Den kemiske sammensætning af levende stof. Levende stof

Karakteristika for levende stof

Sammensætningen af ​​levende stof omfatter både organiske (i kemisk forstand) og uorganiske eller mineralske stoffer. Vernadsky skrev:

Massen af ​​levende stof er relativt lille og anslås til 2,4-3,6·10 12 tons (i tørvægt) og er mindre end 10 −6 masser af andre jordskaller. Men det er en af ​​"de mest magtfulde geokemiske kræfter på vores planet."

Levende stof udvikler sig, hvor liv kan eksistere, det vil sige i skæringspunktet mellem atmosfæren, lithosfæren og hydrosfæren. Under forhold, der ikke er gunstige for eksistensen, går levende stof ind i en tilstand af suspenderet animation.

Det levende stofs specificitet er som følger:

1. Biosfærens levende stof er kendetegnet ved enorm fri energi. I den uorganiske verden kan kun kortlivede ikke-størknede lavastrømme sammenlignes med levende stof med hensyn til mængden af ​​fri energi.
2. En skarp forskel mellem det levende og ikke-levende stof i biosfæren observeres i hastigheden af ​​kemiske reaktioner: i levende stof sker reaktioner tusinder og millioner af gange hurtigere.
3. Et karakteristisk træk ved levende stof er, at de enkelte kemiske forbindelser, der udgør det - proteiner, enzymer osv. - kun er stabile i levende organismer (det er i høj grad også karakteristisk for de mineralske forbindelser, der udgør levende stof).
4. Vilkårlig bevægelse af levende stof, stort set selvregulerende. V. I. Vernadsky fremhævede to specifikke former for bevægelse af levende stof: a) passiv, som er skabt ved reproduktion og er iboende i både dyre- og planteorganismer; b) aktiv, som udføres på grund af den rettede bevægelse af organismer (det er typisk for dyr og i mindre grad for planter). Levende stof har også en tendens til at fylde alt muligt rum.
5. Levende stof udviser en meget større morfologisk og kemisk mangfoldighed end ikke-levende stof. Derudover er levende stof i modsætning til livløst abiogent stof ikke udelukkende repræsenteret af en væske- eller gasfase. Organismens kroppe er bygget i alle tre fasetilstande.
6. Levende stof er repræsenteret i biosfæren i form af spredte kroppe - individuelle organismer. Desuden er levende stof, da det er spredt, aldrig fundet på Jorden i en morfologisk ren form - i form af populationer af organismer af samme art: det er altid repræsenteret af biocenoser.
7. Levende stof eksisterer i form af en kontinuerlig vekslen af ​​generationer, på grund af hvilken moderne levende stof er genetisk relateret til det levende stof fra tidligere epoker. Samtidig er tilstedeværelsen af ​​en evolutionær proces karakteristisk for levende stof, dvs. reproduktionen af ​​levende stof sker ikke ved typen af ​​absolut kopiering af tidligere generationer, men ved morfologiske og biokemiske ændringer.

Betydningen af ​​levende stof

Arbejdet med levende stof i biosfæren er ret forskelligartet. Ifølge Vernadsky kan arbejdet med levende stof i biosfæren manifestere sig i to hovedformer:

a) kemisk (biokemisk) - I slags geologisk aktivitet; b) mekanisk - II type transportaktivitet.

Biogen migration af atomer af den første art manifesteres i den konstante udveksling af stof mellem organismer og miljøet i processen med at opbygge kroppen af ​​organismer, fordøje mad. Biogen migration af atomer af den anden art består i organismers bevægelse af stof i løbet af deres livsaktivitet (under konstruktionen af ​​huler, reder, når organismer er begravet i jorden), bevægelsen af ​​levende stof selv, samt som passage af uorganiske stoffer gennem mavekanalen af ​​jordbiller, siltbiller, filterfødere.

For at forstå det arbejde, som levende stof udfører i biosfæren, er tre hovedbestemmelser meget vigtige, som V. I. Vernadsky kaldte biogeokemiske principper:

1. Biogen migration af atomer af kemiske elementer i biosfæren har altid en tendens til sin maksimale manifestation.
2. Udviklingen af ​​arter i løbet af geologisk tid, der fører til skabelsen af ​​livsformer, der er stabile i biosfæren, fortsætter i en retning, der forbedrer den biogene migration af atomer.
3. Levende stof er i kontinuerlig kemisk udveksling med det kosmiske miljø, der omgiver det, og skabes og vedligeholdes på vores planet af Solens strålende energi.

Der er fem hovedfunktioner af levende stof:

1. Energi. Det består i absorption af solenergi under fotosyntese og kemisk energi - gennem nedbrydning af energimættede stoffer og overførsel af energi gennem fødekæden af ​​heterogent levende stof.
2. koncentration. Selektiv akkumulering i løbet af livet af visse typer stof. Der er to typer koncentrationer af kemiske grundstoffer af levende stof: a) en massiv stigning i koncentrationerne af grundstoffer i et medium mættet med disse grundstoffer, for eksempel er svovl og jern rigeligt i levende stof i områder med vulkanisme; b) en specifik koncentration af et eller andet element, uanset miljøet.
3. Destruktiv. Det består i mineralisering af ikke-biogent organisk stof, nedbrydning af livløst uorganisk materiale og involvering af de resulterende stoffer i det biologiske kredsløb.
4. Miljødannende. Transformation af mediets fysiske og kemiske parametre (hovedsageligt på grund af ikke-biogent stof).
5. Transportere. Fødevareinteraktioner af levende stof fører til bevægelse af enorme masser af kemiske elementer og stoffer mod tyngdekraften og i vandret retning.

Levende stof omfatter og omstrukturerer alle kemiske processer i biosfæren. Levende stof er den mest magtfulde geologiske kraft, der vokser med tidens gang. Som hyldest til mindet om den store grundlægger af doktrinen om biosfæren, foreslog A.I. Perelman at kalde følgende generalisering "Vernadskys lov":

"Migrationen af ​​kemiske grundstoffer på jordens overflade og i biosfæren som helhed udføres enten med direkte deltagelse af levende stof (biogen migration) eller den foregår i et miljø, hvis geokemiske træk (O 2, CO 2, H 2 S osv.) er overvejende betinget af levende stof, både af det, der i øjeblikket bebor det givne system, og af det, der har virket på Jorden gennem hele den geologiske historie.

Noter

se også

Litteratur

• Om funktionerne af levende stof i biosfæren // Bulletin fra det russiske videnskabsakademi. 2003. V. 73. Nr. 3. S.232-238

Wikimedia Foundation. 2010 .

Se, hvad "Levende stof" er i andre ordbøger:

Helheden af ​​levende organismer i biosfæren, deres biomasse. Det er karakteriseret ved en specifik kemisk sammensætning (H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca dominerer), en enorm biomasse (80 100 109 tons tørt organisk stof) og energi ... ... ... Økologisk ordbog

Helheden af ​​levende organismer i biosfæren, numerisk udtrykt i elementær kemisk sammensætning, masse og energi. Konceptet blev introduceret af V. I. Vernadsky i hans teori om biosfæren og de levende organismers rolle i cirkulationen af ​​stoffer og energi i naturen ... Stor encyklopædisk ordbog

Helheden af ​​levende organismer i biosfæren, numerisk udtrykt i elementær kemisk sammensætning, masse og energi. Konceptet blev introduceret af V. I. Vernadsky i hans teori om biosfæren og de levende organismers rolle i cirkulationen af ​​stof og energi i naturen. * * *… … encyklopædisk ordbog

1) helheden af ​​levende organismer i biosfæren, numerisk udtrykt i elementær kemisk sammensætning, masse og energi. Udtrykket blev introduceret af V. I. Vernadsky (Se Vernadsky). J.c. forbundet med biosfæren materielt og energetisk gennem ... ... Stor sovjetisk encyklopædi

Helheden af ​​levende organismer i biosfæren, numerisk udtrykt i elementært kemikalie. sammensætning, masse og energi. Konceptet blev introduceret af V. I. Vernadsky i hans teori om biosfæren og de levende organismers rolle i cirkulationen af ​​energi og energi i naturen ... Naturvidenskab. encyklopædisk ordbog

Levende stof- i begrebet V. I. Vernadsky, helheden af ​​levende organismer i biosfæren (planter, dyr, insekter osv., inklusive menneskeheden), numerisk udtrykt i elementær kemisk sammensætning, masse og energi ... Begyndelsen af ​​moderne naturvidenskab

levende stof- 1. Helheden af ​​levende organismer i biosfæren med et ordnet stofskifte. 2. Et komplekst molekylært aggregat med et kontrolsystem indeholdende en mekanisme til overførsel af arvelig information. E. Levende stof D. Lebendiger Stoff,… … Forklarende UFO-ordbog med ækvivalenter på engelsk og tysk

Ifølge VI Vernadsky (1940), helheden af ​​organismer af samme art (art homogent levende stof) eller race (racehomogent levende stof). Økologisk encyklopædisk ordbog. Chisinau: Hovedudgaven af ​​det moldaviske sovjet ... ... Økologisk ordbog

Levende stof - levende organismer, der bebor vores planet.

Massen af ​​levende stof er kun 0,01% af massen af ​​hele biosfæren. Ikke desto mindre er det levende stof i biosfæren dens hovedbestanddel.

Tegn (egenskaber) på levende stof, der adskiller det fra ikke-levende:

Visse kemiske sammensætning. Levende organismer består af de samme kemiske elementer som genstande af livløs natur, men forholdet mellem disse elementer er anderledes. De grundlæggende elementer i levende væsener er C, O, N og H.

Cellestruktur. Alle levende organismer, undtagen vira, har en cellulær struktur.

Metabolisme og energiafhængighed. Levende organismer er åbne systemer, de er afhængige af modtagelse af stoffer og energi fra det ydre miljø.

Selvregulering (homeostase). Levende organismer har evnen til at opretholde homeostase - konstanten af ​​deres kemiske sammensætning og intensiteten af ​​metaboliske processer.

Irritabilitet. Levende organismer viser irritabilitet, det vil sige evnen til at reagere på visse ydre påvirkninger med specifikke reaktioner.

Arvelighed. Levende organismer er i stand til at overføre tegn og egenskaber fra generation til generation ved hjælp af informationsbærere - DNA- og RNA-molekyler.

• 7. Variabilitet. Levende organismer er i stand til at tilegne sig nye funktioner og egenskaber.
• 8. Selvreproduktion (gengivelse). Levende organismer er i stand til at formere sig - at reproducere deres egen slags.
• 9. Individuel udvikling (ontogenese). Hvert individ er karakteriseret ved ontogeni - organismens individuelle udvikling fra fødslen til livets afslutning (død eller en ny opdeling). Udvikling er ledsaget af vækst.
• 10. Evolutionær udvikling (fylogenese). Levende stof som helhed er karakteriseret ved fylogeni - den historiske udvikling af livet på Jorden fra det øjeblik det dukker op til nutiden.

Tilpasninger. Levende organismer er i stand til at tilpasse sig, det vil sige tilpasse sig miljøforhold.

Rytme. Levende organismer viser rytmen af ​​livsaktivitet (daglig, sæsonbestemt osv.).

Integritet og diskrethed. På den ene side er alt levende stof integreret, organiseret på en bestemt måde og adlyder generelle love; på den anden side består ethvert biologisk system af separate, om end indbyrdes forbundne, elementer.

Hierarki. Startende fra biopolymerer (proteiner og nukleinsyrer) og slutter med biosfæren som helhed, er alle levende ting i en vis underordning. Funktionen af ​​biologiske systemer på et mindre komplekst niveau muliggør eksistensen af ​​et mere komplekst niveau.

Biosfærens verden af ​​levende organismer, der omgiver os, er en kombination af forskellige biologiske systemer af forskellig strukturel orden og forskellige organisatoriske positioner.

Den hierarkiske karakter af organiseringen af ​​levende stof tillader os at betinget underopdele den i en række niveauer.

Organiseringsniveauet for levende stof - det er et funktionelt sted for den biologiske struktur af en vis grad af kompleksitet i det generelle hierarki af de levende.

I øjeblikket er der 9 niveauer af organisering af levende stof:

Molekylær(på dette niveau, funktionen af ​​biologisk aktive store molekyler, såsom proteiner, nukleinsyrer osv.);

Subcellulært(supramolekylært). På dette niveau er levende stof organiseret i organeller: kromosomer, cellemembran og andre subcellulære strukturer.

Cellulær. På dette niveau er levende stof repræsenteret af celler. Cellen er den elementære strukturelle og funktionelle enhed af de levende.

Organvæv. På dette niveau er levende stof organiseret i væv og organer. Væv - en samling af celler, der ligner struktur og funktion, såvel som intercellulære stoffer forbundet med dem. Et organ er en del af en flercellet organisme, der udfører en bestemt funktion eller funktioner.

Organisk (ontogenetisk). På dette niveau, kendetegnet ved alle dets funktioner.

Befolknings-arter. På dette niveau er det levende stof det samme som arten. En art er et sæt af individer (populationer af individer), der er i stand til at krydse sig med dannelsen af ​​frugtbart afkom og indtage et bestemt område (udbredelse) i naturen.

Biokenotisk. På dette niveau danner levende stof biocenoser. Biocenosis - et sæt af populationer af forskellige arter, der lever i et bestemt område.

Biogeocenotisk. På dette niveau dannes levende stof
biogeocenoser. Biogeocenose - en kombination af biocenose og abiotiske faktorer i miljøet (klima, jord).

Biosfærisk. På dette niveau danner levende stof biosfæren. Biosfæren er Jordens skal, omdannet af levende organismers aktivitet.

Den kemiske sammensætning af levende organismer kan udtrykkes i to former: atomær og molekylær. Atomisk (elementær) sammensætning karakteriserer forholdet mellem atomer af grundstoffer inkluderet i levende organismer. Molekylær (materiale) sammensætning afspejler forholdet mellem molekyler af stoffer.

Ifølge det relative indhold af de elementer, der udgør levende organismer, er det sædvanligt at opdele i tre grupper:

Makronæringsstoffer- O, C, H, N (ca. 98-99% i alt, deres
også kaldet grundlæggende), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (ca. 1-2 % i alt). Makronæringsstoffer udgør hovedparten af ​​den procentvise sammensætning af levende organismer.

Sporstoffer - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F osv. Deres samlede indhold i levende stof er omkring 0,1 %

Ultramikroelementer- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag osv. Deres indhold i levende stof er meget lille (mindre end 0,01%), og den fysiologiske rolle for de fleste af dem er ikke blevet afsløret.

Kemiske grundstoffer, der er en del af levende organismer og samtidig udfører biologiske funktioner, kaldes biogen. Selv de af dem, der er indeholdt i celler i ubetydelige mængder, kan ikke erstattes af noget og er absolut nødvendige for livet.

Kemiske grundstoffer er en del af celler i form af ioner og molekyler af uorganiske og organiske stoffer. De vigtigste uorganiske stoffer i cellen er vand og mineralsalte, de vigtigste organiske stoffer er kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer.

Kulhydrater- organiske forbindelser indeholdende kulstof, brint og oxygen. De er opdelt i simple (monosaccharider) og komplekse (polysaccharider). Kulhydrater er hovedkilden til energi til alle former for cellulær aktivitet. De er involveret i at opbygge stærke plantevæv (især cellulose) og spiller rollen som reservenæringsstoffer i organismer. Kulhydrater er det primære produkt af fotosyntese i grønne planter.

Lipider- Det er fedtlignende stoffer, der er dårligt opløselige i vand (består af kulstof- og brintatomer). Lipider er involveret i konstruktionen af ​​cellevægge (membraner), leder varme dårligt og udfører derved en beskyttende funktion. Derudover er lipider reservenæringsstoffer.

Egern er en kombination af proteinogene aminosyrer (20 stk.) og består af 30-50% AA. Proteiner er store og er i det væsentlige makromolekyler. Proteiner fungerer som naturlige katalysatorer for kemiske processer. Proteiner indeholder også metaller som jern, magnesium og mangan.

Nukleinsyrer(NK) danner cellens kerne. Der er 2 hovedtyper af NA: DNA - deoxyribonukleinsyre og RNA - ribonukleinsyre. NK regulerer synteseprocessen, udfører overførsel af arvelig information fra generation til generation.

Alle levende organismer, der lever på Jorden, er åbne systemer, der er afhængige af tilførsel af stof og energi udefra. Processen med at forbruge stof og energi kaldes mad. Alle levende organismer er opdelt i autotrofe og heterotrofe.

Autotrofer(autotrofe organismer) - organismer, der bruger kuldioxid som kulstofkilde (planter og nogle bakterier). Med andre ord er disse organismer, der er i stand til at skabe organiske forbindelser fra uorganiske - kuldioxid, vand, mineralsalte (disse inkluderer først og fremmest planter, der udfører fotosyntese).

Heterotrofer(heterotrofe organismer) - organismer, der bruger organiske forbindelser som kulstofkilde (dyr, svampe og de fleste bakterier). Det er med andre ord organismer, der ikke er i stand til at skabe organiske stoffer af uorganiske, men har brug for færdige organiske stoffer (mikroorganismer og dyr).

Der er ingen klar grænse mellem auto- og heterotrofer. For eksempel kombinerer euglena-organismer (flagellater) autotrofe og heterotrofe ernæringsformer.

I forhold til fri ilt inddeles organismer i tre grupper: aerobe, anaerobe og fakultative former.

Aerobe- organismer, der kun kan leve i et iltmiljø (dyr, planter, nogle bakterier og svampe).

Anaerober- organismer, der ikke er i stand til at leve i et iltmiljø (nogle bakterier).

Valgfri formularer- organismer, der kan leve både i nærvær af ilt og uden ilt (nogle bakterier og svampe).

I øjeblikket er hele verden af ​​levende væsener opdelt i 3 store systematiske grupper:

Den største koncentration af liv i biosfæren observeres ved kontaktgrænserne mellem jordens skaller: atmosfæren og lithosfæren (landoverfladen), atmosfæren og hydrosfæren (havoverfladen), og især ved grænserne af tre skaller - atmosfæren, hydrosfæren og litosfæren (kystzoner). Det er de steder, hvor V.I. Vernadsky kaldte "livets film". Op og ned fra disse overflader falder koncentrationen af ​​levende stof.

De vigtigste unikke træk ved levende stof, som bestemmer dets ekstremt høje transformative aktivitet, omfatter følgende:

Evnen til hurtigt at optage (beherske) al ledig plads. Denne egenskab er forbundet med både intensiv reproduktion og organismers evne til intensivt at øge overfladen af ​​deres kroppe eller de samfund, de danner.

Bevægelsen er ikke kun passiv, men også aktiv, altså ikke kun under påvirkning af tyngdekraften, tyngdekraften osv., men også mod strømmen af ​​vand, tyngdekraften, luftstrømme mv.

Vedholdenhed under livet og hurtig nedbrydning efter døden(inddragelse i cirkulationen af ​​stoffer). Takket være selvregulering er levende organismer i stand til at opretholde en konstant kemisk sammensætning og betingelser i det indre miljø på trods af betydelige ændringer i miljøforhold. Efter døden går denne evne tabt, og organiske rester ødelægges meget hurtigt. De resulterende organiske og uorganiske stoffer indgår i kredsløbene.

Høj tilpasningsevne (tilpasning) til forskellige forhold og i forbindelse hermed udviklingen af ​​ikke kun alle livets miljøer (vand, jord-luft, jord, organisme), men også ekstremt vanskelige forhold med hensyn til fysisk-kemiske parametre (mikroorganismer findes i termiske kilder med temperaturer op til 140 ° C, i farvande i atomreaktorer, i et iltfrit miljø).

Fænomenalt hurtige reaktioner. Det er flere størrelsesordener større end i livløst stof.

Høj fornyelseshastighed af levende stof. Kun en lille del af det levende stof (brøkdele af en procent) bevares i form af organiske rester, mens resten konstant indgår i kredsløbsprocesserne.

Alle de listede egenskaber ved levende stof bestemmes af koncentrationen af ​​store energireserver i det.

Følgende geokemiske hovedfunktioner af levende stof skelnes:

Energi (biokemisk)- binding og lagring af solenergi i organisk stof og efterfølgende spredning af energi under forbrug og mineralisering af organisk stof. Denne funktion er forbundet med ernæring, respiration, reproduktion og andre vitale processer af organismer.

Gas- levende organismers evne til at ændre og opretholde en vis gassammensætning af miljøet og atmosfæren som helhed. To kritiske perioder (punkter) i udviklingen af ​​biosfæren er forbundet med gasfunktionen. Den første af dem refererer til det tidspunkt, hvor iltindholdet i atmosfæren nåede omkring 1% af det nuværende niveau. Dette førte til fremkomsten af ​​de første aerobe organismer (kun i stand til at leve i et miljø, der indeholder ilt). Det andet vendepunkt er forbundet med det tidspunkt, hvor iltkoncentrationen nåede cirka 10 % af den nuværende. Dette skabte betingelserne for syntesen af ​​ozon og dannelsen af ​​ozonlaget i de øverste lag af atmosfæren, som gjorde det muligt for organismer at udvikle land.

koncentration- "indfangning" fra miljøet af levende organismer og akkumulering af atomer af biogene kemiske elementer i dem. Levende stofs koncentrationsevne øger indholdet af atomer af kemiske grundstoffer i organismer i sammenligning med miljøet med flere størrelsesordener. Resultatet af koncentrationsaktiviteten af ​​levende stof er dannelsen af ​​aflejringer af fossile brændstoffer, kalksten, malmaflejringer mv.

Oxidativt-reduktiv - oxidation og reduktion af forskellige stoffer med deltagelse af levende organismer. Under påvirkning af levende organismer er der en intensiv migration af atomer af elementer med variabel valens (Fe, Mn, S, P, N osv.), deres nye forbindelser dannes, sulfider og mineralsvovl aflejres, og hydrogensulfid er dannet.

Destruktiv- ødelæggelse af organismer og produkter af deres vitale aktivitet af både rester af organisk materiale og inaktive stoffer. Den vigtigste rolle i denne henseende spilles af nedbrydere (destruktorer) - saprofytiske svampe og bakterier.

Transportere- overførsel af stof og energi som følge af den aktive form for bevægelse af organismer.

Miljødannende- transformation af mediets fysiske og kemiske parametre. Resultatet af den miljødannende funktion er hele biosfæren, og jorden som et af levestederne og mere lokale strukturer.

Spredning- en funktion modsat koncentration - spredning af stoffer i miljøet. For eksempel spredning af stof under organismers udskillelse af ekskrementer, skift af dæksler mv.

Oplysende- levende organismers akkumulering af visse oplysninger, fiksering af den i arvelige strukturer og videregivelse til efterfølgende generationer. Dette er en af ​​manifestationerne af adaptive mekanismer.

Biogeokemisk menneskelig aktivitet- transformation og bevægelse af stoffer i biosfæren som følge af menneskelig aktivitet til en persons økonomiske og huslige behov. For eksempel brugen af ​​kulstofkoncentratorer - olie, kul, gas.

Biosfæren er således et komplekst dynamisk system, der fanger, akkumulerer og overfører energi gennem udveksling af stoffer mellem levende stof og miljøet.

Levende stof spiller en enorm rolle i udviklingen af ​​vores planet. Denne konklusion blev nået af den russiske videnskabsmand V. I. Vernadsky, efter at have studeret sammensætningen og udviklingen af ​​jordskorpen. Han beviste, at de opnåede data ikke kun kan forklares af geologiske årsager uden at tage hensyn til levende stofs rolle i den geokemiske migration af atomer.

Fra dets begyndelse udvikler livet sig konstant og bliver mere komplekst, påvirker miljøet, ændrer det. På denne måde udviklingen af ​​biosfæren forløber parallelt med den historiske udvikling af organisk liv.

Levetiden på Jorden måles i omkring 6-7 milliarder år. Det er muligt, at primitive livsformer dukkede op endnu tidligere. Men de efterlod de første spor efter deres ophold for 2,5-3 milliarder år siden. Siden dengang er der sket fundamentale ændringer på planetens overflade, og der er dannet op til 5 millioner arter af dyr, planter og mikroorganismer. Levende stof opstod på Jorden, mærkbart forskellig fra livløst stof.

Udviklingen af ​​liv har ført til fremkomsten af ​​en ny generel planetarisk strukturel skal af biosfæren, et tæt forbundet system af geologiske og biologiske legemer og processer af energi- og stoftransformation.

Biosfæren er ikke kun sfæren for livsfordeling, men også resultatet af dens aktivitet.

Planter indtager en særlig plads blandt levende organismer, fordi de har evnen til at fotosyntese. De producerer næsten alt organisk stof på planeten (der er næsten 300 tusinde plantearter).

Funktioner af levende stof

V. I. Vernadsky gav en idé om de vigtigste biogeokemiske funktioner af levende stof:

1. energi funktion forbundet med lagring af energi i processen med fotosyntese, dens overførsel gennem fødekæder og spredning.

Denne funktion er en af ​​de vigtigste. Den er baseret på fotosynteseprocessen, som resulterer i akkumulering af solenergi og dens efterfølgende omfordeling mellem biosfærens komponenter.

Biosfæren kan sammenlignes med en enorm maskine, hvis drift afhænger af en afgørende faktor - energi: uden den ville alt straks stoppe.
I biosfæren spiller solstråling rollen som den vigtigste energikilde.

Biosfæren akkumulerer energi, der kommer fra kosmos til vores planet.

Levende organismer er ikke kun afhængige af Solens strålingsenergi, de fungerer som en kæmpe akkumulator (akkumulator) og en unik transformer (konverter) af denne energi.

Det sker på følgende måde. Autotrofe planter (og kemotrofe mikroorganismer) skaber organisk stof. Alle andre organismer på planeten er heterotrofer. De bruger det skabte organiske stof som mad, hvilket fører til komplekse sekvenser af syntese og nedbrydning af organiske stoffer. Det er det, der er grundlaget biologisk kredsløb kemiske grundstoffer i biosfæren.

Det er, levende organismer er den vigtigste biokemiske kraft, der omdanner jordskorpen.

Migration og adskillelse af kemiske elementer på jordens overflade, i jord, sedimentære bjergarter, atmosfære og hydrosfære udføres med direkte deltagelse af levende stof. Derfor i det geologiske afsnit levende stof, atmosfære, hydrosfære og lithosfære- det indbyrdes forbundne dele en enkelt, konstant udviklende planetarisk skal - biosfæren.

2. Gasfunktion - evnen til at ændre og opretholde en vis gassammensætning af miljøet og atmosfæren som helhed.

Den overvejende masse af gasser på planeten er af biogen oprindelse.

Eksempel:

Atmosfærisk ilt akkumuleres gennem fotosyntese.

3. koncentrationsfunktion- organismers evne til at koncentrere spredte kemiske elementer i deres krop, hvilket øger deres indhold i forhold til miljøet omkring organismer med flere størrelsesordener.

Organismer ophober mange kemiske elementer i deres kroppe.

Eksempel:

Blandt dem er kulstof i første omgang. Kulstofindholdet i kul målt i koncentration er tusindvis af gange større end gennemsnittet for jordskorpen. Olie er en koncentrator af kulstof og brint, da den har en biogen oprindelse. Calcium indtager førstepladsen blandt metaller med hensyn til koncentration. Hele bjergkæder er sammensat af rester af dyr med et kalkholdigt skelet. Siliciumkoncentratorer er kiselalger, radiolarier og nogle svampe, jod - tangalger, jern og mangan - specielle bakterier. Hvirveldyr akkumulerer fosfor og koncentrerer sig i deres knogler.

Resultatet af koncentrationsaktivitet er aflejringer af brændbare mineraler, kalksten, malmaflejringer mv.

4. redox funktion er forbundet med intensiveringen under påvirkning af levende stof af processerne af både oxidation på grund af berigelse af miljøet med ilt og reduktion, primært i de tilfælde, hvor organisk stof nedbrydes under iltmangel.

Eksempel:

Genvindingsprocesser ledsages normalt af dannelse og akkumulering af svovlbrinte og metan. Dette gør især de dybe lag af moser praktisk talt livløse, såvel som betydelige nærbundsliggende vandlag (for eksempel i Sortehavet).

Underjordiske brændbare gasser er produkter af nedbrydning af organiske stoffer af vegetabilsk oprindelse, begravet tidligere i sedimentære lag.

I lang tid troede man det i live adskiller sig fra livløse egenskaber som stofskifte, mobilitet, irritabilitet, vækst, reproduktion, tilpasningsevne. Men alle disse egenskaber findes også separat blandt den livløse natur og kan derfor ikke betragtes som specifikke egenskaber for de levende.

Træk af den levende B. M. Mednikov (1982) formuleret i skemaet aksiomer for teoretisk biologi:

1. Alle levende organismer viser sig at være fænotypens enhed og programmet for dens konstruktion (genotype), som nedarves fra generation til generation (aksiom for A. Weisman) * .

2. Det genetiske program er dannet på en matrix måde. Genet fra den forrige generation bruges som en matrix, hvorpå den fremtidige generations gen er bygget. (aksiom for N.K. Koltsov).

3. I processen med overførsel fra generation til generation ændrer genetiske programmer sig tilfældigt og ikke-retningsbestemt som følge af forskellige årsager, og kun tilfældigt kan sådanne ændringer lykkes i et givet miljø. (1. aksiom af Ch. Darwin).

4. Tilfældige ændringer i genetiske programmer under dannelsen af ​​fænotypen forstærkes kraftigt (aksiom for N. V. Timofeev-Resovsky).

5. Gentagne gange forbedrede ændringer i genetiske programmer er underlagt selektion af miljøforhold (2. aksiom af Ch. Darwin).

Ud fra disse aksiomer kan man udlede alle de grundlæggende egenskaber ved den levende natur, og først og fremmest som f.eks diskrethed og integritet- to grundlæggende egenskaber ved organiseringen af ​​livet på Jorden. Blandt levende systemer er der ikke to identiske individer, populationer og arter. Dette unikke ved manifestationen af ​​diskrethed og integritet er baseret på fænomenet konvariant reduplicering.

Konvariant reduplicering(selvgengivelse med ændringer) udføres ud fra matrixprincippet (summen af ​​de tre første aksiomer). Dette er sandsynligvis den eneste egenskab, der er specifik for livet, i form af dets eksistens, vi kender til på Jorden. Det er baseret på den unikke evne til selv at reproducere de vigtigste kontrolsystemer (DNA, kromosomer, gener).

Reduplikation bestemmes af matrixprincippet (N. K. Koltsovs aksiom) for syntesen af ​​makromolekyler (fig. 2.4).

Fig. 2.4 Skema for DNA-replikation (ifølge J. Savage, 1969)

Bemærk. Processen er forbundet med adskillelse af basepar (adenin-thymin og guanin-cytosin: A-T, G-C) og afvikling af de to kæder i den oprindelige helix. Hver streng bruges som skabelon til syntesen af ​​en ny streng

Evne til at selvreproduktion efter matrixprincippet DNA-molekyler var i stand til at udfylde rollen som arvelighedsbærer af de originale kontrolsystemer (A. Weismans aksiom). Konvariant reduplicering betyder muligheden for at nedarve diskrete afvigelser fra starttilstanden (mutationer), forudsætningerne for livets udvikling.

Levende stof med hensyn til dens masse fylder den en ubetydelig brøkdel sammenlignet med nogen af ​​klodens øvre skaller. Ifølge moderne skøn er den samlede masse af levende stof i vor tid 2420 milliarder tons. Denne værdi kan sammenlignes med massen af ​​Jordens skaller, til en vis grad dækket af biosfæren (tabel 2.2).

Tabel 2.2

Massen af ​​levende stof i biosfæren

Med hensyn til dets aktive indflydelse på miljøet indtager levende stof en særlig plads og adskiller sig kvalitativt skarpt fra andre skaller på kloden, ligesom levende stof adskiller sig fra dødt stof.

VI Vernadsky understregede, at levende stof er den mest aktive form for stof i universet. Den udfører gigantisk geokemisk arbejde i biosfæren, og transformerer fuldstændigt Jordens øvre skaller under dens eksistens. Alt levende stof på vores planet er 1/11.000.000 af massen af ​​hele jordskorpen. I kvalitative termer er levende stof den mest organiserede del af jordens stof.

Ved vurdering af den gennemsnitlige kemiske sammensætning af levende stof, ifølge A.P. Vinogradov (1975), V. Larcher (1978) og andre, hovedkomponenterne i levende stof er grundstoffer, der er udbredt i naturen (atmosfære, hydrosfære, rum): brint, kulstof, oxygen, nitrogen, fosfor og svovl (tabel 2.3, fig. 2.5).

Tabel 2.3

Elementær sammensætning af stjerne- og solstof i sammenligning med sammensætningen af ​​planter og dyr

Fig. 2.5 Forholdet mellem kemiske grundstoffer i livet

stof, hydrosfære, lithosfære og i jordens masse som helhed

Biosfærens levende stof består af de enkleste og mest almindelige atomer i rummet.

Den gennemsnitlige elementære sammensætning af levende stof adskiller sig fra sammensætningen af ​​jordskorpen ved et højt kulstofindhold. Ifølge indholdet af andre elementer gentager levende organismer ikke sammensætningen af ​​deres miljø. De absorberer selektivt de elementer, der er nødvendige for at bygge deres væv.

I livets proces bruger organismer de mest tilgængelige atomer, der er i stand til at danne stabile kemiske bindinger. Som allerede nævnt er brint, kulstof, oxygen, nitrogen, fosfor og svovl de vigtigste kemiske elementer i jordbaseret stof, og de kaldes biofeedback. Deres atomer skaber komplekse molekyler i levende organismer i kombination med vand og mineralsalte. Disse molekylære strukturer er repræsenteret af kulhydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer. De anførte dele af levende stof er i tæt samspil i organismer. Biosfærens verden af ​​levende organismer, der omgiver os, er en kombination af forskellige biologiske systemer af forskellig strukturel orden og forskellige organisatoriske positioner. I denne henseende skelnes der forskellige niveauer af eksistens af levende stof, fra store molekyler til planter og dyr fra forskellige organisationer.

1.Molekylær(genetisk) - det laveste niveau, hvor det biologiske system manifesterer sig i form af funktionen af ​​biologisk aktive store molekyler-proteiner, nukleinsyrer, kulhydrater. Fra dette niveau observeres egenskaber, der udelukkende er karakteristiske for levende stof: metabolismen, der opstår under omdannelsen af ​​strålende og kemisk energi, overførslen af ​​arv ved hjælp af DNA og RNA. Dette niveau er karakteriseret ved stabiliteten af ​​strukturer i generationer.

2.Mobil- det niveau, hvor biologisk aktive molekyler kombineres til et enkelt system. Med hensyn til cellulær organisation er alle organismer opdelt i encellede og flercellede.

3.Stof- det niveau, hvor en kombination af lignende celler danner et væv. Det dækker et sæt celler, der er forenet af en fælles oprindelse og funktioner.

4.Organ- det niveau, hvor flere typer væv interagerer funktionelt og danner et bestemt organ.

5.Organisk- det niveau, hvor interaktionen mellem en række organer er reduceret til et enkelt system af en individuel organisme. Repræsenteret af visse typer organismer.

6.befolknings-arter, hvor der er en samling af visse homogene organismer, forbundet med enhed af oprindelse, levevis og levested. På dette niveau finder elementære evolutionære ændringer sted generelt.

7.Biocenose og biogeocenose(økosystem) - et højere niveau af organisering af levende stof, der forener organismer af forskellig artsammensætning. I biogeocenose interagerer de med hinanden i et bestemt område af jordens overflade med homogene abiotiske faktorer.

8.biosfærisk- det niveau, hvor et naturligt system af højeste rang blev dannet, der dækker alle manifestationer af liv på vores planet. På dette niveau forekommer alle stofcyklusser på global skala, forbundet med organismers vitale aktivitet.

Ifølge ernæringsmetoden er levende stof opdelt i autotrofer og heterotrofer.

Autotrofer(fra græsk autos - sig selv, trof - foder, foder) kaldes organismer, der tager de kemiske grundstoffer, de har brug for til livet, fra det omgivende knoglestof og ikke kræver færdige organiske forbindelser af en anden organisme for at bygge deres krop. Den vigtigste energikilde, der bruges af autotrofer, er solen.

Autotrofer er opdelt i fotoautotrofer og kemoautotrofer. Fotoautotrofer bruge sollys som energikilde kemoautotrofer bruge energien til oxidation af uorganiske stoffer.

Autotrofe organismer omfatter alger, terrestriske landplanter, bakterier, der er i stand til fotosyntese, såvel som nogle bakterier, der er i stand til at oxidere uorganiske stoffer (kemoautotrofer). Autotrofer er de primære producenter af organisk stof i biosfæren.

Heterotrofer(fra det græske geter - en anden) - organismer, der har brug for organisk stof dannet af andre organismer til deres ernæring. Heterotrofer er i stand til at nedbryde alle stoffer, der dannes af autotrofer, og mange af dem, som mennesker syntetiserer.

Levende stof er kun stabilt i levende organismer; det har en tendens til at fylde alt muligt rum med sig selv. "Livets pres" kaldte dette fænomen V. I. Vernadsky.

På Jorden, af de eksisterende levende organismer, har den gigantiske puffball-svamp den største reproduktive kraft. Hver forekomst af denne svamp kan producere op til 7,5 milliarder sporer. Hvis hver spore ville tjene som begyndelsen på en ny organisme, så var mængden af ​​regnfrakker allerede i anden generation 800 gange større end størrelsen på vores planet.

Således den mest generelle og specifikke ejendom i live- evnen til selv at reproducere, kovariant reduplikation baseret på matrixprincippet. Denne evne, sammen med andre træk ved levende væsener, bestemmer eksistensen af ​​de vigtigste niveauer for organisering af levende ting. Alle niveauer af livsorganisation er i kompleks interaktion som en del af en enkelt helhed. Hvert niveau har sine egne love, der bestemmer funktionerne i udviklingen af ​​alle former for organ

sænkning af de levende. Evnen til at udvikle sig fungerer som en egenskab ved livet, der direkte opstår fra de levendes unikke evne til selv at reproducere diskrete biologiske enheder. Livets specifikke egenskaber sikrer ikke kun reproduktionen af ​​deres egen art (arvelighed), men også de ændringer, der er nødvendige for evolution i selv-reproducerende strukturer (variabilitet).

Det tog videnskabsmænd mange hundrede år at forklare de processer, der finder sted på vores planet. Efterhånden akkumulerede viden, teoretisk og faktuelt materiale voksede. I dag formår folk at finde en forklaring på mange naturfænomener, gribe ind i deres forløb, ændre eller direkte.

Hvilken rolle den levende verden spiller i alle naturens mekanismer var heller ikke umiddelbart klart. Imidlertid formåede den russiske filosof, biogeokemiker V. I. Vernadsky at skabe en teori, der blev grundlaget og forbliver det den dag i dag. Det er hende, der forklarer, hvad hele vores planet er, hvad er forholdet mellem alle deltagerne i den. Og vigtigst af alt er det denne teori, der besvarer spørgsmålet om de levende væseners rolle på planeten Jorden. Det blev kaldt Jordens teori.

Biosfæren og dens struktur

Forskeren foreslog at kalde biosfæren hele området af levende og ikke-levende, som er i tæt kontakt og som et resultat af fælles aktivitet bidrager til dannelsen af ​​visse geokemiske komponenter i naturen.

Det vil sige, at biosfæren omfatter følgende strukturelle dele af Jorden:

• den nederste del af atmosfæren til ozonlaget;
• hele hydrosfæren;
• det øverste niveau af litosfæren er jorden og lagene under, op til og med grundvand.

Det vil sige, det er alle de områder, der er i stand til at blive beboet af levende organismer. Alle repræsenterer til gengæld den samlede biomasse, som kaldes biosfærens levende stof. Dette omfatter repræsentanter for alle naturens riger såvel som mennesket. Det levende stofs egenskaber og funktioner er afgørende for at karakterisere biosfæren som helhed, da det er den, der er dens hovedbestanddel.

Men ud over de levende er der flere flere typer stoffer, der udgør den jordskal, vi overvejer. Disse er som:

• biogen;
• inert;
• bio-inert;
• radioaktiv;
• plads;
• frie atomer og grundstoffer.

Tilsammen danner disse typer forbindelser miljøet for biomasse, levevilkårene for det. Samtidig har repræsentanter for naturens riger selv en betydelig indflydelse på dannelsen af ​​mange typer af disse stoffer.

I det hele taget er alle de angivne komponenter i biosfæren den samlede masse af elementer, der udgør naturen. Det er dem, der indgår i tætte interaktioner, udfører cyklussen af ​​energi, stoffer, akkumulerer og behandler mange forbindelser. Grundenheden er levende stof. Funktionerne af levende stof er forskellige, men alle er meget vigtige og nødvendige for at opretholde planetens naturlige tilstand.

Grundlægger af doktrinen om biosfæren

Den, der skabte begrebet "biosfære", udviklede det, strukturerede det og afslørede det fuldt ud, besad ekstraordinær tænkning, evnen til at analysere og sammenligne fakta og data og drage logiske konklusioner. I sin tid blev V. I. Vernadsky sådan en person. Stor mand, naturforsker, akademiker og videnskabsmand, grundlægger af mange skoler. Hans værker blev det grundlæggende grundlag, som alle teorier er bygget på indtil nu.

Han er skaberen af ​​al biogeokemi. Hans fortjeneste er oprettelsen af ​​mineralressourcebasen i Rusland (dengang USSR). Hans elever var kendte videnskabsmænd i Rusland og Ukraine i fremtiden.

Vernadskys forudsigelser om menneskers dominerende stilling i den organiske verdens system, og at biosfæren er ved at udvikle sig til noosfæren, har al mulig grund til at gå i opfyldelse.

Levende stof. Funktioner af det levende stof i biosfæren

Som vi allerede har indikeret ovenfor, anses hele sættet af organismer, der tilhører alle naturens riger, for at være levende stof. Mennesker indtager en særlig position blandt alle. Årsagerne til dette var:

• forbrugerposition, ikke produktion;
• udvikling af sind og bevidsthed.

Alle andre repræsentanter er levende materie. Funktionerne af levende stof blev udviklet og angivet af Vernadsky. Han tildelte følgende rolle til organismer:

1. Redox.
2. Destruktiv.
3. Transportere.
4. Miljødannende.
5. Gas.
6. Energi.
7. Oplysende.
8. koncentration.

De mest grundlæggende funktioner i biosfærens levende stof er gas, energi og redox. Resten er dog også vigtige, hvilket giver komplekse processer af interaktion mellem alle dele og elementer af planetens levende skal.

Lad os overveje hver af funktionerne mere detaljeret for at forstå, hvad der præcist menes, og hvad er essensen.

Redoxfunktion af levende stof

Det manifesterer sig i adskillige biokemiske omdannelser af stoffer i hver levende organisme. Når alt kommer til alt, er der hver anden reaktion hos alle, lige fra bakterier til store pattedyr. Som et resultat bliver nogle stoffer til andre, nogle nedbrydes til bestanddele.

Resultatet af sådanne processer for biosfæren er dannelsen af ​​biogent stof. Hvilke sammenhænge kan nævnes?

1. Karbonatsten (kridt, marmor, kalksten) er et affaldsprodukt fra bløddyr og mange andre marine og terrestriske indbyggere.
2. Aflejringer af siliciumsten er resultatet af århundreders reaktioner, der forekommer i skaller og skaller af dyr på havbunden.
3. Kul og tørv er resultatet af biokemiske transformationer, der sker med planter.
4. Olie og andre.

Derfor er kemiske reaktioner grundlaget for skabelsen af ​​mange stoffer, der er nyttige for mennesket og naturen. Dette er funktionen af ​​levende stof i biosfæren.

koncentrationsfunktion

Hvis vi taler om afsløringen af ​​begrebet denne rolle af et stof, skal vi påpege dets tætte forhold til det forrige. Kort sagt er koncentrationsfunktionen af ​​levende stof akkumuleringen inde i kroppen af ​​visse elementer, atomer, forbindelser. Som et resultat dannes selve klipperne, mineralerne og mineralerne, som blev nævnt ovenfor.

Hvert væsen er i stand til at akkumulere nogle forbindelser i sig selv. Men sværhedsgraden af ​​dette er forskellig for alle. For eksempel ophober alle kulstof i sig selv. Men ikke alle organismer er i stand til at koncentrere omkring 20% ​​af jern, som jernbakterier gør.

Vi kan give nogle flere eksempler, der tydeligt illustrerer denne funktion af levende stof.

1. Kiselalger, radiolarier - silicium.
2. - mangan.
3. Hævede lobelia plante - krom.
4. Solyanka plante - bor.

Ud over elementer er mange repræsentanter for levende væsener i stand til at danne hele komplekser af stoffer efter at være døde.

Stoffets gasfunktion

Denne rolle er en af ​​de vigtigste. Gasudveksling er jo en livsdannende proces for alle væsener. Hvis vi taler om biosfæren som helhed, så begynder gasfunktionen af ​​levende stof med plantens aktivitet, som fanger kuldioxid og frigiver en tilstrækkelig mængde ilt.

Tilstrækkeligt til hvad? For livet for alle de væsener, der ikke er i stand til at producere det på egen hånd. Og det er alle dyr, svampe, de fleste bakterier. Hvis vi taler om dyrs gasfunktion, så består den i forbrug af ilt og frigivelse af kuldioxid til miljøet under respiration.

Dette skaber en generel cyklus, der ligger til grund for livet. Forskere har bevist, at planter og andre levende væsener gennem mange årtusinder har formået at modernisere og justere planetens atmosfære fuldstændigt for sig selv. Følgende skete:

• iltkoncentrationen blev tilstrækkelig for livet;
• dannet som beskytter alt levende mod ødelæggende kosmisk og ultraviolet stråling;
• luftens sammensætning er blevet det, der er nødvendigt for de fleste skabninger.

Derfor betragtes gasfunktionen i biosfærens levende stof som en af ​​de vigtigste.

transport funktion

Det indebærer reproduktion og genbosættelse af organismer i forskellige territorier. Der er visse økologiske love, der styrer distribution og transport af skabninger. Ifølge dem indtager hvert individ sit eget habitat. Der er også konkurrenceforhold, der fører til bosættelse og udvikling af nye territorier.

Funktionerne af levende stof i biosfæren er således reproduktion og genbosættelse efterfulgt af dannelsen af ​​nye funktioner.

Destruktiv rolle

Dette er en anden vigtig funktion, der er karakteristisk for levende væsner i biosfæren. Det består i evnen til at nedbrydes til simple stoffer efter at være døde, det vil sige at stoppe livscyklussen. Mens organismen lever, er komplekse molekyler aktive i den. Når døden indtræffer, begynder processerne med destrukturering, opløsning i simple bestanddele.

Dette udføres af en særlig gruppe af væsner kaldet detritofager eller nedbrydere. Disse omfatter:

• nogle orme;
• bakterie;
• svampe;
• simple og andre.

Miljødannende funktion

Levende stofs hovedfunktioner ville være ufuldstændige, hvis vi ikke angav dannelsen af ​​miljøer. Hvad betyder det? Vi har allerede påpeget, at levende væsener i evolutionsprocessen har skabt en atmosfære for sig selv. De gjorde det samme med miljøet.

Ved at løsne og mætte jorden med mineralske forbindelser, organisk materiale skabte de sig selv et frugtbart lag, der var egnet til liv - jorden. Det samme kan siges om den kemiske sammensætning af vandet i oceanerne og havene. Det vil sige, at levende væsener selvstændigt danner livsmiljøet for sig selv. Det er her deres miljødannende funktion i biosfæren kommer til udtryk.

Informationsrolle af levende stof

Denne rolle er typisk for levende organismer, og jo højere den er udviklet, jo større rolle spiller den som bærer og processor af information. Ikke et eneste livløst objekt er i stand til at huske, "optage" på underbevidstheden og efterfølgende gengive information af nogen art. Kun levende væsener kan gøre dette.

Det handler ikke kun om evnen til at tale og tænke. Informationsfunktionen indebærer fænomenet at bevare og overføre visse sæt af viden og egenskaber ved arv.

energi funktion

Energi er den vigtigste energikilde, på grund af hvilken der eksisterer levende stof. Det levende stofs funktioner manifesteres først og fremmest i evnen til at behandle biosfærens energi til forskellige former, fra sol til termisk og elektrisk.

Ingen andre kan akkumulere og ændre strålingen fra Solen på den måde. Det første link her er selvfølgelig planter. Det er dem, der absorberer sollys direkte over hele greens overflade, og derefter omdanner de det til energien af ​​kemiske bindinger, der er tilgængelige for dyr. Sidstnævnte oversætter det til forskellige former:

• termisk;
• elektriske;
• mekaniske og andre.