Elementul de bază al oricărei substanțe vii. Substanță vie. Compoziția chimică a materiei vii. Proprietățile și funcțiile materiei vii

23.09.2019

Gât

Materia vie a biosferei, caracteristicile ei

V.I.Vernadsky a scris: „Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului care să acționeze mai constant și, prin urmare, mai puternică în consecințele sale finale, decât organismele vii luate împreună.”

Doctrina materiei vii este una dintre verigile centrale ale conceptului de biosfera. Explorarea proceselor de migrare a atomilor din biosferă, V.I. Vernadsky a abordat problema genezei (originea, apariția) elementelor chimice din scoarța terestră și, după aceea, necesitatea de a explica stabilitatea compușilor care alcătuiesc organismele. Analizând problema migrației atomice, a ajuns la concluzia că „compușii organici independenți de materia vie nu există nicăieri”. „Sub denumirea de materie vie”, scria V. I. Vernadsky în 1919, „voi însemna totalitatea tuturor organismelor, vegetației și animalelor, inclusiv a omului. Din punct de vedere geochimic, acest set de organisme este semnificativ doar prin masa de materie care îl alcătuiește, compoziția sa chimică și energia asociată cu acesta. Evident, doar din acest punct de vedere materia vie este importantă pentru sol, întrucât, din moment ce avem de-a face cu chimia solului, avem de-a face cu o manifestare particulară a proceselor geochimice generale.

Astfel, materia vie este totalitatea organismelor vii ale biosferei, exprimată numeric în compoziție chimică elementară, masă și energie.

motive. În primul rând, umanitatea nu este un producător, ci un consumator de energie biogeochimică. O astfel de teză a necesitat o revizuire a funcțiilor geochimice ale materiei vii din biosferă. În al doilea rând, masa umanității, pe baza datelor demografice, nu este o cantitate constantă de materie vie. Și în al treilea rând, funcțiile sale geochimice sunt caracterizate nu de masă, ci de activitatea de producție. Natura asimilării energiei biogeochimice de către umanitate este determinată de mintea umană. Pe de o parte, omul este punctul culminant al evoluției inconștiente, „produsul” activității spontane a naturii și, pe de altă parte, inițiatorul unei noi etape a evoluției în sine direcționate în mod rezonabil.

Care sunt caracteristicile materiei vii? În primul rând, asta uriașă energie gratuită . În timpul evoluției speciilor, migrația biogene a atomilor, adică. Energia materiei vii a biosferei a crescut de multe ori și continuă să crească, deoarece materia vie reciclează energia radiației solare, energia atomică a dezintegrarii radioactive și energia cosmică a elementelor împrăștiate care provin din Galaxia noastră. Materia vie are de asemenea viteză mare de reacții chimice în comparație cu materia neînsuflețită, unde procesele similare sunt de mii și milioane de ori mai lente. De exemplu, unele omizi pot procesa alimente de 200 de ori mai mult decât cântăresc ei înșiși pe zi și un pițigoi mănâncă atâtea omizi pe zi cât se cântărește singur.

Materia vie se caracterizează prin compușii chimici care îl compun, dintre care cei mai importanți sunt proteinele, sunt stabili doar în organismele vii . După finalizarea procesului de viață, substanțele organice vii originale se descompun în constituenți chimici.

Materia vie există pe planetă sub forma unei alternanțe continue de generații, datorită căruia, nou formată, este legată genetic de materia vie a epocilor trecute. Aceasta este principala unitate structurală a biosferei, care determină toate celelalte procese de pe suprafața scoarței terestre. Materia vie este caracterizată prezenţa unui proces evolutiv . Informația genetică a oricărui organism este criptată în fiecare dintre celulele sale. În același timp, aceste celule sunt inițial destinate să fie ele însele, cu excepția oului, din care se dezvoltă întregul organism.

V.I.Vernadsky a remarcat că organismele vii ale planetei sunt forța chimică cea mai constantă și cea mai puternică în ceea ce privește consecințele sale finale. El a subliniat că materia vie este inseparabilă de biosferă, este funcția sa și, în același timp, „una dintre cele mai puternice forțe geochimice ale planetei noastre”. V.I.Vernadsky a numit circulația substanțelor individuale cicluri biogeochimice. Aceste cicluri și circulație asigură cele mai importante funcții ale materiei vii în ansamblu. Omul de știință a identificat cinci astfel de funcții.

funcția de gaz. Este realizat de plantele verzi care eliberează oxigen în timpul fotosintezei, precum și de toate plantele și animalele care eliberează dioxid de carbon ca urmare a respirației. Există, de asemenea, un ciclu de azot asociat cu activitatea microorganismelor. V.I.Vernadsky a scris că toate gazele formate în biosferă sunt strâns legate prin originea lor de materia vie, sunt întotdeauna biogene și se modifică în principal într-un mod biogen.

funcția de concentrare. Se manifestă prin capacitatea organismelor vii de a acumula multe elemente chimice în corpurile lor (carbonul este pe primul loc, calciul este printre metale). Capacitatea de a concentra elemente din soluții diluate este o trăsătură caracteristică a materiei vii. De exemplu, organismele marine acumulează în mod activ oligoelemente, metale grele (mercur, plumb, arsen) și elemente radioactive.

V.I. Vernadsky a distins:

1. Funcții de concentrare de primul fel, când materia vie concentrează din mediu acele elemente chimice care sunt conținute în toate organismele fără excepție (H, C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Funcții de concentrare de al doilea fel, când există o acumulare de elemente chimice care nu se găsesc în organismele vii, sau pot fi găsite în cantități foarte mici. De exemplu, holoturii sunt capabili să acumuleze vanadiu. Râmele pot acumula zinc, cupru, plumb și cadmiu în țesuturile lor. Algele din genul Laminaria acumulează iod în sine.

funcția redox. Se exprimă în transformările chimice ale substanțelor în procesul activității vitale a organismelor. Ca rezultat, se formează săruri, oxizi și substanțe noi. Această funcție este asociată cu formarea de minereuri de fier și mangan, calcare etc.

funcția biochimică. Este definită ca reproducerea, creșterea și mișcarea în spațiu a materiei vii. Toate acestea duc la circulația elementelor chimice în natură, migrarea lor biogenă.

V.I.Vernadsky a evidențiat prima funcție biochimică, care este asociată cu nutriția, respirația și reproducerea organismelor, și a doua funcție biochimică, care este asociată cu distrugerea corpurilor organismelor vii după moartea lor. În acest caz, au loc o serie de transformări biochimice: un corp viu - bioinert - inert.

Funcția activității biogeochimice umane. Este asociat cu migrarea biogenă a atomilor, care crește de multe ori sub influența activității economice a omului și a minții sale. O persoană în cursul activității sale economice dezvoltă și folosește pentru nevoile sale un număr mare de substanțe din scoarța terestră, inclusiv. precum cărbune, gaz, petrol, turbă, șist, multe minereuri. În același timp, se produce o intrare antropică în biosferă a unor substanțe străine în cantități care depășesc valoarea admisă. Acest lucru a dus la o confruntare de criză între om și natură. Motivul principal al crizei ecologice iminente este considerat a fi un concept tehnocratic care consideră biosfera, pe de o parte, ca o sursă de resurse fizice, iar pe de altă parte, ca o canalizare pentru eliminarea deșeurilor.

În prezent, economia mondială emite anual în atmosferă

 peste 250 de milioane de tone de aerosoli fini,

 200 de milioane de tone de monoxid de carbon,

 150 de milioane de tone de dioxid de sulf,

 120 de milioane de tone de cenușă,

 peste 50 de milioane de tone de hidrocarburi,

 2,5 miliarde (!) de tone de oxizi de azot.

Circulația naturală a atomilor în atmosferă pur și simplu nu ține pasul cu emisiile produse de om. Doar datorită arderii cărbunelui în centralele electrice, de zece ori mai mult arsen, uraniu, cadmiu, beriliu și de mii de ori mai mult mercur intră în mediu decât este implicat în ciclul biochimic natural.

IN SI. Vernadsky a clasificat materia vie în omogen și eterogen . Prima în opinia sa este o substanță generică, specifică etc., iar a doua este reprezentată de amestecuri naturale de substanțe vii. Aceasta este o pădure, o mlaștină, o stepă, adică. biocenoza. Omul de știință a propus să caracterizeze materia vie pe baza unor indicatori cantitativi precum compoziția chimică, greutatea medie a organismelor și rata medie de așezare a suprafeței globului de către acestea.

Vernadsky oferă cifre medii pentru rata „transferului vieții în biosferă”. Timpul de captare de către această specie a întregii suprafețe a planetei noastre în diferite organisme poate fi exprimat prin următoarele cifre (zile):

Bacteria holerei Vibrio cholerae) 1,25

infuzorii ( Lekconhrys patula) 10,6 (maximum)

diatomee ( Nittschia putrida) 16,8 (maximum)

Plancton verde 166-183 (medie)

Insecte ( Musca domestica) 366

pesti ( Pleurette platessa) 2159 (maximum)

plante cu flori ( Trifolium repens) 4076

Păsări (găini) 5600-6100

Mamifere: șobolani 2800

porc sălbatic 37600

Elefantul indian 376000.

Viața pe planeta noastră există în forme non-celulare și celulare.

Forma necelulară a materiei vii este reprezentată de viruși care sunt lipsiți de iritabilitate și de sinteza proprie de proteine. Cei mai simpli virusuri constau doar dintr-o înveliș proteic și o moleculă de ADN (acid dezoxiribonucleic) sau ARN (acid ribonucleic) care formează miezul virusului. Uneori, virușii sunt izolați într-un regat special al vieții sălbatice - Vira. Se pot reproduce numai în interiorul anumitor celule vii. Virușii sunt omniprezenti în natură și sunt un inamic periculos al tuturor viețuitoarelor. Instalându-se în celulele organismelor vii, ele provoacă moartea acestora. Au fost descrise aproximativ 500 de virusuri care infectează vertebratele cu sânge cald și aproximativ 300 de viruși care atacă plantele superioare. Mai mult de jumătate din bolile umane își datorează dezvoltarea celor mai mici virusuri (sunt de 100 de ori mai mici decât bacteriile). Este suficient să numim câteva boli teribile cauzate de viruși pentru a realiza amenințarea acestor cele mai mici creaturi. Acestea sunt poliomielita, variola, gripa, hepatita infectioasa, febra galbena etc.

Formele de viață celulară sunt reprezentate de procariote (organisme care nu au un nucleu legat de membrană) și eucariote (ale căror celule conțin nuclei formalizați). Procariotele includ diverse bacterii. Eucariotele sunt toate animale și plante superioare, precum și alge, ciuperci și protozoare unicelulare și pluricelulare.

Masa materiei vii este de numai 0,01% din masa intregii biosfere. Cu toate acestea, materia vie a biosferei este componenta sa principală.

Cea mai mare concentrație de viață în biosferă se observă la granițele de contact dintre învelișurile pământului: atmosfera și litosferă (suprafața terestră), atmosfera și hidrosferă (suprafața oceanului), și mai ales la limitele a trei învelișuri - atmosfera, hidrosfera. și litosferă (zonele de coastă). Acestea sunt locurile în care V.I. Vernadsky a numit „filme ale vieții”. În sus și în jos de pe aceste suprafețe, concentrația materiei vii scade.

Toate sistemele studiate de ecologie includ componente biotice care formează împreună materia vie.

Termenul de „materie vie” a fost introdus în literatură de către V. I. Vernadsky, prin care a înțeles totalitatea tuturor organismelor vii, exprimată prin masă, energie și compoziție chimică. Viața pe Pământ este cel mai remarcabil proces de pe suprafața sa, primind energia dătătoare de viață a Soarelui și punând în mișcare aproape toate elementele chimice ale tabelului periodic.

Conform estimărilor moderne, masa totală a materiei vii din biosferă este de aproximativ 2400 de miliarde de tone (tabel).

Tabel Masa totală a materiei vii din biosferă

Masa materiei vii de pe suprafața continentelor este de 800 de ori mai mare decât biomasa Oceanului Mondial. La suprafața continentelor, plantele predomină puternic în masă asupra animalelor. În ocean, observăm relația opusă: 93,7% din biomasa mării este reprezentată de animale. Acest lucru se datorează în principal faptului că în mediul marin există cele mai favorabile condiții pentru alimentația animalelor. Cele mai mici organisme vegetale care alcătuiesc fitoplanctonul și trăiesc în zona iluminată a mărilor și oceanelor sunt mâncate rapid de animalele marine și, astfel, trecerea substanțelor organice de la forma vegetală la cea animală deplasează brusc biomasa spre predominarea animalelor.

Toată materia vie în masa sa ocupă un loc nesemnificativ în comparație cu oricare dintre geosferele superioare ale globului. De exemplu, masa atmosferei este de 2150 de ori mai mare, hidrosfera este de 602000 de ori mai mare, iar scoarța terestră este de 1670000 de ori mai mare.

Cu toate acestea, în ceea ce privește impactul său activ asupra mediului, materia vie ocupă un loc aparte și se deosebește din punct de vedere calitativ puternic de alte formațiuni naturale anorganice care alcătuiesc biosfera. În primul rând, acest lucru se datorează faptului că organismele vii, grație catalizatorilor biologici (enzime), performează, în cuvintele academicianului L.S. Berg, din punct de vedere fizico-chimic, ceva incredibil. De exemplu, ei sunt capabili să fixeze în corpul lor azotul molecular din atmosferă la valorile obișnuite de temperatură și presiune pentru mediul natural.

În condiții industriale, legarea azotului atmosferic de amoniac (NH 3 ) necesită o temperatură de ordinul a 500 ° C și o presiune de 300-500 atmosfere. La organismele vii, ratele reacțiilor chimice în procesul de metabolism cresc cu câteva ordine de mărime.

IN SI. Vernadsky în acest sens a numit materia vie o formă de materie extrem de activată.

Principalele proprietăți ale viețuitoarelor includ:

1. Unitate X compoziție chimică. Ființele vii sunt formate din aceleași elemente chimice ca și cele nevii, dar în organisme există molecule de substanțe care sunt caracteristice doar ființelor vii (acizi nucleici, proteine, lipide).

2. Discreție și integritate. Orice sistem biologic (celulă, organism, specie etc.) constă din părți separate, de ex. discret. Interacțiunea acestor părți formează un sistem integral (de exemplu, corpul include organe separate care sunt conectate structural și funcțional într-un singur întreg).

3. Organizare structurală. Sistemele vii sunt capabile să creeze ordine din mișcarea haotică a moleculelor, formând anumite structuri. Ființele vii se caracterizează prin ordine în spațiu și timp. Acesta este un complex de procese metabolice complexe de autoreglare care au loc într-o ordine strict definită, care vizează menținerea constantă a mediului intern - homeostazia.

4. Metabolism și energie. Organismele vii sunt sisteme deschise care fac schimb constant de materie și energie cu mediul. Atunci când condițiile de mediu se schimbă, autoreglarea proceselor de viață are loc după principiul feedback-ului, care urmărește restabilirea constanței mediului intern – homeostazia. De exemplu, deșeurile pot avea un efect inhibitor puternic și strict specific asupra acelor enzime care constituie veriga inițială într-un lanț lung de reacții.

5. Auto-reproducere. Autoactualizare. Durata de viață a oricărui sistem biologic este limitată. Pentru a menține viața, are loc un proces de auto-reproducere, asociat cu formarea de noi molecule și structuri care poartă informațiile genetice conținute în moleculele de ADN.

6. Ereditate. Molecula de ADN este capabilă să stocheze și să transmită informații ereditare, datorită principiului matriceal al replicării, oferind continuitate materială între generații.

7. Variabilitate.În timpul transmiterii informațiilor ereditare apar uneori diverse abateri, ducând la modificarea caracteristicilor și proprietăților descendenților. Dacă aceste schimbări sunt favorabile vieții, ele pot fi remediate prin selecție.

8. Crestere si dezvoltare. Organismele moștenesc anumite informații genetice despre posibilitatea dezvoltării anumitor trăsături. Realizarea informației are loc în timpul dezvoltării individuale – ontogeneză. Într-un anumit stadiu al ontogenezei, se realizează creșterea organismului, asociată cu reproducerea moleculelor, celulelor altor structuri biologice. Creșterea este însoțită de dezvoltare.

9. Iritabilitate și mișcare. Toate viețuitoarele reacționează selectiv la influențele externe cu reacții specifice datorită proprietății de iritabilitate. Organismele răspund la stimulare prin mișcare. Manifestarea formei de mișcare depinde de structura organismului.

La principalele caracteristici unice ale materiei vii, provocând înaltul său activitate transformatoare, poate fi atribuită:

1. Abilitatea de a ocupa rapid spațiul liber , care este asociat atât cu reproducerea intensivă, cât și cu capacitatea organismelor de a crește intens suprafața corpului sau comunitățile pe care le formează ( ubicuitatea viaţă ).

2. Mișcarea nu este doar pasivă (sub influența gravitației) dar si activ. De exemplu, împotriva curgerii apei, gravitației, mișcării curenților de aer.

3. Persistență în timpul vieții și descompunere rapidă după moarte (includerea în cicluri), menținând în același timp o activitate fizică și chimică ridicată.

4. Adaptabilitate ridicată (adaptarea) la diverse condiții și, în legătură cu aceasta, dezvoltarea nu numai a tuturor mediilor de viață (apă, sol-aer, sol), dar și extrem de dificilă din punct de vedere al parametrilor fizico-chimici.

5. Reacții chimice fenomenal de rapide . Este cu câteva ordine de mărime mai mare decât în natura neînsuflețită. Această proprietate poate fi judecată după rata de procesare a materiei de către organisme în procesul vieții. De exemplu, omizile unor insecte procesează o cantitate de substanță pe zi care este de 100 până la 200 de ori greutatea lor corporală.

6. Rată ridicată de reînnoire a materiei vii . Se estimează că în medie pentru biosferă este de aproximativ 8 ani (pentru uscat, 14 ani, iar pentru ocean, unde predomină organismele cu durată scurtă de viață, 33 de zile).

7. Varietate de forme, dimensiuni și opțiuni chimice , depășind semnificativ multe contraste în materia neînsuflețită, inertă.

8. Individualitate (nu există specii identice și chiar indivizi pe lume).

Toate proprietățile enumerate și alte proprietăți ale materiei vii sunt determinate de concentrația de rezerve mari de energie în ea. IN SI. Vernadsky a observat că numai lava formată în timpul erupțiilor vulcanice poate concura cu materia vie în ceea ce privește saturația energetică.

Funcțiile materiei vii. Toată activitatea materiei vii din biosferă poate fi redusă, cu un anumit grad de convenționalitate, la câteva funcții fundamentale care pot completa în mod semnificativ ideea activității biosferice-geologice transformatoare.

1. Energie . Aceasta dintre cele mai importante funcții este asociată cu stocarea energiei în procesul de fotosinteză, transferul acesteia prin lanțurile trofice și disiparea în spațiul înconjurător.

2. Gaz - asociat cu capacitatea de a modifica și menține o anumită compoziție gazoasă a mediului și a atmosferei în ansamblu.

3. redox - se asociaza cu o crestere a intensitatii unor procese precum oxidarea si reducerea sub influenta materiei vii.

4. concentraţie - capacitatea organismelor de a concentra elemente chimice împrăștiate în corpul lor, crescându-le conținutul cu câteva ordine de mărime, în comparație cu mediul înconjurător, iar în corpul organismelor individuale - de milioane de ori. Rezultatul activității de concentrare este zăcăminte de minerale combustibile, calcar, zăcăminte de minereu etc.

5. distructiv - distrugerea de către organisme și produse a activității lor vitale, inclusiv după moartea lor, atât a resturilor de materie organică în sine, cât și a substanțelor inerte. Principalul mecanism al acestei funcții este asociat cu circulația substanțelor. Rolul cel mai semnificativ în acest sens îl au formele inferioare de viață - ciuperci, bacterii (distructoare, descompunetoare).

6. Transport - transferul de materie si energie ca urmare a formei active de miscare a organismelor. Adesea, un astfel de transfer se efectuează pe distanțe enorme, de exemplu, în timpul migrațiilor și mișcărilor nomade ale animalelor.

7. Formarea mediului . Această funcție este în mare măsură rezultatul acțiunii combinate a altor funcții. În cele din urmă, este asociată cu transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului. Această funcție poate fi considerată într-un termen mai larg și mai restrâns. În sens larg, rezultatul acestei funcții este întregul mediu natural. A fost creat de organisme vii și, de asemenea, își mențin parametrii într-o stare relativ stabilă în aproape toate geosferele. Într-un sens mai restrâns, funcția de formare a mediului a materiei vii se manifestă, de exemplu, în formarea și conservarea solurilor de la distrugere (eroziune), în purificarea aerului și a apei de poluare, în consolidarea alimentării surselor de apă subterană, etc.

8. împrăștiere funcția opusă concentrării. Se manifestă prin activitățile trofice (nutriționale) și de transport ale organismelor. De exemplu, dispersia materiei în timpul excreției de către organisme a excrementelor, moartea organismelor în timpul diferitelor tipuri de mișcări în spațiu și schimbarea învelișurilor.

9. Informațional funcția materiei vii se exprimă prin faptul că organismele vii și comunitățile lor acumulează informații, o fixează în structuri ereditare și o transmit generațiilor ulterioare. Aceasta este una dintre manifestările mecanismelor adaptative.

În ciuda varietății uriașe de forme, toată materia vie este la fel din punct de vedere fizic și chimic . Și aceasta este una dintre legile de bază ale întregii lumi organice - legea unității fizico-chimice a materiei vii. Din aceasta rezultă că nu există un astfel de agent fizic sau chimic care ar fi fatal pentru unele organisme și absolut inofensiv pentru altele. Diferența este doar cantitativă – unele organisme sunt mai sensibile, altele mai puțin, unele se adaptează mai repede, altele mai încet. În acest caz, adaptarea are loc în cursul selecției naturale, adică. din cauza morţii acelor indivizi care nu s-au putut adapta la noile condiţii.

Astfel, biosfera este un sistem dinamic complex care captează, acumulează și transferă energie prin schimbul de substanțe între materia vie și mediu.

Compoziția materială a biosferei este diversă. Vernadsky distinge șapte părți profund eterogene.Următoarele sunt oferite în prezent

· Materie vie , format dintr-o combinație de organisme;

· Substanță osoasă - neînsuflețită, formată fără participarea organismelor vii (solid, lichid, gazos poate fi) roci de bază, lavă de vulcani, meteoriți);

· Substanța bioosoasă este o combinație de vie și os, adică. substanță osoasă transformată de organismele vii (apă, sol, nămol, crustă de intemperii)

· Substanțele biogene sunt substanțe necesare pentru existența organismelor vii. , care este creat în timpul vieții organismelor (gaze atmosferice, cărbune, calcar)

· Substanța dezintegrarii radioactive

· Atomi împrăștiați de materie terestră și radiații cosmice

· Substanțe de origine cosmică sub formă de meteoriți și praf cosmic.

Cei vii provin doar din cei vii, între ei există o graniță ascuțită, deși interacționează constant.

Una dintre verigile centrale în conceptul de biosfere este doctrina materiei vii. Vernadsky formulează definiția materiei vii. Vernadsky a numit materia vie o formă de activitate extraordinară.

Materia vie a biosferei este o colecție de organisme vii. Scopul principal al materiei vii este acumularea de energie liberă. În ceea ce privește rezervele de energie, doar lava formată în timpul erupțiilor vulcanice poate concura cu materia vie.

Remarcăm principalele proprietăți, în esență unice, ale materiei vii:

1. Capacitatea de a ocupa rapid tot spațiul disponibil . Vernadsky a numit această proprietate „omniprezența vieții”. Capacitatea de a explora rapid spațiul este legată de intensitatea reproducerii.

2. Mișcarea nu este doar pasivă (sub influența forțelor gravitaționale, forțelor gravitaționale), dar si activ(contra curent, gravitație, curenți de aer)

3. Stabilitate ridicată în timpul vieții, descompunere rapidă după moarte

4. Adaptabilitate ridicată (adaptarea) la diverse condiții și, în legătură cu aceasta, dezvoltarea tuturor mediilor de viață

5. Rată mare de reacții. Viteza de procesare a materiei de către organisme în procesul vieții. Aportul alimentar este de 100-200 de ori greutatea corporală

6. Rată ridicată de reînnoire a materiei vii Materia vie a biosferei este actualizată după 8 ani, în timp ce pământul - 14 ani, oceanul - 33 de zile. Ca urmare a acestei proprietăți, masa totală a materiei vii care a trecut prin biosferă este de aproximativ 12 ori masa Pământului. O mică parte din acesta este conservată sub formă de reziduuri organice, restul este inclus în procesele ciclului.

Toată activitatea materiei vii din biosferă poate fi redusă la câteva funcții fundamentale. Vernadsky a evidențiat 9 , dar acum numele acestor funcții a fost oarecum schimbat și unele dintre ele au fost comasate. Clasificarea a fost propusă de A.V. Lapo (1987)

1. Energie. Asociat cu stocarea energiei în procesul de fotosinteză, transferul acesteia prin lanțurile trofice, disiparea.

2. Gaz . Capacitatea de a modifica și menține o anumită compoziție de gaz a mediului și a atmosferei în general. Biosfera realizează două procese globale care determină compoziția gazoasă a atmosferei: eliberarea de oxigen și absorbția dioxidului de carbon în timpul fotosintezei, precum și absorbția oxigenului și eliberarea de dioxid de carbon în timpul respirației. Aceste procese asigură o relativă constanță în atmosferă a două gaze care determină condițiile unice ale Pământului. Așadar, datorită dioxidului de carbon din atmosfera Pământului, se observă așa-numitul efect de seră, care atenuează semnificativ fluctuațiile zilnice de temperatură. Oxigenul joacă nu numai rolul celui mai important agent oxidant. La altitudini de aproximativ treizeci de kilometri, absoarbe activ razele ultraviolete dăunătoare. Nivelul actual al conţinutului de CO2 în atmosferă este de 0,03% O2-21%.În dezvoltarea biosferei se notează două perioade critice (punctele Pasteur). 1 punct Pasteur - când conținutul de oxigen din atmosferă a atins 1% din nivelul actual. Aceasta a dus la apariția organismelor aerobe, adică. capabil să trăiască într-un mediu care conține oxigen. Acest lucru s-a întâmplat acum 1,2 miliarde de ani. 2 puncte Pasteur - 10% din nivelul actual. Acest lucru a creat condițiile pentru crearea unui strat de ozon în atmosfera superioară și a creat condiții pentru eliberarea organismelor pe uscat (înainte de aceasta, apa era un ecran de protecție împotriva razelor ultraviolete dăunătoare).

3. redox . Intensificarea proceselor de oxidare, datorită îmbogățirii mediului cu oxigen, și restabilirii în procesul activității vitale a organismelor. Datorită enzimelor, reacțiile redox din organismele vii au loc cu viteze mult mai mari decât ratele reacțiilor care au loc în învelișurile geologice ale planetei.

4. concentraţie. Capacitatea organismelor vii de a acumula elemente chimice în corpurile lor. Rezultatul acestei funcții sunt zăcăminte minerale. Conținutul de carbon din cărbune este cel mai mare ca concentrație. Uleiul este un concentrat de carbon și hidrogen, sub presiune ridicată. Fosforul este acumulat de vertebrate în oase (Appatites). Depozitele cretacice sunt de origine animală. Ele sunt formate din acumulări de cochilii calcaroase microscopice de amibe marine. De-a lungul a milioane de ani, depozitele cretacice suferă o cristalizare treptată, transformându-se în calcar și marmură.

5. distructiv . Distrugerea de către organisme și produsele lor metabolice a substanțelor osoase și a reziduurilor organice. Asociat cu circulația substanțelor (ciuperci și bacterii), ca urmare, mineralizarea materiei organice și transformarea acesteia în inertă.

6. Transport . Transferul de materie și energie ca rezultat al formei active de mișcare a organismelor. (Migrații și nomazi).

7. Formarea mediului . Crearea mediului natural și menținerea parametrilor acestuia într-o stare relativ stabilă. Procesul de formare a solului, humus.

8. împrăștiere . Disiparea energiei pe niveluri trofice, moartea organismelor în timpul mișcărilor în spațiu, schimbarea învelișurilor.

foarte important funcția de informare- organismele vii și comunitățile lor acumulează anumite informații, le fixează în structuri ereditare și le transmit generațiilor următoare.

Toate procesele ecologice au loc în sisteme care includ materie vie, de aceea este important să se poată distinge materia vie de alte tipuri de substanțe (anorganice, inerte, bioinerte etc.).

Materia vie este ceea ce formează totalitatea corpurilor tuturor, indiferent de apartenența acestora la unul sau la altul grup sistematic. Masa totală (în formă uscată) a materiei vii de pe planeta Pământ este (2,4-3,6) * 10 12 tone.

Materia vie este inseparabilă și este funcția ei, precum și una dintre cele mai puternice forțe geologice. Este o unitate biologică moleculară inseparabilă, un întreg sistemic cu trăsături caracteristice comune întregii epoci a existenței sale, precum și fiecărei epoci geologice individuale. Distrugerea componentelor individuale ale materiei vii poate duce la perturbarea întregului sistem, adică la o catastrofă ecologică și la moartea sistemului de materie vii ca întreg.

Luați în considerare unele dintre cele mai comune substanțe, indiferent de epoca geologică a existenței sale.

1. Un sistem format din materie vie (un organism) este capabil de creștere, adică crește în dimensiune.

2. Un organism (viu) în timpul existenței sale își păstrează trăsăturile cele mai tipice și este capabil să transmită aceste trăsături prin moștenire, adică este purtător și emițător.

3. Un organism viu în cursul vieții este capabil de dezvoltare, care este împărțit în două perioade - embrionar și postembrionar.

4. Materia vie ca organism separat este capabilă de reproducere, ceea ce asigură existența acestei specii pentru o lungă perioadă de timp (din poziții istorice).

5. Materia vie se caracterizează prin metabolism direcționat.

Niveluri de organizare a materiei vii

Materia vie, ca totalitate a tuturor organismelor care trăiesc pe Pământ, este formată din mai multe regate (Procariote, Animale, Plante, Ciuperci), care se află în relații complexe. Materia vie are o structură complexă și diferite niveluri de organizare. Să ne uităm la unele dintre ele în ordinea complexității.

1. Molecular-genetic (suborganism) - o formă specială de organizare a vieții, inerentă tuturor organismelor fără excepție, care este o combinație de diverse substanțe organice și anorganice interconectate printr-o anumită structură și sistem de procese biochimice care permit menținerea acestui set. a compușilor ca sistem integral capabil de creștere, dezvoltare, autoconservare și reproducere pe toată durata existenței acestui organism, adică până la moarte.

2. Celular - toate viețuitoarele (cu excepția formelor de viață necelulare) sunt formate din structuri speciale - celule care au o structură strict definită inerentă atât organismelor din regnul Plante, cât și organismelor din regnurile Animalelor și Ciupercilor; unele organisme constau dintr-o singură celulă, prin urmare, la nivel celular, astfel de organisme corespund și unui nou nivel de organizare - organismic (vezi al cincilea nivel de organizare).

3. Țesut - caracteristic organismelor pluricelulare complexe în care s-a produs specializarea celulelor în funcție de funcțiile îndeplinite, ceea ce a dus la formarea țesuturilor - o colecție de celule care au aceeași origine, o structură similară și îndeplinesc aceleași funcții sau similare în natură; Distingeți între plante și animale în așa fel încât țesuturile tegumentare, bazice, mecanice, conductoare și meristemele (țesuturile de creștere) să fie izolate de plante; la animale - țesuturi tegumentare, nervoase, musculare și conjunctive.

4. Organ - în organismele foarte organizate, țesuturile formează structuri concepute pentru a îndeplini anumite funcții, care sunt numite organe, iar organele sunt combinate în sisteme de organe (de exemplu, stomacul face parte din sistemul digestiv).

5. Organismic - sisteme de organe sunt combinate în, în timpul funcționării cărora se realizează activitatea vitală a unei anumite ființe vii; Se știe că în natură există un număr mare de organisme unicelulare.

6. Populație-specie - indivizii aceleiași specii formează grupuri speciale care trăiesc pe un anumit teritoriu dat și ocupă o anumită nișă ecologică, care se numesc populații, iar populațiile de organisme identice formează subspecii și specii.

7. Biogeocenotic - acest nivel de organizare a materiei vii este asociat cu faptul că un anumit număr de populații de diferite specii (atât animale, cât și plante, ciuperci, procariote și forme de viață necelulare) trăiesc într-un anumit teritoriu, care sunt interconectate. între ele prin diverse legături, inclusiv numărul și hrana.

8. Biosferic - acesta este cel mai înalt nivel de organizare a vieții pe planeta Pământ, care este totalitatea ființelor vii care trăiesc pe ea, care sunt interconectate între ele prin ciclul planetar al elementelor chimice și al compușilor chimici; încălcarea acestui ciclu poate duce la o catastrofă globală și chiar la moartea tuturor viețuitoarelor.

În consecință, 1-5 niveluri de organizare sunt caracteristice unui singur organism și 6-8 - pentru o combinație de organisme. Trebuie amintit că omul este o parte integrantă a materiei vii de pe planeta Pământ, dar activitatea sa, datorită prezenței inteligenței, diferă semnificativ de activitatea altor organisme și, cu toate acestea, el este o parte integrantă a naturii și nu „regele” ei.

Scurtă descriere a compoziției chimice a materiei vii

Materia vie este un sistem complex de compuși bioorganici, organici și anorganici. În compoziția materiei vii s-au găsit aproape toate elementele chimice stabile cunoscute omului, dar în cantități diferite. Acestea sunt împărțite în biogene și non-biogene, în funcție de rolul lor în organismele vii.

Baza materiei vii sunt compușii bioorganici și organici. Substanțele bioorganice includ acizi nucleici, vitamine și. Aceste substanțe sunt numite bioorganice deoarece acești compuși sunt produși în organisme și viața este fundamental imposibilă fără aceste substanțe (acest lucru este valabil mai ales pentru proteine și acizi nucleici). Un exemplu de substanțe organice care alcătuiesc materia vie sunt acizii organici (malic, acetic, lactic etc.), ureea și alți compuși chimici.

Caracteristicile generale ale organismelor celulare, clasificarea lor prin prezența unui nucleu în celulă

Organismele celulare predomină asupra necelulare și au o clasificare complexă. La studierea structurii celulei, s-a constatat că cele mai multe forme celulare ale organismelor din compoziția celulelor conțin în mod necesar un organel special - nucleul. Cu toate acestea, în celulele unor organisme, nucleul este absent. Prin urmare, organismele celulare sunt împărțite în două grupuri mari - nucleare (sau eucariote) și non-nucleare (sau procariote). În această subsecțiune, vom lua în considerare procariotele.

Procariotele (non-nucleare) sunt organisme ale căror celule nu au un nucleu format separat.

Organismele non-nucleare includ bacterii și alge albastre-verzi, care formează regatul Drobyanka, care face parte din regnul pre-nuclear, sau Procariote. În termeni practici, bacteriile sunt de cea mai mare importanță.

Corpul bacteriilor este format dintr-o singură celulă de diferite forme, care are o membrană și citoplasmă. Organelele pronunțate sunt absente; o celulă conține o moleculă de ADN; este închis într-un inel, locația sa în citoplasmă se numește nucleoid.

După forma celulei, bacteriile sunt împărțite în coci (sferici), bacili (în formă de tijă), vibrion (curbat arcuit), spirilla (curbat sub formă de spirală).

Bacteriile se reproduc prin diviziune normală (în condiții favorabile, fiecare diviziune se realizează în 20-30 de minute). Când apar condiții nefavorabile, celula bacteriană se transformă într-un spor, care este foarte rezistent la diverși factori - temperatură, umiditate, radiații. Odată ajunși în condiții favorabile, sporii se umflă, membranele lor se sparg și celulele bacteriene devin vital active.

În raport cu oxigenul, se disting anaerobe (ei trăiesc în medii în care nu există oxigen molecular) și aerobi (O 2 este necesar pentru viața lor), există și bacterii care pot trăi atât în medii aerobe, cât și anaerobe.

Tipul, criteriile sale și caracteristicile ecologice

Materia vie în natură există sub formă de unități taxonomice distincte separate - specii (specii biologice).

Specii (specii) biologice - ansamblu de indivizi care au caracteristici morfofiziologice comune, asemănări biochimice, genetice (ereditare), se încrucișează liber între ele și dau descendenți fertili, adaptați la condiții similare de existență, ocupând o anumită zonă (zonă de distribuție) în natura, adică e. ocupând aceeaşi nişă ecologică.

Speciile sunt formate din populații și subspecii (aceasta din urmă nu este tipică pentru toate speciile). Specia biologică se caracterizează prin următoarele criterii:

1) genetică, adică toți indivizii unei anumite specii au același set de cromozomi;

2) biochimic, adică toți indivizii acestei specii sunt caracterizați de aceiași compuși chimici (, acizi nucleici etc.), care diferă de compuși similari ai altor specii;

3) morfofiziologice, adică organismele din aceeași specie au semne comune de structură externă și internă și se caracterizează prin aceleași procese care le asigură activitatea vitală;

4) ecologic, adică indivizii unei anumite specii intră în aceleași relații (diferite de alte specii) cu mediul natural;

5) istoric - indivizii unei specii date au aceeasi origine si in procesul de dezvoltare intrauterina trec prin acelasi ciclu al acestei dezvoltari conform legii biogenetice;

6) geografic - indivizii unei anumite specii trăiesc pe un anumit teritoriu și sunt adaptați să existe pe acest teritoriu.

În știința „ecologiei” sunt utilizate pe scară largă următoarele varietăți ale termenului „specie”.

1. Specii dăunătoare – care cauzează pagube economice unei persoane sau provoacă boli; conceptul este relativ, deoarece orice specie care trăiește pe planetă ocupă o anumită nișă ecologică și îndeplinește un anumit rol ecologic; de exemplu, un lup poate provoca mari pagube activității economice umane, dar este „ordonat” al naturii, joacă un rol important în „reducerea” indivizilor neviabili din specia cu care se hrănește.

2. O specie dispărută este o specie care a dispărut ca urmare a proceselor evolutive, de exemplu, un pterodactil.

3. O specie pe cale de dispariție este o specie ale cărei proprietăți nu corespund condițiilor moderne de existență și posibilitățile genetice de adaptare la viață în condiții noi sunt practic epuizate; astfel de specii pot fi conservate doar ca urmare a cultivării sale complete (incluse în Cartea Roșie).

4. Specie pe cale de dispariție - specie de organisme aflate în pericol de dispariție din cauza faptului că numărul de indivizi supraviețuitori este insuficient pentru reproducerea speciei, dar genetic specia are oportunități favorabile de adaptare la condițiile de mediu (este enumerată în Cartea Roșie ca specie amenințată).

5. Specie protejată - o specie, a cărei vătămare deliberată a indivizilor și încălcarea habitatului său sunt interzise prin anumite acte legislative de diferite ranguri (internaționale, de stat, locale), de exemplu, sable etc.

Structura unei specii este că este formată din indivizi individuali uniți în populații și subspecii. Prezența subspeciilor este tipică numai pentru acele specii care au suprafețe mari, caracterizate printr-o varietate de condiții.

Populație - un grup de indivizi dintr-o anumită specie, capabili să se încrucișeze și să producă descendenți cu drepturi depline, care trăiesc pe un anumit teritoriu care are limite naturale cu alte teritorii, ceea ce face dificilă încrucișarea indivizilor acestei populații cu indivizii altuia. Trebuie amintit că unitatea ecologică a unei specii este populația.

Populațiile diferitelor specii care trăiesc pe un anumit teritoriu formează o biocenoză în care aceste populații sunt legate între ele prin diverse legături, inclusiv cele alimentare.

Substanțele anorganice și rolul lor în materia vie

Materia vie, ca orice altă substanță, este formată din atomi de elemente chimice care alcătuiesc compușii anorganici și organici, a căror totalitate formează materia vie, care este diferită calitativ de compușii chimici individuali atât anorganici, cât și organici.

Substanțele anorganice sunt numite substanțe care nu conțin atomi de carbon (cu excepția carbonului însuși, a oxizilor săi, a acidului carbonic, a sărurilor sale, rodan, tiocianat, tiocianați, cian, cianuri de hidrogen, cianuri).

Compoziția organismelor include apă, unele săruri de sodiu, potasiu, calciu și alte elemente chimice.

Scurtă descriere a rolului unor oxizi, hidroxizi și săruri în materia vie

Dintre oxizii din organisme, dioxidul de carbon (dioxid de carbon, monoxid de carbon (IV), dioxid de carbon (dioxid)) este de mare importanță. Această substanță este unul dintre produsele respirației (pentru toate organismele!). Când este dizolvat în apă (de exemplu, în citoplasmă, plasma sanguină etc.), dioxidul de carbon formează acid carbonic, care, la disociere, se descompune în ioni de bicarbonat (HCO 3 ) și ioni de carbonat (CO 2-3 ), formând ( împreună ) sistem tampon carbonat, care stabilizează reacția mediului. Excesul de CO 2 este eliminat din organism ca urmare a proceselor care au loc în timpul (în toate organismele: atât plante cât și animale).

Cei mai importanți hidroxizi conținuti în materia vie sunt carbonici (H 2 CO 3), fosforici (H 3 PO 4) și alți acizi. După cum sa indicat mai sus (folosind acidul carbonic ca exemplu), acești hidroxizi contribuie la crearea unor sisteme tampon în soluții apoase, ceea ce duce la stabilizarea reacției mediului în protoplasmă sau în alte medii lichide conținute în organism. Acidul fosforic joacă un rol important în formarea diferiților compuși care conțin fosfor (de exemplu, în formarea ADP din AMP sau ATP din ADP; ATP - adenozin trifosfat, ADP - adenozin difosfat, AMP - adenozin monofosfat; aceste substanțe joacă un rol important. rol important în procesele de disimilare şi asimilare).

Acidul clorhidric (HCl) este de asemenea important pentru organisme. Se găsește în sucul gastric sau în soluții care ajută la digerarea alimentelor (de exemplu, în stomacul uman).

În organisme, ele sunt într-o stare disociată, adică sub formă de ioni. Să luăm în considerare rolul biologic al unor anioni (ioni încărcați negativ) și cationi (ioni încărcați pozitiv) în materia vie.

Scurtă descriere a rolului biologic al cationilor

În materia vie, următorii cationi sunt de cea mai mare importanță: K +, Ca 2+, Na +, Mg 2+, Fe 2+, Mn 2+ și alții.

1. Cationii de sodiu (Na +). Acești ioni creează o anumită presiune osmotică (Presiunea osmotică apare în soluții apoase și este forța sub influența căreia se efectuează osmoza, adică difuzia unidirecțională a substanțelor printr-o membrană semipermeabilă). În plus, împreună cu cationii de potasiu (K +) datorită permeabilității diferite a membranei celulare, aceștia creează un echilibru membranar, în care există o diferență de potențiale biochimice, care asigură conductivitatea celulelor și țesuturilor corpului; participă la schimbul de apă și ioni al corpului în ansamblu. Ele intră în organism (celulă) sub formă de soluție apoasă de clorură de sodiu. La animale și la oameni, ca urmare a transpirației, se poate pierde o cantitate mare de clorură de sodiu, ceea ce le reduce drastic performanța. Acești ioni, împreună cu unii anioni organici și anorganici, reglează echilibrul acido-bazic (de exemplu, cu ioni HCO - 3, CH 3 COO - și alții).

2. K+ cationi. Acești ioni, împreună cu ionii Na +, creează echilibrul membranei. Ele activează sinteza proteinelor, iar în organismele animalelor superioare și ale oamenilor afectează bioritmurile inimii. Ionii K+ fac parte din macrofertilizatoarele - potasiu și afectează semnificativ productivitatea plantelor agricole.

3. Ca 2+ cationi. Acești ioni sunt antagoniști ai ionilor K + (adică prezintă efectul opus față de cei din urmă). Ele fac parte din structurile membranei, formează substanțe pectinice, care formează substanța intercelulară în organismele vegetale. Acești ioni, în compoziția sărurilor de calciu, sunt implicați în formarea celui mai important țesut conjunctiv - osul, care formează scheletul vertebratelor și al oamenilor și al altor organisme (de exemplu, celenterate etc.). Ele reglează procesele de formare a celulelor, participă la implementarea contracțiilor musculare, joacă un rol important în coagularea sângelui și în alte procese.

4. Cationii Mg 2+. Rolul acestor ioni este similar (în unele cazuri) cu rolul ionilor de Ca 2+ și sunt conținuți în organisme în anumite proporții. În plus, ionii de Mg 2+ fac parte din cel mai important pigment al plantelor fotosintetice - clorofila, activează sinteza ADN-ului și participă la implementarea metabolismului energetic.

5. Ioni Fe 2+. Ele joacă un rol important în viața multor animale, deoarece fac parte din cel mai important pigment respirator - hemoglobina, care este implicată în procesul de respirație. Ele fac parte din proteina musculară - mioglobina, participă la sinteza clorofilei, adică. Ionii de Fe 2+ stau la baza compușilor prin care se realizează multe procese redox.

6. Ionii Cu 2+, Mn 2+, Cr 3+ și o serie de alți ioni participă, de asemenea, la procesele redox care au loc în diferite organisme (acești ioni fac parte din compuși organometalici complecși).

Scurtă descriere a rolului biologic al unor anioni

Cei mai importanți sunt anionii H 2 PO - 4, HPO 2-4, Cl -, I -, PO 3-4, Br -, F -, HCO - 3, NO - 3, SO 2- 4 și un număr de altele.Să luăm în considerare pe scurt rolul unora dintre acești ioni în diferite organisme.

1. Ioni de nitrați și nitriți (NO - 3, respectiv NO - 2).

Ionii care conțin azot joacă un rol important în organismele vegetale, deoarece conțin azot legat în compoziția lor și sunt utilizați (împreună cu cationii de amoniu - NH + 4) pentru sinteza "substanțelor vieții" care conțin azot - proteine și acizi nucleici. Când un exces al acestor ioni pătrunde în corpul plantei, ei se acumulează în ele și, pătrunzând (ca parte a alimentelor) în corpul oamenilor și al animalelor, pot provoca tulburări în metabolismul acestor organisme („otrăvirea cu nitrați și nitriți”). Acest lucru face necesară optimizarea utilizării îngrășămintelor cu azot atunci când acestea sunt aplicate pe sol.

2. Ioni hidro- și dihidrofosfat (HP02-4, respectiv H2PO4).

Acești ioni sunt implicați în metabolism și sunt esențiali în sinteza acizilor nucleici, fosfaților de mono-, di- și triadenozină, care joacă un rol important în metabolismul energetic și sinteza substanțelor organice în diverse organisme (plante, animale etc.) . Acești ioni sunt implicați în menținerea echilibrului acido-bazic, menținând, în anumite limite, constanța reacției mediului.

3. Ioni sulfat (SO 2 4) - o sursă de sulf necesară sintezei alfa-aminoacizilor naturali care conțin sulf utilizați în producerea proteinelor. Necesar pentru sinteza anumitor vitamine, enzime (în organismele vegetale). La animale, ionii de sulfat sunt produsul reacțiilor de neutralizare a compușilor chimici formați în ficat.

4. Ioni de halogenură (ioni Cl - - clorură, Br - ioni de bromură, I - - ioni de iodură, F - - ioni de fluorură). Sunt contraioni pentru cationi (în special Cl -), adică creează un sistem neutru cu cationi. Sistemul de ioni (cationi și anioni) împreună cu apa creează presiune osmotică și turgor; ionii de clorură sunt macronutrienți pentru animale, iar restul ionilor de halogenură sunt micronutrienți, de exemplu. necesare oricăror organisme în cantități mici (micro). Semnificația ionilor de iodură constă în faptul că fac parte din cel mai important hormon - tiroxina, iar excesul și deficiența acestor ioni duce la apariția diferitelor boli la om (mixidemul și boala Graves). Ionii de fluor afectează schimbul în țesutul osos al dinților, ionii de bromură fac parte din compușii chimici conținuti în glanda pituitară.

Caracteristicile generale și clasificarea compușilor organici care alcătuiesc materia vie și rolul lor ecologic

Substanțele care conțin atomi de carbon (excluzând carbonul, oxizii săi, acidul carbonic, sărurile acestuia, rodan, rodan-hidrogen, tiocianați, cian, cianuri de hidrogen, cianuri, carbonili și carburi) sunt numite organice.

Substanțele organice au o clasificare foarte complexă. Unele dintre aceste substanțe nu se găsesc în organisme (fie vii sau moarte). Au fost obținute artificial și nu apar în natură. O serie de compuși organici nu sunt „asimilați” de către organisme, adică. nu se descompune în natură sub influența descomponenților și a detritofagilor. Printre astfel de compuși se numără polietilena, SMS-urile (detergenți sintetici), unele pesticide etc. Prin urmare, atunci când se folosesc substanțe organice obținute de om pe cale chimică, este necesar să se țină cont de capacitatea acestora de a suferi diverse transformări în condiții naturale, adică „asimilarea” a acestor substante de catre biosfera .

Substantele organice continute in organism au o mare importanta ecologica, lipsa, excesul sau absenta uneia sau altei substante duce fie la diverse boli, fie la moartea organismului dat. Acizii nucleici, carbohidrații, grăsimile și vitaminele sunt de cea mai mare importanță.

Materia vie - organisme vii care locuiesc pe planeta noastră.

Masa materiei vii este de numai 0,01% din masa intregii biosfere. Cu toate acestea, materia vie a biosferei este componenta sa principală.

Semne (proprietăți) ale materiei vii care o deosebesc de cele nevii:

O anumită compoziție chimică. Organismele vii constau din aceleași elemente chimice ca și obiectele de natură neînsuflețită, dar raportul dintre aceste elemente este diferit. Elementele de bază ale ființelor vii sunt C, O, N și H.

Structura celulară. Toate organismele vii, cu excepția virusurilor, au o structură celulară.

Metabolism și dependență energetică. Organismele vii sunt sisteme deschise, depind de primirea de substanțe și energie din mediul extern.

Autoreglare (homeostazie). Organismele vii au capacitatea de a menține homeostazia - constanța compoziției lor chimice și intensitatea proceselor metabolice.

Iritabilitate. Organismele vii manifestă iritabilitate, adică capacitatea de a răspunde la anumite influențe externe cu reacții specifice.

Ereditate. Organismele vii sunt capabile să transfere semne și proprietăți din generație în generație cu ajutorul purtătorilor de informații - moleculele de ADN și ARN.

7. Variabilitate. Organismele vii sunt capabile să dobândească noi caracteristici și proprietăți.
8. Auto-reproducere (reproducere). Organismele vii sunt capabile să se reproducă - să reproducă propriul lor fel.
9. Dezvoltarea individuală (ontogeneză). Fiecare individ se caracterizează prin ontogeneză - dezvoltarea individuală a organismului de la naștere până la sfârșitul vieții (moarte sau o nouă diviziune). Dezvoltarea este însoțită de creștere.
10. Dezvoltare evolutivă (filogeneză). Materia vie în ansamblu se caracterizează prin filogenie - dezvoltarea istorică a vieții pe Pământ din momentul apariției sale până în prezent.

Adaptări. Organismele vii sunt capabile să se adapteze, adică să se adapteze la condițiile de mediu.

Ritm. Organismele vii arată ritmul activității vieții (zilnic, sezonier etc.).

Integritate și discreție. Pe de o parte, toată materia vie este integrală, organizată într-un anumit fel și se supune legilor generale; pe de altă parte, orice sistem biologic este format din elemente separate, deși interconectate.

Ierarhie. Pornind de la biopolimeri (proteine și acizi nucleici) și terminând cu biosfera în ansamblu, toate viețuitoarele se află într-o anumită subordonare. Funcționarea sistemelor biologice la un nivel mai puțin complex face posibilă existența unui nivel mai complex.

Lumea organismelor vii din biosfera din jurul nostru este o combinație de diverse sisteme biologice de ordine structurală diferită și poziții organizaționale diferite.

Natura ierarhică a organizării materiei vii ne permite să o subdivizăm condiționat în mai multe niveluri.

Nivelul de organizare al materiei vii - este un loc funcţional al structurii biologice de un anumit grad de complexitate în ierarhia generală a viilor.

În prezent, există 9 niveluri de organizare a materiei vii:

Molecular(la acest nivel, funcționarea moleculelor mari biologic active, precum proteinele, acizii nucleici etc.);

Subcelular(supramolecular). La acest nivel, materia vie este organizată în organite: cromozomi, membrana celulară și alte structuri subcelulare.

Celular. La acest nivel, materia vie este reprezentată de celule. Celula este unitatea structurală și funcțională elementară a vieții.

Țesut de organ. La acest nivel, materia vie este organizată în țesuturi și organe. Țesut - o colecție de celule similare ca structură și funcție, precum și substanțe intercelulare asociate cu acestea. Un organ este o parte a unui organism multicelular care îndeplinește o funcție sau funcții specifice.

Organismic (ontogenetic). La acest nivel, caracterizat prin toate caracteristicile sale.

Populație-specie. La acest nivel, materia vie este aceeași cu specia. O specie este un ansamblu de indivizi (populații de indivizi) capabili să se încrucișeze cu formarea descendenților fertili și care ocupă o anumită zonă (gamă) în natură.

Biocenotic. La acest nivel, materia vie formează biocenoze. Biocenoza - un ansamblu de populații de diferite specii care trăiesc într-o anumită zonă.

Biogeocenotic. La acest nivel se formează materia vie
biogeocenoze. Biogeocenoza - o combinație de biocenoză și factori abiotici ai mediului (climat, sol).

Biosferic. La acest nivel, materia vie formează biosfera. Biosfera este învelișul Pământului, transformat de activitatea organismelor vii.

Compoziția chimică a organismelor vii poate fi exprimată în două forme: atomică și moleculară. Compoziția atomică (elementală). caracterizează raportul dintre atomii elementelor incluse în organismele vii. Compoziția moleculară (materială). reflectă raportul dintre moleculele de substanțe.

În funcție de conținutul relativ al elementelor care alcătuiesc organismele vii, se obișnuiește să se împartă în trei grupuri:

Macronutrienți- O, C, H, N (aproximativ 98-99% în total, lor
numit si de bază), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, CI, Fe (aproximativ 1-2% în total). Macronutrienții reprezintă cea mai mare parte a compoziției procentuale a organismelor vii.

Oligoelemente - Mn, Co, Zn, Cu, B, I, F etc. Conținutul lor total în materie vie este de aproximativ 0,1%

Ultramicroelemente- Se, U, Hg, Ra, Au, Ag etc. Conținutul lor în materia vie este foarte mic (mai puțin de 0,01%), iar rolul fiziologic pentru majoritatea nu a fost dezvăluit.

Elementele chimice care fac parte din organismele vii și în același timp îndeplinesc funcții biologice se numesc biogene. Chiar și acelea dintre ele care sunt conținute în celule în cantități neglijabile nu pot fi înlocuite cu nimic și sunt absolut necesare vieții.

Elementele chimice fac parte din celule sub formă de ioni și molecule de substanțe anorganice și organice. Cele mai importante substanțe anorganice din celulă sunt apa și sărurile minerale, cele mai importante substanțe organice sunt carbohidrații, lipidele, proteinele și acizii nucleici.

Carbohidrați- compuși organici care conțin carbon, hidrogen și oxigen. Ele sunt împărțite în simple (monozaharide) și complexe (polizaharide). Carbohidrații sunt principala sursă de energie pentru toate formele de activitate celulară. Ele sunt implicate în construirea țesuturilor vegetale puternice (în special celuloza) și joacă rolul de nutrienți de rezervă în organisme. Carbohidrații sunt produsul principal al fotosintezei în plantele verzi.

Lipidele- Acestea sunt substanțe asemănătoare grăsimilor care sunt slab solubile în apă (constă din atomi de carbon și hidrogen). Lipidele sunt implicate în construcția pereților celulari (membrane), conduc căldura prost, îndeplinind astfel o funcție de protecție. În plus, lipidele sunt nutrienți de rezervă.

Veverițe sunt o combinație de aminoacizi proteinogeni (20 bucăți) și constau în 30-50% AA. Proteinele sunt mari, fiind în esență macromolecule. Proteinele acționează ca catalizatori naturali ai proceselor chimice. Proteinele conțin și metale precum fier, magneziu și mangan.

Acizi nucleici(NK) formează nucleul celulei. Există 2 tipuri principale de NA: ADN - acid dezoxiribonucleic și ARN - acid ribonucleic. NK reglează procesul de sinteză, efectuează transferul de informații ereditare din generație în generație.

Toate organismele vii care trăiesc pe Pământ sunt sisteme deschise care depind de aprovizionarea cu materie și energie din exterior. Procesul de consum de materie și energie se numește alimente. Toate organismele vii sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe.

Autotrofi(organisme autotrofe) - organisme care folosesc dioxidul de carbon ca sursă de carbon (plante și unele bacterii). Cu alte cuvinte, acestea sunt organisme capabile să creeze compuși organici din cei anorganici - dioxid de carbon, apă, săruri minerale (acestea includ, în primul rând, plantele care realizează fotosinteza).

Heterotrofe(organisme heterotrofe) - organisme care folosesc compuși organici ca sursă de carbon (animale, ciuperci și majoritatea bacteriilor). Cu alte cuvinte, acestea sunt organisme care nu sunt capabile să creeze substanțe organice din cele anorganice, dar au nevoie de substanțe organice gata preparate (microorganisme și animale).

Nu există o graniță clară între auto- și heterotrofe. De exemplu, organismele euglene (flagelate) combină modurile de nutriție autotrofe și heterotrofe.

În raport cu oxigenul liber, organismele se împart în trei grupe: aerobe, anaerobe și forme facultative.

Aerobi- organisme care pot trăi doar într-un mediu cu oxigen (animale, plante, unele bacterii și ciuperci).

Anaerobi- organisme care nu pot trăi într-un mediu cu oxigen (unele bacterii).

Formulare opționale- organisme care pot trăi atât în prezența oxigenului, cât și fără acesta (unele bacterii și ciuperci).

În prezent, întreaga lume a ființelor vii este împărțită în 3 mari grupuri sistematice:

Principalele caracteristici unice ale materiei vii, care determină activitatea sa de transformare extrem de ridicată, includ următoarele:

Capacitatea de a ocupa (stăpâni) rapid tot spațiul liber. Această proprietate este asociată atât cu reproducerea intensivă, cât și cu capacitatea organismelor de a crește intens suprafața corpului sau comunitățile pe care le formează.

Mișcarea nu este doar pasivă, ci și activă, adică nu numai sub acțiunea gravitației, a forțelor gravitaționale etc., ci și împotriva curgerii apei, gravitației, curenților de aer etc.

Persistență în timpul vieții și descompunere rapidă după moarte(includerea în circulația substanțelor). Datorită autoreglementării, organismele vii sunt capabile să mențină o compoziție chimică și condiții constante ale mediului intern, în ciuda schimbărilor semnificative ale condițiilor de mediu. După moarte, această abilitate se pierde, iar resturile organice sunt distruse foarte repede. Substanțele organice și anorganice rezultate sunt incluse în cicluri.

Adaptabilitate ridicată (adaptare) la diverse condiții și, în legătură cu aceasta, dezvoltarea nu numai a tuturor mediilor de viață (apă, sol-aer, sol, organism), ci și condiții extrem de dificile din punct de vedere al parametrilor fizico-chimici (microorganismele se găsesc în izvoarele termale). cu temperaturi de până la 140 ° C, în apele reactoarelor nucleare, într-un mediu fără oxigen).

Reacții fenomenal de rapide. Este cu câteva ordine de mărime mai mare decât în materia neînsuflețită.

Rată ridicată de reînnoire a materiei vii. Doar o mică parte din materia vie (fracții de procent) este conservată sub formă de reziduuri organice, în timp ce restul este inclus în mod constant în procesele ciclului.

Toate proprietățile enumerate ale materiei vii sunt determinate de concentrația de rezerve mari de energie în ea.

Se disting următoarele funcții geochimice principale ale materiei vii:

Energie (biochimică)- legarea și stocarea energiei solare în materia organică și disiparea ulterioară a energiei în timpul consumului și mineralizării materiei organice. Această funcție este asociată cu nutriția, respirația, reproducerea și alte procese vitale ale organismelor.

Gaz- capacitatea organismelor vii de a modifica și menține o anumită compoziție gazoasă a mediului și a atmosferei în ansamblu. Două perioade critice (puncte) în dezvoltarea biosferei sunt asociate cu funcția gazului. Prima dintre ele se referă la momentul în care conținutul de oxigen din atmosferă a atins aproximativ 1% din nivelul actual. Aceasta a dus la apariția primelor organisme aerobe (capabile să trăiască doar într-un mediu care conține oxigen). Al doilea punct de cotitură este asociat cu momentul în care concentrația de oxigen a atins aproximativ 10% din cea actuală. Acest lucru a creat condițiile pentru sinteza ozonului și formarea stratului de ozon în straturile superioare ale atmosferei, ceea ce a făcut posibil ca organismele să dezvolte terenul.

concentraţie- „captarea” din mediu de către organismele vii și acumularea de atomi de elemente chimice biogene în acestea. Capacitatea de concentrare a materiei vii crește conținutul de atomi de elemente chimice din organisme în comparație cu mediul înconjurător cu câteva ordine de mărime. Rezultatul activității de concentrare a materiei vii este formarea zăcămintelor de combustibili fosili, calcar, minereuri etc.

Oxidativ-reductiv - oxidarea și reducerea diferitelor substanțe cu participarea organismelor vii. Sub influența organismelor vii, are loc o migrare intensivă a atomilor elementelor cu valență variabilă (Fe, Mn, S, P, N etc.), se creează noi compuși ai acestora, se depun sulfuri și sulf mineral și hidrogen sulfurat. este format.

distructiv- distrugerea de către organisme și produse a activității lor vitale atât a resturilor de materie organică, cât și a substanțelor inerte. Cel mai important rol în acest sens îl au descompozitorii (distructorii) - ciuperci și bacterii saprofite.

Transport- transferul de materie si energie ca urmare a formei active de miscare a organismelor.

Formarea mediului- transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului. Rezultatul funcției de formare a mediului este întreaga biosferă, iar solul ca unul dintre habitate și mai multe structuri locale.

împrăștiere- o functie opusa concentrarii - dispersia substantelor in mediu. De exemplu, dispersia materiei în timpul excreției de către organisme a excrementelor, schimbarea învelișurilor etc.

Informațional- acumularea anumitor informatii de catre organismele vii, fixand-o in structuri ereditare si transmitendu-le generatiilor ulterioare. Aceasta este una dintre manifestările mecanismelor adaptative.

Activitatea umană biogeochimică- transformarea și mișcarea substanțelor biosferei ca urmare a activității umane pentru nevoile economice și casnice ale unei persoane. De exemplu, utilizarea concentratoarelor de carbon - petrol, cărbune, gaz.

Astfel, biosfera este un sistem dinamic complex care captează, acumulează și transferă energie prin schimbul de substanțe între materia vie și mediu.