Определение, отличия и функция
Функции живого вещества в биосфере разнообразны, но все они служат одной цели – движению химических элементов. Зачем необходимо это движение, и каким образом оно происходило 3,5 млрд. лет назад, то есть до того, как на Земле появилась жизнь? С момента своего появления, роль живого вещества в биосфере стала ключевой. Несмотря на незначительную массу, примерно 10-6 массы других оболочек Земли, оно является носителем энергии, благодаря которой это движение происходит.
В понятие «живое вещество биосферы» входят все живые организмы на планете. Независимо от того к какому классу, виду, роду и так далее они относятся. Это не только органические вещества, но и неорганические, а также минералы. «Живет» оно во всех слоях биосферы – в литосфере, гидросфере и атмосфере. Если условия существования непригодны, оно либо впадает в состояние анабиоза, то есть замедляет все свои процессы настолько, что видимые проявления жизни практически отсутствуют, либо погибает.
Отличительные черты и роль
Как же отличить живое вещество биосферы от неживого?
Во-первых, и это самое главное и основное отличие, живое обладает энергией.- Во-вторых, в нем химические реакции проходят гораздо быстрее. Причем разница в скорости протекания может достигать тысяч и даже миллионов раз.
- В-третьих, в состав живого вещества входят такие, которые в неживом существовать не могут. Например, белки.
- В-четвертых, живое вещество имеет способность к саморегулированию. То есть размножается и перемещается. Тем самым заполняя собой все свободное и пригодное пространство.
В-пятых, существует во всех фазовых состояниях. В-шестых, является индивидуальным организмом и при смене поколений, характеризуется преемственностью или наследственностью.
Живое вещество биосферы обеспечивает миграцию химических элементов как от одного организма к другому, так и между организмом и окружающей средой. Перемещение происходит, когда живые организмы переваривают пищу, развиваются и растут, а также передвигаясь в процессе жизнедеятельности. Первое такое перемещение элементов называется химически или биохимическим, а второе – механическим. Причем деятельность живых организмов стремится к тому, чтобы эта миграция шла максимально быстро, а энергия, получаемая от Солнца, использовалась наиболее эффективно. Для этого они постоянно и непрерывно приспосабливаются, адаптируются и развиваются.
Функции
Роль живых организмов в биосфере заключается в выполнении ими нескольких функций. Основными из них являются: энергетическая, деструктивная, концентрационная и средообразующая.
Энергетическая функция. Она связана со способностью зеленых хлорофилльных организмов к фотосинтезу. С помощью полученной ими солнечной энергии, они преобразовывают простейшие соединения такие как, вода, углекислый газ и минералы, в сложные органические вещества, которые, в свою очередь, являются необходимыми для существования других живых существ. Такой способностью обладают растения. Для процесса фотосинтеза они используют всего лишь 1% солнечной энергии, попадающей на Землю. Ежегодно они производят порядка 145 млрд. тонн кислорода, для чего потребляют около 200 млрд. тонн углекислого газа. Органического вещества при этом вырабатывается более 100 млрд. тонн. Так растения пополняют атмосферу свободным кислородом. Если бы растения не делали это постоянного, то кислород, как активный химический элемент, вступал в реакции и образовывал различные соединения и в итоге совершенно исчез из атмосферы Земли. А с ним прекратила бы существование и жизнь. Кроме растений, органическое вещество в очень небольшом количестве – не более 0,5% от общего количества, производят некоторые бактерии. Этот процесс называется хемосинтез. В нем задействована не солнечная энергия, а энергия, выделяющаяся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений.
Синтезированные таким образом органические соединения – белок, сахар и так далее, – вместе с заключенной в них энергией, являются пищей и распространяются по трофической цепи. Кроме того, синтезированная растениями энергия рассеивается как тепло или накапливаться в отмершем органическом веществе, переходя в ископаемое состояние. И в этом следующая функция – деструктивная.
Эта роль живых организмов в биосфере еще носит название минерализация органических веществ. В результате разложения, отмершее органическое вещество преобразовывается в простые неорганические соединения. В этом процессе участвуют живые организмы, выполняющие деструктивную или разрушительную функцию. В трофической цепи они получили название «редуценты». Это грибы, бактерии, черви и микроорганизмы. Результатом разложения являются: углекислый газ, воды, сероводород, метан, аммиак и так далее. Которые, в свою очередь, являются «пищей» для растений. И процесс начинается вновь.
Важную роль играет процесс разложения, проходящий в литосфере. Благодаря ему из горных пород высвобождается такие элементы, как кремний, алюминий, магний и железо.
Редуценты, с помощью имеющихся в их распоряжении кислот, «добывают» и «отправляют» в биотический оборот такие важнейшие химические элементы, как кальций, калий, натрий, фосфор, кремний и различные микроэлементы. Благодаря деструкторам, почва обретает свою плодородность.
Еще одна функция живых организмов – концентрационная. Под нею подразумевается процесс, в ходе когда некоторые их виды извлекают, а затем накапливают у себя определенные химические элементы. В этом случае концентрация таких элементов, как: углерод, водород, азот, натрий, магний, кремний, сера, хлор, калий, кальций и кислород, может быть в сотни и тысячи раз выше, чем в окружающей среде. Например, марганца в 1200000 раз, серебра – 240000, а железа – в 65000. Яркими примерами такого накопления могут быть раковины, панцири и скелеты. С элементами «пригодными» для накопления, некоторые виды накапливают в себе ядовитые, отравляющие и радиоактивные вещества. И попадание их в пищевую цепь явно не носит положительного характера.
Противоположностью концентрационной функции является рассеивающая. Она проявляется при различных выделениях, перемещениях и тому подобное. Например, происходит рассеивание железа из крови, при укусах различных насекомых или кровососущих.
Биосфера – это не только взаимодействие между живыми организмами и обмен между ними энергией. Существенная роль живых организмов в биосфере – это ее преобразование. Живые организмы меняют физико-химические параметры окружающей их среды, а такая их функция получила название «средооразующей». Она, как результат всех ранее рассмотренных функций в совокупности. Извлечение химических элементов, накопление их, а затем, с помощью полученной энергии, «отправление» в путь по биологическому кругообороту, привело к существенным изменениям природной среды. За миллиарды лет изменился газовый состав атмосферы, химический – вод, появились осадочные породы и донные отложения, возник плодородный почвенный покров. И в настоящее время мы сталкиваемся с этим влиянием.
Преобразовывая внешнюю среду, организмы создают оптимальный баланс энергии и «питательного» вещества для своего существования и всей биосферы в целом. Этот баланс в результате многочисленных внутренних и внешних воздействий, всегда находится под угрозой разрушения. И вещество, за счет перечисленных своих качеств, сопротивляется такому влиянию, восстанавливает нарушенное и приводит систему в стабильное состояние.
Рассматриваемые функции живых организмов в биосфере касались двух этапов преобразования органического вещества в неорганическое и наоборот. На этих этапах свою роль играют растения, как продуценты, и бактерии, грибы и микроорганизмы, как редуценты. Какова же роль консументов или потребителей, основными видами которых являются животные?
Животные
Самый насыщенный, с точки зрения количества переходов от одного организма к другому, является этап между тем, как растения произвели кислород и заканчивается тем, когда погибший организм попал «на стол» разрушителей.
Пища, богатая химическими элементами и энергией, начинает свое «путешествие по желудкам» потребителей со второго этапа трофической цепи. Животные поедают растения, их ткань и соки. Они называются фитофагами. К ним относят также фитонематодов. Это насекомые и моллюски, также питающиеся растительной пищей. Растительной пищи фитофаги усваивают немного, но этого хватает для роста и развития их организмов, а также для продолжения рода. На этом этапе часть энергии, выработанной ранее растениями и поглощенной фитофагами, теряется. Фитофагами питаются зоофаги. Это третий уровень пищевой цепи. К зоофагам относят хищников и паразитов. Этот этап передачи энергии и миграции органического вещества очень многослоен. Хищники есть на каждой его ступеньке или разряде. Хищник, которого никто не может съесть в живом виде, стоит на верхней ступени пищевой цепи. Количество потребляемой энергии от ступени к ступени расходуется весьма незначительно.
Следующий уровень использует не более 1% энергии предыдущего. С гибелью фитофагов и зоофагов, их тела попадают к сапрофагам и бактериям. Сапрофаги – это те же разрушители, редуценты или могильщики. На их «столе» завершает свое путешествие органическое вещество. Круг замкнулся. В процессе этого круговорота количество вещества или химических элементов осталось прежнее. Каким оно и было миллионы лет назад. Израсходовано только энергия. Считается, что роль животных в биосфере в том, что они способствуют перемещению химических веществ, участвуют в их распределении и в обмене энергией. Но их роль представляется несколько шире. Как живая самоорганизующаяся система биосфера стремиться к равновесию и поддержанию своего внутреннего баланса. Масса ее живого вещества должна поддерживаться в определенном объеме и эту функцию выполняют животные. Примером могут быть те биосистемы, где животный мир исчез или на грани того. Объем вещества в результате падает, что неукоснительно приводит к разрушению баланса и гибели системы.
