idea principal Y EN. Vernadsky es que la fase más alta del desarrollo de la materia en la Tierra, la vida, determina y subyuga otros procesos planetarios. En esta ocasión, escribió que es posible sin exagerar afirmar que el estado químico de la corteza exterior de nuestro planeta, la biosfera, está completamente bajo la influencia de la vida y está determinado por organismos vivos.
Si todos los organismos vivos se distribuyen uniformemente en la superficie de la Tierra, entonces forman una película de 5 mm de espesor. A pesar de esto, el papel de la materia viva en la historia de la Tierra no es menos que el papel de los procesos geológicos. Toda la masa de materia viva que estuvo en la Tierra, por ejemplo, durante mil millones de años, ya supera la masa corteza.
La característica cuantitativa de la materia viva es la cantidad total de biomasa. Y EN. Vernadsky, después de realizar análisis y cálculos, llegó a la conclusión de que la cantidad de biomasa es de 1000 a 10000 billones de toneladas. También resultó que la superficie de la Tierra es un poco menos del 0,0001% de la superficie del Sol, pero el área verde de Su aparato de transformación, es decir la superficie de las hojas de los árboles, los tallos de las hierbas y las algas verdes, da números de un orden completamente diferente: en diferentes períodos del año fluctúa del 0,86 al 4,20% de la superficie del Sol, lo que explica la gran energía total de la biosfera. V últimos años El biofísico de Krasnoyarsk I. Gitelzon llevó a cabo cálculos similares utilizando los últimos equipos y confirmaron el orden de los números, determinado por V.I. Vernadsky.
Un lugar significativo en la obra de V.I. Vernadsky en la biosfera está asignado a la materia viva verde de las plantas, ya que solo ella es autótrofa y es capaz de acumular la energía radiante del Sol, formando con su ayuda compuestos orgánicos primarios.
Una parte significativa de la energía de la materia viva se destina a la formación de nuevos minerales vadosos (desconocidos fuera de ella) en la biosfera, y parte se entierra en forma de materia orgánica, formando finalmente depósitos de carbón y carbón, esquisto bituminoso, petróleo. y gas. "Estamos tratando aquí", escribió V.I. Vernadsky, - con un nuevo proceso, con una lenta penetración en el planeta de la energía radiante del Sol, que ha llegado a la superficie de la Tierra. De esta forma, la materia viva cambia la biosfera y la corteza terrestre. Continuamente deja en ella una parte de los que pasaron por ella. elementos químicos, creando enormes estratos de minerales vadosos desconocidos, además de él, o impregnando la materia inerte de la biosfera con el polvo más fino de sus remanentes ".
Según el científico, la corteza terrestre son principalmente los restos de las antiguas biosferas. Incluso su capa de granito-gneis se formó como resultado del metamorfismo y la refundición de rocas que alguna vez surgieron bajo la influencia de materia viva. Consideraba que solo los basaltos y otras rocas ígneas básicas eran profundas y no estaban relacionadas con la biosfera en su génesis.
En la doctrina de la biosfera, el concepto de "materia viva" es fundamental. Los organismos vivos transforman la energía radiante cósmica en energía química terrestre y crean una variedad infinita de nuestro mundo. Por su respiración, nutrición, metabolismo, muerte y descomposición, que duran cientos de millones de años, por el cambio continuo de generaciones, generan un tremendo proceso planetario que existe solo en la biosfera: la migración de elementos químicos.
La materia viva, según la teoría de V.I. Vernadsky, es un factor biogeoquímico de escala planetaria, bajo cuya influencia se transforma como el medio circundante. ambiente abiótico y los propios organismos vivos. A lo largo de todo el espacio de la biosfera, hay un movimiento continuo de moléculas generadas por la vida. La vida afecta decisivamente la distribución, migración y dispersión de elementos químicos, determinando el destino del nitrógeno, potasio, calcio, oxígeno, magnesio, estroncio, carbono, fósforo, azufre y otros elementos.
Las épocas del desarrollo de la vida: Proterozoico, Paleozoico, Mesozoico, Cenozoico reflejan no solo las formas de vida en la Tierra, sino también su registro geológico, su destino planetario. biosfera vernadsky vida biogénica
En la teoría de la biosfera, la materia orgánica, junto con la energía de desintegración radiactiva, se considera un portador de energía libre. La vida no se ve como una suma mecánica de individuos o especies, sino como un hecho: un proceso único que abarca toda la materia de la capa superior del planeta.
La materia viva ha cambiado durante todas las eras y períodos geológicos. Por lo tanto, como V.I. Vernadsky, la materia viva moderna está genéticamente relacionada con la materia viva de todas las eras geológicas pasadas. Al mismo tiempo, dentro de períodos geológicos significativos, la cantidad de materia viva no está sujeta a cambios notables. Este patrón fue formulado por el científico como una cantidad constante de materia viva en la biosfera (para un período geológico determinado).
La materia viva realiza las siguientes funciones biogeoquímicas en la biosfera: gaseosa: absorbe y libera gases; redox: oxida, por ejemplo, carbohidratos a dióxido de carbono y lo reduce a carbohidratos; concentración: los organismos concentradores acumulan nitrógeno, fósforo, silicio, calcio, magnesio en sus cuerpos y esqueletos. Como resultado del desempeño de estas funciones, la sustancia viva de la biosfera a partir de la base mineral crea aguas y suelos naturales, que creó en el pasado y mantiene la atmósfera en un estado de equilibrio.
Con la participación de la materia viva, se lleva a cabo el proceso de meteorización, y rocas están incluidos en los procesos geoquímicos.
Las funciones de gas y redox de la materia viva están estrechamente relacionadas con los procesos de fotosíntesis y respiración. Como resultado de la biosíntesis de sustancias orgánicas por organismos autótrofos, se extrajo una gran cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera antigua. A medida que aumentaba la biomasa de las plantas verdes, la composición del gas de la atmósfera cambiaba: el contenido de dióxido de carbono disminuía y la concentración de oxígeno aumentaba. Todo el oxígeno de la atmósfera se forma como resultado de los procesos vitales de los organismos autótrofos. La materia viva ha cambiado cualitativamente la composición gaseosa de la atmósfera, la capa geológica de la Tierra. A su vez, el oxígeno es utilizado por los organismos para el proceso respiratorio, como resultado de lo cual vuelve a ingresar a la atmósfera. dióxido de carbono.
Así, los organismos vivos creados en el pasado y mantienen la atmósfera de nuestro planeta durante millones de años. El aumento de la concentración de oxígeno en la atmósfera del planeta afectó la velocidad y la intensidad de las reacciones redox en la litosfera.
Muchos microorganismos están directamente involucrados en la oxidación del hierro, lo que conduce a la formación de minerales de hierro sedimentarios, o a la reducción de sulfatos con la formación de depósitos de azufre biogénico. A pesar de que la composición de los organismos vivos incluye los mismos elementos químicos, cuyos compuestos forman la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera, los organismos no repiten por completo la composición química del medio ambiente.
Una sustancia viva, que desempeña activamente una función de concentración, selecciona del medio ambiente aquellos elementos químicos y en la cantidad que necesita. Debido a la implementación de la función de concentración, los organismos vivos han creado muchas rocas sedimentarias, por ejemplo, depósitos de creta y piedra caliza.
La superficie de la tierra no contiene una fuerza dinámica más poderosa, de acción constante, que los organismos vivos. Según la doctrina de la materia viva, a esta capa se le asigna una función cósmica, que actúa como enlace de conexión entre la Tierra y el espacio exterior. Al participar en el proceso de fotosíntesis, metabolismo y transformación de sustancias naturales, la materia viva realiza un trabajo químico inimaginable.
El concepto de materia viva de V.I. Vernadsky
El concepto de materia viva fue desarrollado por el renombrado científico V.I. Vernadsky, quien consideró por separado la masa biológica entre la totalidad de otros tipos de sustancias orgánicas que forman la biosfera del globo. Según el investigador, los organismos vivos constituyen una parte insignificante de la biosfera. Sin embargo, es su actividad vital la que afecta de manera más tangible la formación del mundo circundante.
Según el concepto de los científicos, la materia viva de la biosfera se compone de sustancias tanto orgánicas como inorgánicas. La principal característica específica de la materia viva es la presencia de un enorme potencial energético. En términos de liberación de energía libre en el ambiente inorgánico del planeta, solo los flujos de lava volcánica pueden compararse con la materia viva. La principal diferencia entre materia inanimada y viva es la tasa de flujo. reacciones químicas, que en el último caso son millones de veces más rápidos.
Según las enseñanzas del profesor Vernadsky, la presencia de materia viva en la biosfera de la tierra puede manifestarse de varias formas:
- bioquímico (participación en el intercambio de productos químicos, formación de conchas geológicas);
- mecánico (impacto directo de la biomasa en la transformación del mundo material).
La forma bioquímica de la "actividad" de la biomasa del planeta se manifiesta en el intercambio continuo de sustancias entre el medio ambiente y los organismos durante la digestión de los alimentos, construyendo el cuerpo. El efecto mecánico de la materia viva en el mundo circundante consiste en el movimiento cíclico de sustancias en el curso de la vida de los organismos.
Principios bioquímicos
Para tener una idea completa del "volumen de trabajo" que realiza una sustancia viva en el proceso de la vida, varias proposiciones científicas, conocidas como principios bioquímicos, permiten:
- el movimiento de átomos de sustancias químicas durante la migración biogénica siempre tiende a lograr las máximas manifestaciones posibles;
- la transformación evolutiva de las especies se está moviendo en una dirección que mejora la migración de átomos de elementos;
- la existencia de biomasa se debe a la disponibilidad de energía solar;
- la materia viva del planeta está encerrada en un ciclo continuo de intercambio quimicos con un ambiente espacial.
Reflexión de la actividad vital de la materia viva sobre el funcionamiento de la biosfera
La vida surgió en forma de biosfera debido a la capacidad de la materia orgánica para reproducirse, crecer y evolucionar formas. Inicialmente, la cáscara viviente del planeta era un complejo de sustancias orgánicas que forman la circulación de elementos. En el curso del desarrollo y transformación de los organismos vivos, la materia viva adquirió la capacidad de funcionar no solo en forma de un flujo continuo de energía, sino también de evolucionar como un sistema complejo.
Los nuevos tipos de capa orgánica de la Tierra no solo encuentran sus raíces en las formas anteriores. Su aparición se debe al curso de procesos biogénicos específicos en el entorno natural, que, a su vez, afecta a toda la materia viva, las células de los organismos vivos. Cada etapa de la evolución de la biosfera se caracteriza por cambios notables en su estructura material y energética. Así, surgen nuevos sistemas de materia inerte y viva del planeta.
El crecimiento de la influencia de la biomasa sobre el cambio de los sistemas inertes del planeta se nota en el estudio de todas las épocas sin excepción. Esto se debe, en primer lugar, a un aumento de la acumulación de energía solar, así como a un aumento de la intensidad y capacidad del ciclo biológico de los elementos. Un cambio en el entorno siempre predetermina la aparición de nuevas formas de vida organizadas de manera compleja.
Funciones de la materia viva en la biosfera
Por primera vez, las funciones de la biomasa fueron consideradas por el mismo Vernadsky al escribir la famosa obra llamada "Biosfera". Aquí, el científico identifica nueve funciones de la materia viva: oxígeno, calcio, gas, oxidativa, reductora, destructiva, concentración, reductora, metabólica y respiratoria.
El desarrollo de conceptos modernos sobre la materia viva de la biosfera ha llevado a una reducción significativa en el número de funciones de la materia viva y su unificación en nuevos grupos. Se trata de ellos que se comentarán a continuación.
Funciones energéticas de la materia viva
Los flujos de energía que emanan del Sol son un verdadero regalo de naturaleza electromagnética para las plantas. Más del 90% de la energía que ingresa a la biosfera del planeta es absorbida por la litosfera, la atmósfera y la hidrosfera, y también está directamente involucrada en el curso de los procesos químicos.
Las funciones de la materia viva, destinadas a convertir la energía de las plantas verdes, son el principal mecanismo de la materia viva. Sin la presencia de procesos de transferencia y acumulación de energía solar, el desarrollo de la vida en el planeta estaría en entredicho.
Funciones destructivas de los organismos vivos.
Capacidad de mineralizar compuestos orgánicos, descomposición química rocas, materia orgánica muerta, la participación de minerales en la circulación de la biomasa: todas estas son funciones destructivas de la materia viva en la biosfera. La principal fuerza impulsora de las funciones destructivas de la biosfera son las bacterias, los hongos y otros microorganismos.
Los compuestos orgánicos muertos se descomponen al estado de sustancias inorgánicas (agua, amoníaco, dióxido de carbono, metano, sulfuro de hidrógeno), volviendo a la circulación original de la materia.
El efecto destructivo de los organismos sobre las rocas merece una atención especial. Debido a la circulación de sustancias, la corteza terrestre se repone con componentes minerales liberados de la litosfera. Al participar en la descomposición de los minerales, los organismos vivos incluyen todo un complejo de los elementos químicos más importantes del ciclo de la biosfera.
Funciones de concentración
La acumulación selectiva de sustancias en la naturaleza, su distribución, la circulación de materia viva, todo esto forma las funciones de concentración de la biosfera. Entre los concentradores más activos de elementos químicos, los microorganismos juegan un papel especial.
La construcción de esqueletos de representantes individuales del mundo animal se debe al uso de sustancias minerales dispersas. Ejemplos vívidos del uso de elementos naturales concentrados son los moluscos, diatomeas y algas calcáreas, corales, radiolarios y esponjas de pedernal.
Funciones de gas
La base propiedades del gas La materia viva es la distribución de sustancias gaseosas por organismos vivos. Según el tipo de gases que se están convirtiendo, se distinguen varias funciones de gas independientes:
- Formación de oxígeno: la restauración del suministro de oxígeno del planeta en forma libre.
- Dióxido: la formación de ácidos carbónicos biogénicos como resultado de la respiración de los representantes del mundo animal.
- Ozono: la formación de ozono, que ayuda a proteger la biomasa de los efectos destructivos de la radiación solar.
- Nitrógeno: la creación de nitrógeno libre durante la descomposición de sustancias de origen orgánico.
Funciones formadoras del entorno
La biomasa tiene la capacidad de transformar parámetros físicos y químicos medio ambiente para crear condiciones que satisfagan las necesidades de los organismos vivos. Como ejemplo, podemos destacar el entorno vegetal, cuya actividad vital contribuye a un aumento de la humedad del aire, la regulación de la escorrentía superficial y el enriquecimiento de la atmósfera con oxígeno. Hasta cierto punto, las funciones formadoras del medio ambiente son el resultado de todas las propiedades antes mencionadas de la materia viva.
El papel del hombre en la formación de la biosfera.
La apariencia de una persona como un tipo separado reflejada en la aparición de un factor revolucionario en la evolución de la masa biológica: una transformación consciente del mundo circundante. El progreso tecnológico y científico no es solo un fenómeno de la vida social de un ser humano, sino que de alguna manera se refiere a los procesos naturales de evolución de todos los seres vivos.
Desde tiempos inmemoriales, la humanidad ha transformado la materia viva de la biosfera, lo que se reflejó en un aumento en la tasa de migración de átomos del ambiente químico, la transformación de geosferas individuales, la acumulación de flujos de energía en la biosfera y un cambio en la aparición de la Tierra. Actualmente, el hombre es considerado no solo como una especie, sino también como una fuerza capaz de cambiar las capas del planeta, lo que a su vez es un factor específico en la evolución.
La tendencia natural a incrementar el número de especies llevó a la especie humana al uso activo de recursos renovables y no renovables de la biosfera, fuentes de energía, sustancias enterradas en las conchas del planeta. El desplazamiento de los representantes individuales del mundo animal de sus hábitats naturales, la destrucción de especies con fines de consumo, la transformación tecnogénica de los parámetros ambientales, todo esto conlleva la desaparición. elementos esenciales biosfera.
El concepto de biosfera se basa en el concepto de materia viva. Más del 90% de toda la materia viva corresponde a la vegetación terrestre (98% de la biomasa terrestre). La materia viva- el factor geoquímico y energético más poderoso, la fuerza principal del desarrollo planetario. La principal fuente de actividad bioquímica de los organismos es la energía solar, que se utiliza en el proceso de fotosíntesis de las plantas verdes y algunos microorganismos para crear materia orgánica. La materia orgánica proporciona alimento y energía a otros organismos. La fotosíntesis condujo a la acumulación de oxígeno libre en la atmósfera, la formación de la capa de ozono, que protege contra la radiación cósmica ultravioleta y dura, mantiene la composición gaseosa moderna de la atmósfera. La vida en la Tierra siempre ha existido en forma de complejos organizados de forma compleja de varios organismos (biocenosis). Al mismo tiempo, los organismos vivos y su hábitat forman sistemas integrales: biogeocenosis. La nutrición, la respiración y la reproducción de los organismos y los procesos asociados con la creación, acumulación y descomposición de la materia orgánica proporcionan una circulación constante de materia y energía. Este ciclo está asociado con la migración de átomos de elementos químicos a través de la materia viva. Entonces, todo el oxígeno atmosférico se convierte en materia viva en 2000 años, dióxido de carbono en 300 años. La composición de los propios organismos se caracteriza por una amplia variedad de compuestos orgánicos y químicos. Gracias a la materia viva, se formaron suelos y combustibles minerales orgánicos (turba, carbón, posiblemente incluso petróleo) en el planeta.
Estudiando los procesos de migración de átomos en la biosfera, V.I. Vernadsky abordó la cuestión de la génesis (origen) de los elementos químicos en la corteza terrestre y luego la necesidad de explicar la estabilidad de los compuestos que forman los organismos. Analizando el problema de la migración de los átomos, llegó a la conclusión de que los compuestos orgánicos, independientes de la materia viva, no existen en ninguna parte. "Bajo el nombre de materia viva", escribió V.I. Vernadsky en 1919, "Me referiré a la totalidad de todos los organismos, vegetación y animales, incluidos los humanos".
Así, la materia viva es un conjunto de organismos vivos de la biosfera, expresados numéricamente en composición química elemental, masa y energía. En la década de 1930. Y EN. Vernadsky distingue a la humanidad de la masa total de materia viva como su parte especial. Esta separación del hombre de todos los seres vivos se hizo posible por tres razones.
Primero, la humanidad no es productora, sino consumidora de energía biogeoquímica. Esta tesis requirió una revisión de las funciones geoquímicas de la materia viva en la biosfera. En segundo lugar, la masa de la humanidad, basada en datos demográficos, no es una cantidad constante de materia viva. Y en tercer lugar, sus funciones geoquímicas se caracterizan no por la masa, sino por la actividad productiva.
Si el hombre no se destacara del mundo animal natural, entonces su número sería de unos 100 mil. Tales prototipos vivirían en un área limitada y su evolución estaría determinada por procesos lentos que ocurren como resultado de cambios genéticos poblacionales característicos de la especiación. Sin embargo, con la llegada del hombre, se produjo un salto cualitativo en el desarrollo de la naturaleza en la Tierra. Hay muchas razones para creer que esta nueva cualidad está asociada con la mente y la conciencia del homo sapiens. Así, el principal rasgo distintivo del hombre es su mente, y es gracias a la conciencia que la humanidad se ha desarrollado a su manera. Esto se reflejó en el proceso de reproducción humana, ya que la formación de formas de conciencia socialmente maduras requiere largo tiempo- al menos 20 años.
Cuáles son caracteristicas son inherentes a la materia viva? Primero que nada es enorme energía libre. Durante la evolución de las especies, la migración biogénica de átomos, es decir, la energía de la materia viva de la biosfera, ha aumentado muchas veces y sigue creciendo, porque la materia viva procesa la energía de la radiación solar, energía Atómica Desintegración radiactiva y energía cósmica de elementos dispersos provenientes de nuestra Galaxia. La materia viva también es inherente a alta tasa de reacciones químicas en comparación con la materia inanimada, donde procesos similares son miles y millones de veces más lentos. Por ejemplo, algunas orugas pueden procesar alimentos 200 veces más al día de lo que se pesan, y una teta al día come tantas orugas como se pesa.
Es característico de la materia viva que sus compuestos químicos constituyentes... las más importantes de las cuales son las proteínas, son estables solo en organismos vivos. Una vez finalizado el proceso de actividad vital, las sustancias orgánicas vivas originales se descomponen en componentes químicos.
La materia viva existe en el planeta en forma de alternancia continua de generaciones, por lo que la generación recién formada está relacionada genéticamente con la materia viva de épocas pasadas. Es la principal unidad estructural de la biosfera, que determina todos los demás procesos en la superficie de la corteza terrestre. La materia viva se caracteriza por la presencia de un proceso evolutivo. La información genética de cualquier organismo está encriptada en cada una de sus células. Estas células están originalmente destinadas a ser ellas mismas, a excepción del huevo, del que se desarrolla todo el organismo. Por tanto, la materia viva es esencialmente inmortal.
Y EN. Vernadsky señaló que la materia viva es inseparable de la biosfera, es su función y al mismo tiempo "una de las fuerzas geoquímicas más poderosas de nuestro planeta". La circulación de sustancias V.I. Vernadsky los llamó ciclos biogeoquímicos. Estos ciclos y la circulación proporcionan funciones esenciales materia viva en su conjunto. El científico identificó cinco de esas funciones:
Función de gas - realizado por plantas verdes que liberan oxígeno durante la fotosíntesis, así como por todas las plantas y animales que liberan dióxido de carbono como resultado de la respiración;
Función de concentración - se manifiesta en la capacidad de los organismos vivos para acumular muchos elementos químicos en sus cuerpos (en primer lugar, carbono, entre los metales, calcio);
Función redox - expresado en transformaciones químicas de sustancias en el proceso de la vida. Como resultado, se forman sales, óxidos y nuevas sustancias. Esta función está asociada a la formación de minerales de hierro y manganeso, calizas, etc.;
Función bioquímica - se define como reproducción, crecimiento y movimiento en el espacio de la materia viva. Todo esto conduce a la circulación de elementos químicos en la naturaleza, su migración biogénica;
La función de la actividad biogeoquímica humana - asociado con la migración biogénica de átomos, que aumenta enormemente bajo la influencia de la actividad económica humana. El hombre desarrolla y usa para sus propias necesidades. un gran número de sustancias de la corteza terrestre, como carbón, gas, petróleo, turba, pizarra, muchos minerales. Al mismo tiempo, se produce una entrada antropogénica a la biosfera de sustancias extrañas, y en cantidades superiores valor permisible... Esto llevó a una confrontación de crisis entre el hombre y la naturaleza. La razón principal la inminente crisis ambiental se considera un concepto tecnocrático que considera la biosfera, por un lado, como una fuente de recursos físicos, por el otro, como un alcantarillado para la eliminación de desechos.
Todos los procesos ecológicos tienen lugar en sistemas que incluyen materia viva, por lo que es importante poder distinguir la materia viva de otros tipos de sustancias (inorgánicas, inertes, bioinertes, etc.).
La materia viva es la que forma la totalidad de los cuerpos de todos, independientemente de su pertenencia a uno u otro grupo sistemático. La masa total (seca) de materia viva en el planeta Tierra es (2.4-3.6) * 10 12 toneladas.
La materia viva es inseparable de y es su función, así como una de las fuerzas geológicas más poderosas sobre. Es una unidad biológica molecular indisoluble, un todo sistémico con rasgos característicos, común a toda la época de su existencia, así como a cada época geológica separada. La destrucción de los componentes individuales de la materia viva puede conducir a la interrupción del sistema en su conjunto, es decir, a una catástrofe ecológica y a la muerte del sistema de materia viva en su conjunto.
Consideremos algunas de las sustancias más comunes, independientemente de la era geológica de su existencia.
1. Un sistema formado por materia viva (un organismo) es capaz de crecer, es decir, aumenta de tamaño.
2. Un organismo (vivo) durante su existencia conserva sus características más típicas y es capaz de transmitir estas características por herencia, es decir, es portador y transmisor.
3. Un organismo vivo en el curso de su vida es capaz de desarrollarse, que se divide en dos períodos: embrionario y postembrionario.
4. La materia viva como organismo separado es capaz de reproducirse, por lo que la existencia de esta especie está asegurada durante un largo tiempo (desde el punto de vista histórico).
5. Un metabolismo dirigido es característico de la materia viva.
Niveles organizativos de materia viva
La materia viva como un conjunto de todos los organismos que viven en la Tierra consta de varios reinos (procariotas, animales, plantas, hongos), que se encuentran en relaciones complejas. La materia viva tiene una estructura compleja y diferentes niveles de organización. Consideremos algunos de ellos en orden de complicación.
1. Gen molecular (suborgánico): una forma especial de organización de los seres vivos, inherente a todos los organismos sin excepción, que es un conjunto de varias sustancias orgánicas e inorgánicas, interconectadas por una cierta estructura y un sistema de procesos bioquímicos, que permite preservar este conjunto de compuestos como un sistema integral capaz de crecimiento, desarrollo, autoconservación y reproducción durante todo el período de existencia de este organismo, es decir, hasta la muerte.
2. Celular: todos los seres vivos (excepto las formas de vida no celulares) están formados por estructuras especiales: células, que tienen una estructura estrictamente definida, inherente tanto a los organismos del reino vegetal como a los organismos del reino animal y de los hongos; algunos organismos constan de una célula, por lo tanto, dichos organismos a nivel celular también corresponden a un nuevo nivel de organización: el organísmico (ver el quinto nivel de organización).
3. Tejido - característico de organismos multicelulares complejos, en los que se ha producido la especialización de las células en las funciones desempeñadas, lo que llevó a la formación de tejidos - un conjunto de células que tienen el mismo origen, estructura similar y que realizan funciones iguales o similares; distinguir entre plantas y animales, por lo que, en plantas, se distinguen tejidos tegumentarios, básicos, mecánicos, conductores y meristemos (tejidos de crecimiento); en animales: tejidos tegumentarios, nerviosos, musculares y conectivos.
4. Órgano: en los organismos altamente organizados, los tejidos forman estructuras diseñadas para realizar ciertas funciones, que se denominan órganos, y los órganos se combinan en sistemas de órganos (por ejemplo, el estómago es parte del sistema digestivo).
5. Organizacional: los sistemas de órganos se combinan en, durante el funcionamiento de los cuales se realiza la actividad vital de una criatura viviente en particular; se sabe que en la naturaleza existe Número grande organismos unicelulares.
6. Población específica: los individuos de una especie forman grupos especiales que viven en un territorio específico dado y ocupan un determinado nicho ecológico, que se denominan poblaciones, y las poblaciones de los mismos organismos forman subespecies y especies.
7. Biogeocenótico: este nivel de organización de la materia viva está asociado con el hecho de que un cierto número de poblaciones viven en este territorio. diferentes tipos(tanto animales como plantas, hongos, procariotas y formas de vida no celulares), que están interconectados entre sí por diversas conexiones, incluida la comida.
8. La biosfera es el nivel más alto de organización de la vida en el planeta Tierra, que es la totalidad de los seres vivos que viven en él, que están interconectados entre sí por la circulación planetaria de elementos químicos y compuestos químicos; la violación de este ciclo puede conducir a catástrofe global e incluso hasta la muerte de todos los seres vivos.
En consecuencia, de 1 a 5 niveles de organización son característicos de un solo organismo y de 6 a 8, para un conjunto de organismos. Debe recordarse que el hombre es parte integral de la materia viva en el planeta Tierra, pero su actividad, debido a la presencia de la razón, es significativamente diferente de la actividad de otros organismos y, sin embargo, es parte integral de la naturaleza. y no su "rey".
Breve descripción de la composición química de la materia viva.
La materia viva es un sistema complejo de compuestos bioorgánicos, orgánicos e inorgánicos. Casi todos los elementos químicos estables se encuentran en la composición de la materia viva, conocido por el hombre pero en diferentes cantidades... Estos se dividen en biogénicos y no biogénicos, según su papel en los organismos vivos.
La base de la materia viva son los compuestos orgánicos y bioorgánicos. Las sustancias bioorgánicas incluyen ácidos nucleicos, vitaminas, etc. Estas sustancias se denominan bioorgánicas porque estos compuestos se producen en organismos y sin estas sustancias la vida es fundamentalmente imposible (esto es especialmente cierto para las proteínas y los ácidos nucleicos). Un ejemplo de sustancias orgánicas que componen la materia viva son los ácidos orgánicos (málico, acético, láctico, etc.), urea y otros compuestos químicos.
Características generales de los organismos celulares, su clasificación por la presencia de un núcleo en una célula.
Los organismos celulares predominan sobre los no celulares y tienen una clasificación compleja. Al estudiar la estructura de la célula, se descubrió que la mayoría de las formas celulares de los organismos en la composición de las células contienen necesariamente un organoide especial: el núcleo. Sin embargo, en las células de algunos organismos, el núcleo está ausente. Es por eso organismos celulares dividido en dos grandes grupos- nucleares (o eucariotas) y no nucleares (o procariotas). En esta subsección, consideraremos los procariotas.
Los organismos cuyas células no tienen un núcleo formado por separado se denominan procariotas (no nucleares).
Los organismos no nucleares incluyen bacterias y algas verdiazules, que forman el reino de Drobyanka, que es parte del super reino de los Prenuclear o Procariotas. En términos prácticos, las bacterias son de suma importancia.
El cuerpo de las bacterias consta de una célula de diferentes formas, que tiene una membrana y un citoplasma. No hay orgánulos pronunciados; la célula contiene una molécula de ADN; está cerrado en un anillo, su ubicación en el citoplasma se llama nucleoide.
Según la forma de la célula, las bacterias se dividen en cocos (esféricos), bacilos (en forma de varilla), vibrios (arqueados curvados), espirilla (curvados en forma de espiral).
Las bacterias se multiplican división ordinaria(en condiciones favorables, cada división se lleva a cabo en 20-30 minutos). A la ofensiva condiciones desfavorables la célula bacteriana se convierte en una espora altamente resistente a los efectos de varios factores: temperatura, humedad, radiación. Una vez en condiciones favorables, las esporas se hinchan, sus membranas se rompen y las células bacterianas se vuelven vitales.
En relación al oxígeno, anaeróbico (viven en ambientes donde no hay oxígeno molecular) y aeróbico (necesitan O 2 para su vida), también existen bacterias que pueden vivir tanto en ambientes aeróbicos como anaeróbicos.
Especies, sus criterios y características ecológicas
La materia viva en la naturaleza existe en forma de unidades taxonómicas discretas separadas: especies (especies biológicas).
Especies biológicas (especies): un conjunto de individuos que poseen características morfofisiológicas comunes, similitud bioquímica, genética (hereditaria), que se cruzan libremente entre sí y dan descendencia fértil, adaptada a condiciones similares de existencia, que ocupan un área determinada (área de distribución ) en la naturaleza, es decir, por ejemplo, ocupando el mismo nicho ecológico.
Las especies están formadas por poblaciones y subespecies (esta última no es típica de todas las especies). La especie biológica se caracteriza por los siguientes criterios:
1) genético, es decir todos los individuos de una especie determinada tienen el mismo conjunto de cromosomas;
2) bioquímicos, es decir, todos los individuos de esta especie se caracterizan por los mismos compuestos químicos (ácidos nucleicos, etc.), que se diferencian de compuestos similares de otras especies;
3) morfofisiológicos, es decir, organismos de la misma especie tienen características comunes externo y estructura interna y se caracterizan por los mismos procesos que aseguran su actividad vital;
4) ecológico, es decir, los individuos de una determinada especie establecen las mismas relaciones (diferentes de otras especies) con el medio ambiente natural;
5) histórico - los individuos de esta especie tienen el mismo origen y en el proceso desarrollo intrauterino pasan por el mismo ciclo de este desarrollo según la ley biogenética;
6) geográfico: los individuos de esta especie viven en un determinado territorio y están adaptados para existir en este territorio.
En la ciencia de la "ecología" se utilizan ampliamente las siguientes variedades del término "especie".
1. Una especie nociva: que causa daños económicos a una persona o causante de enfermedades; el concepto es relativo, ya que cualquier especie que vive en el planeta ocupa un determinado nicho ecológico y desempeña un determinado papel ecológico; por ejemplo, un lobo puede causar un gran daño a la actividad económica humana, pero es un "nodriza" de la naturaleza, juega un papel importante en el "sacrificio" de los individuos no viables de la especie de la que se alimenta.
2. Una especie extinta es una especie que ha desaparecido como resultado de procesos evolutivos, como el pterodáctilo.
3. Especies en peligro de extinción: una especie cuyas propiedades no coinciden condiciones modernas la existencia y las posibilidades genéticas de adaptación a la vida en nuevas condiciones están prácticamente agotadas; tales especies pueden sobrevivir solo como resultado de su cultivo completo (ingresado en el Libro Rojo).
4. Especie en peligro de extinción: una especie de organismos en peligro de extinción debido al hecho de que el número de individuos supervivientes es insuficiente para la reproducción de la especie, pero genéticamente la especie tiene oportunidades favorables para adaptarse a las condiciones ambientales (figura en la lista roja Reserva como especie en peligro de extinción).
5. Especie protegida: una especie cuyo daño deliberado a los individuos y la violación de su hábitat está prohibido por ciertos actos legislativos de diversos rangos (internacional, estatal, local), por ejemplo, sable, etc.
La estructura de la especie es que está formada por individuos separados combinados en poblaciones y subespecies. La presencia de subespecies es típica solo para aquellas especies que tienen rangos amplios, caracterizados por una variedad de condiciones.
La población es un grupo de individuos de una determinada especie, capaz de cruzarse y producir descendencia en toda regla, que vive en un territorio dado que tiene límites naturales con otros territorios, lo que dificulta que los individuos de esta población se crucen con individuos de otra. Cabe recordar que la unidad ecológica de una especie es la población.
Poblaciones diferentes tipos que viven en un territorio determinado forman una biocenosis en la que estas poblaciones están vinculadas entre sí por diversas conexiones, incluida la alimentación.
Sustancias inorgánicas y su papel en la materia viva.
La materia viva, como cualquier otra sustancia, está formada por átomos de elementos químicos que forman compuestos orgánicos e inorgánicos, cuya totalidad forma materia viva, que es cualitativamente diferente de los compuestos químicos individuales tanto inorgánicos como orgánicos.
Las sustancias inorgánicas se denominan sustancias que no contienen átomos de carbono (excepto el carbono mismo, sus óxidos, ácido carbónico, sus sales, rodano, tiocianato de hidrógeno, rodanuros, cianuro, cianuro de hidrógeno, cianuros).
Los organismos incluyen agua, algunas sales de sodio, potasio, calcio y otros elementos químicos.
Breve descripción del papel de algunos óxidos, hidróxidos y sales en la materia viva
De óxidos en organismos gran importancia tiene dióxido de carbono (dióxido de carbono, monóxido de carbono (IV), dióxido de carbono (dióxido)). Esta sustancia es uno de los productos de la respiración (¡para todos los organismos!). Cuando se disuelve en agua (por ejemplo, en el citoplasma, plasma sanguíneo, etc.), el dióxido de carbono forma ácido carbónico que, al disociarse, se descompone en iones bicarbonato (HCO 3) e iones carbonato (CO 2 3), formando ( juntos) un sistema tampón de carbonato que estabiliza la reacción del medio ambiente. El exceso de CO 2 se elimina del cuerpo como resultado de los procesos que ocurren durante (en todos los organismos: tanto en plantas como en animales).
Los hidróxidos más importantes contenidos en la materia viva son el carbónico (H 2 CO 3), el fosfórico (H 3 PO 4) y algunos otros ácidos. Como se indicó anteriormente (por ejemplo, ácido carbónico), estos hidróxidos contribuyen a la creación de sistemas tampón en soluciones acuosas, lo que conduce a la estabilización de la reacción del medio en protoplasma o en otros medios líquidos contenidos en el cuerpo. El ácido fosfórico juega un papel muy importante en la formación de varios compuestos que contienen fósforo (por ejemplo, en la formación de ADP a partir de AMP o ATP a partir de ADP; ATP - trifosfato de adenosina, ADP - difosfato de adenosina, AMP - monofosfato de adenosina; estas sustancias juegan un papel importante). papel importante en los procesos de disimilación y asimilación).
El ácido clorhídrico (clorhídrico) (HCl) también es importante para los organismos. Está contenido en jugo gastrico o en soluciones que ayudan en la digestión de los alimentos (por ejemplo, en el estómago humano).
En los organismos se encuentran en estado disociado, es decir, en forma de iones. Considere el papel biológico de algunos aniones (iones cargados negativamente) y cationes (iones cargados positivamente) en la materia viva.
Breve descripción del papel biológico de los cationes
En la materia viva, los siguientes cationes son de mayor importancia: K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+ y algunos otros.
1. Cationes de sodio (Na +). Estos iones crean un cierto presión osmótica(La presión osmótica surge en soluciones acuosas y es la fuerza bajo la influencia de la cual se lleva a cabo la ósmosis, es decir, la difusión unilateral de sustancias a través de una membrana semipermeable). Además, junto con los cationes de potasio (K +) debido a la diferente permeabilidad membrana celular, crean un equilibrio de membrana, en el que surge una diferencia en los potenciales bioquímicos, lo que asegura la conductividad de las células y tejidos del cuerpo; participar en el intercambio de agua e iones del cuerpo en su conjunto. Entran en el cuerpo (célula) en la forma solución acuosa cloruro de sodio. En animales y humanos, como resultado de la transpiración, se puede perder una gran cantidad de cloruro de sodio, lo que reduce drásticamente su rendimiento. Estos iones, junto con algunos aniones orgánicos e inorgánicos, regulan el equilibrio ácido-base (por ejemplo, con iones HCO - 3, CH 3 COO - y otros).
2. Cationes K +. Estos iones, junto con los iones Na +, crean el equilibrio de la membrana. Activan la síntesis de proteínas y, en los organismos de animales superiores y humanos, afectan los biorritmos del corazón. Los iones K + son parte de los macrofertilizantes: potasa y afectan significativamente la productividad de las plantas agrícolas.
3. Cationes Ca 2+. Estos iones son antagonistas de los iones K + (es decir, exhiben el efecto opuesto en comparación con el último). Forman parte de las estructuras de las membranas, forman sustancias pectínicas que forman sustancia intercelular en organismos vegetales. Estos iones en la composición de las sales de calcio están involucrados en la formación de los más importantes tejido conectivo- hueso, que forma el esqueleto de vertebrados y humanos y algunos otros organismos (por ejemplo, celentéreos, etc.). Regulan los procesos de formación celular, participan en la implementación. contracciones musculares, juegan un papel importante en la coagulación sanguínea y otros procesos.
4. Cationes Mg 2+. El papel de estos iones es similar (en algunos casos) al papel de los iones Ca 2+ y están contenidos en organismos en determinadas proporciones. Además, los iones Mg 2+ son parte del pigmento fotosintético más importante de las plantas: la clorofila, activan la síntesis de ADN y participan en la implementación del metabolismo energético.
5. Iones Fe 2+. Desempeñan un papel importante en la vida de muchos animales, ya que forman parte del pigmento respiratorio más importante: la hemoglobina, que participa en el proceso respiratorio. Son parte de la proteína muscular: mioglobina, participan en la síntesis de clorofila, es decir. Los iones Fe 2+ son la base de compuestos a través de los cuales se realizan muchos procesos redox.
6. Los iones Cu 2+, Mn 2+, Cr 3+ y varios otros iones también participan en los procesos redox en varios organismos (estos iones forman parte de compuestos organometálicos complejos).
Breve descripción del papel biológico de algunos aniones.
Los más importantes son los aniones H 2 PO - 4, HPO 2-4, Cl -, I -, PO 3 - 4, Br -, F -, HCO - 3, NO - 3, SO 2 - 4 y un número de otros, el papel de algunos de estos iones en varios organismos.
1. Iones de nitrato y nitrito (NO - 3, NO - 2, respectivamente).
Los iones que contienen nitrógeno juegan un papel importante en los organismos vegetales, ya que contienen nitrógeno unido en su composición y se utilizan (junto con los cationes de amonio - NH + 4) para la síntesis de "sustancias de la vida" que contienen nitrógeno - proteínas y ácidos nucleicos. Cuando un exceso de estos iones ingresa al organismo vegetal, se acumulan en ellos y, al entrar (como parte de los alimentos) en el organismo humano y animal, pueden causar alteraciones en el metabolismo de estos organismos ("intoxicación por nitratos y nitritos"). Esto hace necesario el uso óptimo de fertilizantes nitrogenados al aplicarlos al suelo.
2. Iones hidrogenofosfato y dihidrógeno (HPO 2-4, H 2 PO 4 - respectivamente).
Estos iones están involucrados en el metabolismo y son necesarios en la síntesis de ácidos nucleicos, mono-, di- y triadenosina-fosfatos, que juegan un papel importante en intercambio de energia y la síntesis de sustancias orgánicas en varios organismos (plantas, animales, etc.). Estos iones intervienen en el mantenimiento del equilibrio ácido-base, manteniendo la constancia de la reacción del medio dentro de ciertos límites.
3. Iones de sulfato (SO 2 4): una fuente de azufre necesaria para la síntesis de alfa-aminoácidos naturales que contienen azufre y que se utilizan en la producción de proteínas. Necesario para la síntesis de algunas vitaminas, enzimas (en organismos vegetales). En los organismos animales, los iones sulfato son el producto de reacciones para neutralizar los compuestos químicos formados en el hígado.
4. Iones haluro (iones Cl - - cloruro, iones Br - bromuro, I - - iones yoduro, F - - iones fluoruro). Son contraiones para cationes (especialmente Сl -), es decir, crean un sistema neutro con cationes. El sistema de iones (cationes y aniones) crea presión osmótica y turgencia junto con el agua; Los iones cloruro son macronutrientes para los animales, y el resto de iones haluro son oligoelementos, es decir son necesarios para cualquier organismo en pequeñas (micro) cantidades. La importancia de los iones yoduro es que forman parte de la hormona más importante, la tiroxina, y un exceso y deficiencia de estos iones conduce a la aparición de diversas enfermedades en el ser humano (myxidema y La enfermedad de Graves). Los iones de fluoruro afectan el intercambio en tejido óseo dientes, los iones de bromuro son parte de los compuestos químicos contenidos en la glándula pituitaria.
Características generales y clasificación de los compuestos orgánicos que componen la materia viva y su función ecológica
Las sustancias que contienen átomos de carbono (excluyendo el carbono, sus óxidos, ácido carbónico, sus sales, rodano, tiocianato de hidrógeno, rodanuros, cianuro, cianuro de hidrógeno, cianuros, carbonilos y carburos) se denominan orgánicas.
La materia orgánica tiene una clasificación muy compleja. Algunas de estas sustancias no se encuentran en los organismos (ni vivos ni muertos). Fueron obtenidos artificialmente y no ocurren en la naturaleza. Varios compuestos orgánicos no son "asimilados" por los organismos, es decir, no se descompone en la naturaleza bajo la influencia de descomponedores y detritívoros. Dichos compuestos incluyen polietileno, SMS (detergentes sintéticos), algunos pesticidas, etc. Por lo tanto, cuando se utilizan sustancias orgánicas obtenidas por el hombre químicamente, es necesario tener en cuenta su capacidad para sufrir diversas transformaciones en condiciones naturales, es decir, la "asimilación "de estas sustancias por la biosfera ...
Las sustancias orgánicas contenidas en el cuerpo son de gran importancia ecológica, una deficiencia, exceso o ausencia de una u otra sustancia conduce a varias enfermedades, oa la muerte de este organismo. Los más importantes son los ácidos nucleicos, los carbohidratos, las grasas y las vitaminas.
El concepto de materia orgánica o inorgánica se vuelve demasiado pequeño y es reemplazado por el concepto materia viva de la biosfera.
A principios del siglo XX, V.I. Vernadsky dio una definición a este concepto.
La materia viva - todo el conjunto de cuerpos de organismos vivos, independientemente de su afiliación sistemática.
La definición no vino de la escala.
La masa de materia viva es relativamente pequeña y se estima en 2,4-3,6 · 10 12 toneladas (en peso seco) y es menos de 10 -6 masas de otras capas de la Tierra. Pero esta es una de las "fuerzas geoquímicas más poderosas de nuestro planeta".
Las principales propiedades de la materia viva de la biosfera.
- La capacidad de dominar rápidamente el espacio libre. eso relacionado con ambos la capacidad de reproducirse, especialmente en los organismos más simples, y con el hecho de que muchos organismos aumentan significativamente la superficie del cuerpo durante el crecimiento (plantas, por ejemplo, o el área de la comunidad).
- Movimiento activo y pasivo.Movimiento activo de materia viva de la biosfera.- movimiento independiente de organismos, que requiere consumo de energía: los peces pueden nadar contra la corriente, los pájaros vuelan, superando la gravedad, etc. Movimiento pasivo de materia viva de la biosfera- movimiento que no requiere consumo de energía - bajo la influencia de fuerzas naturales - gravedad, gravedad, etc.
- Estabilidad de la materia viva(organismos) durante la vida y rápida descomposición(debido a la acción de reductores) después de la muerte.
Si hablamos de elementos químicos, es precisamente debido a esta propiedad de la materia viva que participan en varios, etc. - Un alto grado de adaptación de la materia viva de la biosfera a las condiciones ambientales. El hecho de que los organismos vivos hayan dominado los 3 entornos: terrestre, acuático y aéreo, ya no sorprende a nadie. Además, existen microorganismos que pueden soportar temperaturas tanto altas como muy bajas.
- Alta tasa de reacciones bioquímicas de la materia viva. De hecho, la velocidad de las reacciones en los organismos vivos no es más que unos pocos minutos, la velocidad del ciclo del carbono es de varios años (no más de 10).
Vernadsky creía que las rocas sedimentarias se formaban principalmente por los productos de la actividad vital de los organismos vivos. ¡Y esta capa tiene unos 3 km de espesor!
Alta tasa de renovación de materia viva.... Se estima que en promedio para la biosfera es de 8 años, mientras que para la tierra es de 14 años, y para el océano, donde prevalecen organismos con una vida corta (por ejemplo, el plancton), es de 33 días. Como resultado de la alta tasa de renovación en toda la historia de la existencia de la vida, la masa total de materia viva que ha pasado por la biosfera es aproximadamente 12 veces la masa de la Tierra. Solo una pequeña parte (una fracción de un por ciento) se conserva en forma de restos orgánicos (en palabras de V. I. Vernadsky, “entró en geología”), el resto se incluyó en los procesos de circulación.
Funciones de la materia viva de la biosfera
- Función de energía
Los productores consumen energía solar, convirtiendo sustancias inorgánicas en orgánicas, los descomponedores descomponen las sustancias orgánicas en inorgánicas. Parte de la energía se convierte en calor en el proceso. - Concentración de materia viva
Como resultado de la actividad vital de los organismos, se acumulan ciertas sustancias. - Destructivo
Esto es una consecuencia de la función energética: la materia orgánica se descompone como resultado de la circulación de sustancias y se convierte en una forma mineral (inorgánica). - Función formadora del medio ambiente de la materia viva.
La materia viva cambia, transforma el medio ambiente. Transporte
Las interacciones alimentarias de la materia viva dan lugar al movimiento de grandes masas de elementos y sustancias químicas contra la gravedad y en dirección horizontal.
