Живое вещество биосферы

Длительное время считалось, что живое отличается от не­живого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспособляемость. Одна­ко порознь все эти свойства встречаются и среди неживой при­роды, а, следовательно, не могут рассматриваться как специфи­ческие свойства живого.

Особенности живого Б. М. Медников (1982) сформулиро­вал в видеаксиом теоретической биологии:

1. Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение (аксиома А. Вейсмана).

2. Генетическая программа образуется матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколе­ния, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н. К. Кольцова).

3. В процессе передачи из поколения в поколение генетичес­кие программы в результате различных причин изменяются слу­чайно и ненаправленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч. Дарвина).

4. Случайные изменения генетических программ при станов­лении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н. В. Тимо­феева-Рясовского).

5. Многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч. Дарвина).

Из данных аксиом можно вывести все основные свойства жи­вой природы и в первую очередь такие, как дискретность и це­лостность - два фундаментальных свойства организации жиз­ни на Земле. Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Эта уникальность проявления дискретности и целостности основана на явлении конвариантной редупликации.

Конвариантноя редуп­ликация (самовоспроизведе­ние с изменениями) осуществляется на основе матричного принципа (сумма трех первых аксиом). Это, вероятно, единственное специфическое для жизни, в известной для нас форме ее существования на Земле, свойство. В основе его лежит уникальная способность к са­мовоспроизведению основ­ных управляющих систем (ДНК, хромосом, генов).

Редупликация определя­ется матричным принципом (аксиома Н. К. Кольцова) син­теза макромолекул.

Способность к самовос­произведению по матрич­ному принципу молекулы ДНК смогли выполнить роль носителя наследствен­ности исходных управляю­щих систем (аксиома А. Вейсмана). Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству дискретных от­клонений от исходного со­стояния (мутаций), предпо­сылки эволюции жизни.

Живое вещество по своей массе занимает нич­тожную долю по сравне­нию с любой из верхних оболочек земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого ве­щества в наше время равно 2420 млрд. тонн. Эту величину можно сравнить с массой оболочек Земли, в той или иной степени охва­ченных биосферой.

По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно отлича­ется от других оболочек земного шара, так же, как живая мате­рия отличается от мертвой.

В. И. Вернадский подчеркивал, что живое вещество - самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав вер­хние оболочки Земли за время своего существования. Все живое вещество нашей планеты составляет 1/11000000 часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество пред­ставляет собой наиболее организованную часть материи Земли.

При оценке среднего химического состава живого веще­ства, поданным А.П. Виноградова (1975), В. Лархера (1978) и др., главные составные части живого вещества - это эле­менты, широко распространенные в природе (атмосфера, гид­росфера, космос): водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера.

Живое вещество биосферы состоит из наиболее простых и наиболее распространенных в космосе атомов.

Средний элементарный состав живого вещества отличает­ся от состава земной коры высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов живые организмы не повторя­ют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей. В про­цессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых хими­ческих связей. Как уже было отмечено, водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются главными химически­ми элементами земного вещества и их называют биофильными. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекуляр­ные образования представлены углеводами, липидами, белка­ми и нуклеиновыми кислотами. Перечисленные виды живого вещества находятся в организмах в тесном взаимодействии. Ок­ружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного уровня. В связи с этим выделяют разные уровни существова­ния живого вещества:

1. Молекулярный - самый низкий уровень, на котором биоло­гическая система проявляется в виде функционирования биоло­гически активных крупных молекул - белков, липидов, нуклеи­новых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свой­ства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Это­му уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2. Клеточный -уровень, на котором биологически актив­ные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении кле­точной организации все организмы подразделяются на однокле­точные и многоклеточные.

3. Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объе­диненных общностью происхождения и функций.

4. Органный - уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

5. Организменный - уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального орга­низма. Представлен определенными видами организмов.

6.Популяционно-видовой, где существует совокупность оп­ределенных однородных организмов, связанных единством про­исхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) - более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодей­ствуют друг с другом на определенном участке земной поверх­ности с однородными абиотическими факторами.

8. Биосферный - уровень, на котором сформировалась при­родная система наиболее высокого ранга, охватывающая все про­явления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне осу­ществляются все глобальные круговороты вещества и энергии, связанные с жизнедеятельностью организмов.

По способу питания живые организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные (табл. 1).

Таблица 1