavu, masi i energiji... Počeci moderne prirodne nauke

živa materija- 1. Ukupnost živih organizama biosfere sa uređenim metabolizmom. 2. Kompleksni molekularni agregat sa kontrolnim sistemom koji sadrži mehanizam za prenos naslednih informacija. E. Živa supstanca D. Lebendiger Stoff,… … Objašnjavajući NLO rječnik s ekvivalentima na engleskom i njemačkom jeziku

Prema V. I. Vernadskom (1940), ukupnost organizama iste vrste (vrsta homogena živa materija) ili rase (rasna homogena živa materija). Ekološki enciklopedijski rječnik. Kišinjev: Glavno izdanje Moldavskog Sovjetskog ... ... Ekološki rječnik

Živa materija - živi organizmi koji naseljavaju našu planetu.

Masa žive materije je samo 0,01% mase čitave biosfere. Ipak, živa materija biosfere je njena glavna komponenta.

Znakovi (svojstva) žive materije koji je razlikuju od nežive:

Određeni hemijski sastav. Živi organizmi se sastoje od istih hemijskih elemenata kao i objekti nežive prirode, ali je odnos ovih elemenata drugačiji. Osnovni elementi živih bića su C, O, N i H.

Struktura ćelije. Svi živi organizmi, osim virusa, imaju ćelijsku strukturu.

Metabolizam i energetska ovisnost.Živi organizmi su otvoreni sistemi, zavise od primanja supstanci i energije iz spoljašnje sredine.

Samoregulacija (homeostaza).Živi organizmi imaju sposobnost da održavaju homeostazu - postojanost svog hemijskog sastava i intenzitet metaboličkih procesa.

Razdražljivost.Živi organizmi pokazuju razdražljivost, odnosno sposobnost da specifičnim reakcijama odgovore na određene vanjske utjecaje.

Nasljednost.Živi organizmi su u stanju da prenose znakove i svojstva s generacije na generaciju uz pomoć nosilaca informacija - molekula DNK i RNK.

• 7. Varijabilnost.Živi organizmi su sposobni da steknu nova svojstva i svojstva.
• 8. Samoreprodukcija (reprodukcija).Živi organizmi su u stanju da se razmnožavaju - da reprodukuju svoju vrstu.
• 9. Individualni razvoj (ontogeneza). Svaku jedinku karakterizira ontogeneza - individualni razvoj organizma od rođenja do kraja života (smrt ili nova dioba). Razvoj je praćen rastom.
• 10. Evolucijski razvoj (filogeneza).Živu tvar u cjelini karakterizira filogenija - historijski razvoj života na Zemlji od trenutka njenog nastanka do danas.

Adaptacije.Živi organizmi su u stanju da se prilagode, odnosno prilagode uslovima sredine.

Ritam.Živi organizmi pokazuju ritam životne aktivnosti (dnevne, sezonske, itd.).

Integritet i diskretnost. S jedne strane, sva živa materija je integralna, organizovana na određeni način i pokorava se opštim zakonima; s druge strane, svaki biološki sistem se sastoji od zasebnih, iako međusobno povezanih, elemenata.

Hijerarhija. Počevši od biopolimera (proteina i nukleinskih kiselina) pa do biosfere u cjelini, sva živa bića su u određenoj podređenosti. Funkcionisanje bioloških sistema na manje složenom nivou omogućava postojanje složenijeg nivoa.

Svijet živih organizama biosfere koji nas okružuje je kombinacija različitih bioloških sistema različitog strukturnog poretka i različitih organizacijskih pozicija.

Hijerarhijska priroda organizacije žive materije omogućava nam da je uslovno podelimo na više nivoa.

Nivo organizacije žive materije - to je funkcionalno mjesto biološke strukture određenog stepena složenosti u opštoj hijerarhiji živog.

Trenutno postoji 9 nivoa organizacije žive materije:

Molekularno(na ovom nivou, funkcionisanje biološki aktivnih velikih molekula, kao što su proteini, nukleinske kiseline, itd.);

subcelularni(supramolekularni). Na ovom nivou, živa materija je organizovana u organele: hromozome, ćelijsku membranu i druge subćelijske strukture.

Cellular. Na ovom nivou, živa materija je predstavljena ćelijama. Ćelija je elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živog.

Organsko tkivo. Na ovom nivou, živa materija je organizovana u tkiva i organe. Tkivo - skup ćelija sličnih po strukturi i funkciji, kao i međustanične supstance povezane s njima. Organ je dio višećelijskog organizma koji obavlja određenu funkciju ili funkcije.

Organski (ontogenetski). Na ovom nivou karakterišu sve njegove karakteristike.

Populacija-vrsta. Na ovom nivou, živa materija je ista kao i vrsta. Vrsta je skup jedinki (populacija jedinki) sposobnih da se ukrštaju sa formiranjem plodnog potomstva i zauzimaju određeno područje (raspon) u prirodi.

Biocenotic. Na ovom nivou, živa materija formira biocenoze. Biocenoza - skup populacija različitih vrsta koje žive na određenom području.

Biogeocenotic. Na ovom nivou se formira živa materija
biogeocenozama. biogeocenoza - kombinacija biocenoze i abiotskih faktora životne sredine (klima, tlo).

Biosferski. Na ovom nivou, živa materija formira biosferu. Biosfera je ljuska Zemlje, transformirana djelovanjem živih organizama.

Hemijski sastav živih organizama može se izraziti u dva oblika: atomskom i molekularnom. Atomski (elementarni) sastav karakterizira omjer atoma elemenata uključenih u žive organizme. Molekularni (materijalni) sastav odražava omjer molekula tvari.

Prema relativnom sadržaju elemenata koji čine žive organizme, uobičajeno je podijeliti u tri grupe:

Makronutrijenti- O, C, H, N (oko 98-99% ukupno, njihov
takođe pozvan osnovni), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (ukupno oko 1-2%). Makronutrijenti čine većinu procentualnog sastava živih organizama.

Elementi u tragovima - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F, itd. Njihov ukupan sadržaj u živoj materiji je oko 0,1%

Ultramikroelementi- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag itd. Njihov sadržaj u živoj materiji je veoma mali (manje od 0,01%), a fiziološka uloga za većinu njih nije otkrivena.

Zovu se kemijski elementi koji su dio živih organizama i istovremeno obavljaju biološke funkcije biogeni.Čak i one od njih koje se u ćelijama nalaze u zanemarivim količinama ne mogu se ničim zamijeniti i apsolutno su neophodne za život.

Hemijski elementi su dio ćelija u obliku jona i molekula neorganskih i organskih supstanci. Najvažnije anorganske tvari u ćeliji su voda i mineralne soli, najvažnije organske tvari su ugljikohidrati, lipidi, proteini i nukleinske kiseline.

Ugljikohidrati- organska jedinjenja koja sadrže ugljenik, vodonik i kiseonik. Dijele se na jednostavne (monosaharidi) i složene (polisaharidi). Ugljikohidrati su glavni izvor energije za sve oblike stanične aktivnosti. Oni su uključeni u izgradnju jakih biljnih tkiva (posebno celuloze) i igraju ulogu rezervnih nutrijenata u organizmima. Ugljikohidrati su primarni proizvod fotosinteze u zelenim biljkama.

Lipidi- To su tvari slične mastima koje su slabo topljive u vodi (sastoje se od atoma ugljika i vodika). Lipidi su uključeni u izgradnju ćelijskih zidova (membrana), slabo provode toplinu i time obavljaju zaštitnu funkciju. Osim toga, lipidi su rezervni nutrijenti.

Vjeverice su kombinacija proteinogenih aminokiselina (20 komada) i sastoje se od 30-50% AA. Proteini su veliki, u suštini su makromolekuli. Proteini djeluju kao prirodni katalizatori za hemijske procese. Proteini takođe sadrže metale kao što su gvožđe, magnezijum i mangan.

Nukleinske kiseline(NK) formiraju jezgro ćelije. Postoje 2 glavna tipa NA: DNK - deoksiribonukleinska kiselina i RNK - ribonukleinska kiselina. NK reguliraju proces sinteze, provode prijenos nasljednih informacija s generacije na generaciju.

Svi živi organizmi koji žive na Zemlji otvoreni su sistemi koji ovise o snabdijevanju materijom i energijom izvana. Proces trošenja materije i energije naziva se hrana. Svi živi organizmi se dijele na autotrofne i heterotrofne.

Autotrofi(autotrofni organizmi) - organizmi koji koriste ugljični dioksid kao izvor ugljika (biljke i neke bakterije). Drugim riječima, radi se o organizmima sposobnim za stvaranje organskih spojeva iz anorganskih - ugljičnog dioksida, vode, mineralnih soli (tu prije svega spadaju biljke koje provode fotosintezu).

Heterotrofi(heterotrofni organizmi) - organizmi koji koriste organske spojeve kao izvor ugljika (životinje, gljive i većina bakterija). Drugim riječima, radi se o organizmima koji nisu u stanju da stvaraju organske tvari od neorganskih, ali trebaju gotove organske tvari (mikroorganizmi i životinje).

Ne postoji jasna granica između auto- i heterotrofa. Na primjer, organizmi euglene (flagelati) kombiniraju autotrofni i heterotrofni način prehrane.

U odnosu na slobodni kiseonik, organizmi se dele u tri grupe: aerobne, anaerobne i fakultativne forme.

Aerobes- organizmi koji mogu živjeti samo u okruženju kisika (životinje, biljke, neke bakterije i gljive).

Anaerobni- organizmi koji nisu u stanju da žive u okruženju kiseonika (neke bakterije).

Opcioni obrasci- organizmi koji mogu da žive i u prisustvu kiseonika i bez njega (neke bakterije i gljivice).

Trenutno je cijeli svijet živih bića podijeljen u 3 velike sistematske grupe:

Najveća koncentracija života u biosferi uočava se na granicama dodira između zemljinih školjki: atmosfere i litosfere (kopnene površine), atmosfere i hidrosfere (površine okeana), a posebno na granicama tri ljuske - atmosfere, hidrosfere. i litosfere (obalne zone). To su mjesta na kojima je V.I. Vernadsky je nazvao "filmovima života". Gore i dolje od ovih površina, koncentracija žive tvari opada.

Glavne jedinstvene karakteristike žive materije, koje određuju njenu izuzetno visoku transformativnu aktivnost, uključuju sledeće:

Sposobnost brzog zauzimanja (savladavanja) cijelog slobodnog prostora. Ovo svojstvo povezano je i s intenzivnom reprodukcijom i sa sposobnošću organizama da intenzivno povećavaju površinu svog tijela ili zajednica koje formiraju.

Pokret nije samo pasivan, već i aktivan, odnosno ne samo pod dejstvom gravitacije, gravitacionih sila itd., već i protiv strujanja vode, gravitacije, vazdušnih strujanja itd.

Postojanost tokom života i brzo raspadanje nakon smrti(uključivanje u promet supstanci). Zahvaljujući samoregulaciji, živi organizmi su u stanju da održavaju konstantan hemijski sastav i uslove unutrašnje sredine, uprkos značajnim promenama uslova životne sredine. Nakon smrti, ova sposobnost se gubi, a organski ostaci se vrlo brzo uništavaju. Rezultirajuće organske i neorganske tvari uključene su u cikluse.

Visoka prilagodljivost (adaptacija) na različite uslove i s tim u vezi razvoj ne samo svih životnih sredina (voda, zemlja-vazduh, tlo, organizam), već i izuzetno teške uslove u pogledu fizičko-hemijskih parametara (mikroorganizmi se nalaze u termalnim izvorima sa temperaturama do 140°C, u vodama nuklearnih reaktora, u okruženju bez kiseonika).

Fenomenalno brze reakcije. On je nekoliko redova veličine veći nego u neživoj materiji.

Visoka stopa obnavljanja žive materije. Samo mali dio žive tvari (djelići procenta) je konzerviran u obliku organskih ostataka, dok je ostatak stalno uključen u procese ciklusa.

Sva navedena svojstva žive tvari određena su koncentracijom velikih rezervi energije u njoj.

Razlikuju se sljedeće glavne geohemijske funkcije žive tvari:

Energija (biohemijska)- vezivanje i skladištenje sunčeve energije u organskoj materiji i naknadno rasipanje energije tokom potrošnje i mineralizacije organske materije. Ova funkcija je povezana s ishranom, disanjem, reprodukcijom i drugim vitalnim procesima organizama.

Gas- sposobnost živih organizama da menjaju i održavaju određeni gasni sastav životne sredine i atmosfere u celini. Dva kritična perioda (tačke) u razvoju biosfere povezana su sa funkcijom gasa. Prvi od njih se odnosi na vrijeme kada je sadržaj kisika u atmosferi dostigao oko 1% trenutnog nivoa. To je dovelo do pojave prvih aerobnih organizama (sposobnih da žive samo u okruženju koje sadrži kiseonik). Druga prekretnica povezana je s vremenom kada je koncentracija kisika dostigla približno 10% trenutne. Time su stvoreni uslovi za sintezu ozona i formiranje ozonskog omotača u gornjim slojevima atmosfere, što je omogućilo organizmima razvoj kopna.

koncentracija- "hvatanje" iz okoline od strane živih organizama i nakupljanje atoma biogenih hemijskih elemenata u njima. Koncentraciona sposobnost žive materije povećava sadržaj atoma hemijskih elemenata u organizmima u poređenju sa okolinom za nekoliko redova veličine. Rezultat koncentracijske aktivnosti žive tvari je stvaranje naslaga fosilnih goriva, krečnjaka, rudnih naslaga itd.

Oksidativno-redukciona - oksidacija i redukcija raznih supstanci uz učešće živih organizama. Pod uticajem živih organizama dolazi do intenzivne migracije atoma elemenata sa promenljivom valentnošću (Fe, Mn, S, P, N itd.), stvaraju se njihova nova jedinjenja, talože se sulfidi i mineralni sumpor, a sumporovodik se formira.

destruktivno- uništavanje ostataka organske tvari i inertnih tvari organizmima i proizvodima njihove vitalne aktivnosti. Najznačajniju ulogu u tom pogledu imaju razlagači (destruktori) - saprofitne gljive i bakterije.

Transport- prijenos materije i energije kao rezultat aktivnog oblika kretanja organizama.

Formiranje okoline- transformacija fizičkih i hemijskih parametara medija. Rezultat funkcije formiranja okoliša je cjelokupna biosfera, i tlo kao jedno od staništa, i više lokalnih struktura.

Rasipanje- funkcija suprotna koncentraciji - disperzija tvari u okolišu. Na primjer, disperzija materije tokom izlučivanja izmeta od strane organizama, promjena pokrova itd.

Informativno- akumuliranje određenih informacija od strane živih organizama, njihovo fiksiranje u nasljedne strukture i prenošenje na sljedeće generacije. Ovo je jedna od manifestacija adaptivnih mehanizama.

Biogeohemijska ljudska aktivnost- transformacija i kretanje supstanci biosfere kao rezultat ljudske aktivnosti za ekonomske i domaće potrebe osobe. Na primjer, upotreba koncentratora ugljika - nafte, uglja, plina.

Dakle, biosfera je složen dinamički sistem koji hvata, akumulira i prenosi energiju razmjenom supstanci između žive tvari i okoline.

Živa materija igra veliku ulogu u razvoju naše planete. Do ovog zaključka došao je ruski naučnik V. I. Vernadsky, proučavajući sastav i evoluciju zemljine kore. On je dokazao da se dobijeni podaci ne mogu objasniti samo geološkim razlozima, bez uzimanja u obzir uloge žive materije u geohemijskoj migraciji atoma.

Od svog nastanka, život se neprestano razvijao i postajao sve složeniji, utječući na okoliš i mijenjajući ga. Na ovaj način, evolucija biosfere teče paralelno sa istorijskim razvojem organskog života.

Životni vijek na Zemlji mjeri se u oko 6-7 milijardi godina. Moguće je da su se primitivni oblici života pojavili i ranije. Ali prve tragove svog boravka ostavili su prije 2,5-3 milijarde godina. Od tada su se na površini planete dogodile fundamentalne promjene i formiralo se do 5 miliona vrsta životinja, biljaka i mikroorganizama. Živa materija je nastala na Zemlji, značajno drugačija od nežive materije.

Razvoj života doveo je do pojave nove opće planetarne strukturne ljuske biosfere, usko povezanog jedinstvenog sistema geoloških i bioloških tijela i procesa transformacije energije i materije.

Biosfera nije samo sfera distribucije života, već i rezultat njegove aktivnosti.

Biljke zauzimaju posebno mjesto među živim organizmima jer imaju sposobnost fotosinteze. Oni proizvode gotovo svu organsku materiju na planeti (postoji skoro 300 hiljada biljnih vrsta).

Funkcije žive materije

V. I. Vernadsky je dao ideju o glavnim biogeohemijskim funkcijama žive materije:

1. energetska funkcija povezana sa skladištenjem energije u procesu fotosinteze, njenim prijenosom kroz lance ishrane i disipacijom.

Ova funkcija je jedna od najvažnijih. Zasnovan je na procesu fotosinteze, što rezultira akumulacijom sunčeve energije i njenom naknadnom preraspodjelom između komponenti biosfere.

Biosfera se može uporediti sa ogromnom mašinom, čiji rad zavisi od jednog odlučujućeg faktora – energije: bez nje bi sve odmah stalo.
U biosferi, sunčevo zračenje igra ulogu glavnog izvora energije.

Biosfera akumulira energiju koja dolazi iz Kosmosa na našu planetu.

Živi organizmi ne ovise samo o sunčevoj energiji zračenja, oni djeluju kao džinovski akumulator (akumulator) i jedinstveni transformator (pretvarač) te energije.

To se dešava na sledeći način. Autotrofne biljke (i hemotrofni mikroorganizmi) stvaraju organsku materiju. Svi ostali organizmi na planeti su heterotrofi. Stvorenu organsku materiju koriste kao hranu, što dovodi do složenih sekvenci sinteze i razgradnje organskih supstanci. To je ono što je osnova biološki ciklus hemijskih elemenata u biosferi.

To je, živi organizmi su najvažnija biohemijska sila koja transformiše zemljinu koru.

Migracija i razdvajanje hemijskih elemenata na zemljinoj površini, u tlu, sedimentnim stijenama, atmosferi i hidrosferi odvija se uz direktno učešće žive tvari. Dakle, u geološkom dijelu živa materija, atmosfera, hidrosfera i litosfera- ovo je međusobno povezanim dijelovima jedinstvena planetarna školjka koja se neprestano razvija - biosfera.

2. Funkcija gasa – sposobnost promene i održavanja određenog gasnog sastava životne sredine i atmosfere u celini.

Preovlađujuća masa gasova na planeti je biogenog porekla.

primjer:

Atmosferski kiseonik se akumulira fotosintezom.

3. funkcija koncentracije- sposobnost organizama da koncentrišu rasute hemijske elemente u svom telu, povećavajući njihov sadržaj u poređenju sa okruženjem koje okružuje organizme za nekoliko redova veličine.

Organizmi akumuliraju mnoge hemijske elemente u svojim tijelima.

primjer:

Među njima, ugljenik je na prvom mestu. Sadržaj ugljika u uglju u smislu koncentracije je hiljadama puta veći od prosjeka za zemljinu koru. Ulje je koncentrator ugljika i vodonika, jer ima biogeno porijeklo. Kalcijum zauzima prvo mesto među metalima po koncentraciji. Čitavi planinski lanci sačinjeni su od ostataka životinja sa krečnjačkim skeletom. Koncentratori silicija su dijatomeje, radiolarije i neke spužve, jod - alge alge, željezo i mangan - posebne bakterije. Kralježnjaci akumuliraju fosfor koji se koncentriše u njihovim kostima.

Rezultat koncentracijske aktivnosti su nalazišta zapaljivih minerala, krečnjaka, rude itd.

4. redoks funkcija je povezano sa intenziviranjem pod uticajem žive materije procesa kako oksidacije usled obogaćivanja okoline kiseonikom, tako i redukcije, prvenstveno u onim slučajevima kada se organska materija razgrađuje u nedostatku kiseonika.

primjer:

Procesi oporavka obično su praćeni stvaranjem i akumulacijom vodonik sulfida i metana. To, posebno, čini duboke slojeve močvara praktički beživotnim, kao i značajne pridonske vodene slojeve (na primjer, u Crnom moru).

Podzemni zapaljivi gasovi su produkti raspadanja organskih materija biljnog porekla, ranije zakopanih u sedimentne slojeve.

Dugo se vjerovalo da je tako živ razlikuje se od neživo svojstva kao što su metabolizam, pokretljivost, razdražljivost, rast, reprodukcija, prilagodljivost. Međutim, sva se ta svojstva također nalaze odvojeno među neživom prirodom, pa se stoga ne mogu smatrati specifičnim svojstvima živog.

Karakteristike živog B. M. Mednikova (1982) formulisane u obliku aksiomi teorijske biologije:

1. Svi živi organizmi pokazuju se kao jedinstvo fenotipa i programa za njegovu izgradnju (genotip), koji se nasljeđuje s generacije na generaciju (aksiom A. Weismana) * .

2. Genetski program se formira na matrični način. Gen prethodne generacije se koristi kao matrica na kojoj se gradi gen buduće generacije. (aksiom N.K. Koltsova).

3. U procesu prenošenja s generacije na generaciju, genetski programi se mijenjaju nasumično i neusmjereno kao rezultat različitih razloga, i samo slučajno takve promjene mogu biti uspješne u datom okruženju. (1. aksiom Ch. Darwina).

4. Slučajne promene u genetskim programima tokom formiranja fenotipa su u velikoj meri pojačane (aksiom N. V. Timofejeva-Resovskog).

5. Ponavljano pojačane promjene u genetskim programima podliježu selekciji prema uslovima sredine (2. aksiom Ch. Darwina).

Iz ovih aksioma se mogu izvesti sva osnovna svojstva žive prirode, a prije svega kao npr diskretnost i integritet- dva osnovna svojstva organizacije života na Zemlji. Među živim sistemima ne postoje dvije identične jedinke, populacije i vrste. Ova jedinstvenost manifestacije diskretnosti i integriteta zasniva se na fenomenu konvarijantne reduplikacije.

Konvarijantna reduplikacija(samoreprodukcija sa promjenama) se provodi na osnovu matričnog principa (zbir prva tri aksioma). Ovo je vjerovatno jedino svojstvo specifično za život, u obliku njegovog postojanja koji nam je poznat na Zemlji. Zasnovan je na jedinstvenoj sposobnosti samoreprodukcije glavnih kontrolnih sistema (DNK, hromozomi, geni).

Reduplikacija je određena matričnim principom (aksiom N. K. Koltsova) sinteze makromolekula (slika 2.4).

Slika 2.4 Šema replikacije DNK (prema J. Savage, 1969)

Bilješka. Proces je povezan sa razdvajanjem parova baza (adenin-timin i gvanin-citozin: A-T, G-C) i odmotavanjem dva lanca originalnog heliksa. Svaki lanac se koristi kao šablon za sintezu novog lanca

Mogućnost da samoreprodukcija po matričnom principu Molekuli DNK su bili u stanju da ispune ulogu nosioca nasleđa originalnih kontrolnih sistema (A. Weismanov aksiom). Konvarijantna reduplikacija znači mogućnost nasljeđivanja diskretnih odstupanja od početnog stanja (mutacije), preduvjeta za evoluciju života.

Živa materija u smislu svoje mase, zauzima beznačajan udio u poređenju sa bilo kojom od gornjih školjki zemaljske kugle. Prema savremenim procenama, ukupna masa žive materije u naše vreme iznosi 2420 milijardi tona.Ova vrednost se može uporediti sa masom Zemljinih školjki, donekle pokrivenih biosferom (tabela 2.2).

Tabela 2.2

Masa žive materije u biosferi

Po svom aktivnom uticaju na životnu sredinu, živa materija zauzima posebno mesto i kvalitativno se oštro razlikuje od ostalih ljuski zemaljske kugle, kao što se živa tvar razlikuje od mrtve materije.

VI Vernadsky je naglasio da je živa materija najaktivniji oblik materije u Univerzumu. Izvodi gigantski geohemijski rad u biosferi, potpuno transformišući gornje ljuske Zemlje tokom svog postojanja. Sva živa materija na našoj planeti čini 1/11 000 000 mase čitave Zemljine kore. U kvalitativnom smislu, živa materija je najorganizovaniji deo Zemljine materije.

Prilikom procjene prosječnog hemijskog sastava žive tvari, prema A.P. Vinogradovu (1975), V. Larcher (1978) i drugi, glavne komponente žive materije su elementi koji su rasprostranjeni u prirodi (atmosfera, hidrosfera, prostor): vodonik, ugljenik, kiseonik, azot, fosfor i sumpor (tabela 2.3, slika 2.5).

Tabela 2.3

Elementarni sastav zvjezdane i sunčeve tvari u poređenju sa sastavom biljaka i životinja

Slika 2.5 Odnos hemijskih elemenata u životu

materije, hidrosfere, litosfere iu masi Zemlje u cjelini

Živa materija biosfere sastoji se od najjednostavnijih i najčešćih atoma u svemiru.

Prosječni elementarni sastav žive tvari razlikuje se od sastava zemljine kore visokim sadržajem ugljika. Prema sadržaju ostalih elemenata, živi organizmi ne ponavljaju sastav svoje okoline. Oni selektivno apsorbuju elemente potrebne za izgradnju njihovog tkiva.

U procesu života organizmi koriste najpristupačnije atome sposobne da formiraju stabilne hemijske veze. Kao što je već napomenuto, vodonik, ugljenik, kiseonik, azot, fosfor i sumpor su glavni hemijski elementi zemaljske materije i nazivaju se biofeedback. Njihovi atomi stvaraju složene molekule u živim organizmima u kombinaciji s vodom i mineralnim solima. Ove molekularne strukture predstavljaju ugljikohidrati, lipidi, proteini i nukleinske kiseline. Navedeni dijelovi žive tvari su u bliskoj interakciji u organizmima. Svijet živih organizama biosfere koji nas okružuje je kombinacija različitih bioloških sistema različitog strukturnog poretka i različitih organizacijskih pozicija. U tom smislu razlikuju se različiti nivoi postojanja žive materije, od velikih molekula do biljaka i životinja različitih organizacija.

1.Molekularno(genetski) - najniži nivo na kojem se biološki sistem manifestuje u vidu funkcionisanja biološki aktivnih velikih molekula-proteina, nukleinskih kiselina, ugljenih hidrata. Sa ovog nivoa uočavaju se svojstva koja su karakteristična isključivo za živu materiju: metabolizam koji nastaje pri transformaciji zračeće i hemijske energije, prenošenje nasleđa uz pomoć DNK i RNK. Ovaj nivo karakteriše stabilnost konstrukcija u generacijama.

2.mobilni- nivo na kome se biološki aktivni molekuli kombinuju u jedan sistem. S obzirom na ćelijsku organizaciju, svi organizmi se dijele na jednoćelijske i višećelijske.

3.Tkanina- nivo na kojem kombinacija sličnih ćelija formira tkivo. Pokriva skup ćelija ujedinjenih zajedničkim porijeklom i funkcijama.

4.orgulje- nivo na kojem nekoliko vrsta tkiva funkcionalno djeluju i formiraju određeni organ.

5.Organizam- nivo na kojem se interakcija više organa svodi na jedan sistem pojedinačnog organizma. Predstavljen je određenim vrstama organizama.

6.populacijske vrste, gde postoji skup određenih homogenih organizama, povezanih jedinstvom porekla, načina života i staništa. Na ovom nivou se generalno dešavaju elementarne evolucione promene.

7.Biocenoza i biogeocenoza(ekosistem) - viši nivo organizacije žive materije, koji objedinjuje organizme različitog sastava vrsta. U biogeocenozi, oni međusobno djeluju na određenom području površine zemlje s homogenim abiotičkim faktorima.

8.biosferski- nivo na kojem je formiran prirodni sistem najvišeg ranga koji pokriva sve manifestacije života unutar naše planete. Na ovom nivou, svi ciklusi materije se dešavaju na globalnom nivou, povezani sa vitalnom aktivnošću organizama.

Prema načinu ishrane živa materija se deli na autotrofe i heterotrofe.

Autotrofi(od grčkog autos - sam, trof - hraniti, hraniti) nazivaju se organizmi koji uzimaju hemijske elemente koji su im potrebni za život iz okolne koštane materije i ne zahtijevaju gotova organska jedinjenja drugog organizma za izgradnju svog tijela. Glavni izvor energije koji koriste autotrofi je sunce.

Autotrofi se dijele na fotoautotrofe i kemoautotrofe. Fotoautotrofi koristiti sunčevu svjetlost kao izvor energije hemoautotrofi koriste energiju oksidacije neorganskih supstanci.

Autotrofni organizmi uključuju alge, kopnene kopnene biljke, bakterije sposobne za fotosintezu, kao i neke bakterije sposobne da oksidiraju anorganske tvari (kemoautotrofi). Autotrofi su primarni proizvođači organske materije u biosferi.

Heterotrofi(od grčkog geter - drugi) - organizmi kojima je za ishranu potrebna organska tvar koju formiraju drugi organizmi. Heterotrofi su u stanju da razgrađuju sve supstance koje formiraju autotrofi, i mnoge od onih koje sintetiziraju ljudi.

Živa materija je stabilna samo u živim organizmima, teži da sobom ispuni sav mogući prostor. "Pritisak života" je ovu pojavu nazvao V. I. Vernadsky.

Na Zemlji, od postojećih živih organizama, džinovska gljiva puffball ima najveću reproduktivnu moć. Svaki primjerak ove gljive može proizvesti do 7,5 milijardi spora. Ako bi svaka spora poslužila kao početak novog organizma, tada je volumen kišnih mantila već u drugoj generaciji bio 800 puta veći od veličine naše planete.

Dakle, najopštije i najspecifičnije svojstvo živ- sposobnost samoreprodukcije, kovarijantna reduplikacija zasnovana na matričnom principu. Ova sposobnost, zajedno sa drugim osobinama živih bića, određuje postojanje glavnih nivoa organizacije živih bića. Svi nivoi organizacije života su u složenoj interakciji kao dio jedinstvene cjeline. Svaki nivo ima svoje zakone koji određuju karakteristike evolucije svih oblika organa

snižavanje života. Sposobnost evolucije djeluje kao atribut života, direktno proizilazeći iz jedinstvene sposobnosti živih da samoreproduciraju diskretne biološke jedinice. Specifična svojstva života osiguravaju ne samo reprodukciju svoje vrste (nasljednost), već i promjene neophodne za evoluciju u samoreproducirajućim strukturama (varijabilnost).

Naučnicima je trebalo mnogo stotina godina da objasne procese koji se odvijaju na našoj planeti. Znanje se postepeno akumuliralo, teorijski i činjenični materijal rasli. Danas ljudi uspijevaju pronaći objašnjenje za mnoge prirodne pojave, intervenirati u njihov tok, promijeniti ili usmjeriti.

Koju ulogu živi svijet igra u svim mehanizmima prirode također nije bilo odmah jasno. Međutim, ruski filozof, biogeohemičar V. I. Vernadsky uspio je stvoriti teoriju koja je postala osnova i takva ostaje do danas. Ona je ta koja objašnjava šta je cijela naša planeta, kakvi su odnosi između svih učesnika na njoj. I što je najvažnije, upravo ova teorija daje odgovor na pitanje o ulozi živih bića na planeti Zemlji. Zvala se teorija Zemlje.

Biosfera i njena struktura

Naučnik je predložio da se biosferom nazove cjelokupno područje živog i neživog, koje je u bliskom kontaktu i, kao rezultat zajedničke aktivnosti, doprinosi stvaranju određenih geohemijskih komponenti prirode.

Odnosno, biosfera uključuje sljedeće strukturne dijelove Zemlje:

• donji dio atmosfere do ozonskog omotača;
• čitava hidrosfera;
• gornji nivo litosfere je tlo i slojevi ispod, do uključujući podzemne vode.

Odnosno, to su sve one oblasti koje su u stanju da budu naseljene živim organizmima. Svi oni, zauzvrat, predstavljaju ukupnu biomasu, koja se naziva živom materijom biosfere. To uključuje predstavnike svih carstava prirode, kao i čovjeka. Svojstva i funkcije žive tvari odlučujuće su u karakterizaciji biosfere u cjelini, jer je ona njena glavna komponenta.

Međutim, osim živih, postoji još nekoliko vrsta tvari koje čine ljusku Zemlje koju razmatramo. To su kao što su:

• biogeni;
• inertan;
• bio-inertni;
• radioaktivan;
• prostor;
• slobodnih atoma i elemenata.

Zajedno, ove vrste jedinjenja čine okruženje za biomasu, životne uslove za nju. Istovremeno, sami predstavnici kraljevstva prirode imaju značajan utjecaj na stvaranje mnogih vrsta ovih tvari.

U cjelini, sve navedene komponente biosfere su ukupna masa elemenata koji čine prirodu. Oni su ti koji ulaze u bliske interakcije, provode ciklus energije, tvari, akumuliraju i obrađuju mnoge spojeve. Osnovna jedinica je živa materija. Funkcije žive materije su različite, ali sve su veoma važne i neophodne za održavanje prirodnog stanja planete.

Osnivač učenja o biosferi

Onaj koji je stvorio pojam "biosfere", razvio ga, strukturirao i potpuno otkrio, posjedovao je izvanredno mišljenje, sposobnost analiziranja i upoređivanja činjenica i podataka i donošenja logičnih zaključaka. U svoje vrijeme, V. I. Vernadsky je postao takva osoba. Veliki čovjek, prirodnjak, akademik i naučnik, osnivač mnogih škola. Njegovi radovi postali su osnovni temelj na kojem su izgrađene sve teorije do sada.

On je tvorac cijele biogeohemije. Njegova zasluga je stvaranje baze mineralnih sirovina Rusije (tada SSSR). Njegovi učenici su bili poznati naučnici Rusije i Ukrajine u budućnosti.

Vernadskyjeva predviđanja o dominantnom položaju ljudi u sistemu organskog svijeta i da se biosfera razvija u noosferu imaju sve razloge da se ostvare.

Živa supstanca. Funkcije žive materije biosfere

Kao što smo već ranije naznačili, čitav skup organizama koji pripadaju svim kraljevstvima prirode smatra se živom materijom. Ljudska bića zauzimaju poseban položaj među svima. Razlozi za to su bili:

• pozicija potrošača, a ne proizvodnje;
• razvoj uma i svesti.

Svi ostali predstavnici su živa materija. Funkcije žive materije razvio je i ukazao Vernadsky. On je organizmima dodijelio sljedeću ulogu:

1. Redox.
2. Destruktivno.
3. Transport.
4. Formiranje okoline.
5. Gas.
6. Energija.
7. Informativno.
8. koncentracija.

Najosnovnije funkcije žive materije biosfere su gas, energija i redoks. Međutim, ostalo je također važno, pružajući složene procese interakcije između svih dijelova i elemenata žive ljuske planete.

Razmotrimo svaku od funkcija detaljnije kako bismo razumjeli šta se tačno misli i šta je suština.

Redox funkcija žive materije

Manifestira se brojnim biohemijskim transformacijama supstanci unutar svakog živog organizma. Uostalom, kod svih, od bakterija do velikih sisara, postoje reakcije svake sekunde. Kao rezultat toga, neke tvari se pretvaraju u druge, neke se raspadaju na sastavne dijelove.

Rezultat takvih procesa za biosferu je formiranje biogene materije. Koje veze se mogu navesti?

1. Karbonatne stene (kreda, mermer, krečnjaci) su otpadni proizvod mekušaca i mnogih drugih morskih i kopnenih stanovnika.
2. Naslage silicijumskih stena rezultat su vekovnih reakcija koje se dešavaju u školjkama i školjkama životinja na dnu okeana.
3. Ugalj i treset su rezultat biohemijskih transformacija koje se dešavaju kod biljaka.
4. Nafta i drugi.

Stoga su kemijske reakcije osnova za stvaranje mnogih tvari korisnih čovjeku i prirodi. To je funkcija žive materije u biosferi.

funkcija koncentracije

Ako govorimo o razotkrivanju koncepta ove uloge supstance, onda treba istaći njenu blisku vezu sa prethodnom. Jednostavno rečeno, koncentracijska funkcija žive tvari je akumulacija unutar tijela određenih elemenata, atoma, spojeva. Kao rezultat, formiraju se upravo gore spomenute stijene, minerali i minerali.

Svako biće je sposobno da akumulira neke spojeve u sebi. Međutim, težina ovoga je različita za svakoga. Na primjer, svako akumulira ugljik u sebi. Ali nije svaki organizam u stanju da koncentriše oko 20% gvožđa, kao što to rade bakterije gvožđa.

Možemo navesti još nekoliko primjera koji jasno ilustriraju ovu funkciju žive tvari.

1. Dijatomeje, radiolarije - silicijum.
2. - mangan.
3. Natečena biljka lobelije - krom.
4. Solyanka biljka - bor.

Osim elemenata, mnogi predstavnici živih bića nakon odumiranja sposobni su formirati čitave komplekse tvari.

Gasna funkcija materije

Ova uloga je jedna od najvažnijih. Na kraju krajeva, razmjena plinova je proces koji stvara život za sva bića. Ako govorimo o biosferi u cjelini, tada plinovita funkcija žive tvari počinje djelovanjem biljaka koje hvataju ugljični dioksid i oslobađaju dovoljnu količinu kisika.

Dovoljno za šta? Za život svih onih bića koja to nisu sposobna sama proizvesti. A to su sve životinje, gljive, većina bakterija. Ako govorimo o plinskoj funkciji životinja, onda se ona sastoji u potrošnji kisika i oslobađanju ugljičnog dioksida u okoliš tijekom disanja.

Ovo stvara opšti ciklus koji je u osnovi života. Naučnici su dokazali da su tokom mnogo milenijuma biljke i druga živa bića uspjela potpuno modernizirati i prilagoditi atmosferu planete za sebe. Desilo se sljedeće:

• koncentracija kiseonika postala je dovoljna za život;
• formirana koja štiti sva živa bića od destruktivnog kosmičkog i ultraljubičastog zračenja;
• sastav vazduha je postao ono što je potrebno većini stvorenja.

Stoga se plinska funkcija žive tvari biosfere smatra jednom od najvažnijih.

transportna funkcija

To podrazumijeva reprodukciju i preseljavanje organizama na različite teritorije. Postoje određeni ekološki zakoni koji regulišu distribuciju i transport stvorenja. Prema njima, svaki pojedinac zauzima svoje stanište. Postoje i konkurentski odnosi koji dovode do naseljavanja i razvoja novih teritorija.

Dakle, funkcije žive tvari u biosferi su reprodukcija i preseljenje, nakon čega slijedi formiranje novih osobina.

Destruktivna uloga

Ovo je još jedna važna funkcija koja je karakteristična za živa bića u biosferi. Sastoji se u sposobnosti razlaganja na jednostavne tvari nakon odumiranja, odnosno zaustavljanja životnog ciklusa. Dok organizam živi, ​​u njemu su aktivni složeni molekuli. Kada nastupi smrt, počinju procesi destrukturiranja, dezintegracije na jednostavne sastavne dijelove.

To provodi posebna grupa stvorenja koja se nazivaju detritofagi ili razlagači. To uključuje:

• neki crvi;
• bakterije;
• gljive;
• jednostavan i drugi.

Funkcija formiranja okoline

Glavne funkcije žive materije bile bi nepotpune da ne naznačimo formiranje okruženja. Šta to znači? Već smo istakli da su živa bića u procesu evolucije stvorila atmosferu za sebe. Isto su uradili i sa životnom sredinom.

Otpuštajući i zasićujući zemlju mineralnim spojevima, organskom tvari, stvorili su za sebe plodan sloj pogodan za život - tlo. Isto se može reći i za hemijski sastav vode okeana i mora. Odnosno, živa bića samostalno formiraju životnu sredinu za sebe. Tu se manifestuje njihova ekološka funkcija u biosferi.

Informaciona uloga žive materije

Ova uloga je tipična za žive organizme, a što je više razvijena, to je veća uloga kao nosioca i obrađivača informacija. Niti jedan neživi objekt nije u stanju zapamtiti, "snimiti" u podsvijest i naknadno reproducirati informacije bilo koje vrste. To mogu samo živa bića.

Ne radi se samo o sposobnosti govora i razmišljanja. Informaciona funkcija podrazumijeva fenomen očuvanja i prenošenja određenih skupova znanja i osobina nasljeđivanjem.

energetska funkcija

Energija je najvažniji izvor energije, zahvaljujući kojoj postoji živa materija. Funkcije žive materije očituju se prvenstveno u sposobnosti prerade energije biosfere u različite oblike, od solarne do termalne i električne.

Niko drugi ne može tako akumulirati i mijenjati zračenje Sunca. Prva veza ovdje su, naravno, biljke. Oni su ti koji apsorbuju sunčevu svetlost direktno preko cele površine zelenila, a zatim je pretvaraju u energiju hemijskih veza koja je dostupna životinjama. Potonji ga prevode u različite oblike:

• termalni;
• električni;
• mehanički i drugi.