«На земной поверхности нет химической силы , более постоянно действующей , а потому и более могущест­венной по своим конечным последствиям , чем живые организ­мы , взятые в целом» , - писал В. И. Вернадский о живом ве­ществе биосферы.

Живое вещество, по словам Вернадского, выполняет косми­ческую функцию, связывая Землю с космосом и осуществляя процесс фотосинтеза. Используя солнечную энергию, живое ве­щество выполняет гигантскую химическую работу.

По Вернадскому, который впервые рассмотрел функции жи­вого вещества в своей знаменитой книге «Биосфера», таких функций девять: газовая, кислородная, окислительная, кальцие­вая, восстановительная, концентрационная, функция разруше­ния органических соединений, функция восстановительного раз­ложения, функция метаболизма и дыхания организмов.

В настоящее время с учетом новых исследований различают следующие функции.

Энергетическая функция

Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных ве­ществ, передача энергии по пищевым цепям.

В результате осуществляется связь биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Недаром Вернадский назвал зеле­ные хлорофилльные организмы главным механизмом биосферы.

Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмер­шем органическом веществе и переходит в ископаемое состоя­ние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.

Деструктивная функция

Эта функция состоит в разложении, минерализа­ции мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биоти­ческий круговорот, т.е. обусловливает превращение живого ве­щества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.

Особо следует сказать о химическом разложении горных по­род. «Мы не имеем на Земле более могучего дробителя мате­рии , чем живое вещество» , - писал Вернадский. Пионеры

жизни на скалах - бактерии, синезеленые водоросли, грибы и лишайники - оказывают на горные породы сильнейшее хими­ческое воздействие растворами целого комплекса кислот - угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Раз­лагая с их помощью те или иные минералы, организмы избира­тельно извлекают и включают в биотический круговорот важ­нейшие питательные элементы - кальций, калий, натрий, фос­фор, кремний, микроэлементы.

Концентрационная функция

Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построе­ния тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы из­влекают и накапливают биогенные элементы окружающей сре­ды. В составе живого вещества преобладают атомы легких эле­ментов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих эле­ментов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность хими­ческого состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты. Наряду с концентрационной функ­цией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам - рассеивающая . Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Напри­мер, рассеивание вещества при выделении организмами экскре­ментов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рас­сеивается, например, через кровососущих насекомых.

Средообразующая функция

Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате про­цессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для суще­ствования организмов. Эта функция является совместным ре­зультатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья био­логического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов эле­ментов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первич­ной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров. «Ор­ганизм имеет дело со средой , к которой не только он приспо­соблен , но которая приспособлена к нему» , - так характеризо­вал Вернадский средообразующую функцию живого вещества.

Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:

- газовая функция обусловливает миграцию газов и их пре­вращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладаю­щая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В про­цессе функционирования живого вещества создаются основные га­зы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др. Хорошо видно, что газовая функция является совокупностью двух основопо­лагающих функций - деструктивной и средообразующей;

- окислительно - восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, кото­рые содержат атомы с переменной степенью окисления (соеди­нения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восста­новления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторы­ми грибами относительно бедных кислородом соединений в поч­ве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислоро­дом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биоген­ный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из про­явлений средообразующей функции живого вещества;

- транспортная функция - перенос вещества против си­лы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое веще­ство само по себе перемещается по наклонной плоскости исклю­чительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся ре­ки, ледники, лавины, осыпи.

Живое вещество - единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества - снизу вверх, из океана - на континенты.

За счет активного передвижения живые организмы могут пе­ремещать различные вещества или атомы в горизонтальном на­правлении, например за счет различных видов миграций. Пере­мещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества .

Биосфера - это оболочка Земли, заселенная живыми организмами. Организмы живут везде, где им позволяют условия: во всей гидросфере, в верхней части литосферы (до горячих недр) и в нижней части атмосферы (до озонового слоя).

Биосфера является открытой системой , т.к. ей постоянно требуется поступление энергии извне (от Солнца). За счет энергии Солнца в биосфере происходит поток энергии и круговорот веществ.

Живое вещество - это совокупность всех живых организмов на Земле. В живом веществе химические реакции идут очень быстро, поэтому живое вещество очень активно участвует в биогеохимическом круговороте (круговороте веществ и превращении энергии в биосфере).

Биогенное вещество - вещество, создаваемое живыми организмами (уголь, нефть, природный газ, торф, известняк). Биокосное вещество - вещество, в создании которого принимают участие живие организмы (почва, ил). Косное вещество - никак не связанное с живыми организмами (гранит, песок).

Функции живого вещества (материал довольно мутный, многие тесты приходится решать методом исключения) :

• Концентрационная - накопление (аккумулирование) в живых организмах каких-либо элементов. Например, концентрация железа в позвоночных животных гораздо выше, чем в неживой природе; хвощи накапливают кремний.
• Газовая - связана с поглощением и выделением газов. Например, при дыхании поглощается кислород и выделяется углекислый газ, клубеньковые бактерии поглощают азот.
• Окислительно-восстановительная - это работа хемосинтезаторов, часто приводит к отложению в земной коре залежей полезных ископаемых, например, серы, бокситов, железной руды.
• Биохимическая - реакции обмена веществ, происходящие внутри организма.

Выберите один, наиболее правильный вариант. В соответствии с представлениями В. И. Вернадского к биокосным телам природы относят
1) почву
2) полезные ископаемые
3) газы атмосферы
4) животных

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биогеоценоз считают открытой системой, так как в нем постоянно происходит
1) приток энергии
2) саморегуляция
3) круговорот веществ
4) борьба за существование

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биосфера - открытая система, так как в ней
1) используется энергия Солнца
2) однородные условия существования организмов
3) организмы объединены биотическими связями
4) биогеоценозы не имеют четких границ

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из утверждений относятся к живому веществу биосферы?
1) Живое вещество распространено по всей атмосфере.
2) Живое вещество пронизывает всю гидросферу.
3) Одной из функций живого вещества является окислительно-восстановительная функция.
4) Живое вещество распространено в биосфере равномерно.
5) В ходе эволюциии функции живого вещества не изменялись.
6) Живое вещество входит в состав биокосного вещества.

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клубеньковые бактерии, используя молекулярный азот атмосферы для синтеза органических веществ, выполняют в биосфере функцию
1) концентрационную
2) газовую
3) окислительную
4) восстановительную

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. В круговороте веществ и превращении энергии в биосфере наиболее активно участвует
1) кислород
2) живое вещество
3) климат
4) тепло земных недр

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какая функция живого вещества проявляется при поглощении бактериями молекулярного азота из воздуха
1) концентрационная
2) газовая
3) окислительно-восстановительная
4) биохимическая

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Отложения бокситов и железной руды являются результатом функции живого вещества
1) газовой
2) окислительно-восстановительной
3) миграционной
4) биохимической

Ответ

Установите соответствие между полезными ископаемыми и их происхождением: 1) биогенное, 2) абиогенное. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) торф
Б) кварц
В) марганец
Г) известняк
Д) железная руда
Е) нефть

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации В.И. Вернадского: 1) биогенное, 2) косное, 3) биокосное, 4) живое
А) морская соль
Б) морской ёж
В) морской ил
Г) морская корненожка
Д) морской чёрт

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Какая функция живого вещества лежит в основе его способности аккумулировать химические элементы из окружающей среды
1) газовая
2) биогеохимическая
3) концентрационная
4) окислительно-восстановительная

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. К биогенным веществам биосферы относят
1) семена растений
2) споры бактерий
3) каменный уголь
4) вулканический пепел

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации В.И.Вернадского: 1) косное, 2) живое, 3) биокосное
А) речной песок
Б) горная порода
В) морской ил
Г) почва
Д) колония кораллов
Е) плесневые грибы

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клубеньковые бактерии в круговороте веществ биосферы выполняют функцию
1) транспортную
2) биохимическую
3) концентрационную
4) окислительно-восстановительную

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. К концентрационной функции живого вещества биосферы относят
1) образование озонового экрана
2) накопление СО2 в атмосфере
3) образование кислорода при фотосинтезе
4) способность хвощей накапливать кремний

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Биосфера – открытая экосистема, так как она
1) состоит из множества разнообразных экосистем
2) оказывается под влиянием антропогенного фактора
3) включает все сферы земли
4) постоянно использует солнечную энергию

Ответ

Выберите один, наиболее правильный вариант. Верны ли следующие суждения о функциях живого вещества в биосфере? А) Газовая функция живого вещества свойственна в экосистеме только продуцентам. Б) Концентрационная функция живого вещества состоит в выделении организмами конечных продуктов жизнедеятельности.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны

Ответ

Установите соответствие между природным объектом и веществом биосферы, к которому его относят: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) косное. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) базальт
Б) известняк
В) гранит
Г) почва
Д) глина

Ответ

Установите соответствие между природным объектом и веществом биосферы, к которому его относят: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) живое. Запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) нефть
Б) почва
В) торф
Г) морская корненожка
Д) каменный уголь
Е) природный газ

Ответ

Установите соответствие между природными объектами и веществами биосферы: 1) биогенное, 2) косное. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) глина
Б) торф
В) каменный уголь
Г) кварцевый песок
Д) известняк

Ответ

Установите соответствие между процессом и функцией живого: 1) концентрационная, 2) окислительно-восстановительная. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) отложения кальция в раковинах моллюсков
Б) участие углекислого газа для синтеза глюкозы
В) превращение атмосферного азота в нитраты клубеньковыми бактериями
Г) накопление фосфора в эмали зубов
Д) клеточное дыхание
Е) получение энергии для хемосинтеза

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы согласно классификации, В. И. Вернадского: 1) биокосное, 2) косное, 3) живое. Запишите цифры 1-3 в правильном порядке.
А) морская соль
Б) морской ил
В) глина
Г) почва
Д) гранит
Е) двустворчатые моллюски

Ответ

Установите соответствие между природным образованием и веществом биосферы: 1) биогенное, 2) биокосное, 3) косное. Запишите цифры 1, 2, 3 в порядке, соответствующем буквам.
А) известняк
Б) уголь
В) речной ил
Г) базальт
Д) чернозем
Е) торф

Ответ

1) живое вещество
2) биогенное вещество
3) живые организмы
4) бактерии
5) вирусы
6) илы
7) гранит
8) неживое вещество

Ответ

Проанализируйте таблицу «Типы веществ биосферы». Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) живое вещество
2) биогенное вещество
3) неживые тела
4) растения
5) вирусы
6) почвы
7) базальт
8) радиоактивное вещество

Ответ

Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены. (1) Живое вещество биосферы – это совокупность всех организмов, живущих в данный момент на нашей планете. (2) Биогенное вещество образовано организмами и абиогенными процессами одновременно. (3) К биогенному веществу относят уголь, торф, горные породы. (4) Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество, созданное организмами и абиогенными процессами одновременно. (5) Почва – биокосное вещество. (6) Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью. (7) Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

Ответ

Выберите три функции живого вещества биосферы
1) энергетическая
2) пищеварительная
3) дыхательная
4) газовая
5) концентрационная
6) выделительная

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К биогенному веществу биосферы относят
1) каменный уголь
2) почву
3) минералы
4) грунт водоема
5) нефть
6) торф

Ответ

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых отражены функции живого вещества. Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. (1) Живые организмы, выделяя и потребляя разные газы, поддерживают постоянство газового состава атмосферы. (2) Отношения волка и зайца – это отношения хищник-жертва. (3) В телах живых организмов накапливаются разные химические элементы. (4) В процессе жизнедеятельности организмов происходит окисление и восстановление химических соединений. (5) Возникновение и развитие жизни на Земле привело к формированию биосферы.

Ответ

Установите соответствие между примерами и функциями живого вещества биосферы: 1) газовая, 2) энергетическая. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) выделение углекислого газа в процессе дыхания
Б) образование метана при разложении органических веществ
В) преобразование энергии окисления неорганических веществ в энергию химических связей органических веществ
Г) выделение кислорода в процессе фотосинтеза
Д) поглощение кислорода в процессе дыхания
Е) использование энергии солнца в процессе фотосинтеза

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Биосфера как биологическая система
1) представлена совокупностью биогеоценозов
2) не изменяется во времени
3) поддерживает устойчивость за счёт антропогенного фактора
4) сформировалась с появлением жизни на Земле
5) включает в себя живые и неживые тела
6) появилась одновременно с образованием Солнечной системы

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Газовая функция живого вещества в биосфере состоит в
1) разрушении и гниении отмерших организмов
2) образовании железных руд
3) образовании органических веществ в процессе фотосинтеза
4) выделении кислорода при фотосинтезе
5) связывании атмосферного азота нитрифицирующими бактериями
6) выделении углекислого газа в процессе дыхания аэробов

Ответ

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Концентрационная функция живого вещества в биосфере состоит в
1) повышении концентрации угарного газа в результате работы двигателя автомобиля
2) образовании органических веществ в процессе фотосинтеза
3) накоплении крахмала в клубнях картофеля
4) образовании серы в результате деятельности бактерий
5) образовании фосфорных отложений в местах гибели рыбы
6) концентрации тумана у поверхности земли в безветренную погоду

Ответ

Установите соответствие между характеристиками и функциями живого вещества в биосфере: 1) газовая, 2) окислительно-восстановительная, 3) концентрационная. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) выделение кислорода в процессе фотосинтеза фотоавтотрофами
Б) высокое содержание солей кальция в раковинах моллюсков
В) окисление органических веществ в процессе дыхания
Г) восстановление углекислого газа до углеводов в процессе фотосинтеза
Д) выделение метана в атмосферу в результате деятельности денитрифицирующих бактерий
Е) накопление соединений кремния в клетках хвоща

Ответ

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

4. Характеристика знаний в древнем мире (Вавилон, Египет, Китай).

5. Естествознание средневековья (мусульманский Восток, христианский Запад).

6. Наука Нового времени (н. Коперник, Дж. Бруно, г. Галилей, и. Ньютон и другие).

7. Классическое естествознание – характеристика.

8. Неклассическое естествознание – характеристика.

9. Стадии развития естествознания (синкретическая, аналитическая, синтетическая, интегрально-дифференциальная).

10. Древнегреческая натурфилософия (Аристотель, Демокрит, Пифагор и др.).

11. Научные методы. Эмпирический уровень (наблюдение, измерение, эксперимент) и теоретический уровень (абстрагирование, формализация, идеализация, индукция, дедукция).

12. Пространство и время (классическая механика и. Ньютона и теория относительности а. Эйнштейна).

13. Естественнонаучная картина мира: физическая картина мира (механическая, электромагнитная, современная – квантово-релятивистская).

14. Структурные уровни организации материи (микро-, макро- и мегамир).

15. Вещество и поле. Корпускулярно-волновой дуализм.

16. Элементарные частицы: классификация и характеристика.

17. Понятие взаимодействия. Концепция дальнодействия и близкодействия.

18. Характеристика основных видов взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое).

19. Основы квантовой механики: открытия м. Планка, н. Бора, э. Резерфорда, в. Паули, э. Шрёдингера и др.

20. Динамические и статистические законы. Принципы современной физики (симметрии, соответствия, дополнительности и соотношения неопределённостей, суперпозиции).

21. Космологические модели Вселенной (от геоцентризма, гелиоцентризма к модели Большого взрыва и расширяющейся Вселенной).

5. Модель Большого взрыва.

6. Модель расширяющейся Вселенной.

22. Внутреннее строение Земли. Геологическая шкала времени.

23. История развития концепций геосферных оболочек Земли. Экологические функции литосферы.

1) От элементного и молекулярного состава вещества;

2) От структуры молекул вещества;

3) От термодинамических и кинетических (наличие катализаторов и ингибиторов, воздействие материала стенок сосудов и т.Д.) условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции;

4) От высоты химической организации вещества.

25. Основные законы химии. Химические процессы и реакционная способность веществ.

26. Биология в современном естествознании. Характеристика «образов» биологии (традиционная, физико-химическая, эволюционная).

1) Метод меченых атомов.

2) Методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии.

3) Методы фракционирования.

4) Методы прижизненного анализа.

5) Использование эвм.

27. Концепции происхождения жизни на Земле (креационизм, самопроизвольное (спонтанное) зарождение, теория стационарного состояния, теория панспермии и теория биохимической эволюции).

1. Креационизм.

2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение.

3. Теория стационарного состояния.

4. Теория панспермии.

5. Теория биохимической эволюции.

28. Признаки живых организмов. Характеристика форм жизни (вирусы, бактерии, грибы, растения и животные).

29. Структурные уровни организации живой материи.

30. Происхождение и этапы эволюции человека как биологического вида.

31. Клеточная организация живых систем (структура клетки).

1. Животная клетка:

2. Растительная клетка:

32. Химический состав клетки (элементарный, молекулярный – неорганические и органические вещества).

33. Биосфера – определение. Учение в. И. Вернадского о биосфере.

34. Понятие о живом веществе биосферы. Функции живого вещества в биосфере.

35. Ноосфера – определение и характеристика. Этапы и условия становления ноосферы.

36. Физиология человека. Характеристика физиологических систем человека (нервная, эндокринная, сердечно-сосудистая, дыхательная, выделительная и пищеварительная).

37. Концепция здоровья. Условия ортобиоза. Валеология – понятие.

38. Кибернетика (исходные понятия). Качественная характеристика информации.

39. Концепции самоорганизации: синергетика.

40. Искусственный разум: перспективы развития.

34. Понятие о живом веществе биосферы. Функции живого вещества в биосфере.

Живым веществом биосферы называют совокупность всех живых организмов. Оно представляет собой открытую систему, для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой. Количественное выражение живого вещества - биомасса. Биомасса Земли составляет 2,423*1012 т, из них на растения приходится97% , на животных -3% .

Роль живого вещества в природе планеты велика. В целом живое вещество обеспечивает главную функцию биосферы - круговорот веществ в природе (циклическое перемещение и превращение воды, газов и химических элементов).

Биологический круговорот включает:

а) аккумуляцию элементов в живых организмах;

б) минерализацию веществ в результате разложения мертвых организмов.

В процессе круговорота живое вещество выполняет следующие функции:

1) ГАЗОВУЮ - постоянный газообмен с окружающей средой в процессе дыхания растений и животных и фотосинтеза растений;

2) КОНЦЕНТРАЦИОННУЮ - биогенная миграция атомов в живые организмы, и после их отмирания - в неживую природу;

3) ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ - обмен веществ и энергии с внешней средой; при диссимиляции окисляются органические вещества, выделяемая энергия аккумулируется в АТФ; при ассимиляции энергия АТФ и органические вещества используются для образования необходимых организму веществ;

4) БИОХИМИЧЕСКУЮ - химические превращения веществ и энергии, составляющие основу жизнедеятельности организмов.

35. Ноосфера – определение и характеристика. Этапы и условия становления ноосферы.

Человек своей деятельностью создает новую оболочку Земли - ноосферу (т.е. сферу разума жизни).

Сам термин «ноосфера» возник в 1926 г. в Париже во время обсуждения доклада Вернадского, где он излагал концепцию развития биосферы. Его предложил французский исследователь Э. Леруа.

НООСФЕРА - это новое, эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

Условия, необходимые для становления и существования ноосферы.

1. Заселение человеком всей планеты. На Земле действительно не осталось места, не подвергавшегося в той или иной степени воздействию человека.

2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами. Средства связи непрестанно развиваются и совершенствуются. Для обмена информацией широко применяется скоростная авиация, факсы, сеть «Интернет», телевидение, радио и т.д.

3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми государствами Земли . Возникла Организация Объединенных Наций (ООН), которая помимо участия в ряде локальных конфликтных ситуаций создала ряд специальных международных организаций для обеспечения сотрудничества в различных областях культурной и практической деятельности.

4. Преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере. Человеческая: деятельность изменила состав речных, озерных и морских вод, определила глобальные климатические изменения, влияет на уровень мирового океана, сохранность озонового слоя Земли и т.д.

5. Расширение границ биосферы и выход в космос. Эта была мысль Вернадского, и она осуществилась, человек вышел в Космос.

6. Открытие новых источников энергии. Например, энергия атомного распада нашла применение в работе атомных реакторов, электростанций, атомных бомб.

7. Равенство людей всех рас и религий. После второй мировой войны произошло разрушение колониальных империй, созданных в конце XIX века (Африка, Южная Азия). Почти во всех странах мира люди разных вероисповеданий равноправны.

8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики. Роль народных масс в жизни большинства людей, несомненно, возрастает.

9. Свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных, философских и политических настроений и создание в общественном и государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли.

10. Подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания, голода, нищеты и ослабление влияния болезней. Процесс улучшения условий жизни идет очень неравномерно (в " разных странах по-разному). Положение с ослаблением влияния болезней достаточно сложно: появились новые болезни (рак, СПИД, аллергические и т.д.).

11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения. Первые шаги, несомненно, начали осуществляться со второй половины XX века к разумному использованию природных ресурсов.

12. Исключение войн из жизни общества. Это условие Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Оно еще не выполнено.

Таким образом, мы видим, что налицо почти все те конкретные признаки, на которые указывал Вернадский, позволяющие отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Процесс перехода биосферы в ноосферу будет постепенным и явится действующей стратегией выживания и достижения разумного будущего человечества.

По Вернадскому НООСФЕРА - это качественно новая форма организованности, возникающая при взаимодействии природы и общества.

В последние годы под НООСФЕРОЙ - понимается планетарное и космическое пространство, которое преобразуется и управляется человеческим Разумом, гарантирующим прогрессивное его развитие.

Возможно, уместнее было бы говорить о ноосфере, когда человек сможет разумно распоряжаться своим могуществом и обеспечить такое взаимодействие с окружающей средой, которое позволит развиваться и человеку, и природе, и обществу.

Лекция №2

Биосфера: определение и структура. Живое вещество

Определение и структура биосферы

Живое вещество биосферы

Законы биогенной миграции атомов и необратимости эволюции, законы экологии Б. Коммонера

Космический корабль Земля уникален среди планет Солнечной системы. В тонком слое, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля, обитают удивительные объекты - живые существа, среди которых и мы с вами. Согласно современным представлениям, биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

По физическим природным условиям биосфера может быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Общая структура Земли.

Основные компоненты геосферы Земли представлены втабл.2.1.

Пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни (В..И. Вернадский, 1926). Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по Вернадскому, - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Основные компоненты геосферы Земли Таблица 2.1

Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть ). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. В. И. Вернадский (1926) писал, что оно «создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других». Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль.

Биокосное вещество планеты, таким образом, - это почва, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества. Следовательно, биосфера - это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. Жизнь на Земле - самый выдающийся процесс на ее поверхности, получающий живительную энергию Солнца и вводящий в движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева.

Биосферу как место современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить на три подсферы (рис. 2.2): аэробиосферу, населенную аэробионтами, субстратом жизни которых служит влага воздуха;

гидробиосферу - глобальный мир воды (водная оболочка Земли без подземных вод), населенный гидробионтами;

геобиосферу - верхнюю часть земной коры (литосфера), населенную геобионтами.

Гидробиосфера распадается на мир континентальных, главным образом пресных, вод - аквабиосферу (с аквабионтами)

и область морей и океанов -маринобиосферу (с маринобионтами).

Общая структура биосферы представлена на рисунке 2.2

Геобиосфера состоит: из области жизни на поверхности суши - террабиосферы (с террабионтами), которая подразделяется на:

фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев)

педосферу (почвы и лежащие под ними подпочвы, нередко сюда включают всю кору выветривания) с педобионтами;

узлитобиосферу - жизни в глубинах Земли (с литобионтами, живущими в порах горных пород).

Литобиосфера распадается на два слоя:

гипотеррабиосферу - слой, где возможна жизнь аэробов (или подтеррабиосфера),

теллуробиосферу - слой, где возможно обитание анаэробов (или глубинобиосфера). Жизнь в толще литосферы существует в основном в подземных водах.

В гидробиосфере слои связаны главным образом с интенсивностью света. Выделяют три слоя:

фотосферу- относительно ярко освещенный,

дисфотосферу- всегда очень сумеречный (до 1% солнечной инсоляции),

афотосферу - абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез.

Лимитирующим фактором развития жизни в аэробиосфере служит наличие капель воды и положительных температур, а также твердых аэрозолей, поднимающихся с поверхности Земли.

От вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами). Пространство - это более тонкий слой, чем атмосферная тропосфера.

Выше тропобиосферы лежит слой крайне разряженной микробиоты - альтобиосфера (с альтобионтами).

Над ней простирается пространство, куда жизнь проникает лишь случайно и не часто, где организмы не размножаются, - парабиосфера.

На больших высотах в горах, там, где уже невозможна жизнь высших растений и вообще организмов-продуцентов, но куда ветры приносят с более низких вертикальных поясов органическое вещество и где при отрицательных температурах воздуха еще достаточно тепла от прямой солнечной инсоляции для существования жизни, расположена высотная часть террабиосферы - эоловая зона .

Это царство членистоногих и некоторых микроорганизмов - эолобионтов.

Жизнь в океанах достигает их дна. Под ним, в базальтах, она едва ли возможна. В глубинах литосферы есть два теоретических уровня распространения жизни - изотерма 100°С, ниже которой при нормальном атмосферном давлении вода кипит, а белки свертываются, и изотерма 460°С, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.

Жизнь в глубинах Земли фактически не идет дальше 3-4 км, максимум 6-7 км и лишь случайно в неактивных формах может проникнуть

глубже - в гипобиосферу («под-биосфера» - аналог парабиосферы в атмосфере).

Следует отметить, что здесь, где залегают биогенные породы, образно выражаясь, следы былых сфер, расположена метабиосфера.

Метабиосфера, начинаясь с поверхности Земли, простирается далеко вглубь литосферы, теряясь там, где процессы метаморфоза горных пород стирают признаки жизни.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера - зубиосфера.

Ее наиболее насыщенный жизнью слой называют биофильмом, или, по В. И. Вернадскому (1926), «пленкой жизни».

Выше парабиосферы расположена апобиосфера, или «над-биосфера», где сравнительно обильны биогенные вещества (ее верхняя граница трудноуловима).

Под метабиосферой расположена абиосфера («небиосфера»).

Весь слой нынешнего или прошлого воздействия жизни на природу Земли называют мегабиосферой, а вместе

с артебиосферой (пространством человеческой экспансии в околоземной космос) - панбиосферой.

Таким образом, «поле существования жизни», особенно активной, по новейшим данным, ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над уровнем моря, до которой сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения (6,2 км в Гималаях).

Выше, в эоловой зоне, обитают лишь жуки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром и т. д.

Еще выше живые организмы попадают лишь случайно (микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор).

Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100°С в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове, около 6 км. Фактически жизнь в литосфере распространена до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность биосферы в океанической области Земли достигает более 17 км, в сухопутной - 12 км.

Парабиосфера еще более асимметрична, поскольку верхнюю ее границу определяет озоновый экран.

Более значительны колебания толщи мегабиосферы, охватывающей осадочные породы, но она не опускается на материках глубже отметок самых больших глубин океана, т. е. 11 км (здесь температура достигает 200°С), и не поднимается выше наибольших плотностей озонного экрана (22-24 км), следовательно, ее максимальная толщина 33-35км.

Теоретически пределы биосферы шире, поскольку в гидротермах дна океана (их назвали «черными курильщиками» из-за темного цвета извергающихся вод) на глубинах около 3 км обнаружены организмы при температуре до 250°С (рис. 2.3).

Рис. 2.3. «Черный курильщик», его высота около 120 м (для сравнения приведен силуэт «Адмиралтейства» в Санкт-Петербурге)

При давлении около 300 атмосфер вода здесь не кипит (пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков). Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км, по оценкам, должна существовать критическая температура 460°С, при которой при любом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна.

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 виде аксиом 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-Ресовского).

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.

Конвариантная 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).

6. Редупликация определяется матричным принципом (аксиома Н. К. Кольцова) синтеза макромолекул (рис. 2.4).

Длительное время считалось, чтоживое отличается отнеживого 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-Ресовского).

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, какдискретность ицелостность- 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.

Конвариантная 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 (рис.2.4).

Рис.2.4.Схема редупликации ДНК (по Дж. Севейдж,1969)

Примечание. Процесс связан с разделением пар оснований (аденин-тимин и гуанин-цитозин: А-Т, Г-Ц) и раскручиванием двух цепей исходной спирали. Каждая цепь используется как матрица для синтеза новой цепи

Способность ксамовоспроизведению по матричному принципу молекулы ДНК смогли выполнить роль носителя наследственности исходных управляющих систем (аксиома А. Вейсмана). Кон-вариантная 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 равно2420млрд т. Эту величину можно сравнить с массой оболочек Земли, в той или иной степени охваченных биосферой (табл.2.2).

Таблица2.2

Масса живого вещества в биосфере

Подразделения биосферы	Масса,т	Сравнение
Живое вещество Атмосфера Гидросфера Земная кора

По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко 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 составляет1/11000000часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество представляет собой наиболее организованную часть материи Земли.

При оценке среднего химического состава живого вещества, по данным 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 (табл.2.3,рис.2.5).

Таблица2.3

Элементарный состав звездного и солнечного вещества в сопоставлении с составом растений и животных

Химический элемент
	Звездное вещество	Солнечное вещество	Растения	Животные
Водород (Н)
Гелий (Не)
Азот(N)
Углерод (С)
Магний (Мд)
Кислород(0)
Кремний(Si)
Сера(S)
Железо(Fe)
Другие элементы

Рис.2.5.Соотношение химических элементов в живом

веществе, гидросфере, литосфере и в массе Земли в целом

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 называютбиофшъньши. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные постройки представлены углеводами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами. Перечисленные части 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 положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества-от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1.Молекулярный (генетический)-самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул-белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свой-.ства, 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 происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

По способу питания живое вещество подразделяется на авто-трофы и гетеротрофы.

Автотрофами (от греч.autos - сам,trof - кормиться, питаться) называют организмы, берущие нужные им для жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требующие для построения своего тела готовых органических соединений другого организма. Основной источник энергии, используемый автотрофами,-Солнце.

Автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавто-трофы.Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет,хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ.

К автотрофным организмам относятся водоросли, наземные земные растения, бактерии, способные к фотосинтезу, а также некоторые бактерии, способные окислять неорганические вещества (хемоавтотрофы). Автотрофы являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере.

Гетеротрофы (от греческогоgeter -другой)-организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы способны разлагать все вещества, образуемые автотрофами, и многие из тех, что синтезирует человек.

Живое вещество устойчиво только в живых организмах, оно стремится заполнить собой все возможное пространство. «Давлением жизни» называл данное явление В. И. Вернадский.

На Земле из существующих живых организмов наибольшей силой размножения обладает гриб-дождевик гигантский. Каждый экземпляр данного гриба может дать до7,5млрд спор. Если каждая спора послужила бы началом новому организму, то объем дождевиков уже во втором поколении в800раз превысил размеры нашей планеты.

Таким образом, наиболее общее и специфическое свойствоживого- способность к самовоспроизведению, конвариантной редупликации на основе матричного принципа. Эта способность вместе с другими особенностями живых существ и определяет существование основных уровней организации живого. Все уровни организации жизни находятся в сложном взаимодействии как части единого целого. На каждом уровне действуют свои закономерности, определяющие особенности эволюции всех форм орга

низации живого. Способность к эволюции выступает как атрибут жизни, непосредственно вытекающий из уникальной способности живого к самовоспроизведению дискретных биологических единиц. Специфические свойства жизни обеспечивают не только воспроизведение себе подобных (наследственности), но и необходимые для эволюции изменения самовоспроизводящих структур (изменчивость).