Навигация
2. Роль живої речовини
2.1 Жива речовина планети
Одним із центральних ланок концепції біосфери є вчення про живу речовину. Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В.І.Вернадський підійшов до питання про генезис (походження, виникнення) хімічних елементів у земній корі, а після цього й до необхідності пояснити стійкість з'єднань, з яких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він прийшов до висновку, що "ніде не існують органічні сполуки, незалежні від живої речовини". Пізніше він формулює поняття "живої речовини": "Жива речовина біосфери є сукупність її живих організмів... Я буду називати сукупність організмів, зведених до їхньої ваги, хімічному складу й енергії, живою речовиною". Головне призначення живої речовини і його невід'ємний атрибут - нагромадження вільної енергії в біосфері. Звичайна геохімічна енергія живої речовини виробляється насамперед шляхом розмноження.
Наукові ідеї В. І. Вернадського про живу речовину, про космічність життя, про біосферу й перехід її в нову якість - ноосферу своїми коріннями йдуть в XIX - початок XX ст., коли філософи й натуралісти робили перші спроби осмислити роль і завдання людини в загальній еволюції Землі. Саме їхніми зусиллями людина почала своє просування до вершин природної еволюції живого, поступово займаючи екологічну нішу, відведену йому природою.
В 30-і роки В.І.Вернадський із загальної маси живої речовини виділяє людство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живого стало можливим по трьох причинах. По-перше, людство є не виробником, а споживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічних функцій живої речовини в біосфері. По-друге, маса людства, виходячи з даних демографії, не є постійною кількістю живої речовини. І по-третє, його геохімічні функції характеризуються не масою, а виробничою діяльністю. Характер засвоєння людством біогеохімічної енергії визначається розумом людини. З одного боку, людина - це кульмінація несвідомої еволюції, "продукт" спонтанної діяльності природи, а з іншого боку - зачинатель нового, розумно спрямованого етапу самої еволюції.
Які ж характерні риси властиві живій речовині? Насамперед, це величезна вільна енергія. У процесі еволюції видів біогенна міграція атомів, тобто енергія живої речовини біосфери, збільшилася в багато разів і продовжує рости, тому що жива речовина переробляє енергію сонячних випромінювань, атомну енергію радіоактивного розпаду й космічну енергію розсіяних елементів, що приходять із нашої Галактики. Живій речовині властива також висока швидкість протікання хімічних реакцій у порівнянні з речовиною неживою, де схожі процеси йдуть у тисячі й мільйони разів повільніше. Приміром, деякі гусениці за добу можуть переробити їжі в 200 разів більше, ніж важать самі, а одна синиця за день з'їдає стільки гусениць, скільки важить сама.
Для живої речовини характерно те, що її хімічні з'єднання, складають, найважливіші з них білки, стійкі тільки в живих організмах. Після завершення процесу життєдіяльності вихідні живі органічні речовини розкладаються до хімічних складових частин.
Жива речовина існує на планеті у формі безперервного чергування поколінь, завдяки чому знову утворене генетично пов'язане з живою речовиною минулих епох. Це головна структурна одиниця біосфери, що визначає всі інші процеси поверхні земної кори. Для живої речовини характерна наявність еволюційного процесу. Генетична інформація будь-якого організму зашифрована в кожній його клітині. В. І. Вернадський класифікував живу речовину на однорідну й неоднорідну. Перша в його уявленні - це родова, видова речовина й т.п., а друга представлена закономірними сумішами живих речовин. Це ліс, болото, степ, тобто біоценоз. Характеризувати живу речовину вчений пропонувала на основі таких кількісних показників, як хімічний склад, середня вага організмів і середня швидкість заселення ними поверхні земної кулі..
В.І.Вернадський приводить середні цифри швидкості "передачі життя в біосфері". Час захоплення даним видом всієї поверхні нашої планети різними організмів може бути виражено наступними цифрами (кількість діб):
ü Бактерія холери 1,25
ü Інфузорія 10,6 (максимум)
ü Діатомові 16,8 (максимум)
ü Зелений планктон 166-183 (середнє)
ü Комахи 366
ü Риби 2159 (максимум)
ü Квіткові рослини 4076
ü Птахи (кури) 5600-6100
Ссавці:
ü пацюк 2800
ü дика свиня 37600
ü слон індійський 376000 [3]
Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 доби, а фітомаса (тобто маса рослин) – щодня.
В. І. Вернадський говорив, що, концентруючи сонячну космічну енергію і трансформуючи її в активну (вільну) енергію земних процесів, живі організми виявляють прагнення до максимального прояву цієї діючої енергії в процесах обміну, у кругообігах і біохімічних циклах.
Жива та нежива речовина на Землі становлять гармонійне ціле, що, власне, й називається біосферою. Крім тих живих істот, що живуть сьогодні на Землі, В. І. Вернадський включав у біосферу істоти минулих епох, від яких до нашого часу дійшли товщі гірських порід органічного походження (такі, як вапняки чи вугілля), їх вчений називав "палео-біосферами".
Узагальнюючи результати досліджень у галузі геології, палеонтології, біології та інших природничих наук, В. І. Вернадський дійшов висновку, що біосфера - це "стійка динамічна система, рівновага в якій встановилася в основних своїх рисах... з археозою й незмінно діє протягом 1,5-2 млрд. років". Стійкість біосфери, за Вернадським, виявляється в сталості її загальної маси (1019 т), маси живої речовини (1015 т), енергії, пов'язаної з живою речовиною (1018 ккал) і середнього хімічного складу всього живого.
Оскільки всі функції живих організмів у біосфері не можуть виконуватись організмами якогось одного виду, а лише їх комплексом (подібно до того, як якась клітина в організмі не може діяти сама по собі, а лише в складі всього організму), то звідси випливає важливе положення, розроблене Вернадським: біосфера Землі від самого початку сформувалася як складна система з великою кількістю видів організмів, кожен з яких виконував свою роль у загальній системі. Без цього біосфера взагалі не могла б існувати, тобто стійкість біосфери була з самого початку обумовлена її складністю.
Величезна кількість живих істот (2 млн. видів) знаходиться в надзвичайно складних взаємовідносинах між собою й неживою речовиною.
Біосферні зв'язки складалися протягом тривалого часу, у природі немає видів небажаних, непотрібних. Система зв'язків у біосфері поки розшифрована лише в загальних рисах. Найголовнішою ланкою управління біосферою є енергія Сонця, другорядною – енергія Землі, енергія радіоактивного розпаду елементів. Неживою речовиною біосфери керують продуценти, ними - консументи, діяльність яких визначають зворотні зв'язки, що йдуть від продуцентів, і т.д. У цілому біосфера схожа на єдиний гігантський супер-організм, в якому автоматично підтримується гомеостаз - динамічна сталість фізико-хімічних та біологічних властивостей внутрішнього середовища та стійкість основних його функцій,
В. І. Вернадському належить відкриття й такого основного закону біосфери: "Кількість живої речовини є планетною константою з часів архейської ери, тобто за весь геологічний час". За цей час живий світ Землі морфологічно змінився невпізнанно, але ці зміни не впливали ні на загальну кількість живої речовини, ні на її валовий склад.
Однією з найважливіших особливостей біосфери є різноманітність живих організмів, яка утворилась протягом тривалої еволюції і привела біосферу до стабільності в часі. У природі живі організми перебувають у постійній взаємодії як всередині одного роду, так і в біоценозі. Другою особливістю біосфери є нерівномірність, мозаїчність її структури, так би мовити, її абсолютна асиметрія. Асиметричним є розподіл і співвідношення материків та океанів, гірських хребтів, великих водо акумулятивних рівнин і гідрографічної системи; розподіл життя і живої речовини на суходолі та в океані також нерівномірний. Найбільша концентрація живої речовини характерна для мілководних зон і поверхневих шарів води, які включають нашарування планктону в морях і океанах, а також вологі, помірні субтропічні і тропічні пояси на суші. Найменшою концентрація живої речовини є в полярних і субполярних та посушливих районах і в пустелях, високо в горах і в океанських глибинах. Життя в атмосфері, як правило, зустрічається дуже рідко. На континентах жива і біогенна речовина в основному сконцентрована в низинах та рівнинах, у заплавах і гирлах річок, у мілких озерах, вологих лісах, преріях, степах та ін.
Розрізняють кілька рівнів організації живої речовини на Землі. Рівень - це сфера дії специфічних законів, що виражаються у вигляді різних біосистем, що якісно відрізняються одна від одної. В усьому різноманітті живої матерії виділяють шість основних рівнів її організації: молекулярний, клітинний, організменний, популяційно-видовий, біогеоценотичний (екосистемний) і біосферний. Деякі автори називають основними тільки три структурні підрозділи: клітинні, організменні і популяційно-біоценотичні. Інші вважають за необхідне виділити не шість, а більше рівнів, додавши до них ще такі, як тканинний, органний, популяційний окремо від видового і біоценотичний окремо від біогеоценотичного. Рівнева ієрархія, яка склалася в результаті тривалої еволюції біосфери, обумовлює стійкість і цілісність органічного світу.
Крім того, життя на нашій планеті існує в неклітинній і клітинній формах.
Неклітинна форма живої речовини представлена вірусами, які позбавлені подразливості й власного синтезу білка. Найпростіші віруси складаються лише з білкової оболонки й молекули ДНК або РНК, що становить серцевину вірусу. Іноді віруси виділяють в особливе царство живої природи – Vira. Вони можуть розмножуватися тільки усередині певних живих клітин. Віруси повсюдно поширені в природі і є загрозою для всього живого. Поселяючись у клітинах живих організмів, вони викликають їхню смерть. Описано близько 500 вірусів, що вражають теплокровних хребетних, і близько 300 вірусів, що знищують вищі рослини. Більше половини хвороб людини зобов'язані своїм розвитком дрібним вірусам (вони в 100 разів менше бактерій). Це поліомієліт, віспа, грип, інфекційний гепатит, жовта лихоманка й ін.
Клітинні форми життя представлені прокаріотами й еукаріотами. До прокаріотів відносять різні бактерії. Еукаріоти - це всі вищі тварини й рослини, а також одноклітинні й багатоклітинні водорості, гриби й найпростіші. [3]
Зазначимо головні особливості основних шести рівнів організації життя.
1. Молекулярний рівень життя. Елементарні структурні одиниці цього рівня – хімічні речовини. Серед них ті, що несуть спадкову інформацію молекули ДНК, РНК, ферменти, амінокислоти, високоенергетичні речовини (АТФ, цукри) та ін. Основні явища молекулярного рівня життя - біосинтез, реплікації, мутації, передача інформації, фізико-хімічні реакції, акумуляція в хімічних зв'язках енергії. Виявлення суті процесів, що відбуваються на цьому рівні, допомагає зрозуміти деякі явища на наступних рівнях організації живого. Основна стратегія життя на молекулярному рівні – здатність створювати живу речовину і кодувати інформацію, набуту в умовах навколишнього середовища, що змінюються.
2. Клітинний рівень життя. Структурними елементами тут виступають різні органоїди. Здатність до самовідтворення собі подібних, включення різних хімічних елементів Землі у вміст клітини, регуляція хімічних реакцій, запасання і витрачання енергії - основні процеси даного рівня. Функціональна спеціалізація клітини (нервової, видільної, провідної, покривної чи іншої тканини) є регулятором функціонування даної біосистеми. Основна стратегія життя клітинного рівня - залучення хімічних елементів Землі і енергії сонячного випромінювання до живих біосистем.
Клітина є цілісною системою, яка має специфічні властивості даного рівня. Разом з тим, вона в усьому розмаїтті форм і функцій є частиною багатоклітинного організму і виступає основним структурним елементом організменного рівня організації живого.
3. Організменний рівень організації життя притаманний багатоклітинним біосистемам. Тут життя представлене у вигляді рослин, тварин, у тому числі людини, грибів і різноманітних мікроорганізмів. Всі вони є структурними одиницями цього рівня.
У будь-якого представника організменного рівня виявляються такі "нові" властивості порівняно з попереднім рівнем, які завжди ототожнювалися з поняттям живої матерії. До цих властивостей належать живлення, дихання, подразнення, рухомість, виділення, розмноження, ріст, розвиток, поведінка, тривалість життя, плодючість, спосіб життя, взаємовідносини з навколишнім середовищем. Всі названі процеси характеризують організм як цілісну саморегульовану біосистему. В основі процесів управління (регулювання) організмів лежить біологічна (вірніше, генетична) інформація, яка визначає тенденцію функціонування і розвитку в онтогенезі, забезпечуючи гармонійну відповідність особини і середовища існування.
Всі процеси управління в організмі мають подвійну спрямованість: стратегічну (еволюційну) і оперативну (адаптаційну). Це зумовлює подвійність основної стратегії життя: 1) орієнтація організму (особини) на виживання в умовах навколишнього середовища, що постійно змінюються; 2) орієнтація на забезпечення тривалого існування його популяції, виду.
4. Популяційно-видовий рівень організації життя. Об'єднання споріднених особин у популяції, а популяцій у види приводить до виникнення нових властивостей системи, які відрізняються від попередніх рівнів організації живого. На цьому рівні властивості індивідів лише пояснюють, ілюструють картину групової форми життя популяції та виду. Основні ознаки виражаються в "надорганізменних" характеристиках: народжуваність, смертність, структура (статева, етологічна, вікова, просторова та ін.), щільність, чисельність, функціонування в природі.
Основна стратегія життя популяційно-видового рівня виявляється:
1) у більш повному використанні можливостей середовища існування і накопиченні у зв'язку з цим "досвіду" в інформаційній системі;
2) у прагненні до якнайдовшого (до нескінченності) існування у світі;
3) у збереженні властивостей виду і самостійного розвитку з урахуванням "досвіду".
5. Біогеоценотичний рівень організації життя. Популяції та види - цілісні природні утворення. Але вони як частини, як структурні одиниці органічно включаються в біосистеми більш високого рангу - біогеоценози. Даний рівень характеризується багатьма надорганізменними властивостями. До них належать структура екосистеми, видовий і кількісний склад населення, типи біотичних зв'язків, харчові ланцюги, біомаса, трофічні рівні, продуктивність, енергетика, стійкість та багато іншого. Організуючі властивості виявляються в кругообігу речовин і потоці енергії, саморегулюванні й динамічній стійкості, автономності, відкритості (замкненості) системи, сезонних змінах, історичності. Основними функціональними одиницями тут виступають популяції (види), харчові зв'язки і піраміди енергії.
Основна стратегія життя біогеоценотичного рівня - активне використання всього різноманіття можливостей навколишнього середовища і створення сприятливих умов розвитку і процвітання життя в усьому його розмаїтті.
6. Біосферний рівень організації життя. Основними структурними елементами тут виступають біогеоценози, оточуюче їх середовище, тобто географічна оболонка Землі (атмосфера, ґрунт, гідросфера, сонячна радіація, космічне випромінювання та ін.), антропогенний вплив. У загальному вигляді В. І. Вернадський основними структурними компонентами біосфери назвав живу, косну і біокосну речовину з їх унікальними життєво важливими функціями. Для цього рівня організації характерні: активна взаємодія живої і неживої речовин планети; біологічний кругообіг речовин і потоки енергії з геохімічними циклами, що входять до нього; активна матеріально-енергетична і біогеохімічна участь живої речовини в усіх ланках кругообігу; господарська і етнокультурна діяльність людини.
Основна стратегія життя біосферного рівня - прагнення забезпечити динамічну стійкість біосфери як найбільшої екосистеми на планеті Земля.
Різноманіття форм і рівнів організації життя виявляється не тільки в їх різному складі, будові і функціональних зв'язках. Головна відмінність між рівнями організації живої матерії полягає в їх основних стратегічних властивостях. У них відбивається, з одного боку, принципова відмінність істотних якостей окремих рівнів, з іншого - глибоке взаємопроникнення структурних рівнів. [4]
Похожие работы
... та управління екологічними процесами. Моніторинг дозволяє виявляти критичні та екстремальні ситуації, фактори антропогенного впливу на довкілля, здійснювати оцінку та прогноз стану об'єктів спостереження, керувати процесами взаємовпливу об'єктів гідросфери, літосфери, атмосфери, біосфери та техносфери. Таким чином, суть моніторингу зводиться до таких функцій: — контролю за станом об'єктів ...
... дування відкритих уроків, спільного планування уроків і т. д. Вчитель географії з врахуванням загально шкільного плану навчально – методичної роботи розробляє індивідуальний план реалізації міжпредметних зв’язків в курсах географії. Методика творчої роботи вчителя включає ряд етапів: 1. Вивчення опорних тем і підручників інших предметів, читання додаткової наукової, науково – популярної і ...
... . км2. Найбільшими в області є водосховища, що утворилися після спорудження Кременчуцької (1952 р.) та Дніпродзержинської (1964 р.) ГЕС у долині Дніпра. Водосховища – це основа водогосподарських антропогенних ландшафтів як України, так і Полтавщини. Адже вони створюються людиною для накопичення та збереження води в ділянках регулювання стоку, зрошення та інших господарських потреб. Площа водного ...
... навчання на уроках географії, таких як моделюючий малюнок, картографічні засоби навчання, підручник з географії та електронний атлас. На основі аналізу класифікації функцій та методики застосування наочних засобів навчання географії нами були розроблені плани конспектів-уроків для 6, 7 та 8 класів із безпосереднім використанням, які б могли покращити рівень навчального процесу та успішності учн ...
0 комментариев