Lebende Materie ist eine Ansammlung lebender Organismen. Lebende Materie. Chemische Zusammensetzung lebender Materie. Eigenschaften und Funktionen lebender Materie. Grundlegende Eigenschaften lebender Materie in der Biosphäre

Das Konzept der Biosphäre basiert auf der Idee der lebenden Materie. Mehr als 90 % der gesamten lebenden Materie ist terrestrische Vegetation (98 % der Landbiomasse). Lebende Materie- der stärkste geochemische und energetische Faktor, die führende Kraft der Planetenentwicklung. Die Hauptquelle der biochemischen Aktivität von Organismen ist Sonnenenergie, die bei der Photosynthese von Grünpflanzen und einigen Mikroorganismen zur Bildung organischer Materie genutzt wird. Organisches Material versorgt andere Organismen mit Nahrung und Energie. Die Photosynthese führte zur Ansammlung von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre, der Bildung der Ozonschicht, die vor ultravioletter und harter kosmischer Strahlung schützt und die moderne Gaszusammensetzung der Atmosphäre aufrechterhält. Das Leben auf der Erde existiert seit jeher in Form komplex organisierter Komplexe verschiedener Organismen (Biozönosen). Gleichzeitig bilden lebende Organismen und ihr Lebensraum integrale Systeme – Biogeozänosen. Ernährung, Atmung und Fortpflanzung von Organismen und die damit verbundenen Prozesse der Entstehung, Ansammlung und Zersetzung organischer Stoffe sorgen für einen ständigen Stoff- und Energiekreislauf. Mit diesem Zyklus verbunden ist die Wanderung von Atomen chemischer Elemente durch lebende Materie. Somit zirkuliert der gesamte Luftsauerstoff in 2000 Jahren durch lebende Materie, Kohlendioxid in 300 Jahren. Die Zusammensetzung der Organismen selbst ist durch eine Vielzahl organischer und chemischer Verbindungen gekennzeichnet. Dank lebender Materie entstanden auf dem Planeten Böden und organische mineralische Brennstoffe (Torf, Kohle, möglicherweise sogar Öl).

Untersuchung der Migrationsprozesse von Atomen in der Biosphäre, V.I. Wernadskij befasste sich mit der Frage nach der Entstehung (Ursprung) chemischer Elemente in der Erdkruste und anschließend mit der Notwendigkeit, die Stabilität der Verbindungen zu erklären, aus denen Organismen bestehen. Bei der Analyse des Problems der Atommigration kam er zu dem Schluss, dass von lebender Materie unabhängige organische Verbindungen nirgendwo existieren. „Unter dem Namen lebende Materie“, schrieb V.I. Wernadskij im Jahr 1919: „Ich meine die Gesamtheit aller Organismen, Pflanzen und Tiere, einschließlich des Menschen.“

Somit ist lebende Materie die Gesamtheit der lebenden Organismen der Biosphäre, numerisch ausgedrückt in elementarer chemischer Zusammensetzung, Masse und Energie. In den 1930ern. IN UND. Wernadskij unterscheidet die Menschheit als ihren besonderen Teil von der Gesamtmasse der lebenden Materie. Diese Trennung des Menschen von allem Lebendigen wurde aus drei Gründen möglich.

Erstens ist die Menschheit kein Produzent, sondern ein Verbraucher biogeochemischer Energie. Diese These erforderte eine Überarbeitung der geochemischen Funktionen lebender Materie in der Biosphäre. Zweitens ist die Masse der Menschheit, basierend auf demografischen Daten, keine konstante Menge lebender Materie. Und drittens werden seine geochemischen Funktionen nicht durch die Masse, sondern durch die Produktionsaktivität charakterisiert.

Hätte sich der Mensch nicht von der natürlichen Tierwelt getrennt, wäre seine Zahl etwa 100.000 gestiegen. Solche Protomenschen hätten in einem begrenzten Verbreitungsgebiet gelebt, und ihre Entwicklung wäre durch die langsamen Prozesse bestimmt worden, die aus für die Artbildung charakteristischen genetischen Veränderungen der Population resultierten. Mit dem Aufkommen des Menschen kam es jedoch zu einem qualitativen Sprung in der Entwicklung der Natur auf der Erde. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass diese neue Qualität mit dem Geist und Bewusstsein des Homo Sapiens verbunden ist. Somit ist der wichtigste Artenunterschied eines Menschen sein Geist, und es ist dem Bewusstsein zu verdanken, dass sich die Menschheit auf ihre eigene Weise entwickelt hat. Dies spiegelte sich auch im Prozess der menschlichen Fortpflanzung wider, da die Bildung sozial reifer Bewusstseinsformen eine lange Zeit erfordert – mindestens 20 Jahre.

Welche charakteristischen Merkmale sind lebender Materie innewohnend? Das hier zunächst einmal riesige freie Energie. Während der Evolution der Arten kommt es zur biogenen Wanderung von Atomen, d.h. Die Energie lebender Materie in der Biosphäre hat sich um ein Vielfaches erhöht und wächst weiter, da lebende Materie die Energie der Sonnenstrahlung, die Atomenergie des radioaktiven Zerfalls und die kosmische Energie verstreuter Elemente aus unserer Galaxie verarbeitet. Auch lebende Materie wird charakterisiert hohe Geschwindigkeit chemischer Reaktionen im Vergleich zu unbelebter Materie, wo ähnliche Prozesse tausende und millionenfach langsamer ablaufen. Manche Raupen können beispielsweise 200-mal mehr Nahrung pro Tag verarbeiten, als sie selbst wiegen, und eine Meise frisst pro Tag so viele Raupen, wie sie wiegt.

Das ist charakteristisch für lebende Materie seine chemischen Bestandteile. Die wichtigsten davon sind Proteine, nur in lebenden Organismen stabil. Nach Abschluss des Lebensprozesses zerfallen die ursprünglich lebenden organischen Substanzen in chemische Bestandteile.

Lebende Materie existiert auf dem Planeten in Form eines kontinuierlichen Generationswechsels, wodurch die neu gebildete Generation genetisch mit der lebenden Materie vergangener Epochen verbunden ist. Dies ist die Hauptstruktureinheit der Biosphäre, die alle anderen Prozesse auf der Oberfläche der Erdkruste bestimmt. Es ist charakteristisch für lebende Materie Vorhandensein eines evolutionären Prozesses. Die genetische Information jedes Organismus ist in jeder seiner Zellen verschlüsselt. Diese Zellen sind ursprünglich dazu bestimmt, sie selbst zu sein, mit Ausnahme der Eizelle, aus der sich der gesamte Organismus entwickelt. Daher ist lebende Materie grundsätzlich unsterblich.

IN UND. Wernadskij stellte fest, dass lebende Materie untrennbar mit der Biosphäre verbunden ist, deren Funktion und gleichzeitig „eine der stärksten geochemischen Kräfte auf unserem Planeten“ ist. Stoffkreislauf V.I. Wernadskij nannte biogeochemische Kreisläufe. Diese Kreisläufe und Zirkulationen erfüllen die wichtigsten Funktionen der lebenden Materie als Ganzes. Der Wissenschaftler identifizierte fünf solcher Funktionen:

Gasfunktion - durchgeführt von grünen Pflanzen, die bei der Photosynthese Sauerstoff freisetzen, sowie von allen Pflanzen und Tieren, die durch die Atmung Kohlendioxid freisetzen;

Konzentrationsfunktion - manifestiert sich in der Fähigkeit lebender Organismen, viele chemische Elemente in ihrem Körper anzusammeln (an erster Stelle steht Kohlenstoff, unter den Metallen ist Kalzium);

Redox-Funktion - drückt sich in den chemischen Umwandlungen von Stoffen im Lebensprozess aus. Dadurch entstehen Salze, Oxide und neue Stoffe. Diese Funktion ist mit der Bildung von Eisen- und Manganerzen, Kalksteinen usw. verbunden;

Biochemische Funktion - ist definiert als die Fortpflanzung, das Wachstum und die Bewegung lebender Materie im Raum. All dies führt zur Zirkulation chemischer Elemente in der Natur, ihrer biogenen Migration;

Die Funktion der menschlichen biogeochemischen Aktivität ist verbunden mit der biogenen Migration von Atomen, die unter dem Einfluss menschlicher Wirtschaftstätigkeit um ein Vielfaches zunimmt. Der Mensch entwickelt und nutzt für seinen Bedarf eine Vielzahl von Stoffen in der Erdkruste, darunter Kohle, Gas, Öl, Torf, Schiefer und viele Erze. Gleichzeitig kommt es zu einem anthropogenen Eintrag von Fremdstoffen in die Biosphäre, und zwar in Mengen, die den zulässigen Wert überschreiten. Dies führte zu einer Krisenkonfrontation zwischen Mensch und Natur. Als Hauptgrund für die drohende Umweltkrise wird ein technokratisches Konzept angesehen, das die Biosphäre einerseits als Quelle physischer Ressourcen und andererseits als Abwasserkanal zur Abfallentsorgung betrachtet.

Alle ökologischen Prozesse finden in Systemen statt, die lebende Materie umfassen. Daher ist es wichtig, lebende Materie von anderen Arten von Substanzen (anorganisch, inert, bioinert usw.) unterscheiden zu können.

Lebende Materie ist die Gesamtheit aller Körper, unabhängig von ihrer Zugehörigkeit zu der einen oder anderen systematischen Gruppe. Die Gesamtmasse (in trockener Form) der lebenden Materie auf dem Planeten Erde beträgt (2,4-3,6) * 10 12 Tonnen.

Lebende Materie ist untrennbar mit ihr verbunden und ist ihre Funktion sowie eine der mächtigsten geologischen Kräfte überhaupt. Es stellt eine untrennbare molekularbiologische Einheit dar, ein systemisches Ganzes mit charakteristischen Merkmalen, die sowohl der gesamten Ära seiner Existenz als auch jeder einzelnen geologischen Ära gemeinsam sind. Die Zerstörung einzelner Bestandteile lebender Materie kann zur Störung des Gesamtsystems, also zu einer Umweltkatastrophe und zum Tod des Gesamtsystems lebender Materie führen.

Betrachten wir einige der häufigsten Substanzen, unabhängig vom geologischen Zeitalter ihrer Existenz.

1. Ein System aus lebender Materie (ein Organismus) ist wachstumsfähig, das heißt, es nimmt an Größe zu.

2. Ein (lebender) Organismus behält während seiner Existenz seine typischsten Eigenschaften und ist in der Lage, diese Eigenschaften durch Vererbung weiterzugeben, d. h. er ist Träger und Übermittler.

3. Ein lebender Organismus ist im Laufe seines Lebens zur Entwicklung fähig, die in zwei Perioden unterteilt ist – embryonal und postembryonal.

4. Lebende Materie ist als eigenständiger Organismus zur Fortpflanzung fähig, was die Existenz dieser Art für lange Zeit (aus historischer Sicht) sichert.

5. Lebende Materie zeichnet sich durch einen gerichteten Stoffwechsel aus.

Organisationsebenen lebender Materie

Die lebende Materie als Gesamtheit aller auf der Erde lebenden Organismen besteht aus mehreren Reichen (Prokaryoten, Tiere, Pflanzen, Pilze), die in komplexen Beziehungen stehen. Lebende Materie hat eine komplexe Struktur und verschiedene Organisationsebenen. Schauen wir uns einige davon in der Reihenfolge ihrer Komplexität an.

1. Molekular-Gen (suborganismisch) – eine besondere Form der Organisation von Lebewesen, die ausnahmslos allen Organismen innewohnt und aus einer Reihe verschiedener organischer und anorganischer Substanzen besteht, die durch eine bestimmte Struktur und ein System biochemischer Prozesse, die dies ermöglichen, miteinander verbunden sind diese Reihe von Verbindungen als integrales System zu bewahren, das während der gesamten Existenz dieses Organismus, d. h. bis zum Tod, zu Wachstum, Entwicklung, Selbsterhaltung und Fortpflanzung fähig ist.

2. Zellulär – alle Lebewesen (außer nichtzellulären Lebensformen) werden durch spezielle Strukturen gebildet – Zellen, die eine streng definierte Struktur haben, die sowohl Organismen aus dem Pflanzenreich als auch Organismen aus dem Tier- und Pilzreich innewohnt; Einige Organismen bestehen aus einer Zelle, daher entsprechen solche Organismen auf zellulärer Ebene einer neuen Organisationsebene – der organismischen (siehe fünfte Organisationsebene).

3. Gewebe – charakteristisch für komplexe mehrzellige Organismen, in denen sich Zellen entsprechend den von ihnen ausgeführten Funktionen spezialisiert haben, was zur Bildung von Geweben geführt hat – einer Ansammlung von Zellen, die denselben Ursprung und eine ähnliche Struktur haben und dieselben oder ähnliche Funktionen erfüllen; Pflanzen und Tiere werden wie folgt unterschieden: Bei Pflanzen werden Haut-, Basal-, mechanische, leitfähige Gewebe und Meristeme (Wachstumsgewebe) unterschieden; bei Tieren - Haut-, Nerven-, Muskel- und Bindegewebe.

4. Organisch – in hochorganisierten Organismen bilden Gewebe Strukturen, die bestimmte Funktionen erfüllen sollen, die als Organe bezeichnet werden, und Organe werden zu Organsystemen zusammengefasst (z. B. ist der Magen Teil des Verdauungssystems).

5. Organismisch – Organsysteme werden zu einem System zusammengefasst, bei dessen Funktion die lebenswichtige Aktivität eines bestimmten Lebewesens verwirklicht wird; Es ist bekannt, dass es in der Natur eine große Anzahl einzelliger Organismen gibt.

6. Populationsarten – Individuen derselben Art bilden spezielle Gruppen, die in einem bestimmten Gebiet leben und eine bestimmte ökologische Nische besetzen, die als Populationen bezeichnet werden, und Populationen identischer Organismen bilden Unterarten und Arten.

7. Biogeozänotisch – dieser Grad der Organisation lebender Materie hängt mit der Tatsache zusammen, dass in einem bestimmten Gebiet eine bestimmte Anzahl von Populationen verschiedener Arten (sowohl Tiere als auch Pflanzen, Pilze, Prokaryoten und nichtzelluläre Lebensformen) beheimatet sind durch verschiedene Verbindungen miteinander verbunden, darunter auch Lebensmittel.

8. Die Biosphäre ist die höchste Organisationsebene des Lebens auf dem Planeten Erde und stellt die gesamte Ansammlung der darauf lebenden Lebewesen dar, die durch den Planetenkreislauf chemischer Elemente und chemischer Verbindungen miteinander verbunden sind; Eine Störung dieses Kreislaufs kann zu einer globalen Katastrophe und sogar zum Tod aller Lebewesen führen.

Folglich sind die Organisationsebenen 1–5 charakteristisch für einen einzelnen Organismus und die Ebenen 6–8 charakteristisch für eine Ansammlung von Organismen. Es muss daran erinnert werden, dass der Mensch ein integraler Bestandteil der lebenden Materie auf dem Planeten Erde ist, seine Aktivitäten jedoch aufgrund der Anwesenheit von Intelligenz erheblich von den Aktivitäten anderer Organismen abweichen und er dennoch ein integraler Bestandteil der Natur ist nicht sein „König“.

Kurze Beschreibung der chemischen Zusammensetzung lebender Materie

Lebende Materie ist ein komplexes System aus bioorganischen, organischen und anorganischen Verbindungen. Fast alle dem Menschen bekannten stabilen chemischen Elemente kamen in lebender Materie vor, allerdings in unterschiedlichen Mengen. Diese werden aufgrund ihrer Rolle in lebenden Organismen in biogene und nicht-biogene unterteilt.

Die Grundlage lebender Materie sind bioorganische und organische Verbindungen. Zu den bioorganischen Substanzen zählen Nukleinsäuren, Vitamine usw. Diese Stoffe werden als bioorganisch bezeichnet, weil diese Verbindungen in Organismen produziert werden und ohne diese Stoffe ein Leben grundsätzlich nicht möglich ist (dies gilt insbesondere für Proteine ​​und Nukleinsäuren). Ein Beispiel für organische Substanzen, aus denen lebende Materie besteht, sind organische Säuren (Äpfelsäure, Essigsäure, Milchsäure usw.), Harnstoff und andere chemische Verbindungen.

Allgemeine Merkmale zellulärer Organismen, ihre Klassifizierung nach dem Vorhandensein eines Zellkerns in der Zelle

Zelluläre Organismen überwiegen gegenüber nichtzellulären und weisen eine komplexe Klassifizierung auf. Bei der Untersuchung der Zellstruktur wurde festgestellt, dass die meisten zellulären Organismen notwendigerweise ein spezielles Organell enthalten – den Zellkern. In den Zellen einiger Organismen gibt es jedoch keinen Zellkern. Daher werden zelluläre Organismen in zwei große Gruppen eingeteilt – nukleare (oder Eukaryoten) und nichtnukleare (oder Prokaryoten). In diesem Unterabschnitt betrachten wir Prokaryoten.

Prokaryoten (kernfrei) sind Organismen, deren Zellen keinen separat gebildeten Kern haben.

Zu den nichtnuklearen Organismen gehören Bakterien und Blaualgen, die das Königreich Drobyanka bilden, das Teil des Superreichs Prenuclear oder Prokaryoten ist. In der Praxis sind Bakterien von größter Bedeutung.

Der Bakterienkörper besteht aus einer Zelle unterschiedlicher Form, die über eine Membran und ein Zytoplasma verfügt. Es gibt keine klar definierten Organellen; eine Zelle enthält ein DNA-Molekül; es ist ringförmig geschlossen, seine Lage im Zytoplasma wird Nukleoid genannt.

Basierend auf der Form der Zelle werden Bakterien in Kokken (kugelförmig), Bazillen (stäbchenförmig), Vibrios (bogenförmig) und Spirillen (spiralförmig gebogen) unterteilt.

Bakterien vermehren sich durch normale Teilung (unter günstigen Bedingungen dauert jede Teilung 20 bis 30 Minuten). Bei ungünstigen Bedingungen verwandelt sich die Bakterienzelle in eine Spore, die gegenüber verschiedenen Faktoren – Temperatur, Feuchtigkeit, Strahlung – sehr resistent ist. Unter günstigen Bedingungen schwellen die Sporen an, ihre Membranen platzen und die Bakterienzellen werden lebenswichtig aktiv.

In Bezug auf Sauerstoff unterscheiden sie zwischen anaerob (sie leben in Umgebungen, in denen es keinen molekularen Sauerstoff gibt) und aerob (sie benötigen O2 für ihr Leben); es gibt auch Bakterien, die sowohl in aerober als auch in anaerober Umgebung leben können.

Art, ihre Kriterien und ökologischen Eigenschaften

Lebewesen in der Natur existieren in Form separater diskreter taxonomischer Einheiten – Arten (biologische Arten).

Biologische Arten (Arten) – eine Reihe von Individuen, die gemeinsame morphophysiologische Merkmale, biochemische, genetische (erbliche) Ähnlichkeit aufweisen, sich frei miteinander kreuzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen, an ähnliche Lebensbedingungen angepasst sind und einen bestimmten Lebensraum (Verbreitungsgebiet) besetzen ) in der Natur, d. h. sie besetzen dieselbe ökologische Nische.

Arten werden durch Populationen und Unterarten gebildet (letzteres ist nicht für alle Arten typisch). Die biologische Art zeichnet sich durch folgende Kriterien aus:

1) genetisch, d.h. alle Individuen einer bestimmten Art haben den gleichen Chromosomensatz;

2) biochemisch, d. h. alle Individuen dieser Art zeichnen sich durch die gleichen chemischen Verbindungen (, Nukleinsäuren usw.) aus, die sich von ähnlichen Verbindungen anderer Arten unterscheiden;

3) morphophysiologisch, d.h. Organismen derselben Art haben gemeinsame Merkmale der äußeren und inneren Struktur und zeichnen sich durch dieselben Prozesse aus, die ihre Lebensaktivität sicherstellen;

4) ökologisch, d.h. Individuen einer bestimmten Art gehen die gleichen (anders als andere Arten) Beziehungen zur natürlichen Umwelt ein;

5) historisch – Individuen einer bestimmten Art haben den gleichen Ursprung und durchlaufen im Prozess der intrauterinen Entwicklung gemäß dem biogenetischen Gesetz denselben Zyklus dieser Entwicklung;

6) geografisch – Individuen einer bestimmten Art leben in einem bestimmten Gebiet und sind an die Existenz in diesem Gebiet angepasst.

In der Wissenschaft der „Ökologie“ werden häufig die folgenden Varianten des Begriffs „Art“ verwendet.

1. Eine schädliche Art – die dem Menschen wirtschaftlichen Schaden zufügt oder Krankheiten verursacht; das Konzept ist relativ, da jede auf dem Planeten lebende Art eine bestimmte ökologische Nische einnimmt und eine bestimmte ökologische Rolle spielt; Beispielsweise kann ein Wolf der menschlichen Wirtschaftstätigkeit großen Schaden zufügen, aber er ist der „Ordner“ der Natur und spielt eine große Rolle bei der „Ausmerzung“ nicht lebensfähiger Individuen der Art, von der er sich ernährt.

2. Eine ausgestorbene Art ist eine Art, die aufgrund evolutionärer Prozesse verschwunden ist, zum Beispiel der Flugsaurier.

3. Eine gefährdete Art ist eine Art, deren Eigenschaften nicht den modernen Existenzbedingungen entsprechen und deren genetische Fähigkeiten zur Anpassung an das Leben unter neuen Bedingungen praktisch erschöpft sind; Solche Arten können nur durch ihre vollständige Kultivierung (im Roten Buch aufgeführt) erhalten bleiben.

4. Gefährdete Arten – eine Art von Organismen, die vom Aussterben bedroht sind, weil die Anzahl der überlebenden Individuen für die Fortpflanzung der Art nicht ausreicht, die Art jedoch genetisch günstige Möglichkeiten zur Anpassung an Umweltbedingungen hat (aufgeführt in der Liste). Rotes Buch als bedrohte Art).

5. Geschützte Arten – eine Art, deren vorsätzliche Schädigung von Einzelpersonen und Verletzung ihres Lebensraums durch bestimmte Rechtsakte unterschiedlichen Ranges (international, staatlich, lokal) verboten ist, zum Beispiel Zobel usw.

Die Struktur einer Art besteht darin, dass sie aus einzelnen Individuen besteht, die in Populationen und Unterarten vereint sind. Das Vorkommen von Unterarten ist nur für Arten typisch, die über große Lebensräume verfügen, die durch unterschiedliche Bedingungen gekennzeichnet sind.

Eine Population ist eine Gruppe von Individuen einer bestimmten Art, die in der Lage sind, vollwertige Nachkommen zu kreuzen und zu zeugen, und die in einem bestimmten Gebiet leben, das natürliche Grenzen zu anderen Territorien hat, was es schwierig macht, Individuen einer bestimmten Population mit Individuen einer anderen zu kreuzen. Man sollte bedenken, dass die ökologische Einheit einer Art die Population ist.

Populationen verschiedener Arten, die in einem bestimmten Gebiet leben, bilden eine Biozönose, in der diese Populationen durch verschiedene Verbindungen, einschließlich Nahrungsverbindungen, miteinander verbunden sind.

Anorganische Stoffe und ihre Rolle in der lebenden Materie

Lebende Materie besteht wie jede andere Substanz aus Atomen chemischer Elemente, die Teil anorganischer und organischer Verbindungen sind, deren Gesamtheit lebende Materie bildet, die sich qualitativ sowohl von anorganischen als auch organischen einzelnen chemischen Verbindungen unterscheidet.

Anorganische Stoffe sind Stoffe, die keine Kohlenstoffatome enthalten (außer Kohlenstoff selbst, seine Oxide, Kohlensäure, seine Salze, Rhodan, Hydrogenthiocyanat, Thiocyanide, Cyan, Blausäure, Cyanide).

Die Zusammensetzung von Organismen umfasst Wasser, einige Salze von Natrium, Kalium, Kalzium und andere chemische Elemente.

Kurze Beschreibung der Rolle einiger Oxide, Hydroxide und Salze in lebender Materie

Von den Oxiden in Organismen ist Kohlendioxid (Kohlendioxid, Kohlenmonoxid (IV), Kohlendioxid) von großer Bedeutung. Dieser Stoff ist eines der Atmungsprodukte (für alle Organismen!). Beim Auflösen in Wasser (z. B. im Zytoplasma, Blutplasma usw.) bildet Kohlendioxid Kohlensäure, die bei der Dissoziation in Bicarbonationen (HCO 3) und Carbonationen (CO 2-3) zerfällt und entsteht (zusammen) Carbonatpuffersystem, das die Reaktion der Umgebung stabilisiert. Überschüssiges CO 2 wird durch Prozesse aus dem Körper entfernt (in allen Organismen: sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren).

Die wichtigsten in lebender Materie enthaltenen Hydroxide sind Kohlensäure (H 2 CO 3), Phosphorsäure (H 3 PO 4) und einige andere Säuren. Wie oben (am Beispiel der Kohlensäure) angedeutet, tragen diese Hydroxide zur Bildung von Puffersystemen in wässrigen Lösungen bei, was zu einer Stabilisierung der Reaktionsumgebung im Protoplasma oder anderen im Körper enthaltenen flüssigen Medien führt. Phosphorsäure spielt eine große Rolle bei der Bildung verschiedener phosphorhaltiger Verbindungen (z. B. bei der Bildung von ADP aus AMP oder ATP aus ADP; ATP – Adenosintriphosphat, ADP – Adenosindiphosphat, AMP – Adenosinmonophosphat; diese Stoffe spielen eine Rolle wichtige Rolle in den Prozessen der Dissimilation und Assimilation).

Auch Salzsäure (HCl) ist für Organismen wichtig. Es kommt im Magensaft oder in Lösungen vor, die bei der Verdauung von Nahrungsmitteln helfen (z. B. im menschlichen Magen).

In Organismen kommen sie in dissoziiertem Zustand, also in Form von Ionen, vor. Betrachten wir die biologische Rolle einiger Anionen (negativ geladene Ionen) und Kationen (positiv geladene Ionen) in lebender Materie.

Kurze Beschreibung der biologischen Rolle von Kationen

In lebender Materie sind die folgenden Kationen von größter Bedeutung: K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+ und einige andere.

1. Natriumkationen (Na +). Diese Ionen erzeugen einen bestimmten osmotischen Druck (Osmotischer Druck tritt in wässrigen Lösungen auf und ist die Kraft, unter deren Einfluss Osmose stattfindet, d. h. die Diffusion von Substanzen in eine Richtung durch eine semipermeable Membran). Darüber hinaus erzeugen sie zusammen mit Kaliumkationen (K+) aufgrund der unterschiedlichen Durchlässigkeit der Zellmembran ein Membrangleichgewicht, bei dem ein Unterschied in den biochemischen Potentialen auftritt, der die Leitfähigkeit von Zellen und Geweben des Körpers gewährleistet; sind am Wasser- und Ionenstoffwechsel des gesamten Körpers beteiligt. Es gelangt in Form einer wässrigen Natriumchloridlösung in den Körper (die Zelle). Durch das Schwitzen können Tiere und Menschen große Mengen Natriumchlorid verlieren, was ihre Leistungsfähigkeit stark beeinträchtigt. Diese Ionen regulieren zusammen mit einigen organischen und anorganischen Anionen das Säure-Basen-Gleichgewicht (z. B. mit HCO-3-, CH 3 COO-Ionen usw.).

2. K + Kationen. Diese Ionen sorgen zusammen mit Na+-Ionen für ein Membrangleichgewicht. Sie aktivieren die Proteinsynthese und beeinflussen bei höheren Tieren und Menschen den Biorhythmus des Herzens. K+-Ionen sind Bestandteil von Makrodüngern – Kali – und beeinflussen die Produktivität landwirtschaftlicher Pflanzen erheblich.

3. Ca 2+-Kationen. Diese Ionen sind Antagonisten von K + -Ionen (d. h. sie zeigen im Vergleich zu letzteren den gegenteiligen Effekt). Sie sind Teil von Membranstrukturen, bilden Pektinstoffe, die in pflanzlichen Organismen die Interzellularsubstanz bilden. Diese Ionen in der Zusammensetzung von Calciumsalzen sind an der Bildung des wichtigsten Bindegewebes beteiligt – des Knochens, der das Skelett von Wirbeltieren und Menschen sowie einigen anderen Organismen (z. B. Hohltieren usw.) bildet. Sie regulieren die Prozesse der Zellbildung, sind an der Durchführung von Muskelkontraktionen beteiligt und spielen eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung und anderen Prozessen.

4. Mg 2+-Kationen. Die Rolle dieser Ionen ähnelt (in einigen Fällen) der Rolle von Ca 2+ -Ionen und sie sind in bestimmten Anteilen in Organismen enthalten. Darüber hinaus sind Mg 2+-Ionen Teil des wichtigsten photosynthetischen Pflanzenpigments – Chlorophyll –, aktivieren die DNA-Synthese und nehmen am Energiestoffwechsel teil.

5. Fe 2+-Ionen. Sie spielen im Leben vieler Tiere eine wichtige Rolle, da sie Teil des wichtigsten Atmungspigments sind – Hämoglobin, das am Atmungsprozess beteiligt ist. Sie sind Teil des Muskelproteins Myoglobin und nehmen an der Synthese von Chlorophyll teil, d. h. Fe 2+ -Ionen sind die Basis von Verbindungen, durch die viele Redoxprozesse realisiert werden.

6. Ionen Cu 2+, Mn 2+, Cr 3+ und eine Reihe anderer Ionen nehmen auch an Redoxprozessen teil, die in verschiedenen Organismen auftreten (diese Ionen sind Teil komplexer metallorganischer Verbindungen).

Kurze Beschreibung der biologischen Rolle einiger Anionen

Die wichtigsten Anionen sind H 2 PO - 4, HPO 2-4, Cl -, I -, PO 3-4, Br -, F -, HCO - 3, NO - 3, SO 2-4 und eine Reihe anderer Betrachten wir kurz die Rolle einiger dieser Ionen in verschiedenen Organismen.

1. Nitrat- und Nitritionen (NO - 3 bzw. NO - 2).

Stickstoffhaltige Ionen spielen in pflanzlichen Organismen eine wichtige Rolle, da sie gebundenen Stickstoff enthalten und (zusammen mit Ammoniumkationen - NH + 4) für die Synthese stickstoffhaltiger „Lebensstoffe“ – Proteine ​​und Nukleinsäuren – verwendet werden. Wenn ein Überschuss dieser Ionen in den Pflanzenkörper gelangt, reichern sie sich dort an und können beim Eindringen (als Bestandteil der Nahrung) in den Körper von Mensch und Tier Störungen im Stoffwechsel dieser Organismen verursachen („Nitrat- und Nitritvergiftung“). Dies macht es erforderlich, Stickstoffdünger bei der Ausbringung auf den Boden optimal zu nutzen.

2. Hydro- und Dihydrogenphosphationen (HPO 2-4 bzw. H 2 PO 4).

Diese Ionen sind am Stoffwechsel beteiligt und für die Synthese von Nukleinsäuren, Mono-, Di- und Triadenosinphosphaten notwendig, die eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel und der Synthese organischer Substanzen in verschiedenen Organismen (Pflanzen, Tiere usw.) spielen. . Diese Ionen sind an der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts beteiligt und sorgen für die Konstanz der Reaktion der Umgebung innerhalb bestimmter Grenzen.

3. Sulfationen (SO 2 4) sind eine Schwefelquelle, die für die Synthese schwefelhaltiger natürlicher Alpha-Aminosäuren erforderlich ist, die bei der Herstellung von Proteinen verwendet werden. Notwendig für die Synthese bestimmter Vitamine und Enzyme (in pflanzlichen Organismen). In tierischen Organismen sind Sulfationen ein Produkt von Neutralisierungsreaktionen chemischer Verbindungen, die in der Leber gebildet werden.

4. Halogenidionen (Cl – Chloridionen, Br – Bromidionen, I – Iodidionen, F – Fluoridionen). Sie sind Gegenionen für Kationen (insbesondere Cl-), das heißt, sie bilden mit Kationen ein neutrales System. Das Ionensystem (Kationen und Anionen) erzeugt zusammen mit Wasser osmotischen Druck und Turgor; Chloridionen sind Makroelemente für Tiere und die restlichen Halogenidionen sind Mikroelemente, d. h. für jeden Organismus in kleinen (Mikro-)Mengen notwendig. Die Bedeutung von Jodidionen besteht darin, dass sie Teil des wichtigsten Hormons – Thyroxin – sind und ein Überschuss oder Mangel an diesen Ionen beim Menschen zum Auftreten verschiedener Krankheiten führt (Myxidem und Basedow-Krankheit). Fluoridionen beeinflussen den Stoffwechsel im Knochengewebe der Zähne, Bromidionen sind Teil der in der Hypophyse enthaltenen chemischen Verbindungen.

Allgemeine Eigenschaften und Klassifizierung organischer Verbindungen, aus denen lebende Materie besteht, und ihre ökologische Rolle

Stoffe, die Kohlenstoffatome enthalten (ausgenommen Kohlenstoff, seine Oxide, Kohlensäure, seine Salze, Rhodan, Rhodanwasserstoff, Thiocyanide, Cyan, Cyanwasserstoff, Cyanide, Carbonyle und Carbide), werden als organisch bezeichnet.

Organische Stoffe unterliegen einer sehr komplexen Klassifizierung. Einige dieser Substanzen kommen in Organismen (weder lebend noch tot) nicht vor. Sie wurden künstlich gewonnen und kommen in der Natur nicht vor. Eine Reihe organischer Verbindungen werden von Organismen nicht „assimiliert“, d. h. zersetzt sich in der Natur nicht unter dem Einfluss von Zersetzern und Detritivoren. Zu diesen Verbindungen gehören Polyethylen, SMS (synthetische Reinigungsmittel), einige Pestizide usw. Daher muss bei der Verwendung von durch den Menschen chemisch gewonnenen organischen Substanzen deren Fähigkeit berücksichtigt werden, unter natürlichen Bedingungen verschiedene Umwandlungen zu durchlaufen, d. h. die „Aufnahme“. dieser Stoffe durch die Biosphäre.

Im Körper enthaltene organische Substanzen sind von großer ökologischer Bedeutung; ein Mangel, ein Überschuss oder ein Fehlen einer bestimmten Substanz führt entweder zu verschiedenen Krankheiten oder zum Absterben des Organismus. Die wichtigsten sind Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Fette und Vitamine.

Die materielle Zusammensetzung der Biosphäre ist vielfältig. Wernadskij identifiziert sieben zutiefst heterogene Teile.Die folgenden Hauptangebote werden derzeit angeboten

· Lebende Materie , gebildet aus einer Ansammlung von Organismen;

· Knochensubstanz ist nicht lebend und wird ohne Beteiligung lebender Organismen (fest, flüssig, gasförmig) gebildet. Grundgesteine, vulkanische Lava, Meteoriten);

· Bioknochensubstanz ist eine Kombination aus lebender und Knochensubstanz, d.h. Knochenmaterial, das von lebenden Organismen (Wasser, Boden, Schlick, Verwitterungskruste) umgewandelt wird

· Nährstoffe sind Stoffe, die für die Existenz lebender Organismen notwendig sind , das während der Lebensaktivität von Organismen entsteht (atmosphärische Gase, Kohle, Kalkstein).)

· Radioaktiver Zerfallsstoff

· Verstreute Atome terrestrischer Materie und kosmischer Strahlung

· Stoffe kosmischen Ursprungs in Form von Meteoriten und kosmischem Staub.

Das Lebendige kommt nur vom Lebendigen; es gibt eine scharfe Grenze zwischen ihnen, obwohl sie ständig interagieren.

Eines der zentralen Bindeglieder des Biosphärenbegriffs ist die Lehre von der lebenden Materie. Wernadskij formuliert die Definition der lebenden Materie. Wernadskij bezeichnete lebende Materie als eine Form extremer Aktivität.

Die lebende Materie der Biosphäre ist eine Ansammlung lebender Organismen. Der Hauptzweck lebender Materie ist die Ansammlung freier Energie. Was die Energiereserven betrifft, kann nur Lava, die bei Vulkanausbrüchen entsteht, mit lebender Materie konkurrieren.

Beachten wir die wichtigsten, im Wesentlichen einzigartigen Eigenschaften lebender Materie:

1. Fähigkeit, schnell den gesamten verfügbaren Platz zu belegen . Wernadskij nannte diese Eigenschaft „Alles im Leben“. Die Fähigkeit zur schnellen Raumentwicklung ist mit der Intensität der Reproduktion verbunden.

2. Bewegung ist nicht nur passiv (unter dem Einfluss der Schwerkraft, Gravitationskräfte), aber auch aktiv(gegen die Strömung, Schwerkraft, Luftströmungen)

3. Hohe Stabilität während des Lebens, schnelle Zersetzung nach dem Tod

4. Hohe Anpassungsfähigkeit (Anpassung) an verschiedene Bedingungen und damit verbunden die Entwicklung aller Lebenswelten

5. Hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit der Verarbeitung einer Substanz durch Organismen im Lebensprozess. Die Nahrungsaufnahme beträgt das 100- bis 200-fache des Körpergewichts

6. Hohe Erneuerungsrate lebender Materie Die lebende Materie der Biosphäre erneuert sich alle 8 Jahre, wobei es an Land 14 Jahre und in Ozeanen 33 Tage dauert. Aufgrund dieser Eigenschaft beträgt die Gesamtmasse der lebenden Materie, die die Biosphäre durchquert, etwa das 12-fache der Masse der Erde. Ein kleiner Teil davon bleibt in Form organischer Rückstände erhalten, der Rest wird in die Kreislaufprozesse einbezogen.

Sämtliche Aktivität lebender Materie in der Biosphäre kann auf mehrere grundlegende Funktionen reduziert werden. Wernadskij identifizierte 9, aber derzeit wurden die Namen dieser Funktionen leicht geändert und einige von ihnen wurden zusammengefasst. Klassifikation vorgeschlagen von A.V. Lapo (1987)

1. Energie. Verbunden mit der Speicherung von Energie während der Photosynthese, ihrer Übertragung durch Nahrungsketten und ihrer Dissipation.

2. Gas . Die Fähigkeit, eine bestimmte Gaszusammensetzung des Lebensraums und der Atmosphäre insgesamt zu verändern und aufrechtzuerhalten. Die Biosphäre führt zwei globale Prozesse durch, die die Gaszusammensetzung der Atmosphäre bestimmen: die Freisetzung von Sauerstoff und die Aufnahme von Kohlendioxid bei der Photosynthese sowie die Aufnahme von Sauerstoff und die Freisetzung von Kohlendioxid bei der Atmung. Diese Prozesse gewährleisten die relative Konstanz der beiden Gase in der Atmosphäre, die die einzigartigen Bedingungen der Erde bestimmen. Dank des Kohlendioxids in der Erdatmosphäre wird daher der sogenannte Treibhauseffekt beobachtet, der die täglichen Temperaturschwankungen erheblich abschwächt. Sauerstoff spielt nicht nur die Rolle eines wichtigen Oxidationsmittels. In Höhen von etwa dreißig Kilometern absorbiert es aktiv schädliche ultraviolette Strahlen. Der aktuelle CO2-Gehalt in der Atmosphäre beträgt 0,03 % O2-21 %. Es sind zwei Wendepunkte (Pasteur-Punkte) in der Entwicklung der Biosphäre festzustellen. 1. Pasteur-Punkt – wenn der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre 1 % des aktuellen Niveaus erreicht hat. Dies führte zur Entstehung aerober Organismen, d.h. in der Lage, in sauerstoffhaltigen Umgebungen zu leben. Dies geschah vor 1,2 Milliarden Jahren. 2. Pasteur-Punkt – 10 % des aktuellen Niveaus. Dadurch wurden die Voraussetzungen für die Bildung der Ozonschicht in den oberen Schichten der Atmosphäre geschaffen und es wurden Bedingungen geschaffen, damit Organismen das Land erreichen können (davor war Wasser ein Schutzschirm vor schädlichen ultravioletten Strahlen).

3. Redox . Intensivierung von Oxidationsprozessen durch Anreicherung der Umwelt mit Sauerstoff und Wiederherstellung der lebenswichtigen Aktivität von Organismen. Dank Enzymen laufen Redoxreaktionen in lebenden Organismen deutlich schneller ab als die Reaktionen in den geologischen Hüllen des Planeten.

4. Konzentration. Die Fähigkeit lebender Organismen, chemische Elemente in ihrem Körper anzusammeln. Das Ergebnis dieser Funktion sind Mineralablagerungen. Der Kohlenstoffgehalt in Kohle ist in der Konzentration am höchsten. Öl ist ein unter hohem Druck stehendes Konzentrat aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Phosphor reichert sich in den Knochen von Wirbeltieren (Apatiten) an. Kreideablagerungen sind tierischen Ursprungs. Sie entstehen durch eine Ansammlung mikroskopisch kleiner Kalkschalen mariner Amöben. Im Laufe von Millionen von Jahren kristallisieren Kreideablagerungen allmählich und verwandeln sich in Kalkstein und Marmor.

5. destruktiv . Zerstörung von Knochensubstanz und Resten organischer Substanzen durch Organismen und deren Stoffwechselprodukte. Es ist mit der Zirkulation von Stoffen (Pilzen und Bakterien) verbunden, wodurch es zu einer Mineralisierung organischer Stoffe und ihrer Umwandlung in inerte Stoffe kommt.

6. Transport . Übertragung von Stoffen und Energie durch die aktive Bewegungsform von Organismen. (Migrationen und Migrationen).

7. Umweltbildend . Eine natürliche Umgebung schaffen und ihre Parameter in einem relativ stabilen Zustand halten. Bodenbildungsprozess, Humus.

8. Streuung . Energieverlust über trophische Ebenen hinweg, Tod von Organismen bei Bewegung im Weltraum, Wechsel der Deckung.

Sehr wichtig Informationsfunktion– lebende Organismen und ihre Gemeinschaften sammeln bestimmte Informationen, festigen sie in erblichen Strukturen und geben sie an nachfolgende Generationen weiter.

"An terrestrisch Oberflächen Nein chemisch Stärke, mehr ständig aktuell, A Deshalb Und mehr mächtig Von sein Finale Folgen, Wie lebendig Organismen, genommen V Im Algemeinen", - schrieb V.I. Wernadski über die lebende Materie der Biosphäre.

Lebende Materie erfüllt laut Wernadskij eine kosmische Funktion, indem sie die Erde mit dem Weltraum verbindet und den Prozess der Photosynthese durchführt. Mithilfe der Sonnenenergie verrichtet lebende Materie enorme chemische Arbeit.

Laut Wernadskij, der in seinem berühmten Buch „Biosphäre“ erstmals die Funktionen lebender Materie untersuchte, gibt es neun solcher Funktionen: Gas, Sauerstoff, Oxidation, Kalzium, Reduktion, Konzentration, die Funktion der Zerstörung organischer Verbindungen, die Funktion der Reduktion Zersetzung, die Funktion des Stoffwechsels und der Atmung von Organismen.

Derzeit werden unter Berücksichtigung neuer Forschungsergebnisse folgende Funktionen unterschieden.

Energiefunktion

Absorption von Sonnenenergie bei der Photosynthese und chemischer Energie beim Abbau energiegesättigter Stoffe, Energieübertragung durch Nahrungsketten.

Infolgedessen besteht ein Zusammenhang zwischen biosphärenplanetaren Phänomenen und kosmischer Strahlung, hauptsächlich Sonnenstrahlung. Aufgrund der angesammelten Sonnenenergie entstehen alle Lebensphänomene auf der Erde. Nicht umsonst bezeichnete Wernadskij grüne Chlorophyllorganismen als den Hauptmechanismus der Biosphäre.

Die aufgenommene Energie wird innerhalb des Ökosystems in Form von Nahrung an lebende Organismen verteilt. Die Energie wird teilweise in Form von Wärme abgegeben, teilweise reichert sie sich in toter organischer Substanz an und geht in einen fossilen Zustand über. So entstanden Vorkommen von Torf, Kohle, Öl und anderen brennbaren Mineralien.

Zerstörerische Funktion

Diese Funktion besteht aus der Zersetzung, der Mineralisierung abgestorbener organischer Stoffe, der chemischen Zersetzung von Gesteinen und der Einbindung der entstehenden Mineralien in den biotischen Kreislauf, d. h. bewirkt die Umwandlung lebender Materie in träge Materie. Dadurch entsteht auch biogene und bioinerte Materie der Biosphäre.

Besonders hervorzuheben ist die chemische Zersetzung von Gesteinen. "Wir Nicht wir haben An Erde mehr mächtig Brecher Gegenstand, Wie lebendig Substanz", schrieb Wernadski. Pioniere

Leben auf Gesteinen – Bakterien, Blaualgen, Pilze und Flechten – haben eine starke chemische Wirkung auf Gesteine ​​mit Lösungen eines ganzen Komplexes von Säuren – Kohlensäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und verschiedenen organischen Säuren. Durch die Zersetzung bestimmter Mineralien mit ihrer Hilfe extrahieren Organismen selektiv die wichtigsten Nährstoffe – Kalzium, Kalium, Natrium, Phosphor, Silizium und Mikroelemente – und nehmen sie in den biotischen Kreislauf auf.

Konzentrationsfunktion

Unter diesem Begriff versteht man die selektive Anreicherung bestimmter Arten von Stoffen zum Aufbau des Organismus im Laufe des Lebens oder solche, die ihm im Stoffwechsel entzogen werden. Durch die Konzentrationsfunktion extrahieren und akkumulieren lebende Organismen biogene Elemente aus der Umwelt. Die Zusammensetzung lebender Materie wird von Atomen leichter Elemente dominiert: Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Natrium, Magnesium, Silizium, Schwefel, Chlor, Kalium, Kalzium. Die Konzentration dieser Elemente im Körper lebender Organismen ist hunderte und tausende Male höher als in der äußeren Umgebung. Dies erklärt die Heterogenität der chemischen Zusammensetzung der Biosphäre und ihren signifikanten Unterschied zur Zusammensetzung der unbelebten Materie des Planeten. Zusammen mit der Konzentrationsfunktion eines lebenden Organismus wird den Ergebnissen zufolge eine ihr entgegengesetzte Substanz freigesetzt - Streuung. Es manifestiert sich durch die trophischen und Transportaktivitäten von Organismen. Zum Beispiel die Zerstreuung von Materie, wenn Organismen Exkremente ausscheiden, der Tod von Organismen bei verschiedenen Arten von Bewegungen im Raum oder Veränderungen der Haut. Eisen im Bluthämoglobin wird beispielsweise durch blutsaugende Insekten verteilt.

Umweltbildende Funktion

Umwandlung physikalischer und chemischer Parameter der Umwelt (Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre) als Folge lebenswichtiger Prozesse in für die Existenz von Organismen günstige Bedingungen. Diese Funktion ist ein gemeinsames Ergebnis der oben diskutierten Funktionen der lebenden Materie: Die Energiefunktion versorgt alle Glieder des biologischen Kreislaufs mit Energie; zerstörerisch und Konzentration tragen zur Extraktion aus der natürlichen Umgebung und zur Ansammlung verstreuter, aber für lebende Organismen lebenswichtiger Elemente bei. Es ist sehr wichtig anzumerken, dass infolge der umweltbildenden Funktion die folgenden wichtigen Ereignisse in der geografischen Hülle stattfanden: Die Gaszusammensetzung der Primäratmosphäre veränderte sich, die chemische Zusammensetzung des Wassers des Primärozeans änderte sich u. a In der Lithosphäre bildete sich eine Schicht aus Sedimentgesteinen und auf der Landoberfläche entstand eine fruchtbare Bodendecke. "Organismus Es hat Fall mit Umfeld, Zu welche Nicht nur Er angepasst, Aber welche angepasst Zu ihn", - so charakterisierte Wernadskij die umweltbildende Funktion lebender Materie.

Die vier betrachteten Funktionen der lebenden Materie sind die wichtigsten, bestimmenden Funktionen. Es lassen sich einige weitere Funktionen lebender Materie unterscheiden, zum Beispiel:

- Gas Funktion bestimmt die Wanderung von Gasen und deren Umwandlungen, sorgt für die Gaszusammensetzung der Biosphäre. Die überwiegende Masse der Gase auf der Erde ist biogenen Ursprungs. Im Funktionsprozess lebender Materie entstehen die wichtigsten Gase: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Methan usw. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Gasfunktion eine Kombination aus zwei grundlegenden Funktionen ist – zerstörerisch und umweltbildend ;

- oxidativ - erholsam Funktion besteht in der chemischen Umwandlung hauptsächlich solcher Stoffe, die Atome mit variabler Oxidationsstufe enthalten (Verbindungen von Eisen, Mangan, Stickstoff usw.). Gleichzeitig herrschen auf der Erdoberfläche biogene Oxidations- und Reduktionsprozesse vor. Typischerweise manifestiert sich die oxidative Funktion lebender Materie in der Biosphäre in der Umwandlung relativ sauerstoffarmer Verbindungen im Boden, in der Verwitterungskruste und in der Hydrosphäre durch Bakterien und einige Pilze in sauerstoffreichere Verbindungen. Die reduzierende Funktion wird durch die Bildung von Sulfaten direkt oder durch biogenen Schwefelwasserstoff ausgeübt, der von verschiedenen Bakterien produziert wird. Und hier sehen wir, dass diese Funktion eine der Manifestationen der umweltbildenden Funktion lebender Materie ist;

- Transport Funktion - Stofftransport entgegen der Schwerkraft und in horizontaler Richtung. Seit Newton ist bekannt, dass die Bewegung der Materieströme auf unserem Planeten durch die Schwerkraft bestimmt wird. Die unbelebte Materie selbst bewegt sich entlang einer schiefen Ebene ausschließlich von oben nach unten. Nur in diese Richtung bewegen sich Flüsse, Gletscher, Lawinen und Geröllhalden.

Lebende Materie ist der einzige Faktor, der die umgekehrte Bewegung der Materie bestimmt – von unten nach oben, vom Ozean – zu den Kontinenten.

Durch aktive Bewegung können lebende Organismen verschiedene Stoffe oder Atome in horizontaler Richtung bewegen, beispielsweise durch verschiedene Arten von Wanderungen. Wernadskij bezeichnete die Bewegung oder Migration chemischer Substanzen als lebende Materie biogen Migration Atome oder Substanzen.

Die Masse der lebenden Materie beträgt nur 0,01 % der Masse der gesamten Biosphäre. Dennoch ist die lebende Materie der Biosphäre ihr wichtigster Bestandteil.

Die größte Konzentration des Lebens in der Biosphäre wird an den Kontaktgrenzen zwischen den Erdschalen beobachtet: der Atmosphäre und der Lithosphäre (Landoberfläche), der Atmosphäre und der Hydrosphäre (Ozeanoberfläche) und insbesondere an den Grenzen von drei Schalen – der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre (Küstenzonen). Dies sind die Orte mit der größten Konzentration des Lebens V.I. Wernadskij nannte sie „Filme des Lebens“. Auf und ab dieser Oberflächen nimmt die Konzentration lebender Materie ab.

Alle von der Ökologie untersuchten Systeme umfassen biotische Komponenten, die zusammen lebende Materie bilden.

Der Begriff „lebende Materie“ wurde von W. I. Wernadskij in die Literatur eingeführt, womit er die Gesamtheit aller lebenden Organismen, ausgedrückt durch Masse, Energie und chemische Zusammensetzung, verstand. Das Leben auf der Erde ist der herausragendste Prozess auf ihrer Oberfläche. Es empfängt die lebensspendende Energie der Sonne und setzt fast alle chemischen Elemente des Periodensystems in Bewegung.

Nach modernen Schätzungen beträgt die Gesamtmasse der lebenden Materie in der Biosphäre etwa 2400 Milliarden Tonnen (Tabelle).

Tabelle Gesamtmasse der lebenden Materie in der Biosphäre

Die Masse der lebenden Materie auf der Oberfläche der Kontinente ist 800-mal größer als die Biomasse der Weltmeere. Auf der Oberfläche von Kontinenten überwiegen Pflanzen deutlich gegenüber Tieren. Im Ozean sehen wir den umgekehrten Zusammenhang: 93,7 % der Biomasse des Meeres stammt von Tieren. Dies liegt vor allem daran, dass die Meeresumwelt die günstigsten Bedingungen für die Tierernährung bietet. Die kleinsten pflanzlichen Organismen, aus denen das Phytoplankton besteht und in der beleuchteten Zone der Meere und Ozeane leben, werden von Meerestieren schnell gefressen, und so verschiebt der Übergang organischer Substanzen von der Pflanzen- zur Tierform die Biomasse stark in Richtung der Vorherrschaft der Tiere.

Die gesamte lebende Materie nimmt in ihrer Masse im Vergleich zu den oberen Geosphären der Erde einen unbedeutenden Platz ein. Beispielsweise ist die Masse der Atmosphäre 2150-mal größer, die Hydrosphäre ist 602.000-mal größer und die Erdkruste ist 1.670.000-mal größer.

Allerdings nimmt lebende Materie hinsichtlich ihrer aktiven Wirkung auf die Umwelt eine Sonderstellung ein und unterscheidet sich qualitativ stark von anderen anorganischen Naturgebilden, aus denen die Biosphäre besteht. Dies liegt vor allem daran, dass lebende Organismen dank biologischer Katalysatoren (Enzyme) nach den Worten des Akademiemitglieds L.S. Berg, aus physikalisch-chemischer Sicht etwas Unglaubliches. Sie sind beispielsweise in der Lage, molekularen Stickstoff aus der Atmosphäre in ihrem Körper bei Temperaturen und Drücken zu binden, die für die natürliche Umgebung typisch sind.

Unter industriellen Bedingungen erfordert die Bindung von Luftstickstoff zu Ammoniak (NH 3) eine Temperatur von etwa 500 °C und einen Druck von 300–500 Atmosphären. In lebenden Organismen erhöht sich die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen im Stoffwechsel um mehrere Größenordnungen.

IN UND. In diesem Zusammenhang bezeichnete Wernadskij lebende Materie als eine Form extrem aktivierter Materie.

Zu den Haupteigenschaften von Lebewesen gehören: 1. Einheit X chemische Zusammensetzung. Lebewesen bestehen aus den gleichen chemischen Elementen wie unbelebte, aber Organismen enthalten Moleküle von Substanzen, die nur für Lebewesen charakteristisch sind (Nukleinsäuren, Proteine, Lipide). 2. Diskretion und Integrität. Jedes biologische System (Zelle, Organismus, Art usw.) besteht aus einzelnen Teilen, d.h. diskret. Das Zusammenspiel dieser Teile bildet ein integrales System (zum Beispiel umfasst der Körper einzelne Organe, die strukturell und funktionell zu einem Ganzen verbunden sind). 3. Strukturelle Organisation. Lebende Systeme sind in der Lage, aus der chaotischen Bewegung von Molekülen Ordnung zu schaffen und bestimmte Strukturen zu bilden. Lebewesen zeichnen sich durch Ordnung in Raum und Zeit aus. Hierbei handelt es sich um einen Komplex komplexer selbstregulierender Stoffwechselprozesse, die in einer streng definierten Reihenfolge ablaufen und auf die Aufrechterhaltung einer konstanten inneren Umgebung – der Homöostase – abzielen. 4. Stoffwechsel und Energie. Lebende Organismen sind offene Systeme, die ständig Materie und Energie mit der Umwelt austauschen. Wenn sich die Umweltbedingungen ändern, erfolgt eine Selbstregulierung der Lebensprozesse nach dem Feedback-Prinzip, die darauf abzielt, die Konstanz der inneren Umgebung – Homöostase – wiederherzustellen. Abfallprodukte können beispielsweise eine starke und streng spezifische Hemmwirkung auf jene Enzyme haben, die das erste Glied in einer langen Reaktionskette bildeten. 5. Selbstreproduktion. Selbsterneuerung. Die Lebensdauer jedes biologischen Systems ist begrenzt. Um das Leben zu erhalten, findet ein Prozess der Selbstreproduktion statt, der mit der Bildung neuer Moleküle und Strukturen verbunden ist, die genetische Informationen tragen, die in DNA-Molekülen enthalten sind. 6. Vererbung. Das DNA-Molekül ist dank des Matrixprinzips der Replikation in der Lage, Erbinformationen zu speichern und zu übertragen und so die materielle Kontinuität zwischen den Generationen sicherzustellen. 7. Variabilität. Bei der Übermittlung erblicher Informationen kommt es manchmal zu verschiedenen Abweichungen, die zu Veränderungen der Merkmale und Eigenschaften der Nachkommen führen. Wenn diese Veränderungen das Leben begünstigen, können sie durch Selektion behoben werden. 8. Wachstum und Entwicklung. Organismen erben bestimmte genetische Informationen über die Möglichkeit, bestimmte Eigenschaften zu entwickeln. Die Umsetzung von Informationen erfolgt während der individuellen Entwicklung – der Ontogenese. In einem bestimmten Stadium der Ontogenese wächst der Körper, verbunden mit der Reproduktion von Molekülen, Zellen und anderen biologischen Strukturen. Wachstum geht mit Entwicklung einher. 9. Reizbarkeit und Bewegung. Aufgrund der Eigenschaft der Reizbarkeit reagieren alle Lebewesen selektiv mit spezifischen Reaktionen auf äußere Einflüsse. Organismen reagieren auf Reize mit Bewegung. Die Ausprägung der Bewegungsform hängt von der Struktur des Körpers ab.

Zu den wichtigsten Alleinstellungsmerkmalen lebender Materie, was sein Hoch bestimmt transformative Aktivitäten, kann zugeschrieben werden auf:

1. Fähigkeit, schnell freien Speicherplatz zu belegen , was sowohl mit einer intensiven Fortpflanzung als auch mit der Fähigkeit von Organismen verbunden ist, die Oberfläche ihres Körpers oder der von ihnen gebildeten Gemeinschaften intensiv zu vergrößern ( Fülle Leben ).

2. Bewegung ist nicht nur passiv (unter dem Einfluss der Schwerkraft) , aber auch aktiv. Zum Beispiel gegen den Wasserfluss, die Schwerkraft, Luftströmungen.

3. Stabilität während des Lebens und schnelle Zersetzung nach dem Tod (Einbindung in die Zyklen) unter Beibehaltung einer hohen physikalisch-chemischen Aktivität.

4. Hohe Anpassungsfähigkeit (Anpassung) an verschiedene Bedingungen und damit verbunden die Entwicklung nicht nur aller Lebensumgebungen (Wasser, Land-Luft, Boden), sondern auch äußerst schwieriger hinsichtlich physikalischer und chemischer Parameter.

5. Phänomenal hohe Geschwindigkeit chemischer Reaktionen . Sie ist um mehrere Größenordnungen größer als in der unbelebten Natur. Diese Eigenschaft kann anhand der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Substanz durch Organismen im Lebensprozess beurteilt werden. Beispielsweise verarbeiten die Raupen mancher Insekten pro Tag eine Stoffmenge, die dem 100- bis 200-fachen ihres Körpergewichts entspricht.

6. Hohe Erneuerungsrate lebender Materie . Es wird geschätzt, dass sie in der Biosphäre im Durchschnitt etwa 8 Jahre beträgt (an Land sind es 14 Jahre und im Ozean, wo Organismen mit kurzer Lebensdauer vorherrschen, sind es 33 Tage).

7. Vielzahl von Formen, Größen und chemischen Optionen , viele Kontraste in unbelebter, träger Materie deutlich übertreffend.

8. Individualität (Es gibt keine identischen Arten und nicht einmal Individuen auf der Welt).

Alle aufgeführten und weiteren Eigenschaften lebender Materie werden durch die Konzentration großer Energiereserven in ihr bestimmt. IN UND. Wernadskij stellte fest, dass nur Lava, die bei Vulkanausbrüchen entsteht, hinsichtlich der Energiesättigung mit lebender Materie konkurrieren kann

Funktionen lebender Materie. Alle Aktivitäten lebender Materie in der Biosphäre können mit einem gewissen Maß an Konvention auf mehrere grundlegende Funktionen reduziert werden, die das Verständnis ihrer transformativen biosphärengeologischen Aktivität erheblich ergänzen können.

1. Energie . Diese eine der wichtigsten Funktionen ist mit der Speicherung von Energie während des Photosyntheseprozesses, ihrer Übertragung durch Nahrungsketten und ihrer Verteilung im umgebenden Raum verbunden.

2. Gas – ist mit der Fähigkeit verbunden, eine bestimmte Gaszusammensetzung des Lebensraums und der Atmosphäre insgesamt zu verändern und aufrechtzuerhalten.

3. Redox – ist mit einer Zunahme der Intensität von Prozessen wie Oxidation und Reduktion unter dem Einfluss lebender Materie verbunden.

4. Konzentration – die Fähigkeit von Organismen, dispergierte chemische Elemente in ihrem Körper zu konzentrieren und ihren Gehalt im Vergleich zur Umgebung um mehrere Größenordnungen und im Körper einzelner Organismen um das Millionenfache zu erhöhen. Das Ergebnis der Konzentrationsaktivität sind Ablagerungen brennbarer Mineralien, Kalksteine, Erzvorkommen usw.

5. destruktiv – Zerstörung sowohl der Überreste organischer Substanz selbst als auch inerter Substanzen durch Organismen und die Produkte ihrer Lebenstätigkeit, auch nach ihrem Tod. Der Hauptmechanismus dieser Funktion hängt mit der Stoffzirkulation zusammen. Die wichtigste Rolle spielen dabei niedere Lebensformen – Pilze, Bakterien (Zerstörer, Zersetzer).

6. Transport – Übertragung von Materie und Energie als Ergebnis einer aktiven Bewegungsform von Organismen. Oftmals erfolgt eine solche Übertragung über enorme Entfernungen, beispielsweise bei Wanderungen und Tierwanderungen.

7. Umweltbildend . Diese Funktion stellt größtenteils das Ergebnis der kombinierten Wirkung anderer Funktionen dar. Letztendlich ist es mit der Veränderung der physikalischen und chemischen Parameter der Umwelt verbunden. Diese Funktion kann im weiteren und engeren Sinne betrachtet werden. Das Ergebnis dieser Funktion ist im weitesten Sinne die gesamte natürliche Umwelt. Es wurde von lebenden Organismen geschaffen und hält seine Parameter in fast allen Geosphären in einem relativ stabilen Zustand. Im engeren Sinne manifestiert sich die umweltbildende Funktion lebender Materie beispielsweise in der Bildung und Erhaltung von Böden vor Zerstörung (Erosion), in der Reinigung von Luft und Wasser vor Verschmutzung, in der Verbesserung der Ernährung von Grundwasserquellen, usw.

8. Streuung Funktion entgegengesetzt zur Konzentration. Es manifestiert sich durch die trophischen (Ernährungs-) und Transportaktivitäten von Organismen. Zum Beispiel die Zerstreuung von Materie, wenn Organismen Exkremente ausscheiden, der Tod von Organismen bei verschiedenen Arten von Bewegungen im Raum oder Veränderungen der Haut.

9. Information Die Funktion lebender Materie drückt sich darin aus, dass lebende Organismen und ihre Gemeinschaften Informationen sammeln, in erblichen Strukturen festigen und an nachfolgende Generationen weitergeben. Dies ist eine der Manifestationen von Anpassungsmechanismen.

Trotz der großen Formenvielfalt Alle lebende Materie ist physikalisch und chemisch vereint . Und dies ist eines der Grundgesetze der gesamten organischen Welt – das Gesetz der physikalischen und chemischen Einheit der lebenden Materie. Daraus folgt, dass es keinen physikalischen oder chemischen Wirkstoff gibt, der für einige Organismen tödlich und für andere völlig harmlos wäre. Der Unterschied ist nur quantitativ – manche Organismen sind empfindlicher, andere weniger, manche passen sich schneller an, andere langsamer. In diesem Fall erfolgt die Anpassung im Zuge der natürlichen Selektion, d.h. aufgrund des Todes derjenigen Personen, die sich nicht an die neuen Bedingungen anpassen konnten.

Somit ist die Biosphäre ein komplexes dynamisches System, das durch den Stoffaustausch zwischen lebender Materie und der Umwelt Energie einfängt, akkumuliert und überträgt.