Pikka aega usuti, et elus erineb elutu omadused nagu ainevahetus, liikuvus, ärrituvus, kasv, paljunemine, kohanemisvõime. Kuid kõiki neid omadusi leidub ka eraldi elutu looduse hulgas ja seetõttu ei saa neid käsitleda elavate omadustena.

Vormis sõnastatud elava B. M. Mednikovi (1982) tunnused teoreetilise bioloogia aksioomid:

1. Kõik elusorganismid osutuvad põlvest põlve pärandatava fenotüübi ja selle konstrueerimise programmi (genotüübi) ühtsuseks. (A. Weismani aksioom) * .

2. Geneetiline programm moodustatakse maatriksi teel. Eelmise põlvkonna geeni kasutatakse maatriksina, millele on ehitatud tulevase põlvkonna geen. (N.K. Koltsovi aksioom).

3. Geneetilised programmid muutuvad põlvest põlve edasikandumise käigus erinevatel põhjustel juhuslikult ja mittesuunaliselt ning ainult juhuslikult saavad sellised muutused antud keskkonnas edukad olla. (Ch. Darwini 1. aksioom).

4. Juhuslikud muutused geneetilistes programmides fenotüübi kujunemise ajal võimenduvad oluliselt (N. V. Timofejev-Resovski aksioom).

5. Korduvalt tõhustatud muutused geneetilistes programmides sõltuvad keskkonnatingimustest (Ch. Darwini 2. aksioom).

Nendest aksioomidest võib tuletada kõik eluslooduse põhiomadused ja ennekõike sellised nagu diskreetsus ja terviklikkus - Maa elukorralduse kaks põhiomadust. Elussüsteemide hulgas pole kahte identset isendit, populatsioone ja liike. See diskreetsuse ja terviklikkuse avaldumise ainulaadsus põhineb konvariantse reduplikatsiooni nähtusel.

Konvariantne reduplikatsioon(enese taastootmine muutustega) toimub maatriksprintsiibi alusel (kolme esimese aksioomi summa). See on ilmselt ainus elule omane omadus, selle olemasolu näol meile teadaolevalt Maal. See põhineb ainulaadsel võimel peamisi kontrollsüsteeme (DNA, kromosoomid, geenid) ise taastoota.

Reduplikatsiooni määrab makromolekulide sünteesi maatriksprintsiip (N. K. Koltsovi aksioom) (joon. 2.4).

Joonis 2.4. DNA replikatsiooni skeem (J. Savage, 1969 järgi)

Märge. Protsess on seotud aluspaaride (adeniin-tüümiin ja guaniin-tsütosiin: A-T, G-C) eraldamisega ja algse heeliksi kahe ahela lahtikerimisega. Iga ahelat kasutatakse mallina uue ahela sünteesil

Võime enesepaljundamine maatriksprintsiibi järgi DNA molekulid suutsid täita algsete kontrollsüsteemide pärilikkuse kandja rolli (A. Weismani aksioom). Konvariantne reduplikatsioon tähendab võimalust pärida algseisundist diskreetseid kõrvalekaldeid (mutatsioone), mis on elu evolutsiooni eeldused.

Elav aine oma massi poolest hõivab see maakera ühegi ülemise kestaga võrreldes tühise osa. Tänapäevaste hinnangute kohaselt on elusaine kogumass meie ajal 2420 miljardit tonni.Seda väärtust saab võrrelda Maa kestade massiga, mis on mingil määral kaetud biosfääriga (tabel 2.2).

Tabel 2.2

Elusaine mass biosfääris

Biosfääri jagunemised	Kaal, t	Võrdlus
Elav aine Atmosfäär Hüdrosfäär Maakoor

Oma aktiivse keskkonnamõju poolest on elusainel eriline koht ja see erineb kvalitatiivselt järsult teistest maakera kestadest, nii nagu elusaine erineb surnud ainest.

VI Vernadski rõhutas, et elusaine on Universumi kõige aktiivsem ainevorm. See teeb biosfääris hiiglaslikku geokeemilist tööd, muutes oma eksisteerimise ajal täielikult Maa ülemised kestad. Kogu meie planeedi elusaine moodustab 1/11 000 000 kogu maakoore massist. Kvalitatiivses mõttes on elusaine Maa aine kõige organiseeritum osa.

Elusaine keskmise keemilise koostise hindamisel on A. P. Vinogradovi (1975) sõnul V. Larcher (1978) jt, elusaine põhikomponentideks on looduses (atmosfäär, hüdrosfäär, kosmos) laialt levinud elemendid: vesinik, süsinik, hapnik, lämmastik, fosfor ja väävel (tabel 2.3, joon. 2.5).

Tabel 2.3

Tähe- ja päikeseaine elementaarne koostis võrreldes taimede ja loomade koostisega

Keemiline element
	täheline aine	päikeseenergia aine	Taimed	Loomad
Vesinik (H)
Heelium (He)
Lämmastik (N)
Süsinik (C)
Magneesium (Md)
hapnik (0)
Räni (Si)
Väävel (S)
raud (Fe)
Muud elemendid

Joonis 2.5 Keemiliste elementide suhe eluslooduses

aines, hüdrosfääris, litosfääris ja Maa massis tervikuna

Biosfääri elusaine koosneb kosmose kõige lihtsamatest ja levinumatest aatomitest.

Elusaine keskmine elementaarne koostis erineb maakoore koostisest suure süsinikusisalduse poolest. Vastavalt muude elementide sisaldusele ei korda elusorganismid oma keskkonna koostist. Nad absorbeerivad valikuliselt oma kudede ehitamiseks vajalikke elemente.

Eluprotsessis kasutavad organismid kõige kättesaadavamaid aatomeid, mis on võimelised moodustama stabiilseid keemilisi sidemeid. Nagu juba märgitud, on vesinik, süsinik, hapnik, lämmastik, fosfor ja väävel maapealse aine peamised keemilised elemendid ja neid nimetatakse biotagasiside. Nende aatomid loovad koos vee ja mineraalsooladega elusorganismides keerulisi molekule. Neid molekulaarstruktuure esindavad süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped. Loetletud elusaine osad on organismides tihedas vastasmõjus. Meid ümbritsev biosfääri elusorganismide maailm on kombinatsioon erinevatest bioloogilistest süsteemidest, millel on erinev struktuur ja erinevad organisatsioonilised positsioonid. Sellega seoses eristatakse elusaine olemasolu erinevaid tasemeid, alates suurtest molekulidest kuni erinevate organisatsioonide taimede ja loomadeni.

1.Molekulaarne(geneetiline) - madalaim tase, millel bioloogiline süsteem avaldub bioloogiliselt aktiivsete suurte molekulide - valkude, nukleiinhapete, süsivesikute - toimimise kujul. Sellelt tasandilt vaadeldakse omadusi, mis on iseloomulikud eranditult elusainele: kiirgus- ja keemilise energia muundumisel tekkiv ainevahetus, pärilikkuse edasikandumine DNA ja RNA abil. Seda taset iseloomustab struktuuride stabiilsus põlvkondade kaupa.

2.Mobiilside- tase, mil bioloogiliselt aktiivsed molekulid ühinevad üheks süsteemiks. Seoses rakulise organisatsiooniga jagunevad kõik organismid ühe- ja mitmerakulisteks.

3.Kangas- tase, mil sarnaste rakkude kombinatsioon moodustab koe. See hõlmab rakkude kogumit, mida ühendavad ühine päritolu ja funktsioonid.

4.orel- tase, mil mitut tüüpi kuded toimivad funktsionaalselt ja moodustavad konkreetse organi.

5.Organism- tase, mil mitmete elundite koostoime taandub üksiku organismi ühtseks süsteemiks. Esindatud teatud tüüpi organismidega.

6.populatsiooniliigid, kus on teatud homogeensete organismide kogum, mida ühendab päritolu, eluviisi ja elupaiga ühtsus. Sellel tasandil toimuvad üldiselt elementaarsed evolutsioonilised muutused.

7.Biotsenoos ja biogeocenoos(ökosüsteem) - elusaine kõrgem organiseerituse tase, mis ühendab erineva liigilise koostisega organisme. Biogeocenoosi korral interakteeruvad nad üksteisega teatud maapinna piirkonnas homogeensete abiootiliste teguritega.

8.biosfääri- tasand, millel moodustus kõrgeima astme loomulik süsteem, mis hõlmab kõiki meie planeedi eluilminguid. Sellel tasemel toimuvad kõik ainetsüklid globaalses mastaabis, mis on seotud organismide elulise aktiivsusega.

Toitumise meetodi järgi jaguneb elusaine autotroofideks ja heterotroofideks.

Autotroofid(kreeka keelest autos – ise, trof – sööt, sööt) nimetatakse organisme, kes võtavad eluks vajalikke keemilisi elemente ümbritsevast luumaterjalist ega vaja oma keha ehitamiseks teise organismi valmis orgaanilisi ühendeid. Peamine autotroofide kasutatav energiaallikas on päike.

Autotroofid jagunevad fotoautotroofideks ja kemoautotroofideks. Fotoautotroofid kasutada päikesevalgust energiaallikana kemoautotroofid kasutada anorgaaniliste ainete oksüdatsioonienergiat.

Autotroofsete organismide hulka kuuluvad vetikad, maismaataimed, fotosünteesivõimelised bakterid, aga ka mõned bakterid, mis on võimelised oksüdeerima anorgaanilisi aineid (kemoautotroofid). Autotroofid on biosfääri orgaanilise aine peamised tootjad.

Heterotroofid(kreeka keelest geter - teine) - organismid, mis vajavad toitumiseks teiste organismide moodustatud orgaanilist ainet. Heterotroofid on võimelised lagundama kõiki autotroofide moodustatud aineid ja paljusid neist, mida inimesed sünteesivad.

Elusaine on stabiilne ainult elusorganismides, ta kipub endaga täitma kogu võimaliku ruumi. "Elu surve" nimetas seda nähtust V. I. Vernadskiks.

Maal on olemasolevatest elusorganismidest suurim paljunemisvõime hiiglaslikul kukeseenel. Iga selle seene eksemplar võib toota kuni 7,5 miljardit spoori. Kui iga eos oleks uue organismi alguseks, oli vihmamantlite maht juba teises põlvkonnas 800 korda suurem kui meie planeedi suurus.

Seega kõige üldisem ja spetsiifilisem omadus elus- võime ise taastoota, maatriksiprintsiibil põhinev kovariantne reduplikatsioon. See võime koos teiste elusolendite tunnustega määrab elusolendite organiseerituse põhitasandite olemasolu. Kõik elukorralduse tasemed on keerulises vastasmõjus ühtse terviku osana. Igal tasandil on oma seadused, mis määravad kõigi elundivormide evolutsiooni tunnused

elavate alandamine. Arenguvõime toimib elu atribuudina, mis tuleneb otseselt elavate ainulaadsest võimest iseseisvalt taastoota diskreetseid bioloogilisi üksusi. Elu spetsiifilised omadused tagavad mitte ainult omalaadse taastootmise (pärilikkus), vaid ka evolutsiooniks vajalikud muutused isepaljunevates struktuurides (muutlikkus).

Elusaine mass moodustab vaid 0,01% kogu biosfääri massist. Sellegipoolest on biosfääri elusaine selle põhikomponent.

Suurimat elukontsentratsiooni biosfääris täheldatakse maakerade kokkupuute piiridel: atmosfäär ja litosfäär (maapind), atmosfäär ja hüdrosfäär (ookeani pind) ning eriti kolme kesta - atmosfäär, hüdrosfäär - piiridel. ja litosfäär (rannikualad). Need on kohad, kus V.I. Vernadsky nimetas "elufilmideks". Nendelt pindadelt üles-alla elusaine kontsentratsioon väheneb.

Kõik ökoloogia poolt uuritud süsteemid sisaldavad biootilisi komponente, mis koos moodustavad elusaine.

Mõiste "elusaine" tõi kirjandusse V. I. Vernadski, millega ta mõistis kõigi elusorganismide tervikut, mis väljendub massi, energia ja keemilise koostise kaudu. Elu Maal on kõige silmapaistvam protsess selle pinnal, mis võtab vastu Päikese eluandvat energiat ja paneb liikuma peaaegu kõik perioodilisuse tabeli keemilised elemendid.

Kaasaegsete hinnangute kohaselt on elusaine kogumass biosfääris umbes 2400 miljardit tonni (tabel).

Tabel Elusaine kogumass biosfääris

Mandrite pinnal oleva elusaine mass on 800 korda suurem kui Maailma ookeani biomass. Mandrite pinnal on taimed oma massis järsult ülekaalus loomade üle. Ookeanis täheldame vastupidist seost: 93,7% mere biomassist moodustavad loomad. See on peamiselt tingitud asjaolust, et merekeskkonnas on loomade toitumiseks kõige soodsamad tingimused. Kõige väiksemad fütoplanktoni moodustavad ja merede ja ookeanide valgustatud tsoonis elavad taimeorganismid söövad mereloomad kiiresti ära ja seega nihutab orgaaniliste ainete üleminek taimevormilt loomavormile järsult biomassi ülekaalulisuse suunas. loomad.

Kogu elusaine oma massis hõivab maakera mis tahes ülemise geosfääriga võrreldes tähtsusetu koha. Näiteks atmosfääri mass on 2150 korda suurem, hüdrosfäär 602000 korda suurem ja maakoor 1670000 korda suurem.

Kuid oma aktiivse keskkonnamõju poolest on elusainel eriline koht ja see erineb kvalitatiivselt järsult teistest biosfääri moodustavatest anorgaanilistest looduslikest moodustistest. Esiteks on see tingitud asjaolust, et elusorganismid täidavad tänu bioloogilistele katalüsaatoritele (ensüümidele) akadeemik L.S. Berg, füüsikalis-keemilisest vaatenurgast midagi uskumatut. Näiteks suudavad nad oma kehas fikseerida atmosfääri molekulaarse lämmastiku loodusliku keskkonna jaoks tavapärastel temperatuuri ja rõhu väärtustel.

Tööstuslikes tingimustes nõuab õhulämmastiku sidumine ammoniaagiga (NH 3) temperatuuri suurusjärgus 500 °C ja rõhku 300–500 atmosfääri. Elusorganismides suurenevad ainevahetusprotsessis toimuvate keemiliste reaktsioonide kiirused mitme suurusjärgu võrra.

IN JA. Vernadsky nimetas sellega seoses elavat ainet äärmiselt aktiveeritud aine vormiks.

Elusolendite peamised omadused on järgmised: 1. Ühtsus X keemiline koostis. Elusolendid koosnevad samadest keemilistest elementidest, mis elutudki, kuid organismides leidub ainete molekule, mis on iseloomulikud ainult elusolenditele (nukleiinhapped, valgud, lipiidid). 2. Diskreetsus ja ausus. Igasugune bioloogiline süsteem (rakk, organism, liik jne) koosneb eraldi osadest, s.t. diskreetne. Nende osade koosmõju moodustab tervikliku süsteemi (näiteks sisaldab keha eraldi organeid, mis on struktuurselt ja funktsionaalselt ühendatud ühtseks tervikuks). 3. Struktuurne korraldus. Elussüsteemid on võimelised looma korda molekulide kaootilisest liikumisest, moodustades teatud struktuure. Elusolendeid iseloomustab korrapärasus ruumis ja ajas. See on komplekssete isereguleeruvate ainevahetusprotsesside kompleks, mis toimub rangelt määratletud järjekorras ja mille eesmärk on säilitada sisekeskkonna - homöostaasi - püsivus. 4. Ainevahetus ja energia. Elusorganismid on avatud süsteemid, mis vahetavad pidevalt ainet ja energiat keskkonnaga. Keskkonnatingimuste muutumisel toimub eluprotsesside iseregulatsioon tagasiside põhimõttel, mis on suunatud sisekeskkonna püsivuse – homöostaasi – taastamisele. Näiteks võivad jäätmed avaldada tugevat ja rangelt spetsiifilist inhibeerivat toimet neile ensüümidele, mis moodustavad pika reaktsiooniahela alglüli. 5. Enesepaljundamine. Ise värskendav. Iga bioloogilise süsteemi eluiga on piiratud. Elu säilitamiseks toimub enesepaljunemise protsess, mis on seotud uute molekulide ja struktuuride moodustumisega, mis kannavad DNA molekulides sisalduvat geneetilist teavet. 6. Pärilikkus. DNA molekul suudab tänu maatriksi replikatsiooniprintsiibile säilitada ja edastada pärilikku teavet, tagades materiaalse järjepidevuse põlvkondade vahel. 7. Muutlikkus. Päriliku teabe edastamisel esineb mõnikord mitmesuguseid kõrvalekaldeid, mis põhjustavad järglaste omaduste ja omaduste muutumist. Kui need muutused on elule soodsad, saab need valikuga fikseerida. 8. Kasv ja areng. Organismid pärivad teatud geneetilise teabe teatud tunnuste väljakujunemise võimaluse kohta. Info realiseerimine toimub indiviidi arengu – ontogeneesi käigus. Ontogeneesi teatud etapis toimub organismi kasv, mis on seotud molekulide, muude bioloogiliste struktuuride rakkude paljunemisega. Kasvuga kaasneb areng. 9. Ärrituvus ja liikumine. Kõik elusolendid reageerivad ärritavuse omaduse tõttu valikuliselt välismõjudele spetsiifiliste reaktsioonidega. Organismid reageerivad stimulatsioonile liikumisega. Liikumisvormi avaldumine oleneb organismi ehitusest.

Elusaine peamiste ainulaadsete omaduste juurde, põhjustades selle kõrge transformatiivne tegevus, võib omistada:

1. Võimalus kiiresti hõivata vaba ruumi , mis on seotud nii intensiivse paljunemise kui ka organismide võimega oma keha pinda või moodustatud kooslusi intensiivselt suurendada ( üldlevinud elu ).

2. Liikumine pole ainult passiivne (gravitatsiooni mõjul) aga ka aktiivne. Näiteks veevoolu, gravitatsiooni, õhuvoolude liikumise vastu.

3. Püsivus elu jooksul ja kiire lagunemine pärast surma (tsüklitesse kaasamine), säilitades samal ajal kõrge füüsilise ja keemilise aktiivsuse.

4. Kõrge kohanemisvõime (kohanemine) erinevate tingimustega ja sellega seoses mitte ainult kõigi elukeskkondade (vesi, maa-õhk, pinnas) areng, vaid ka füüsikaliste ja keemiliste parameetrite poolest äärmiselt raske.

5. Fenomenaalselt kiired keemilised reaktsioonid . See on mitu suurusjärku suurem kui eluta looduse puhul. Seda omadust saab hinnata aine töötlemise kiiruse järgi organismide poolt eluprotsessis. Näiteks osade putukate röövikud töötlevad päevas ainekogust, mis ületab 100–200 korda nende kehakaalu.

6. Elusaine kõrge uuenemise kiirus . Hinnanguliselt on see biosfääris keskmiselt umbes 8 aastat (maisel 14 aastat ja ookeanil, kus domineerivad lühikese elueaga organismid, 33 päeva).

7. Erinevad kujud, suurused ja keemilised võimalused , ületades oluliselt paljusid kontraste elutu, inertse aine puhul.

8. Individuaalsus (maailmas pole identseid liike ja isegi isendeid).

Kõik loetletud ja muud elusaine omadused on määratud suurte energiavarude kontsentratsiooniga selles. IN JA. Vernadski märkis, et ainult vulkaanipursete käigus tekkinud laava suudab energiaküllastuse poolest konkureerida elusainega.

Elusaine funktsioonid. Kogu elusaine aktiivsust biosfääris saab teatud konventsionaalsusega taandada mitmele põhifunktsioonile, mis võivad oluliselt täiendada selle transformatiivse biosfääri-geoloogilise aktiivsuse ideed.

1. Energia . See üks olulisemaid funktsioone on seotud energia salvestamisega fotosünteesi protsessis, selle ülekandmisega toiduahelate kaudu ja hajutamisega ümbritsevas ruumis.

2. Gaas - seotud võimega muuta ja säilitada keskkonna ja atmosfääri kui terviku teatud gaasikoostist.

3. redoks - on seotud selliste protsesside intensiivsuse suurenemisega nagu oksüdatsioon ja redutseerimine elusaine mõjul.

4. kontsentratsioon - organismide võime koondada hajutatud keemilisi elemente oma kehas, suurendades nende sisaldust mitme suurusjärgu võrra võrreldes keskkonnaga ja üksikute organismide kehas - miljoneid kordi. Kontsentreerimistegevuse tulemuseks on põlevate mineraalide, lubjakivi, maagimaardlate jms maardlad.

5. hävitav - organismide ja nende elutegevuse saaduste hävitamine, sealhulgas pärast nende surma, nii orgaanilise aine jäänused kui ka inertsed ained. Selle funktsiooni peamine mehhanism on seotud ainete ringlusega. Selles osas mängivad kõige olulisemat rolli madalamad eluvormid - seened, bakterid (hävitajad, lagundajad).

6. Transport - aine ja energia ülekanne organismide aktiivse liikumisvormi tulemusena. Sageli viiakse selline ülekanne läbi tohutute vahemaade tagant, näiteks loomade rände ja rändava liikumise ajal.

7. Keskkonda kujundav . See funktsioon on suures osas teiste funktsioonide koosmõju tulemus. Lõppkokkuvõttes on see seotud söötme füüsikalis-keemiliste parameetrite muutumisega. Seda funktsiooni võib käsitleda laiemalt ja kitsamalt. Laiemas mõttes on selle funktsiooni tulemuseks kogu looduskeskkond. Selle lõid elusorganismid ja nad säilitavad selle parameetrid suhteliselt stabiilsena peaaegu kõigis geosfäärides. Kitsamas tähenduses avaldub elusaine keskkonda kujundav funktsioon näiteks muldade moodustamises ja hävimise (erosiooni) eest kaitsmises, õhu ja vee puhastamises reostusest, põhjaveeallikatega varustatuse tugevdamises, vee ja vee puhastamises. jne.

8. Hajumine keskendumisele vastupidine funktsioon. See avaldub organismide troofilise (toitumise) ja transporditegevuse kaudu. Näiteks aine hajumine organismide väljaheidete eritumisel, organismide surm erinevatel ruumilistel liikumistel ja katete muutumine.

9. Informatiivne elusaine funktsioon väljendub selles, et elusorganismid ja nende kooslused koguvad informatsiooni, fikseerivad selle pärilikes struktuurides ja annavad edasi järgmistele põlvkondadele. See on üks adaptiivsete mehhanismide ilmingutest.

Vaatamata vormide tohutule mitmekesisusele, kogu elusaine on füüsikaliselt ja keemiliselt ühesugune . Ja see on kogu orgaanilise maailma üks põhiseadusi - elusaine füüsikalis-keemilise ühtsuse seadus. Sellest järeldub, et pole olemas sellist füüsikalist või keemilist mõjurit, mis oleks mõnele organismile saatuslik ja teistele absoluutselt kahjutu. Erinevus on ainult kvantitatiivne – mõned organismid on tundlikumad, teised vähem, mõned kohanevad kiiremini, teised aeglasemalt. Sel juhul toimub kohanemine loodusliku valiku käigus, s.t. nende inimeste surma tõttu, kes ei suutnud uute tingimustega kohaneda.

Seega on biosfäär keeruline dünaamiline süsteem, mis püüab kinni, akumuleerib ja edastab energiat elusaine ja keskkonna vahelise ainete vahetuse kaudu.

Elusaine omadused

Elusaine koostis sisaldab nii orgaanilisi (keemilises mõttes) kui ka anorgaanilisi ehk mineraalseid aineid. Vernadsky kirjutas:

Elusaine mass on suhteliselt väike ja on hinnanguliselt 2,4-3,6·10 12 tonni (kuivmassis) ja on väiksem kui 10-6 massi teistest Maa kestadest. Kuid see on üks "meie planeedi võimsamaid geokeemilisi jõude".

Elusaine areneb seal, kus elu saab eksisteerida, see tähendab atmosfääri, litosfääri ja hüdrosfääri ristumiskohas. Tingimustes, mis ei ole eksistentsi jaoks soodsad, läheb elusaine peatatud animatsiooni olekusse.

Elusaine eripära on järgmine:

1. Biosfääri elusainet iseloomustab tohutu vaba energia. Anorgaanilises maailmas saab vaba energia hulga poolest võrrelda vaid lühiajalisi tahkumata laavavooge elusainega.
2. Teravat erinevust biosfääri elusaine ja eluta aine vahel täheldatakse keemiliste reaktsioonide kiiruses: elusaines toimuvad reaktsioonid tuhandeid ja miljoneid kordi kiiremini.
3. Elusaine eripäraks on see, et selle moodustavad üksikud keemilised ühendid - valgud, ensüümid jne - on stabiilsed ainult elusorganismides (suurel määral on see omane ka elusainet moodustavatele mineraalühenditele).
4. Elusaine meelevaldne liikumine, suures osas isereguleeruv. V. I. Vernadski tõi välja kaks spetsiifilist elusaine liikumisvormi: a) passiivne, mis tekib paljunemise teel ja on omane nii looma- kui taimeorganismidele; b) aktiivne, mis toimub organismide suunatud liikumise tõttu (see on tüüpiline loomadele ja vähemal määral ka taimedele). Ka elusaine kipub täitma kogu võimaliku ruumi.
5. Elusaine morfoloogiline ja keemiline mitmekesisus on palju suurem kui eluta aine. Lisaks ei esinda elusainet erinevalt elutust abiogeensest ainest ainult vedel või gaasifaas. Organismide kehad on ehitatud kõigis kolmes faasiolekus.
6. Elusaine on biosfääris esindatud hajutatud kehade - üksikute organismide kujul. Pealegi, kuna see on hajutatud, ei leidu Maal elusainet kunagi morfoloogiliselt puhtal kujul - sama liigi organismide populatsioonide kujul: seda esindavad alati biotsenoosid.
7. Elusaine eksisteerib põlvkondade pideva vaheldumise kujul, mille tõttu on tänapäeva elusaine geneetiliselt seotud möödunud ajastute elusainega. Samal ajal on elusainele iseloomulik evolutsiooniprotsessi olemasolu, st elusaine paljunemine ei toimu mitte eelnevate põlvkondade absoluutse kopeerimise tüübi, vaid morfoloogiliste ja biokeemiliste muutuste kaudu.

Elusaine tähendus

Elusaine töö biosfääris on üsna mitmekesine. Vernadski sõnul võib elusaine töö biosfääris avalduda kahes peamises vormis:

a) keemiline (biokeemiline) - I tüüpi geoloogiline tegevus; b) mehaaniline – II tüüpi transporditegevus.

Esimest tüüpi aatomite biogeenne migratsioon väljendub pidevas ainevahetuses organismide ja keskkonna vahel organismide keha ülesehitamise ja toidu seedimise protsessis. Teist tüüpi aatomite biogeenne ränne seisneb aine liikumises organismide poolt nende elutegevuse käigus (urgude, pesade ehitamisel, organismide maasse mattumisel), elusaine enda liikumises, aga ka läbipääsus. anorgaanilistest ainetest mullamardikate, mudamardikate, filtrisöötjate mao kaudu.

Et mõista tööd, mida elusaine biosfääris teeb, on väga olulised kolm peamist sätet, mida V. I. Vernadsky nimetas biogeokeemilisteks põhimõteteks:

1. Keemiliste elementide aatomite biogeenne migratsioon biosfääris avaldub alati maksimaalselt.
2. Liikide areng geoloogilise aja jooksul, mis viib biosfääris stabiilsete eluvormide tekkeni, kulgeb suunas, mis suurendab aatomite biogeenset rännet.
3. Elusaine on pidevas keemilises vahetuses teda ümbritseva kosmilise keskkonnaga ning seda loob ja hoiab meie planeedil Päikese kiirgusenergia.

Elusainel on viis peamist funktsiooni:

1. Energia. See seisneb päikeseenergia neeldumises fotosünteesi ajal ja keemilises energias - energiarikaste ainete lagunemise ja energia ülekande kaudu heterogeense elusaine toiduahela kaudu.
2. kontsentratsioon. Valikuline kogunemine teatud tüüpi aine eluea jooksul. Elusaine keemiliste elementide kontsentratsioone on kahte tüüpi: a) elementide kontsentratsioonide massiline tõus nendest elementidest küllastunud keskkonnas, näiteks vulkanismialadel on elusaines rohkesti väävlit ja rauda; b) ühe või teise elemendi konkreetne kontsentratsioon, olenemata keskkonnast.
3. hävitav. See seisneb mittebiogeense orgaanilise aine mineraliseerumises, elutu anorgaanilise aine lagunemises ja tekkivate ainete kaasamises bioloogilisse tsüklisse.
4. Keskkonda kujundav. Söötme füüsikaliste ja keemiliste parameetrite muutumine (peamiselt mittebiogeense aine tõttu).
5. Transport. Elusaine koostoime toiduga põhjustab tohutute keemiliste elementide ja ainete masside liikumist gravitatsiooni vastu ja horisontaalsuunas.

Elusaine hõlmab ja struktureerib ümber kõik biosfääri keemilised protsessid. Elusaine on kõige võimsam geoloogiline jõud, mis aja jooksul kasvab. Austades biosfääri õpetuse suure rajaja mälestust, tegi A. I. Perelman ettepaneku nimetada järgmist üldistust "Vernadski seaduseks":

„Keemiliste elementide migratsioon maapinnal ja biosfääris tervikuna toimub kas elusaine otsesel osalusel (biogeenne migratsioon) või toimub see keskkonnas, mille geokeemilised iseärasused (O 2, CO 2, H 2 ) S jne) on valdavalt tingitud elusainest, nii sellest, mis antud süsteemis praegu asustab, kui ka sellest, mis on Maa peal geoloogilise ajaloo jooksul toiminud.

Märkmed

Vaata ka

Kirjandus

• Elusaine funktsioonidest biosfääris // Venemaa Teaduste Akadeemia bülletään. 2003. V. 73. nr 3. S.232-238

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "elusaine" teistes sõnaraamatutes:

Biosfääri elusorganismide kogum, nende biomass. Seda iseloomustab spetsiifiline keemiline koostis (domineerivad H, C, N, 02, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ca), tohutu biomass (80 100 109 tonni kuiva orgaanilist ainet) ja energia ... ... Ökoloogiline sõnastik

Biosfääri elusorganismide kogum, mis on arvuliselt väljendatud elementide keemilises koostises, massis ja energias. Seda kontseptsiooni tutvustas V. I. Vernadsky oma teoorias biosfäärist ja elusorganismide rollist ainete ja energia ringluses looduses ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

Biosfääri elusorganismide kogum, mis on arvuliselt väljendatud elementide keemilises koostises, massis ja energias. Seda mõistet tutvustas V. I. Vernadski oma teoorias biosfäärist ja elusorganismide rollist aine ja energia ringluses looduses. * * *…… entsüklopeediline sõnaraamat

1) biosfääri elusorganismide kogum, mis on arvuliselt väljendatud elementide keemilises koostises, massis ja energias. Mõiste võttis kasutusele V. I. Vernadski (vt Vernadsky). J. c. biosfääriga materiaalselt ja energeetiliselt seotud ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

Biosfääri elusorganismide kogum, mis on arvuliselt väljendatud elementaarkeemias. koostis, mass ja energia. Seda kontseptsiooni tutvustas V. I. Vernadsky oma teoorias biosfäärist ja elusorganismide rollist energia ja energia ringluses looduses ... Loodusteadus. entsüklopeediline sõnaraamat

Elav aine- V. I. Vernadsky kontseptsioonis on biosfääri elusorganismide kogum (taimed, loomad, putukad jne, sealhulgas inimkond), mis on arvuliselt väljendatud elementide keemilises koostises, massis ja energias ... Kaasaegse loodusteaduse algus

elav aine- 1. Korrapärase ainevahetusega biosfääri elusorganismide kogum. 2. Keeruline molekulaarne agregaat koos juhtimissüsteemiga, mis sisaldab päriliku teabe edastamise mehhanismi. E. Elusaine D. Lebendiger Stoff,… … Selgitav UFO-sõnastik koos vastetega inglise ja saksa keeles

VI Vernadski (1940) järgi sama liigi (liigi homogeenne elusaine) või rassi (rassiline homogeenne elusaine) organismide kogum. Ökoloogiline entsüklopeediline sõnastik. Chişinău: Moldaavia Nõukogude põhiväljaanne ... ... Ökoloogiline sõnastik

Biosfääri elusaine, selle omadused

V.I.Vernadski kirjutas: "Maa pinnal ei ole keemilist jõudu, mis toimiks pidevalt ja seega oma lõpptulemuses võimsam kui elusorganismid kokku."

Elusaine õpetus on üks keskseid lülisid biosfääri mõistes. Uurides aatomite migratsiooniprotsesse biosfääris, V.I. Vernadski lähenes keemiliste elementide tekke (päritolu, esinemise) küsimusele maakoores ja pärast seda vajadusele selgitada organisme moodustavate ühendite stabiilsust. Analüüsides aatomirände probleemi, jõudis ta järeldusele, et "elusainest sõltumatuid orgaanilisi ühendeid ei eksisteeri kusagil". "Elusaine nime all," kirjutas V. I. Vernadsky 1919. aastal, "ma pean silmas kõigi organismide, taimestiku ja loomade, sealhulgas inimese tervikut. Geokeemilisest vaatenurgast on see organismide kogum märkimisväärne ainult selle moodustava aine massi, keemilise koostise ja sellega seotud energia poolest. Ilmselgelt on elusaine mulla jaoks oluline ainult sellest vaatenurgast, kuna kuna tegemist on mullakeemiaga, siis on tegemist üldiste geokeemiliste protsesside konkreetse ilminguga.

Seega on elusaine biosfääri elusorganismide kogum, mis on arvuliselt väljendatud elementide keemilises koostises, massis ja energias.

põhjustel. Esiteks, inimkond ei ole biogeokeemilise energia tootja, vaid tarbija. Selline lõputöö nõudis elusaine geokeemiliste funktsioonide ülevaatamist biosfääris. Teiseks, inimkonna mass ei ole demograafiliste andmete põhjal konstantne elusaine hulk. Ja kolmandaks, selle geokeemilisi funktsioone ei iseloomusta mitte mass, vaid tootmistegevus. Inimkonna poolt biogeokeemilise energia assimilatsiooni olemuse määrab inimmõistus. Ühelt poolt on inimene teadvuseta evolutsiooni kulminatsioon, looduse spontaanse tegevuse "produkt" ja teiselt poolt evolutsiooni enda uue, mõistlikult suunatud etapi algataja.

Millised on elusaine omadused? Esiteks see tohutu vaba energia . Liikide evolutsiooni käigus toimub aatomite biogeenne ränne, s.o. Biosfääri elusaine energia on kordades suurenenud ja kasvab jätkuvalt, sest elusaine taaskasutab päikesekiirguse energiat, radioaktiivse lagunemise aatomienergiat ja meie Galaktikast tulevate hajutatud elementide kosmilist energiat. Ka elusainel on keemiliste reaktsioonide kõrge kiirus võrreldes elutu ainega, kus sarnased protsessid on tuhandeid ja miljoneid kordi aeglasemad. Näiteks võivad mõned röövikud päevas toitu töödelda 200 korda rohkem, kui nad ise kaaluvad, ja üks tihane sööb päevas nii palju röövikuid, kui ta ise kaalub.

Elusainet iseloomustab selle moodustavad keemilised ühendid, millest olulisemad on valgud, on stabiilsed ainult elusorganismides . Pärast eluprotsessi lõppu lagunevad algsed elusorgaanilised ained keemilisteks koostisosadeks.

Elusaine eksisteerib planeedil pideva põlvkondade vaheldumise kujul, tänu millele on see äsja moodustunud geneetiliselt seotud möödunud ajastute elusainega. See on biosfääri peamine struktuuriüksus, mis määrab kõik muud protsessid maakoore pinnal. Iseloomustab elusainet evolutsiooniprotsessi olemasolu . Iga organismi geneetiline informatsioon on krüpteeritud igas selle rakus. Samas on need rakud algselt määratud olema nemad ise, välja arvatud munarakk, millest areneb kogu organism.

V.I. Vernadski märkis, et planeedi elusorganismid on oma lõplike tagajärgede poolest kõige püsivamalt tegutsev ja võimsaim keemiline jõud. Ta tõi välja, et elusaine on biosfäärist lahutamatu, on selle funktsioon ja samal ajal "üks meie planeedi võimsamaid geokeemilisi jõude". V.I.Vernadsky nimetas üksikute ainete ringlust biogeokeemilisteks tsükliteks. Need tsüklid ja ringlus tagavad elusaine kui terviku kõige olulisemad funktsioonid. Teadlane tuvastas viis sellist funktsiooni.

gaasi funktsioon. Seda viivad läbi rohelised taimed, mis eraldavad fotosünteesi käigus hapnikku, samuti kõik taimed ja loomad, kes vabastavad hingamise tulemusena süsihappegaasi. Samuti on mikroorganismide aktiivsusega seotud lämmastiku tsükkel. V.I.Vernadski kirjutas, et kõik biosfääris moodustunud gaasid on oma päritolult tihedalt seotud elusainega, on alati biogeensed ja muutuvad peamiselt biogeensel teel.

keskendumisfunktsioon. See väljendub elusorganismide võimes koguda oma kehasse palju keemilisi elemente (süsinik on esikohal, kaltsium on metallide hulgas). Võime kontsentreerida elemente lahjendatud lahustest on elusaine iseloomulik tunnus. Näiteks koguvad mereorganismid aktiivselt mikroelemente, raskmetalle (elavhõbe, plii, arseen) ja radioaktiivseid elemente.

V.I. Vernadsky eristas:

1. Esimest tüüpi kontsentratsioonifunktsioonid, kui elusaine kontsentreerib keskkonnast neid keemilisi elemente, mis sisalduvad eranditult kõigis organismides (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Teist tüüpi kontsentratsioonifunktsioonid, kui akumuleeruvad keemilised elemendid, mida elusorganismides ei leidu või leidub väga väikestes kogustes. Näiteks on holotuurialased võimelised koguma vanaadiumi. Vihmaussid võivad oma kudedesse koguda tsinki, vaske, pliid ja kaadmiumi. Perekonna Laminaria vetikad koguvad endasse joodi.

redoksfunktsioon. See väljendub ainete keemilistes muundumistes organismide elutähtsa aktiivsuse protsessis. Selle tulemusena moodustuvad soolad, oksiidid ja uued ained. See funktsioon on seotud raua- ja mangaanimaakide, lubjakivide jms tekkega.

biokeemiline funktsioon. Seda määratletakse kui elusaine paljunemist, kasvu ja liikumist ruumis. Kõik see toob kaasa keemiliste elementide ringluse looduses, nende biogeense rände.

V.I.Vernadsky tõi välja 1. biokeemilise funktsiooni, mis on seotud organismide toitumise, hingamise ja paljunemisega, ning 2. biokeemilise funktsiooni, mida seostatakse elusorganismide kehade hävimisega pärast nende surma. Sel juhul toimub hulk biokeemilisi muundumisi: eluskeha – bioinertne – inertne.

Inimese biogeokeemilise aktiivsuse funktsioon. Seda seostatakse aatomite biogeense migratsiooniga, mis inimese ja tema mõistuse majandustegevuse mõjul suureneb kordades. Inimene oma majandustegevuse käigus arendab ja kasutab oma vajadusteks suurel hulgal maapõue aineid, sh. nagu kivisüsi, gaas, nafta, turvas, põlevkivi, paljud maagid. Samal ajal toimub inimtekkeline võõrainete sisenemine biosfääri lubatud väärtust ületavates kogustes. See tõi kaasa kriisivastase vastasseisu inimese ja looduse vahel. Eelseisva ökoloogilise kriisi peamiseks põhjuseks peetakse tehnokraatlikku kontseptsiooni, mis käsitleb biosfääri ühelt poolt füüsiliste ressursside allikana, teisalt aga jäätmete kõrvaldamise kanalisatsioonina.

Praegu heidab maailma majandus igal aastal atmosfääri

 rohkem kui 250 miljonit tonni peeneid aerosoole,

 200 miljonit tonni süsinikmonooksiidi,

 150 miljonit tonni vääveldioksiidi,

 120 miljonit tonni tuhka,

 rohkem kui 50 miljonit tonni süsivesinikke,

 2,5 miljardit (!) tonni lämmastikoksiide.

Aatomite loomulik tsirkulatsioon atmosfääris lihtsalt ei käi inimese tekitatud heitmetega sammu. Ainult söe põletamise tõttu elektrijaamades satub keskkonda kümme korda rohkem arseeni, uraani, kaadmiumi, berülliumi ja tuhandeid kordi rohkem elavhõbedat, kui osaleb looduslikus biokeemilises tsüklis.

IN JA. Vernadsky liigitas elusaine homogeenne ja heterogeenne . Esimene on tema arvates üldine spetsiifiline aine jne ja teist esindavad elusainete looduslikud segud. See on mets, soo, stepp, s.t. biotsenoos. Teadlane tegi ettepaneku iseloomustada elusainet selliste kvantitatiivsete näitajate alusel nagu keemiline koostis, organismide keskmine kaal ja nende poolt maakera pinna keskmine asustuskiirus.

Vernadski annab keskmised arvud "elu edasikandumise biosfääris" kiiruse kohta. Selle liigi poolt kogu meie planeedi pinna erinevatesse organismidesse püüdmise aega saab väljendada järgmiste arvudega (päevad):

Koolera bakter Vibrio cholerae) 1,25

Infusoria ( Lekconhrys patula) 10,6 (maksimaalne)

Diatoomid ( Nittschia putrida) 16,8 (maksimaalne)

Roheline plankton 166-183 (keskmine)

putukad ( Musca domestica) 366

Kala ( Pleurette platessa) 2159 (maksimaalne)

õistaimed ( Trifolium repens) 4076

Linnud (kanad) 5600-6100

Imetajad: rotid 2800

metssiga 37600

India elevant 376000.

Elu meie planeedil eksisteerib mitterakulises ja rakulises vormis.

Elusaine mitterakulist vormi esindavad viirused, millel puudub ärrituvus ja oma valkude süntees. Lihtsamad viirused koosnevad ainult valgukestast ja DNA (desoksüribonukleiinhappe) või RNA (ribonukleiinhappe) molekulist, mis moodustab viiruse tuuma. Mõnikord eraldatakse viirused spetsiaalsesse metsloomade kuningriiki - Vira. Nad saavad paljuneda ainult teatud elusrakkudes. Viirused on looduses kõikjal ja on kõigi elusolendite ohtlikud vaenlased. Elusorganismide rakkudesse asudes põhjustavad nad nende surma. Kirjeldatud on umbes 500 viirust, mis nakatavad soojaverelisi selgroogseid ja umbes 300 viirust, mis ründavad kõrgemaid taimi. Rohkem kui pooled inimeste haigustest võlgnevad oma arengu kõige väiksematele viirustele (need on 100 korda väiksemad kui bakterid). Piisab nimetada paar kohutavat viiruste põhjustatud haigust, et mõista nende väikseimate olendite ohtu. Need on poliomüeliit, rõuged, gripp, nakkuslik hepatiit, kollapalavik jne.

Rakulisi eluvorme esindavad prokarüootid (organismid, millel puudub membraaniga seotud tuum) ja eukarüootid (kelle rakud sisaldavad formaliseeritud tuumasid). Prokarüootide hulka kuuluvad mitmesugused bakterid. Eukarüootid on kõik kõrgemad loomad ja taimed, samuti ühe- ja mitmerakulised vetikad, seened ja algloomad.

Elusaine mängib meie planeedi arengus tohutut rolli. Sellele järeldusele jõudis vene teadlane V. I. Vernadski, kes oli uurinud maakoore koostist ja arengut. Ta tõestas, et saadud andmeid ei saa seletada ainult geoloogiliste põhjustega, arvestamata elusaine rolli aatomite geokeemilises migratsioonis.

Elu on algusest peale pidevas arengus ja muutub keerulisemaks, mõjutades keskkonda, muutes seda. Sellel viisil, biosfääri evolutsioon kulgeb paralleelselt orgaanilise elu ajaloolise arenguga.

Eluiga Maal mõõdetakse umbes 6-7 miljardit aastat. Võimalik, et primitiivsed eluvormid tekkisid veelgi varem. Kuid nad jätsid esimesed jäljed oma viibimisest 2,5–3 miljardit aastat tagasi. Sellest ajast peale on planeedi pinnal toimunud põhjapanevad muutused ning moodustunud kuni 5 miljonit looma-, taime- ja mikroorganismiliiki. Maal tekkis elusaine, mis erineb märgatavalt elutust ainest.

Elu areng on toonud kaasa biosfääri uue üldise planetaarse struktuurse kesta, geoloogiliste ja bioloogiliste kehade ning energia ja aine muundumisprotsesside tihedalt seotud ühtse süsteemi tekkimise.

Biosfäär pole mitte ainult elu leviku sfäär, vaid ka selle tegevuse tulemus.

Taimed hõivavad elusorganismide seas erilise koha, kuna neil on fotosünteesivõime. Nad toodavad peaaegu kogu planeedi orgaanilise aine (seal on peaaegu 300 tuhat taimeliiki).

Elusaine funktsioonid

V. I. Vernadsky andis aimu elusaine peamistest biogeokeemilistest funktsioonidest:

1. energiafunktsioon seotud energia salvestamisega fotosünteesi protsessis, selle ülekandmisega toiduahelate kaudu ja hajutamisega.

See funktsioon on üks olulisemaid. See põhineb fotosünteesi protsessil, mille tulemuseks on päikeseenergia kogunemine ja selle järgnev ümberjaotumine biosfääri komponentide vahel.

Biosfääri võib võrrelda tohutu masinaga, mille töö sõltub ühest otsustavast tegurist – energiast: ilma selleta jääks kõik kohe seisma.
Biosfääris mängib päikesekiirgus peamise energiaallika rolli.

Biosfäär kogub Kosmosest meie planeedile tulevat energiat.

Elusorganismid ei sõltu ainult Päikese kiirgusenergiast, nad toimivad selle energia hiiglasliku akumulaatorina (akumulaatorina) ja ainulaadse transformaatorina (muundurina).

See juhtub järgmisel viisil. Autotroofsed taimed (ja kemotroofsed mikroorganismid) loovad orgaanilist ainet. Kõik teised planeedi organismid on heterotroofid. Nad kasutavad loodud orgaanilist ainet toiduna, mis viib orgaaniliste ainete sünteesi ja lagunemise keerukateni. See on aluseks bioloogiline tsükkel keemilised elemendid biosfääris.

See on, elusorganismid on kõige olulisem biokeemiline jõud, mis muudab maakoore.

Keemiliste elementide ränne ja eraldamine maapinnal, pinnases, settekivimites, atmosfääris ja hüdrosfääris toimub elusaine otsesel osalusel. Seetõttu geoloogilises osas elusaine, atmosfäär, hüdrosfäär ja litosfäär- see on omavahel ühendatud osadühtne pidevalt arenev planetaarne kest – biosfäär.

2. Gaasifunktsioon - võime muuta ja säilitada keskkonna ja atmosfääri kui terviku teatud gaasi koostist.

Valdav gaaside mass planeedil on biogeenset päritolu.

Näide:

Atmosfääri hapnik koguneb fotosünteesi teel.

3. keskendumisfunktsioon- organismide võime koondada oma kehasse hajutatud keemilisi elemente, suurendades nende sisaldust võrreldes organisme ümbritseva keskkonnaga mitme suurusjärgu võrra.

Organismid koguvad oma kehasse palju keemilisi elemente.

Näide:

Nende hulgas on süsinik esikohal. Süsiniku sisaldus söes on kontsentratsiooni poolest tuhandeid kordi suurem kui maakoore keskmine. Õli on süsiniku ja vesiniku kontsentraator, kuna sellel on biogeenne päritolu. Kaltsium on kontsentratsiooni poolest metallide hulgas esikohal. Terved mäeahelikud koosnevad lubjarikka luustikuga loomade jäänustest. Räni kontsentraatorid on ränivetikad, radiolaariumid ja mõned käsnad, jood - pruunvetikas, raud ja mangaan - spetsiaalsed bakterid. Selgroogsed loomad koguvad fosforit, koondudes nende luudesse.

Kontsentreerimistegevuse tulemuseks on põlevate mineraalide, lubjakivi, maagimaardlate jms maardlad.

4. redoksfunktsioon seostatakse elusaine mõjul nii oksüdatsiooniprotsesside intensiivistumisega, mis on tingitud keskkonna hapnikuga rikastamisest, kui ka redutseerumisest, eelkõige juhtudel, kui orgaaniline aine laguneb hapnikuvaeguse korral.

Näide:

Taastumisprotsessidega kaasneb tavaliselt vesiniksulfiidi ja metaani moodustumine ja akumuleerumine. Eelkõige muudab see praktiliselt elutuks soode sügavad kihid, aga ka olulised põhjalähedased veekihid (näiteks Mustas meres).

Maa-alused põlevad gaasid on taimse päritoluga orgaaniliste ainete lagunemissaadused, mis on mattunud varem settekihtidesse.