Як утворюється жива речовина. Жива речовина, поняття

Властивості живої речовини.

Жива речовина концепції.

Лекція 3. ЖИВА РЕЧОВИНА ПЛАНЕТИ.

Вчення В.І.Вернадського свідчить, що жива речовина (сукупність живих організмів) визначає та підпорядковує собі повністюІнші планетарні процеси. Якщо його рівномірно розподілити на Землі, то живі організми утворюють плівку товщиною 5 мм. Проте їх роль велика. Значне місце займає зелене живе речовина рослин, т.к. воно автотрофно і здатне акумулювати енергію Сонця та перетворювати її на енергію хімічних зв'язків органічних сполук.

Живі організми перетворюють космічну променисту енергію на земну хімічну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Своїм диханням, харчуванням, метаболізмом, смертю та розкладанням, що тривають уже сотні мільйонів років, вони породжують грандіозний планетарний процес. міграцію хімічних елементів,або їх кругообіг.

Жива речовина, згідно з теорією Вернадського – біогеохімічний чинник планетарного масштабу, під впливом якого перетворюється як навколишня абіотична сфера, і самі живі організми. Товщі вапняків, вугільні родовища, залізняку – все це прояв діяльності сили життя.

Жива речовина, незважаючи на величезну різноманітність, єдина у своїй атомній основі. Атомна міграція йде не лише між самими організмами, а й з організму до навколишнього середовища і назад. Цього не було б, якби хімічний склад організмів був близький до хімічного складу земної кори. А хімічний склад останнього визначається як геологічними причинами, а й закономірностями космічного характеру (наприклад, будова атомів). Тому за Вернадським життя – це космічний процес. У організмах переважають легкі елементи з таблиці Менделєєва: H, C, N, O, Na, Mg, P, S, До, Ca та інших.

Термін "жива речовина" введений в літературу В. І. Вернадським. Під ним він розумів сукупність всіх живих організмів, виражену через масу, енергію та хімічний склад.

За Вернадським, жива речовина складається із семи різноманітних, але геологічно взаємопов'язаних частин: жива речовина; біогенна речовина; косна речовина; біокісна речовина; радіоактивна речовина; розсіяні атоми; речовина космічного походження У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди його біохімічної діяльності. Гази атмосфери (кисень, азот, вуглекислота), природні води, як і каустобіоліти (нафти, вугілля), вапняки, глини та його метаморфічні похідні (сланці, мармури, граніти та інших.) у своїй основі створені живою речовиною планети. Шари земної кори, позбавлені нині живої речовини, але перероблені ним у геологічному минулому, Вернадський відносив до області «колишніх біосфер». Біосфера мозаїчна за структурою та складом, відображаючи геохімічну та геофізичну неоднорідність лику Землі (океани, озера, гори, ущелини, рівнини і т.д.) та нерівномірність у розподілі живої речовини по планеті як у минулі епохи, так і в наш час. Максимальний вміст живої речовини гідросфери приурочено до мілководдів, мінімальний - до глибинних акваторій (абісаль); на суші ця нерівномірність проявляється у мозаїці біогеоценотичного покриву (лісу, болота, степу, пустелі та ін.) з мінімумом щільності живої речовини у високогір'ях, пустелях та полярних областях.

Речовини неживої природи відносяться до відсталих (наприклад, мінерали). У природі, крім цього, досить широко представлені біокісні речовини, освіта та складання яких обумовлюється живими та відсталими складовими (наприклад, ґрунти, води).

Жива речовина– основа біосфери, хоч і становить вкрай незначну її частину. Якщо його виділити в чистому вигляді і рівномірно розподілити по поверхні Землі, то це буде шар близько 2 см або вкрай незначна частка від обсягу всієї біосфери, товща якої вимірюється десятками кілометрів. У чому ж причина такої високої хімічної активності та геологічної ролі живої речовини?

Насамперед, це з тим, що живі організми, завдяки біологічним каталізаторам (ферментам), роблять, за словами академіка Л. З. Берга, з фізико-хімічної погляду щось неймовірне. Наприклад, вони здатні фіксувати у своєму тілі молекулярний азот атмосфери при звичайних для природного середовища значеннях температури та тиску. У промислових умовах зв'язування атмосферного азоту до аміаку вимагає температури близько 500°З тиску 300-500 атмосфер.

У живих організмах порядок чи кілька порядків збільшуються швидкості хімічних реакцій у процесі обміну речовин. В. І. Вернадський у зв'язку з цим живу речовину назвав надзвичайно активізованою матерією.

В основу концепції біосфери покладено уявлення про живу речовину. Більше 90% всієї живої речовини посідає наземну рослинність (98% біомаси суші). Жива речовина-найбільш потужний геохімічний та енергетичний фактор, провідна сила планетарного розвитку. Основне джерело біохімічної активності організмів - це сонячна енергія, яка використовується в процесі фотосинтезу зеленими рослинами та деякими мікроорганізмами для створення органічної речовини. Органічна речовина забезпечує їжею та енергією інші організми. Фотосинтез призвів до накопичення в атмосфері вільного кисню, утворення озонового шару, що захищає від ультрафіолетового та жорсткого космічного випромінювання, підтримує сучасний газовий склад атмосфери. Життя Землі завжди існувала у вигляді складно організованих комплексів різноманітних організмів (біоценозів). Разом з тим живі організми та середовище їхнього існування утворюють цілісні системи — біогеоценози. Харчування, дихання та розмноження організмів та пов'язані з ними процеси створення, накопичення та розпаду органічної речовини забезпечують постійний кругообіг речовини та енергії. З цим кругообігом пов'язана міграція атомів хімічних елементів через живу речовину. Так, весь атмосферний кисень обертається через живу речовину за 2000 років, вуглекислий газ за 300 років. Великою різноманітністю органічних та хімічних сполук характеризується склад самих організмів. Завдяки живій речовині на планеті утворилися ґрунти та органічне мінеральне паливо (торф, вугілля, можливо навіть нафта).

Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В.І. Вернадський підійшов до питання про генезу (походження) хімічних елементів у земній корі, а потім і до необхідності пояснити стійкість сполук, з яких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він дійшов висновку, що ніде немає органічні сполуки, незалежні від живої речовини. «Під ім'ям живої речовини, – писав В.І. Вернадський в 1919 р., — я маю на увазі всю сукупність всіх організмів, рослинності та тварин, у тому числі й людини».

Таким чином, жива речовина – сукупність живих організмів біосфери, чисельно виражена в елементарному хімічному складі, масі та енергії. У 1930-х роках. В.І. Вернадський із загальної маси живої речовини виділяє людство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живого стало можливим із трьох причин.

По-перше, людство не виробником, а споживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічних функцій живої речовини у 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.

Якби людина не виділилася з природної тваринного світу, то її чисельність була б близько 100 тисяч. Такі протолюди жили в обмеженому ареалі, та його еволюція визначалася б повільними процесами, які у результаті популяційно-генетичних змін, характерних видоутворення. Проте з появою людини стався якісний стрибок у розвитку природи Землі. Є всі підстави вважати, що це нове якість пов'язані з розумом і свідомістю homo sapiens. Таким чином, головною видовою відмінністю людини є її розум, і саме завдяки свідомості людство розвивалося своїм шляхом. Це позначилося і процесі розмноження людей, оскільки формування соціально зрілих форм свідомості потрібно тривалий час — щонайменше 20 років.

Які ж характерні риси притаманні живій речовині? Насамперед це величезна вільна енергія.У процесі еволюції видів біогенна міграція атомів, тобто. енергія живої речовини біосфери, збільшилася у багато разів і продовжує зростати, бо жива речовина переробляє енергію сонячних випромінювань, атомну енергію радіоактивного розпаду та космічну енергію розсіяних елементів, що надходять з нашої Галактики. Живому речовині властива також висока швидкість протікання хімічних реакційв порівнянні з речовиною неживою, де схожі процеси йдуть у тисячі та мільйони разів повільніше. Наприклад, деякі гусениці на добу можуть переробити їжі в 200 разів більше, ніж важать самі, а одна синиця за день з'їдає стільки гусениць, скільки сама важить.

Для живої речовини характерно те, що складові його хімічні сполуки. найголовнішими з яких є білки, стійкі лише у живих організмах.Після завершення процесу життєдіяльності вихідні живі органічні речовини розкладаються до складових хімічних частин.

Жива речовина існує на планеті у формі безперервного чергування поколінь, завдяки чому новостворене покоління генетично пов'язане з живою речовиною минулих епох. Це головна структурна одиниця біосфери, що визначає всі інші процеси земної кори. Для живої речовини характерно наявність еволюційного процесу.Генетична інформація будь-якого організму зашифрована у кожній його клітині. Цим клітинам спочатку призначено бути самими собою, крім яйцеклітини, з якої розвивається цілий організм. Таким чином, жива речовина по суті є безсмертною.

В.І. Вернадський зазначав, що живе речовина невіддільне від біосфери, є її функцією і водночас «однієї з наймогутніших геохімічних сил нашої планети». Кругообіг речовин В.І. Вернадський назвав біогеохімічними циклами. Ці цикли та кругообіг забезпечують найважливіші функції живої речовини в цілому. Вчений виділив п'ять таких функцій:

Газова функція -здійснюється зеленими рослинами, що виділяють кисень у процесі фотосинтезу, а також усіма рослинами та тваринами, що виділяють вуглекислий газ у результаті дихання;

Концентраційна функція -проявляється у здатності живих організмів накопичувати у своїх тілах багато хімічних елементів (першому місці — вуглець, серед металів — кальцій);

Окисно-відновна функція -виявляється у хімічних перетвореннях речовин у процесі життєдіяльності. В результаті утворюються солі, оксиди, нові речовини. З цією функцією пов'язано формування залізних та марганцевих руд, вапняків тощо;

Біохімічна функція -визначається як розмноження, зростання та переміщення у просторі живої речовини. Усе це призводить до кругообігу хімічних елементів у природі, їх біогенної міграції;

Функція біогеохімічної діяльності людинипов'язана з біогенною міграцією атомів, що багаторазово посилюється під впливом господарської діяльності людини. Людина розробляє та використовує для своїх потреб велику кількість речовин земної кори, у тому числі таких, як вугілля, газ, нафта, торф, сланці, багато руд. Одночасно відбувається антропогенне надходження у біосферу чужорідних речовин, причому у кількостях, що перевищують допустиме значення. Це призвело до кризового протистояння людини та природи. Головною причиною екологічної кризи, що насувається, вважається технократична концепція, що розглядає біосферу, з одного боку, як джерело фізичних ресурсів, з іншого — як стічні труби для видалення відходів.

Жива речовина біосфери включає до складу як органічні (хімічні), і неорганічні (мінеральні) компоненти.

Більше 90%, сформованих головним чином киснем, вуглецем, воднем та азотом, становлять наземну рослинність. На думку експертів, жива речовина - це одна з наймогутніших земних геохімічних сил. Розвивається воно на перетині гідросфери, літосфери та атмосфери. У несприятливих умовах життєві процеси припиняються чи сповільнюються настільки, що немає жодних видимих ​​проявів життя. Отже, розвивається стан анабіозу.

Жива речовина має певні особливості.

Насамперед, воно характеризується величезною кількістю вільної енергії. В умовах неорганічного світу до живої речовини (за обсягом енергії) можуть бути прирівняні недовговічні лавові потоки, які ще не встигли застигнути.

Однією з головних особливостей є вони в живій речовині, на відміну від неживого, протікають у тисячі разів швидше.

Відмінною рисою є склад. Жива речовина включає самостійні сполуки (ферменти, білки та інші). Ці хімічні сполуки виявляють стійкість лише за сприятливих умов. Значною мірою ця особливість характерна й у мінеральних компонентів.

Жива речовина здійснює довільний рух. В. І. Вернадський, вважаючи, що цей рух значною мірою є саморегулівним, виділяв дві його особливі форми. Пасивна формується у вигляді розмноження і властива і рослинам, і тваринам. Спрямоване рух організмів (характерне переважно для тварин, ніж для рослин) створює активну форму руху. Жива речовина відрізняється також прагненням заповнити собою весь простір.

Характерною рисою є і велика хімічна та морфологічна різноманітність. Жива речовина, на відміну від неживої, не може бути лише рідким або газоподібним середовищем.

У природі існують дисперсні тіла – індивідуальні організми. Вони становлять живу речовину. При цьому воно не знаходиться на планеті в одному морфологічно чистому вигляді - у формі популяцій організмів, що представляють один вид - воно завжди є біоценози.

Безперервність чергування поколінь забезпечує генетичний зв'язок сучасної живої речовини з тим, що існувало в минулі часи. У цьому характерною рисою є еволюційний процес. Іншими словами, відтворення здійснюється не за принципом абсолютного копіювання минулих поколінь, а шляхом біохімічних та морфологічних змін.

Існує п'ять основних функцій живої речовини.

1. Функція енергетична є поглинанням енергії Сонця при фотосинтезі, а при розкладанні насичених речовин - поглинання хімічної енергії.
2. У ході життєдіяльності окремих видів відбувається вибіркове накопичення. Ця функція називається концентраційною. Вона може здійснюватися масовим підвищенням концентрації компонентів у середовищі чи специфічним накопиченням тієї чи іншої елемента, незалежно від середовища.
3. Деструктивна функція полягає в мінералізації абіогенних органічних речовин, у розкладанні неживих неорганічних продуктів, залученні в біологічний кругообіг сформованих компонентів.
4. Середоутворююча функція є перетворенням фізичних і хімічних показників середовища.
5. За рахунок харчових взаємодій відбувається переміщення значної маси елементів у горизонтальному напрямку та проти

Жива речовина - вся сукупність тіл живих організмів у біосфері, незалежно від їхньої систематичної приналежності.

Жива речовина біосфери характеризується великим запасом енергії.

Різка різниця між живою і неживою речовиною спостерігається у швидкості перебігу хімічних реакцій (у живій речовині реакції йдуть у тисячі, а іноді в мільйони разів швидше).

Відмінною особливістю живої речовини є те, що індивідуальні хімічні сполуки, що її складають, - білки, ферменти та ін. - стійкі тільки в живих організмах.

Довільний рух, значною мірою саморегульований, є загальною ознакою будь-якої живої речовини в біосфері.

Жива речовина виявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж неживу. Відомо згори

2 млн. органічних сполук, що входять до складу живої речовини, тоді як кількість природних сполук (мінералів) неживої речовини становить близько 2 тис., тобто на три порядки менше.

Жива речовина представлена ​​в біосфері у вигляді індивідуальних організмів, розміри яких коливаються у великих межах. Величина найдрібніших вірусів не перевищує 20 нм (1 нм = 10-9м), найбільші тварини – кити – досягають 33 м у довжину, найбільша рослина – секвоя – 100 м у висоту.

2. Хімічні властивості живої речовини.

Саморегуляція, самовідтворення, висока швидкість протікання хімічних реакцій, активний та пасивний рух.

3. Фізичні властивості живої речовини

Висока пристосованість, дратівливість, зростання, розвиток, мінливість.

4. Форми організації живої речовини: поняття, різновиди.

Жива речовина – вся сукупність тіл живих організмів у біосфері. Воно розвивається там, де може існувати життя, тобто на перетині атмосфери, літосфери та гідросфери. У несприятливих умовах жива речовина перетворюється на стан анабіозу.

У процесі еволюції виробилося дві основні форми організації живого: клітинна і неклітинна, що є похідною життєдіяльності клітин. Серед неклітинних розрізняють симпластичну, синцитіальну форми організації та міжклітинну речовину.

5. Міжклітинна речовина (позаклітинний матрикс): поняття, характеристика, приклад.

Позаклітинним матриксом називають позаклітинні структури тканини (інтерстиціальний матрикс та базальні мембрани). Позаклітинний матрикс становить основу сполучної тканини, що забезпечує механічну підтримку клітин та транспорт хімічних речовин. Крім того, клітини сполучної тканини утворюють з речовинами матриксу міжклітинні контакти (гемідесмосоми, адгезивні контакти та ін), які можуть виконувати сигнальні функції та брати участь у локомоції клітин. Так, в ході ембріогенезу багато клітин тварин мігрують, переміщаючись по позаклітинному матриксу, а окремі його компоненти грають роль міток, що визначають шлях міграції.

Основні компоненти позаклітинного матриксу - глікопротеїни, протеоглікани та гіалуронова кислота. Колаген є превалюючим глікопротеїном позаклітинного матриксу у більшості тварин. До складу позаклітинного матриксу входить безліч інших компонентів: білки фібрин, еластин, а також фібронектини, ламінини та нідогени; до складу позаклітинного матриксу кісткової тканини входять мінерали, такі як гідроксіапатит; можна вважати позаклітинним матриксом та компоненти рідких сполучних тканин – плазму крові та лімфатичну рідину.

Приклад: Міжклітинна речовина пухкої неоформленої сполучної тканини

Однією з центральних ланок концепції біосфери є вчення про живу речовину. Досліджуючи процеси міграції атомів у біосфері, В. І. Вернадський підійшов до питання генези (походження, виникнення) хімічних елементів у земній корі, а після цього і до необхідності пояснити стійкість сполук, з яких складаються організми. Аналізуючи проблему міграції атомів, він дійшов висновку, що “ніде немає органічні сполуки, незалежні від живої речовини”. Пізніше він формулює поняття “живої речовини”: “Жива речовина біосфери є сукупність її живих організмів… Я називатиму сукупність організмів, зведених до їхньої ваги, хімічного складу та енергії, живою речовиною”. Головне призначення живої речовини та її невід'ємний атрибут – накопичення вільної енергії у біосфері. Звичайна геохімічна енергія живої речовини виробляється насамперед шляхом розмноження.

Наукові ідеї В. І. Вернадського про живу речовину, про космічність життя, про біосферу і перехід її в нову якість - ноосферу своїм корінням сягають в 19-початок 20 ст., Коли філософи і дослідники природи зробили перші спроби осмислити роль і завдання людини в спільній еволюції Землі. Саме їхніми зусиллями людина розпочала свій поступ до вершин природної еволюції живого, поступово займаючи екологічну нішу, відведену їй природою.

У 30-ті роки В. І. Вернадський із загальної маси живої речовини виділяє людство як його особливу частину. Таке відокремлення людини від усього живого стало можливим із трьох причин. По-перше, людство не виробником, а споживачем біогеохімічної енергії. Така теза вимагала перегляду геохімічних функцій живої речовини у 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 визначаються розумом людини. З одного боку, людина – це кульмінація несвідомої еволюції, “продукт” спонтанної діяльності природи, з другого – основоположник нового, розумно спрямованого етапу самої еволюції.

Які ж характерні риси притаманні живій речовині?Насамперед це величезна вільна енергія. У процесі еволюції видів біогенна міграція атомів, тобто енергія живої речовини біосфери, збільшилася у багато разів і продовжує зростати, бо жива речовина переробляє енергію сонячних випромінювань, атомну енергію радіоактивного розпаду та космічну енергію розсіяних елементів, що надходять з нашої Галактики. Живій речовині властива також висока швидкість протікання хімічних реакцій у порівнянні з неживою речовиною, де схожі процеси йдуть у тисячі і мільйони разів повільніше. Наприклад, деякі гусениці на 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 складові його хімічні сполуки, найголовнішими з яких є білки, є стійкими тільки в живих організмах. Після завершення процесу життєдіяльності вихідні живі органічні речовини розкладаються до складових хімічних частин. Жива речовина існує на планеті у формі безперервного чергування поколінь, завдяки чому генетично, що знову утворилося, пов'язане з живою речовиною минулих епох. Це головна структурна одиниця біосфери, що визначає всі інші процеси земної кори. Для живої речовини характерною є наявність еволюційного процесу. Генетична інформація будь-якого організму зашифрована у кожній його клітині. В. І. Вернадський класифікував живу речовину на одноріднеі неоднорідне.Перше в його уявленні – це родова, видова речовина тощо, а друга представлена ​​закономірними сумішами живих речовин. Це ліс, болото, степ, тобто біоценоз. Характеризувати живу речовину вчений пропонував на основі таких кількісних показників, як хімічний склад, середня вага організмів та середня швидкість заселення ними поверхні земної кулі.

В. І. Вернадський наводить середні цифри швидкості «передачі життя біосфері». Час захоплення даним видом усієї поверхні нашої планети у різних організмів може бути виражений наступними цифрами (добу):

Бактерія холери 1,25

Інфузорія 10,6 (максимум)

Діатомові 16,8 (максимум)

Зелений 166-183 (середнє)

планктон

Комахи 366

Риби 2159 (максимум)

Квіткові рослини 4076

Птахи (кури) 5600-6100

Ссавці:

дика свиня 37600

слон індійський 376000

Життя на нашій планеті існує в неклітинній та клітинній формах.

Неклітинна форма жива речовина представлена ​​вірусами, які позбавлені дратівливості та власного синтезу білка. Найпростіші віруси складаються лише з білкової оболонки та молекули ДНК або РНК, що становить серцевину вірусу. Іноді віруси виділяють на особливе царство живої природи – Vira. Вони можуть розмножуватися лише всередині певних живих клітин. Віруси 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, та близько 300 вірусів, що знищують вищі рослини. Більше половини хвороб людини зобов'язані своїм розвитком найдрібнішим вірусам (вони у 100 разів менше за бактерії). Це поліомієліт, віспа, грип, інфекційний гепатит, жовта лихоманка та ін.

Клітинні форми життя представлені прокаріотами та еукаріотами. До прокаріотів належать різні бактерії. Еукаріоти – це всі вищі тварини та рослини, а також одноклітинні та багатоклітинні водорості, гриби та найпростіші.