Особенности живого вещества Учение о биосфере Д. Ю. Шишкина Тема 7
Типы вещества в биосфере (по В. И. Вернадскому): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Живое вещество. «совокупность живых организмов, живого вещества, рассеянного в миллиардах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией (биогеохимической энергией) и являющихся могучей геологической силой…» ; «биогенное вещество, источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д. )» . Создано живым веществом. неживое вещество. «вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твердое, жидкое, газообразное…» ; «биокосное вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковы вся океаническая и почти вся другая вода биосферы, нефть, почва, кора выветривания и т. д. Организмы играют в них ведущую роль» . радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения. 2
Параметры классификации типов вещества в биосфере (по В. И. Вернадскому) 1. по характеру самого вещества (живое или косное); 2. по характеру исходного вещества (биогенное вещество и косное вещество, в образовании которого жизнь не участвует); 3. по признаку радиоактивности (выделяется вещество, находящееся в радиоактивном распаде); 4. по степени дисперсности молекулярной структуры (выделяется вещество, представленное рассеянными атомами); 5. по признаку земного или внеземного происхождения (выделяется вещество космического происхождения). 3
Генетическая классификация типов вещества биосферы Характер вещества Градация по исходному веществу Живое Биогенное Типы вещества земного происхождения Типы вещества внеземного происхождения Живое вещество (биос, биота) Неизвестно Абиогенное Неизвестно Биогенное Неживое Неизвестно Биогенное (органогенное) вещество • необиогенное • палеобиогенное Абиогенное вещество земного происхождения (косное вещество) Абиогенное вещество внеземного происхождения (вещество космического происхождения) 4
Живое вещество • Современное живое вещество является биогенным, так как оно образуется исключительно путем размножения уже существующего живого вещества. • «Все живое из живого» – «принцип Реди» . Франческо Реди (16261697) – натуралист, врач и поэт, в 1668 г. поставил знаменитый эксперимент, вошедший в историю науки: доказал, что в гниющих веществах не заводятся черви, если туда не отложит яиц муха. • «Принцип Реди» Вернадский не считал абсолютным. В статье «Об условиях появления жизни на Земле» он писал: «Принцип Реди не отрицает абиогенеза, он только указывает пределы, в которых абиогенез отсутствует. Возможны такие условия в земной истории, когда не было биосферы и существовали на земной коре физикохимические явления или состояния, которые сейчас отсутствуют и которые необходимы для абиогенеза» . 5
Неживое биогенное вещество Биогенное вещество создано в результате жизнедеятельности организмов. Примеры: остатки отмерших организмов, продукты их линьки и опада хитиновые покровы членистоногих, выпавшие волосы и зубы млекопитающих, сброшенные рога оленей, теряемые по тем или иным причинам перья птиц, опадающие листья и кора деревьев, созревшие и отделившиеся от растения плоды, их пыльца и т. д. Масса их может быть велика: например, речной рак за 20 лет своей жизни сбрасывает 50 панцирей; у древесных растений доля мертвого органического вещества (опада) к концу жизни превышает вес живого вещества в 3– 4 раза. Биогенным веществом являются также экскременты животных и продукты внешнего метаболизма живых организмов (СО 2, Н 2 О, фитонциды, выделяемые в атмосферу растениями). Своеобразными биогенными веществами являются почечные и желчные камни, яичная скорлупа, жемчуг, живица (смола), нектар, молоко, мед, воск, натуральный шелк, паутина и т. д. 6
Виды неживого биогенного вещества а) необиогенное вещество, образованное живым веществом, существующим в данную геологическую эпоху; б) палеобиогенное вещество, образованное живым веществом прошедших геологических эпох и сохранившееся в составе горных пород. Отличительной чертой необиогенного вещества является его крайняя неустойчивость в биосфере, обусловленная тем, что его энергично перерабатывают живые организмы; особенно это характерно для органических соединений. Лишь незначительная часть необиогенного вещества в особых условиях переходит в ископаемое состояние и превращается в палеобиогенное вещество. 7
Неживое абиогенное вещество • Пример неживого абиогенного вещества земного происхождения: продукты вулканизма и газы, выделяющиеся из недр Земли. Ежегодный приход абиогенного вещества в биосферу составляет около 3 млрд т /год. • Среди вещества внеземного происхождения ни живое, ни биогенное вещество пока не установлены. Наиболее известной, но далеко не самой распространенной формой абиогенного вещества внеземного происхождения являются метеориты. В его составе преобладает метеорная пыль с диаметром частиц в десятки микронов и еще более мелкие частицы с размерами, приближающимися к молекулярным. Эти частицы легче всего распознаются в осадках, резко отличающихся от них по составу: в глубоководных океанических илах и в ледниках. Приход космического вещества определяется как 104– 106 т/год. За 4, 5 млрд лет существования Земли на ней накопился слой вещества внеземного происхождения мощностью несколько сотен метров, но в чистом виде он нигде не представлен. 8
Специфика свойств живого вещества (1) 1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только незастывшие лавовые потоки. Они более богаты энергией, но очень недолговечны. 2. Скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда и миллионы раз быстрее благодаря действию ферментов). Для жизненных процессов характерно, что получение небольших масс или порций энергии вызывает передачу и переработку гораздо больших энергий и масс. Так, вес насекомых, съедаемых синицей за 1 день, равен собственному весу, а некоторые гусеницы потребляют и перерабатывают в сутки до 200 раз больше пищи, чем весят сами. 3. Слагающие живое вещество индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в меньшей мере это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества). 9
Специфика свойств живого вещества (2) 4. Способность двигаться. В. И. Вернадский: «Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого естественного тела в биосфере» . Формы движения живого вещества: • пассивная, которая создаётся ростом организмов и их размножением и присуща всем живым организмам независимо от их систематического положения; • активная, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных, в меньшей степени – для растений). Расселение индивидов или их зачатков (семян, спор) при пассивной форме производится силами неживой природы (ветер, течение воды) или другими активно двигающимися организмами. Стремление к максимальной экспансии присуще живому веществу так же, как свойственно теплоте переходить от нагретых тел к менее нагретым, растворяемому веществу рассеиваться в растворе, а газу – распыляться в пространстве. Активная форма движения живого вещества осуществляется за счет собственного передвижения организмов, расселяющихся в местах, благоприятных для их существования. 10
Специфика свойств живого вещества (3) 5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Различие между цианобактериями и африканским слоном много больше, чем любыми, самыми контрастными представителями неживого вещества. Химический состав живого вещества поразительно разнообразен. Известно свыше 2 млн органических соединений, входящих в состав живого вещества. В то же время количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет всего около 2 тыс. , т. е. на 3 порядка меньше. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено какой-либо одной фазой состояния вещества. Тела живых организмов всегда построены из веществ, находящихся во всех трех фазовых состояниях. При всем разнообразии состава живого вещества наблюдается биохимическое единство всего органического мира Земли. Все современные организмы построены в основном из белков, содержащих одни и те же аминокислоты, осуществляют передачу наследственной информации по одному и тому же пути (ДНК → РНК → белок) и используя один и тот же генетический код. 11
Специфика свойств живого вещества (4) 6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Размеры индивидуальных организмов колеблются в пределах от 20 нм у наиболее мелких вирусов до 100 м (диапазон больше 109). По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются предельными возможностями их газового обмена со средой. Будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяции организмов одного вида: оно всегда представлено биогеоценозами. 7. Принцип Реди – отличительная особенность живого вещества. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений. Благодаря этому современное живое вещество, характеризуясь непрерывным обновлением, оказывается генетически связанным с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Неживое абиогенное вещество поступает порциями в биосферу из космоса или из нижележащих оболочек земного шара. Отдельные такие порции могут образовываться в результате одинаковых процессов и, таким образом, быть аналогичными по составу, но генетической связи между собой они в общем случае не имеют. 12
Специфика свойств живого вещества (5) 8. Характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса. Воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений. При этом направленный эволюционный процесс характерен главным образом для высших организмов, в то время как более примитивно организованные существа – прокариоты – по своей структуре консервативны. Именно наличие у высших организмов эволюционного процесса и создаёт принципиальную возможность определения геологического возраста по ископаемым остаткам организмов. Однако и среди современных высших организмов есть такие, ближайшие предки которых обитали в далекие геологические эпохи – персистенты (от лат «persisto» - упорствовать). Кистеперая рыба латимерия (целакант) считалась вымершей 65 млн лет назад, пока её экземпляр не обнаружили в 1938 г. южноафриканские моряки. Среди растений – гинкго, ближайшие его сородичи образовывали леса в юрское время, 150 млн лет назад. 13
Скачать презентацию Особенности живого вещества Учение о биосфере Д Ю
7_Специфика_живого_вещества.pptx