Що таке жива речовина в біології визначення. Вид, його критерії та екологічна характеристика

Жива речовина - живі організми, що населяють нашу планету.

Маса живої речовини становить лише 0,01% маси всієї біосфери. Проте, жива речовинабіосфери – це найголовніший її компонент.

Найбільша концентрація життя у біосфері спостерігається на межі дотику земних оболонок: атмосфери та літосфери (поверхня суші), атмосфери та гідросфери (поверхня океану), і особливо на межах трьох оболонок - атмосфери, гідросфери та літосфери (прибережні зони). Ці місця найбільшої концентрації життя В.І. Вернадський назвав "плівками життя". Вгору та вниз від цих поверхонь концентрація живої матерії зменшується.

До основних унікальних особливостей живої речовини можна віднести:

1. Здатність швидко займати (освоювати) весь вільний простір.Ця властивість пов'язана як з інтенсивним розмноженням, так і зі здатністю організмів інтенсивно збільшувати поверхню свого тіла або утворених ними угруповань.

2. Рух не тільки пасивний, а й активний,тобто не тільки під дією сили тяжіння, гравітаційних силі т.п., але й проти течії води, сили тяжіння, руху повітряних потоківі т.п.

3. Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті(Включення в кругообіг речовин). Завдяки саморегуляції живі організми здатні підтримувати постійний хімічний складта умови внутрішнього середовища, незважаючи на значні зміниумов зовнішнього середовища. Після смерті ця здатність втрачається, а органічні залишки дуже швидко руйнуються. Утворені органічні та неорганічні речовинивключаються в кругообіги.

4. Висока пристосувальна здатність (адаптація)до різним умовамі у зв'язку з цим освоєння не тільки всіх середовищ життя (водного, наземно-повітряного, ґрунтового, організмового), а й вкрай важких за фізико-хімічними параметрами умов (мікроорганізми зустрічаються в термальних джерелахз температурою до 140 о С, у водах атомних реакторів, у безкисневому середовищі).

5. Феноменально висока швидкість перебігу реакцій.Вона на кілька порядків значніша, ніж у неживій речовині.

6. Висока швидкість поновлення живої речовини.Тільки невелика частина живої речовини (частки відсотка) законсервована у вигляді органічних залишків, решта постійно включається в процеси круговороту.

Усі перелічені властивості живої речовини зумовлюються концентрацією у ньому великих запасів енергії.

Виділяють такі основні геохімічні функції живої речовини:

1. Енергетична (біохімічна)- зв'язування та запасання сонячної енергіїв органічній речовині та подальше розсіювання енергії при споживанні та мінералізації органічної речовини. Ця функція пов'язана із харчуванням, диханням, розмноженням та іншими процесами життєдіяльності організмів.

2. Газова- здатність живих організмів змінювати та підтримувати певний газовий складдовкілля та атмосфери в цілому. З газовою функцієюпов'язують два переломні періоди (точки) у розвитку біосфери. Перша з них відноситься до часу, коли вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 1% від сучасного рівня. Це зумовило появу перших аеробних організмів (здатних жити лише у середовищі, що містить кисень). Другий переломний періодпов'язують з часом, коли концентрація кисню досягла приблизно 10% від сучасної. Це створило умови для синтезу озону та утворення озонового шару у верхніх шарах атмосфери, що зумовило можливість освоєння організмом суші.

3. Концентраційна- «захоплення» з довкілля живими організмами та накопичення в них атомів біогенних хімічних елементів. Концентраційна здатність живої речовини підвищує вміст атомів хімічних елементів в організмах порівняно з довкіллямна кілька порядків. Результат концентраційної діяльності живої речовини – утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ тощо.

4. Окисно-відновлювальна - окислення та відновлення різних речовинза участю живих організмів. Під впливом живих організмів відбувається інтенсивна міграція атомів елементів з змінною валентністю(Fe, Mn, S, P, N та ін.), створюються їх нові сполуки, відбувається відкладення сульфідів та мінеральної сірки, утворення сірководню

5. Деструктивна- руйнування організмами та продуктами їх життєдіяльності як залишків органічної речовини, так і закісних речовин. Найбільш істотну рольу цьому відношенні виконують редуценти (деструктори) – сапрофітні гриби та бактерії.

6. Транспортна- перенесення речовини та енергії в результаті активної формирухи організмів.

7. Середоутворююча- Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Результатом середотворчої функції є і вся біосфера, і ґрунт як одне із середовищ існування, і більш локальні структури.

8. Розсіювальна- функція, протилежна концентраційній - розсіювання речовин у навколишньому середовищі. Наприклад, розсіювання речовини виділення організмами екскрементів, зміні покривів тощо.

9. Інформаційна- Нагромадження живими організмами певної інформації, закріплення їх у спадкових структурах і передача наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів.

10. Біогеохімічна діяльність людини- перетворення та переміщення речовин біосфери в результаті людської діяльностідля господарських та побутових потреб людини. Наприклад, використання концентраторів вуглецю – нафти, вугілля, газу.

Таким чином, біосфера є складною динамічну систему, що здійснює уловлювання, накопичення та перенесення енергії шляхом обміну речовин між живою речовиною та навколишнім середовищем.

Однією з центральних ланок концепції біосфери є вчення про живу речовину. Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В. І. Вернадський підійшов до питання генези (походження, виникнення) хімічних елементів у земній корі, а після цього і до необхідності пояснити стійкість сполук, з яких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він дійшов висновку, що “ніде немає органічні сполуки, незалежні від живої речовини. Пізніше він формулює поняття “живої речовини”: “Жива речовина біосфери є сукупність її живих організмів… Я називатиму сукупність організмів, зведених до їхньої ваги, хімічного складу та енергії, живою речовиною”. Головне призначення живої речовини та її невід'ємний атрибут – накопичення вільної енергіїу біосфері. Звичайна геохімічна енергія живої речовини виробляється насамперед шляхом розмноження.

Наукові ідеї В. І. Вернадського про живу речовину, про космічність життя, про біосферу і перехід її в нову якість - ноосферу своїм корінням сягають в 19-початок 20 ст., Коли філософи і дослідники природи зробили перші спроби осмислити роль і завдання людини в спільній еволюції Землі. Саме їхніми зусиллями людина розпочала свій поступ до вершин природної еволюції живого, поступово займаючи екологічну нішу, відведену їй природою.

У 30-ті роки В. І. Вернадський із загальної маси живої речовини виділяє людство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живого стало можливим із трьох причин. По-перше, людство не виробником, а споживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічних функцій живої речовини у біосфері. По-друге, маса людства, виходячи з даних демографії, не є постійною кількістю живої речовини. І, по-третє, його геохімічні функції характеризуються не масою, а виробничою діяльністю. Характер засвоєння людством біогеохімічної енергії визначаються розумом людини. З одного боку, людина – це кульмінація несвідомої еволюції, “продукт” спонтанної діяльності природи, з другого – основоположник нового, розумно спрямованого етапу самої еволюції.

Які ж характерні особливостіпритаманні живій речовині?Насамперед це величезна вільна енергія. У процесі еволюції видів біогенна міграція атомів, тобто енергія живої речовини біосфери, збільшилася у багато разів і продовжує зростати, бо жива речовина переробляє енергію сонячних випромінювань, атомну енергіюрадіоактивного розпаду та космічну енергію розсіяних елементів, що надходять з нашої Галактики. Живій речовині властива також висока швидкість протікання хімічних реакцій у порівнянні з неживою речовиною, де схожі процеси йдуть у тисячі і мільйони разів повільніше. Наприклад, деякі гусениці на добу можуть переробити їжі в 200 разів більше, ніж важать самі, а одна синиця за день з'їдає стільки гусениць, скільки важить сама

Для живої речовини характерно те, що складові його хімічні сполуки, найголовнішими з яких є білки, є стійкими тільки в живих організмах. Після завершення процесу життєдіяльності вихідні живі органічні речовини розкладаються до складових хімічних частин. Жива речовина існує на планеті у формі безперервного чергування поколінь, завдяки чому генетично, що знову утворилося, пов'язане з живою речовиною минулих епох. Це головна структурна одиниця біосфери, що визначає всі інші процеси земної кори. Для живої речовини характерною є наявність еволюційного процесу. Генетична інформація будь-якого організму зашифрована у кожній його клітині. В. І. Вернадський класифікував живу речовину на одноріднеі неоднорідне.Перше в його уявленні – це родова, видова речовина тощо, а друга представлена закономірними сумішами живих речовин. Це ліс, болото, степ, тобто біоценоз. Характеризувати живу речовину вчений пропонував на основі таких кількісних показників, як хімічний склад, середня вага організмів та середня швидкість заселення ними поверхні земної кулі.

В. І. Вернадський наводить середні цифри швидкості «передачі життя біосфері». Час захоплення даним видом усієї поверхні нашої планети у різних організмів може бути виражений наступними цифрами (добу):

Бактерія холери 1,25

Інфузорія 10,6 (максимум)

Діатомові 16,8 (максимум)

Зелений 166-183 (середнє)

планктон

Комахи 366

Риби 2159 (максимум)

Квіткові рослини 4076

Птахи (кури) 5600-6100

Ссавці:

дика свиня 37600

слон індійський 376000

Життя на нашій планеті існує в неклітинній та клітинній формах.

Неклітинна форма жива речовина представлена вірусами, які позбавлені дратівливості та власного синтезу білка. Найпростіші віруси складаються лише з білкової оболонки та молекули ДНК або РНК, що становить серцевину вірусу. Іноді віруси виділяють на особливе царство живої природи – Vira. Вони можуть розмножуватися лише всередині певних живих клітин. Віруси поширені в природі і є загрозою для всього живого. Поселяючись у клітинах живих організмів, вони викликають їхню смерть. Описано близько 500 вірусів, що вражають теплокровних хребетних, та близько 300 вірусів, що знищують вищі рослини. Більше половини хвороб людини зобов'язані своїм розвитком найдрібнішим вірусам (вони у 100 разів менше за бактерії). Це поліомієліт, віспа, грип, інфекційний гепатит, жовта лихоманка та ін.

Клітинні форми життя представлені прокаріотами та еукаріотами. До прокаріотів належать різні бактерії. Еукаріоти – це всі вищі тварини та рослини, а також одноклітинні та багатоклітинні водорості, гриби та найпростіші.

Головна ідея В.І. Вернадського у тому, що найвища фаза розвитку матерії Землі - життя - визначає і підпорядковує собі інші планетарні процеси. Із цього приводу він писав, що можна без перебільшення стверджувати, що хімічний станзовнішньої кори нашої планети, біосфери, повністю перебуває під впливом життя і визначається живими організмами.

Якщо рівномірно розподілити всі живі організми лежить на поверхні Землі, всі вони утворюють плівку товщиною 5 мм. Незважаючи на це, роль живої речовини в історії Землі не менша за роль геологічних процесів. Вся маса живої речовини, яка була на Землі, наприклад, протягом 1 млрд. років, вже перевищує масу земної кори.

Кількісною характеристикою живої речовини є сумарна кількість біомаси. В.І. Вернадський, провівши аналізи і розрахунки, дійшов висновку, кількість біомаси становить від 1000 до 10 ТОВ трлн т. Виявилося також, що Землі становить трохи менше 0,0001 % поверхні Сонця, але зелена площа її трансформаційного апарату, тобто. поверхня листя дерев, стебел трав та зелених водоростей, дає числа зовсім іншого порядку - у різні періоди року вона коливається від 0,86 до 4,20% поверхні Сонця, чим і пояснюється більша сумарна енергія біосфери. У Останніми рокамианалогічні підрахунки із застосуванням новітньої апаратури провів красноярський біофізик І. Гительзон і підтвердив порядок цифр, більш як півстоліття тому визначений В.І. Вернадським.

Значне місце у роботах В.І. Вернадського за біосферою відведено зеленій живій речовині рослин, оскільки тільки вона автотрофна і здатна акумулювати променисту енергіюСонця утворюючи з її допомогою первинні органічні сполуки.

Значна частина енергії живої речовини йде на утворення в біосфері нових вадозних (невідомих поза нею) мінералів, а частина захоронюється у вигляді органічної речовини, утворюючи, зрештою, поклади бурого та кам'яного вугілля, горючих сланців, нафти та газу. «Ми маємо тут справу, – писав В.І. Вернадський - з новим процесом, з повільним проникненням всередину планети променистої енергії Сонця, що досягла поверхні Землі. Цим шляхом жива речовина змінює біосферу та земну кору. Воно безперервно залишає в ній частину хімічних елементів, що пройшли через нього, створюючи величезні товщі невідомих, крім нього, вадозних мінералів або пронизуючи найтоншої пилу своїх залишків косну матерію біосфери».

На думку вченого, земна кора є переважно залишками колишніх біосфер. Навіть гранітно-гнейсовий її шар утворився внаслідок метаморфізму та переплавлення порід, що виникли колись під впливом живої речовини. Тільки базальти та інші основні магматичні породивін вважав глибинними і за своїм генезисом не пов'язаними з біосферою.

У вченні про біосферу поняття «жива речовина» є основним. Живі організми перетворюють космічну променисту енергію на земну, хімічну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Своїм диханням, харчуванням, метаболізмом, смертю і розкладанням, що триває сотні мільйонів років, безперервною зміною поколінь вони породжують величезний планетарний процес, що існує тільки в біосфері, - міграцію хімічних елементів.

Жива речовина, згідно з теорією В. І. Вернадського, - біогеохімічний фактор планетарного масштабу, під впливом якого перетворюється як навколишня абіотичне середовище, і самі живі організми. У всьому просторі біосфери відбувається породжене життям безперервне переміщення молекул. Життя вирішальним чиномвпливає на розподіл, міграцію та розсіювання хімічних елементів, визначаючи долю азоту, калію, кальцію, кисню, магнію, стронцію, вуглецю, фосфору, сірки та інших елементів.

Епохи розвитку життя: протерозою, палеозою, мезозою, кайнозою відбивають як форми життя Землі, а й її геологічну літопис, її планетарну долю. біосфера вернадський біогенний живий

Вчення про біосферу органічна речовина поряд з енергією радіоактивного розпадусприймається як носій вільної енергії. Життя ж розглядається не як механічна сума індивідуумів чи видів, бо як насправді - єдиний процес, що охоплює всю речовину верхнього шару планети.

Жива речовина змінювалося протягом усіх геологічних епох та періодів. Отже, як зазначав В.І. Вернадський, сучасна жива речовина генетично пов'язана з живою речовиною всіх минулих геологічних епох. У той же час у рамках значних геологічних відрізків часу кількість живої речовини не схильна до помітних змін. Ця закономірність була сформульована вченим як константну кількість живої речовини біосфери (для цього геологічного періоду).

Жива речовина виконує в біосфері такі біогеохімічні функції: газову - поглинає та виділяє гази; окислювально-відновну - окислює, наприклад, вуглеводи до Вуглекислий газта відновлює його до вуглеводів; концентраційну - організми-концентратори накопичують у своїх тілах та скелетах азот, фосфор, кремній, кальцій, магній. Внаслідок виконання цих функцій жива речовина біосфери з мінеральної основи створює природні водиі ґрунти, воно створило в минулому і підтримує у стані рівноваги атмосферу.

За участю живої речовини йде процес вивітрювання, та гірські породивключаються до геохімічних процесів.

Газова та окислювально-відновна функції живої речовини тісно пов'язані з процесами фотосинтезу та дихання. В результаті біосинтезу органічних речовин автотрофними організмами було вилучено з давньої атмосфери велика кількістьВуглекислий газ. У міру збільшення біомаси зелених рослин змінився газовий склад атмосфери - зменшився вміст вуглекислого газу і збільшилася концентрація кисню. Весь кисень атмосфери утворений внаслідок процесів життєдіяльності автотрофних організмів. Жива речовина якісно змінила газовий склад атмосфери - геологічної оболонки Землі. У свою чергу, кисень використовується організмами для процесу дихання, у результаті в атмосферу знову надходить вуглекислий газ.

Таким чином, живі організми створили у минулому та підтримують мільйони років атмосферу нашої планети. Збільшення концентрації кисню в атмосфері планети вплинуло на швидкість та інтенсивність окисно-відновних реакцій у літосфері.

Багато мікроорганізмів безпосередньо беруть участь в окисленні заліза, що призводить до утворення осадових. залізняку, або відновлення сульфатів з утворенням біогенних родовищ сірки. Незважаючи на те, що до складу живих організмів входять ті ж хімічні елементи, сполуки яких утворюють атмосферу, гідросферу та літосферу, організми повністю не повторюють хімічний склад середовища.

Жива речовина, активно виконуючи концентраційну функцію, вибирає із довкілля ті хімічні елементи й у такій кількості, яку йому необхідно. Завдяки здійсненню концентраційної функції живі організми створили багато осадові породи, наприклад, поклади крейди та вапняку.

Жива речовина - живі організми, що населяють нашу планету.

Маса живої речовини становить лише 0,01% маси всієї біосфери. Тим не менш, жива речовина біосфери – це найголовніший її компонент.

Ознаки (властивості) живої матерії, що відрізняють її від неживої:

Певний хімічний склад. Живі організми складаються з тих самих хімічних елементів, як і об'єкти неживої природи, проте співвідношення цих елементів по-різному. Основними елементами живих істот є, О, N і Н.

Клітинна будова.Усі живі організми, окрім вірусів, мають клітинну будову.

Обмін речовин та енергозалежність.Живі організми є відкритими системами, вони залежать від надходження до них із зовнішнього середовища речовин та енергії.

Саморегуляція (гомеостаз).Живі організми мають здатність підтримувати гомеостаз - сталість свого хімічного складу та інтенсивність обмінних процесів.

Подразливість.Живі організми виявляють дратівливість, тобто здатність відповідати певні зовнішні впливи специфічними реакціями.

Спадковість.Живі організми здатні передавати ознаки та властивості з покоління в покоління за допомогою носіїв інформації – молекул ДНК та РНК.

7. Мінливість.Живі організми здатні набувати нові ознаки та властивості.
8. Самовідтворення (розмноження).Живі організми здатні розмножуватися – відтворювати собі подібних.
9. Індивідуальний розвиток (онтогенез).Кожній особини властивий онтогенез – індивідуальний розвиток організму від зародження до кінця життя (смерті чи нового поділу). Розвиток супроводжується зростанням.
10. Еволюційний розвиток(філогенез).Живий матерії загалом властивий філогенез - історичний розвиток життя Землі з її появи до нашого часу.

Адаптація.Живі організми здатні адаптуватися, тобто пристосовуватись до умов навколишнього середовища.

Ритмічність.Живі організми виявляють ритмічність життєдіяльності (добову, сезонну та ін.).

Цілісність та дискретність. З одного боку, вся жива матеріяцілісна, певним чином організована, підпорядковується загальним законам; з іншого боку, будь-яка біологічна система складається з відокремлених, хоч і взаємопов'язаних елементів.

Ієрархічність.Починаючи від біополімерів (білків та нуклеїнових кислот) і закінчуючи біосферою в цілому, все живе знаходиться у певній супідрядності. Функціонування біологічних систем на менш складному рівні уможливлює існування більш складного рівня.

Навколишній світ живих організмів біосфери є поєднанням різних біологічних систем різної структурної впорядкованості і різного організаційного становища.

Ієрархічність організації живої матерії дозволяє умовно поділити її на ряд рівнів.

Рівень організації живої матеріїце функціональне місце біологічної структури певної міри складності у загальній ієрар-хії живого.

В даний час виділяють 9 рівнів організації живої матерії:

Молекулярний(на цьому рівні відбувається функціонування біологічно активних великих молекул, таких як білки, нуклеїнові кислотита ін.);

Субклітинний(Надмолекулярний). На цьому рівні жива матерія організується в органоїди: хромосоми, клітинну мембранута ін. субклітинні структури.

Клітинний. На цьому рівні жива матерія представлена клітинами. Клітина є елементарною структурною та функціональною одиницеюживого.

Органно-тканинний. На цьому рівні жива матерія організується в тканини та органи. Тканина - сукупність клітин, подібних за будовою та функцій, а також пов'язаних з ними міжклітинних речовин. Орган - частина багатоклітинного організму, що виконує певну функцію або функції.

Організмовий (онтогенетичний).На цьому рівні характеризується усіма її ознаками.

Популяційно-видовий.На цьому рівні жива матеріяж виду. Вид - сукупність особин (популяцій особин), здатних до схрещування з утворенням плідного потомства і які займають у природі певну область (ареал).

Біоценотичний.На цьому рівні жива матерія утворює біоценози. Біоценоз – сукупність популяції різних видів, які мешкають на певній території.

Біогеоценотичний. На цьому рівні жива матерія формує
біогеоценози. Біогеоценоз - сукупність біоценозу та абіотичних факторівдовкілля (клімат, грунт).

Біосферний.На цьому рівні жива матерія формує біосферу. Біосфера – оболонка Землі, перетворена діяльністю живих організмів.

Хімічний склад живих організмів можна виразити у двох видах: атомний та молекулярний. Атомний (елементний) складхарактеризує співвідношення атомів елементів, що входять до живих організмів. Молекулярний (речовий) складвідбиває співвідношення молекул речовин.

За відносним змістом елементи, що входять до складу живих організмів, прийнято поділяти на три групи:

Макроелементи- О, С, Н, N (у сумі близько 98-99%, їх
ще називають основні),Са, До, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (у сумі близько 1-2%). Макроелементи складають основну масу процентного складуживих організмів.

Мікроелементи -Мn, З, Zn, Cu, В, I, F та ін. Їх сумарний вміст у живій речовині становить близько 0,1%

Ультрамікроелементи- Se, U, Hg, Rа, Au, Ag та ін. Їх вміст у живій речовині дуже незначний (менше 0,01%), а фізіологічна роль для більшості з них не розкрита.

Хімічні елементи, які склад живих організмів і при цьому виконують біологічні функції, називаються біогенними.Навіть ті з них, які містяться в клітинах у мізерно малих кількостях, нічим не можуть бути замінені та абсолютно необхідні для життя.

Хімічні елементи входять до складу клітин у вигляді іонів та молекул неорганічних та органічних речовин. Найважливіші неорганічні речовини в клітині - вода та мінеральні солі, найважливіші органічні речовини - вуглеводи, ліпіди, білки та нуклеїнові кислоти

Вуглеводи- органічні сполуки, що містять у своєму складі вуглець, водень та кисень. Вони поділяються на прості (моносахариди) та складні (полісахариди). Вуглеводи є основним джерелом енергії всіх форм клітинної діяльності. Вони беруть участь у побудові міцних тканин рослин (зокрема целюлози) і відіграють роль запасних поживних речовин в організмах. Вуглеводи є первинним продуктом фотосинтезу зелених рослин.

Ліпіди- це жироподібні речовини, погано розчинні у воді (складаються з атомів вуглецю та водню). Ліпіди беруть участь у побудові клітинних перегородок (мембран), погано проводять тепло, виконуючи цим захисну функцію. Крім того, ліпіди є запасними поживними речовинами.

Білкиє поєднанням протеїногенних амінокислот (20 штук) і на 30-50% складаються з АК. Білки мають великі розміри, будучи своєю суттю макромолекулами. Білки виконують роль природних каталізаторів протікання хімічних процесів. До складу білків також входять метали, такі як залізо, магній, марганець.

Нуклеїнові кислоти(НК) утворюють ядро клітини. Розрізняють 2 основні види НК: ДНК – дезокси рибонуклеїнова кислотата РНК - рибонуклеїнова кислота. ПК регулюють процес синтезу, здійснюють передачу спадкової інформації з покоління до покоління.

Всі живі організми, що мешкають на Землі, є відкриті системи, що залежать від надходження речовини та енергії ззовні. Процес споживання речовини та енергії називається харчуванням.Усі живі організми за способом харчування поділяються на автотрофні та гетеротрофні.

Автотрофи(Автотрофні організми) - організми, що використовують як джерело вуглецю вуглекислий газ (рослини і деякі бактерії). Інакше висловлюючись, це організми, здатні створювати органічні сполуки з неорганічних - вуглекислого газу, води, мінеральних солей (до них належать передусім рослини, здійснюють фотосинтез).

Гетеротрофи(гетеротрофні організми) - організми, які використовують як джерело вуглецю органічні сполуки (тварини, гриби та більшість бактерій). Інакше кажучи, це організми, не здатні створювати органічні речовини з неорганічних, а які потребують готових органічних речовин (мікроорганізми та тварини).

Чіткого кордону між авто- та гетеротрофами не існує. Наприклад, евгленові організми (джгутикові) поєднують автотрофний та гетеротрофний способи харчування.

По відношенню до вільного кисню організми поділяються на три групи: аероби, анаероби та факультативні форми.

Аероби- організми, здатні жити тільки в кисневому середовищі (тварини, рослини, деякі бактерії та гриби).

Анаероби- організми, нездатні жити у кисневому середовищі (деякі бактерії).

Факультативні форми- організми, здатні жити як у присутності кисню, так і без нього (деякі бактерії та гриби).

В даний час весь світ живих істот поділяється на 3 великі систематичні групи:

Найбільша концентрація життя в біосфері спостерігається на межах зіткнення земних оболонок: атмосфери та літосфери (поверхня суші), атмосфери та гідросфери (поверхня океану), і особливо на межах трьох оболонок – атмосфери, гідросфери та літосфери (прибережні зони). Ці місця найбільшої концентрації життя В.І. Вернадський назвав "плівками життя". Вгору та вниз від цих поверхонь концентрація живої матерії зменшується.

До основних унікальних особливостей живої речовини, що зумовлюють її вкрай високу перетворювальну діяльність, можна віднести:

Здатність швидко займати (освоювати) весь вільний простір.Ця властивість пов'язана як з інтенсивним розмноженням, так і зі здатністю організмів інтенсивно збільшувати поверхню свого тіла або утворених ними угруповань.

Рух не тільки пасивний, а й активний,тобто не тільки під дією сили тяжіння, гравітаційних сил тощо, а й проти течії води, сили тяжіння, руху повітряних потоків тощо.

Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті(Включення в кругообіг речовин). Завдяки саморегуляції живі організми здатні підтримувати постійний хімічний склад та умови внутрішнього середовища, незважаючи на значні зміни умов довкілля. Після смерті ця здатність втрачається, а органічні залишки дуже швидко руйнуються. Органічні і неорганічні речовини, що утворилися, включаються в круговороти.

Висока пристосувальна здатність (адаптація)до різних умов і у зв'язку з цим освоєння не тільки всіх середовищ життя (водного, наземно-повітряного, ґрунтового, організмового), а й вкрай важких за фізико-хімічними параметрами умов (мікроорганізми зустрічаються в термальних джерелах з температурою до 140 о С, водах атомних реакторів, у безкисневому середовищі).

Феноменально висока швидкість перебігу реакцій.Вона на кілька порядків значніша, ніж у неживій речовині.

Висока швидкість поновлення живої речовини.Тільки невелика частина живої речовини (частки відсотка) законсервована у вигляді органічних залишків, решта постійно включається в процеси круговороту.

Усі перелічені властивості живої речовини зумовлюються концентрацією у ньому великих запасів енергії.

Виділяють такі основні геохімічні функції живої речовини:

Енергетична (біохімічна)- зв'язування та запасання сонячної енергії в органічній речовині та подальше розсіювання енергії при споживанні та мінералізації органічної речовини. Ця функція пов'язана із харчуванням, диханням, розмноженням та іншими процесами життєдіяльності організмів.

Газова- здатність живих організмів змінювати та підтримувати певний газовий склад довкілля та атмосфери в цілому. З газовою функцією пов'язують два переломні періоди (точки) у розвитку біосфери. Перша з них відноситься до часу, коли вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 1% від сучасного рівня. Це зумовило появу перших аеробних організмів (здатних жити лише у середовищі, що містить кисень). Другий переломний період пов'язують з часом, коли концентрація кисню досягла приблизно 10% сучасної. Це створило умови для синтезу озону та утворення озонового шару у верхніх шарах атмосфери, що зумовило можливість освоєння організмом суші.

Концентраційна- «захоплення» з довкілля живими організмами та накопичення в них атомів біогенних хімічних елементів. Концентраційна здатність живої речовини підвищує вміст атомів хімічних елементів в організмах порівняно з довкіллям на кілька порядків. Результат концентраційної діяльності живої речовини – утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ тощо.

Окисно-відновна - окислення та відновлення різних речовин за участю живих організмів. Під впливом живих організмів відбувається інтенсивна міграція атомів елементів із змінною валентністю (Fe, Mn, S, P, N та ін.), створюються їх нові сполуки, відбувається відкладення сульфідів та мінеральної сірки, утворення сірководню

Деструктивна- руйнування організмами та продуктами їхньої життєдіяльності як залишків органічної речовини, так і відсталих речовин. Найбільш істотну роль цьому відношенні виконують редуценти (деструктори) - сапрофітні гриби та бактерії.

Транспортна- перенесення речовини та енергії внаслідок активної форми руху організмів.

Середоутворююча- Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Результатом середотворчої функції є і вся біосфера, і ґрунт як одне із середовищ існування, і більш локальні структури.

Розсіювальна- функція, протилежна концентраційній - розсіювання речовин у навколишньому середовищі. Наприклад, розсіювання речовини виділення організмами екскрементів, зміні покривів тощо.

Інформаційна- Нагромадження живими організмами певної інформації, закріплення їх у спадкових структурах і передача наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів.

Біогеохімічна діяльність людини- перетворення та переміщення речовин біосфери внаслідок людської діяльності для господарських та побутових потреб людини. Наприклад, використання концентраторів вуглецю – нафти, вугілля, газу.

Таким чином, біосфера являє собою складну динамічну систему, що здійснює уловлювання, накопичення та перенесення енергії шляхом обміну речовин між живою речовиною та навколишнім середовищем.

Маса живої речовини становить лише 0,01% маси всієї біосфери. Тим не менш, жива речовина біосфери – це її головний компонент.

Найбільша концентрація життя у біосфері спостерігається на межах зіткнення земних оболонок: атмосфери та літосфери (поверхня суші), атмосфери та гідросфери (поверхня океану), і особливо на межах трьох оболонок – атмосфери, гідросфери та літосфери (прибережні зони). Ці місця найбільшої концентрації життя В.І. Вернадський назвав "плівками життя". Вгору та вниз від цих поверхонь концентрація живої матерії зменшується.

Всі системи, що вивчаються екологією, включають біотичні компоненти, що у сумі утворюють живу речовину.

Термін "жива речовина" введений у літературу В. І. Вернадським, під яким він розумів сукупність всіх живих організмів, виражену через масу, енергію та хімічний склад. Життя Землі – найвидатніший процес її поверхні, одержує цілющу енергію Сонця і вводить у рух майже всі хімічні елементи таблиці Менделєєва.

За сучасними оцінками, загальна маса живої речовини у біосфері становить близько 2400 млрд. Тонн (табл.).

Таблиця Загальна масаживої речовини у біосфері

Маса живої речовини поверхні континентів у 800 разів перевищує біомасу Світового океану. На поверхні континентів рослини різко переважають за масою над тваринами. В океані ми спостерігаємо зворотне співвідношення: 93,7% біомаси моря припадає на тварин. Це пов'язано головним чином з тим, що в морське середовищеІснує найбільш сприятливі умови для харчування тварин. Найдрібніші рослинні організми, що становлять фітопланктон і мешкають у освітленій зоні морів і океанів, швидко поїдаються морськими тваринами і, таким чином, перехід органічних речовин з рослинної форми в тварину різко зрушує біомасу у бік переважання тварин.

Вся жива речовина за своєю масою займає мізерне місце в порівнянні з будь-якою з верхніх геосфер земної кулі. Наприклад, маса атмосфери більша у 2150, гідросфери – у 602000, а земної кори – у 1670000 разів.

Однак за своїм активним впливом на довкілля жива речовина займає особливе місце і якісно різко відрізняється від інших неорганічних природних утворень, що входять до складу біосфери. Насамперед, це пов'язано з тим, що живі організми завдяки біологічним каталізаторам (ферментам) роблять, за словами академіка Л.С. Берга, з фізико-хімічної точки зору, щось неймовірне. Наприклад, вони здатні фіксувати у своєму тілі молекулярний азот атмосфери при звичайних для природного середовища значеннях температури та тиску.

У промислових умовах зв'язування атмосферного азоту до аміаку (NH 3) вимагає температури близько 500 про З і тиску 300-500 атмосфер. У живих організмах кілька порядків збільшуються швидкості хімічних реакцій у процесі обміну речовин.

В.І. Вернадський у зв'язку з цим назвав живу речовину формою надзвичайно активованої матерії.

До основних властивостей живого можна віднести:

1. Єдністьх імічного складу.Живі істоти складаються з тих самих хімічних елементів, що й неживі, але в організмах є молекули речовин, характерні лише для живого (нуклеїнові кислоти, білки, ліпіди).

2. Дискретність та цілісність.Будь-яка біологічна система (клітина, організм, вид тощо.) складається з окремих частин, тобто. дискретна. Взаємодія цих елементів утворює цілісну систему(Наприклад, до складу організму входять окремі органи, пов'язані структурно і функціонально в єдине ціле).

3. Структурна організація.Живі системи здатні створювати порядок із хаотичного руху молекул, утворюючи певні структури Для живого характерна впорядкованість у просторі та часі. Це комплекс складних саморегулівних процесів обміну речовин, що протікають у строго визначеному порядку, спрямованому на підтримку сталості внутрішнього середовища – гомеостазу.

4. Обмін речовин та енергії.Живі організми - відкриті системи, які здійснюють постійний обмін речовиною та енергією з навколишнім середовищем. За зміни умов середовища відбувається саморегуляція життєвих процесівза принципом зворотнього зв'язку, спрямовану відновлення сталості внутрішнього середовища - гомеостазу. Наприклад, продукти життєдіяльності можуть надавати сильний і суворо специфічний вплив, що гальмує, на ті ферменти, які склали початкову ланку в довгій ланцюга реакцій.

5. Самовідтворення.Самовідновлення. Час існування будь-який біологічної системиобмежено. Для підтримки життя відбувається процес самовідтворення, пов'язаний з утворенням нових молекул та структур, що несуть генетичну інформацію, що знаходиться в молекулах ДНК.

6. Спадковість.Молекула ДНК здатна зберігати, передавати спадкову інформацію завдяки матричному принципу реплікації, забезпечуючи матеріальну наступність між поколіннями.

7. Мінливість.При передачі спадкової інформації іноді виникають різні відхилення, що призводять до зміни ознак і властивостей нащадків. Якщо ці зміни сприяють життю, вони можуть закріпитись відбором.

8. Зростання та розвиток.Організми успадковують певну генетичну інформацію про можливість розвитку тих чи інших ознак. Реалізація інформації відбувається під час індивідуального розвитку- онтогенезу. На певному етапі онтогенезу здійснюється зростання організму, пов'язане з репродукцією молекул, клітини інших біологічних структур. Зростання супроводжується розвитком.

9. Подразливість та рух.Усе живе вибірково реагує зовнішні впливу специфічними реакціями завдяки властивості дратівливості. Організми відповідають вплив рухом. Вияв форми руху залежить від структури організму.

До основних унікальних особливостей живої речовини, що зумовлює його високу перетворюючу діяльність, можна віднести:

1. Здатність швидко займати вільний простір що пов'язано як з інтенсивним розмноженням, так і зі здатністю організмів інтенсивно збільшувати поверхню свого тіла або утворених ними угруповань ( повсюдність життя ).

2. Рух не лише пасивний (під дією сили тяжіння) , але й активне. Наприклад, проти течії води, сили тяжіння, руху повітряних потоків.

3. Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті (включення у кругообіги), зберігаючи при цьому високу фізико-хімічну активність.

4. Висока пристосовність (адаптація) до різних умов і у зв'язку з цим освоєння не тільки всіх середовищ життя (водного, наземно-повітряного, ґрунтового), а й вкрай важких за фізико-хімічними параметрами.

5. Феноменально висока швидкість протікання хімічних реакцій . Вона на кілька порядків значніша, ніж у неживій природі. Про це можна судити за швидкістю переробки речовини організмами у процесі життєдіяльності. Наприклад, гусениці деяких комах переробляють за день кількість речовини, яка у 100 – 200 разів перевищує вагу їхнього тіла.

6. Висока швидкість оновлення живої речовини . Підраховано, що в середньому для біосфери вона становить близько 8 років (для суші 14 років, а для океану, де переважають організми з коротким періодом життя – 33 дні).

7. Різноманітність форм, розмірів та хімічних варіантів , що значно перевищує багато контрастів у неживій, закісній речовині.

8. Індивідуальність (у світі немає однакових видіві навіть особин).

Усі перелічені та інші властивості живої речовини обумовлюються концентрацією у ньому великих запасів енергії. В.І. Вернадський зазначав, що з енергетичної насиченості з живою речовиною може змагатися лише лава, що утворюється при виверженні вулканів

Функції живої речовини. Усю діяльність живої речовини в біосфері можна, з певною часткою умовності, звести до кількох основних функцій, які дозволяють значно доповнити уявлення про його перетворюючу біосферно-геологічну діяльність.

1. Енергетична . Ця одна з найважливіших функційпов'язана із запасанням енергії в процесі фотосинтезу, передачею її по ланцюгах живлення та розсіюванням в навколишньому просторі.

2. Газова – пов'язана зі здатністю змінювати та підтримувати певний газовий склад довкілля та атмосфери в цілому.

3. Окисно-відновна - пов'язана зі зростанням під впливом живої речовини інтенсивності процесів як окислення та відновлення.

4. Концентраційна – здатність організмів концентрувати у своєму тілі розсіяні хімічні елементи, підвищуючи їх вміст кілька порядків, проти навколишнім середовищем, а тілі окремих організмів – в мільйони раз. Результат концентраційної діяльності – поклади горючих копалин, вапняки, рудні родовища тощо.

5. Деструктивна – руйнування організмами та продуктами їхньої життєдіяльності, у тому числі і після їх смерті, як самих залишків органічної речовини, так і відсталих речовин. Основний механізм цієї функції пов'язаний з кругообігом речовин. Найбільш істотну роль у цьому відношенні виконують нижчі формижиття – гриби, бактерії (деструктори, редуценти).

6. Транспортна – перенесення речовини та енергії внаслідок активної форми руху організмів. Часто таке перенесення здійснюється на колосальні відстані, наприклад, при міграціях та кочівлях тварин.

7. Середоутворююча . Ця функція значною мірою є результатом спільної дії інших функцій. З нею, зрештою, пов'язане перетворення фізико-хімічних параметрів середовища. Цю функцію можна розглядати в широкому і вужчому планах. У широкому розумінні результатом цієї функції є вся природне середовище. Вона створена живими організмами, вони ж і підтримують у відносно стабільному стані її параметри практично у всіх геосферах. У вужчому плані середоутворююча функція живої речовини проявляється, наприклад, в освіті та збереження ґрунтів від руйнування (ерозії), в очищенні повітря та вод від забруднень, у посиленні живлення джерел ґрунтових вод тощо.

8. Розсіювальна функція, протилежна концентраційній. Вона проявляється через трофічну (поживну) та транспортну діяльність організмів. Наприклад, розсіювання речовини при виділенні організмами екскрементів, загибелі організмів при різноманітних переміщеннях у просторі, зміні покривів.

9. Інформаційна функція живої речовини виявляється у тому, що живі організми та його спільноти накопичують інформацію, закріплюють їх у спадкових структурах і передають наступним поколінням. Це один із проявів адаптаційних механізмів.

Незважаючи на величезну різноманітність форм, вся жива речовина фізико-хімічно єдина . І в цьому полягає один із основних законів всього органічного світу- Закон фізико-хімічної єдності живої речовини. З нього випливає, що немає такого фізичного або хімічного агента, який був би згубним для одних організмів і абсолютно нешкідливим для інших. Різниця лише кількісна – одні організми чутливіші, інші менш, одні пристосовуються швидше, інші повільніше. У цьому пристрій йде під час природного відбору, тобто. рахунок загибелі тих індивідів, які змогли адаптуватися до нових умов.