Функції живої речовини в біосфері

1. Енергетична - акумулювання енергії та її перерозподіл по харчових ланцюгах.

Життя виникає відповідно до принципу Ле Шательє-Брауна як відповідь на зростання ентропії, тобто на розсіювання енергії в навколишньому середовищі. Тому концентрація енергії - це найбільш природна функція життя. Наявність живої оболонки планети перешкоджає охолодженню її поверхні, акумулюючи в собі енергію, що випромінюється в космос. Правда зараз життя біосфери розвивається в основному в потоці сонячної енергії, акумулюючи її в собі і перешкоджаючи прямому відбиванню її в космос. Ця енергія передається по харчовому ланцюгу від однієї форми життя до іншої. У міру цього руху її ентропія значно зростає. В кінцевому підсумку вона переходить в теплову форму і випромінюється за межі планети. Тому ентропія випромінювання, відбитого з поверхні планети виявляється істотно більшою за ентропію випромінювання, що поглинається планетою. Саме за рахунок цієї різниці ентропій існує життя на планеті.

Таким чином основним механізмом накопичення енергії в біосфері є реакція фотосинтезу. Є також досить незначний відсоток хемосинтезуючих живих істот, чий життєвий цикл спирається на енергію хімічних сполук. Це різного роду бактерії (залізобактерії, сіркобактерії, азотобактерії та ін.). Виявлено цілі екосистеми, функціонування яких базується на активності хемосинтезуючих бактерій і не залежать від продуктів фотосинтезу. Це глибоководні системи, де в абсолютній темряві поблизу виходів гарячої води, багатої на мінеральні солі та сірку крім бактерій існують і унікальні багатоклітинні тварини, типу двостулкових молюсків довжиною близько 30 см і триметрові черв'яки, які отримують енергію від хемосинтезуючих бактерій. Можливо був час, коли такі форми життя були більш різноманітними і заповнювали всю поверхню Землі, до якої через інтенсивну вулканічну діяльність не могли пробитися сонячні промені.

2. Окислювально-відновна - окислення речовини в процесі життєдіяльності та відновлення в процесі розкладання за дефіциту кисню.

Поряд з фотосинтезом в зелених рослинах на Землі відбувається майже рівне йому за масштабом окислення органічних речовин в процесі дихання, бродіння, гниття з виділенням води, вуглекислого газу і теплоти, яка після цього випромінюється в космічний простір. Істотно менша частина енергії Сонця консервується в земній корі, або за словами В.І.Вернадського "йде в геологію", формуючи поклади кам'яного вугілля, нафти, торфу і т.п. Ці процеси пов'язані з протіканням реакцій відновлення, що протікають в безкисневому середовищі і супроводжуються утворенням і накопиченням сірководню та метану.

3. Газова - здатність змінювати і підтримувати певний газовий склад середовища проживання і атмосфери в цілому.

Фотосинтез привів до поступового зменшення в атмосфері вуглекислоти і до накопичення кисню й озону. При цьому в розвитку біосфери спостерігалося принаймні два переломних моменти: перша точка Пастера (1.2 млрд. років тому), коли кількість кисню досягла 1% від сучасного рівня і з'явилися перші аеробні організми (що живуть тільки в кисневої середовищі, на відміну від анаеробних організмів, здатних жити в середовищі без доступу кисню), друга точка Пастера, коли кількість кисню досягла 10% від сучасного рівня, створилися умови для синтезу озону і озонового шару, що захистило організми від ультрафіолетових променів. До цього цю функцію виконували густі водяні хмари.

4. Деструктивна - руйнування загиблої біоорганіки і косних речовин.

Це один з найважливіших елементів колообігу речовин у біосфері, що забезпечує безперервність життя шляхом перетворення складних органічних сполук в мінеральні речовини, необхідні для рослин, що стоять в перших ланках харчових ланцюгів. Практично всі живі організми біосфери за винятком рослин в тій чи іншій мірі є деструкторами (руйнівниками). Однак головна роль у цьому процесі належить грибам і бактеріям. Л.Пастер назвав бактерії "великими могильниками природи". Одночасно життя бере участь і в руйнуванні косних речовин (зокрема гірських порід), доводячи їх поступово до стану, після якого вони можуть бути залучені в колообіг життя (так подрібнені гірські породи є необхідним компонентом ґрунту).

5. Розсіююча - розсіювання живої речовини на великих просторах.

Наприклад, розсіяння гемоглобіну крові кровоссальними, чи розсіювання органіки екскрементів або трупів різного роду деструкторами.

6. Концентраційна - здатність організмів концентрувати у своєму тілі розсіяні елементи навколишнього середовища.

Будь-яка жива істота в процесі своєї життєдіяльності буквально по молекулам збирає з навколишнього середовища необхідні для неї речовини і консервує їх у своїй структурі. Тому наприклад концентрація марганцю в тілі деяких організмів перевищує його концентрацію в навколишньому середовищі в мільйони разів. В умовах антропогенного забруднення навколишнього середовища побічним наслідком цього може бути накопичення рослинами, які ми споживаємо в їжу, речовин, які є токсичними для нашого організму. Результатом концентраційної діяльності живих організмів є поклади руд, вапняків, горючих копалин і т.п.

7. Транспортна - перенесення і перерозподіл речовини і енергії.

Це є одним з механізмів розсіюючої функції живої речовини. Часто такий перенос здійснюється на величезні відстані, наприклад, при міграціях і кочівлях тварин. Це може також сприяти і концентрації елементів середовища, досить згадати пташині базари.

8. Середовищетвірна - перетворення фізико-хімічних параметрів навколишнього середовища.

У широкому сенсі результатом даної функції є все природне середовище. Воно створене живими організмами, вони ж і підтримують його в певному стабільному стані. Так склад атмосфери та гідросфери - це продукт життєдіяльності в біосфері. Живі організми створили особливий тип біокосних речовини - ґрунти. Коралові заросли створюють в океанах цілі острови. Прикладом можуть також слугувати ліси, в яких мікроклімат істотно відрізняється від мікроклімату поля. Аналіз показує, що за відсутності життя на Землі, умови на ній були б такими, що за нашими поняттями життя на ній була б просто неможливим. Її атмосфера на 98% складалася б з вуглекислого газу (зараз близько 0.03%), на 1,9% - з азоту (зараз на Землі 79% азоту всупереч своїй назві (азот - не підтримує життя) основним елементом при побудові амінокислот), кисню практично не було б (зараз 21%), середня температура поверхні 290±50^оС, не залишає жодних шансів на наявність води в рідкому стані. Словом, умови, дуже схожі до умов Венери.

9. Інформаційна - накопичення інформації та закріплення її в спадкових структурах.

Ця функція поки що мало вивчена. Але скоріше за все її важливість може виявитися на порядки вищою за всі інші функції живої речовини.

Колообіг речовини

Речовина, необхідна для життя може використовуватися багато разів. Ці процеси називаються колообігами речовин або біогеохімічними циклами. Енергія практично для будь-якого колообігу поставляється від Сонця. Механізми, що забезпечують повернення речовин в колообіг, засновані головним чином на біологічних процесах.

У кожному колообізі зручно розрізняти два фонди: резервний фонд - велика маса речовин, які повільно рухаються, в основному в небіологічної сфері; обмінний фонд - менший, але більш активний, для якого характерний швидкий обмін між організмами і оточенням.

Резервний фонд зберігається зазвичай у відносно розсіяному та рухомого вигляді, доступному більшості живих організмів, де б вони не знаходились. Найкращим чином для цих цілей підходить атмосфера и гідросфера, що виконують роль своєрідних буферних зон, які з'єднують між собою різні форми життя. Менш рухомою буферної зоною є ґрунт. Саме з буферних зон отримують багато організмів поживні речовини, ретельно відбираючи їх з усього розмаїття речовин, присутніх в резервному фонді. Продукти життєдіяльності організмів також скидаються в буферні зони, де вони потім більш-менш ретельно перемішуються: ті, що є «відходами» для однієї форми життя, можуть слугувати їжею для іншої форми життя. У першу черга це стосується рослин, які не тільки отримують все, що їм потрібно з атмосфери, ґрунту та води (у випадку водних рослин), але й скидають туди ж тепло, вологу, продукти дихання, відмерлі листя и гілля тощо. У меншій мірі з резервним фондом пов'язані тварини, які в основній своїй масі не здатні синтезувати біоорганіку з розсіяних компонентів резервного фонду й існують за рахунок обмінного фонду, зосередженого головним чином в живій речовині.

Внаслідок сказаного все біогеохімічні цикли прийнято ділити на два основних типи: колообіг газоподібних речовин із резервним фондом в атмосфері або гідросфері (океані) і осадовий цикл із резервним фондом у земній корі.

Частина речовини йде з кругообігу в захоронення (насамперед у безкисневому середовищі), тобто за словами В.І.Вернадського "йдуть в геологію" у вигляді вугілля, торфу, нафти, осадових порід і т.п.

Ми розглянемо тільки колообіг найбільш важливих для життя речовин.

2.1. Колообіг води

Близько третини енергії Сонця. яка надходить на Землю витрачається на приведення в рух колообігу води. Море втрачає через випаровування води більше, ніж отримує з опадами. На суші ситу­ація протилежна. Тобто значна частина опадів, що підтримують екосистеми суші, прихо­дить до нас з моря. Проте чималий внесок у колообіг води вносить і рослинність даної конкретної місце­вості, особливо в областях, що знаходяться в глибині континенту, або ж "екранованих" від моря грядою гір. Справа в тому, що вода, яка надходить у рослини з ґрунту, майже пов­ністю (97-99%) випаровується через листя. Це називається транспірацією. Випаровування охолоджує листя и сприяє руху в рослина біогенних елементів. Одночасного це підтримує локальні колообіги води (згадайте грибні дощі), що дозволяють рослинному світові успіш­но існувати навіть якщо "дощі з моря" досить рідкісні.

Внаслідок діяльності людини кількість лісів на континентах катастрофічно зменшу­ється. Правда ліс не обов'язково втрачає більше вологи в результаті транспірації, ніж трав'я­на рослинність. Проблема в тому, що ліси сприяють утриманню вологи на даній тери­торії. Для агроценозів, що прийшли на зміну лісів, характерно ущільнення і ерозія ґрунтів і збільшення стоку води. Це призвело навіть до того, що в деяких областях з достат­ньою кількістю опадів виникли місцеві пустелі. Особливо великі втрати для ґрунто­вих вод в сильно урбанізованих районах, де великий відсоток водонепроникних покриттів. Все це порушує локальні колообіги води, призводячи до засух і одночасно до повеней в низи­нах річок у періоди дощів, принесених з моря.

Поиск по сайту: