פונקציות של חומר חי. חומר חי. תכונות ותפקודים של חומר חי

חומר חי- אורגניזמים חיים המאכלסים את הפלנטה שלנו.

מסת החומר החי היא רק 0.01% מהמסה של הביוספרה כולה. עם זאת, החומר החי של הביוספרה הוא המרכיב העיקרי שלה.

הריכוז הגדול ביותר של חיים בביוספרה נצפה בגבולות המגע בין קונכיות כדור הארץ: האטמוספירה והליתוספירה (פני הקרקע), האטמוספרה וההידרוספרה (פני האוקיינוס), ובמיוחד בגבולות של שלוש קונכיות - האטמוספירה, ההידרוספירה. וליתוספרה (אזורי חוף). אלו המקומות שבהם V.I. ורנדסקי כינה "סרטי החיים". מעלה ומטה ממשטחים אלה, ריכוז החומר החי יורד.

התכונות הייחודיות העיקריות של חומר חי כוללות את הדברים הבאים:

1. היכולת לכבוש במהירות (מאסטר) את כל השטח הפנוי.תכונה זו קשורה הן לרבייה אינטנסיבית והן ליכולת של אורגניזמים להגדיל באופן אינטנסיבי את פני השטח של גופם או הקהילות שהם יוצרים.

2. התנועה היא לא רק פסיבית, אלא גם אקטיבית,כלומר, לא רק בפעולת הכבידה, כוחות הכבידה וכו', אלא גם נגד זרימת המים, כוח המשיכה, תנועה זרמי אווירוכולי.

3. התמדה במהלך החיים ופירוק מהיר לאחר המוות(הכללה במחזור החומרים). בשל ויסות עצמי, אורגניזמים חיים מסוגלים לשמור על קבוע תרכובת כימיתותנאים סביבה פנימיתלמרות שינויים משמעותיים בתנאים סביבה חיצונית. לאחר המוות, היכולת הזו אובדת, ושרידים אורגניים נהרסים מהר מאוד. האורגני וכתוצאה מכך חומרים אנאורגנייםכלולים במחזור.

4. יכולת הסתגלות גבוהה (הסתגלות)ל תנאים שוניםובהקשר זה, התפתחות לא רק של כל סביבות החיים (מים, אוויר קרקע, אדמה, אורגניזם), אלא גם תנאים קשים ביותר מבחינת פרמטרים פיזיקו-כימיים (מיקרואורגניזמים נמצאים במעיינות תרמיים עם טמפרטורות גבוהות יותר עד 140 מעלות צלזיוס, במימי כורים גרעיניים, בסביבה נטולת חמצן).

5. תגובות מהירות בצורה פנומנלית.הוא גדול בכמה סדרי גודל מאשר בחומר דומם.

6. קצב התחדשות גבוה של חומר חי.רק חלק קטן מהחומר החי (שברירי אחוז) נשמר בצורה של שאריות אורגניות, בעוד השאר נכלל כל הזמן בתהליכי המחזור.

את כל נכסים ברשימהחומר חי נקבע על ידי הריכוז בו של מאגרי אנרגיה גדולים.

הפונקציות הגיאוכימיות העיקריות הבאות של חומר חי נבדלות:

1. אנרגיה (ביוכימית)- קשירה ואחסון של אנרגיית השמש בחומר אורגני ופיזור אנרגיה לאחר מכן במהלך צריכה ומינרליזציה של חומר אורגני. פונקציה זו קשורה לתזונה, נשימה, רבייה ותהליכים חיוניים אחרים של אורגניזמים.

2. גַז- היכולת של אורגניזמים חיים לשנות ולשמור על משהו מסוים הרכב הגזסביבה ואווירה בכלל. שתי תקופות קריטיות (נקודות) בהתפתחות הביוספרה קשורות לתפקוד הגז. הראשון שבהם מתייחס לזמן שבו תכולת החמצן באטמוספרה הגיעה לכ-1% מהרמה הנוכחית. זה הוביל להופעת האורגניזמים האירוביים הראשונים (המסוגלים לחיות רק בסביבה המכילה חמצן). נקודת המפנה השנייה קשורה לזמן שבו ריכוז החמצן הגיע לכ-10% מהנוכחי. זה יצר תנאים לסינתזה של אוזון והיווצרות שכבת האוזון ב שכבות עליונותהאטמוספירה, שאיפשרה לאורגניזמים להתיישב באדמה.

3. ריכוז- "לכידה" מהסביבה על ידי אורגניזמים חיים והצטברות אטומים ביוגנים בהם יסודות כימיים. יכולת הריכוז של חומר חי מגדילה את תכולת האטומים של יסודות כימיים באורגניזמים בהשוואה לסביבה בכמה סדרי גודל. התוצאה של פעילות הריכוז של החומר החי היא היווצרות מרבצים של דלקים מאובנים, אבן גיר, מרבצי עפרות וכו'.

4. מבחינה חמצונית- צמצום - חמצון והפחתה חומרים שוניםמערב אורגניזמים חיים. בהשפעת אורגניזמים חיים, ישנה נדידה אינטנסיבית של אטומים של יסודות בעלי ערכיות משתנה (Fe, Mn, S, P, N וכו'), נוצרות תרכובות חדשות שלהם, סולפידים וגופרית מינרליים מושקעים ומימן גופרתי נוצר.

5. הַרסָנִי- הרס על ידי אורגניזמים ותוצרים של פעילותם החיונית של שרידי חומר אורגני וחומרים אינרטיים. את התפקיד המשמעותי ביותר בהקשר זה ממלאים מפרקים (הורסים) - פטריות ספרופיטיות וחיידקים.

6. תַחְבּוּרָה- העברת חומר ואנרגיה כתוצאה מצורת התנועה הפעילה של אורגניזמים.

7. יוצרת סביבה- טרנספורמציה של פרמטרים פיזיקליים וכימיים של המדיום. התוצאה של הפונקציה יוצרות הסביבה היא הביוספרה כולה, והקרקע כאחד מבתי הגידול, ועוד מבנים מקומיים.

8. פִּזוּר- פונקציה הפוכה לריכוז - פיזור של חומרים ב סביבה. למשל, פיזור החומר במהלך הפרשת הפרשות על ידי אורגניזמים, החלפת כיסויים וכו'.

9. מידע- הצטברות מידע מסוים על ידי אורגניזמים חיים, קיבועו במבנים תורשתיים והעברתו לדורות הבאים. זהו אחד הביטויים של מנגנוני הסתגלות.

10. פעילות אנושית ביו-גיאוכימית- טרנספורמציה ותנועה של חומרים של הביוספרה כתוצאה מפעילות אנושית לצרכים כלכליים וביתיים של אדם. לדוגמה, השימוש ברכזי פחמן - נפט, פחם, גז.

לפיכך, הביוספרה היא מערכת דינמית מורכבת הלוכדת, צוברת ומעבירה אנרגיה באמצעות חילופי חומרים בין חומר חי לסביבה.

מבוא

הביוספרה (במובן המודרני) היא מעין קונכייה של כדור הארץ, המכילה את מכלול היצורים החיים ואת אותו חלק של החומר של כוכב הלכת שנמצא בחילופי מתמשכים עם האורגניזמים הללו. כיסויי ביוספרה החלק התחתוןאטמוספירה, הידרוספירה ו חלק עליוןליתוספרה. המושג "חומר חי" מתייחס למכלול היצורים החיים של הביוספרה. אזור החלוקה כולל את החלק התחתון של מעטפת האוויר (אטמוספירה), את כל מעטפת המים (הידרוספירה) ואת החלק העליון קליפה קשה(ליתוספירה). מושג זה הוצג על ידי V. I. Vernadsky. הוא ציין שיש חילופי אנרגיה מתמשכים בין החלק האדיש וחסר החיים של הביוספרה, גופים טבעיים אינרטיים ואורגניזמים חיים המאכלסים אותו. החומר החי ממלא את התפקיד החשוב ביותר בהשוואה לחומרים אחרים של הביוספרה, ומבצע מספר פונקציות חשובות.

תפקוד אנרגיה

את פעולת האנרגיה מבצעים בעיקר צמחים, אשר בתהליך הפוטוסינתזה צוברים אנרגיית שמש בצורה של תרכובות אורגניות שונות. כדי שהביוספרה תתקיים ותתפתח, היא זקוקה לאנרגיה. אין לו מקורות אנרגיה משלו והוא יכול לצרוך אנרגיה רק ​​ממקורות חיצוניים. המקור העיקרי לביוספרה הוא השמש. בהשוואה לשמש, תרומת האנרגיה של ספקים אחרים (חום פנימי של כדור הארץ, אנרגיית גאות ושפל, קרינה קוסמית) לתפקוד הביוספרה היא זניחה (כ-0.5% מכלל האנרגיה הנכנסת לביוספרה). אור השמש לביוספרה הוא אנרגיית קרינה מפוזרת בעלת אופי אלקטרומגנטי. כמעט 99% מאנרגיה זו הנכנסת לביוספרה נספגת באטמוספרה, ההידרוספירה והליתוספירה, ומשתתפת גם בתהליכים הפיזיקליים והכימיים הנגרמים ממנה (תנועת אוויר ומים, בליה וכו') רק כ-1% מצטברים ב- הקישור העיקרי של קליטתו מועבר לצרכנים בצורה מרוכזת. לפי ורנדסקי, אורגניזמים של כלורופיל ירוק, צמחים ירוקים, הם המנגנון העיקרי של הביוספרה הלוכדת קֶרֶן שֶׁמֶשׁויוצר בפוטוסינתזה גופים כימיים - מעין אנרגיה סולארית משומרת, שהאנרגיה שלה הופכת מאוחר יותר למקור לאנרגיה כימית יעילה של הביוספרה, ובמידה רבה - את כל קרום כדור הארץ. ללא תהליך זה של הצטברות והעברת אנרגיה על ידי חומר חי, התפתחות החיים על פני כדור הארץ והיווצרות הביוספרה המודרנית תהיה בלתי אפשרית.

כל שלב שלאחר מכן בהתפתחות החיים לווה בספיגה אינטנסיבית יותר ויותר של אנרגיית השמש על ידי הביוספרה. במקביל, עלתה עוצמת האנרגיה של הפעילות החיונית של אורגניזמים בסביבה טבעית משתנה, והצטברות והעברת האנרגיה בוצעו תמיד על ידי חומר חי. הביוספרה המודרנית נוצרה כתוצאה מאבולוציה ארוכה בהשפעת שילוב של גורמים קוסמיים, גיאופיזיים וגיאוכימיים. המקור המקורי של כל התהליכים המתרחשים על פני כדור הארץ היה השמש, אבל תפקיד ראשילפוטוסינתזה תפקיד בהיווצרות ובהתפתחות של הביוספרה. הבסיס הביולוגי של התהוות הביוספרה קשור להופעת אורגניזמים המסוגלים להשתמש במקור אנרגיה חיצוני, במקרה זה באנרגיה של השמש, כדי ליצור חומרים אורגניים הנחוצים לחיים מהתרכובות הפשוטות ביותר.

פוטוסינתזה מובנת כשינוי על ידי צמחים ירוקים ומיקרואורגניזמים פוטוסינתטיים בהשתתפות אנרגיית אור ופיגמנטים סופגי אור (כלורופיל וכו') של התרכובות הפשוטות ביותר (מים, פחמן דו חמצני ו יסודות מינרליים) לחומרים אורגניים מורכבים הנחוצים לחיי כל האורגניזמים. התהליך מתנהל כדלקמן. פוטון של אור השמש מקיים אינטראקציה עם מולקולת כלורופיל הכלורופלסט של עלה ירוק, וכתוצאה מכך משתחרר אלקטרון מאחד האטומים שלו. האלקטרון הזה, הנע בתוך הכלורופלסט, מגיב עם מולקולת ADP, אשר, לאחר שקיבלה מספיק אנרגיה נוספת, הופכת למולקולת ATP, חומר שהוא נושא אנרגיה. מולקולת ATP נרגשת בתא חי המכילה מים ופחמן דו חמצני תורמת ליצירת מולקולות סוכר וחמצן, בעוד בעצמה מאבדת חלק מהאנרגיה שלה והופכת חזרה למולקולת ADP.

כתוצאה מהפוטוסינתזה, צמחיית הגלובוס קולטת מדי שנה כמאתיים מיליארד טונות של פחמן דו חמצני ומשחררת כמאה וארבעים וחמישה מיליארד טונות של חמצן חופשי לאטמוספירה, עם היווצרות של יותר ממאה מיליארד טונות של פחמן דו חמצני. חומר אורגני. אלמלא הפעילות החיונית של הצמחים, מולקולות החמצן הפעילות ביותר היו נכנסות לתגובות כימיות שונות, וחמצן חופשי היה נעלם מהאטמוספירה בעוד כעשרת אלפים שנה. למרבה הצער, ההפחתה הברברית של הכיסוי הירוק של כדור הארץ על ידי האדם היא איום אמיתיהרס הביוספרה המודרנית. בתהליך הפוטוסינתזה, במקביל להצטברות החומר האורגני והפקת החמצן, הצמחים קולטים חלק מאנרגיית השמש ושומרים אותה בביוספרה. כ-1% מאנרגיית השמש הנופלת על כדור הארץ משמשת לפוטוסינתזה. אולי זה דירוג נמוךקשור לריכוז נמוך של פחמן דו חמצני באטמוספרה ובהידרוספירה. מדי שנה, אורגניזמים פוטוסינתטיים ביבשה ובאוקיינוס ​​קושרים כ-3,1018 קילו-ג'יי של אנרגיה סולארית, שהם פי עשרה יותר מהאנרגיה המשמשת את האנושות.

בניגוד לצמחים ירוקים, קבוצות מסוימות של חיידקים מסתנתזות חומר אורגנילא נובע מאנרגיה סולארית, אלא מהאנרגיה המשתחררת במהלך תגובות החמצון של תרכובות גופרית וחנקן. תהליך זה נקרא כימוסינתזה. בהצטברות של חומר אורגני בביוספרה, הוא, בהשוואה לפוטוסינתזה, משחק זניח תפקיד קטן. בתוך מערכת אקולוגית, אנרגיה בצורת מזון מופצת בין בעלי חיים. חומרים אורגניים המסונתזים על ידי צמחים ירוקים וכימובקטריות (סוכרים, חלבונים וכו'), העוברים ברציפות מאורגניזם אחד לאחר בתהליך התזונה שלהם, מעבירים את האנרגיה הכלולה בהם. צמחים נאכלים על ידי בעלי חיים אוכלי עשב, אשר בתורם הופכים לקורבנות של טורפים וכו'. זרימה עקבית ומסודרת זו של אנרגיה היא תוצאה של תפקוד האנרגיה של החומר החי בביוספרה.

פונקציה הרסנית

מינרליזציה של חומרים אורגניים, פירוק חומר אורגני מת לתרכובות אנאורגניות פשוטות, פירוק כימי של סלעים, מעורבות המינרלים הנוצרים במחזור הביוטי קובע את התפקוד ההרסני (ההרסני) של החומר החי. פונקציה זו מבוצעת בעיקר על ידי פטריות וחיידקים. חומר אורגני מת מתפרק לתרכובות אנאורגניות פשוטות (פחמן דו חמצני, מים, מימן גופרתי, מתאן, אמוניה וכו'), המשמשות שוב בקישור הראשוני של המחזור. זה נעשה על ידי קבוצה מיוחדת של אורגניזמים - מפרקים (הורסים).

יש לציין במיוחד את הפירוק הכימי של סלעים. הודות לחומר חי, המחזור הביוטי מתחדש במינרלים המשתחררים מהליתוספירה. לדוגמה, פטריית עובש בתנאי מעבדה שחררה 3% מהסיליקון הכלול בה, 11% מאלומיניום, 59% מגנזיום, 64% ברזל מסלע וולקני בשבוע. הכי חזק חשיפה כימיתלחיידקים, לאצות כחולות ירוקות, לפטריות ולחזזיות יש תמיסות של קומפלקס שלם של חומצות - פחמן, חנקתי, גופרית וחומצות אורגניות שונות על סלעים. על ידי פירוק מינרלים מסוימים בעזרתם, אורגניזמים מחלצים באופן סלקטיבי וכוללים במחזור הביוטי את החומרים המזינים החשובים ביותר - סידן, אשלגן, נתרן, זרחן, סיליקון, מיקרו-אלמנטים. משקל כולליסודות האפר, המעורבים מדי שנה במחזור הביוטי רק ביבשה, הם כשמונה מיליארד טון, וזה גדול פי כמה ממסת תוצרי התפרצות כל הרי הגעש בעולם במהלך השנה. הודות לפעילות החיונית של אורגניזמים משמידים, נכס ייחודיקרקעות - פוריותן.

תפקוד ריכוז

תפקוד ריכוז (צבר) - הצטברות סלקטיבית של חומרים מסוימים הפזורים בטבע - מימן, פחמן, חנקן, חמצן, סידן, מגנזיום, נתרן, אשלגן, זרחן ועוד רבים אחרים, כולל מתכות כבדות, ביצורים חיים. קונכיות רכיכות, קונכיות דיאטום, שלדי בעלי חיים הם כולם דוגמאות לביטוי של פונקציית הריכוז של חומר חי.

היכולת לרכז יסודות מתמיסות מדוללות היא תכונה בולטתחומר חי. הרכזים הפעילים ביותר של יסודות רבים הם מיקרואורגניזמים. לדוגמה, במוצרי הפסולת של חלקם, בהשוואה לסביבה הטבעית, תכולת המנגן גדלה פי 1,200,000, ברזל - ב-65,000, ונדיום - ב-420,000, כסף - פי 240,000.

אורגניזמים ימיים מתרכזים באופן פעיל מינרלים מפוזרים כדי לבנות את השלדים או הכיסויים שלהם. אז, ישנם אורגניזמים סידן - אצות גירניות, רכיכות, אלמוגים, בריוזואנים, עגולים וכו', וסיליקון - דיאטומים, ספוגי סיליקון, רדיולרינים. תשומת - לב מיוחדתראויה ליכולת של אורגניזמים ימיים לצבור יסודות קורט, מתכות כבדות, כולל רעילים (כספית, עופרת, ארסן) ואלמנטים רדיואקטיביים. בגוף של חסרי חוליות ודגים, ריכוזם יכול להיות גדול פי מאות אלפי מונים מהתוכן במי הים. כתוצאה מכך, אורגניזמים ימיים שימושיים כמקור ליסודות קורט, אך יחד עם זאת, אכילתם עלולה לאיים על הרעלת מתכות כבדות או להיות מסוכנת עקב רדיואקטיביות מוגברת.

פונקציה יוצרות סביבה

חומר חי הופך את הפרמטרים הפיזיקליים והכימיים של הסביבה לתנאים נוחים לקיומם של אורגניזמים. זה מראה אחרת פונקציה עיקריתחומר חי - יוצר סביבה. לדוגמה, יערות מווסתים את הנגר העילי, מגבירים את הלחות באוויר ומעשירים את האטמוספירה בחמצן.

אנו יכולים לומר שהתפקוד יוצרי הסביבה הוא תוצאה משותפת של כל הפונקציות של חומר חי שנדונו לעיל: פונקציית האנרגיה מספקת אנרגיה לכל החוליות של המחזור הביולוגי (במהלך הפוטוסינתזה, צמחים מבצעים תפקיד גז: הם סופגים פחמן דו חמצני ו שחרור חמצן); הרס וריכוז תורמים למיצוי מהסביבה הטבעית ולהצטברות של אלמנטים מפוזרים, אך חיוניים לאורגניזמים.

הפונקציות יוצרות הסביבה של החומר החי יצרו ושומרות על איזון החומר והאנרגיה בביוספרה, מה שמבטיח את יציבות התנאים לקיומם של אורגניזמים, כולל בני אדם. יחד עם זאת, חומר חי מסוגל לשקם תנאי בית גידול שהופרעו כתוצאה מאסונות טבע או השפעה אנתרופוגנית. יכולת זו של חומר חי לשחזר תנאי קיום נוחים באה לידי ביטוי בעקרון של לה שאטלייר, השאול מתחום שיווי המשקל התרמודינמי. זה טמון בעובדה שהשינוי של כל משתנים במערכת בתגובה להפרעות חיצוניות מתרחש בכיוון של פיצוי של ההפרעות שנוצרו. בתורת הבקרה, תופעה דומה נקראת משוב שלילי. הודות לחיבורים אלו, המערכת חוזרת למצבה המקורי אם ההפרעות המופקות אינן חורגות מערכי הסף. לדוגמה, הביוספרה מגיבה לעלייה בתכולת הפחמן הדו חמצני באטמוספירה על ידי הגברת הפוטוסינתזה, מה שמפחית את ריכוז החמצן. לפיכך, היציבות של הביוספרה מתבררת לא כתופעה סטטית, אלא כתופעה דינמית.

לתפקיד יצירת הסביבה של החומר החי יש ביטוי כימי והוא מתבטא בפונקציות הביו-גיאוכימיות המתאימות, המעידות על השתתפותם של אורגניזמים חיים בתהליכים הכימיים של שינוי הרכב החומרים של הביוספרה. כתוצאה מהפונקציה של יצירת הסביבה, התרחשו במעטפת הגיאוגרפית האירועים העיקריים הבאים: הרכב הגז של האטמוספרה הראשונית עבר טרנספורמציה; ההרכב הכימי של מי האוקיינוס ​​הראשוני השתנה; רצף של סלעי משקע שנוצרו בליתוספירה; כיסוי קרקע פורה התעורר על פני הקרקע (מי האוקיינוס, הנהרות והאגמים פוריים אף הם). חומר חי מבצע את הפונקציות הביו-גיאוכימיות הבאות: גז, ריכוז, חיזור, פונקציות ביוכימיות וביו-גיאוכימיות הקשורות לפעילות אנושית.

פונקציות הגז מורכבות מהשתתפות של אורגניזמים חיים בנדידת גזים ובטרנספורמציות שלהם. בהתאם לאיזה גזים אנו מדברים, נבדלות מספר פונקציות גז.

1. חמצן-פחמן דו חמצני - יצירת עיקר החמצן החופשי על פני כדור הארץ. הספק של פונקציה זו הוא כל אחד אורגניזם ירוק. חמצן משתחרר רק כאשר אוֹר שֶׁמֶשׁ, בלילה התהליך הפוטוכימי הזה מוחלף בשחרור פחמן דו חמצני על ידי צמחים ירוקים.

2. פחמן דו חמצני, בלתי תלוי בחמצן - היווצרות חומצה פחמית ביוגנית כתוצאה מנשימת בעלי חיים, פטריות וחיידקים. ערך הפונקציה עולה באזור הטרופוספירה התת-קרקעית שאין בה חמצן.

3. אוזון ומי חמצן - היווצרות אוזון (ואולי מי חמצן). חמצן ביוגני, ההופך לאוזון, מגן על החיים מפני ההשפעות ההרסניות של קרינת השמש. הביצועים של פונקציה זו גרמו להיווצרות מסך אוזון מגן.

4. חנקן - יצירת עיקר החנקן החופשי בטרופוספירה עקב שחרורו על ידי חיידקים המייצרים חנקן במהלך פירוק החומר האורגני. התגובה מתרחשת הן בתנאי היבשה והן בתנאי האוקיינוס.

5. פחמימנים - יישום טרנספורמציות של גזים ביוגנים רבים, שתפקידם בביוספרה עצום. אלה כוללים, למשל, גז טבעי, טרפנים הכלולים ב שמנים חיוניים, טרפנטין וגורם לניחוח של פרחים, לריח של עצי מחט.

בשל הביצועים של פונקציות ביו-גיאוכימיות גזיות על ידי חומר חי במהלך ההתפתחות הגיאולוגית של כדור הארץ, ההרכב הכימי המודרני של האטמוספירה התפתח עם מבנה ייחודי תוכן גבוהחמצן ו תוכן נמוךפחמן דו חמצני, כמו גם תנאי טמפרטורה מתונים. בהתאם להשערה של O. G. Sorokhtin, לא כל חמצן אטמוספרי הוא ממקור ביוגני, 30% ממנו נכנסו לאגן האוויר כתוצאה מהסרת גזים של המעיים. הבה נבחן את השפעת הפונקציה של יצירת הסביבה של אורגניזמים על תכולת החמצן והפחמן הדו חמצני באטמוספרה. עלייה בריכוז החמצן באטמוספרה גורמת ל"אפקט חממה" ותורמת להתחממות האקלים. חמצן חופשי משתחרר במהלך הפוטוסינתזה. לראשונה על פני כדור הארץ התרחשה התפתחות המונית של אורגניזמים פוטוסינתטיים - אצות כחולות-ירקות - לפני שניים וחצי מיליארד שנים. הודות לכך הופיע חמצן באטמוספירה, מה שנתן תנופה להתפתחות המהירה של בעלי חיים. עם זאת, פוטוסינתזה אינטנסיבית לוותה בצריכה מוגברת של חמצן וירידה בתכולתו באטמוספרה. זה הוביל להיחלשות של "אפקט החממה", התקררות חדה וקרחון (הורוני) הראשון בהיסטוריה של כדור הארץ.

כיום, הצטברות פחמן דו חמצני באטמוספירה משריפת דלקים פחמימניים נחשבת למגמה מדאיגה המובילה להתחממות האקלים, הפשרת קרחונים ומאיימת להעלות את מפלס האוקיינוס ​​העולמי ביותר ממאה מטרים. בהקשר זה, יש לציין את הפונקציה של לכידה והטמנת עודף פחמן דו חמצני על ידי אורגניזמים ימיים על ידי המרתו לתרכובות סידן פחמתי, כמו גם על ידי יצירת ביומסה של חומר חי. בשל הביצועים של פונקציות חיזור, מתבצעות טרנספורמציות כימיות של חומרים המכילים אטומים בעלי ערכיות משתנה. התפקוד החמצוני מתבטא בחמצון, בהשתתפות חיידקים ואולי גם פטריות, של כל התרכובות הדלות בחמצן בקרקע, בקרום בליה ובהידרוספירה. כך, למשל, נוצרים עפרות ברזל ביצות, גושים חומים ואופקים ברזליים. הפונקציה המצמצמת היא בעצם ההיפך מזו המחמצן. בזכותה, כתוצאה מפעילותה חיידקים אנאירובייםבשליש התחתון של פרופיל הקרקע הספוגה במים, שהוא כמעט חסר חמצן, נוצרות צורות תחמוצת של ברזל.

פונקציות ביוכימיות קשורות לפעילות החיונית של אורגניזמים חיים - תזונתם, נשימה, רבייה, מוות והרס גופים לאחר מכן. כתוצאה מכך, מתרחשת טרנספורמציה כימית של חומר חי, תחילה לביואינרט, ולאחר מכן, לאחר המוות, לאינרטית. יש להבחין בין הרס גופות של אורגניזמים לאחר מותם, המתרחש בכל מקום ונגרם על ידי חיידקים, פטריות וכמה חרקים, לבין ההרס הקשור לקבורה המונית של שרידי צמחים ובעלי חיים לאחר מותם או מותם. במקרה האחרון, הביצוע המשותף או הרציף של ריכוז ותפקודים ביוכימיים על ידי חומר חי מוביל לטרנספורמציה גיאוכימית של הליתוספירה.

פונקציות ביו-גיאוכימיות הקשורות לפעילויות אנושיות סיפקו שינויים גדולים בכימיקלים ו תהליכים ביוכימייםבביוספרה, תורמים להיווצרות המצב האבולוציוני החדש שלה - הנואספירה. כבר היום, זיהום מקומי ופלנטרי כתוצאה מפיתוח של הנדסת חשמל תרמי, תעשייה, תחבורה וחקלאות יכול להוביל לתוצאות בלתי הפיכות בביוספרה, שכן אדם משתנה באופן אינטנסיבי יותר מאורגניזמים אחרים מצב פיזיסביבה. טוֹהַר מי ים- תוצאה של סינון המבוצע על ידי מגוון אורגניזמים, אך במיוחד על ידי זואופלנקטון. רוב האורגניזמים הללו משיגים מזון על ידי סינון חלקיקים קטנים מהמים. העבודה שלהם כל כך אינטנסיבית שהאוקיינוס ​​כולו מנוקה מהשעיה תוך 4 שנים. אגם באיקל חייב הרבה לטוהר יוצא הדופן של מימיו לאפישורה של הקופפוד, המסנן את מימיו שלוש פעמים בשנה.

סיכום

אין כוח כימי על פני כדור הארץ הפעיל יותר כל הזמן, ולכן חזק יותר בהשלכותיו הסופיות, מאשר אורגניזמים חיים במכלול. המצב הכימי של הקרום החיצוני של כוכב הלכת שלנו הוא כולו תחת השפעת החיים והוא נקבע על ידי אורגניזמים חיים, עם פעילותם קשור התהליך הפלנטרי הגדול - נדידת יסודות כימיים בביוספרה. החיים על פני כדור הארץ הם התהליך הבולט ביותר על פני השטח שלו, מקבלים את האנרגיה הנותנת חיים של השמש ומכניסים לתנועה (מחזור החומר) כמעט את כל היסודות הכימיים של הטבלה המחזורית. החיים מצטמצמים לרצף מתמשך של צמיחה, רבייה עצמית וסינתזה של מורכבות תרכובות כימיות. ללא העברת אנרגיה המלווה תהליכים אלו, לא היו מתאפשרים קיום החיים עצמם ולא היווצרות מערכות על-אורגניזמיות בכל רמות הארגון. אם אנרגיית השמש על הפלנטה רק תתפוגג, אז החיים על פני כדור הארץ היו בלתי אפשריים. כדי שהביוספרה תתקיים, עליה לקבל ולצבור אנרגיה מבחוץ. והעבודה הזו נעשית על ידי אורגניזמים חיים.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. Kiselev VN יסודות האקולוגיה: פרוק. קצבה. - מינסק.: Universitetskaya, 2000.

2. Lapo A.V. עקבות של ביוספרות לשעבר. - מ', 1987.

3. פטרוב ק.מ. אקולוגיה כללית: אינטראקציה של חברה וטבע: הדרכהעבור אוניברסיטאות. - סנט פטרסבורג: כימיה, 1

נתח משמעותי. לכן, מידת ההסתגלות ההדדית שלהם אינה זהה, וההתאמות עצמן הן יחסיות. סיכום. שאלת תפקידי החומר החי ומגוון המינים קשורה קשר הדוק לבעיית מקור החיים. מדע מודרניטוען שאין טעם לדבר על החיים על הפלנטה שלנו במונחים של בראשית, כי זה ירמז על קיומה של "התחלה" מסוימת, אז ...

גם שטחי היבשות וגם המרחבים האוקיינוסים. שלישית, הקביעות במשטר ארוך הטווח של גודל קרינת השמש - הבסיס האנרגטי לפיתוח החיים והנדידה הביו-גיאוכימית על פני כדור הארץ. קודם לכן התעכבנו על תכונותיו של החומר החי. נחזור שוב לבחינת ההבדל בין גופים טבעיים חיים לאינרטיים בביטוייהם בביוספרה, בעקבות V.I. ...

אורגניזמים. פונקציות של גישת מערכת הביוספרה. פוּנקצִיָה מערכות ביולוגיות- היכולת לכוון את פעילותם להשגת תוצאות מסוימות בעלות ערך הסתגלותי המועילות עבורם. תפקוד הביוספירה - מתבטא ככיוון ספציפי של התפתחות החיים על פני כדור הארץ. אם הכיוון של טרנספורמציות של חומר ואנרגיה לתוך טבע לא חימאופיין בירידה כללית ברמת הארגון...

התקבל רק ב-1977, הוא כ-300,000 איש-Sv. סעיף 2. השפעת הקרינה על אורגניזם חי. 2.1 מנגנון ההשפעה של פליטות רדיואקטיביות על גוף האדם. קחו בחשבון את מנגנון השפעת הקרינה על גוף האדם, הדרכים שבהן חומרים רדיואקטיביים שונים משפיעים על הגוף, פיזורם בגוף, שקיעה, השפעות על שונות...

פונקציות יוצרות סביבה של חומר חי. ניתן לצמצם את כל הפעילויות של אורגניזמים חיים בביוספרה, במידה מסוימת של קונבנציונליות, למספר פונקציות בסיסיות שיכולות להשלים באופן משמעותי את הרעיון של תפקידם הביוספרה-גיאולוגי הטרנספורמטיבי.

V. I. Vernadsky הבחין בתשע פונקציות של חומר חי: גז, חמצן, חמצון, סידן, צמצום, ריכוז ואחרים. נכון לעכשיו, שם הפונקציות הללו שונה מעט, חלקן מוזגו. אנו מציגים אותם בהתאם לסיווג של A. V. Lapo (1987).

1. אֵנֶרְגִיָה. קשור לאגירת אנרגיה בתהליך הפוטוסינתזה, העברתה דרך שרשראות מזון, פיזור. פונקציה זו היא אחת החשובות ביותר והיא תידון בהרחבה בסעיף IV.4 - אנרגיה של מערכת אקולוגית.

תפקוד האנרגיה של חומר חי משתקף בשני עקרונות ביו-גיאוכימיים שנוסח על ידי V.I. Vernadsky. בהתאם לראשון שבהם, אנרגיה ביוגנית גיאוכימית נוטה לביטוי המרבי בביוספרה. העיקרון השני אומר שבתהליך האבולוציה, אותם אורגניזמים שורדים שמגדילים את האנרגיה הגיאוכימית בחייהם.

2. גַז- היכולת לשנות ולשמור על הרכב גז מסוים של הסביבה ושל האטמוספירה כולה. בפרט, הכללת פחמן בתהליכי הפוטוסינתזה ולאחר מכן בשרשרת המזון הביאה להצטברותו בחומר ביוגני (שאריות אורגניות, אבן גיר וכו'). כתוצאה מכך חלה ירידה הדרגתית בתכולת הפחמן. פחמן ותרכובותיו, בעיקר דו חמצני (CO 2) באטמוספרה מעשרות אחוזים ל-0.03% מודרניים. כך גם לגבי הצטברות חמצן באטמוספרה, סינתזה של אוזון ותהליכים נוספים.

שתי תקופות קריטיות (נקודות) בהתפתחות הביוספרה קשורות כיום לתפקוד הגז. הראשון שבהם מתייחס לזמן שבו תכולת החמצן באטמוספרה הגיעה לכ-1% מהרמה הנוכחית (נקודת פסטר הראשונה). זה הוביל להופעת האורגניזמים האירוביים הראשונים (המסוגלים לחיות רק בסביבה המכילה חמצן). מאז, החלו תהליכי ההתאוששות בביוספרה להיות מתווספים בתהליכים חמצוניים. זה קרה לפני כ-1.2 מיליארד שנים. נקודת המפנה השנייה בתכולת החמצן קשורה לזמן שבו הריכוז שלו הגיע לכ-10% מהנוכחי (נקודת פסטר השנייה). כך נוצרו התנאים לסינתזה של אוזון ולהיווצרות מסך אוזון בשכבות העליונות של האטמוספירה, שאיפשרו לאורגניזמים לפתח קרקע (לפני כן, תפקיד ההגנה על אורגניזמים מפני קרניים אולטרה סגולות מזיקות בוצע על ידי המים , שתחתיו אפשרו חיים).

3. חיזור. זה קשור להתעצמות בהשפעת חומר חי של תהליכי חמצון, עקב העשרת הסביבה בחמצן, והפחתה, בעיקר במקרים שבהם החומר האורגני מתפרק תחת מחסור בחמצן. תהליכי ההתאוששות מלווים בדרך כלל בהיווצרות והצטברות של מימן גופרתי ומתאן. זה, במיוחד, הופך את השכבות העמוקות של הביצות לחסרות חיים, כמו גם שכבות מים משמעותיות קרוב לתחתית (למשל, בים השחור). תהליך זה בקשר לפעילות אנושית מתקדם.

4. ריכוז- היכולת של אורגניזמים לרכז אלמנטים כימיים מפוזרים בגופם, להגדיל את תכולתם בהשוואה לסביבה המקיפה אורגניזמים במספר סדרי גודל (עבור מנגן, למשל, בגוף של אורגניזמים בודדים - מיליוני פעמים). התוצאה של פעילות הריכוז היא מרבצים של דלקים מאובנים, אבני גיר, מרבצי עפרות וכו'. תפקיד זה של חומר חי נחקר באופן מקיף על ידי מדע הביומינרולוגיה. אורגניזמים מרוכזים משמשים לפתרון בעיות יישומיות ספציפיות, למשל, להעשרת עפרות ביסודות כימיים או תרכובות המעניינות את בני האדם.

5. הַרסָנִי- הרס על ידי אורגניזמים ותוצרים של פעילותם החיונית של שרידי חומר אורגני וחומרים אינרטיים. המנגנון העיקרי של פונקציה זו קשור למחזור החומרים. את התפקיד המשמעותי ביותר בהקשר זה ממלאים צורות החיים הנמוכות יותר - פטריות, חיידקים (הורסים, מפרקים).

6. תַחְבּוּרָה- העברת חומר ואנרגיה כתוצאה מצורת התנועה הפעילה של אורגניזמים. לעתים קרובות העברה כזו מתבצעת על פני מרחקים עצומים, למשל, במהלך נדידות ותנועות נוודים של בעלי חיים. תפקיד הריכוז של קהילות של אורגניזמים, למשל, במקומות הצטברותם (שווקי ציפורים ויישובים קולוניאליים אחרים), קשור במידה רבה לתפקוד התחבורה.

7. יוצרת סביבה. פונקציה זו היא במידה רבה אינטגרטיבית (תוצאה של פעולה משותפת של פונקציות אחרות). בסופו של דבר, זה קשור לשינוי של הפרמטרים הפיזיקוכימיים של המדיום. ניתן להתייחס לפונקציה זו במונחים רחבים וצרים יותר.

במובן הרחב, התוצאה של פונקציה זו היא כל הסביבה הטבעית. הוא נוצר על ידי אורגניזמים חיים, והם גם שומרים על הפרמטרים שלו במצב יציב יחסית כמעט בכל הגיאוספרות.

במובן צר יותר, התפקוד היוצר סביבתי של חומר חי מתבטא, למשל, בהיווצרות קרקעות. V. I. Vernadsky, כפי שצוין לעיל, כינה את האדמה גוף ביו-אינרטי, ובכך הדגיש את התפקיד הגדול של אורגניזמים חיים ביצירתה ובקיומה. תפקידם של אורגניזמים חיים ביצירת קרקעות הוצג באופן משכנע על ידי צ'ארלס דרווין בעבודתו "היווצרות השכבה הצומחית של כדור הארץ על ידי פעילות תולעי אדמה". המדען הידוע V.V. Dokuchaev כינה את האדמה "מראה של הנוף", ובכך הדגיש שהיא תוצר של האלמנט העיקרי היוצר את הנוף - ביוקנוזים ומעל לכל, כיסוי צמחייה.

פעילות יוצרת הסביבה המקומית של אורגניזמים חיים ובעיקר קהילותיהם מתבטאת גם בהפיכת הפרמטרים המטאורולוגיים של הסביבה על ידם. זה חל בעיקר על קהילות עם מסה גדולה של חומר אורגני (ביומסה). לדוגמה, בקהילות יער, המיקרו אקלים שונה באופן משמעותי משטחים פתוחים (שדה). כאן יש פחות תנודות טמפרטורה יומיות ושנתיות, לחות אוויר גבוהה יותר, תכולה נמוכה יותר של פחמן דו חמצני באטמוספרה בגובה החופה הרוויה בעלים (תוצאה של פוטוסינתזה), וכמותו המוגברת בשכבת תת הקרקע (תוצאה של התהליכים האינטנסיביים של פירוק חומר אורגני על הקרקע ובאופקים העליונים של הקרקע).

8. לצד פונקציית הריכוז של החומר החי, מובחן ההפך ממנו לפי התוצאות - פיזור. זה בא לידי ביטוי באמצעות הפעילות הטרופית (תזונתית) וההובלה של אורגניזמים. למשל, פיזור החומר במהלך הפרשת הפרשות על ידי אורגניזמים, מוות של אורגניזמים במהלך סוגים שונים של תנועות בחלל והחלפת כיסויים. ברזל המוגלובין בדם מתפזר, למשל, על ידי חרקים מוצצי דם וכו'.

גם חשוב מידעתפקידו של חומר חי, המתבטא בכך שיצורים חיים וקהילותיהם צוברים מידע מסוים, מקבעים אותו במבנים תורשתיים ואז מעבירים אותו לדורות הבאים. זהו אחד הביטויים של מנגנוני הסתגלות.

בצורה כללית, תפקיד החומר החי מנוסח על ידי הגיאוכימאי א.נ. פרלמן בצורת "חוק הנדידה הביוגנית של אטומים" (V.I. Vernadsky): "נדידת היסודות הכימיים על פני כדור הארץ ובביוספירה כמו השלם מתבצע או בהשתתפות ישירה של חומר חי, או אך הוא מתרחש בסביבה שתכונותיה הגיאוכימיות נקבעות על ידי חומר חי... "בהתאם לחוק זה, הבנת התהליכים המתרחשים בביוספרה בלתי אפשרית ללא תוך התחשבות בגורמים ביוטיים וביוגנים. המשפיעים על האוכלוסייה החיה של כדור הארץ, אנשים משנים בכך את התנאים לנדידת אטומים, וכתוצאה מכך משפיעים על התהליכים הגיאולוגיים הבסיסיים.

ספר של כיוון היסטוריה טבעית רחבה, שבו מוצגת בצורה מרתקת הדוקטרינה המקורית של התפקודים האקולוגיים של הביוספרה והאדמה - "עור כדור הארץ השחור". התפקיד שאין לו תחליף של כיסוי האדמה בחיים ובאבולוציה של הפלנטה והתרבות הארצית מוצג. מודגשת פעולתם של דפוסים טבעיים כלליים בחיי הביוספרה והאדם. מראה דרכים להציל את האדמה - הצומת הפלנטרי של קשרים אקולוגיים. נשקלת בעיית השמירה על בריאות האדם והסביבה.

ל טווח רחבקוראים - אקולוגים, מדעני קרקע, גיאוגרפים, עובדי חקלאות וייעור, שוחרי איכות הסביבה וכל מי שאכפת לו מגורל כדור הארץ שלנו.

סֵפֶר:

פונקציות של עולם האורגניזמים החיים

<<< Назад

קדימה >>>

פונקציות של עולם האורגניזמים החיים

עולם החיים... למעשה, כל מה שקיים ומתרחש כעת על הגלובוס קשור, במידה זו או אחרת, במישרין או בעקיפין לפעילותם של אורגניזמים, חייהם בעבר ובהווה. התרומה של עולם הביולוגי לפיתוח הביוספרה הוערכה באמת על ידי V.I. Vernadsky (1987), שגם השתמש בהצלחה במושג הפונקציות הביו-גיאוכימיות של חומר חי. ולדימיר איבנוביץ' ייחס את החשיבות הגבוהה ביותר להשתתפותם של אורגניזמים ביצירת ההרכב הכימי של הגיאוספרות הקרובות לפני השטח, במיוחד החלק התחתון של מעטפת האוויר - הטרופוספירה. לפיכך, הוא הדגיש שהטרופוספירה אינה תופעה אסטרונומית, אלא תופעה פלנטרית שנוצרה על ידי חומר חי. כל הגזים העיקריים של הטרופוספירה ושכבות גבוהות יותר של האטמוספירה - N 2, O 2, H 2 S, CH 4 ... והיחסים הכמותיים שלהם הם תוצאה של הפעולה הכוללת של החומר החי.

מחקרים של העשורים האחרונים מוכיחים את תוקפו של V.I. ורנדסקי, ויתרה מכך, נותנים לנו סיבה ללכת רחוק יותר ולטעון שבעצם, שום דבר על פני כדור הארץ אינו בורח מהשפעתם של החיים. אפילו התהליכים המתרחשים בבטן כדור הארץ - מחוץ לקרום כדור הארץ, קשורים לעולם הביולוגי, שכן הם ניזונים מהאנרגיה המשתחררת במהלך הקבורה בשכבות העמוקות של מוצרים ביוגניים. הבה נפרט את הפונקציות האקולוגיות העיקריות של אורגניזמים חיים.

ברור מאוד בחשיבותם פונקציות אטמוספריות והידרוספריות של העולם הביולוגי,אשר מייצרת ומווסתת את הרכב פגזי המים והאוויר, משפיעה באופן משמעותי על הדינמיקה של שכבות האוויר התחתונות, משתתפת בחלוקה מחדש והפיכת המשקעים ובוויסות נגר פני השטח והנהרות. המשמעות של קבוצת פונקציות זו תוצג בדוגמה הבאה.

משקעים... רבים מאיתנו, מאזינים לתחזיות מזג אוויר על משקעים שירדו על האדמה, מאמינים שכדור הארץ קיבל לחות כמו שירד גשם. אבוי, או להיפך, למרבה המזל, המצב הרבה יותר מסובך, ולכן מעניין יותר. ראשית, ביולוגיים בצורת עשבים, עצים ושיחים מחכים בשקידה למי גשמים מרפאים. מנות הגשם הראשונות, במיוחד בימים יבשים, נספגות בשקיקה על ידי פני העלים. בהמשך מגיעים גבעולים עשבוניים וגזעי עצים, פסולת צמחים ופסולת קרקע, שגם הם נוטים להיטען מחדש בלחות. כתוצאה מכך, אם יש מעט גשם, נותר מעט לאדמה עצמה. הצמחייה תפעל כמפיצה מחדש של משקעים. לדוגמה, חופת היער שומר על עד 30% מכל המשקעים שיורדים עליו.

אבל כיסוי הצמחייה לא רק מפיץ מחדש באופן פעיל, אלא גם משנה באופן משמעותי את ההרכב הכימי של המשקעים. אז, המחקרים של L.V. מדבדבה, T.E. שיטיקובה, V.A. Alekseenko (1986), שבוצע בטייגה הדרומית בוולדאי, מראה שהמים הזורמים מכתרים וגזעים של עצים שונים באופן משמעותי מהמשקעים הראשוניים שיורדים על הדוכן. מצד אחד, המים הללו מועשרים ברבים רכיבים כימיים. תכולת האשלגן, הפחמן האורגני וכו' עולה בהם, יתרה מכך, גידול זה שונה - פי 3-20 במי כתר ופי 5-60 במי גזע. מאידך, מהמשקעים היורדים על היער, שואב הדוכן את היסודות החסרים לו - חנקן במידה הרבה ביותר וכן נתרן וכלור. החוקרים מגיעים למסקנה: "שטיפה מתוך עשרות ק"ג/הא*שנה של תרכובות אורגניות מעניקה למי כתר ולגבעול תכונות חדשות איכותיות של פתרונות פעילים כימית וביולוגית המעורבים בתהליכי ויסות ביולוגי, היווצרות קרקע והובלה גיאוכימית של חומרים. לא פחות חשובה היא האינטראקציה הכימית בין יער ומשקעים עבור הדוכן עצמו. קליטה ממשקעים אלמנטים הכרחייםתזונה ושחרור בעזרת שטיפת משקעים של מספר אלמנטים, כולל עודפים ו מוצרים מזיקיםחילוף החומרים, הם אחד המנגנונים החשובים ביותר של ויסות עצמי של היער, במיוחד משטר המזון שלו" (Medvedev et al., 1986, p. 52).

פונקציות פדוספריות וליתוספריות של אורגניזמים חייםמתבטאים בעובדה שאורגניזמים הם הגורם המוביל בהיווצרות הקרקע ומטעינים את פוריות הקרקע כל הזמן, מתגלים כסוכן של בליה ביוכימית והתמרה של סלעים ומינרלים, ומשמשים מקור חומרי להיווצרות מינרלים אורגניים. תכונה ייחודיתפונקציות אלה קשורות קשר הדוק לחיי הקרקעות, ולכן סביר יותר לשקול את ביטוייהן הספציפיים בפרק הבא של ספר זה.

פונקציות ביוספריות ופלנטריות כלליות של העולם הביולוגימתבטאים בעובדה שאורגניזמים חיים הם גורם מכריע בהופעתה ובשימור של ביוספרה מפותחת, המנגנון העיקרי להעברת חומר לתוך מיוחד מצב פעיל, המולידה מגוון מדהים של צורותיו. בנוסף, העולם הביולוגי מהווה את בנק האנרגיה של כדור הארץ, ממריץ את הדינמיקה של הגיאוספרות ומרכיביהן, ותומך חיים מלאיםעל הקרקע. מכל האמור לעיל, הבה נסביר את תרומתם של אורגניזמים חיים להופעתה ולשימור של ביוספרה מפותחת, מאורגנת בצורה מורכבת מאוד.

כיצד ומדוע נוצרה הביוספרה, בשל אילו נסיבות היא רכשה יציבות ויכולת אבולוציה מתקדמת, לפי אילו חוקים היא חיה ומתפקדת, ומדוע היא עדיין סולחת לאנושות על ניסויים בעצמה? התשובות לכל השאלות הללו עדיין בשלבי התבגרות. אבל נסיבות חשובות מאוד מתחילות להתברר מספיק. המהות שלו היא שהביוספרה על כל התכונות הכי חשובות שלה (בניכוי מה שהאדם עשה בה) נוצרה בעיקר על ידי כל עולם האורגניזמים החיים כתוצאה מעבודה קשה במשך כ-4 מיליארד שנים. כן, כך עבדו אורגניזמים על הצאצאים שלהם - הביוספרה. זה, במיוחד, מוכח על ידי העובדה שסלעי המשקע העתיקים ביותר בגרינלנד בני 3.8 Ga מכילים עקבות של פעילות ביולוגית, וסטרומטוליטים ומיקרו מאובנים של מיקרואורגניזמים טריכומים מצוינים בצ'רטים בני 3.5 Ga באוסטרליה.

העובדה שהביוספרה על כל מרכיביה (קליפת מים, טרפוספירה, אדמה וכו') היא בעיקר תוצר של אורגניזמים חיים הודגשה על ידי V.I. ורנדסקי: "החיים, החומר החי, כביכול, יוצרים לעצמם את תחום החיים. זהו הארגון האופייני לכוכב שלנו" (1987, עמ' 225). יש להדגיש שתחום החיים אינו בנוי קבוצה נפרדתאו ניתוק של יצורים חיים, אבל נוצר על ידי המכלול שלהם, העולם הביולוגי כולו של כדור הארץ, המיוצג על ידי מינים מגוונים ביותר, שלכל אחד מהם יש את הפונקציה האקולוגית הייחודית שלו, מקומו על הפלנטה מאושר על ידי האבולוציה. למרבה הצער, מסקנה מדכאת מאוד נובעת מההכרה בגישות המשכנעות הללו: אם האנושות, גם אם היא תפסיק לזהם את הסביבה עוד יותר, תמשיך להרוס מינים ביולוגיים, זה בהכרח יהרוס את הביוספרה המאורגנת בצורה מורכבת, ויהפוך אותה ל"ביופרימיטיבית". לא מסוגלים לייצר מים, אוויר ומזון בחינם, באיכות הנדרשת, שכן ה"מומחים" הדרושים בפרופילים שונים ייעלמו בביוספרה.

תקפותה של המסקנה שהתקבלה מבוססת לא רק בהנמקה כללית, אלא גם במספר הוראות תיאורטיות ועובדתיות מוכחות. לפיכך, ראוי להתייחס לעקרון האוניברסלי של המתמטיקאי התיאורטי האמריקאי ג'ון פון נוימן, לפיו אם רמת המורכבות והארגון של מערכת הופכת מתחת למינימום מסוים, הרי שהדבר מוביל להידרדרות באיכותה. ולהיפך, חריגה מרמת המינימום יוצרת תנאים להסתפקות עצמית ושיפור המערכת (ראה: Moiseev, 1990).

אז שימור מינים, ששיעורי ההכחדה שלהם הפכו לקטסטרופליים, אינו רק מציל ילדי מוח אבולוציה ביולוגית, זוהי בעיקר הצלה של בית גידול אנושי טבעי ראוי למגורים.

בהקשר זה, בואו ניגע פונקציות נואספריות של אורגניזמים חיים- תפקידם בחיי תושבי כדור הארץ. פונקציות אלו מרשימות אפילו עם היכרות שטחית איתם, מכיוון שהעולם הביולוגי לא רק יוצר סביבה בת קיימא למין האנושי, אלא גם מספק לה את המשאבים הדרושים, הוא תנאי לשמירה על בריאותם של אנשים, גורם בהתפתחות האסתטית והמוסרית של האדם, מקור ידע של חוקי הטבע.

תפקיד מיוחד שייך לצמחים פוטוסינתטיים ירוקים, שנותנים לנו גם אוויר בריא וגם אוכל טעיםוכן הלאה, וכן הלאה, וכן הלאה. לא במקרה V.I. ורנדסקי הדגיש: "כל עולם החי, כולל האדם, בכללותו, הדורש חמצן חופשי לחייו, הוא תוספת של אורגניזמים של כלורופיל. בלעדיהם הוא לא יכול היה להתקיים. צמחים כלורופיליים הם חומר חי אוטוטרופי. בהיעדרם, החי החולייתני היבשתי יצטרך להיעלם" (1987, עמ' 223).

ובעיית האוכל! ואכן, הודות לצמחים ולמוצרים המתקבלים מהם, האנושות לא רק שאינה מתה מרעב, אלא רוכשת אפשרות להתפתחות, חיים נוחים. למשל חצי קילוגרם לחם טוביותר מחצי מרוצה דרישה יומיתאדם בחלבון, פחמימות, ויטמינים מקבוצות B ו-E, חומרים מינרלים וחומרי נטל שונים. איך לא להיזכר בדברי ק.א. Timiryazev על לחם כהישג יוצא דופן של אנשים, שהתקבל על ידם הודות לנוכחות של זהב ירוק על פני האדמה: "כמה אנשים באמת חשבו שפרוסת אפוי היטב לחם חיטהמהווה את אחת ההמצאות הגדולות ביותר של המוח האנושי, אחת מאותן תגליות אמפיריות שמחקר מדעי מאוחר יותר צריך לאשר ולהסביר. ואכן, מתוך מאות אלפי הצמחים המאכלסים את כדור הארץ, היה צורך למצוא אחד שמייצג השילוב הטוב ביותרחומרים לא ידועים (חלבונים ופחמימות) המשולבים באיברי צמחים, נאספים ומאוחסנים בקלות" (צוטט ב: Tyshkevich, 1985, עמ' 7).

צמחים לא רק ניזונים, אלא מטפלים בבני אדם במשך אלפי שנים. ג.ל. Tyszkiewicz (1985) מדווח כי ב מצרים העתיקה בצלהיה לא רק אוכל, אלא גם מטרה רפואית. הנורות היו נערצות כקמעות שנענדו על ידי לוחמים על אומץ ולא כדי לחלות, במיוחד במהלך מסעות צבאיים ארוכים. נורות מכילות phytoncides כל כך חזק, כי קמיעות עשויות מהם הצליחו להגן על אדם מפני פתוגנים. מחלה רצינית. השום שימש באותו אופן. המצרים לא רק אכלו אותו, אלא גם שפשפו אותו (כך עשו אבותינו במהלך התפרצויות מגיפה וכולרה). שום, יחד עם בצל, היה חלק מתזונת החובה של הלגיונרים של רומא העתיקה. הוא היה בשימוש נרחב גם ברוסיה, לשם הובא מביזנטיון במאות ה-9-10. לעיסת שן שום במשך 3-4 דקות הורגת חיידקים בפה.

לצערי, אדם מודרנינאבק במחלותיו בעיקר בשיטת אבקה-תערובת-טבליות, לרוב שוכח לחלוטין את הישגי הרפואה המסורתית.

וכמובן, אי אפשר שלא לומר לפחות כמה מילים על ההשפעה הבלתי מעורערת של העולם הביולוגי על ההתפתחות האסתטית והמוסרית של אנשים ופעילותם היצירתית. חי את הטבעהוא המורה הראשי, המחנך של אדם, ובמקרים רבים מחבר שותף של יצירות מצטיינות של הנפש והלב. פושקין, טורגנייב, טולסטוי, לויתן, יסנין, פרישווין... כאשר אנו מבטאים את השמות הללו, הדמיון שלנו שואב לא רק גאונות זו או אחרת של התרבות הרוסית, אלא גם את הטבע הרוסי המתוקתק הרוחני, אשר במובנים רבים יצר והזין את היצירתיות. מבניה הגדולים במשך שנים רבות.

רק דוגמה היסטורית קטנה אחת: העיירה הרוסית העתיקה והשקטה פליוס על גדות הוולגה עם גבעות ירוקות ומרהיבות ומטעי ליבנה. אחרי הכל, הוא והטבע המדהים שלו שמסביבו הם שהעניקו את לויתן השראה ליצור יצירות אלמותיות. בשלושה ביקורי קיץ בלבד (1880–1890), יצר האמן כאן 200 ציורים ורישומים. נזכיר כמה מהבדים האלה: "אחרי הגשם. בבקשה", "ערב. הישג הזהב", "על שלום נצחי", "סתיו הזהב. Slobodka", "Birch Grove", "סתיו. טחנה. בבקשה. שמתם לב שכותרתם של מספר ציורים מזכירה את המקום בו נוצרו? וזה לא במקרה. האמן ללא ספק הרגיש והאמין כי פליוס, אנדרטה של ​​הטבע הרוסי, הוא ההשראה האמיתית שלו, מחברו וחבריו האמיתיים.

אז הגענו לסוף הפרק "כדור הארץ - אורגניזם בודד". ניתנו מגוון עובדות ועדויות לקשר ההדדי הקרוב ביותר של האטמוספירה, הליתוספירה, ההידרוספירה, עולם האורגניזמים החיים ואי-אפשרות קיומם זה בלי זה. זהו טיעון שאין עוררין על המבנה האינטגרלי של הפלנטה שלנו. אבל הפונקציות האקולוגיות של אחד מ רכיבים קריטייםביוספרות - קרקעות לא נחשבו. וזה נעשה בכוונה. האדמה היא צומת של קשרים פלנטריים, ולכן ראוי לשקול את תפקידה בחיי הטבע בפרט.

<<< Назад

קדימה >>>

ביומסה כוללת חומר חי של הביוספרההוא 2-3 טריליון. טון, ו-98% ממנה היא ביומסה של צמחים יבשתיים. הביוספרה מאוכלסת בכ-1,500,000 מיני בעלי חיים וכ-500,000 (350,000 צמחים ו-1,700,000 בעלי חיים לפי F.N. Milkov, 1990) מיני צמחים (G.V. Voytkevich, V.A. Vronsky, 1989). בתהליכי הארגון העצמי של הביוספרה, החומר החי ממלא תפקיד מוביל ומבצע את הפונקציות הבאות:

אנרגיה - חלוקה מחדש של אנרגיית השמש בין מרכיבי הביוספרה;

יוצרת סביבה (גז) - בתהליך פעילות חיונית של חומר חי נוצרים הגזים העיקריים: חנקן, חמצן, פחמן דו חמצני, מתאן וכו'; אורגניזמים חיים משתתפים בנדידת גזים ובטרנספורמציות שלהם; מחולקים לחמצן-פחמן דו חמצני, פחמן דו חמצני, חנקן, פחמימנים, אוזון ומי חמצן),

ריכוז - מיצוי והצטברות על ידי אורגניזמים חיים של יסודות ביוגנים (חמצן, פחמן, מימן, חנקן, נתרן, מגנזיום, אשלגן, אלומיניום, גופרית ועוד) בריכוזים הגבוהים פי מאות אלפי מתכולתם בסביבה (בפחמים). , תכולת הפחמן גבוהה מהממוצע לקרום כדור הארץ; קרבונטים מרוכזים באלמוגים, נוצרת אבן גיר אורגנית; סיליקון מרוכז בדיאטומים; יוד מרוכז באצות אצות);

הרסני (המתבטא במינרליזציה של חומר אורגני);

חיזור (מורכב בטרנספורמציה כימית של חומרים בביוספרה);

ביוכימי (הקשורה לפעילות החיונית של אורגניזמים חיים - תזונתם, נשימה, רבייה, מוות והרס של גופים לאחר מכן; כתוצאה מכך, הטרנספורמציה הכימית של חומר חי מתרחשת תחילה לביואינרט, ולאחר מכן, לאחר מותם, לאינרטיות)

פעילות ביוגיאוכימית של האנושות (מובילה לשינוי של כדור הארץ כולו).

תפקוד המים של החומר החי בביוספרה קשור למחזור המים הביוגני, שיש לו חֲשִׁיבוּתבמחזור המים העולמי.

בביצוע הפונקציות המפורטות, החומר החי מסתגל לסביבה ומתאים אותה לצרכיו הביולוגיים (ואם באדם, אז גם החברתיים עסקינן). במקביל, החומר החי ובית הגידול שלו מתפתחים כמכלול, אך השליטה על מצב הסביבה מתבצעת על ידי אורגניזמים חיים.

תהליך יצירת החומר האורגני בביוספרה מתרחש במקביל לתהליכים ההפוכים של צריכתו ופירוקו על ידי אורגניזמים הטרוטרופיים לתרכובות מינרליות ראשוניות (מים, פחמן דו חמצני וכו'). כך מתבצע מחזור החומר האורגני בביוספרה בהשתתפות כל האורגניזמים המאכלסים אותה, הנקראים קָטָן, או ביולוגי (ביוטי), זרימת חומריםשלא כמו זה שנגרם על ידי אנרגיה סולארית גָדוֹל,אוֹ גיאולוגי, מחזור, אשר בא לידי ביטוי בצורה הברורה ביותר במחזור המים ובמחזור הדם. מחזוריות גדולה מתרחשת לאורך כל ההתפתחות הגיאולוגית של כדור הארץ ומתבטאת בהעברת מסות אוויר, תוצרי בליה, מים, תרכובות מינרלים מומסים, מזהמים, כולל רדיואקטיביים.

מחזור קטן (ביולוגי) מתחיל בהופעתו של חומר אורגני כתוצאה מפוטוסינתזה של צמחים ירוקים, כלומר, היווצרות חומר חי מפחמן דו חמצני, מים ותרכובות מינרלים פשוטות תוך שימוש באנרגיית הקרינה של השמש. פוטוסינתזה מתבצעת על ידי צמחי יבשה, אצות מים מתוקים ופיטופלנקטון אוקיאני. החומרים האורגניים הנוצרים בעלה עוברים לגבעולים ולשורשים, שם כבר נכללות בסינתזה התרכובות המינרליות המתקבלות מהאדמה - מלחי חנקן, גופרית, אשלגן, סידן, זרחן. צמחים ( מפיקים) לחלץ גופרית, זרחן, נחושת, אבץ ואלמנטים אחרים מהאדמה בצורה מומסת. אוכלי עשב ( צרכנים בהזמנה ראשונה) סופגים תרכובות של יסודות אלה בצורה של מזון מקור צמחי. חיות טרף ( צרכנים מסדר שני) ניזונים מבעלי חיים אוכלי עשב וצורכים יותר מ הרכב מורכבכולל חלבונים, שומנים, חומצות אמינו וכו'. שרידי בעלי חיים וצמחים מתים מעובדים על ידי חרקים, פטריות, חיידקים ( מפרקים), הופכים לתרכובות מינרליות ותרכובות אורגניות פשוטות שנכנסות לאדמה ושוב נצרכים על ידי צמחים. כך מתחיל סבב חדש של המחזור הביולוגי.

בניגוד למחזור הגדול, לקטן יש משך זמן שונה: ישנם מחזורים קטנים עונתיים, שנתיים, רב שנתיים וחילוניים. המחזורים הביולוגיים של החומר אינם סגורים. כאשר חומר אורגני מת, לא רק אותם יסודות שנלקחו ממנו מוחזרים לאדמה, אלא גם חדשים שנוצרו על ידי הצמח עצמו. חלק מהחומרים עוזבים את מחזור הדם במשך זמן רב, משתהים באדמה או יוצרים סלעי משקע.

היווצרות והרס של חומר אורגני הם תהליכים הפוכים, אך בלתי נפרדים. האצה או היעדרו של אחד מהם יובילו בהכרח להכחדת החיים. אם רק מתרחשת הצטברות של חומר אורגני, אז האטמוספירה תאבד בקרוב פחמן דו חמצני, הליתוספירה - זרחן, גופרית, אשלגן. כתוצאה מכך, הפוטוסינתזה תיפסק והצמחים ימותו. מצד שני, אם קצב הפירוק יגדל, כל החומר האורגני יתפרק במהירות לתרכובות מינרליות והחיים ייפסקו.

הרעיון של מחזור ביו-גיאוכימי. חילופי החומר והאנרגיה, המתבצעים בין חלקים מבניים שונים של הביוספרה ונקבעים על ידי הפעילות החיונית של מיקרואורגניזמים, נקרא המחזור הביוגאוכימי. זה היה עם ההקדמה של V.I. Vernadsky של המושג "מחזור ביו-גיאוכימי", הרעיון של מחזור החומרים כמערכת סגורה חדל להתקיים. כל המחזורים הביו-גיאוכימיים מהווים את הבסיס הדינמי המודרני לקיומם של חיים, קשורים זה בזה, וכל אחד מהם ממלא תפקיד משלו בהתפתחות הביוספרה.

תהליכים מחזוריים נפרדים המרכיבים את המחזור הכללי של חומרים בביוספרה אינם הפיכים לחלוטין. חלק אחד של החומרים בתהליכים החוזרים ונשנים של טרנספורמציה והגירה מפוזר או קשור במערכות חדשות, החלק השני חוזר למעגל, אך עם מאפיינים איכותיים וכמותיים חדשים. ניתן להפיק חלק מהחומרים גם מהמחזור, לנוע כתוצאה מתהליכים פיזיקליים וגיאולוגיים אל האופקים התחתונים של הליתוספירה או להתפזר בחלל החיצון. משך מחזורי המחזור של חומרים מסוימים שונה מאוד. הזמן המספיק למחזור המלא של פחמן דו חמצני באטמוספירה באמצעות פוטוסינתזה הוא כ-300 שנה, חמצן אטמוספרי גם באמצעות פוטוסינתזה - 2000 - 2500, מים באמצעות אידוי - כמיליון שנה.

יסודות כימיים רבים ותרכובותיהם מעורבים במחזורים גדולים וקטנים, אך החשובים שבהם הם אלו הקובעים במה מודרניתפיתוח הביוספרה הקשור לפעילות כלכלית אנושית. אלה כוללים את מחזורי הפחמן, הגופרית והחנקן (התחמוצות שלהם הם המזהמים העיקריים של האטמוספירה), וכן זרחן (פוספטים הם המזהם העיקרי של מי היבשה). חשיבות רבהיש מחזורים של יסודות רעילים - כספית (מזהם מוצרי מזון) ועופרת (מרכיב של בנזין).