Живое вещество и его особенности

.Вещество бирсферы разнородно по своему физико-химическому составу и, по В.И. Вернадскому, включает семь основных компонентов:

• живое вещество - совокупность всех живых организмов на планете;

• биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое организмами (каменный уголь, известняки и т.п.;

• косное вещество - вещество, образующееся без участия живых организмов (газы, горные породы и т.п.);

• биокосное вещество - косно-живые структуры, вещества, образующиеся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (вода, почва и т.п.);

• радиоактивное вещество;

• рассеянные атомы;

• вещество космического происхождения - (метеориты, космическая пыль).

:

Общая масса живого вещества оценивается величиной  2,4·10¹² т, что почти на 6 порядков меньше, чем масса всей биосферы ( 3·10¹⁸ т).

Если живое вещество равномерно распределить по поверхности Земли, то оно покроет ее слоем всего в 2 см.

В табл. 1 представлена биомасса организмов Земли.

Таблица 1

Биомасса организмов Земли (по н.И. Базилевич и др.)

Среда	Группа организмов	Масса (1012 т)	Соотношение (в %)
Континенты	Зеленые растения	2,40	99,2
	Животные и микроорганизмы	0,02	0,8
	Итого	2,42	100
Океаны	Зеленые растения	0,0002	6,3
	Животные и микроорганизмы	0,0030	93,7
	Итого	0,0032	100
Биомасса организмов Земли		2,4232	–

Из табл. 1 видно, что биомасса поверхности континентов в 800 раз больше биомассы Мирового океана. На поверхности континентов биомасса растений намного больше биомассы животных, а в океане мы наблюдаем обратную картину. Это объясняется тем, что в океане животные поедают биомассу гораздо интенсивнее, хотя она быстро возобновляется. Таким образом, на континентах преобладает растительный мир, а в океанвах - животный.

Живое вещество - это огромное множество различных организмов, представленных большим разнообразием видов (свыше 0,5 млн видов растений и 1,5 млн видов животных). Рассмотрим основные свойства живого вещества.

Живые организмы имеют разнообразные формы и размеры, а также индивидуальные признаки и свойства, характеризуются определёнными функциями.

Размеры индивидуальных организмов, как растительных, так и животных, изменяются в широких пределах. Например, микроорганизмы невидимы невооружённым глазом: их размеры около 2·10^–8 м, а некоторые животные, как, например, кит, могут достигать в длину до 30 м (масса такого кита составляет примерно 150 т , эта масса равна массе 25 слонов). Рост человека может достигать 2 м (в редких случаях и больше), Среди растений также известны экземпляры больших размеров: например, морская водоросль длиной до 300 м, деревья (эвкалипт, секвойя) высотой до 100 - 150 м, а такой род деревьев как баобаб, имея сравнительно невысокий ствол (до 20 м ), может достигать в окружности 25 м (а иногда и все 40 м).

Главные составные части живого вещества - это химические элементы, которые широко распространены в природе. В состав живых и неживых тел входит около 70 химических элементов, но средний элементный состав живого вещества отличается от состава земной коры (неживой природы) высоким содержанием углерода ( С ).

Главные элементы живой природы - C, H, N, O, P, S а неживой - Si, Al, O, Na, Fe, Ca. Эти элементы в обоих случаях носят названия макроэлементов. В составе живого вещества присутствуют также микроэлементы и даже ультрамикроэлементы, составляющие десятые, сотые и тысячные доли процента, но играющие важную роль в жизни организмов.

В составе живого вещества более 2 млн органических веществ и только около 2 тыс. неорганических.

Сложные химические соединения, из которых состоит живое вещество (белки, жиры, углеводы, ферменты и др.), устойчивы только в организмах.

Все живое вещество в биосфере находится в непрерывном и саморегулируемом движении.

Химические реакции в организмах протекают со скоростью в тысячи и миллионы раз большей, чем в неживых веществах.

Живое вещество характеризуется большим запасом энергии, аккумулированной в химических связях.

Все организмы экосистемы связаны пищевыми - трофическими (от греч. trophe - пища, питание) связями.

.

.

По трофическим связям все организмы делят на три группы.

			Организмы
Продуценты (лат. продуцере – производить)				Консументы (лат. консумере – потреблять)					Редуценты (лат. редуцере – возвращать)
	Организмы, которые производят первичные органические вещества из неорганических. Это комплекс зеленых растений.				Организмы, которые потребляют органические вещества, созданные редуцентами. Это все животные и большинство микроорганизмов.					Организмы, которые разлагают органические вещества и превращают их в неорганические. Это бактерии, грибы и некоторые другие организмы.

Перенос энергии, которая содержится в растениях, через ряд других организмов в результате их поедания друг другом, называется пищевой цепью.

На рис. 2 показан пример пищевой цепи.

Рис. 2. Пример пищевой цепи

Пищевые цепи состоят из трофических уровней.

Трофический уровень заполняет совокупность организмов, которые занимают одинаковое положение в общей цепи питания.

Например, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные – второй уровень (уровень первичных консументов), хищники, которые поедают травоядных живот-ных, занимают третий уровень (уровень вторичных консументов) и т.д.

Трофические уровни изображают графически в виде экологической пирамиды..

На рис. 3. показаны экологическая пирамида и ее трофические уровни.

				хищники		уровень третичных консументов
							уровень вторичных консументов
			хищники
		травоядные животные						уровень первичных консументов
	зеленые растения								уровень продуцентов

Рис. 3. Экологическая пирамида и ее трофические уровни

Таким образом, в результате взаимодействия в пищевых цепях при переносе вещества и энергии каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру. Эту трофическую структуру и изображают с помощью экологической пирамиды. Основанием пирамиды служит первый уровень, последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды (рис.3).

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходят вещество и энергия, причем часть вещества и энергии при этом теряются.

Трофическая структура экосистемы была изучена британским экологом Ч.Элтоном.

Различают три основных типа экологических пирамид.

Пирамида чисел отражает численность организмов на разных трофических уровнях.

Пирамида биомасс характеризует общую сухую массу организмов (а не их количество) на разных трофических уровнях.

Пирамида энергий показывает величину энергетического потока или «продуктивность» на последовательных энергетических уровнях. Этот вид пирамиды даёт динамику прохождения массы пищи через трофическую цепь и всегда имеет правильную форму, если учтены все источники энергии, поступающие в систему с пищей. Из всех трёх типов экологических пирамид пирамида энергий даёт наиболее полное представление о функциональной организации сообщества.

Размеры и сложность экосистемы лимитируются затратами энергии на её самоподдержание. Рост системы прекращается, если расход энергии на её самоподдержание становится равным её поступлению. Количество биомассы, которое может поддерживаться в условиях такого равновесия, называют максимальной поддерживающей ёмкостью среды. По мнению многих экологов, максимальная поддерживающая ёмкость, способная противостоять изменениям окружающей среды, обычно ниже теоретически максимальной в два раза.

Закон пирамиды энергий (закон Линдемана, правило 10% ). С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10 % энергии.

При последующем более тщательном изучении этого правила было установлено, что с одного уровня экологической пирамиды на другой переходит от 5 до 20% энергии. Следствием этого закона является ограниченная длина пищевых цепей (обычно не более 3 - 5 звеньев). Из этого закона вытекает другое важное следствие - переход с одного трофического уровня на другой до 20% энергии не ведёт к пагубным для экосистем последствиям. Использование этого закона позволяет также приблизительно определить возможный и безопасный объём промысла особей.

Живое вещество имеет следующие основные особенности.

1. Живые организмы имеют клеточное строение. Впервые клеточная теория была сформулирована немецким учёным-биологом Т. Шванном в 1838 – 1839 гг. Эта теория обобщила известные в то время данные о строении животных и растений; она послужила одной из предпосылок возникновения эволюционной теории Ч.Дарвина. В дальнейшем в развитие клеточной теории внесли значительный вклад многие другие учёные. Так немецкий учёный Р. Вирхов в 1858 г. внёс уточнение в одно из положений теории: все клетки образуются только из клеток путём их деления («каждая клетка только из клетки»).

Клетка - наименьшая частица живого организма, его структурная и функциональная единица, представляет собой сложную природную систему.

В клетке происходят биохимические процессы. Живые организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными.

2. Живые организмы способны к размножению и последующему индивидуальному развитию, т.е. к воспроизведению себе подобных. Этим свойством живые организмы отличаются от неживой природы.

3. Организмы способны приспосабливаться к условиям внешней среды путём естественного отбора. Этот процесс способствует сохранению существующих, наиболее устойчивых видов, а также формированию новых.

Живое вещество характеризуется основными функциями: энергетической, концентрационной, средообразующей, транспортной и деструктивной.

Энергетическая функция выполняется растениями. Растения поглощают солнечную энергию, углекислый газ (СО₂) и воду (Н₂О). Этот процесс называется фотосинтезом (греч. фотос – свет). В результате фотосинтеза в растениях образуются различные органические вещества (глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал и т.д.) и выделяется газ – кислород (О₂).