Ideea principală IN SI. Vernadsky constă în faptul că cea mai înaltă fază a dezvoltării materiei pe Pământ - viața - determină și subjugă alte procese planetare. Cu această ocazie, el a scris că se poate spune fără exagerare că starea chimică a scoarței exterioare a planetei noastre, biosfera, se află în întregime sub influența vieții și este determinată de organismele vii.
Dacă toate organismele vii sunt distribuite uniform pe suprafața Pământului, ele formează o peliculă de 5 mm grosime. În ciuda acestui fapt, rolul materiei vii în istoria Pământului este nu mai puțin decât rolul proceselor geologice. Întreaga masă de materie vie care se află pe Pământ, de exemplu, timp de 1 miliard de ani, depășește deja masa Scoarta terestra.
Caracteristica cantitativă a materiei vii este cantitatea totală de biomasă. IN SI. Vernadsky, după ce a efectuat analize și calcule, a ajuns la concluzia că cantitatea de biomasă este de la 1000 la 10.000 de trilioane de tone. suprafața frunzelor copacilor, tulpinilor de iarbă și algelor verzi, dă numere de o ordine complet diferită - în diferite perioade ale anului variază de la 0,86 la 4,20% din suprafața Soarelui, ceea ce explică energia totală mare a biosferă. ÎN anul trecut calcule similare folosind cele mai noi echipamente au fost efectuate de biofizicianul din Krasnoyarsk I. Gitelzon și au confirmat ordinea numerelor, în urmă cu mai bine de jumătate de secol, determinată de V.I. Vernadsky.
Un loc semnificativ în lucrările lui V.I. Vernadsky, conform biosferei, este atribuită materiei vii verzi a plantelor, deoarece numai ea este autotrofă și capabilă să acumuleze energia radiantă a Soarelui, formând cu ajutorul ei compuși organici primari.
O parte semnificativă a energiei materiei vii este destinată formării de noi minerale vadose (necunoscute în afara ei) în biosferă, iar o parte este îngropată sub formă de materie organică, formând în cele din urmă depozite de cărbune maro și negru, șisturi petroliere. , ulei si gaz. „Avem de-a face aici”, a scris V.I. Vernadsky, - cu un proces nou, cu o pătrundere lentă în planetă a energiei radiante a Soarelui, care a ajuns la suprafața Pământului. În acest fel, materia vie modifică biosfera și scoarța terestră. Lasa continuu in ea o parte din cei care au trecut prin ea. elemente chimice, creând grosimi uriașe de necunoscute, pe lângă aceasta, vadose minerale sau pătrunzând în materia inertă a biosferei cu cel mai fin praf din rămășițele lor.
Potrivit omului de știință, scoarța terestră este în principal rămășițele fostelor biosfere. Chiar și stratul său de granit-gneis s-a format ca urmare a metamorfismului și a topirii rocilor care au apărut cândva sub influența materiei vii. El a considerat doar bazaltele și alte roci magmatice de bază ca fiind adânci și, în geneza lor, nu au legătură cu biosfera.
În doctrina biosferei, conceptul de „materie vie” este fundamental. Organismele vii transformă energia radiantă cosmică în terestră, chimică și creează o varietate nesfârșită a lumii noastre. Cu respirația, nutriția, metabolismul, moartea și descompunerea lor, care durează sute de milioane de ani, schimbarea continuă a generațiilor, ele dau naștere celui mai grandios proces planetar care există doar în biosferă - migrarea elementelor chimice.
Materia vie, conform teoriei lui V. I. Vernadsky, este un factor biogeochimic la scară planetară, sub influența căruia se transformă ca mediu. mediu abiotic precum și organismele vii. In intregul spatiu al biosferei, exista o miscare necontenita a moleculelor generate de viata. Viața are o influență decisivă asupra distribuției, migrației și dispersării elementelor chimice, determinând soarta azotului, potasiului, calciului, oxigenului, magneziului, stronțiului, carbonului, fosforului, sulfului și a altor elemente.
Epocile dezvoltării vieții: Proterozoic, Paleozoic, Mezozoic, Cenozoic reflectă nu numai formele de viață de pe Pământ, ci și înregistrarea sa geologică, destinul său planetar. biosfera vernadsky biogenic live
În doctrina biosferei, materia organică, împreună cu energia dezintegrarii radioactive, este considerată purtătoare de energie liberă. Viața, pe de altă parte, este considerată nu ca o sumă mecanică de indivizi sau specii, ci ca, în esență, un singur proces care cuprinde toată substanța stratului superior al planetei.
Materia vie s-a schimbat în toate epocile și perioadele geologice. Prin urmare, după cum remarcă V.I. Vernadsky, materia vie modernă este legată genetic de materia vie din toate epocile geologice trecute. În același timp, în cadrul unor perioade geologice semnificative de timp, cantitatea de materie vie nu este supusă unor modificări vizibile. Acest model a fost formulat de om de știință ca o cantitate constantă de materie vie în biosferă (pentru o anumită perioadă geologică).
Materia vie îndeplinește următoarele funcții biogeochimice în biosferă: gaz - absoarbe și eliberează gaze; redox - oxidează, de exemplu, carbohidrații în dioxid de carbon și îi restaurează în carbohidrați; concentrație - organismele concentratoare acumulează azot, fosfor, siliciu, calciu, magneziu în corpurile și scheletele lor. Ca urmare a îndeplinirii acestor funcții, substanța vie a biosferei din baza minerală creează ape și soluri naturale, ea creată în trecut și menține atmosfera într-o stare de echilibru.
Cu participarea materiei vii, are loc procesul de intemperii și stânci implicate în procese geochimice.
Funcțiile de gaz și redox ale materiei vii sunt strâns legate de procesele de fotosinteză și respirație. Ca urmare a biosintezei substanțelor organice de către organismele autotrofe, din atmosfera antică a fost extrasă o cantitate imensă de dioxid de carbon. Pe măsură ce biomasa plantelor verzi a crescut, compoziția gazelor din atmosferă s-a schimbat - conținutul de dioxid de carbon a scăzut, iar concentrația de oxigen a crescut. Tot oxigenul din atmosferă se formează ca urmare a proceselor vitale ale organismelor autotrofe. Materia vie a schimbat calitativ compoziția gazelor a atmosferei - învelișul geologic al Pământului. La rândul său, oxigenul este folosit de organisme pentru procesul de respirație, în urma căruia oxigenul este eliberat din nou în atmosferă. dioxid de carbon.
Astfel, organismele vii au creat în trecut și mențin atmosfera planetei noastre timp de milioane de ani. O creștere a concentrației de oxigen din atmosfera planetei a afectat rata și intensitatea reacțiilor redox în litosferă.
Multe microorganisme sunt direct implicate în oxidarea fierului, ceea ce duce la formarea de minereuri sedimentare de fier, sau la reducerea sulfaților cu formarea depozitelor de sulf biogene. În ciuda faptului că compoziția organismelor vii include aceleași elemente chimice, ai căror compuși formează atmosfera, hidrosfera și litosfera, organismele nu repetă complet compoziția chimică a mediului.
Materia vie, îndeplinind activ funcția de concentrare, selectează din mediu acele elemente chimice și în cantitatea de care are nevoie. Datorită implementării funcției de concentrare, organismele vii au creat multe roci sedimentare, de exemplu, depozite de cretă și calcar.
Suprafața pământului nu conține o forță dinamică mai puternică, cu acțiune constantă decât organismele vii. Conform doctrinei materiei vii, acestei învelișuri îi este atribuită o funcție cosmică, care acționează ca o legătură între Pământ și spațiul cosmic. Participând la procesul de fotosinteză, schimbul și transformarea substanțelor naturale, materia vie efectuează o muncă chimică de neimaginat.
Conceptul de materie vie de V. I. Vernadsky
Conceptul de materie vie a fost dezvoltat de celebrul om de știință V. I. Vernadsky, care a considerat separat masa biologică printre totalitatea altor tipuri de substanțe organice care formează biosfera globului. Potrivit cercetătorului, organismele vii alcătuiesc o fracțiune nesemnificativă a biosferei. Cu toate acestea, activitatea lor vitală este cea care afectează cel mai tangibil formarea lumii înconjurătoare.
Conform conceptului omului de știință, materia vie a biosferei este compusă atât din substanțe organice, cât și din substanțe anorganice. Principala caracteristică specifică a materiei vii este prezența unui potențial energetic uriaș. În ceea ce privește eliberarea de energie liberă în mediul anorganic al planetei, doar fluxurile de lavă vulcanică pot fi comparate cu materia vie. Principala diferență dintre materia neînsuflețită și cea vie este debitul reacții chimice, care în acest din urmă caz apar de milioane de ori mai repede.
Pe baza învățăturilor profesorului Vernadsky, prezența materiei vii în biosfera pământului se poate manifesta sub mai multe forme:
- biochimic (participarea la schimbul de substanțe chimice, formarea de învelișuri geologice);
- mecanice (impactul direct al biomasei asupra transformării lumii materiale).
Forma biochimica a „activitatii” biomasei planetei se manifesta in schimbul continuu de substante intre mediu si organisme in timpul digestiei alimentelor, construind organismul. Impactul mecanic al materiei vii asupra lumii din jurul nostru constă în mișcarea ciclică a substanțelor în cursul vieții organismelor.
Principii biochimice
Pentru a obține o imagine completă a „cantității de muncă” pe care o efectuează o substanță vie în procesul vieții, mai multe prevederi științifice, cunoscute sub numele de principii biochimice, permit:
- mișcarea atomilor de substanțe chimice în timpul migrației biogene tinde întotdeauna să realizeze maximum de manifestări posibile;
- transformarea evolutivă a speciilor se mișcă într-o direcție care sporește migrarea atomilor elementelor;
- existența biomasei se datorează prezenței energiei solare;
- materia vie a planetei este închisă într-un ciclu continuu de schimb chimicale cu mediul spațial.
Reflectarea activității vitale a materiei vii asupra funcționării biosferei
Viața a apărut sub forma biosferei datorită capacității masei organice de a se reproduce, crește și evolua forme. Inițial, învelișul viu al planetei era un complex de substanțe organice care formează ciclul elementelor. În cursul dezvoltării și transformării organismelor vii, materia vie a dobândit capacitatea de a funcționa nu numai ca un flux continuu de energie, ci și de a evolua ca un sistem complex.
Noile tipuri de înveliș organic al globului nu își găsesc rădăcinile doar în formele anterioare. Apariția lor se datorează cursului unor procese biogene specifice în mediul natural, care, la rândul lor, afectează toată materia vie, celulele organismelor vii. Fiecare etapă a evoluției biosferei este caracterizată de modificări vizibile în structura sa materială și energetică. Astfel, apar noi sisteme de materie inertă și vie ale planetei.
O creștere a impactului biomasei asupra schimbării sistemelor inerte ale planetei se observă în studiul tuturor epocilor fără excepție. Acest lucru se datorează, în primul rând, unei creșteri a acumulării de energie solară, precum și unei creșteri a intensității și capacității ciclului biologic al elementelor. O schimbare în mediu predetermina întotdeauna apariția unor noi forme de viață complexe.
Funcțiile materiei vii în biosferă
Pentru prima dată, funcțiile biomasei au fost luate în considerare de același Vernadsky atunci când a scris celebra lucrare numită „Biosferă”. Aici omul de știință distinge nouă funcții ale materiei vii: oxigen, calciu, gaz, oxidativ, reducător, distructiv, de concentrare, restaurator, metabolic, respirator.
Dezvoltarea conceptelor moderne despre materia vie a biosferei a condus la o reducere semnificativă a numărului de funcții ale materiei vii și asocierea lor în noi grupuri. Despre ele se va discuta mai departe.
Funcțiile energetice ale materiei vii
Fluxurile de energie care emană de la Soare sunt un adevărat dar al naturii electromagnetice pentru plante. Peste 90% din energia care intră în biosfera planetei este absorbită de litosferă, atmosferă și hidrosferă și, de asemenea, participă direct la cursul proceselor chimice.
Funcțiile materiei vii care vizează conversia energiei de către plantele verzi sunt mecanismul principal al materiei vii. Fără prezența proceselor de transmitere și acumulare a energiei solare, dezvoltarea vieții pe planetă ar fi în discuție.
Funcțiile distructive ale organismelor vii
Capacitate de mineralizare compusi organici, descompunere chimică roci, substanțe organice moarte, implicarea mineralelor în ciclul biomasei - toate acestea sunt funcții distructive ale materiei vii din biosferă. Principala forță motrice a funcțiilor distructive ale biosferei sunt bacteriile, ciupercile și alte microorganisme.
Compușii organici morți se descompun în starea de substanțe anorganice (apă, amoniac, dioxid de carbon, metan, hidrogen sulfurat), revenind la ciclul inițial al materiei.
Efectul distructiv al organismelor asupra rocilor merită o atenție specială. Datorită circulației substanțelor, scoarța terestră este completată cu componente minerale eliberate din litosferă. Prin participarea la descompunerea mineralelor, organismele vii includ astfel un întreg complex de elemente chimice cele mai importante din ciclul biosferei.
Funcții de concentrare
Acumularea selectivă a substanțelor în natură, distribuția lor, circulația materiei vii - toate acestea formează funcțiile de concentrare ale biosferei. Microorganismele joacă un rol deosebit printre cei mai activi concentratori de elemente chimice.
Construcția scheletelor reprezentanților individuali ai lumii animale se datorează utilizării mineralelor împrăștiate. Exemple vii de utilizare a elementelor naturale concentrate sunt moluștele, diatomeele și algele calcaroase, coralii, radiolarii, bureții de silex.
Funcții de gaz
bază proprietatea gazelor materia vie este distribuția substanțelor gazoase de către organismele vii. Pe baza tipului de gaze convertite, se disting o serie de funcții individuale ale gazului:
- Oxigen-forming - restabilirea alimentării cu oxigen a planetei într-o formă liberă.
- Dioxidul - formarea acizilor carbonici biogeni ca urmare a respirației reprezentanților lumii animale.
- Ozon - formarea ozonului, care ajută la protejarea biomasei de efectele distructive ale radiațiilor solare.
- Azot - crearea de azot liber în timpul descompunerii substanțelor de origine organică.
Funcții de formare a mediului
Biomasa are capacitatea de a transforma parametrii fizici și chimici mediu inconjurator pentru a crea condiții care să răspundă nevoilor organismelor vii. De exemplu, se poate evidenția un mediu vegetal, a cărui activitate vitală contribuie la creșterea umidității aerului, la reglarea scurgerii de suprafață și la îmbogățirea atmosferei cu oxigen. Într-o anumită măsură, funcțiile de formare a mediului sunt rezultatul tuturor proprietăților menționate mai sus ale materiei vii.
Rolul omului în formarea biosferei
Apariția omului ca specii separate reflectată în apariția unui factor revoluționar în evoluția masei biologice – transformarea conștientă a lumii înconjurătoare. Progresul tehnologic și științific nu este doar un fenomen al vieții sociale a unei ființe umane, ci se referă într-un fel la procesele naturale de evoluție ale tuturor viețuitoarelor.
Din timpuri imemoriale, omenirea a transformat materia vie a biosferei, ceea ce s-a reflectat în creșterea ratei de migrare a atomilor din mediul chimic, transformarea geosferelor individuale, acumularea fluxurilor de energie în biosferă și schimbarea aspectului Pământului. În prezent, omul este considerat nu doar ca specie, ci și ca o forță capabilă să schimbe învelișurile planetei, care la rândul său este un factor specific al evoluției.
Dorința naturală de a crește populația speciei a condus specia umană la utilizarea activă a resurselor regenerabile și neregenerabile ale biosferei, a surselor de energie, a substanțelor îngropate în cochiliile planetei. Deplasarea reprezentanților individuali ai lumii animale din habitatele lor naturale, distrugerea speciilor în scopuri de consum, transformarea tehnologică a parametrilor de mediu - toate acestea implică dispariția. elemente esentiale biosferă.
Conceptul de biosfere se bazează pe ideea materiei vii. Peste 90% din toată materia vie cade pe vegetația terestră (98% din biomasa terestră). materie vie- cel mai puternic factor geochimic și energetic, forța principală a dezvoltării planetare. Principala sursă de activitate biochimică a organismelor este energia solară utilizată în procesul de fotosinteză de către plantele verzi și unele microorganisme pentru a crea materie organică. Materia organică oferă hrană și energie altor organisme. Fotosinteza a dus la acumularea de oxigen liber în atmosferă, formarea unui strat de ozon care protejează împotriva radiațiilor ultraviolete și cosmice dure, menține compoziția modernă de gaz a atmosferei. Viața pe Pământ a existat întotdeauna sub formă de complexe organizate complex de diferite organisme (biocenoze). În același timp, organismele vii și habitatul lor formează sisteme integrale - biogeocenoze. Nutriția, respirația și reproducerea organismelor și procesele de creare, acumulare și degradare a materiei organice asociate acestora asigură o circulație constantă a materiei și energiei. Acest ciclu este asociat cu migrarea atomilor elementelor chimice prin materia vie. Deci, tot oxigenul atmosferic se întoarce prin materia vie în 2000 de ani, dioxidul de carbon în 300 de ani. Compoziția organismelor în sine este caracterizată de o mare varietate de compuși organici și chimici. Datorită materiei vii, pe planetă s-au format soluri și combustibili minerali organici (turbă, cărbune, poate chiar petrol).
Explorarea proceselor de migrare a atomilor din biosferă, V.I. Vernadsky a abordat problema genezei (originei) elementelor chimice din scoarța terestră și apoi nevoia de a explica stabilitatea compușilor care alcătuiesc organismele. Analizând problema migrației atomice, a ajuns la concluzia că nu există nicăieri compuși organici independenți de materia vie. „Sub denumirea de materie vie”, a scris V.I. Vernadsky în 1919, „Mă voi referi la totalitatea tuturor organismelor, vegetației și animalelor, inclusiv a omului”.
Astfel, materia vie este totalitatea organismelor vii ale biosferei, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie. În anii 1930 IN SI. Vernadsky distinge umanitatea de masa totală a materiei vii ca parte specială. Această separare a omului de toate lucrurile vii a devenit posibilă din trei motive.
În primul rând, umanitatea nu este un producător, ci un consumator de energie biogeochimică. O astfel de teză a necesitat o revizuire a funcțiilor geochimice ale materiei vii din biosferă. În al doilea rând, masa umanității, pe baza datelor demografice, nu este o cantitate constantă de materie vie. Și în al treilea rând, funcțiile sale geochimice sunt caracterizate nu de masă, ci de activitatea de producție.
Dacă o persoană nu s-ar fi remarcat din lumea animală naturală, atunci numărul lui ar fi fost de aproximativ 100 de mii. Astfel de proto-oameni ar trăi într-o zonă limitată, iar evoluția lor ar fi determinată de procese lente care au loc ca urmare a modificărilor genetice ale populației caracteristice speciației. Cu toate acestea, odată cu apariția omului a existat un salt calitativ în dezvoltarea naturii pe Pământ. Există toate motivele să credem că această nouă calitate este asociată cu mintea și conștiința homo sapiens. Astfel, principala diferență de specie a unei persoane este mintea sa și, datorită conștiinței, umanitatea s-a dezvoltat în felul ei. Acest lucru s-a reflectat și în procesul de reproducere umană, deoarece formarea formelor de conștiință mature social necesită perioadă lungă de timp- nu mai puțin de 20 de ani.
Ce caracteristici inerente materiei vii? În primul rând, asta uriașă energie gratuită.În timpul evoluției speciilor, migrația biogenă a atomilor, adică. energia materiei vii a biosferei a crescut de multe ori și continuă să crească, deoarece materia vie prelucrează energia radiației solare, energie Atomică dezintegrarea radioactivă și energia cosmică a elementelor împrăștiate care provin din galaxia noastră. Materia vie are, de asemenea viteză mare de reacții chimiceîn comparație cu materia neînsuflețită, unde procesele similare sunt de mii și milioane de ori mai lente. De exemplu, unele omizi pe zi pot procesa alimente de 200 de ori mai mult decât cântăresc ei înșiși, iar un pițigoi mănâncă atâtea omizi pe zi cât se cântărește singur.
Materia vie se caracterizează prin compușii chimici constitutivi ai acestuia. dintre care cele mai importante sunt proteinele, stabil numai în organismele vii. După finalizarea procesului de viață, substanțele organice vii originale se descompun în constituenți chimici.
Materie vie există pe planetă sub forma unei alternanțe continue de generații, datorită căruia generația nou formată este legată genetic de materia vie a erelor trecute. Aceasta este principala unitate structurală a biosferei, care determină toate celelalte procese de pe suprafața scoarței terestre. Materia vie este caracterizată prezența unui proces evolutiv. Informația genetică a oricărui organism este criptată în fiecare dintre celulele sale. Aceste celule sunt inițial destinate să fie ele însele, cu excepția oului, din care se dezvoltă întregul organism. Astfel, materia vie este în esență nemuritoare.
IN SI. Vernadsky a remarcat că materia vie este inseparabilă de biosferă, este funcția sa și, în același timp, „una dintre cele mai puternice forțe geochimice ale planetei noastre”. Circulația substanțelor V.I. Vernadsky a numit cicluri biogeochimice. Aceste cicluri și cicluri oferă funcții esențiale materie vie în general. Omul de știință a identificat cinci astfel de funcții:
Funcția gaz - efectuat de plantele verzi care eliberează oxigen în procesul de fotosinteză, precum și de toate plantele și animalele care eliberează dioxid de carbon ca urmare a respirației;
Funcția de concentrare - se manifestă prin capacitatea organismelor vii de a acumula multe elemente chimice în corpurile lor (în primul rând este carbonul, printre metale calciul);
Funcția redox - exprimată în transformările chimice ale substanţelor în procesul vieţii. Ca urmare, se formează săruri, oxizi, substanțe noi. Această funcție este asociată cu formarea de minereuri de fier și mangan, calcare etc.;
Funcția biochimică - este definită ca reproducerea, creșterea și mișcarea în spațiu a materiei vii. Toate acestea conduc la circulația elementelor chimice în natură, migrarea lor biogenă;
Funcția activității biogeochimice umane - asociat cu migrarea biogenă a atomilor, care crește de multe ori sub influența activității economice umane. Omul se dezvoltă și folosește pentru nevoile sale un numar mare de substanțe din scoarța terestră, inclusiv cărbune, gaz, petrol, turbă, șist și multe minereuri. În același timp, are loc intrarea antropică în biosferă a substanțelor străine și în cantități care depășesc valoare admisibilă. Acest lucru a dus la o confruntare de criză între om și natură. Motivul principal Criza ecologică iminentă este considerată un concept tehnocratic care consideră biosfera, pe de o parte, ca o sursă de resurse fizice, pe de altă parte, ca o canalizare pentru eliminarea deșeurilor.
Toate procesele ecologice au loc în sisteme care includ materie vie, de aceea este important să se poată distinge materia vie de alte tipuri de substanțe (anorganice, inerte, bioinerte etc.).
Materia vie este ceea ce formează totalitatea corpurilor tuturor, indiferent de apartenența acestora la unul sau la altul grup sistematic. Masa totală (în formă uscată) a materiei vii de pe planeta Pământ este (2,4-3,6) * 10 12 tone.
Materia vie este inseparabilă de și este funcția sa, precum și una dintre cele mai puternice forțe geologice. Este o unitate biologică moleculară inseparabilă, un întreg sistemic cu trasaturi caracteristice, comună pentru întreaga epocă a existenței sale, precum și pentru fiecare epocă geologică individuală. Distrugerea componentelor individuale ale materiei vii poate duce la perturbarea întregului sistem, adică la o catastrofă ecologică și la moartea sistemului de materie vii în ansamblu.
Luați în considerare unele dintre cele mai comune substanțe, indiferent de epoca geologică a existenței sale.
1. Un sistem format din materie vie (un organism) este capabil de creștere, adică crește în dimensiune.
2. Un organism (viu) în timpul existenței sale își păstrează trăsăturile cele mai tipice și este capabil să transmită aceste trăsături prin moștenire, adică este purtător și transmițător.
3. Un organism viu în cursul vieții este capabil de dezvoltare, care este împărțit în două perioade - embrionar și postembrionar.
4. Materia vie ca organism separat este capabilă de reproducere, ceea ce asigură existența acestei specii pentru o lungă perioadă de timp (din poziții istorice).
5. Materia vie se caracterizează prin metabolism direcționat.
Niveluri de organizare a materiei vii
Materia vie, ca totalitate a tuturor organismelor care trăiesc pe Pământ, este formată din mai multe regate (Procariote, Animale, Plante, Ciuperci), care se află în relații complexe. Materia vie are o structură complexă și diferite niveluri de organizare. Să ne uităm la unele dintre ele în ordinea complexității.
1. Molecular-genetic (suborganism) - o formă specială de organizare a vieții, inerentă tuturor organismelor fără excepție, care este o combinație de diverse substanțe organice și anorganice interconectate printr-o anumită structură și un sistem de procese biochimice care permit menținerea acestui ansamblu de compuși ca sistem integral capabil de creștere, dezvoltare, autoconservare și reproducere pe toată durata existenței acestui organism, adică până la moarte.
2. Celular - toate viețuitoarele (cu excepția formelor de viață necelulare) sunt formate din structuri speciale - celule care au o structură strict definită inerentă atât organismelor din regnul Plante, cât și organismelor din regnurile Animalelor și Ciupercilor; unele organisme constau dintr-o singură celulă, prin urmare, la nivel celular, astfel de organisme corespund și unui nou nivel de organizare - organismic (vezi al cincilea nivel de organizare).
3. Țesut - caracteristică organismelor pluricelulare complexe în care s-a produs specializarea celulelor în funcție de funcțiile îndeplinite, ceea ce a dus la formarea țesuturilor - o colecție de celule care au aceeași origine, structură asemănătoare și îndeplinesc aceleași funcții sau similare; Distingeți plante și animale în așa fel încât țesuturile tegumentare, bazice, mecanice, conductoare și meristemele (țesuturile de creștere) să fie izolate de plante; la animale - țesuturi tegumentare, nervoase, musculare și conjunctive.
4. Organ - în organismele foarte organizate, țesuturile formează structuri menite să îndeplinească anumite funcții, care sunt numite organe, iar organele sunt combinate în sisteme de organe (de exemplu, stomacul face parte din sistemul digestiv).
5. Organismic - sistemele de organe sunt combinate în, în timpul funcționării cărora se realizează activitatea vitală a unei anumite ființe vii; cunoscut ca exista in natura număr mare organisme unicelulare.
6. Populație-specie - indivizii aceleiași specii formează grupuri speciale care trăiesc pe un anumit teritoriu dat și ocupă o anumită nișă ecologică, care se numesc populații, iar populațiile de organisme identice formează subspecii și specii.
7. Biogeocenotic - acest nivel de organizare a materiei vii se datorează faptului că un anumit număr de populații trăiesc pe un anumit teritoriu diferite feluri(atât animale, cât și plante, ciuperci, procariote și forme de viață necelulare), care sunt interconectate între ele prin diverse legături, inclusiv cele alimentare.
8. Biosferic - acesta este cel mai înalt nivel de organizare a vieții pe planeta Pământ, care este totalitatea ființelor vii care trăiesc pe ea, care sunt interconectate între ele prin circulația planetară a elementelor chimice și a compușilor chimici; întreruperea acestui ciclu poate duce la catastrofă globalăşi până la moartea tuturor vieţuitoarelor.
În consecință, 1-5 niveluri de organizare sunt caracteristice unui singur organism și 6-8 - pentru o combinație de organisme. Trebuie amintit că omul este o parte integrantă a materiei vii de pe planeta Pământ, dar activitatea sa, datorită prezenței inteligenței, diferă semnificativ de activitatea altor organisme și, cu toate acestea, el este o parte integrantă a naturii și nu „regele” lui.
Scurtă descriere a compoziției chimice a materiei vii
Materia vie este un sistem complex de compuși bioorganici, organici și anorganici. Aproape toate elementele chimice stabile se găsesc în compoziția materiei vii, cunoscută omului, dar în cantități diferite. Acestea sunt împărțite în biogene și non-biogene, în funcție de rolul lor în organismele vii.
Baza materiei vii sunt compușii bioorganici și organici. Substanțele bioorganice includ acizi nucleici, vitamine și. Aceste substanțe sunt numite bioorganice deoarece acești compuși sunt produși în organisme și viața este fundamental imposibilă fără aceste substanțe (acest lucru este valabil mai ales pentru proteine și acizi nucleici). Un exemplu de substanțe organice care alcătuiesc materia vie sunt acizii organici (malic, acetic, lactic etc.), ureea și alți compuși chimici.
Caracteristicile generale ale organismelor celulare, clasificarea lor prin prezența unui nucleu în celulă
Organismele celulare predomină asupra necelulare și au o clasificare complexă. Când s-a studiat structura celulei, s-a constatat că majoritatea formelor celulare ale organismelor din compoziția celulelor conțin în mod necesar un organel special - nucleul. Cu toate acestea, în celulele unor organisme, nucleul este absent. De aceea organisme celulareîmpărțit în două grupuri mari- nucleare (sau eucariote) și nenucleare (sau procariote). În această subsecțiune, vom lua în considerare procariotele.
Procariotele (non-nucleare) sunt organisme ale căror celule nu au un nucleu format separat.
Organismele non-nucleare includ bacterii și alge albastre-verzi, care formează regatul Drobyanka, care face parte din regnul pre-nuclear, sau Procariote. În termeni practici, bacteriile sunt de cea mai mare importanță.
Corpul bacteriilor este format dintr-o singură celulă de diferite forme, care are o membrană și citoplasmă. Organelele pronunțate sunt absente; o celulă conține o moleculă de ADN; este închis într-un inel, locația sa în citoplasmă se numește nucleoid.
După forma celulei, bacteriile sunt împărțite în coci (sferici), bacili (în formă de tijă), vibrion (curbat arcuit), spirilla (curbat sub formă de spirală).
bacteriile se inmultesc împărțirea obișnuită(în condiții favorabile, fiecare diviziune se realizează în 20-30 de minute). La debut Condiții nefavorabile celula bacteriană se transformă într-un spor, care este foarte rezistent la diverși factori - temperatură, umiditate, radiații. Odată ajunși în condiții favorabile, sporii se umflă, membranele lor se sparg și celulele bacteriene devin vital active.
În raport cu oxigenul, se disting anaerobe (trăiesc în medii în care nu există oxigen molecular) și aerobe (O 2 este necesar pentru viața lor), existând și bacterii care pot trăi atât în medii aerobe, cât și anaerobe.
Tipul, criteriile sale și caracteristicile ecologice
Materia vie în natură există sub formă de unități taxonomice discrete separate - specii (specii biologice).
Specii (specii) biologice - ansamblu de indivizi care au caracteristici morfofiziologice comune, asemănări biochimice, genetice (ereditare), se încrucișează liber între ele și dau descendenți fertili, adaptați la condiții similare de existență, ocupând o anumită zonă (zonă de distribuție) în natura, adică ocupând aceeași nișă ecologică.
Speciile sunt formate din populații și subspecii (aceasta din urmă nu este tipică pentru toate speciile). Specia biologică se caracterizează prin următoarele criterii:
1) genetică, adică toți indivizii unei anumite specii au același set de cromozomi;
2) biochimic, adică toți indivizii acestei specii sunt caracterizați de aceiași compuși chimici (, acizi nucleici etc.), care diferă de compușii similari ai altor specii;
3) morfofiziologice, adică organismele din aceeași specie au aspecte comune externă şi structura internași se caracterizează prin aceleași procese care le asigură activitatea vitală;
4) ecologic, adică indivizii unei anumite specii intră în aceleași relații (diferite de alte specii) cu mediul natural;
5) istoric - indivizii unei specii date au aceeași origine și în proces dezvoltarea prenatală parcurge același ciclu al acestei dezvoltări conform legii biogenetice;
6) geografic - indivizii unei anumite specii trăiesc pe un anumit teritoriu și sunt adaptați să existe pe acest teritoriu.
În știința „ecologiei” sunt utilizate pe scară largă următoarele varietăți ale termenului „specie”.
1. Specii dăunătoare – provocând prejudicii economice unei persoane sau cauzatoare de boli; conceptul este relativ, deoarece orice specie care trăiește pe planetă ocupă o anumită nișă ecologică și îndeplinește un anumit rol ecologic; de exemplu, un lup poate provoca mari pagube activității economice umane, dar este „ordonat” al naturii, joacă un rol important în „reducerea” indivizilor neviabili din specia cu care se hrănește.
2. O specie dispărută este o specie care a dispărut ca urmare a proceselor evolutive, de exemplu, un pterodactil.
3. O specie pe cale de dispariție este o specie ale cărei proprietăți nu corespund conditii moderne existența și posibilitățile genetice de a se adapta la viață în condiții noi sunt practic epuizate; astfel de specii pot fi conservate doar ca urmare a cultivării sale complete (incluse în Cartea Roșie).
4. Specie pe cale de dispariție - specie de organisme aflate în pericol de dispariție din cauza faptului că numărul de indivizi supraviețuitori este insuficient pentru reproducerea speciei, dar genetic specia are oportunități favorabile de adaptare la condițiile de mediu (este enumerată în Cartea Roșie ca specie amenințată).
5. Specie protejată - o specie, a cărei vătămare deliberată a indivizilor și încălcarea habitatului său sunt interzise prin anumite acte legislative de diferite ranguri (internațional, statal, local), de exemplu, sable etc.
Structura unei specii este că este formată din indivizi individuali uniți în populații și subspecii. Prezența subspeciilor este tipică numai pentru acele specii care au suprafețe mari, caracterizate printr-o varietate de condiții.
Populație - un grup de indivizi dintr-o anumită specie, capabili să se încrucișeze și să producă descendenți cu drepturi depline, care trăiesc într-un anumit teritoriu care are limite naturale cu alte teritorii, ceea ce face dificilă încrucișarea indivizilor acestei populații cu indivizii altuia. Trebuie amintit că unitatea ecologică a unei specii este populația.
Populațiile tipuri diferite trăind într-un anumit teritoriu formează o biocenoză în care aceste populații sunt legate între ele prin diverse legături, inclusiv cele alimentare.
Substanțele anorganice și rolul lor în materia vie
Materia vie, ca orice altă substanță, este formată din atomi de elemente chimice care alcătuiesc compușii anorganici și organici, a căror totalitate formează materia vie, care este diferită calitativ de compușii chimici individuali atât anorganici, cât și organici.
Substanțele anorganice se numesc substanțe care nu conțin atomi de carbon (cu excepția carbonului însuși, a oxizilor acestuia, a acidului carbonic, a sărurilor sale, rodan, tiocianat, tiocianați, cian, cianuri de hidrogen, cianuri).
Compoziția organismelor include apă, unele săruri de sodiu, potasiu, calciu și alte elemente chimice.
Scurtă descriere a rolului unor oxizi, hidroxizi și săruri în materia vie
Din oxizi din organisme mare importanță are dioxid de carbon (dioxid de carbon, monoxid de carbon (IV), dioxid de carbon (dioxid)). Această substanță este unul dintre produsele respirației (pentru toate organismele!). Când este dizolvat în apă (de exemplu, în citoplasmă, plasma sanguină etc.), dioxidul de carbon formează acid carbonic, care, la disociere, se descompune în ioni de bicarbonat (HCO 3 ) și ioni de carbonat (CO 2-3 ), formând ( împreună ) sistem tampon carbonat, care stabilizează reacția mediului. Excesul de CO 2 este eliminat din organism ca urmare a proceselor care au loc în timpul (în toate organismele: atât plante cât și animale).
Cei mai importanți hidroxizi conținuti în materia vie sunt acizii carbonici (H 2 CO 3 ), fosforici (H 3 PO 4) și alți acizi. După cum sa indicat mai sus (folosind acidul carbonic ca exemplu), acești hidroxizi contribuie la crearea unor sisteme tampon în soluții apoase, ceea ce duce la stabilizarea reacției mediului în protoplasmă sau în alte medii lichide conținute în organism. Acidul fosforic joacă un rol important în formarea diferiților compuși care conțin fosfor (de exemplu, în formarea ADP din AMP sau ATP din ADP; ATP - adenozin trifosfat, ADP - adenozin difosfat, AMP - adenozin monofosfat; aceste substanțe joacă un rol important. rol important în procesele de disimilare şi asimilare).
Acidul clorhidric (HCl) este de asemenea important pentru organisme. Este cuprins în suc gastric sau în soluții care facilitează digestia alimentelor (de exemplu, în stomacul uman).
În organisme, ele sunt într-o stare disociată, adică sub formă de ioni. Să luăm în considerare rolul biologic al unor anioni (ioni încărcați negativ) și cationi (ioni încărcați pozitiv) în materia vie.
Scurtă descriere a rolului biologic al cationilor
În materia vie, următorii cationi sunt de cea mai mare importanță: K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+ și alții.
1. Cationii de sodiu (Na +). Acești ioni creează un anumit presiune osmotica(Presiunea osmotică apare în soluții apoase și este forța sub influența căreia se efectuează osmoza, adică difuzia unidirecțională a substanțelor printr-o membrană semipermeabilă). În plus, împreună cu cationii de potasiu (K +) datorită permeabilității diferite membrana celulara, ele creează un echilibru membranar, în care există o diferență de potențiale biochimice, care asigură conductivitatea celulelor și țesuturilor corpului; participă la schimbul de apă și ioni al corpului în ansamblu. Ele intră în corp (celula) sub formă soluție apoasă clorura de sodiu. La animale și la oameni, ca urmare a transpirației, se poate pierde o cantitate mare de clorură de sodiu, ceea ce le reduce drastic performanța. Acești ioni, împreună cu unii anioni organici și anorganici, reglează echilibrul acido-bazic (de exemplu, cu ioni HCO - 3, CH 3 COO - și alții).
2. K+ cationi. Acești ioni, împreună cu ionii Na +, creează echilibrul membranei. Ele activează sinteza proteinelor, iar în organismele animalelor superioare și ale oamenilor afectează bioritmurile inimii. Ionii K+ fac parte din macrofertilizatoarele - potasiu și afectează semnificativ productivitatea plantelor agricole.
3. Ca 2+ cationi. Acești ioni sunt antagoniști ai ionilor K + (adică prezintă efectul opus față de cei din urmă). Ele fac parte din structurile membranei, formează substanțe pectinice, care se formează substanță intercelularăîn organismele vegetale. Acești ioni din compoziția sărurilor de calciu sunt implicați în formarea celor mai importante țesut conjunctiv- os, care formează scheletul vertebratelor și al oamenilor și al altor organisme (de exemplu, celenterate etc.). Ele reglează procesele de formare a celulelor, participă la implementare contractii musculare, joacă un rol important în coagularea sângelui și în alte procese.
4. Cationii Mg 2+. Rolul acestor ioni este similar (în unele cazuri) cu rolul ionilor de Ca 2+ și sunt conținuți în organisme în anumite proporții. În plus, ionii de Mg 2+ fac parte din cel mai important pigment al plantelor fotosintetice - clorofila, activează sinteza ADN-ului și participă la implementarea metabolismului energetic.
5. Ioni Fe 2+. Ele joacă un rol important în viața multor animale, deoarece fac parte din cel mai important pigment respirator - hemoglobina, care este implicată în procesul de respirație. Ele fac parte din proteina musculară - mioglobina, participă la sinteza clorofilei, adică. Ionii de Fe 2+ stau la baza compușilor prin care se realizează multe procese redox.
6. Ionii Cu 2+, Mn 2+, Cr 3+ și o serie de alți ioni participă, de asemenea, la procesele redox care apar în diferite organisme (acești ioni fac parte din compuși organometalici complecși).
Scurtă descriere a rolului biologic al unor anioni
Cei mai importanți anioni sunt H 2 PO - 4, HPO 2-4, Cl -, I -, PO 3-4, Br -, F -, HCO - 3, NO - 3, SO 2- 4 și o serie de alții. Să luăm în considerare pe scurt rolul unora dintre acești ioni în diferite organisme.
1. Ioni de nitrați și nitriți (NO - 3, respectiv NO - 2).
Ionii care conțin azot joacă un rol important în organismele vegetale, deoarece conțin azot legat în compoziția lor și sunt utilizați (împreună cu cationii de amoniu - NH + 4) pentru sinteza "substanțelor vieții" care conțin azot - proteine și acizi nucleici. Când un exces al acestor ioni pătrunde în corpul plantei, ei se acumulează în ele și, pătrunzând (ca parte a alimentelor) în corpul oamenilor și al animalelor, pot provoca tulburări în metabolismul acestor organisme („otrăvirea cu nitrați și nitriți”). Acest lucru face necesară optimizarea utilizării îngrășămintelor cu azot atunci când acestea sunt aplicate pe sol.
2. Ioni hidro- și dihidrofosfat (HP02-4, respectiv H2PO4).
Acești ioni sunt implicați în metabolism și sunt esențiali în sinteza acizilor nucleici, fosfaților de mono-, di- și triadenozină, care joacă un rol important în schimb de energieși sinteza substanțelor organice în diverse organisme (vegetale, animale etc.). Acești ioni sunt implicați în menținerea echilibrului acido-bazic, menținând, în anumite limite, constanța reacției mediului.
3. Ioni sulfat (SO 2 4) - o sursă de sulf necesară sintezei alfa-aminoacizilor naturali care conțin sulf utilizați în producerea proteinelor. Necesar pentru procesele de sinteză a anumitor vitamine, enzime (în organismele vegetale). La organismele animale, ionii de sulfat sunt produsul reacțiilor de neutralizare a compușilor chimici formați în ficat.
4. Ioni de halogenură (ioni Cl - - clorură, Br - ioni de bromură, I - - ioni de iodură, F - - ioni de fluorură). Sunt contraioni pentru cationi (în special Cl -), adică creează un sistem neutru cu cationi. Sistemul de ioni (cationi și anioni) împreună cu apa creează presiune osmotică și turgor; ionii de clorură sunt macronutrienți pentru animale, iar restul ionilor de halogenură sunt micronutrienți, de exemplu. necesare oricăror organisme în cantități mici (micro). Semnificația ionilor de iodură constă în faptul că aceștia fac parte din cel mai important hormon - tiroxina, iar excesul și deficiența acestor ioni duce la apariția diferitelor boli la om (mixidem și boala lui Graves). Ionii de fluor afectează schimbul în țesut osos dinții, ionii de bromură fac parte din compușii chimici conținuti în glanda pituitară.
Caracteristicile generale și clasificarea compușilor organici care alcătuiesc materia vie și rolul lor ecologic
Substanțele care conțin atomi de carbon (excluzând carbonul, oxizii săi, acidul carbonic, sărurile sale, rodan, rodan-hidrogen, tiocianați, cian, cianuri de hidrogen, cianuri, carbonili și carburi) sunt numite organice.
Substanțele organice au o clasificare foarte complexă. Unele dintre aceste substanțe nu se găsesc în organisme (fie vii sau moarte). Au fost obținute artificial și nu apar în natură. O serie de compuși organici nu sunt „asimilați” de către organisme, adică. nu se descompune în natură sub influența descomponenților și a detritofagelor. Astfel de compuși includ polietilena, SMS (detergenți sintetici), unele pesticide etc. Prin urmare, atunci când se folosesc substanțe organice obținute de om pe cale chimică, este necesar să se țină cont de capacitatea acestora de a suferi diferite transformări în condiții naturale, adică „asimilarea” a acestor substante de catre biosfera .
Substantele organice continute in organism au o mare importanta ecologica, lipsa, excesul sau absenta unei anumite substante duce fie la diverse boli sau la moartea organismului. Acizii nucleici, carbohidrații, grăsimile și vitaminele sunt de cea mai mare importanță.
Conceptul de materie organică sau anorganică devine prea mic și conceptul este introdus pentru a-l înlocui. materie vie a biosferei.
La începutul secolului al XX-lea, V.I. Vernadsky a definit acest concept.
Materie vie -întregul set de corpuri de organisme vii în, indiferent de apartenența lor sistematică.
Definiția nu a venit din cauza dimensiunii.
Masa materiei vii este relativ mică și este estimată la 2,4-3,6·10 12 tone (în greutate uscată) și este mai mică de 10 −6 mase ale altor învelișuri ale Pământului. Dar este una dintre „cele mai puternice forțe geochimice de pe planeta noastră”.
Principalele proprietăți ale materiei vii a biosferei
- Abilitatea de a stăpâni rapid spațiul liber. Acest asociat cu capacitatea de a se reproduceîn special la cele mai simple organisme și cu faptul că multe organisme cresc semnificativ suprafața corpului în timpul creșterii (plante, de exemplu, sau zona comunității).
- Mișcare activă și pasivă.Mișcarea activă a materiei vii a biosferei- mișcarea independentă a organismelor, necesitând cheltuială energetică: peștii pot înota împotriva curentului, păsările zboară, depășirea gravitației etc. Mișcarea pasivă a materiei vii a biosferei- mișcare care nu necesită cheltuieli de energie - sub influența forțelor naturale - gravitație, gravitație etc.
- Stabilitatea materiei vii(organisme) în timpul vieţii şi descompunere rapidă(datorită acţiunii descompunetorilor) după moarte.
Dacă vorbim despre elemente chimice, atunci tocmai datorită acestei proprietăți a materiei vii participă la diferite - etc. - Un grad ridicat de adaptare a materiei vii a biosferei la condițiile de mediu. Faptul că organismele vii au stăpânit toate cele 3 medii - terestru, apă și aer, nu mai surprinde pe nimeni. În plus, există microorganisme care pot rezista atât la temperaturi ridicate, cât și la temperaturi foarte scăzute.
- Rata ridicată a reacțiilor biochimice ale materiei vii.Într-adevăr, rata reacțiilor în organismele vii nu este mai mare de câteva minute, rata ciclului carbonului este de câțiva ani (nu mai mult de 10).
Vernadsky credea că rocile sedimentare au fost formate în principal din produsele activității vitale a organismelor vii. Și acest strat are aproximativ 3 km grosime!
Rată ridicată de reînnoire a materiei vii. Se calculează că în medie pentru biosferă este de 8 ani, în timp ce pentru uscat este de 14 ani, iar pentru ocean, unde predomină organismele cu durată scurtă de viață (de exemplu, planctonul), este de 33 de zile. Ca urmare a ratei ridicate de reînnoire de-a lungul istoriei vieții, masa totală a materiei vii care a trecut prin biosferă este de aproximativ 12 ori masa Pământului. Doar o mică parte din ea (o fracțiune de procent) este conservată sub formă de resturi organice (conform lui V. I. Vernadsky, „a intrat în geologie”), restul a fost inclus în procesele ciclului.
Funcțiile materiei vii din biosfere
- funcția energetică
Producătorii absorb energia solară, transformând substanțele anorganice în organice, descompunetorii descompun substanțele organice în cele anorganice. O parte din energia din proces este transformată în căldură. - concentrarea materiei vii
Ca urmare a activității vitale a organismelor, anumite substanțe se acumulează. - distructiv
Aceasta este o consecință a funcției energetice - materia organică se descompune ca urmare a circulației substanțelor și trece într-o formă minerală (anorganică). - Funcția de formare a mediului a materiei vii
Materia vie se schimbă, transformă mediul. Transport
Interacțiunile alimentare ale materiei vii duc la deplasarea unor mase uriașe de elemente și substanțe chimice împotriva gravitației și în direcție orizontală.
