IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Учение о биосфере Земли – это наиболее интересное обобщение современного естествознания. Оно является научной основой для исследования природных объектов и комплексного подхода при организации современного производства и других видов антропогенной деятельности. Установлено, что жизнь на планете протекает и развивается лишь в тонком слое атмосферы – тропосфере, во всей гидросфере и в верхних слоях литосферы. Эту тонкую земную оболочку, населенную организмами, принято называть биосферой. Биосфера – область жизни, пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.

Великий русский академик В.И. Вернадский¹ впервые научно обосновал единство человека и биосферы и создал учение о биосфере. Центральным понятием этого учения является мысль о том, что биосфера – своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Согласно теории В.И. Вернадского, биосфера в своём строении содержит следующие категории веществ:

1) живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих биосферу, характеризуется особым химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Живое вещество есть функция биосферы, а биосфера может быть рассмотрена как результат развития живого вещества;

2) биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть, торф, мел);

3) биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды). Биокосное вещество имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода);

4) косное вещество – всё, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел);

5) радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.);

6) рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии;

7) вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны, другие микрочастицы.

В пределах биосферы существуют четыре среды жизни: неживые (вода, воздух), биокосная (почва) и живая (организмы).

Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, а также от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически открытой – незамкнутой термодинамической системой, в которой идет поглощение и отдача энергии из внешней среды.

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более двух миллионов видов организмов. Из них на долю растений приходится около 500 тыс. видов, а на долю животных более 1,5 млн видов. Самая многочисленная по числу видов группа – это насекомые (около 1 млн) видов. Организмы, составляющие биомассу, обладают способностью воспроизводства – размножения и распространения по планете.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и проходит сквозь живое вещество.

Живое вещество играет важную роль в биогеохимичесих процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ и энергий. Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно производит гигантскую геохимическую работу, способствую преобразования других оболочек Земли в геологическом масштабе земли. Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые организмы улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают её в виде энергии сложных органических соединений (входящую в состав биомассы), передают её друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозём, глина, известняк, руда, угли и нефть) образовались под воздействием живой материи.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как устройства, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Особенности функционирования живых существ:

• способность к самовоспроизведению;

• способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;

• способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экономична.

Рассмотрим свойства живого вещества.

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы недолговременна.

2. В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят во много раз быстрее, чем в неживом. Для жизненных процессов характерным является процесс: полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна её собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.

3. Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).

4. Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счёт направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).

5. Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда, как количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., – значительно ниже.

6. Живое вещество представлено индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных – киты. По мнению В.И. Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.

7. Живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например, в виде популяционного вида, т.е. может существовать только в виде биоценоза.

8. Всё живое из живого – это отличительная особенность живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох.

В.И. Вернадский выделяет следующие функции живого вещества:

- газовая;

- транспортная (перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении);

- кислородная;

- концентрационная (выборочное накопление в ходе жизнедеятельности отдельных видов вещества, использованной для создания организма);

- деструктивная (разрушения органических веществ, неживого неорганического вещества, минерализация небиогенного органического вещества);

- метаболизма и дыхания организмов;

- энергетическая (поглощение солнечной энергии в процессе фотосинтеза, передача энергии пищевыми цепями разнородного живого вещества);

- средообразующая (превращение физико-химических параметров среды);

- информационная функция живого вещества биосферы. Организмы оказались способными к получению информации путём соединения потока энергии с активной молекулярной структурой. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

Берегите природу!

Список использованных источников

1. Вернадский, В. И. Биосфера и ноосфера. – М.: Айрис-пресс, 2012. – 576 с.

2. Вернадский, Владимир Иванович // Новая российская энциклопедия. – М.: Энциклопедия, 2007. – Т. 3. – С. 375.

3. Вернадский В.И. О коренном материально-энергетическом отличии живых и косных тел биосферы // «Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков», сост. Г.П. Аксенов. – М.: Современник, 1993.

4. В.И. Вернадский. Размышления натуралиста. Научная мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1977; Изучение явлений жизни и новая физика, 1931; Биогеохимические очерки. – М.-Л.: изд-во АН СССР, 1940.

5. Интернет-ресурс: http://biofile.ru/bio/2508.html.

6. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов-н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

1

Код для цитирования: Скопировать