Свойства живого вещества

1. Высокая химическая активность благодаря ферментам.

Например, фиксация азота атмосферы требует t=500 град. и p=300-500 атмосфер.

2. Высокая скорость протекания реакций.

Например, гусеницы массой m потребляют за день пищи (100-200)m.

3. Высокая скорость обновления живого вещества.

В среднем для биосферы - 8 лет, для суши - 14 лет, для океана - 33 дня.

4. Способность быстро занимать все свободное пространство (всюдность).

Например, численность некоторых бактерий удваивается за 22 минуты.

Площадь листьев растений на 1га, составляет 8-10га и более.

5. Активность движения вопреки принципу роста энтропии.

Например, движение рыб против течения реки, движение птиц против силы тяжести.

6. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

Мы живем потому, что в нас беспрерывно что-то умирает и заменяется новым. Смерть обеспечивает бесконечность жизни.

7. Высокая приспособительная способность (адаптация).

Некоторые организмы выносят температуры, близкие к абсолютному нулю, другие до 140 град., в жерлах вулканов и т.п.

Функции живого вещества в биосфере.

1. Энергетическая - аккумулирование энергии и ее перераспределение (фотосинтез и хемосинтез).

2. Окислительно-восстановительная - окисление вещества в процессе жизнедеятельности и восстановление в процессе разложения при дефиците кислорода.

3. Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом (первая точка Пастера (1.2 млрд. лет назад) - 1% кислорода от современного уровня и появились первые аэробные организмы; вторая точка Пастера - 10 % кислорода от современного уровня, формирование озонового слоя).

4. Деструктивная - разрушение погибшей биоорганики и костных веществ (практически все живые организмы за исключением растений являются деструкторами (разрушителями); главная роль в этом процессе принадлежит грибам и бактериям; жизнь разрушает костные вещества вовлекая их в круговорот).

5. Рассеивающая - рассеяние живого вещества на больших пространствах (например, рассеяние гемоглобина крови кровососущими).

6. Концентрационная - способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные элементы окружающей среды (результатом концентрационной деятельности живых организмов являются залежи руд, известняков, горючих ископаемых и т.п.)

7. Транспортная - перенос и перераспределение вещества и энергии (например, при миграциях животных).

8. Средообразующая - преобразование параметров среды (живые организмы создали особый тип вещества – почвы; коралловые заросли создают в океанах целые острова; в лесах микроклимат существенно отличается от микроклимата поля)(условия на Земле при отсутствии жизни: количество в атмосфере СО2 - 98% (сейчас 0.03%), N2 - 1,9% (сейчас 79%), O2 – 0% (сейчас 21%), средняя температура поверхности 290±50оС).

9. Информационная - накопление информации и закрепление ее в наследственных структурах.

Круговорот вещества.

Биогеохимические циклы.

Вещество, необходимое для жизни может использоваться многократно. Эти процессы называются круговоротами веществ или биогеохимическими циклами.

Энергия для круговоротов.

Энергия для круговоротов поставляется от Солнца.

Роль жизни в круговоротах.

Почти все механизмы круговоротов основаны на биологических процессах.

В каждом круговороте различают два фонда:

1) резервный - большая масса веществ, рассеянных в буферных зонах (атмосфера, гидросфера, литосфера), организмы (в основном растения) берут из них питательные вещества и сбрасывают в них отходы;

2) обменный - меньший, но более активный и подвижный фонд, сосредоточен в живых организмах.

Два основных типа круговоротов:

1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;

2) осадочный цикл с резервным фондом в литосфере.

Захоронения.

Часть вещества уходит из круговорота в захоронения в виде угля, торфа, нефти, осадочных пород и т.п.

Круговорот воды.

Около трети энергии Солнца на Земле затрачивается круговорот воды. Значительная часть осадков на сушу приходит с моря. 97-99% вода, поступающей в растения из почвы, испаряется через листья (транспирация). Это стабилизирует уровень грунтовых вод и поддерживает и локальные круговороты воды.

Круговорот углерода.

За последние 100 лет содержание СО₂ постоянно растет.

1800г. - 0.029% CO₂, 1958 г. - 0.0315%, 1980 - 0.0335%.

2050г – 0.06%, ожидается повышение температуры в среднем на 1.5-4.5^оС.

Круговорот азота.

Азот входит в состав аминокислот, являющихся строительным материалом для белков. Круговорота азота осуществляется только благодаря микроорганизмам (бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы). Два источника азота:

1) нитраты - результат деятельности организмов-азотофиксаторов и молний.

2) результат разложения органики с участием бактерий-нитрификаторов.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Круговорот фосфора.

Фосфор является необходимым компонентом нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), обеспечивающих запись, хранением и чтением генетической информации. Фосфор – это редкий элемент. Его дефицит ограничивает продуктивность растений. Фосфор переходит из органики в фосфаты, которые могут использоваться растениями. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. То есть основным источником азота является литосфера, подвергающаяся эррозии. Поэтому фосфор в конечном итоге выводится в донные осадки морей. В фосфор возвращался в круговорот морскими птицами и человеком.

Круговорот серы.

Сера является элементом, необходимым для синтеза многих белков.Круговорот серы охватывает воздух, воду и почву. Основная доступная форма серы - сульфаты SO₄. Основными источниками серы являются челоаек, вулканы, разложение органики и распад серосодержащих руд и минералов.

Осадочный цикл.

Большинство важных для жизни элементов (железо, кальций, калий, магний, марганец, медь, хлор и др.) более привязано к земле. Их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркулирующий путем эрозии, осадкообразования, горообразования, вулканизма и биологического переноса.