Самовоспроизведение (репродукция)

Экология как наука.

Как уже отмечалось, термин «экология» появился во второй половине XIX в. В 1866 г. молодой немецкий биолог профессор Йенского университета Эрнест Геккель в своем фундаментальном труде «Всеобщая морфология организмов» впервые употребил этот термин, образован­ный из двух греческих корней: ойкос (oikos) — дом, жили­ще; логос (logos) — слово, логика, наука. Дословный пере­вод означает «наука о доме (жилище)».

Э. Геккель писал, что экология — это наука о взаимоот­ношениях животных с окружающей их средой, т. е. он рас­сматривал экологию как область зоологии, изучающую вза­имоотношения животных с живой и неживой природой.

В современном понимании экология — наука о законо­мерностях формирования, развития и устойчивого функци­онирования биологических систем надорганизменного уров­ня во взаимосвязи со средой обитания. Кроме того, данная наука позволяет определить оптимальные формы взаимо­отношений природы и человеческого общества.

Биологические системы на Земле имеют строгую иерар­хическую структуру, определяемую уровнями организации живого вещества. В соответствии с данными уровнями эко­логию зачастую подразделяют на аутэкологию, синэкологию и демэкологию.

Аутэкология (греч. autos — сам) изучает взаимодей­ствие отдельных организмов или групп этих организмов с окружающей средой. При этом изучается взаимодействие данных объектов с окружающей средой как бы в изоляции от целостной биологической системы, в которую они входят как составные части, для познания основных закономерно­стей этого взаимодействия. Полученные знания позволяют оценить роль одной особи или группы особей в среде оби­тания. Однако их недостаточно для установления основных законов функционирования различных систем надорганиз­менного уровня, а именно сообществ организмов различных видов во взаимодействии между собой и с абиотической средой, и биосферы в целом. Решение упомянутых проблем занимаются демэкология и синэкология.

Демэкология (греч. demos — народ,), или популяцион-ная экология, направлена на изучение биологических систем более высокого уровня — группировок особей одного вида, со­вместно проживающих на определенной территории и спо­собных к устойчивому- воспроизводству (популяций). В этом разделе экологии особи рассматриваются не изолирован­но, а в виде взаимодействующих между собой организмов одного вида в составе популяции, исследуются условия, при которых происходит формирование популяции, изуча­ются внутрипопуляционные группировки, динамика чис­ленности популяции и др.

Синэкология (греч. syn — вместе,), или биоценология, исследует взаимодействие сообществ организмов различных видов между собой, а также с окружающей их абиотической (неживой) средой. Сообщества и окружающая их среда об­разуют систему более высокого иерархического уровня: экосистему. Совокупность всех экосистем планеты образу­ет экосистему наивысшего уровня — биосферу. Различные экосистемы и вся биосфера в целом являются также объектом изучения синэкологии.

Эйдэкология (экология видов) - наименее разработанное направление современной биоэкологии.

Биоценология — биологическая дисциплина, изучающая растительные и животные сообщества в их совокупности (живую природу), то есть биоценозы, их строение, развитие, распределение в пространстве и во времени, происхождение. Изучение сообществ организмов в их взаимодействии с неживой природой — предмет биогеоценологии.

В рамках основных разделов при исследовании кон­кретных групп организмов выделяют экологию животных, растений, человека и т.д., а при изучении природных ком­плексов — экологию водоемов, экологию суши, агроэколо­гию и т.д.

Ландша́фтная эколо́гия — отрасль науки, раздел экологии и географии, который изучает пространственное разнообразие и элементы ландшафта (например поля, живые изгороди, группы деревьев, реки или города) и то, как их расположение воздействует на распределение и поток энергии, и индивидуумов в окружающей среде (который, в свою очередь, может непосредственно повлиять на распределение элементов).

На базе уже рассмотренных разделов экологии в послед­ние годы сформировались и бурно развиваются два новых направления: глобальная экология и социоэкология. Объ­ектом изучения глобальной экологии является биосфера в целом. Проблемы взаимодействия природы и общества исследует социоэкология.

С научно-практической точки зрения, экологию делят на теоретическую и прикладную. Развитие промышленности, транспорта, сельского хозяй­ства привело к возникновению ряда факторов, отрицатель­но влияющих на окружающую среду и на человека, поэтому возникло новое направление — прикладная экология (ин­женерная, сельскохозяйственная, промысловая и т.д.).

Прикладная экология – это большой комплекс дисциплин, связанных с разными отраслями деятельности человека и взаимоотношениями между человеком и природой. К основным задачам прикладной экологии относятся: изучение механизмов антропогенных воздействий на природу; разработка принципов рационального использования, сохранения и воспроизводства природных ресурсов; разработка экологических нормативов и стандартов; оптимизация инженерных решений по защите окружающей среды и др. Теоретическая экология является научной основой для прикладной экологии, так как вскрывает общие закономерности организации жизни и функционирования экологических систем и биосферы, что позволяет предотвратить негативные последствия антропогенной деятельности.

Исходя из изложенного, можно сформулировать основ­ную цель современной экологии — определение основных за­конов функционирования биологических систем различного уровня во взаимосвязи с окружающей средой и умение их ис­пользовать для устойчивого развития цивилизации путем управления природными и антропогенными системами, че­ловеческим обществом и биосферой в целом.

ЛЕКЦИЯ №2. ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ, ЕЕ СТРУКТУРА

Биосфера – это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность организмов и ту часть планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера имеет подразделения в соответствии с основными средообразующими факторами: террабиосфера и литобиосфера—в пределах геобиосферы, маринобиосфера (океанобиосфера) и аквабиосфера — в составе гидробиосферы. Данные образования называют подсферами.

Структура биосферы:

Область, в которой регулярно встречаются живые организмы, называется эубиосфера (собственно биосфера). Общая толщина эубиосферы ≈ 12-17 км.

Аэробиосфера – включает нижнюю часть атмосферы. В состав аэробиосферы входят:

а) тропобиосфера – до высоты 6...7 км;

б) альтобиосфера – до нижней границы озонового экрана (20...25 км).

Озоновый экран – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое губительно действует на все живые организмы. В последние десятилетия в приполярных областях наблюдаются «озоновые дыры» – области с пониженным содержанием озона.

Гидробиосфера – включает всю гидросферу. Нижняя граница гидробиосферы ≈ 6...7 км, в отдельных случаях – до 11 км.К гидробиосфере относятся:

а) аквабиосфера – реки, озера и другие пресные воды;

б) маринобиосфера – моря и океаны.

В гидробиосфере также существуют слои, связанные с интенсивностью света. Выделяют три слоя: фотосферу—относительно ярко освещенный, дисфотосферу— всегда очень сумеречный (до 1% солнечной инсоляции), афотосферу — абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез.

Террабиосфера – поверхность суши. К террабиосфере относятся:

а) фитосфера – зона обитания наземных растений;

б) педосфера – тонкий слой почвы.

Литобиосфера. Нижняя граница литобиосферы ≈ 2...3 км (реже – до 5...6 км) на суше и ≈ 1...2 км ниже дна океана. Живые организмы в составе литобиосферы встречаются редко, однако осадочные породы в составе биосферы возникли под влиянием жизнедеятельности организмов.

Биосфера, охватывающая весь земной шар, имеет опре­деленные границы. Они определяются распространением живого вещества. В Антарктиде на высоте 2000 м над уров­нем моря встречаются лишайники, в Мертвом море, где концентрация солей достигает 270—300 г/л, присутству­ют живые организмы в виде бактерий. В экваториальных, тропических и умеренных широтах жизнь распространена повсеместно, поскольку там самые благоприятные усло­вия. Можно считать, что жизнь существует на всем земном шаре, хотя концентрация и разнообразие живого вещества на различных территориях неодинакова.

Верхняя граница распространения жизни определяется в основном не низкой температурой, а губительным воздей­ствием космического, прежде всего УФ-излучения. Пыльца растений, споры грибов, мхов, папоротников и лишайников и микроорга­низмы постоянно присутствуют в воздухе, но их количе­ство с высотой уменьшается. Жесткое ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200—320 нм, поглощаемое озо­новым экраном, убивает все живое.

Нижняя граница определяется глубиной распростра­нения микроорганизмов в земной коре. Многие ученые считают, что она определяется изотермой 100 °С. Акаде­мик И. А. Шилов пишет: «Норы и ходы грызунов, неко­торых насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5—7 м. Этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли — ли­тосфере». Верхняя граница биосферы ограничена таким фактором как УФ-излучение.

Таким образом, биосфера распространяется в гидросфе­ре, верхних слоях литосферы и нижних слоях атмосфе­ры. Оболочка планеты на границе тропо-, гидро- и литосфер носит название биогеосферы . В ней наблюдается наибольшая концентрация живого вещества. Здесь самые благоприятные условия жизни — температура, влажность, содержание кислорода и химических элементов, необхо­димых для питания организмов, являются оптимальными. В остальной части биосферы живое вещество находится в разреженном состоянии.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, совокуп­ность океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова. Зачастую в гидросферу включают атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. На наш взгляд, включение атмосферной воды в гидросферу не противоречит определению биосфе­ры, так как в ней возможно существование живых орга­низмов. Вода же в живых организмах является составной частью самих организмов, а не областью их существова­ния, поэтому включать ее в гидросферу нет достаточных оснований. Также следует отметить, что четкая граница между гидросферой, литосферой и тропосферой отсут­ствует, так как в водах рек, например, всегда есть взве­шенные твердые частицы и пузырьки воздуха, в которых обитают микроорганизмы.

Основной объем воды, составляющий 1,4610⁹ км³, со­средоточен в Мировом океане. Это 94% всего объема гид­росферы. Мировой океан занимает большую часть поверх­ности Земли — 70,8%. Оставшиеся 6% объема гидросферы распределены следующим образом: подземные воды – около 4%, ледяной и снежный покров — около1,6%, остальное — воды озер, рек, водохранилищ, болот, почв и пары воды в атмосфере.

Вода Мирового океана представляет собой раствор со­лей со средней концентрацией 35 г/л. В основном это хло­ристый натрий (77,7%). Поверхностные воды суши (озер, рек и т.д.) довольно неоднородны по своему химическому составу. Вместе с тем подавляющая часть этих вод является пресной с концентрацией солей до 0,5 г/л. Очевидно, что пресная вода как среда обитания живых организмов суще­ственно отличается от морской, поэтому растения и живот­ные, способные жить как в пресной, так и в морской воде, встречаются крайне редко.

В гидросфере выделяют эвфотическую и афотическую зоны. Эвфотическая зона — зона продуцирования, так как в нее проникает достаточное для фотосинтеза количество солнечной энергии. За нижнюю границу этой зоны принята глубина (около 200 м), в которой освещенность составляет 1% от освещенности на поверхности. Ниже 200 м располо­жена афотическая зона, в которую солнечный свет прак­тически не проникает, и фотосинтез там не происходит.

К литосфере относят внешний твердый слой Земли, включающий земную кору и верхнюю часть земной мантии. Толщина литосферного слоя изменяется от нескольких ки­лометров под рифтовыми долинами срединных океаниче­ских хребтов до 100 км под периферией океанов. На суше она достигает 300—350 км. В литосфере с изменением глу­бины имеет место изменение температуры. При этом вы­деляют три температурные зоны: переменных температур, постоянных температур и возрастающих температур.

В зоне переменных температур диапазон колебаний во многом зависит от климата местности. Суточные ко­лебания практически не регистрируются уже на глу­бине 1,5 м, а годовые — на глубинах 20—30 м. Примерно на глубине 30—40 м расположена зона постоянной темпе­ратуры. В этой зоне температура соответствует среднего­довой температуре данной местности. Ниже расположена зона возрастающих температур.

Нижняя граница биосферы опускается на 2–3 км от поверхности на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Нижний предел распространения жизни связан с повышением температуры в земных недрах. Предельная температура для существования большинства живых организмов составляет около 80–100^◦С; температуры выше этого интервала относятся, скорее, к границам выживания (экстремальные условия), чем к нормальной жизнедеятельности.

Литосферные организмы сосредоточены в основном в почвенном слое, глубина которого составляет несколько метров. Химический состав почв в основном унаследо­ван от материнских горных пород, поэтому различные обла­сти суши характеризуются преобладанием одних элементов и недостатком других.

Почваявляется компонентом биосферы и выполняет в ней ряд важнейших функций.
Первая и самая главная функция – это обеспечение существования жизни на Земле, так как все живые организмы (одни прямо, а другие опосредованно) через почву получают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы. Так, почвы обеспечивают растительное сообщество необходимыми для жизнедеятельности питательными веществами (азотом, фосфором, калием, водой и др.), а органическое вещество, создаваемое растениями, служит пищей для других организмов. Обрабатываемые почвы обеспечивают 95–97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Вторая функция – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ, и почва здесь выступает как важное связующее звено, так как на почву замыкаются круговороты биогенных элементов (углерода, азота, фосфора, калия, кальция и др.).
К другим глобальным функциям почвы относятся регулирование химического состава атмосферы и гидросферы; регулирование биосферных процессов распределения живых организмов на суше; аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.

Атмосфера — это воздушная оболочка нашей планеты, газовая среда обитания живого вещества. Атмосферный воздух является источником дыхания практически всех живых организмов, сырьем для процессов горения, разло­жения и синтеза химических соединений. Сюда выбрасыва­ются газообразные отходы жизнедеятельности организмов и антропогенных устройств и систем (заводов, транспорт­ных средств и т.д.). Атмосфера предохраняет живые орга­низмы от губительного воздействия солнечного коротко­волнового ультрафиолетового излучения и других жестких космических излучений. Через атмосферу проходит био­генный и абиогенный круговороты веществ. В атмосфере кроме газов присутствуют частицы пыли и воды, находя­щиеся во взвешенном состоянии.

Через атмосферу осуществляется обмен Земли с Космосом веществом и энергией. На Землю попадает космическая пыль и метеориты, в Космос уходят такие газы как гелий и водород. Атмосфера насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, при этом самая опасная для живых организмов часть спектра солнечного излучения (жесткое рентгеновское и ультрафиолетовое) поглощается озоновым слоем, расположенным в стратосфере на высоте 22 – 24 км. Углекислый газ, пары воды, озон и другие газы атмосферы задерживают инфракрасное излучение Земли, повышая утепляющее действие воздушного покрывала Земли и защищая биосферу от холода космического пространства, то есть атмосфера обеспечивает тепловой баланс биосферы. Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Таким образом, атмосфера выполняет экологическую защитную функцию, предохраняя биосферу от жесткого солнечного излучения и абсолютного холода Космоса, создавая условия, пригодные для жизни.

Тропосферой называют слой атмосферы высотой при­мерно 8—18 км, в котором сосредоточено более 80% всей массы воздуха и протекают в основном все погодные явления. Высота тропосферы зависит от интенсивности восходящих и нисходящих потоков воздуха. Интенсивность же опреде­ляется нагревом земной поверхности, поэтому на эквато­ре тропосфера простирается до высоты 16—18 км, в уме­ренных широтах — до 10—12 км, а на полюсах — до 8 км.

С 20-х годов Вернадский пишет о влиянии на развитие земных процессов уже не просто живой природы, а целенаправленной деятельности человека. Ещё с XIX века технический прогресс дал возможность преобразовывать Землю. И не всегда с пользой для неё. Деятельность человека незаметно для него самого постепенно превратилась в мощную геологическую силу. И Вернадский вводит понятие ноосферы.

В.И. Вернадский понятие "ноосфера" употреблял в разных смыслах: · как состояние планеты, когда человек становится преобразующей геологической силой; · как область активного проявления научной мысли; · как главный фактор качественной перестройки биосферы.

Ноосфера(от греч. noos - разум) - это современная биосфера, частью которой является человечество. "Человечество, взятое в целом - писал Вернадский - становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера. Человек может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше".

ЛЕКЦИЯ №3. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ И ЕГО ФУНКЦИИ.

Под живым веществом Вернадский понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию или химический состав. Живое вещество составляет порядка 0.01 - 0.02 % от массы всей биосферы. Общий вес живого вещества порядка (2.4 - 3.6) * 10¹² т (в сухом весе).

Вещества, образуемые без участия живых организмов и не вовлеченные в круговорот жизни, Вернадский назвал костными веществами. Это, например, горные породы, продукты извержения вулканов и т.п. “Неживых” веществ в природе не бывает, практически любое вещество может быть вовлечено в круговорот жизни. Кроме того, Вернадский выделял в особую группу биокостное вещество, которое в отличие от костного так или иначе обусловлено воздействием жизни и вовлечено в ее круговорот. Это, например, вода, почва и т.п. Вода, например, по праву считается веществом, дающим жизнь. Некоторые исследователи утверждают, что она обладает способностью запоминать информацию в своих структурах. А так как практически вся земная вода основательно переработана жизнью, то отнести ее к костным веществам мы никак не можем. То же самое можно сказать и про почвы, которые некоторые почвоведы считают “биологическим телом”. Поэтому подобные вещества вынесены в особую промежуточную группу. Можно также выделить группу биогенных веществ, образующихся в результате жизнедеятельности живых организмов. Это многие полезные ископаемые в первую очередь каменный уголь, нефть, торф, а также известняки, руды металлов и т.п. По сути дела, весь слой осадочных пород можно отнести к биогенным веществам.

По современным оценкам, общее количество массы живого вещества равно 2420 млрд. т (в пересчете на сухую массу). Живое вещество на 98% представлено биомассой наземных растений, грибов и микроорганизмов; животные составляют только 1,4% общей биомассы. Если всю массу биоты равномерно распределить по поверхности планеты, то получится слой толщиной около 1 см. Реальное распределение живого вещества в биосфере характеризуется неравномерностью, которая связана с природной зональностью и климатическими факторами. Активное функционирование и продуктивность живого вещества современной биосферы более чем на 98% приурочены к тонкому поверхностному слою суши и фотическому слою гидросферы. На материках растения занимают пространство в виде тонкого слоя, который практически отсутствует в областях материковых оледенений и крайне засушливых районах пустынь, наибольшее количество биомассы приходится на экваториальный пояс, где продукция в 5 раз больше, чем в арктическом поясе. В глубинах земной коры обитают хемоавтотрофные микроорганизмы; высоко в атмосферу попадают неактивные формы микроорганизмов, споры и пыльца растений. Основные среды жизни – суша и океан – также существенно отличаются по объему и составу обитающих в них организмов. Относительно всей биомассы Земли на долю океана приходится 0,13%, а на долю суши – 99,87% биомассы.

Наибольшую роль на планете играет именно живое вещество. Рассмотрим его основные свойства.

1. Энергетическая.Жизнь возникает в соответствии с принципом Ле Шателье-Брауна, как ответ на рост энтропии, то есть на рассеяние энергии в окружающей среде. Поэтому концентрация энергии - это наиболее естественная функция жизни. Наличие живой оболочки планеты препятствует остыванию ее поверхности, аккумулируя в себе энергию, излучаемую в космос. Правда, сейчас жизнь биосферы развивается в основном в потоке солнечной энергии, аккумулируя ее в себе и препятствуя прямому отражению ее в космос. Эта энергия передается по пищевой цепи от одной формы жизни к другой. По мере этого движения ее энтропия значительно возрастает. В конечном итоге она переходит в тепловую форму и излучается за пределы планеты. Поэтому энтропия излучения, отраженного с поверхности планеты, оказывается существенно больше энтропии излучения, поглощаемого планетой. Именно за счет этой разницы энтропий существует жизнь на планете.

Основным механизмом накопления энергии в биосфере является реакция фотосинтеза. Имеется также довольно незначительный процент хемосинтезирующих живых существ, чей жизненный цикл опирается на энергию химических соединений. Это разного рода бактерии (железобактерии, серобактерии, азотобактерии и др

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

Наряду с фотосинтезом в зеленых растениях на Земле происходит почти равное ему по масштабу окисление органических веществ в процессе дыхания, брожения, гниения с выделением воды, углекислого газа и теплоты, которая после этого излучается в космическое пространство. Существенно меньшая часть энергии Солнца консервируется в земной коре, или, по словам Вернадского, “уходят в геологию”, формируя залежи каменного угля, нефти, торфа и т.п. Эти процессы связаны с протеканием в бескислородной среде реакций восстановления, сопровождающихся образованием и накоплением сероводорода и метана.

3. Газовая – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. Фотосинтез привел к постепенному уменьшению в атмосфере углекислоты и накоплению кислорода. и озона.

4. Деструктивная – разрушение погибшей биоорганики и костных веществ.Это один из важнейших элементов круговорота веществ в биосфере, обеспечивающего непрерывность жизни путем превращения сложных органических соединений в минеральные вещества, необходимые для растений, стоящих в самых первых звеньях пищевых цепей. Практически все живые организмы биосферы за исключением растений в той или иной мере являются деструкторами (разрушителями). Однако главная роль в этом процессе принадлежит грибам и бактериям. Одновременно жизнь участвует и в разрушении костных веществ (в частности горных пород), доводя их постепенно до состояния, после которого они могут быть вовлечены в круговорот жизни (так измельченные горные породы являются необходимым компонентом почвы). Деструктивная функция заключается в способности определенной группы организмов разлагать и минерализовать мертвое органическое вещество. В результате деструкции образуются биокосные, биогенные и минеральные вещества, происходит превращение живого вещества в косное.

5. Рассеивающая – рассеяние живого вещества на больших пространствах. Например, рассеяние гемоглобина крови кровососущими или рассеяние органики экскрементов или трупов разного рода деструкторами.

6. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные элементы окружающей среды. Любое живое существо в процессе своей жизнедеятельности буквально по молекулам собирает из окружающей среды необходимые для него вещества и консервирует их в своей структуре. Поэтому, например, концентрация марганца в теле некоторых организмов превышает его концентрацию в окружающей среде в миллионы раз. В условиях антропогенного загрязнения окружающей среды побочным следствием этого может являться накопление растениями, которые мы потребляем в пищу, веществ, которые являются токсичными для нашего организма. Результатом концентрационной деятельности живых организмов являются залежи руд, известняков, горючих ископаемых и т.п.

7. Транспортная – перенос и перераспределение вещества и энергии.Это является одним из механизмов рассеивающей функции живого вещества. Часто такой перенос осуществляется на громадные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. Это может также способствовать и концентрации элементов среды, достаточно вспомнить птичьи базары.

8. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров окружающей среды.В широком смысле результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают ее в определенном стабильном состоянии. Так состав атмосферы и гидросферы - это продукт жизнедеятельности в биосфере. Живые организмы создали особый тип биокостного вещества - почвы. Коралловые заросли создают в океанах целые острова. Примером могут также служить леса, в которых микроклимат существенно отличается от микроклимата поля. Анализ показывает, что при отсутствии жизни на Земле, условия на ней были бы такими, что по нашим понятиям жизнь на ней была бы попросту невозможной. Ее атмосфера на 98 % состояла бы из углекислого газа (сейчас около 0.03 %), на 1,9 % – из азота (сейчас на Земле 79 % азота, являющегося вопреки своему названию (азот - не поддерживающий жизни) основным элементом при построении аминокислот), кислорода практически не было бы (сейчас 21 %), средняя температура поверхности 290 ± 50оС, не оставляющая никаких шансов на наличие воды в жидком состоянии. Словом, условия весьма похожие на условия планеты Венера.

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

Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности «делают» живое живым. Живое вещество отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Эти свойства порознь в той или иной форме встречаются и в неживой природе, а, следовательно, не могут рассматриваться как специфические свойства живого. Особенности живой природы базируются на генетической программе, передаваемой из поколения в поколение. Организация жизни на Земле характеризуется дискретностью и целостностью. Среди живых организмов планеты нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Такое проявление дискретности и целостности основано на конвариантной редупликации, осуществляемой по матричному принципу синтеза макромолекул (ДНК, РНК). Конвариантная редупликация, или самовоспроизведение с изменениями, является наиболее общим и специфическим свойством жизни в известной форме существования на Земле. В его основе лежит способность к самовоспроизведению основных управляющих систем – ДНК, хромосом, генов. Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству дискретных отклонений от исходного состояния (мутаций), что создает предпосылку эволюции жизни. Таким образом, наиболее общим и специфическим свойством живого вещества является способность к самовоспроизведению.

Самовоспроизведение (репродукция).

2. Специфичность организации. Она характерна для любых организмов, в результате чего они имеют определенную форму и размеры. Единицей организации (структуры и функции) является клетка. В свою очередь клетки специфически организованы в ткани, последние — в органы, а органы — в системы органов. Организмы не «разбросаны» случайно в пространстве. Они специфически организованы в популяции, а популяции специфически организованы в биоценозы. Последние вместе с абиотическими факторами формируют биогеоценозы (экологические системы), являющиеся элементарными единицами биосферы.

3. Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на молекулярном уровне, приводящая к образованию молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из беспорядочного движения молекул — это важнейшее свойство живого, проявляющееся на молекулярном уровне. Упорядоченность в пространстве сопровождается упорядоченностью во времени. В отличие от неживых объектов упорядоченность структуры живого происходит за счет внешней среды. При этом в среде уровень упорядоченности снижается.

4. Целостность(непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, состоя из нуклеотидов и аминокислот (соответственно). Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, т. к. в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты. Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, т. к. состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц — клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен, состоя из отдельных организмов.

5. Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа клеток. Он сопровождается развитием, проявляющимся в дифференцировке клеток, усложнении структуры и функций. В процессе онтогенеза формируются признаки в результате взаимодействия генотипа и среды. Филогенез сопровождается появлением гигантского разнообразия организмов, органической целесообразностью. Процессы роста и развития подвержены генетическому контролю и нейро-гуморальной регуляции.

6. Обмен веществ и энергии. Благодаря этому свойству обеспечивается постоянство внутренней среды организмов и связь организмов с окружающей средой, что является условием для поддержания жизни организмов. Живые клетки получают (поглощают) энергию из внешней среды в форме энергии света. В дальнейшем химическая энергия преобразуется в клетках для выполнения многих работ. В частности, для осуществления химической работы в процессе синтеза структурных компонентов клетки, осмотической работы, обеспечивающей транспорт разных веществ в клетки и вывод из них ненужных веществ, и механической работы, обеспечивающей сокращение мышц и передвижение организмов. У неживых объектов, например, в машинах химическая энергия превращается в механическую только в случае двигателей внутреннего сгорания.

Таким образом, клетка является изотермической системой. Между ассимиляцией (анаболизмом) и диссимиляцией (катаболизмом) существует диалектическое единство, проявляющееся в их непрерывности и взаимности. Например, непрерывно проходящие в клетке превращения углеводов, жиров и белков являются взаимными. Потенциальная энергия поглощаемых клетками углеводов, жиров и белков превращается в кинетическую энергию и тепло по мере превращения этих соединений. Замечательной особенностью клеток является то, что они содержат ферменты. Будучи катализаторами, они ускоряют протекание реакций, синтеза и распада в миллионы раз, при этом в отличие от органических реакций осуществляемых с использованием искусственных катализаторов (в лабораторных условиях), ферментативные реакции в клетках осуществляются без образования побочных продуктов.

7. Наследственность и изменчивость. Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между поколениями организмов, что в свою очередь обеспечивает непрерывность и устойчивость жизни. Основу материальной преемственности в поколениях и непрерывности жизни составляет передача от родителей к потомству генов, в ДНК которых зашифрована генетическая информация о структуре и свойствах белков. Характерной особенностью генетической информации является ее чрезвычайная стабильность. Изменчивость связана с появлением у организмов признаков, отличных от исходных, и определяется изменениями в генетических структурах. Наследственность и изменчивость создают материал для эволюции организмов.

8. Раздражимость. Реакция живого на внешние раздражения является проявлением отражения, характерного для живой материи. Факторы, вызывающие реакцию организма или его органа, называют раздражителями. Ими являются свет, температура среды, звук, электрический ток, механические воздействия, пищевые вещества, газы, яды и др. У организмов, лишенных нервной системы (простейшие и растения), раздражимость проявляется в виде тропизмов, таксисов и настий. У организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется в виде рефлекторной деятельности. У животных восприятие внешнего мира осуществляется через первую сигнальную систему, тогда как у человека в процессе исторического развития сформировалась еще и вторая сигнальная система. Благодаря раздражимости организмы уравновешиваются со средой. Избирательно реагируя на факторы среды, организмы «уточняют» свои отношения со средой, в результате чего возникает единство среды и организма.

9. Движение. Способностью к движению обладают все живые существа. Многие одноклеточные организмы двигаются с помощью особых органоидов. К движению способны и клетки многоклеточных организмов (лейкоциты, блуждающие соединительнотканные клетки и др.), а также некоторые клеточные органеллы. Совершенство двигательной реакции достигается в мышечном движении многоклеточных животных организмов, которое заключается в сокращении мышц.<