Dugo vrijeme vjerovalo se da živ razlikuje se od neživi svojstva kao što su metabolizam, pokretljivost, razdražljivost, rast, reprodukcija, prilagodljivost. Međutim, odvojeno, sva ova svojstva nalaze se i među neživom prirodom, pa se stoga ne mogu smatrati specifičnim svojstvima živog.

Karakteristike živog B. M. Mednikova (1982) formulisane u obliku aksiomi teorijske biologije:

1. Svi živi organizmi pokazuju se kao jedinstvo fenotipa i programa za njegovu izgradnju (genotip), koji se nasljeđuje s generacije na generaciju (Aksiom A. Weismana) * .

2. Genetski program se formira na matrični način. Gen prethodne generacije koristi se kao šablon na kojem se gradi gen buduće generacije (aksiom N.K. Koltsova).

3. U procesu prenošenja s generacije na generaciju nastaju genetski programi raznih razloga mijenjaju se nasumično i neusmjereno, i samo slučajno takve promjene mogu biti uspješne u datom okruženju (1. aksiom Charlesa Darwina).

4. Slučajne promjene u genetskim programima tokom formiranja fenotipa se umnožavaju (aksiom N.V. Timofejeva-Resovskog).

5. Višestruko pojačane promjene u genetskim programima podliježu selekciji prema uslovima okoline (2. aksiom Charlesa Darwina).

Iz ovih aksioma možemo zaključiti sve osnovna svojstvažive prirode, a prvenstveno kao npr diskretnost I integritet- dva osnovna svojstva organizacije života na Zemlji. Među živim sistemima ne postoje dvije identične individue, populacije ili vrste. Ova jedinstvena manifestacija diskretnosti i integriteta zasniva se na fenomenu konvarijantne reduplikacije.

Konvarijantna reduplikacija(samoreprodukcija sa promjenama) se izvodi na osnovu matričnog principa (zbir prva tri aksioma). Ovo je vjerovatno jedino svojstvo specifično za život, u obliku njegovog postojanja na Zemlji koji nam je poznat. Zasnovan je na jedinstvenoj sposobnosti samoreprodukcije glavnih kontrolnih sistema (DNK, hromozomi, geni).

Reduplikacija je određena matričnim principom (aksiom N.K. Koltsova) sinteze makromolekula (slika 2.4).

Slika 2.4 Šema replikacije DNK (prema J. Savageu, 1969.).

Bilješka. Proces je povezan sa razdvajanjem parova baza (adenin-timin i gvanin-citozin: A-T, G-C) i odmotavanjem dva lanca originalnog heliksa. Svaki lanac se koristi kao šablon za sintezu novog lanca

Mogućnost da samoreprodukcija po matričnom principu Molekuli DNK su bili u stanju da ispune ulogu nosioca nasljednosti originalnih kontrolnih sistema (aksiom A. Weismana). Konvarijantna reduplikacija znači mogućnost nasljeđivanja diskretnih odstupanja od izvornog stanja (mutacije), što je preduvjet za evoluciju života.

Živa materija u smislu mase zauzima beznačajan udio u odnosu na bilo koju gornju školjku globus. By moderne procjene, ukupno Masa žive materije u naše vreme iznosi 2420 milijardi tona. Ova vrednost se može uporediti sa masom Zemljinih školjki, u ovoj ili drugoj meri pokrivenih biosferom (tabela 2.2).

Tabela 2.2

Masa žive materije u biosferi

Podjele biosfere	Težina, t	Poređenje
Živa materija Atmosfera Hidrosfera Zemljina kora

Prema svom aktivnom uticaju na okruženježiva materija zauzima posebno mjesto i kvalitativno se oštro razlikuje od ostalih školjki zemaljske kugle, baš kao što se živa materija razlikuje od mrtve materije.

V.I. Vernadsky je naglasio da je živa materija najviše aktivni oblik materije u Univerzumu. Izvodi gigantski geohemijski rad u biosferi, potpuno transformišući gornje ljuske Zemlje tokom svog postojanja. Sva živa tvar na našoj planeti čini 1/11 000 000 ukupne mase zemljine kore. U kvalitativnom smislu, živa materija je najorganizovaniji deo materije Zemlje.

Prilikom procjene prosječnog hemijskog sastava žive tvari, prema A.P. Vinogradovu (1975), V. Larcher (1978) i drugi, glavne komponente žive materije su elementi široko rasprostranjeni u prirodi (atmosfera, hidrosfera, prostor): vodonik, ugljenik, kiseonik, azot, fosfor i sumpor (tabela 2.3, slika 2.5).

Tabela 2.3

Elementarni sastav zvjezdane i sunčeve tvari u poređenju sa sastavom biljaka i životinja

Hemijski element
	Zvezdnoe supstance	Sunčano supstance	Biljke	Životinje
Vodik (H)
helijum (on)
dušik (N)
ugljik (C)
magnezijum (Md)
Kiseonik(0)
silicijum (Si)
sumpor(S)
željezo (Fe)
Ostali elementi

Slika 2.5 Odnos hemijskih elemenata u živim bićima

materija, hidrosfera, litosfera i masa Zemlje u cjelini

Živa materija biosfere sastoji se od najjednostavnijih i najčešćih atoma u svemiru.

Prosječni elementarni sastav žive tvari razlikuje se od sastava zemljine kore po visokom sadržaju ugljika. U pogledu sadržaja ostalih elemenata, živi organizmi ne ponavljaju sastav svog staništa. Oni selektivno apsorbuju elemente neophodne za izgradnju njihovih tkiva.

U procesu života organizmi koriste najpristupačnije atome koji su sposobni da formiraju stabilne hemijske veze. Kao što je već napomenuto, vodonik, ugljenik, kiseonik, azot, fosfor i sumpor su glavni hemijski elementi zemaljske materije i nazivaju se biofshy. Njihovi atomi stvaraju složene molekule u živim organizmima u kombinaciji s vodom i mineralnim solima. Ove molekularne strukture predstavljaju ugljikohidrati, lipidi, proteini i nukleinske kiseline. Navedeni dijelovi žive tvari su u bliskoj interakciji u organizmima. Svijet živih organizama u biosferi koja nas okružuje je kombinacija različitih bioloških sistema različitog strukturnog poretka i različitih organizacijskih pozicija. S tim u vezi ističu različitim nivoima postojanje žive materije - od velikih molekula do biljaka i životinja raznih organizacija.

1.Molekularno(genetski) - najviše nizak nivo, u kojem se biološki sistem manifestuje u vidu funkcionisanja biološki aktivnih velikih molekula - proteina, nukleinskih kiselina, ugljenih hidrata. Sa ovog nivoa posmatraju se svojstva karakteristična isključivo za živu materiju: metabolizam koji se javlja tokom transformacije zračeće i hemijske energije, prenos nasleđa pomoću DNK i RNK. Ovaj nivo karakteriše stabilnost konstrukcija tokom generacija.

2.mobilni- nivo na kojem se biološki aktivni molekuli kombinuju u jedan sistem. U vezi ćelijska organizacija Svi organizmi se dijele na jednoćelijske i višećelijske.

3.Tkanina- nivo na kojem kombinacija sličnih ćelija formira tkivo. Pokriva kolekciju ćelija ujedinjenih zajedničkim poreklom i funkcijama.

4.orgulje- nivo na kojem nekoliko tipova tkiva funkcionalno interaguju i formiraju određeni organ.

5.Organski- nivo na kojem se interakcija jednog broja organa svodi u jedinstven sistem pojedinačnog organizma. Predstavljen je određenim vrstama organizama.

6.Populacija-vrsta, gdje postoji skup određenih homogenih organizama povezanih jedinstvom porijekla, načina života i staništa. Na ovom nivou se generalno dešavaju elementarne evolucione promene.

7.Biocenoza i biogeocenoza(ekosistem) - više visoki nivo organizacija žive materije, koja ujedinjuje organizme različitog sastava vrsta. U biogeocenozi, oni međusobno djeluju na određenom području površine zemlje s homogenim abiotičkim faktorima.

8.biosfera- nivo na kojem je nastao prirodni sistem većina visoki čin, koji pokriva sve manifestacije života unutar naše planete. Na ovom nivou se odvijaju svi ciklusi materije na globalnom nivou vezano za život organizama.

Na osnovu načina ishrane živa materija se deli na autotrofe i heterotrofe.

Autotrofi(od grčkog autos - sebe, trof - hraniti, jesti) nazivaju se organizmi koji uzimaju ono što im je potrebno za život hemijski elementi iz koštane materije koja ih okružuje i ne zahtevaju gotova organska jedinjenja drugog organizma za izgradnju svog tela. Glavni izvor energije koji koriste autotrofi je Sunce.

Autotrofi se dijele na fotoautotrofe i kemoautotrofe. Fotoautotrofi koristiti sunčevu svjetlost kao izvor energije, hemoautotrofi ne koristite oksidacionu energiju organska materija.

Autotrofni organizmi uključuju alge, kopnene biljke, bakterije sposobne za fotosintezu, kao i neke bakterije sposobne da oksidiraju neorganske tvari (kemoautotrofi). Autotrofi su primarni proizvođači organske materije u biosferi.

Heterotrofi(od grčkog geter - drugi) - organizmi kojima je za ishranu potrebna organska materija koju formiraju drugi organizmi. Heterotrofi su sposobni razgraditi sve tvari koje su formirali autotrofi, i mnoge od onih koje sintetiziraju ljudi.

Živa materija je stabilna samo u živim organizmima, nastoji da ispuni sav mogući prostor. V.I. Vernadsky je ovu pojavu nazvao "pritiskom života".

Na Zemlji iz postojećih živih organizama najveća snaga Divovska gljiva puffball se razmnožava. Svaki primjerak ove gljive može proizvesti do 7,5 milijardi spora. Kada bi svaka spora poslužila kao početak novog organizma, tada bi volumen kišnih mantila već u drugoj generaciji bio 800 puta veći od veličine naše planete.

Dakle, najopštije i najspecifičnije svojstvo živi- sposobnost samoreprodukcije, konvarijantna reduplikacija zasnovana na matričnom principu. Ova sposobnost, zajedno sa drugim karakteristikama živih bića, određuje postojanje glavnih nivoa organizacije živih bića. Uključeni su svi nivoi organizacije života složena interakcija kao delovi jedne celine. Svaki nivo ima svoje zakone koji određuju karakteristike evolucije svih oblika organa

nizacija živih. Sposobnost evolucije djeluje kao atribut života, koji direktno proizlazi iz jedinstvena sposobnostžive do samoreprodukcije diskretnih bioloških jedinica. Specifična svojstva života osiguravaju ne samo reprodukciju svoje vrste (nasljednost), već i promjene u samoreproducirajućim strukturama neophodnim za evoluciju (varijabilnost).

Masa žive materije je samo 0,01% mase čitave biosfere. Ipak, živa materija biosfere je njena najvažnija komponenta.

Najveća koncentracija života u biosferi uočava se na granicama dodira zemljinih školjki: atmosfere i litosfere (kopnene površine), atmosfere i hidrosfere (površine okeana), a posebno na granicama tri ljuske - atmosfera, hidrosfera i litosfera (obalne zone). Ovo su mjesta s najvećom koncentracijom života V.I. Vernadsky ih je nazvao "filmovima života". Gore i dolje od ovih površina koncentracija žive tvari opada.

Svi sistemi koje ekologija proučava uključuju biotičke komponente, koje zajedno čine živu materiju.

Pojam "živa materija" uveo je V. I. Vernadsky, pod kojim je shvatio ukupnost svih živih organizama, izraženih kroz masu, energiju i hemijski sastav. Život na Zemlji je najistaknutiji proces na njenoj površini, koji prima životvornu energiju Sunca i pokreće gotovo sve hemijske elemente periodnog sistema.

Prema savremenim procjenama, ukupna masa žive tvari u biosferi je oko 2400 milijardi tona (tabela).

Table ukupna tezinažive materije u biosferi

Masa žive tvari na površini kontinenata je 800 puta veća od biomase Svjetskog okeana. Na površini kontinenata biljke oštro prevladavaju u masi nad životinjama. U okeanu vidimo suprotan odnos: 93,7% morske biomase dolazi od životinja. To je uglavnom zbog činjenice da morski okoliš pruža najpovoljnije uvjete za ishranu životinja. Najmanje biljne organizme koji čine fitoplankton i žive u osvijetljenoj zoni mora i oceana morske životinje brzo jedu i stoga prijelaz organskih tvari iz biljnog u životinjski oblik naglo pomiče biomasu prema prevlasti životinja.

Sva živa materija u svojoj masi zauzima beznačajno mjesto u poređenju sa bilo kojom od gornjih geosfera zemaljske kugle. Na primjer, masa atmosfere je 2150 puta veća, hidrosfera 602 000 puta veća, a Zemljina kora 1 670 000 puta veća.

Međutim, po svom aktivnom uticaju na životnu sredinu, živa materija zauzima posebno mesto i kvalitativno se veoma razlikuje od drugih neorganskih prirodnih formacija koje čine biosferu. Prije svega, to je zbog činjenice da živi organizmi, zahvaljujući biološkim katalizatorima (enzimima), vrše, prema riječima akademika L.S. Berg, sa fizičko-hemijske tačke gledišta, nešto neverovatno. Na primjer, oni su sposobni fiksirati molekularni dušik iz atmosfere u svom tijelu na temperaturama i pritiscima tipičnim za prirodno okruženje.

U industrijskim uslovima, za vezivanje atmosferskog azota za amonijak (NH 3) potrebna je temperatura od oko 500 o C i pritisak od 300-500 atmosfera. U živim organizmima, stope hemijskih reakcija tokom metabolizma povećavaju se za nekoliko redova veličine.

IN AND. U tom smislu, Vernadsky je nazvao živu materiju oblikom izuzetno aktivirane materije.

Glavna svojstva živih bića uključuju: 1. Jedinstvo X hemijski sastav.Živa bića se sastoje od istih hemijskih elemenata kao i neživa, ali organizmi imaju molekule supstanci, karakterističan samo za živa bića ( nukleinske kiseline, proteini, lipidi). 2. Diskretnost i integritet. Svaki biološki sistem (ćelija, organizam, vrsta itd.) sastoji se od pojedinačnih delova, tj. diskretno. Nastaje interakcija ovih dijelova cijeli sistem(na primjer, tijelo se sastoji od pojedinačnih organa povezanih strukturno i funkcionalno u jedinstvenu cjelinu). 3. Strukturna organizacija.Živi sistemi su sposobni da stvaraju red iz haotičnog kretanja molekula, formirajući određene strukture. Živa bića karakteriše urednost u prostoru i vremenu. Ovo je kompleks složenih samoregulirajućih metaboličkih procesa koji se odvijaju u strogo definiranom redoslijedu, usmjerenih na održavanje konstantnog unutrašnjeg okruženja - homeostaze. 4. Metabolizam i energija.živi organizmi - otvoreni sistemi, vršeći stalnu razmjenu materije i energije sa okolinom. Samoregulacija se dešava kada se uslovi okoline promene životni procesi po principu povratne informacije ima za cilj vraćanje konzistentnosti unutrašnje okruženje- homeostaza. Na primjer, otpadni proizvodi mogu imati snažan i strogo specifičan inhibitorni učinak na one enzime koji su formirali početnu kariku u dugom lancu reakcija. 5. Samoreprodukcija. Samoobnavljanje. Životni vijek bilo kojeg biološki sistem ograničeno. 6. Da bi se održao život, događa se proces samoreprodukcije, povezan s formiranjem novih molekula i struktura koje nose genetske informacije koje se nalaze u molekulima DNK. Nasljednost. 7. Molekul DNK je sposoban da skladišti i prenosi nasljedne informacije, zahvaljujući matričnom principu replikacije, osiguravajući materijalni kontinuitet između generacija. Varijabilnost. 8. Prilikom prenošenja nasljednih informacija ponekad se javljaju različita odstupanja koja dovode do promjena karakteristika i svojstava potomaka. Ako ove promjene idu u prilog životu, one se mogu popraviti selekcijom. Rast i razvoj. Organizmi nasljeđuju određene genetske informacije o mogućnosti razvoja određenih karakteristika. Implementacija informacija se dešava tokom individualni razvoj 9. - ontogeneza. U određenoj fazi ontogeneze, tijelo raste, povezano s reprodukcijom molekula, stanica i drugih bioloških struktura. Rast je praćen razvojem. Razdražljivost i pokretljivost. Sva živa bića selektivno reaguju na spoljni uticaji

specifične reakcije zbog svojstva razdražljivosti. Organizmi reagiraju na stimulaciju pokretom. Manifestacija oblika kretanja ovisi o građi tijela. Na glavne jedinstvene karakteristike žive materije , što određuje njenu visoku vrijednost transformativne aktivnosti

1. , može se pripisati: Sposobnost brzog zauzimanja slobodnog prostora , što je povezano kako s intenzivnom reprodukcijom tako i sa sposobnošću organizama da intenzivno povećavaju površinu svog tijela ili zajednice koje formiraju ( punoća ).

2. život Kretanje nije samo pasivno (pod uticajem gravitacije), ali i aktivan

3. . Na primjer, protiv strujanja vode, gravitacije, strujanja zraka. Stabilnost tokom života i brzo raspadanje nakon smrti

4. (uključivanje u cikluse), uz održavanje visoke fizičko-hemijske aktivnosti. Visoka prilagodljivost (adaptacija) na različitim uslovima

5. a s tim u vezi razvoj ne samo svih životnih sredina (vodenih, kopno-vazduh, tla), već i izuzetno teških u fizičko-hemijskim parametrima. . On je nekoliko redova veličine veći nego u neživoj prirodi. O ovom svojstvu može se suditi po stopi prerade tvari od strane organizama u procesu života. Na primjer, gusjenice nekih insekata dnevno prerađuju količinu tvari koja je 100-200 puta veća od njihove tjelesne težine.

6. Visoka stopa obnavljanja žive materije . Procjenjuje se da je to u prosjeku za biosferu oko 8 godina (za kopno 14 godina, a za okean, gdje preovlađuju organizmi sa kratkim životnim vijekom, 33 dana).

7. Raznolikost oblika, veličina i hemijskih opcija , znatno nadmašujući mnoge kontraste u neživoj, inertnoj materiji.

8. Individualnost (ne na svetu iste vrste pa čak i pojedinci).

Sva navedena i druga svojstva žive tvari određena su koncentracijom velikih energetskih rezervi u njoj. IN AND. Vernadsky je primetio da samo lava nastala tokom vulkanskih erupcija može da se takmiči sa živom materijom u energetskoj zasićenosti

Funkcije žive materije. Sva aktivnost žive materije u biosferi može se, uz određeni stepen konvencije, svesti na nekoliko fundamentalnih funkcija koje mogu značajno dopuniti razumevanje njene transformativne biosferno-geološke aktivnosti.

1. Energija . Ova jedna od najvažnijih funkcija povezana je sa skladištenjem energije tokom procesa fotosinteze, njenim prijenosom kroz lance ishrane i disipacijom u okolnom prostoru.

2. Gas – povezuje se sa sposobnošću promjene i održavanja određenog gasnog sastava staništa i atmosfere u cjelini.

3. Redox – povezuje se sa povećanjem intenziteta procesa kao što su oksidacija i redukcija pod uticajem žive materije.

4. Koncentracija – sposobnost organizama da koncentrišu dispergovane hemijske elemente u svom telu, povećavajući njihov sadržaj za nekoliko redova veličine u odnosu na okolinu, a u telu pojedinih organizama – milione puta. Rezultat koncentracijske aktivnosti su nalazišta zapaljivih minerala, krečnjaka, rudnih naslaga itd.

5. Destruktivno – uništavanje organizama i proizvoda njihove vitalne aktivnosti, uključujući i nakon njihove smrti, kako samih ostataka organske tvari, tako i inertnih tvari. Glavni mehanizam ove funkcije vezan je za cirkulaciju tvari. Najznačajniju ulogu u tom pogledu imaju niži obliciživot – gljive, bakterije (destruktori, razlagači).

6. Transport – prijenos materije i energije kao rezultat aktivnog oblika kretanja organizama. Često se takav prijenos provodi na ogromnim udaljenostima, na primjer, tijekom migracija i migracija životinja.

7. Formiranje okoline . Ova funkcija u velikoj mjeri predstavlja rezultat kombiniranog djelovanja drugih funkcija. Na kraju krajeva, to je povezano sa transformacijom fizičkih i hemijskih parametara životne sredine. Ova funkcija se može posmatrati u širem i užem smislu. U širem smislu, rezultat ove funkcije je cjelina prirodno okruženje. Stvorili su ga živi organizmi, a i održavaju njegove parametre u relativno stabilnom stanju u gotovo svim geosferama. U užem smislu, ekološko-formirajuća funkcija žive materije se očituje, na primjer, u formiranju i očuvanju tla od uništenja (erozije), u prečišćavanju zraka i vode od zagađenja, u poboljšanju ishrane izvora podzemnih voda, itd.

8. Rasipanje funkcija suprotna koncentraciji. Manifestira se kroz trofičke (nutritivne) i transportne aktivnosti organizama. Na primjer, raspršivanje materije kada organizmi izlučuju izmet, smrt organizama pri različitim vrstama kretanja u prostoru ili promjene u integumentu.

9. Informacije Funkcija žive materije izražava se u tome što živi organizmi i njihove zajednice akumuliraju informacije, konsoliduju ih u nasljedne strukture i prenose na sljedeće generacije. Ovo je jedna od manifestacija mehanizama adaptacije.

Uprkos ogromnoj raznolikosti oblika, sva živa materija je fizički i hemijski ujedinjena . A ovo je jedan od osnovnih zakona svega organski svijet– zakon fizičkog i hemijskog jedinstva žive materije. Iz toga proizilazi da ne postoji fizički ili hemijski agens koji bi bio fatalan za neke organizme, a apsolutno bezopasan za druge. Razlika je samo kvantitativna - neki organizmi su osjetljiviji, drugi manje, neki se brže prilagođavaju, drugi sporije. U ovom slučaju do adaptacije dolazi u toku prirodne selekcije, tj. zbog smrti onih pojedinaca koji se nisu mogli prilagoditi novim uslovima.

Dakle, biosfera je složen dinamički sistem koji hvata, akumulira i prenosi energiju razmjenom supstanci između žive tvari i okoline.

Karakteristike žive materije

Sastav žive materije uključuje i organske (u hemijskom smislu) i neorganske, ili mineralne, supstance. Vernadsky je napisao:

Masa žive materije je relativno mala i procjenjuje se na 2,4-3,6 10 12 tona (suha težina) i manja je od 10 −6 mase drugih Zemljinih školjki. Ali to je “jedna od najmoćnijih geohemijskih sila na našoj planeti”.

Živa materija se razvija tamo gde život može postojati, odnosno na preseku atmosfere, litosfere i hidrosfere. U uslovima nepovoljnim za postojanje, živa materija prelazi u stanje suspendovane animacije.

Specifičnost žive materije je sledeća:

1. Živu materiju biosfere karakteriše ogromna slobodna energija. U neorganskom svijetu, samo kratkotrajni, neočvrsli tokovi lave mogu se uporediti sa živom materijom u smislu količine slobodne energije.
2. Oštra razlika između žive i nežive materije biosfere uočena je u brzini protoka hemijske reakcije: u živoj materiji reakcije se dešavaju hiljade i milione puta brže.
3. Karakteristična karakteristika žive materije je to što je čine pojedinačni sastojci hemijska jedinjenja– proteini, enzimi itd. – stabilni su samo u živim organizmima (u velikoj meri to je karakteristično i za mineralna jedinjenja koja čine živu materiju).
4. Dobrovoljno kretanje žive materije, uglavnom samoregulišuće. V.I. Vernadsky je identifikovao dva specifične forme kretanje žive materije: a) pasivno, koje nastaje razmnožavanjem i svojstveno je i životinjama i biljni organizmi; b) aktivna, koja se odvija zbog usmjerenog kretanja organizama (tipična je za životinje i, u manjoj mjeri, za biljke). Živa materija takođe ima inherentnu želju da ispuni sav mogući prostor.
5. Živa materija pokazuje znatno veću morfološko i hemijsku raznolikost od nežive materije. Osim toga, za razliku od nežive abiogene materije, živa materija nije zastupljena isključivo u tečnoj ili gasovitoj fazi. Tijela organizama su građena u sva tri fazna stanja.
6. Živa materija je u biosferi predstavljena u obliku dispergovanih tela – pojedinačnih organizama. Štoviše, raspršena, živa tvar se nikada na Zemlji ne nalazi u morfološki čistom obliku - u obliku populacija organizama iste vrste: uvijek je predstavljena biocenozama.
7. Živa materija postoji u obliku kontinuirane smene generacija, zbog čega je savremena živa materija genetski povezana sa živom materijom prošlih epoha. U ovom slučaju, karakteristika žive materije je prisustvo evolutivni proces Reprodukcija žive materije se ne odvija po tipu apsolutnog kopiranja prethodnih generacija, već kroz morfološke i biohemijske promene.

Značenje žive materije

Rad žive materije u biosferi je prilično raznolik. Prema Vernadskom, rad žive materije u biosferi može se manifestovati u dva glavna oblika:

a) hemijska (biohemijska) – I vrsta geološke aktivnosti; b) mašinski – II vrsta transportne delatnosti.

Biogena migracija atoma prve vrste manifestuje se u stalnoj razmeni materije između organizama i okoline u procesu izgradnje tela organizama i varenja hrane. Biogena migracija atoma druge vrste sastoji se u kretanju materije od strane organizama tokom njihove životne aktivnosti (prilikom izgradnje jazbina, gnijezda, kada su organizmi zakopani u zemlju), kretanju same žive tvari, kao i prolazak neorganskih supstanci kroz želudačni trakt zemljanih žderača, mulja i filter hranilica.

Za razumijevanje rada koji živi materija obavlja u biosferi, vrlo su važna tri osnovna principa, koje je V.I. Vernadsky nazvao biogeokemijskim principima:

1. Biogena migracija atoma hemijskih elemenata u biosferi uvek teži svom maksimalnom ispoljavanju.
2. Evolucija vrsta tokom geološkog vremena, koja dovodi do stvaranja oblika života koji su stabilni u biosferi, ide u pravcu koji pojačava biogenu migraciju atoma.
3. Živa materija je u neprekidnoj hemijskoj razmeni sa kosmičkom okolinom koja je okružuje, a stvara je i održava na našoj planeti zračenjem Sunčeve energije.

Postoji pet glavnih funkcija žive materije:

1. Energija. Sastoji se od apsorpcije solarna energija tokom fotosinteze, a hemijska energija - kroz razgradnju energetski zasićenih supstanci i prenos energije kroz lanac ishrane heterogena živa materija.
2. Koncentracija. Selektivna akumulacija tokom životne aktivnosti određene vrste supstance. Postoje dva tipa koncentracija hemijskih elemenata u živoj materiji: a) masivno povećanje koncentracija elemenata u sredini zasićenoj ovim elementima, na primer, ima mnogo sumpora i gvožđa u živoj materiji u oblastima vulkanizma; b) specifična koncentracija određenog elementa, bez obzira na okruženje.
3. Destruktivno. Sastoji se u mineralizaciji nebiogene organske materije, razgradnji neživih neorganske materije, uključivanje nastalih supstanci u biološki ciklus.
4. Formiranje okoline. Transformacija fizičkih i hemijskih parametara životne sredine (uglavnom zbog nebiogenih materija).
5. Transport. Nutritivne interakcije žive materije dovode do kretanja ogromnih masa hemijskih elemenata i supstanci protiv gravitacije iu horizontalnom pravcu.

Živa materija obuhvata i preuređuje sve hemijske procese u biosferi. Živa materija je najmoćnija geološka sila koja raste s vremenom. Odajući počast uspomeni na velikog osnivača doktrine biosfere, A. I. Perelman je predložio da se sljedeća generalizacija nazove "zakon Vernadskog":

„Migracija hemijskih elemenata na zemljinoj površini iu biosferi u celini odvija se ili uz direktno učešće žive materije (biogena migracija) ili se dešava u okruženju čije geohemijske karakteristike (O 2, CO 2, H 2 S, itd.) su pretežno uslovljeni živom materijom kao onom koja trenutno nastanjuje ovaj sistem, i onaj koji je djelovao na Zemlji kroz geološku historiju.”

Bilješke

vidi takođe

Književnost

• O funkcijama žive tvari u biosferi // Bilten Ruske akademije nauka. 2003. T. 73. br. 3. P.232-238

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je "živa materija" u drugim rječnicima:

Ukupnost živih organizama u biosferi, njihova biomasa. Odlikuje se specifičnim hemijskim sastavom (prevladavaju H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), ogromnom biomasom (80 100 109 tona suve organske materije) i energijom. … … Ekološki rječnik

Ukupnost živih organizama u biosferi, izražena brojčano u elementarnom hemijskom sastavu, masi i energiji. Koncept je uveo V. I. Vernadsky u svojoj doktrini o biosferi i ulozi živih organizama u ciklusu materije i energije u prirodi... Veliki enciklopedijski rječnik

Ukupnost živih organizama u biosferi, izražena brojčano u elementarnom hemijskom sastavu, masi i energiji. Koncept je uveo V.I. Vernadsky u svojoj doktrini o biosferi i ulozi živih organizama u ciklusu materije i energije u prirodi. * * *… … enciklopedijski rječnik

1) ukupnost živih organizama biosfere, izražena brojčano u elementarnom hemijskom sastavu, masi i energiji. Termin je uveo V.I. Vernadsky (vidi Vernadsky). J.v. povezan sa biosferom materijalno i energetski kroz ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Ukupnost živih organizama u biosferi, izražena brojčano u elementarnim hemijskim terminima. sastav, masa i energija. Koncept je uveo V. I. Vernadsky u svojoj doktrini o biosferi i ulozi živih organizama u ciklusu energije u prirodi... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

Živa materija- u konceptu V. I. Vernadskog, ukupnost živih organizama biosfere (biljke, životinje, insekti, itd., uključujući i čovječanstvo), brojčano izražena u elementarnom hemijskom sastavu, masi i energiji... Počeci moderne prirodne nauke

živa materija- 1. Skup živih organizama u biosferi koji imaju uredan metabolizam. 2. Kompleksni molekularni agregat sa sistem kontrole, koji sadrži mehanizam za prenošenje nasljednih informacija. E. Živa supstanca D. Lebendiger Stoff,… … Objašnjavajući ufološki rječnik sa ekvivalentima na engleskom i njemačkom jeziku

Prema V. I. Vernadskom (1940), zbirka organizama iste vrste (specifična homogena živa materija) ili rase (rasna homogena živa materija). Ekološki enciklopedijski rječnik. Kišinjev: Glavna redakcija Moldavskog Sovjeta ... ... Ekološki rječnik

Živa materija biosfere, njene karakteristike

V.I. Vernadsky je napisao: „Ne postoji hemijska sila koja stalno djeluje, a samim tim i moćnija po svojim konačnim posljedicama, od živih organizama zajedno.

Doktrina o živoj materiji jedna je od centralnih karika koncepta biosfere. Istražujući procese migracije atoma u biosferi, V.I. Vernadsky je pristupio pitanju geneze (porekla, izgleda) hemijskih elemenata u zemljinoj kori, a nakon toga i potrebi da se objasni stabilnost jedinjenja koja čine organizme. Analizirajući problem migracije atoma, došao je do zaključka da „nema organska jedinjenja nezavisno od žive materije." „Pod imenom žive materije“, pisao je V. I. Vernadsky 1919. godine, „ja ću misliti na celokupnu celinu svih organizama, vegetacije i životinja, uključujući ljude. Sa geohemijske tačke gledišta, ova kolekcija organizama je značajna samo po masi materije koja je čini, njenom hemijskom sastavu i energiji koja je s njom povezana. Očigledno je da je samo s ove tačke gledišta živa materija važna za tlo, jer, budući da se bavimo hemijom tla, imamo posla sa određenom manifestacijom opštih geohemijskih procesa.”

Dakle, živa materija je ukupnost živih organizama biosfere, numerički izražena elementarnim hemijskim sastavom, masom i energijom.

razlozi. Prvo, čovječanstvo nije proizvođač, već potrošač biogeohemijske energije. Ova teza zahtijevala je reviziju geohemijskih funkcija žive tvari u biosferi. Drugo, masa čovječanstva, na osnovu demografskih podataka, nije konstantan iznosživa materija. I treće, njegove geohemijske funkcije karakterizira ne masa, već proizvodna aktivnost. Prirodu asimilacije biogeohemijske energije od strane čovečanstva određuje ljudski um. Čovjek je s jedne strane vrhunac nesvjesne evolucije, „proizvod“ spontane aktivnosti prirode, a s druge strane, on je pokretač novog, inteligentno usmjerenog stupnja same evolucije.

Koje su karakteristične osobine svojstvene živoj materiji? Prije svega ovo ogroman slobodna energija . Tokom evolucije vrsta dolazi do biogene migracije atoma, tj. energija žive materije u biosferi se višestruko povećala, i nastavlja da raste, jer živa materija prerađuje energiju sunčevog zračenja, atomska energija radioaktivnog raspada i kosmička energija rasutih elemenata koja dolazi iz naše Galaksije. Karakterizira se i živa materija velika brzina hemijskih reakcija u poređenju sa neživom materijom, gde se slični procesi dešavaju hiljadama i milionima puta sporije. Na primjer, neke gusjenice mogu preraditi 200 puta više hrane dnevno nego što se same izvagaju, a jedna sjenica pojede onoliko gusjenica dnevno koliko je teška.

Za živu materiju je karakteristično da hemijska jedinjenja koja ga čine, od kojih su najvažniji proteini, stabilna su samo u živim organizmima . Nakon završetka životnog procesa, izvorne žive organske supstance se razlažu na hemijske komponente.

Živa materija postoji na planeti u obliku kontinuirane smene generacija, zbog čega je, novonastala, genetski povezana sa živom materijom prošlih epoha. Ovo je glavni strukturna jedinica biosfere, koja određuje sve ostale procese na površini zemljine kore. Karakteristično je za živu materiju prisustvo evolutivnog procesa . Genetske informacije bilo kojeg organizma je šifriran u svakoj njegovoj ćeliji. Štaviše, ove ćelije su prvobitno predodređene da budu same, sa izuzetkom jajeta, iz kojeg se razvija čitav organizam.

V.I. Vernadsky je primijetio da su živi organizmi na planeti najaktivniji i najmoćniji u svojim konačnim posljedicama hemijsku snagu. Istakao je da je živa materija neodvojiva od biosfere, da je njena funkcija i da je istovremeno “jedna od najmoćnijih geohemijskih sila na našoj planeti”. V.I. Vernadsky je kruženje pojedinačnih supstanci nazvao biogeohemijskim ciklusima. Ovi ciklusi i cirkulacija obezbeđuju bitne funkciježiva materija u celini. Naučnik je identifikovao pet takvih funkcija.

Funkcija plina . Sprovode ga zelene biljke koje oslobađaju kiseonik tokom fotosinteze, kao i sve biljke i životinje koje oslobađaju ugljen-dioksid kao rezultat disanja. Postoji i ciklus azota koji je povezan sa aktivnošću mikroorganizama. V.I. Vernadsky je napisao da su svi plinovi nastali u biosferi usko povezani sa živom materijom, uvijek su biogeni i mijenjaju se uglavnom na biogeni način.

Funkcija koncentracije. Ona se manifestuje u sposobnosti živih organizama da akumuliraju mnoge hemijske elemente u svojim tijelima (ugljik je na prvom mjestu, među metalima kalcij). Sposobnost koncentriranja elemenata iz razblaženih rastvora – karakteristična karakteristikaživa materija. Na primjer, morski organizmi aktivno akumuliraju mikroelemente, teški metali(živa, olovo, arsen), radioaktivni elementi.

V.I. Vernadsky je istakao:

1. Koncentracione funkcije prve vrste, kada živa materija koncentriše iz okoline one hemijske elemente koji se nalaze u svim organizmima bez izuzetka (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Koncentracione funkcije druge vrste, kada dolazi do nakupljanja hemijskih elemenata koji se ne nalaze u živim organizmima, ili se mogu naći u vrlo malim količinama. Na primjer, morski krastavci su sposobni akumulirati vanadij. Gliste mogu akumulirati cink, bakar, olovo i kadmijum u svojim tkivima. Alge iz roda kelp akumuliraju jod.

Redox funkcija. Izraženo u hemijske transformacije supstance tokom života organizama. Kao rezultat toga nastaju soli, oksidi i nove tvari. S ovom funkcijom povezano je stvaranje željeznih i manganskih ruda, krečnjaka itd.

Biohemijska funkcija. Definiše se kao reprodukcija, rast i kretanje u prostoru žive materije. Sve to dovodi do kruženja hemijskih elemenata u prirodi, njihove biogene migracije.

V.I. Vernadsky je identificirao prvu biokemijsku funkciju, koja je povezana s ishranom, disanjem i reprodukcijom organizama, i drugu biokemijsku funkciju, koja je povezana s uništavanjem tijela živih organizama nakon njihove smrti. U ovom slučaju dolazi do niza biohemijskih transformacija: živo tijelo - bioinertno - inertno.

Funkcija ljudske biogeohemijske aktivnosti. Povezano sa biogenom migracijom atoma, koja se pod uticajem višestruko povećava ekonomska aktivnostčovek i njegov um. Čovjek se u toku svoje ekonomske djelatnosti razvija i koristi za svoje potrebe veliki broj materije zemljine kore, uklj. kao što su ugalj, gas, nafta, treset, škriljci i mnoge rude. Istovremeno dolazi do antropogenog ulaska u biosferu strane supstance u količinama koje prelaze dozvoljena vrednost. To je dovelo do krizne konfrontacije između čovjeka i prirode. Glavni razlog predstojeći ekološka kriza smatra se tehnokratskim konceptom koji smatra biosferu, s jedne strane, kao izvor fizičkih resursa, s druge, kao kanalizaciju za odlaganje otpada.

Trenutno, svjetska ekonomija godišnje emituje

 više od 250 miliona tona finih aerosola,

 200 miliona tona ugljen monoksid,

 150 miliona tona sumpor-dioksida,

 120 miliona tona pepela,

 više od 50 miliona tona ugljovodonika,

 2,5 milijardi (!) tona azotnih oksida.

Prirodni ciklus atoma u atmosferi jednostavno ne ide ukorak s emisijama koje je napravio čovjek. Samo sagorevanjem uglja u elektranama u životnu sredinu se oslobađa desetine puta više arsena, uranijuma, kadmijuma, berilija i hiljade puta više žive nego što je uključeno u prirodni biohemijski ciklus.

IN AND. Vernadsky je klasifikovao živu materiju u homogena I heterogena . Prvi je po njegovom mišljenju generička, specifična supstanca, itd., a drugi je predstavljen uobičajenim mješavinama živih tvari. Ovo je šuma, močvara, stepa, tj. biocenoza. Naučnik je predložio karakterizaciju žive materije na osnovu takvih kvantitativnih pokazatelja kao što su hemijski sastav, prosečna težina organizama i prosječna brzina njihovo naseljavanje površine zemaljske kugle.

Vernadsky daje prosječne brojke za stopu “prenošenja života u biosferi”. Vrijeme potrebno ovoj vrsti da zauzme cijelu površinu naše planete je različitih organizama može se izraziti u sljedećim brojevima (danima):

bakterija kolere ( Vibrio cholerae) 1,25

Ciliates ( Lekconhrys patula) 10,6 (maksimalno)

dijatomeje ( Nittschia putrida) 16,8 (maksimalno)

Zeleni plankton 166-183 (prosječno)

insekti ( Musca domestica) 366

riba ( Pleurettes platessa) 2159 (maksimalno)

Cvjetnice ( Trifolium repens) 4076

Ptice (kokoške) 5600-6100

Sisavci: pacovi 2800

divlja svinja 37600

Indijski slon 376000.

Život na našoj planeti postoji u nećelijskom i ćelijskom obliku.

Nećelijski oblik žive tvari predstavljaju virusi koji nemaju razdražljivost i vlastitu sintezu proteina. Najjednostavniji virusi sastoje se samo od proteinske ljuske i molekule DNK (deoksi ribonukleinska kiselina) ili RNA (ribonukleinska kiselina), koja čini jezgro virusa. Ponekad se virusi izoluju u posebno carstvo žive prirode - Vira. Mogu se razmnožavati samo unutar određenih živih ćelija. Virusi su sveprisutni u prirodi i opasni su neprijatelji svih živih bića. Naseljavanjem u ćelijama živih organizama uzrokuju njihovu smrt. Opisano je oko 500 virusa koji inficiraju toplokrvne kralježnjake i oko 300 virusa koji napadaju više biljke. Više od polovine ljudskih bolesti duguje svoj razvoj sićušnim virusima (100 puta su manji od bakterija). Dovoljno je navesti nekoliko strašnih bolesti uzrokovanih virusima da bi se shvatila opasnost od ovih sićušnih stvorenja. To su dječja paraliza, male boginje, gripa, infektivni hepatitis, žuta groznica itd.

Ćelijski oblici života predstavljeni su prokariotima (organizmi koji nemaju membranom vezano jezgro) i eukariotima (čije ćelije sadrže formirana jezgra). Prokarioti uključuju različite bakterije. Eukarioti su sve više životinje i biljke, kao i jednoćelijske i višećelijske alge, gljive i protozoe.

Živa materija igra ogromnu ulogu u razvoju naše planete. Ruski naučnik V.I. Vernadsky došao je do ovog zaključka nakon proučavanja sastava i evolucije Zemljine kore. On je dokazao da se dobijeni podaci ne mogu objasniti samo geološkim razlozima, bez uzimanja u obzir uloge žive materije u geohemijskoj migraciji atoma.

Od trenutka svog nastanka, život se stalno razvija i postaje sve složeniji, utječući na okolinu i mijenjajući je. dakle, evolucija biosfere teče paralelno sa istorijskim razvojem organskog života.

Životni vijek na Zemlji mjeri se na otprilike 6-7 milijardi godina. Moguće je da su se primitivni oblici života pojavili i ranije. Ali prve tragove svog prisustva ostavili su prije 2,5-3 milijarde godina. Od tada su se na površini planete dogodile radikalne promjene i nastalo je do 5 miliona vrsta životinja, biljaka i mikroorganizama. Živa materija je nastala na Zemlji, značajno drugačija od nežive materije.

Razvoj života doveo je do pojave nove planetarne strukturne ljuske biosfere, usko povezane unificirani sistem geološka i biološka tijela i procesi transformacije energije i materije.

Biosfera nije samo sfera distribucije života, već i rezultat njegove aktivnosti.

Biljke zauzimaju posebno mjesto među živim organizmima jer imaju sposobnost fotosinteze. Oni proizvode gotovo svu organsku materiju na planeti (postoji skoro 300 hiljada vrsta biljaka).

Funkcije žive materije

V.I. Vernadsky je dao ideju o glavnim biogeohemijskim funkcijama žive materije:

1. Energetska funkcija povezan sa skladištenjem energije tokom fotosinteze, njenim prenosom kroz lance ishrane i disipacijom.

Ova funkcija je jedna od najvažnijih. Zasnovan je na procesu fotosinteze, što rezultira akumulacijom sunčeve energije i njenom naknadnom preraspodjelom između komponenti biosfere.

Biosfera se može uporediti sa ogromnom mašinom, čiji rad zavisi od jednog odlučujući faktor- energija: bez nje bi sve odmah stalo.
U biosferi, sunčevo zračenje igra ulogu glavnog izvora energije.

Biosfera akumulira energiju koja dolazi iz svemira na našu planetu.

Živi organizmi ne ovise samo o tome energija zračenja Sunce, oni djeluju kao ogromna baterija (skladištenje) i jedinstveni transformator (pretvarač) ove energije.

To ide ovako. Autotrofne biljke (i hemotrofni mikroorganizmi) stvaraju organsku materiju. Svi ostali organizmi na planeti su heterotrofi. Oni koriste stvorenu organsku materiju za hranu, što rezultira složenim sekvencama sinteze i razgradnje organske materije. Ovo je osnova biološki ciklus hemijskih elemenata u biosferi.

To je, živi organizmi su najvažnija biohemijska sila koja transformiše zemljinu koru.

Migracija i razdvajanje hemijskih elemenata na površini zemlje, u tlu, u sedimentnih stijena, atmosfera i hidrosfera odvijaju se uz direktno učešće žive materije. Dakle, u geološkom smislu živa materija, atmosfera, hidrosfera i litosfera- Ovo međusobno povezanim dijelovima jedinstvena planetarna školjka koja se neprestano razvija - biosfera.

2. Gasna funkcija - sposobnost promjene i održavanja određene sastav gasa stanište i atmosfera uopšte.

Preovlađujuća masa gasova na planeti je biogenog porekla.

primjer:

Atmosferski kiseonik se akumulira fotosintezom.

3. Funkcija koncentracije- sposobnost organizama da koncentrišu dispergovane hemijske elemente u svom telu, povećavajući njihov sadržaj u poređenju sa okruženjem koje okružuje organizam za nekoliko redova veličine.

Organizmi akumuliraju mnoge hemijske elemente u svojim tijelima.

primjer:

Među njima, ugljenik je na prvom mestu. Sadržaj ugljika u uglju je hiljadama puta veći u koncentraciji od prosjeka za zemljinu koru. Ulje je koncentrator ugljika i vodonika, jer je biogenog porijekla. Među metalima, kalcij je na prvom mjestu po koncentraciji. Cijeli planinski lanci sastavljena od životinjskih ostataka sa vapnenastim skeletom. Koncentratori silicijuma su dijatomeje, radiolarije i neke spužve, jod - alge alge, željezo i mangan - posebne bakterije. Kičmenjaci akumuliraju fosfor koji se koncentriše u njihovim kostima.

Rezultat koncentracijske aktivnosti su nalazišta zapaljivih minerala, krečnjaka, rudnih naslaga itd.

4. Redox funkcija povezuje se sa intenziviranjem, pod uticajem žive materije, procesa kako oksidacije usled obogaćivanja okoline kiseonikom, tako i redukcije, prvenstveno u slučajevima kada dolazi do raspadanja organskih materija usled nedostatka kiseonika.

primjer:

Procesi redukcije obično su praćeni stvaranjem i akumulacijom sumporovodika, kao i metana. To, posebno, čini duboke slojeve močvara praktički beživotnim, kao i značajne donje vodene stupove (na primjer, u Crnom moru).

Podzemni zapaljivi gasovi su produkti raspadanja organskih materija biljnog porekla, prethodno zakopanih u sedimentnim slojevima.