Formiranje organskih supstanci. Formiranje najjednostavnijih organskih jedinjenja

Biljne i životinjske ostatke koji se nakupljaju na površini istrošene stijene iu njenim manje-više gornjim horizontima možemo uočiti u raznim fazama raspadanja ili 1) u obliku blago raspadnutih ostataka koji se vremenom akumuliraju u obliku raznih "filca" (u šumama - "šumski filc", u stepama - "stepa"), koje karakterizira tako niska razgradnja njihovih sastavnih komponenti da lako možemo razlikovati pojedine dijelove biljaka ili životinja; ili 2) u obliku delova biljaka (i životinja) koji su manje-više izgubili svoj prvobitni oblik i izgled; tada nam se pojavljuju u obliku zasebnih fragmenata, deformisani u različitom stepenu, smeđi, delikatne, mrvičaste teksture i strukture. Ho, a u ovoj fazi raspadanja, možemo ih odvojiti od mineralnih čestica stijene raznim mehaničkim metodama - elutrirajući ih, budući da su specifičnije svjetlo, u vodi, ponekad birajući ih pincetom itd.; konačno, 3) u daljoj fazi svog raspadanja, opisani ostaci potpuno gube svoja prvobitna svojstva i ulaze u tako blisku hemijsku kombinaciju sa mineralnom supstancom stijene da su od potonje već neodvojivi bilo kojim mehaničkim metodama.
Ovu fazu raspadanja karakterizira, takoreći, potpuna asimilacija formiranih proizvoda mineralnom osnovom stijene; te proizvode možemo odvojiti od mineralnog dijela samo primjenom snažnih hemijskih metoda ili uništavanjem ovih proizvoda (sagorevanjem).
Rezultat tako bliske kemijske kombinacije produkata raspadanja biljnih i životinjskih ostataka s mineralnim dijelom istrošene stijene je kompleks posebnih, takozvanih "organo-mineralnih" spojeva koji se akumuliraju u tlu u jednoj ili drugoj količini. , odlikuju se uporednom stabilnošću i čvrstoćom svog sastava i daju tlu manje-više tamnu boju. Ova grupa proizvoda, koja je takoreći sastavni dio tla, "asimilirana" i kemijski vezana njime, naziva se humus tla (humus).
Iz prethodno rečenog jasno proizilazi da ne treba svako organsko jedinjenje koje se može naći u tlu spadati u kategoriju humusnih, odnosno humusnih spojeva tla. Dakle, "slobodni" ugljikohidrati, masti itd., koji mogu nastati u tlu kao rezultat razgradnje biljnih i životinjskih ostataka, još ne predstavljaju onu organomineralnu neoplazmu koju nazivamo humusom. Zbog bogate mikroflore prisutne u zemljištu, te zbog raznovrsnih enzima prisutnih u zemljištu, navedena organska jedinjenja obično prolaze tako brze i lake transformacije da se mogu nazvati, u doslovnom smislu riječi, prolaznim i prolaznim spojevima. Zaista, direktna analiza obično pokazuje izuzetno varijabilnu i promjenjivu količinu njih u istom tlu - često čak i u vrlo kratkom vremenskom periodu. Ova jedinjenja, kao rezultat složenih reakcija interakcije sa mineralnom materijom tla, u svojoj kasnijoj sudbini mogu, naravno, postati sastavni deo humusa u tlu, ali mogu, bez pronalaženja odgovarajućih fizičko-hemijskih uslova za ovo, ne ulazi u sastav novoformiranog organo-mineralnog kompleksa i ostaje "slobodno", a ne kao sastavni dio humusa.
Što se tiče onih mineralnih jedinjenja koja su uvek deo biljnih i životinjskih ostataka, pri razgradnji ovih potonjih i ova jedinjenja doživljavaju dvostruku sudbinu: neka od njih se oslobađaju one snažne i složene veze u kojoj su se nalazili za života jedan ili drugi organizam sa organskim spojevima potonjeg, i taloži se u površinskim horizontima tla u obliku određenih "čistih" mineralnih formacija (postoji, kako kažu, "potpuna mineralizacija organskih ostataka"); drugi deo takođe direktno učestvuje u sintezi i izgradnji tog organo-mineralnog kompleksa o kome je sada reč.
Dakle, nisu svi mineralni sastojci tla i nisu svi njegovi organski sastojci sastavni dijelovi njegovog humusnog kompleksa.
Iz kategorije humusnih tvari u tlu moramo isključiti i one ostatke raspadajućih biljaka i životinja, čak i ako su jako deformirani, koje možemo odvojiti od zemljišne mase mehaničkim putem (ostaci korijenovog sistema, ostatci listova, ostaci insekata hitina korice, itd.). ).
Dakle, razlikujemo koncept "organske komponente" tla od njegovog "humusnog dijela". Drugi koncept je dio prvog. Ovo razmatranje moramo imati na umu u svim našim narednim izlaganjima.
Hemijski sastav ovog složenog kompleksa, koji se naziva humus tla, ili humus, još uvijek je vrlo slabo razjašnjen, uprkos činjenici da je proučavanje ovog objekta počelo jako davno. Glavni razlog ovog nedostatka proučavanja je činjenica da još uvijek nisu razvijene pouzdane metode koje bi nekako individualizirale ovaj složeni objekt, još uvijek ne postoje načini da se dobije u kristalnom obliku, itd.
Posljednje godine, međutim, obilježen je cijelim nizom studija koje su značajno unaprijedile proučavanje ovog kompleksa.
Između prirode organskih spojeva koji čine sve gore navedene kategorije objekata u prirodnom okruženju, uočavamo, naravno, brojne postepene prijelaze, kako između primarnih minerala matične stijene tako i konačnih proizvoda njihovog raspadanja, a između netaknutih procesa razgradnje biljnih (i životinjskih) ostataka i završnih faza njihovog uništenja, u svakom tlu možemo uočiti niz najrazličitijih međuformacija.
Ako u početnim fazama trošenja stijena i minerala dominantnu ulogu imaju elementi "nežive" prirode, odnosno elementi atmosfere i hidrosfere, onda u narednim fazama razvoja ovih procesa, kada ove stijene poprime sposobnost da obezbijede život vegetaciji koja se naseljava na njima i u vezi s tim se počnu obogaćivati ​​proizvodima razgradnje potonje, takva uloga prelazi na elemente biosfere. Činjenica da upravo mikroorganizmi imaju vodeću ulogu u procesima razgradnje umirućih organskih ostataka dokazana je još 1862. godine briljantnim Pasteurovim istraživanjem.
Brojni eksperimenti s ciljem rasvjetljavanja utjecaja visokih temperatura i raznih antiseptičkih sredstava na razgradnju organskih tvari naknadno su konačno utvrdili ovo stanovište. Treba, međutim, napomenuti da su neki od ovih eksperimenata pokazali da u navedenim uslovima procesi raspadanja nisu u potpunosti prestali, već su samo značajno inhibirani, što omogućava pretpostaviti da ti procesi, iako u vrlo zanemarivom stepenu, mogu i dalje se ponekad odvijaju u sili čisto hemijske interakcije delova materijala koji se raspada. U svakom slučaju, posljednjoj kategoriji pojava treba pripisati više nego skromnu ulogu u procesima razgradnje organskih tvari.
Ako su procesi razgradnje organskih materija u tlu uglavnom biohemijski procesi, onda je jasno koje različite oblike i pravce ti procesi mogu poprimiti u tlu u prirodnim uslovima, u zavisnosti od jednog ili drugog priliva vazduha, vlage u tlu, temperaturnih uslova. , hemijska i fizička svojstva okoline itd.
Da bismo razumjeli koliko daleko može ići razgradnja organskih ostataka u svakom pojedinačnom slučaju i u kojim srednjim fazama se to razlaganje može odgoditi u svakom pojedinačnom slučaju, dalje ćemo razmotriti značaj u ovim procesima svakog od gore navedenih faktora posebno, štaviše, bez citiranja sve brojne literature dostupne o ovom pitanju, ograničavamo se na izvještavanje samo o konačnim zaključcima dobijenim u ovoj oblasti.
Polazna tačka za ovdje predstavljena istraživanja je dobro poznato stanovište da se oslobađanje ugljičnog dioksida iz raspadajuće organske tvari može prepoznati kao mjera brzine i energije ove razgradnje (Hoppe-Seuler). Uzimajući u obzir, međutim, da se u tlu, paralelno s procesima razgradnje organskih tvari, pod utjecajem vitalne aktivnosti mikroorganizama, često obrću procesi – sintetički – pa se stoga količina oslobođenog ugljičnog dioksida ne može uvijek služe kao mjera razgradnje organske tvari, može se pribjeći drugoj metodi istraživanja, naime, direktno analizi količine mineralnih spojeva koji se odvajaju od raspadajuće tvari uključene u njen sastav.
Od glavnih uslova koji određuju brzinu i prirodu raspadanja organskih supstanci, fokusiraćemo se na proučavanje uticaja temperature, stepena vlažnosti, stepena dotoka vazduha, hemijskih svojstava medijuma i prirode vlage koja ulazi u raspadanje. materijala o ovim procesima.
Utjecaj temperature i vlage. Najdetaljnije istraživanje o ovom pitanju proveo je Wollny.
Materijal za raspadanje stavljen je u cijevi u obliku slova U i kroz njih je propuštan zrak bez ugljičnog dioksida. Ove epruvete su stavljene u vodena kupatila, gde je temperatura podešavana po želji.
Ako je vlažnost uzetog predmeta ostala konstantna, tada se količina ugljičnog dioksida (CO2) povećava s povećanjem temperature. Dakle, zrak koji je prolazio kroz cijevi sadržavao je ugljični dioksid (u kompostnom tlu):

Ako je, pak, temperatura ostala konstantna, a stepen vlaženja se povećao, tada se u skladu s tim povećala i količina CO2:

Dakle, i temperatura i vlažnost supstrata koji se raspada utječu na proces koji nas zanima u jednom smjeru.
Mijenjajući u svojim eksperimentima uslove temperature i vlažnosti u suprotnim smjerovima, Wollny je došao do zaključka da se stvaranje CO2 najintenzivnije događa u prosječnim uvjetima temperature i vlažnosti. Tako, na primjer, kada

Slične rezultate dobio je i Fodor, čije istraživanje je također zanimljivo jer je radio, između ostalog, i na vrlo visokim temperaturama (do 137°). Svi njegovi eksperimenti u potpunosti su potvrdili Wollnyjeve zaključke; između ostalog je naveo da je pri vrlo visokim temperaturama oslobađanje ugljičnog dioksida iz raspadajuće mase, iako se nastavilo, bilo izuzetno slabo. Dalja istraživanja Petersena sa razgradnjom organske materije u crnoj zemlji i razgradnjom drveta listopadnog drveća, kao i Bellena i pokojnog P. Kostycheva - sa otpalim lišćem breze, svježim iglicama smreke i sijenom, pokazala su u općenito da i temperatura i vlažnost zaista djeluju u istom smjeru. , ali do određene granice (u smjeru povećanja ili, obrnuto, u smjeru smanjenja), kada je vitalna aktivnost mikroorganizama već zbog toga poremećena, a kada je proces, s tim u vezi, krenuo vrlo slabo i tromo.
Konačni zaključak iz svih ovih opažanja može se formulirati na sljedeći način: energija raspada organskih tvari dostiže svoj optimum pri određenoj prosječnoj vrijednosti vlažnosti i temperature. Nedostatak vlage umanjuje ovu energiju, kao i njen višak, jer je u drugom slučaju ometano slobodno kruženje zraka u masi koja se raspada. Niske i visoke temperature također inhibiraju opisani proces.
Rezultati svih ovih eksperimenata i zapažanja, preneseni u prirodno okruženje, pomažu nam da na najbolji mogući način shvatimo razloge nakupljanja u ovom ili onom području ove ili one količine humusa - ovog ili onog sastava. U svakom pojedinačnom slučaju, ove pojave uvijek možemo povezati, s jedne strane, sa klimatskim prilikama datog područja i sa onim faktorima od kojih zavisi mikroklimatska situacija (pejzaž, vegetacija i sl.), as druge strane, sa kompleksom unutrašnjih fizičko-hemijskih svojstava samog tla (u ovom slučaju njegovih vodnih i termičkih svojstava), kroz koje se prelamaju svi elementi prirode koji okružuju ovo tlo.
Uticaj hemijskih svojstava medijuma. Ograničićemo se samo na najopštije odredbe koje postoje u ovoj oblasti.
Kiselost okoline, prema eksperimentima Wollnyja i mnogih drugih istraživača, ima depresivan učinak na procese razgradnje, što je, naravno, sasvim razumljivo ako se prisjetimo da je za populaciju bakterija - ovaj glavni uzročnik procesa koje opisujemo, kisela sredina je otrov (gljivična mikroflora je, međutim, na ovaj faktor do određene granice, kao što znamo, neosjetljiva).
Što se tiče značaja alkalne sredine, na ovom pitanju ćemo se zadržati malo bliže, a imaćemo na umu uticaj na procese koji nas zanimaju samo prisustva kalcijum karbonata, jer upravo sa ovim jedinjenjem mi najčešće se moraju pozabaviti, na primjer, pitanjem utjecaja na energiju razgradnje organske tvari tako uobičajenih matičnih stijena kao što su les, lesolike ilovače i sl. formacije bogate kalcijum karbonatima.
Ne tako davno postojalo je vjerovanje da CaCO3 (kalcij karbonat) značajno ubrzava brzinu razgradnje organske tvari. U praksi poljoprivrede je donedavno bio raširen stav da „kreč, obogaćujući očeve, upropaštava decu“, odnosno da ova supstanca doprinosi izuzetno brzom propadanju humusa u zemljištu, „ispuštenih“ hranljivih materija. iz kojih (mineral, zatvoren u spojeve) privremeno uvelike povećavaju plodnost tla, ali istovremeno uskraćuju tlu onu zalihu ovih spojeva iz kojih bi kasniji usjevi mogli crpiti hranu. Ovo pogrešno uvjerenje bilo je zasnovano, između ostalog, na Petersenovom istraživanju.
Petersen je postavio svoje eksperimente sa zemljištem koje je imalo 58% humusa (tj. sa zemljištem jasno kiselim), a po količini CO2 naveo je skoro trostruku količinu ovog gasa kada je ovom tlu dodat kalcijum karbonat, iz čega je pomenuti autor zaključili da vapno značajno ubrzava razgradnju organske materije. U drugom eksperimentu, Petersen je radio sa vapnenačkim tlom - nepromijenjenim, kao i sa istim tlom, ali prethodno tretiranim da bi se uklonio vapno klorovodičnom kiselinom. Rezultati su bili isti. Prvi eksperimenti pomenutog naučnika kasnije su bili podvrgnuti poštenoj „kritici pokojnog P. Kostyčeva, koji je skrenuo pažnju pre svega na činjenicu da je zemljište sa kojim je Petersen manipulisao nesumnjivo kiselo, sa mnogo slobodnih humusnih kiselina. Jasno je da je dodavanje kalcijum karbonata takvom tlu, usrednjavajući medij, stvorilo povoljne uslove za procese razgradnje. Što se tiče druge grupe Petersenovih eksperimenata, potonji je propustio učinak prethodnog tretmana tla hlorovodoničnom kiselinom, za koju se pretpostavljalo da ima štetan učinak na bakterijsku floru tla.
Daljnji eksperimenti P. Kostycheva sa lišćem drveća i sa tlom černozema pokazali su da je dodavanje kalcijum karbonata, naprotiv, uvek smanjivalo energiju raspadanja. Slične rezultate su dobili Wollny, Reitmair, Kossovich i dr. Samo u izuzetnim slučajevima, kada podloga zemljišta sadrži puno slobodnih humusnih kiselina, dodavanje vapna može podstaći procese raspadanja.
Kao što je poznato, obogaćivanje tla černozema humusom dijelom se objašnjava zaštitnom ulogom spojeva kalcija, koji su dio matičnih stijena najčešćih u stepskoj zoni (les, lesolike ilovače itd.).
Uzimajući u obzir da je kalcij energetski koagulator koloidnih tvari (i organskih i mineralnih), ovom elementu moramo pripisati i ulogu energetskog fiksatora humusnih spojeva u sloju tla. Gubitak tla, iz ovog ili onog razloga, spojeva kalcija podrazumijeva, kao što znate, procese njegove potpune degeneracije ("degradacije") - uz gubitak dijela humusnih tvari ispiranjem itd.
Utjecaj dotoka zraka na razgradnju organskih tvari. Da bi se razjasnila uloga zraka kao jednog od faktora u razgradnji Wollnyjevih organskih tvari, izveden je sljedeći eksperiment: mješavina kvarcnog pijeska i praha treseta, navlažena do određene granice, stavljena je u cijevi u obliku slova U kroz koje je propuštan je vazduh sa različitim sadržajem kiseonika, kao i čisti azot i čisti kiseonik. Količina ugljičnog dioksida određivana je svaka 24 sata. Rezultati eksperimenata su pokazali da se raspadanje organske materije povećava sa povećanjem procenta kiseonika u vazduhu. Naprotiv, smanjenjem potonjeg, a još više zamjenom ovog plina nekim indiferentnim plinom (na primjer, dušikom), oksidacija ugljika u organskoj tvari bila je snažno inhibirana. Nedostatak kiseonika koji teče do materijala koji se raspada utiče ne samo na smanjenje energije ove razgradnje, već se odražava i na samu prirodu procesa. Sa ove tačke gledišta, uobičajeno je razlikovati proces tinjanja (tj. proces razgradnje sa pristupom vazduha) i proces raspadanja (tj. raspadanje u anaerobnim uslovima).
Ako se organski ostaci razgrađuju uz potpuni pristup zraku (aerobni proces je „proces tinjanja“), onda su ti procesi čisto oksidativne prirode, a razgradnja organske tvari može se odvijati neprekidno (u odsustvu bilo kakvih faktora, naravno inhibiranje ovih pojava) do proizvoda poput vode, ugljičnog dioksida, soli dušične, sumporne, fosforne i drugih kiselina. Istovremeno, mineralne tvari koje su bile dio pepelnih elemenata raspadajućih ostataka se tako, takoreći, oslobađaju. Dolazi do "mineralizacije" organskih ostataka.
Tinjanje se obično javlja uz značajno oslobađanje topline.
Tokom anaerobnih procesa („proces truljenja“) navodimo niz nepotpuno oksidiranih jedinjenja, kao što su metan (kao rezultat anaerobne metanske fermentacije celuloze, škroba, pentozana itd.), sumporovodik (karakteristični produkt raspadanja proteina). ), vodonik (proizvod vodikove fermentacije celuloze), vodonik fosfid, amonijak, dušik itd. Dalje, među proizvodima anaerobne razgradnje, vidimo i međuproizvode razgradnje proteina kao što su indol, skatol, itd. Konačno, u u razgradnoj masi pod opisanim uslovima nastaju brojne organske kiseline - masne kiseline (počev od mravlje pa završavajući uljem sa svojim višim homolozima), zatim mliječna kiselina, benzojeva, jantarna itd. uslovi za njihovo dalje propadanje usled nedostatka vazduha zaustavljaju razvoj mikroorganizama, a dalje raspadanje organske materije može potpuno da prestane.
Tinjanje i propadanje su, naravno, samo najekstremniji oblici razgradnje organske materije, između kojih su mogući različiti međufazi.
Utjecaj prirode dotoka vlage u supstancu koja se raspada. Pored gore navedenih faktora, na energiju i prirodu raspadanja organskih materija veoma oštro utiče i priroda snabdevanja vlagom materije koja se raspada (S. Kravkov). U direktnom proučavanju količine mineralnih jedinjenja koja se odvajaju od raznih raspadajućih biljnih ostataka u slučaju kada se ti ostaci sistematski doživljavaju ispiranjem vodom (tj. kada se proizvodi raspadanja neprestano uklanjaju iz sfere interakcije jedni s drugima) , a u slučaju kada ovi produkti uvijek ostaju u interakciji s materijalom koji se raspada, konstatovano je da se u prvom slučaju u raspadajućoj masi u izobilju akumuliraju kiseli produkti koji inhibiraju daljnji tok procesa raspadanja, u drugom ovi procesi se, naprotiv, odvijaju veoma energično sve vreme. Pažljivije proučavanje ovog fenomena pokazalo je da se tokom krozgrađivanja materijala koji se raspada dolazi do vrlo brzog gubitka njegovih zemnoalkalnih baza ovom supstancom, što doprinosi akumulaciji nezasićenih kiselih produkata u raspadajućoj masi, koji inhibiraju ovaj proces.
Iste pojave utvrdio je i S. Kravkov u odnosu na tla. Ovi zaključci, izrečeni još 1911. godine, danas su najbolje objašnjeni sa stanovišta učenja K. Gedroitsa o „kompleksu upijanja tla.
Opisane činjenice se moraju imati na umu pri proučavanju uslova akumulacije i propadanja organskih materija u tlima različite vodopropusnosti, koja leže u različitim reljefnim uslovima itd.
Pored faktora o kojima je bilo reči, na energiju procesa raspadanja važan uticaj imaju i brojni drugi uslovi: stepen finoće materijala koji se raspada (što je san veći, to je veća površina kontakta sa atmosferskim agensima: temperatura , vlaga, kiseonik iz vazduha itd., procesi razgradnje teku energičnije), hemijski sastav materijala koji se razgrađuje (najbrže se razgrađuju proteinske supstance, šećeri, neke organske kiseline; teže - celuloza, lignin, plute; konačno - smole , voštane supstance, tanini itd.). Sa ove tačke gledišta, poznavanje hemijskog sastava onih biljnih asocijacija koje u svakom pojedinačnom slučaju učestvuju u stvaranju organske materije ovog ili onog tla čini se apsolutno neophodnim.
Prenoseći sve ove zaključke na prirodu, već možemo predvidjeti da bi priroda i energija raspadanja organskih tvari trebala biti još osjetljivija reakcija na promjenu ovog ili onog vanjskog faktora u jednom ili onom smjeru od procesa trošenja minerala. i stijene razmatrane gore. Stvarnost u potpunosti potvrđuje ovu pretpostavku: količina humusa koji se akumulira u određenom tlu, njegov kvalitativni sastav, hemijska svojstva itd. uvijek mogu biti usko povezani s prirodom okolnih klimatskih uslova, sa uslovima reljefa, sa prirodom biljke. (i životinjskog) svijeta i, konačno, sa karakteristikama matične stijene i sa cijelim kompleksom unutrašnjih fizičko-hemijskih i bioloških svojstava samog tla.
Nakon što smo razmotrili uslove od kojih zavisi energija i priroda razgradnje umirućih organskih ostataka, sada se okrećemo proučavanju hemijskog sastava i svojstava proizvoda ovog raspadanja.
Kao iu mineralnom dijelu tla, razlikujemo, s jedne strane, relikte (ostatke) primarnih minerala i stijena koji prelaze u tlo bez bitnije promjene svoje unutrašnje kemijske prirode, as druge strane, brojne raznih međuprodukata njihovog trošenja do relativno teških njihovih predstavnika koji prolaze dalje promjene (u različitim fazama razvoja tla - različiti po sastavu i svojstvima), pa se u organskom dijelu tla može naći i postepeni raspon prijelaza od "primarnog "organska jedinjenja koja su dio mrtvih biljnih ostataka netaknuta procesima razgradnje i životinja, na takva organska jedinjenja, koja bi se u odnosu na navedenu kategoriju supstanci mogla nazvati i "nove formacije" i koja bi se takođe mogla prepoznati na svakom datom fazi razvoja tla, relativno su slabo podložni daljem propadanju.
Među produkte raspada organskih supstanci, koje se odlikuju relativno visokom stabilnošću, moramo ubrojati i one humusne tvari koje su gore navedene. Ova postojanost objašnjava relativno slabe fluktuacije u kvantitativnom sastavu humusa u određenom vremenskom periodu u jednom ili drugom tipu tla, u jednoj ili drugoj njegovoj različitosti. Naravno, u procesu evolucije kroz koji prolazi svako tlo, te tvari neizbježno također aktivno učestvuju - čak do njihovog potpunog uništenja i naknadne mineralizacije, odnosno sve dok mineralna jedinjenja ne ispadnu iz njih - u slobodnom obliku , pa do transformacije "organogena" u krajnje proizvode kao što su CO2, H2O itd.
Ostavljajući po strani razmatranje sastava i svojstava onih prolaznih i „prolaznih“, a samim tim i nekonzistentnih i nekarakterističnih produkata raspadanja, o kojima smo gore govorili, preći ćemo dalje na proučavanje te specifične formacije tla, koja se zove humus.
Jedinjenja humusa u tlu, koji imaju tako važnu ulogu u formiranju tla i u biljnom životu, dugo su privlačila pažnju brojnih istraživača. Unatoč tome, još uvijek nije moguće u potpunosti razumjeti cijeli kompleks pojava povezanih s nastankom humusa, njegovim sastavom i svojstvima.
Za razumijevanje sastava i svojstava humusa u tlu dugo se koristi analitički put: dugo su se pokušavali izolirati ovaj složeni kompleks iz ukupne mase tla na ovaj ili onaj način, nakon čega je slijedila analiza njegovog sastava i svojstva.
Metoda vađenja humusnih tvari iz tla, koju je predložio Sprengel i koja do danas nije izgubila na značaju u Grandeau modifikaciji, sastoji se u tretiranju tla nekom vrstom alkalnog karbonata (natrijum karbonat, kalijev karbonat ili amonijak karbonat). Produženim i ponovljenim pranjem tla navedenim reagensima često je moguće postići gotovo potpunu promjenu boje ovog tla i dobiti crnu ili smeđu tekućinu u filtratu, koja je dakle alkalna otopina humusnih tvari ispitivanog tla. („crna supstanca“). S obzirom na to da u jednom dijelu one mineralne tvari tla koje ne pripadaju direktno humusnim spojevima (u obliku najtanjih suspenzija) mogu dospjeti u otopinu “crne tvari”, filtracija je spomenuta. gore se trenutno obično provodi pomoću posebnih filtera koji mogu u potpunosti odgoditi ove suspenzije (koristeći, na primjer, Chamberlain glinene svijeće, itd.).
Kako su istraživanja pokazala, još uvijek nije moguće izolirati sve humusne spojeve na ovaj način: bez obzira koliko dugo i više puta tretiramo tlo ugljičnim alkalijama, potonje gotovo uvijek sadrži određenu količinu organskih tvari koje se ne mogu otopiti i izlučiti. . U literaturi postoje indicije da se u nekim tlima nalazi od 15 do 30 pa čak i 40% ukupne mase organskih materija prisutnih u tim tlima, što naravno ukazuje na izuzetan značaj i hitnu potrebu za najbližim ispitivanjem. ovaj dio humusa tla koji se ne može ekstrahirati. Raniji istraživači su ove spojeve, koje ne razlažu alkalije, nazivali „indiferentnim“ tvarima humusa u tlu (humin – tamnije boje, ulmin, hein itd. – smeđkastim).
Proces pretvaranja dijela huminskih supstanci tla u alkalni ekstrakt, kako je gore razmotreno, obično se smatralo stvaranjem topljivih alkalnih soli različitih huminskih kiselina.
U ovom kiselom dijelu zemljišnog humusa bivši istraživači su razlikovali: 1) ulminsku kiselinu, 2) huminsku kiselinu, 3) kiselinu hrena (ključ) i 4) apokrinsku kiselinu (sedimentni ključ), a vjerovalo se da su ulminska i huminska kiselina najmanje oksidirani dio zemljišnog humusa, odnosno oni su u svom sastavu najmlađi i najinicijalniji oblik razgradnje pojedinih organskih spojeva koji su učestvovali u njegovoj sintezi; kreninska kiselina je proizvod već više oksidiran od gore navedenih; konačno, apokrinska kiselina je još oksidiranija supstanca koja karakteriše još dublju razgradnju onih organskih jedinjenja koja učestvuju u izgradnji humusa u zemljištu.Svaka od navedenih navodnih komponenti humusa smatrana je specifičnom hemijskom individuom i bila je odjeveni od raznih autora u različite specifične hemijske formule.
Gore navedene komponente zemljišnog humusa imaju, prema brojnim istraživačima, sljedeća svojstva:
Huminska kiselina (i njoj bliska ulminska) - crna; izuzetno slabo rastvorljiv u vodi. Njegove soli ("humati") - seskvioksidi, kao i soli kalcija, magnezija i željeznog oksida su također nerastvorljive. Rastvorljive su samo njegove alkalne soli (kalijum, natrijum, amonijum).
Krep kiselina ("ključna" kiselina) - lako rastvorljiva u vodi; njegov vodeni rastvor je bezbojan. Njegove soli ("krenati") - alkalne, zemnoalkalne i soli željeznog oksida - su lako rastvorljive. Isto se mora reći i za kisele soli glinice; soli seskvioksida - srednje, kao i mangan i bakar - teško su rastvorljive u vodi.
Apokrinska kiselina (kiselina "sedimentnog ključa") je nešto manje rastvorljiva u vodi od krenske kiseline. Njegove soli (“apokrenati”) alkalija i željeznog oksida su lako rastvorljive u vodi; soli zemnoalkalnih baza - nešto teže; soli seskvioksida, soli mangana i bakra su teško rastvorljive.
Opisana svojstva komponenata humusa tla su i osnova za postojeće metode njihove odvojene proizvodnje.
Ideju o humusu kao kompleksu raznovrsnog, određenog sastava kiselina i njihovih soli podržavaju i brojni savremeni istraživači. Dakle, Sven-Oden razlikuje sljedeće spojeve u sastavu humusa tla:
Humusni ugljevi (odgovaraju ulminu i huminu bivših autora). Oni su anhidridi "huminske" i himmatomelanske kiseline. Nerastvorljivi su u vodi i ne daju koloidne otopine. Prekriven crnom ili tamno smeđom bojom.
Huminska kiselina; odgovara huminskoj kiselini prethodnih autora, sa svim svojim svojstvima (vrlo je slabo rastvorljiva u vodi i alkoholu; sve njene soli, osim alkalnih, takođe su nerastvorljive; može davati koloidne rastvore sa vodom; kiselina je crno- smeđe boje).
Hymatomelanic acid; odgovara ulminskoj kiselini prethodnih autora. Smeđa boja. Po svojstvima je sličan huminskoj kiselini, ali rastvorljiv u alkoholu. Sa vodom daje koloidne rastvore.
Fulvotne kiseline odgovaraju krem ​​i apokrinskoj kiselini prethodnih autora. Lako rastvorljivi u vodi, kao i većina njihovih soli. Farbano žuto.
Tako Sven-Oden, na osnovu svojih istraživanja, priznaje da su humusne materije tla zaista određena hemijska jedinjenja (kiseline i njihovi derivati), ali delimično, u koloidnom stanju, mogu davati i tzv. "upijajuća jedinjenja".
Paralelno sa pokušajima da se rasvetli sama priroda komponenti koje čine humusnu supstancu tla, već dugo traje aktivan istraživački rad na rasvetljavanju unutrašnje strukture ovog složenog kompleksa. Posebnu pažnju privuklo je pitanje prirode i jačine veze sa "jezgrom" humusa pepelnih tvari i njegovih dušičnih spojeva.
Na osnovu nekih radova može se misliti da su organo-mineralna jedinjenja koja čine humus u tlu jednostavne i dvostruke soli huminskih kiselina, pri čemu se pepelne supstance povezuju sa organskim supstancama kao što su veze baza sa kiselinama, čime se poštuju zakoni. jednostavnih hemijskih reakcija (Schibler, Mulder, Pitch). S druge strane, postoje dokazi da su materije pepela mnogo čvršće ugrađene u humus i da se iz njega ne može u potpunosti izdvojiti preradom konvencionalnim metodama, već tek nakon njegovog potpunog uništenja (npr. spaljivanjem). ovoga čak i od prethodnih autora. Tako je, na primjer, Rodzianko, nakon što je više puta ponovo taložio humus i tretirao ga sa 30% klorovodične kiseline, ipak je u njemu pronašao oko 1,5% pepela. Sva ova istraživanja daju razloga da se misli da su minerali prisutni u molekuli samog humusnog kompleksa.
Prema brojnim naučnicima (Gustavson), pored kiselih vodenih ostataka, humusna tvar sadrži i ostatke alkohola, čiji se vodonik može zamijeniti metalima slabo kiselog karaktera (gvožđe, aluminijum). Upravo se ovi poliatomski metali nalaze u pepelu humusne supstance, a mogu biti spone između ostatka mineralnog dela mineralnog jedinjenja (P2O5, SiO2, delimično zasićen drugim bazama) i organskih materija. Takvo jedinjenje ne bi trebalo da se razgrađuje alkalijama, jer, kao što je poznato, vodonik alkoholnih vodenih ostataka ne može biti zamenjen radikalima alkalnog karaktera.
Nadalje, rad Hoppe-Seylera, koji je pokazao da humusne tvari s kaustičnom alkalijom i vodom, kada se zagrije na 200 ° C, daju protokatehinsku kiselinu (jedna od dioksibenzojeve kiseline), sugeriraju da u kompleksu humusa postoje fenolni vodeni ostaci ( potvrđeno novijim studijama – F. Fischer).
Reinitzer, koji je naveo sposobnost huminske kiseline da obnovi Fehlingovu tečnost, sklon je misliti da ona takođe sadrži aldehidnu grupu, ili hidroksilnu grupu, kao u fenolu, ili oboje. Postoje određene indikacije prisutnosti karboksilnih grupa u sastavu huminske kiseline. Levakovsky, P. Slezkin, S. Kravkov smatraju da je veza u humusu između organskog i mineralnog dijela jaka koliko postoji u svježoj biljnoj materiji, te da tumus prima dio svojih pepelnih dijelova, takoreći, „naslijeđenih“ od formirač humusa. Sa ove tačke gledišta, pepelne supstance humusa ulaze u samu molekulu organske materije, a kompleks humusa ulazi u tlo iz umirućih biljnih (i životinjskih) ostataka donekle u „spremnom“ obliku, tj. ne u obliku čisto organska, ali mineralno-organska tvar, kao da završava kasnije, kada uđe u tlo, svoje konačno formiranje dodavanjem niza drugih elemenata pepela već iz tla. Potvrdu ovog gledišta nalazimo u kasnijim radovima B. Odintsova i Gartnera, koji su dobili ekstrakte iz raspadajućih biljnih ostataka koji su po sastavu i svojstvima vrlo slični humusu u tlu.
Veliki broj studija posvećen je konkretnijem pitanju - u kom obliku je dušik u humusu tla. Postoje dokazi da je ovaj element djelimično prisutan u humusu u obliku spojeva amonijaka, što dokazuje mogućnost uklanjanja ovih spojeva prokuhavanjem humusnih supstanci kaustičnim alkalijama i ponovnim taloženjem kiselinama. Tenar je iz jako trulog stajnjaka ekstrahovao kiselinu, koja nakon desetostrukog rastvaranja u KHO i taloženja kiselinom nije smanjila sadržaj dušika; stoga je autor zaključio da ovaj dušik nije amonijačan, već pripada čestici same kiseline i da se odatle može istisnuti tek kada je supstanca potpuno uništena, na primjer, kada se spoji sa kaustičnom alkalijom, itd. Istraživanja brojnih drugi naučnici su takođe naveli prisustvo u zemljištu humusa nekih - koji nisu bliže proučavani - veoma jakih azotnih jedinjenja. Radovi Berthelota, Andre su pokazali da se dušik u humusu tla nalazi u svom poznatom dijelu u obliku amida i aminokiselina. Istovremeno, eksperimenti posljednjeg od autora koje smo naveli pokazali su da, osim amidnog i aminokiselinskog (i amonijačnog) dušika, humus u tlu sadrži i određenu (od 20 do 66% ukupne količine dušika) količinu ovaj element u nekom obliku (u kojem je jedan, ostao nejasan), nije razložen ni alkalijama ni dušičnom kiselinom. Neki istraživači smatraju da su ovaj stabilni azotni dio humusa ostaci tvari životinjskog porijekla (keratin, kinin itd.). Pokojni P. Kostychev je smatrao da su ove dušične tvari dio živih bakterija i gljiva koje žive na humusu tla. Postoji pretpostavka (Demyanov) da su proteinske supstance prisutne u humusu, ali ne u slobodnom obliku (u kojem su krhke i lako razgradive - kako od hemijskih reagensa tako i pod uticajem enzima), već u jačoj kombinaciji sa drugim kiselih tvari, na primjer, s taninskim i fosfornim kiselinama i, konačno, s huminskim kiselinama bez dušika ili s dehidriranom vaskulozom. Postoje dobri razlozi da se sumnja na prisustvo u humusu tla azota koji pripada nukleinima, nukleoproteinima, lecitinu itd. Prisustvo proteina u humusu tla potvrđuju radovi A. Šmuka.
Uspjesi koje je koloidna hemija postigla, posebno posljednjih godina, nisu mogli a da se ne odraze na pojedine odredbe nauke o tlu, a posebno nisu mogli a da ne igraju značajnu ulogu u rasvjetljavanju prave prirode humusnih tvari. Radovi van Bemmelena, Fišera, Ehrenberga i izvanredne studije ruskog naučnika K. Gedroitsa sada nam omogućavaju da smatramo humusne supstance tla kao spojeve, u određenoj mjeri, u koloidnom stanju. Do toga nas dovodi proučavanje čitavog niza neobičnih svojstava koje posjeduju ove tvari. Dakle, njihova sposobnost koagulacije iz rastvora pod uticajem kiselina i soli, mraza i električne struje, najjača apsorpcija vode od njih i - kao rezultat toga - najjača sposobnost bubrenja, a nakon sušenja, najjače smanjenje zapremina, vrlo slaba elektrolitička provodljivost, podređenost transformacija koje prolaze kroz humusne supstance - zakoni površinske napetosti, a ne stehiometrijski zakoni, sposobnost humusnih supstanci da talože solove suprotno naelektrisanih koloida, sposobnost formiranja složenih smeša i složenih adicionih proizvoda itd. - sve to potvrđuje da u suočenju sa humusnim supstancama vidimo složen kompleks spojeva koji su u svojim poznatim dijelovima u koloidnom stanju.
Sa ove tačke gledišta, neka od svojstava gore razmatranih huminskih supstanci trebalo bi nam privući u nešto drugačijem obliku. Dakle, pepeo, na primjer, dio humusnih tvari, ne treba smatrati nekim specifičnim kemijskim spojem, već "upijajućim spojem"; rastvori humusnih supstanci u alkalijama ne bi trebalo da budu pravi rastvori, već pseudo-otapala, koji su precipitirajuće dejstvo na humusne supstance dvo- i trovrednosnih kationa (Ca ++, Mg ++, Al +++, Fe + ++) - kao proces koagulacije, koagulacije, formiranja gela itd. Prema W. Gemmerlingu, disperznost humusnih materija raste paralelno sa stepenom njihove oksidacije i paralelno sa njihovom aktivnošću. Sa ove tačke gledišta, W. Gemmerling smatra humin i ulmin najmanje dispergovanim tijelima, a krep i apokrinske kiseline su najrasprostranjenije.
U djelima Baumanna i Gullyja, međutim, gornji stavovi van Bemmelenna drugi su našli ekstremni izraz; pomenuti autori pokušali su dokazati da huminske kiseline uopće ne tvore prave soli, da sva jedinjenja koja su opisana kao soli, zapravo, nemaju ni postojanost sastava ni sposobnost ionskih reakcija, budući da su isključivo "apsorpciona (adsorpcijska) jedinjenja ." U ovom trenutku, ove stavove moramo smatrati preuveličanim, jer, kao što smo već naveli, samo dio humusnih supstanci može biti u tlu u koloidnom stanju; osim toga, treba napomenuti da koloidno stanje materije ne isključuje sposobnost tvari da ulazi u kemijske reakcije.
Na osnovu brojnih kasnijih studija, mora se uzeti u obzir da nijedna od gore navedenih "kiselina" nije specifična hemijska jedinka, već, pojedinačno uzeta, kompleksan kompleks različitih jedinjenja. S ove tačke gledišta, postojeće metode odvajanja humusa u tlu na gore navedene komponente moraju se smatrati uslovnim, što znači pod riječju „huminska“, „krep“ i „apokrenska“ kiselina samo skup kompleksa koji su homogeni po svom fizičkom i hemijska svojstva.
O tome imamo naznake od prethodnih autora (Post, Muller, Reinitze, Berthelot i drugi), koji su navodili da organski dio tla sadrži niz vrlo raznolikih organskih spojeva (smole i masti, glicerol, nukleini, aldehidi i mnoge druge drugi). ); Međutim, ova odredba je dobila posebno snažno opravdanje nakon rada američkih naučnika (Schreiner i Shorey i drugi). Potonji je, u cilju proučavanja sastava i svojstava humusnih spojeva, na razna američka tla primijenio čitav niz najrazličitijih reagensa - kako bi iz tla izvukao najrazličitije grupe organskih spojeva koji se mogu naći u humusu. ovih tla. U tu svrhu koristili su kao rastvarače kaustične alkalije, mineralne kiseline, alkohol, petrolej i etil etar itd.).
Od kiselina pronađene su: monooksistearinska, dioksistearinska, parafinska, lignocerinska, agrocerinska, oksalna, jantarna, krotonska i druge kiseline.
Od ugljikohidrata pronađeni su: pentozani, heksoza itd.
Od ugljovodonika: entriakontan.
Od alkohola: fitosterol (iz grupe supstanci holesterola), agrosterol, manitol itd.
Od estera: esteri smolnih kiselina, gliceridi kaprinske i oleinske kiseline itd.
Od azotnih supstanci: trimetilamin, holin.
Diamino kiseline: lizin, arginin, histidin itd.
Citozin, ksantin, hipoksantin, kreatin.
Pikolinkarboksilne i nukleinske kiseline.
Osim spomenutih spojeva, benzojeva kiselina, vanilin i mnogi drugi izolovani su u mnogim tlima. drugi
Od svih navedenih supstanci u huminskoj kiselini (tj. u precipitatu nastalom pri tretiranju alkalnog ekstrakta hlorovodoničnom kiselinom) preovladavale su sljedeće; esteri smolne kiseline, smolne kiseline, gliceridi masnih kiselina, agrosterol, fitosterol, agrocerinska, lignocerinska, parafinske kiseline, itd.; u sastavu kreninske i apokrinske kiseline (tj. u kiselinskom filtratu iz navedenog sedimenta) pronađeni su: pentozani, ksantin, hipoksantin, citozin, histidin, arginin, dioksistearinska i pikolinkarboksilna kiselina itd.
Zanimljivo je napomenuti da je kod višekratnog tretiranja tla kaustičnom alkalijom (2%) ova potonja još uvijek sadržavala značajnu količinu nekih organskih spojeva koji nisu prešli u otopinu („humin” i „ulmin” prethodnih autora).
Naravno, sada nema sumnje da takozvane huminske, krep i apokrinske kiseline ne predstavljaju nikakve specifične hemijske individue, već su svaka odvojeno uzeta kao mešavina raznih organskih jedinjenja. Međutim, gore spomenuti radovi američkih istraživača ni na koji način ne rješavaju problem vezan za rasvjetljavanje sastava humusa, jer ostaje nejasno da li su oni određivali sve gore navedene tvari u organskom dijelu proučavanog tla općenito ili samo u humusni dio njihovog sastava (sjetite se one razlike ova dva pojma, koju smo napravili gore). Umjesto toga, moramo pretpostaviti da su sva gore navedena organska jedinjenja izolirana iz tla komponente organskog dijela tla općenito; ali koji od njih su dio humusa tla ostaje nejasno. Sama činjenica prisustva u tlima svih onih organskih spojeva koji su dio biljnih i životinjskih ostataka, kao i prisutnost u njima raznih međuoblika razlaganja ovih spojeva, naravno, ne može biti podložna nikakvoj sumnji. Stoga nas studije američkih naučnika teško pokreću u rješavanju pitanja sastava i svojstava te organo-mineralne neoplazme tla koju nazivamo humusom. U najboljem slučaju nam daju dodatni argument u našim rukama – da posumnjamo u hemijsku složenost i raznovrsnost onih kompleksa koje uslovno objedinjujemo rečima „huminske“, „krepske“ itd. kiseline.
S obzirom na činjenicu da još nisu pronađene metode kojima bismo mogli izolirati čiste humusne tvari iz tla i na taj način ih individualizirati, razmatranja koja smo upravo iznijeli mogu se u većoj ili manjoj mjeri primijeniti na sva druga istraživanja i radove. koji nastoje da dešifruju sastav i svojstva zemljišnog humusa na ovaj ili onaj način pokušavajući da ga izoluju od tla, jer nikada ne možemo biti sigurni da li se zaista radi o humusnim supstancama tla ili imamo pred sobom samo razne relikvije onih organskih spojeva koji su bili dio mrtvih biljnih i životinjskih ostataka i koje moramo prepoznati kao prolazna jedinjenja općenito organskog dijela ovog tla.
Nema razloga za pretpostavku da li su sva organska jedinjenja određena ovom metodom neka vrsta novotvorina dobijenih u samom procesu obrade proučavanog tla ovim ili drugim reagensom (alkalijom, alkoholom i sl.). Na kraju, nemoguće je ne istaći da je sastav humusa u različitim tlima, naravno, veoma različit (u zavisnosti od sastava odumiruće vegetacije, od klimatskih uslova, od fizičko-mehaničkog i hemijskog sastava mineralnog dela tlo itd.). Stoga želja da se na gore navedeni način rasvijetli sastav i svojstva humusa tla nesumnjivo nailazi na izuzetno brojne poteškoće, dajući nam, u svakom pojedinačnom slučaju, uvjetno određene ideje o dobivenim podacima.
Sva sada iznesena razmatranja mogu se u potpunosti primijeniti, kao što smo gore naveli, na najnovije pokušaje brojnih istraživača u posljednje vrijeme na polju pronalaženja metoda za izolaciju humusnih tvari iz mase tla. Posebna pažnja se trenutno poklanja metodi izolacije humusnih supstanci tla tretiranjem potonjeg acetil bromidom (CH3COOBr) - metodom koju su predložili Karrer i Boding-Wieger, a naširoko koristi Springer. Acetil bromid, kako pokazuju relevantne studije, dovodi u otopinu sve organske tvari tla koje još nisu humificirale biljne ostatke i gotovo ne utječe na humusne tvari tla, što, čini se, otvara široke mogućnosti za naknadno direktno proučavanje i analizu ovih potonjih. Međutim, ova metoda je još uvijek premalo proučavana i malo ispitana, zbog čega je za sada potrebno suzdržati se od bilo kakvih definitivnih sudova. Tim više je primjenjivo ono što je rečeno u vezi sa drugim nedavnim pokušajima izolacije humusnih tvari iz tla – na metode, na primjer, tretman tla vodonik-peroksidom, piridinom, itd. Sve ove metode moramo prepoznati kao uslovne i kontroverzne kao i gornju metodu, koju su koristili Schreiner i Shorey, zbog čega sva razmatranja i odredbe navedenih istraživača o sastavu i svojstvima humusnih supstanci tla izazivaju niz nerešivih nedoumica.
S obzirom na to, ne smatramo mogućim da u ovom kursu iznesemo sve stavove navedenih autora o sastavu, strukturi i svojstvima humusnih supstanci, kao zasnovane na nepouzdanim i uslovnim osnovama.
Već duže vrijeme se pokušava primijeniti drugačija metoda u ocjenjivanju sastava i svojstava humusnih tvari, odnosno sintetička metoda, odnosno, tačnije genetska metoda, odnosno metoda vještačkog dobijanja humusnih supstanci (sa sva njihova karakteristična svojstva) od određenih hemijskih individua u detaljnom proučavanju svih onih međufaza kroz koje ti pojedinci prolaze na tom putu. Moramo prepoznati put genetskog proučavanja humusa kao nesumnjivo plodniji i sposoban da nam brzo da ključ za rješavanje pitanja vezanih za porijeklo, sastav i svojstva ovog kompleksnog kompleksa.
Na tom putu mogu se koristiti dvije metode: ili se može pokušati umjetno dobiti spojeve slična huminskim supstancama preradom raznih organskih spojeva najčešćih u biljnom tijelu jednim ili drugim reagensom. Ovaj put se naširoko koristio u radu bivših istraživača (naročito su mnogi takvi eksperimenti provedeni s ugljikohidratima tretirajući ih jakim mineralnim kiselinama). Ili, da bi se izbjegla upotreba ovakvih „nasilnih“ metoda humifikacije proučavanih objekata, može se koristiti drugačija metoda, i to: postavljanjem određenih hemijskih individua (proteini, ugljikohidrati, itd.) i njihovih kombinacija u različite uslove. njihovog raspadanja (na različitim temperaturama, u različitim uslovima aeracije i vlage, sa i bez učešća bioloških faktora i sl.), pokušajte da istražite koji od proučavanih objekata i pod kojim uslovima može da se pretvori u supstance slične humusu, a koji ne može, i proučavanjem međufaza koje prolaze ovi objekti na putu do konačnog formiranja humusa, pokušati proniknuti u samu suštinu hemijskih transformacija koje se u ovom slučaju dešavaju. Moramo prepoznati ovaj put kao prirodniji i produktivniji.
Prvo pitanje općeg poretka, koje proizilazi iz takve konstatacije problema koji nas zanima, je sljedeće: koji su sastavni dijelovi umirućih biljnih i životinjskih ostataka koji su direktno uključeni u izgradnju humusa? Drugim riječima: koje od ovih sastavnih dijelova treba smatrati "izvornim izvorima" materijalnog sastava humusa? Neki istraživači, polazeći od teorijske pretpostavke da u izgradnji humusa treba da učestvuju samo oni sastavni delovi biljaka (i životinja) koji imaju uporednu stabilnost i snagu tokom procesa raspadanja, pretpostavljaju da je glavni izvor stvaranja humusa. vlakna, inkrustirajuće materije, lignin, guma, tanini itd. Ostali sastojci biljnih ostataka (proteini i dr.) se tokom procesa raspadanja tako lako i brzo razlažu u tlu do konačnih proizvoda (CO2, H2O, itd.) da, prema tim istraživačima, oni se ne mogu fiksirati u zemljišnoj masi i samim tim ne mogu učestvovati u sintezi tog snažnog i stabilnog kompleksa, a to je humus. Drugi istraživači iznose drugačije gledište, koje je donekle suprotno od onoga što je upravo izneto, a to je da je najbliži i najdirektniji dio u stvaranju humusa u tlu, naprotiv, najpokretniji i, posebno samo vodotopivi produkti raspadanja umirućih organskih ostataka (Levakovsky, Hoppe-Seyler, Slezkin, Kravkov).
Na osnovu rada ovih istraživača može se vidjeti da atmosferska voda, čak i iz svježe, odnosno još nepodvrgnute bilo kakvim procesima razgradnje, biljni ostaci mogu isprati niz organskih i pepelnih jedinjenja, koja naknadno, pod pod uticajem različitih fizičko-hemijskih i biohemijskih agenasa mogu da se pretvore u tamne, humusne supstance. Taj se proces, naravno, odvija u još dramatičnijim razmjerima u slučaju kada voda mora djelovati na mrtve biljne ostatke koji su već prošli određene faze propadanja (slučaj koji se uglavnom mora rješavati u prirodnim uvjetima).
Kontradiktorne prosudbe koje su gore navedene o primarnim izvorima materijalnog sastava humusa tla sada moramo smatrati da su izgubile svoju oštrinu. Sada više nema sumnje da, prije nego što se pretvore u humus, potpuno organska jedinjenja, nesumnjivo, moraju prvo proći kroz tečnu fazu. A pošto apsolutno stabilna i apsolutno nepromenljiva organska jedinjenja ne postoje, i svi oni, pod uticajem čisto hemijskih ili biohemijskih agenasa, mogu doživeti različite transformacije, uključujući i u pravcu povećanja njihove pokretljivosti i rastvorljivosti (čak i lignin, smole i tanini ), potrebno je prepoznati da u izgradnji humusnog jezgra zemljišne mase, općenito, mogu sudjelovati svi organski spojevi koji čine biljne i životinjske ostatke. Pitanje se svodi samo na razjašnjenje udjela svakog od organskih jedinjenja u procesu izgradnje ovog jezgra, i što je najvažnije, na razjašnjavanje onih složenih hemijskih, fizičko-hemijskih i biohemijskih interakcija koje se odvijaju između organskih jedinjenja i mineralne supstance. tlo, drugim riječima, na proučavanje onih složenih pojava koje prate sam proces formiranja organo-mineralnog kompleksa, tijela tla.

Opsežna istraživanja u ovim oblastima u našoj laboratoriji sproveo je A. Trusov. Stavljajući razna organska jedinjenja - često i na duže vreme - u različite uslove raspadanja, pomenuti autor je na osnovu svojih eksperimenata došao do sledećih glavnih zaključaka:
1. Ugljikohidrati (vlakna, hemiceluloza, škrob, saharoza, glukoza i levuloza) očigledno ne učestvuju u formiranju humusnih tvari.
2. Ulja sudjeluju u ovoj sintezi samo u najograničenijem dijelu.
3. Organske kiseline, gume, pluta takođe ne bi trebalo da se klasifikuju kao stvaraoci humusa.
4. Glavni "dobavljači" humusnih materija u tlu su proteini, tanini, materije za oblaganje (lignin) i različita polifenolna jedinjenja (hidrokinon, orcin, pirogalol itd.).
5. Proteinske supstance na putu svoje humifikacije podležu prvenstveno hidrolitičkoj razgradnji; dolazi do dalje oksidacije i kondenzacije produkata ove hidrolize. Od takvih proizvoda hidrolitičke razgradnje proteina nastaju jedinjenja pirola i benzena, a od potonjih - koji uglavnom sadrže fenolnu grupu, na primer: indol, skatol, prolin, triptofan, fenilalanin, tirozin itd. sa karakterom oksikinona.
6. Humifikacija lignina (supstanci za oblaganje) nastaje zbog fenolnih i kinonskih grupa koje se nalaze u njemu. Dobijaju se razni zbijeni proizvodi - opet sa karakterom oksikinona.
7. Humifikacija tanina - preko galne kiseline, koja nastaje hidrolizom ovih supstanci, ponovo ide do stvaranja zbijenih proizvoda karaktera oksikinona; osim toga dobija se tanomelanska kiselina, pirogalol, purpurogalin itd.
8. Približno isti proizvodi se dobijaju tokom humifikacije polifenolnih jedinjenja koja su deo biljnih ostataka.
Humifikacija svih navedenih organskih jedinjenja nastaje u tlu pod uticajem velikog broja bioloških i hemijskih faktora.
Sumirajući sve procese humifikacije u jednu opštu shemu, možemo reći da je prva faza ovih procesa hidrolitička razgradnja različitih ugljičnih spojeva, odnosno razgradnja složenog ugljičnog lanca na jednostavnije dijelove.
Druga faza u formiranju humusnih materija izražava se u snažnom gubitku vode i u pojavama unutrašnjeg zbijanja.
A. Trusov je, kao što vidimo, nacrtao samo opštu šemu procesa od interesa za nas. Nedavno je američki istraživač Waksman naširoko koristio sintetički (genetski) način proučavanja humusnih tvari u tlu.
S obzirom na to da različita organska jedinjenja koja čine odumrle biljne i životinjske ostatke imaju različite stepene otpornosti na destruktivno delovanje mikroba i različite stepene njihove hemijske pokretljivosti i reaktivnosti, a samim tim i različite stepene mogućeg učešća u sintezi mikroba. taj relativno stabilan kompleks Ono što je humus u tlu, Waksman, razvio odgovarajuću tehniku, dijeli sva organska jedinjenja koja se nalaze u biljnoj materiji na više frakcija koje su ujedinjene nekim zajedničkim svojstvima.
1. Ako se jedna ili druga biljna supstanca (treset, itd.) podvrgne prvenstveno ekstrakciji eterom, tada prelaze u rastvor; eterična i masna ulja, dio voštanih i smolastih supstanci itd. Ovu grupu jedinjenja treba okarakterisati kao veliku otpornost na razgradno djelovanje mikroorganizama i kao takva može sudjelovati u stvaranju tog relativno jakog kompleksa. , što je humus u zemljištu.
2. Djelovanjem na ostatak, nakon tretmana sa eterom, vodom (prvo hladnom pa vrućom), doprinosimo prelasku u otopinu raznih šećera (glukoza, manoza, pentoza itd.), aminokiselina, nekih rastvorljivih proteini, neke organske kiseline (vinska, sirćetna, arabanska, malonska i dr.), alkoholi (manit, itd.), određena količina škroba, tanina itd. Ova grupa supstanci, sa izuzetkom tanina, naprotiv , može se okarakterisati kao vrlo lako razgradiv pod uticajem mikroorganizama (bakterije i gljivice), zbog čega se brzo uništava u zemljištu ne služi kao direktan izvor za izgradnju humusnog kompleksa.
3. Daljnjim djelovanjem na ostatke analita ključanjem "95° alkohola, u otopinu prebacujemo neke smole i voskove, alkaloide, hlorofil i druge pigmente, tanin, holin, više alkohole (inozitol) itd. Sva ova frakcija mora biti karakterizira veliku stabilnost i otpornost na razgradno djelovanje mikroorganizama i stoga može, kao takva, u svom blago izmijenjenom obliku biti prisutna u sastavu humusa tla.
4. Djelovanjem na ostatak od prethodnog tretmana razrijeđenim kipućim kiselinama (npr. 2% HCl) doprinosimo prijenosu hemiceluloze (“lažnih” vlakana), koja se tokom ove operacije hidrolizuje, tj. prelazi u jednostavnu ugljikohidrati Hemiceluloze su, kao što je poznato, i heksoze i pentoze su anhidridi (derivati ​​potonjih, tzv. pentozani, vrlo su česti u biljnom tijelu).
Tretiranjem ostatka iz prethodne operacije koncentriranim kiselinama (80% H2SO4 i 42% HCl), u otopinu rastvaramo celulozu („pravo“ vlakno), složeni anhidrid glukoze.
I celuloza i hemiceluloza jedna su od glavnih komponenti suhe tvari biljnih ostataka.
Iako s kemijskog gledišta, obje navedene grupe organskih jedinjenja stoga treba okarakterizirati kao vrlo jaka i stabilna jedinjenja, ipak pod utjecajem djelovanja posebnih mikroorganizama koji luče enzime za hidrolizu, podliježu prilično brzoj i potpunoj razgradnji u tla, zbog čega je vrlo sumnjivo njihovo prisustvo u zemljištu humusa.
5. Ostatak svih dosadašnjih operacija daje nam mogućnost da odredimo tzv. lignin (ekrustirajuće supstance koje su neophodan dio zidova biljnih ćelija). Hemijska priroda lignina je nejasna. Ovo je kolektivni koncept, koji uključuje kompleks različitih jedinjenja koja nisu podložna hidrolizi čak ni pod uticajem tako koncentrisanih kiselina kao što su gore pomenutih 80% H2SO4 i 42% HCl. Njegova velika otpornost na destruktivno djelovanje mikroba daje pravo da se smatra jednom od uobičajenih komponenti humusa tla.
6. Grupa spojeva koji sadrže dušik igra izuzetno važnu ulogu u životu biljaka i životinja, jer je sastavni dio ćelijske plazme. Ova grupa je brojna i raznolika po svojim svojstvima. Neka od ovih jedinjenja su rastvorljiva u vodi (vidi gore: rastvorljivi proteini, aminokiseline, itd.); drugi dio se lako hidrolizira kada se izloži ključanju razrijeđenih kiselina (zapravo bjelančevina) i tada daje spojeve topljive u vodi; treći dio se hidrolizira samo kada je izložen koncentrisanim kiselinama itd.
Sa ove tačke gledišta, grupa azotnih organskih jedinjenja mora se prepoznati kao veoma različita - po stepenu stabilnosti i razgradljivosti njenih pojedinačnih predstavnika, a samim tim i po stepenu učešća u formiranju humusa. kompleks.
Pored raznih gore navedenih organskih spojeva, u sastavu tijela umirućih biljaka i životinja uvijek opažamo različitu količinu najraznovrsnijih i mineralnih (pepela) tvari. Sva ova raznolika jedinjenja, koja u procesu formiranja tla padaju u različite horizonte istrošene stene, doživljavaju različitu sudbinu: neki od njih, postajući vlasništvo mikroba, brzo se urušavaju i razgrađuju, drugi prolaze kroz niz složenih fenomena interakcije sa mineralnih sastojaka tla, čiji je jedan od rezultata onaj relativno stabilan i izdržljiv organomineralni kompleks koji se naziva humus. Ove interakcijske pojave su složene i raznolike: postoje i čisto hemijske reakcije između sastavnih delova istrošene stene i onih rastvorljivih produkata raspadanja organskih ostataka koji se sistematski izvlače atmosferskim padavinama, kao i mikrobiološki fenomeni koji se sastoje od različitih procesa razlaganje organskih jedinjenja i pojednostavljivanje njihovog sastava, a s druge strane, obrnuta sinteza produkata koji nastaju u organizmu mikroorganizama u procesu njihove ishrane sa stvaranjem novih složenih organskih supstanci, i, konačno, fizičko-hemijskih pojava povezanih sa koloidno stanje supstanci koje su u interakciji i koje dovodi do stvaranja posebnih "adsorpcionih spojeva" u tlu".
Na osnovu činjenice da od svih organskih spojeva koji čine biljne ostatke, lignin ima najveću otpornost na razgradno djelovanje mikroba; s druge strane, navodeći činjenicu da u procesu razgradnje ovih ostataka dolazi do akumulacije proteinskih (i drugih azotnih) kompleksa i, nadalje, da su u svim tlima koje je autor analizirao, sada navedene supstance činile do 80% ukupne organske materije ovih tla, itd., - Waksman pretpostavlja da se humus tla sastoji od osnovnog i složenog kompleksa - jezgre, koje uključuje frakcije uglavnom lignina i proteina, koji su u bliskoj hemijskoj kombinaciji sa jedan drugog.
Ovo glavno jezgro prati niz drugih tvari koje ili ostaju razgradnjom biljnih i životinjskih ostataka, ili su sintetizirane zbog vitalne aktivnosti mikroorganizama.
Među tim sekundarnim sastojcima zemljišnog humusa su neke masti i voskovi, hemiceluloze, viši alkoholi, organske kiseline itd. U tlima pomenutim, koje je analizirao Waksman, organska tvar zapravo sadrži samo oko 16% ugljikohidrata netopivih u vodi (celuloza, hemiceluloza). i dr.). ) i samo 2,5-3% supstanci rastvorljivih u etru i alkoholu, dok je količina proteina i lignina činila i do 80% ukupne organske materije ovih zemljišta.
Uzimajući u obzir da proteinska frakcija koja ulazi u tlo sa biljnim i životinjskim ostacima, kao i koja se u njemu stvara tokom sintetizirajućeg života mikroba, može varirati po svom hemijskom sastavu i da ligninska grupa može biti i kompleks jedinjenja koji se međusobno značajno razlikuju, jasno je da unutrašnja konstitucija ligninsko-proteinskog jezgra u različitim tlima nastalim i razvijenim u različitim uslovima može značajno da varira među sobom.
Waksman je bio u mogućnosti da umjetno sintetizira ovaj lignin-proteinski kompleks u laboratorijskim uvjetima. Pokazalo se da se potonji, po ukupnom zbiru svojih svojstava, oštro razlikuje od svojstava njegovih pojedinačnih komponenti - lignina i proteina - i da je u isto vrijeme stekao sva ona hemijska, fizičko-hemijska i biološka svojstva koja mi općenito Uzmite u obzir karakteristike humusa (ili, tačnije, za onaj njegov dio koji se naziva huminska kiselina): topljivost u lužinama i naknadno taloženje kiselinama, tamna boja, otpornost na razgradno djelovanje mikroba (proteinske tvari, obično lako osjetljive na razgrađujuće djelovanje mikroorganizama, stiču, kao rezultat njihove interakcije s ligninom, kako se ispostavilo, veću stabilnost).
Waksman je dalje bio u mogućnosti da dobije vještačka jedinjenja kompleksa "ligno-protein" sa različitim bazama (Ca, Mg, Fe, Al), štaviše, metodama sličnim onima koje se obično koriste za dobijanje različitih soli huminske kiseline; ova istraživanja, svojim daljim razvojem, mogu doneti izvesnu jasnoću u saznanje o odnosu koji postoji između organskog jezgra i elemenata pepela humusa tla. Između ostalog, utvrđeno je da lignin-proteinski kompleks ima

Formiranje organske tvari i na kopnu i u oceanu počinje djelovanjem sunčeve svjetlosti na hlorofil zelenih biljaka. Od svakog miliona fotona koji stignu do geografskog omotača, ne više od 100 odlazi u proizvodnju hrane. Od toga, 60 ih konzumiraju kopnene biljke, a 40 okeanski fitoplankton. Ovaj dio svjetlosti obezbjeđuje planetu organskom materijom.

Fotosinteza se odvija u rasponu topline od 3 do 35°C. U savremenim klimatskim uslovima, vegetacija zauzima 133,4 miliona km 2 na kopnu. Ostatak područja otpada na glečere, rezervoare, zgrade i kamenite površine.

U sadašnjoj fazi razvoja Zemlje, kontinentalni i okeanski dijelovi biosfere se razlikuju. Gotovo da nema viših biljaka u okeanu. Područje litorala, na kojem rastu biljke pričvršćene za dno, iznosi samo 2% ukupne površine okeanskog dna. Osnova života u okeanu su mikroskopske fitoplanktonske alge i mikroskopski zooplankton biljojedi. Obje su izuzetno rasute u vodi, koncentracija života je stotine hiljada puta manja nego na kopnu. Prethodne precijenjene biomase oceana su revidirane. Prema novim procjenama, ukupne mase je 525 puta manja nego na kopnu. Prema V. G. Bogorovu (1969) i A. M. Ryabčikovu (1972), godišnja produktivnost biomase na Zemlji iznosi 177 milijardi tona suhe tvari, od čega 122 milijarde tona potiče od kopnene vegetacije, a 55 milijardi tona od morskog fitoplanktona. Iako je volumen biomase u moru mnogo manji nego na kopnu, njegova produktivnost je 328 puta veća (A. M. Ryabchikov) nego na kopnu, to je zbog brze promjene generacija algi.

Biomasa zemljišta sastoji se od fitomase, zoomase, uključujući i insekte, i biomase bakterija i gljiva. Ukupna masa organizama u tlu dostiže oko 1-10 9 tona, a u sastavu zoomase glavni udio (do 99%) otpada na organizme beskičmenjaka.
U cjelini, supstanca biljaka, uglavnom drvenastih, apsolutno prevladava u biomasi zemljišta: fotomasa čini 97-98%, a zoomasa 1-3% mase (Kovda, 1971).
Iako masa žive materije nije velika u poređenju sa zapreminom lito-, hidro-, pa čak i atmosfere, njena uloga u prirodi je neuporedivo veća od njene specifične težine. Na primjer, na 1 hektaru koji zauzimaju biljke, površina njihovog lišća može doseći 80 hektara, možete poslovati direktno, a površina zrna klorofila, odnosno aktivno radne površine, stotine je puta veća. Površina zrna hlorofila svih zelenih biljaka na Zemlji približno je jednaka površini Jupitera.

Još jednom naglašavamo da je fotosinteza vrlo savršen oblik akumulacije energije, čija se količina izražava brojem 12,6-10 21 J (3-1021 cal). Ova energija godišnje proizvodi oko 5,8-10 11 tona organske materije na Zemlji, uključujući 3,1 ∙ 10 10 tona na kopnu. Od ovog broja na šume otpada 2,04-10 10, stepe, močvare i livade 0,38-10 10, pustinje 0,1 ∙ 10 10 i kultivisanu vegetaciju 0,58-10 10 t (Kovla, 1971).

1 g zemlje u pamučnom polju sadrži 50-100 hiljada mikroorganizama, što je nekoliko tona po hektaru (Kovda, 1969). Neka tla po hektaru sadrže do 10 milijardi okruglih glista, do 3 miliona glista i 20 miliona insekata.

U uslovima savremene Zemlje, prirodno formiranje organskih jedinjenja iz neorganskih praktično se ne dešava. Štaviše, pojava žive organske materije je nemoguća. Što se tiče rane Zemlje, uslovi na njoj bili su potpuno drugačiji. Reducirajuća atmosfera s visokom koncentracijom vodika, metana i amonijaka, intenzivno ultraljubičasto zračenje Sunca, koje takva atmosfera ne apsorbira, i snažna električna pražnjenja u atmosferi stvorili su potrebne i, po svemu sudeći, dovoljne uvjete za stvaranje organskih jedinjenja. Zaista, laboratorijski eksperimenti provedeni u uvjetima koji simuliraju pretpostavljenu atmosferu rane Zemlje omogućili su dobivanje brojnih organskih spojeva, uključujući aminokiseline koje čine žive proteine.

Nedostatak kiseonika u atmosferi bio je neophodan uslov za spontanu sintezu organske materije. Međutim, sa stanovišta kasnijih transformacija, ovaj faktor se pokazao destruktivnim. Zapravo, atmosfera bez kisika gotovo slobodno prenosi snažno ultraljubičasto zračenje (atmosfera moderne Zemlje ima ozonski omotač koji je nastao zajedno sa komponentom kisika, koja apsorbira ovo zračenje). Zračenje, dajući energiju za hemijske reakcije sinteze organskih jedinjenja, istovremeno nastoji da ih odmah uništi. Stoga su biopolimeri, lipidi i ugljovodonici nastali u atmosferi, jedva nastali, osuđeni na propast. Da ne bi umrli, morali su se skloniti od štetnog djelovanja sunčevog ultraljubičastog zračenja. Vjeruje se da su neka od ovih organskih spojeva izbjegla smrt ulaskom u vodeno okruženje primarnih rezervoara.

Ovdje su, u vodenom mediju, organska jedinjenja ulazila u razne kemijske reakcije, među kojima su primat imale reakcije koje su dovele do samorazvoja najaktivnijih katalizatora. Priroda je vrlo kruto vodila prirodnu selekciju reakcija cikličkog tipa, sposobne za samoodržive, uključujući i energiju koja se oslobađa tijekom reakcije. Problem opskrbe energijom za evolucijske reakcije, posebno za reakcije polimerizacije (kombiniranje molekula istog tipa - monomera u makromolekule) čini se najvažnijim u ovoj fazi evolucije, budući da vodeni medij ne doprinosi mnogo aktivaciji hemijske reakcije. Zato su samo visokoenergetske reakcije uz učešće posebno efikasnih, samorazvijajućih katalizatora mogle „preživeti“.

Došao je jedan od ključnih trenutaka razvoja. Pretpostavimo da su hemijske reakcije neophodne za prelazak u bioevoluciju nastale i stekle svojstvo samoodržavanja. Za njihovo očuvanje (i, naravno, daljnji razvoj), odgovarajući volumeni moraju biti na neki način izolirani od neorganiziranog okruženja, a da se ne izgubi prilika za razmjenu materije i energije s njom. Istovremeno ispunjenje ova dva, na prvi pogled, nekompatibilna uslova bilo je od suštinskog značaja da hemijska evolucija dostigne kvalitativno novi nivo.

Ova mogućnost je pronađena zbog formiranja posebnih struktura iz lipida - membranske školjke . Rezultati savremenih laboratorijskih eksperimenata daju povoda za vjerovanje da pri određenoj koncentraciji lipida u vodi i vanjskim uvjetima koji modeliraju stanje atmosfere i hidrosfere tadašnje Zemlje dolazi do karakterističnog procesa samoorganizacije koji dovodi do samosastavljanje lipidnih ljuski sa membranskim svojstvima.

Nadalje, lako je pretpostaviti da su se procesi selekcije cikličkih katalitičkih reakcija i samosastavljanja lipidnih ljuski poklopili u vremenu i prostoru. Tako su se mogle pojaviti prirodne formacije, izolirane od destruktivnog djelovanja okoline, ali povezane s njim metabolizmom. Samoodržive reakcije počele su se odvijati u svojevrsnom reaktoru, doprinoseći očuvanju značajne neravnoteže sistema biopolimera sadržanih u njemu. Sada je položaj hemijskih reagensa dobio sređenost, procesi adsorpcije na ljusci doprineli su povećanju njihove koncentracije i time aktiviranju katalitičkog efekta. U stvari, dogodilo se prelazak sa hemijskih smeša na organizovane sisteme prilagođene daljem uzlaznom razvoju.

Razmatraju se i brojni drugi modeli koji dovode do sličnog važnog, ali još uvijek međudogađaja na putu tranzicije u biološku evoluciju. Jedan od njih razmatra procese povezane sa formiranjem početnih organskih jedinjenja u atmosferi, pod pretpostavkom da je rana Zemlja sa svojom razrijeđenom redukcijom atmosfere bila hladno tijelo s temperaturom od oko -50°C. Suština ovog modela je pretpostavka da je atmosfera u ovim uslovima bila jonizovana, odnosno da je bila u stanju hladne plazme. Ova plazma se smatra glavnim izvorom energije za reakcije hemijske evolucije. Pretpostavkom o niskoj temperaturi objašnjava se očuvanje biopolimera nastalih u atmosferi: smrzavajući, padali su na ledeni pokrivač Zemlje i čuvali se u ovom prirodnom frižideru „do boljih vremena“. U tom obliku ultraljubičasto zračenje i snažna električna pražnjenja za njih više nisu bili toliko opasni.

Dalje se pretpostavlja da su "bolja vremena" došla sa intenziviranjem tektonske aktivnosti, početkom masovnih vulkanskih erupcija. Oslobađanje produkata vulkanske aktivnosti u atmosferu dovelo je do njenog zbijanja i pomjeranja granice ionizacije u više slojeve. S promjenom temperaturnih uvjeta, ledeni pokrivač se prirodno otopio i formirali su se primarni rezervoari u kojima su nakon odmrzavanja dugo vremena akumulirani biopolimeri, lipidi i ugljovodonici počeli aktivno kemijsko djelovanje. Stoga se može govoriti o njihovoj visokoj koncentraciji u "primordijalni bujon"(kako se često naziva nastala supstanca), što je bio još jedan pozitivan faktor u smislu aktivacije hemijske evolucije.

Ponovljeni eksperimenti su potvrdili da lipidi tokom odmrzavanja zapravo demonstriraju samosastavljanje, formirajući mikrosfere prečnika desetina mikrometara. Nije važno kako biopolimeri ulaze u njih - da li prodiru kroz membranski sloj ili ih lipidna ljuska postepeno obavija. Važno je da bi u volumenu okruženom membranom mogla započeti nova faza evolucije - prijelaz s kemijskih reakcija na biokemijske.

Što se tiče odlučujućeg trenutka - prijelaza u najjednostavniju ćeliju, on se može smatrati rezultatom skoka koji je karakterističan za samoorganizaciju materije. Da bi se pripremili za ovaj skok, u procesu hemijske evolucije trebalo je da se pojave još neke strukture koje bi mogle da obavljaju funkcije neophodne za protoćeliju. Razmatraju se takvi strukturni fragmenti grupisanja , koji obezbeđuje prenos naelektrisanih čestica, što je neophodno za transport materije. Druge grupe moraju da obezbede snabdevanje energijom - uglavnom molekule jedinjenja koja sadrže fosfor (ADP-ATP sistem). Konačno, potrebno je formirati polimerne strukture kao što su DNK i RNK, čija je glavna funkcija da služe katalitičku matricu za samoreprodukciju.

Ne treba izgubiti iz vida još jednu ključnu tačku povezanu s narušavanjem izomerne simetrije. Kako je došlo do izbora u korist ljevoruke organske tvari, može se samo nagađati, ali činjenica da je ova fluktuacija neposredno prethodila rođenju života čini se sasvim prirodnom. Može se pretpostaviti da je biološka evolucija "pokrenuta" pojavom ljevoruke protoćelije.

Jedna od glavnih pretpostavki heterotrofne hipoteze je da je nastanku života prethodila akumulacija organskih molekula. Danas organskim molekulima nazivamo sve one molekule koje sadrže ugljik i vodik. Molekule nazivamo organskim i zato što se prvobitno vjerovalo da jedinjenja ove vrste mogu sintetizirati samo živi organizmi.

Međutim, davne 1828. hemičari su naučili da sintetiziraju ureu iz neorganskih supstanci. Urea je organski spoj koji se izlučuje urinom mnogih životinja. Živi organizmi su smatrani jedinim izvorom uree dok se nije mogla sintetizirati u laboratoriji. Laboratorijski uslovi u kojima su hemičari dobijali organska jedinjenja očigledno u izvesnoj meri oponašaju uslove životne sredine na Zemlji u ranom periodu njenog postojanja. Ovi uslovi bi, prema autorima heterotrofne hipoteze, mogli dovesti do stvaranja organskih jedinjenja iz atoma kiseonika, vodonika, azota i ugljenika.

Dobitnik Nobelove nagrade Harold Ury, koji je radio na Univerzitetu u Čikagu, zainteresovao se za evoluciju hemijskih jedinjenja na Zemlji u ranom periodu njenog postojanja. O ovom problemu je razgovarao sa jednim od svojih učenika, Stanleyjem Millerom. U maju 1953. Miller je objavio članak pod naslovom "Formiranje aminokiselina u uslovima sličnim onima koji su postojali na Zemlji u ranom periodu", u kojem je ukazao da je A.I. Oparin je prvi put iznio ideju da su osnova života - organska jedinjenja nastala u vrijeme kada je Zemljina atmosfera sadržavala metan, amonijak, vodu i vodonik, a ne ugljični dioksid, dušik, kisik i vodu. Nedavno je ova ideja dobila potvrdu u robotima Ureya i Bernala.

Kako bi se testirala ova hipoteza, mješavina plinova CH4, NH3, H2O i H2 je propuštena kroz sistem cijevi u posebno dizajniranom uređaju, a u određenom trenutku je stvoreno električno pražnjenje. Određen je sadržaj aminokiselina u nastaloj smjesi.

U nepropusnom uređaju koji je dizajnirao Miller, napunjenom metanom, vodonikom i amonijakom, prolazilo je električno pražnjenje. Vodena para je dolazila iz posebnog uređaja povezanog s glavnim dijelom uređaja. Para se, prolazeći kroz uređaj, hladila i kondenzovala u obliku kiše. Tako su uslovi koji su postojali u atmosferi primitivne Zemlje prilično precizno reprodukovani u laboratoriji. To uključuje vrućinu, kišu i kratke bljeskove svjetlosti. Nedelju dana kasnije, Miller je analizirao gas, koji je bio u eksperimentalnim uslovima. Otkrio je da je prethodno formirana bezbojna tečnost postala crvena.

Hemijska analiza je pokazala da su se u tečnosti pojavila neka jedinjenja koja nisu bila prisutna na početku eksperimenta. Atomi nekih molekula plina rekombinovali su se, formirajući nove i složenije molekule - organske molekule. Analizirajući spojeve pronađene u tekućini, Miller je otkrio da se tamo formiraju organski molekuli poznati kao aminokiseline. Aminokiseline se sastoje od atoma ugljika, vodika, kisika i dušika.

Svaki atom ugljika može formirati četiri kemijske veze s drugim atomima. Millerovi eksperimenti pokazuju da su se slični procesi mogli odvijati u Zemljinoj atmosferi u ranom periodu njenog postojanja. Ovi eksperimenti bili su važna potvrda heterotrofne hipoteze.

sažetak ostalih prezentacija

"Kultura ćelija i tkiva biljaka" - Funkcije hormona u kalusogenezi. Faktori koji utiču na sintezu. diferencirane ćelije. Vrste kultura ćelija i tkiva. genetska heterogenost. Kulture biljnih ćelija. Dediferencijacija. Karakterizacija ćelija kalusa. Istorijski aspekti. Formiranje krunskih žuči. Kultura pojedinačnih ćelija. Razlozi za asinhroniju. Sinteza sekundarnih metabolita. diferencijacija tkiva kalusa. fizički faktori.

"Lišće biljaka" - Petiolati listovi. Šta je ivica lisne ploče? List je i organ disanja, isparavanja i gutacije (izlučivanja kapljica vode) biljke. Koja vrsta venacije? Složeni listovi. Opišite list. Listovi se nalaze na obje strane peteljke na određenoj udaljenosti jedan od drugog. sjedeći listovi. Rub lisne plocice. Ternary. Nasuprot. Whorled. Vene. Jednostavni listovi. List - u botanici, vanjski organ biljke, čija je glavna funkcija fotosinteza.

"Klasifikacija voća" - Tykvin. Pomeranac. Klasifikacija voća. Organi cvjetnica. Uporedite. Berry. Apple. Juicy fruits. Pronađite ekstra. Polykostyanka. Konsolidacija proučenog materijala. Drupe. Pericarp. reproduktivnih organa. Voće, njihova klasifikacija.

"Voće i sjemenke" - Pod. Ne dozvoli da ti duša bude lenja. Laboratorijski rad. Tykvin. Zrno. Znanje. Drupe. Transfer. Drvo znanja. Pitanja za konsolidaciju. Širenje širenjem. Širenje vodom. Znakovi sjemena. Neplodnost. Neupadljiv cvijet. Prijenos na vanjske poklopce. Obrazovanje fetusa. Kutija. Grupni rad. Polykostyanka. Fetus. Širi se vjetrom. Zašto se sjeme širi?

"Struktura za bijeg" - gomolja. Vrste bubrega. Formira se od pupoljaka pri dnu stabljike. Vanjska struktura bijega. organska materija. Unutrašnja struktura. Razvoj bijega iz bubrega. Internodije su jasno definisane. Bekstvo. Root gomolja. Rast stabljike. Stem. Escape modifikacije. Izbjegnite raznolikost. Corm. Transport tvari duž stabljike. Rhizome. Sijalica. Grananje. Lukovica i kora. Vage. Bud.

"Zadaci o strukturi biljaka" - Lokacija provodnih snopova. Pogledajte sliku i odgovorite na pitanja. horizontalni transport. Podzemne modifikacije izdanaka. Struktura bubrega. Lokacija izdanaka u prostoru. biljnih tkiva. Grananje izdanaka. Struktura konusa rasta. Vanjska struktura korijena. bockanje. Root modifikacije. Razmotrite crtež. Didaktika za interaktivnu tablu iz biologije. Raspored listova.