Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Жива речовина планети

Поняття «жива речовина» увів у науку В. І. Вернадський. Жива речовина — це сукупність усіх живих організмів планети незалежно від їхньої природи.

Жива речовина є найпотужнішим геохімічним й енергетичним чинником, провідною силою планетарного розвитку. На неї припадає всього 0,01 % маси всієї біосфери (97 % — рослини й 3 % — тварини й інші організми), проте саме з нею пов’язані найважливіші функції живої оболонки. Основними властивостями живої речовини є високоорганізована внутрішня структура, обмін речовин, ріст, самовідтворення, здатність нагромаджувати й передавати енергію ланцюгами живлення, зміна абіотичного середовища, адаптивність тощо.

Жива речовина протидіє хаосові й ентропії. Вона використовує прямо й непрямо сонячну енергію й утворює з бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично більш впорядковані сполуки — вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти й інші — або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окиснює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки. «Можна без перебільшення стверджувати, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, цілком перебуває під упливом життя й визначений організмами», — зауважував В. І. Вернадський. Наприклад, бактерії однієї з груп — ферумо-бактерії — дістають необхідну для життя енергію в результаті окиснення сполук Феруму(ІІ) до сполук Феруму(ІІІ). Під час утворення біомаси цих бактерій масою 1 г відбувається окиснення солей Феруму(ІІ) масою близько 500 г. Кінцеві продукти — солі Феруму(ІII) — відкладаються навколо бактеріальної клітини й утворюють так звану болотну руду. Саме з неї за часів Київської Русі виплавляли чавун. На прикладі ферумобактерій можна спостерігати кілька функцій живої речовини: окиснення; концентрування; перерозподілення хімічних елементів.

Жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема дуже швидким колообігом. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса, тобто маса рослин, — щодня.

У процесі життєдіяльності тварин, рослин і мікроорганізмів відбувається безперервний обмін речовин між біотою та навколишнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу організмів. Образно можна сказати, що ми п’ємо воду, яка колись була складником тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо повітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.

В. І. Вернадський сформулював основний закон біосфери: кількість живої речовини є планетною константою від часів архейської ери, тобто за весь геологічний час.

Основні властивості живої речовини:

  • високоорганізована внутрішня структура;
  • здатність уловлювати із зовнішнього середовища і трансформувати речовини й енергію та забезпечувати ними процеси своєї життєдіяльності;
  • здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища попри коливання умов середовища зовнішнього, якщо ці коливання сумісні із життям;
  • здатність до самовідтворення розмноженням.

Жива речовина існує у формі організмів (індивідів), які й собі групуються в більш-менш дискретні одиниці існування матерії — види. Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця програма зреалізована в характерних, притаманних лише цьому організму зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначені генотипом, називають фенотипом. Завдяки йому нього організм оптимально пристосований до навколишнього середовища, перебуває з ним у найгармонійніших відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Отже, утрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.

Жива речовина здатна зберігатися навіть в умовах космосу. Так, третя експедиція американських астронавтів забула на Місяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на Землю, на внутрішньому боці кришки об’єктива було виявлено земні бактерії, які пережили тривале перебування за межами рідної планети. Проте потрібно пам’ятати, що, попри великі потенційні можливості, «працює» жива речовина лише в межах біосфери.

Основна планетарна функція живого полягає у зв’язуванні та запасанні сонячної енергії, необхідної для підтримки багатьох геохімічних процесів у біосфері.

Виокремлюють такі основні біохімічні функції живої речовини (табл. 11.2).

Таблиця 11.2. Основні біохімічні функції живої речовини

Енергетична (геохімічна)

Зв’язування й запасання сонячної енергії в органічній речовині та подальше розсіювання енергії під час мінералізації органічної речовини. Отримана енергія ділиться на три частини: одна частина розподіляється між компонентами оболонки, друга накопичується в омертвілій органіці (завдяки чому утворюються нафта, вугілля тощо), третя частина просто зникає. Ця функція пов’язана з харчуванням, диханням, розмноженням та іншими процесами життєдіяльності організмів

Газова

Здатність організмів змінювати та підтримувати певний газовий склад середовища існування та атмосфери в цілому, Світового океану, ґрунту. Із цією функцією пов’язана поява перших аеробних організмів (тих, які існують у середовищі, що містить кисень), створення умов для синтезу й утворення озонового шару в атмосфері. У першому випадку почалися окиснювально-відновні процеси, а в другому — виникла можливість освоєння організмами суходолу

Концентраційна

Із самої назви зрозуміло, що вона полягає в концентруванні та накопиченні. Організми вбирають і накопичують біогенні елементи з навколишнього середовища, у результаті чого, наприклад, отримують корисні вітаміни, а також шкідливі для людського здоров’я важкі металічні елементи. Результатом концентраційної діяльності живої речовини є також утворення покладів горючих копалин, вапняків, руд тощо

Окиснювально-відновна

Окиснення та відновлення різноманітних речовин за участі організмів. Під упливом останніх відбувається міграція атомів і йонів елементів зі змінною валентністю (Fe, Mn, S, Р, N тощо), утворюються нові сполуки, відбувається відкладення сульфідів і самородної сірки, утворення гідрогенсульфіду тощо

Деструктивна

Руйнування організмами та продуктами їхньої життєдіяльності решток органічної та коєної речовин. Її виконують сапротрофні гриби та бактерії (деструктори)

Транспортна

Перенесення речовини та енергії в результаті активного руху організмів (приклад, міграція тварин)

Середовище-утворювальна

Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Ця функція є інтегральною та має різні масштаби виявлення

Розсіювальна

Розсіювання речовин у навколишньому середовищі. Виражена через трофічну та транспортну діяльності організмів

Інформаційна

Накопичення живими організмами певної інформації, закріплення її в спадкових структурах і передавання наступним поколінням. Один з виявів адаптаційних механізмів

Біогеохімічна діяльність людини

Перетворення та перенесення речовин біосфери в результаті діяльності людини для побутових потреб (наприклад, використання нафти, вугілля, газу тощо)

Уся жива речовина має єдину фізико-хімічну природу (закон фізико-хімічної єдності живої речовини).

Особливості живої речовини, які зумовлюють високу перетворювальну діяльність, можна схарактеризувати як:

  • здатність швидко освоювати весь вільний простір;
  • активний і пасивний рух організмів;
  • стійкість за життя й швидке розкладання після смерті;
  • висока адаптивність до різних умов;
  • велика швидкість перебігу реакцій;
  • висока швидкість оновлення.

Наслідки діяльності організмів позначилися на всіх оболонках Землі: атмосфері, літосфері, гідросфері.