Вопрос 20

Биосферные функции живого вещества.

Функции		Краткая характеристика происходящих процессов
1	Энергетическая	Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества
2	Концентрационная	Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества: а) используемых для построения тела организма; б) удаляемых из него при метаболизме
3	Деструктивная	1) Минерализация необиогенного органического вещества; 2) Разложение неживого неорганического вещества; 3) Вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот
4	Средообразу-ющая	Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества)
5	Транспортная	Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении

Приводимая классификация не является единственно возможной. Так, Т.А. Акимова, В.В. Хаскин [1998], приводят следующие биогеохимические функции живого вещества планеты:

  Газовая функция.

  Концентрационная – пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений.

  Окислительно-восстановительная - тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами – ферментами, что способны осуществлять многие окислительно- восстановительные реакции в милн. раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

  Информационная – организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

6.1. Энергетическая функция

Энергетическая функция проявляется в ассимиляции энергии – главным образом солнечной. «Только жизнь с ее морфологическими усложнениями может удержать солнечный луч на Земле миллионы лет, как мы это видим на примере каменного угля»,– сказал на I съезде советских ботаников в 1921 году академик В.Л. Комаров. Действительно, только благодаря «зеленому экрану» биосферы – фотоавтотрофам – солнечная энергия не просто отражается от поверхности планеты, нагревая лишь ее поверхностный слой, а глубоко проникает в глубь земной коры и является энергетическим источником, по существу для всех экзогенных процессов. Может быть, наиболее отчетливо это проявляется в стадию диагенеза.

В ходе диагенеза микроорганизмами осуществляются сотни разнообразных реакций. Часть микроорганизмов в донных осадках является хемоавтотрофами и существует за счет энергонасыщенных неорганических соединений. Однако в основном микрофлора донных осадков работает на биогенном топливе – детрите, поступающем из верхних горизонтов водной толщи.

Сущность энергетической функции живого вещества в биосфере можно сформулировать словами Владимира Ивановича: «В ограниченной определенной области, резко отделенной от остальной части планеты, в особой земной оболочке, которой является биосфера, характеризуемая необратимыми процессами, жизнь будет увеличивать, а не уменьшать с ходом времени свободную энергию этой оболочки».

5.6.2. Концентрационная функция

Вторая основная функция, осуществляемая живым веществом в биосфере – концентрационная. Концентрируемое вещество используется для построения мягкого тела и скелета организмов или выделяется во внешнюю среду в виде экскрементов.

Концентрация вещества осуществляется двояко. Наиболее распространенный случай – это концентрация элементов в ионной форме из истинных растворов. Так строит свой скелет большинство морских беспозвоночных. Второй случай – это седиментация вещества из коллоидных растворов фильтрующими организмами.

Вопрос о концентрации 

 Деструктивная функция

Третья основная функция живого вещества в биосфере – деструктивная – проявляется на стадии гипергенеза и выражается в деструкции неживого вещества и его вовлечении в биологический круговорот. Она осуществляется в форме трех непрерывно идущих процессов.

Живое вещество не может использовать нужные ему элементы в каком попало виде – органическая составляющая необиогенного вещества должна быть разложена до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д. Разложением отмершей органики, как мы знаем, занимается целая армия сапротрофов.

Другой аспект проблемы – разложение неживого неорганического вещества живым. Первое обстоятельное исследование сверлящих водорослей опубликовал в 1902 году наш соотечественник, впоследствии академик. Георгий Адамович Надсон (1867–1940). Он показал, что сверлящие водоросли селятся главным образом на карбонатных породах и играют значительную роль в возвращении в биологический круговорот не только кальция, но и других жизненно важных элементов – магния и фосфора.

 Средообразующая функция

Четвертая основная функция живого вещества в биосфере – средообразующая: преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. Если влияние внешней среды на организмы входит в круг традиционных тем биологии со времени ее возникновения, то обратная связь – воздействие организмов на среду (жизни – на «нежизнь») – стала вырисовываться только со времени открытия фотосинтеза, а в глобальном аспекте она впервые была установлена Б. И. Вернадским. Важным событием явился также вывод М. А. Егунова о создании организмами в процессе жизнедеятельности неоднородности среды своего обитания. В последние десятилетия много новых данных получено геохимиками.

Наиболее очевидное проявление влияния живого вещества на среду – механическое воздействие, или II род геологической деятельности живого вещества. Многоклеточные животные, строя свои норы в грунте, сильно изменяют его свойства (например, благодаря рыхлению почвы дождевыми червями объем воздуха в ней увеличивается в 2,5 раза). Изменяют механические свойства почвы и корни высших растений (особенно древесных): они скрепляют ее и предохраняют от эрозии. Так, смыв поверхностного 20-сантиметрового слоя почвы в прериях происходит за 29 тыс. лет, а в лесах– 174 тыс. лет. Лесная растительность способна удерживать почву даже на склонах с уклоном до 20–40°. Подобным же образом действуют и нитчатые цианобактерии: они создают подобие сети, которая предохраняет почву от эрозии. В горных почвах Таджикистана содержится иногда больше 100 м нитчатых цианобактерии в 1 г почвы! По существу, это уже не почва, а войлок – никакой ливень ее не размоет.

Транспортная функция

Наконец, пятая основная функция живого вещества в биосфере – транспортная. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается на Земле исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи.

Живое вещество – единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества – снизу вверх, из океана – на континенты. «Питание наземных организмов морской пищей, – писал Вернадский,– идет в таких размерах, что, может быть, компенсирует - во всяком случае, возвращает на сушу – соизмеримую часть тех масс химических элементов, которые реки в растворе приносят с суши в море. С мезозойской эры эту роль главным образом играют птицы». Такую же роль выполняют стаи морских рыб, поднимающиеся на нерест вверх по рекам, и несметные полчища крылатых насекомых. Что же касается горизонтальных перемещений, то здесь по массе переносимого вещества и по расстоянию его транспортировки; скоплениями однородного живого вещества могут соперничать только смерчи и ураганы. Других конкурентов нет.