33.Биогеохимические круговороты веществ на Земле. Свойства живого вещества.

До Вернадского исследователи изучали влияние внешних условий (экологических факторов) на живые организмы. Вернадский впервые предположил, что живое вещество не только находится под воздействием внешних факторов, но и само является мощной геологической силой, определяющей перемещение огромных по масштабам величин химических элементов – биогеохимические круговороты.

Вильямс выделил 2 типа круговоротов веществ на Земле:

1) Большой или геологический круговорот:

- круговорот веществ, происходящий без участия живых организмов.

Пример: круговорот воды – перемещение воды между мировым океаном и сушей, движущей силой которого является тепловая энергия Солнца. Заключается в испарении воды с поверхности мирового океана, выпадении ее на сушу в виде осадков и обратный сток в океан. Полный круговорот воды на Земле – 2 млн. лет.

2) Малый или биологический круговорот:

- круговорот биогенных элементов, движущей силой которого являются живые организмы.

Пример: круговорот углерода:

СО₂ атмосферы → фотосинтез → С органических соединений растений (первичная продукция) → С органических соединений животных (вторичная продукция) → деструкция мертвого органического вещества редуцентами → СО₂ атмосферы.

Таким образом, особая роль в круговороте биогенных элементов принадлежит зеленым растениям, т.к. они, являясь фотосинтезирующими организмами, служат посредниками между солнечной космической энергией и живым веществом Земли. Если бы не было растений, солнечная энергия тратилась бы лишь на нагревание планеты и перемещение воздушных масс. Энергия бы не задерживалась на Земле и, тем более, не производила бы никакой работы, которую она производит в виде сложных органических молекул. Взаимосвязь между приходящей солнечной энергией и энергией первичного органического вещества выражается количественно. Количество сухого органического вещества приближается к 150 млрд. тонн.

По Вернадскому, биосфера – открытая термодинамическая система, которая аккумулирует и перераспределяет огромные по масштабам величины химических элементов, вовлекая их в биологический оборот.

Биогеохимические функции живого вещества:

1) Энергетическая – способность к образованию первичной продукции. Привела к образованию всего многообразия жизни на Земле.

2) Газовая – способность выделять и поглощать О₂ и СО₂. Привела к установлению современного газового состава атмосферы.

3) Концентрационная – способность концентрировать химические элементы в телах живых организмов. Если элемента в теле на 10% больше, чем в окружающей среде, то этот элемент концентрируется – концентрационный эффект.

4) Окислительно-восстановительная – способность к протеканию химических реакций с изменением степени окисления атомов в организмах. Привела к появлению множества новых индивидуальных соединений, специфических для живого организма.

5) Деструкционная – способность организма (в первую очередь бактерии и грибы – редуценты) к минерализации остатков до неорганических соединений. Особенно велика на суше – 93% детритных цепей, только 7% - пастбищных.

6) Антропогенная – вмешательства человека в биогеохимические круговороты, в основном, связанные с негативными изменениями в биосфере.

Свойства живого вещества.

1) Живое вещество характеризуется заключенной в нем огромной энергией, способной производить работу.

2) Скорость протекания химических реакций благодаря ферментам в 1000 и млн. раз быстрее, чем при производстве веществ химическими методами.

3) Индивидуальные химические соединения, входящие в состав живого вещества, устойчивы только в живых организмах.

4) Живому веществу присуща подвижность 2 типов:

а) пассивная – создается ростом живых организмов и их размножением; присуща всем царствам;

б) активная – осуществление направленных перемещений (животные, некоторые бактерии.

Благодаря разным формам движений живое вещество заполняет собой все возможное пространство – давление жизни.

5) Живое вещество более разнообразно и морфологически и биохимически, чем неживое. Минеральных соединений известно всего около 3 тыс., а одних белков возможно 20²⁰.

6) Живое вещество в биосфере представлено в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов, размеры которых колеблются от 20 нм до 100м.

7) Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в виде отдельных популяций, оно всегда представлено биоценозами, между членами которых существуют определенные формы взаимоотношений (чаще – пищевые).

8) Живое вещество на Земле существует в форме непрерывного чередования поколений, что способствует его обновлению и эволюции.

9) Живое вещество способно к эволюционному процессу, что предотвращает простое копирование предыдущих особей и повышает приспосабливаемость организмов к меняющимся условиям среды.

10) Живое вещество в отличие от неживого постоянно производит работу.