Живое вещество. Геохимическая работа живого вещества

Вспомним несколько определений живого вещества создателя этого понятия В.И. Вернадского: «Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов". Как ученый, он понимает, что объект его исследований требует количественных характеристик, а потому подчеркивает: "Я буду называть совокупность организмов, сведенных к весу, химического состава и энергии, живым веществом". Живое вещество в его понимании - это форма активированной материи, и ее энергия тем больше, чем больше масса живого вещества.

Какие же свойства живого вещества?

  1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы недолговечна.
  2. В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой. Для жизненных процессов характерно то, что полученные организмом вещество и энергия перерабатываются и отдаются им в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна ее собственной массе, а некоторые гусеницы потребляют и перерабатывают в сутки в 200 раз больше пищи, чем весят сами.
  3. Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения и т.д.) синтезируются только в живых организмах.
  4. Живое вещество пытается заполнить собой все возможное пространство.

В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

    • пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам;
    • активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (характерная для животных и в меньшей степени - растений).

5. Живое вещество проявляет значительно большую морфологическое и химическое разнообразие, чем неживая. В природе известно более 2 млн органических соединений, входящих в состав живого вещества, тогда как количество минералов неживого вещества составляет около 2 тысяч, то есть на три порядка ниже.

6. Живое вещество представлена дисперсными телами - индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. Размеры индивидуальных организмов колеблются от 20 мм в мельчайших до 100 м (диапазон более 109). Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных - киты.

По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются предельными возможностями их газового обмена со средой.

7. Будучи дисперсной, живое вещество никогда не случается на Земле в морфологически чистой форме, например, в виде популяционного вида. Она может существовать только в виде биоценоза: "... даже простенький биоценоз какого сухого соснячка на песочке является группировкой, состоящей примерно из тысячи видов живых организмов" (Тимофеев-Рисовський).

8. Принцип Реди (флорентийский академик, врач и натуралист, 1626-1697): "все живое из живого» - является отличительной особенностью живого вещества, которая существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Неживые абиогенные вещества, как известно, поступают в биосферы или из космоса, или же выносятся порциями из оболочки земного шара. Они могут быть аналогичны по составу, но генетической связи у них нет.

9. Живое вещество в лице конкретных организмов, в отличие от неживой, осуществляет на протяжении своей исторической жизни грандиозную работу. По сути, только биогенные вещества цель биосферы - это интеґрал массы живого вещества Земли за геологическое время, тогда как масса неживого вещества земного происхождения является постоянной величиной в геологической истории 1 г архейского гранита и сегодня остается 1 г того же вещества, а та же масса живого вещества, то есть 1 г, в течение миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.

В доаристотеливськи времена считали, что жизнь начинается с абиогенеза (из таких мертвых тел природы как камень, скала, вода, газ, земля). Аристотель, как писал В.И. Вернадский (1969), признавал биогенез для человека, птиц, почти всех млекопитающих и некоторых низших животных, некоторых из позвоночных, многих растений. Он в исключительных случаях допускал гетерогенез (разнородное зарождения) и для высших растений, для животных. Прошло два тысячелетия со времени смерти Аристотеля, утвердился в науке принцип Реди ("все живое из живого»), но и сегодня идет поиск взаимосвязей живой и неживой вещества, которые служат надежным механизмом непрерывного движения жизни в биосфере. Чтобы лучше понять суть этих механизмов, следует выяснить, из каких веществ, кроме живой, состоит биосфера. Несмотря на то, что представление о составе биосферы изложены В.И. Вернадским в работе "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения»:

· Газовая

· Кислородная

· Окислительная

· Кальциевая

· Восстановительная

· Концентрационный

· Разрушение органических веществ

· Восстановительного расписания

· Метаболизма и дыхания организмов.

Вся масса живого вещества, которая была на Земле хотя бы в течение 1 млрд лет, уже превышает массу земной коры. Биомасса Земли (в сухом веществе) составляет 2,44х1012т, тобто0,00001% земной коры (2х1019 т). Принимая во внимание, что последний миллиард лет продукция земного шара была близка к современной, можно рассчитать ее суммарное количество 2х10пх109-2ХИ020 т, то есть в 10 раз больше массы земной коры. Следует принимать во внимание, что живое вещество - чрезвычайно активная химически действующая масса, а потому становится понятной и ее гигантская энергетическая роль. Если учесть, что на земную поверхность ежегодно поступает 2ИХИ025 кДж солнечной энергии, то на поверхность, покрытую зеленой растительностью и водоемами с их фитопланктоном, приходится лишь около 40%, или 8,4х1028 кДж энергии. С учетом затрат солнечной энергии в результате отражения и других причин, а также энергетического выхода фотосинтез не превышает 2%. Общее количество энергии, которая запасается ежегодно в процессе фотосинтеза, выражается величиной порядка 20,9х1022 кДж.

Все растительные и животные организмы состоят из тех же элементов, что и тела неживой природы, но в другом соотношении. В клетках найдено около 90 элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

Больше всего (98%) в клетках водорода, кислорода, углерода и азота. Содержание калия, натрия, кальция, магния, железа, серы, фосфора и хлора в клетках составляет десятые и сотые доли процента (их называют макроэлементами), а цинка, меди, йода, фтора, брома, серебра и т.д. - Еще меньше (табл. 7.2).


Элементы, содержание которых не превышает в клетке 0,01%, называются микроэлементами. Однако это не означает, что они менее нужны организму, чем другие. Установлено, что при отсутствии тех или иных микроэлементов нарушается обмен веществ между клетками организма, что приводит к различным заболеваниям. Все химические элементы участвуют в построении организма в виде ионов или в составе молекул неорганических или органических веществ. Среди неорганических веществ важное значение имеют вода, минеральные соли, кислоты, щелочи. Вода занимает до 80% объема клетки и выступает в ней как внутренний экологический фактор - среда, где находятся органоиды клетки, растворитель, катализатор для реакций обмена; создает электропроводность. В организме вода выполняет транспортную, ведущую функцию, является регулятором температуры.

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Благодаря связанной воде клетка способна выдерживать низкие температуры, ее содержание в клетке - примерно 5%. 95% приходится на свободную воду, которая является прекрасным растворителем, а большинство химических реакций проходят только в растворах.

Интересная и не до конца изучена свойство воды сохранять информацию. Очевидно, наши далекие предки знали об этом свойстве, используя воду при различных заговорах.

Большинство неорганических веществ в клетках содержится в виде солей или диссоциированных на ионы, или в твердом состоянии.

Содержание катионов и анионов в клетке отличается от их концентрации в окружающей среде и регулируется клеточной мембраной. При гибели клетки концентрация веществ в среде и цитоплазме выравнивается. Органические вещества составляют 20-30% массы клетки. К ним относятся белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, жироподобные вещества, АТФ и др.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >