Миграция и распределение живого вещества

⇐ ПредыдущаяСтр 31 из 45Следующая ⇒

В связи с действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли в биосфере совершаются постоянные процессы движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. На Земле ежегодно разрушатся 10¹² тонн живого вещества из общего запаса 10¹³ тонн. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи живое вещество способно к аккумуляции энергии, размножению и обладает огромной скоростью реакций. На Земле нет силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые вместе. В ТЕМЕ 17.3.2.1. уже рассматривался круговорот природных процессов. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ. Аккумуляция и минерализация происходит в биоценозах. Основной круговорот углерода состоит в превращении СO₂ в живое вещество, из которого при разложении бактериями и дыханием вновь образуется СО₂

Круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы за счет деятельности некоторых бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания растений и животных — в почву, где гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака, который затем окисляется бактериями в азотную кислоту. Таким образом, накопление химических элементов в живых организмах и освобождение их в результате разложения мертвых — характерная особенность биогенной миграции.

Обновление биомассы на суше происходит в среднем за 15 лет, причем для лесной растительности эта величина значительно больше, а для травянистой — значительно меньше. В океане общая масса живого вещества обновляется в среднем через каждые 25 дней. Обновление всей биомассы Земли осуществляется за 7—8 лет.

Постоянство биомассы живого вещества

Количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству. Это достигается тем, что в природе есть противоположная направленность процессов.

Важнейшим звеном биохимического круговорота является фотосинтез — мощный естественный процесс, вовлекающий ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Этот процесс выступает как регулятор основных геохимических процессов в биосфере и как фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Фотосинтез происходит на всей поверхности Земли и создает огромный геохимический фактор, который может быть выражен количеством массы углерода, ежегодно вовлекаемой в построение органического живого вещества всей биосферы. Продуктивность планетарного фотосинтеза может быть выражена в количестве масс углекислоты и воды, потребляемых всеми растениями земного шара в течение года. Учитывая то, что воды мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, сво-

326

бодный кислород атмосферы обновлялся не менее одного миллиона раз.

При гибели организма происходит обратный процесс — разложение органического вещества путем окисления, гниения и т.п. с образованием продуктов разложения.

Напряженность жизни выражается в росте и размножении организмов. За все время развития биосферы энергия Солнца превращалась в биохимическую энергию размножения живых организмов. При этом поглощенная энергия разделялась на два компонента:

■ компонент роста, приводящий к определенной массе данного тела, и

■ компонент размножения, определяющий увеличение числа организмов данного вида.

Смена организмов за единицу времени дает представление о скорости размножения.

Функции живого вещества в биосфере

Земли

Функции живого вещества в атмосфере Земли довольно разнообразны. В.И. Вернадский выделял пять таких функций:

1. Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями. Для синтеза органических веществ растения используют углекислый газ, выделяя при этом в атмосферу кислород. Весь остальной органический мир использует кислород с процессе дыхания и пополняет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменяется газовый состав атмосферы: снижается содержание углекислого газа и увеличивается концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество качественно изменило состав атмосферы — геологической оболочки Земли.

2. С газовой функцией тесно связана окислительно-восстановительная функция. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения ряда металлов, что приводит к образованию осадочных пород.

3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы, например, в таких растениях-накопителях, как осока, хвощ, содержится много кремния. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы: залежи мела, известняка и т.п.

4. Биохимическая функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов и расползанию живого вещества в разные географические области.

5. Биохимическая деятельность охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.

ФАКТОРЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ

В ПОЛЬЗУ ЗЕМНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

ЖИЗНИ

1. Первый и важнейший аргумент в пользу гипотезы о земном происхождении жизни на нашей планете дало изучение оптических свойств живого вещества, начатое Пастером. Оказалось, что в отличие от неживого вещества, живое или продукты его жизнедеятельности всегда оптически активны. Еще в прошлом веке Л. Пастер и П. Кюри экспериментально открыли тот факт, что аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми», т.е. отличаются оптическими свойствами. Объяснить происхождение «левизны» живой природы он пытался асимметрией, глобальной анизотропией пространства. Пастер говорил, что это единственная, четко разграничивающая линия, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой. Одно из возможных следствий этого открытия — возможность нового осмысления молекулярного аспекта проблемы происхождения жизни.

2. Второе доказательство в пользу земного происхождения жизни — существования на Земле генетического кода, — единого для всего живого. Единый алфавит из 4 букв

328

4 нуклеинов и еще 20 аминокислот — это, вероятно, следствие некоторого процесса естественного отбора, сохранившего на Земле наиболее устойчивую, наиболее приспособленную к нашим условиям форму передачи наследственной информации — наследственной памяти, которая кодируется нуклеиновыми кислотами. 3. Третий аргумент в пользу земного происхождения жизни — оценка Вернадским количества живого вещества, которое на протяжении всей истории земной жизни остается постоянным.

Таким образом, в процессе развития материального мира на одной из планет Солнечной системы — Земле вспыхнула жизнь. На этой планете сложились условия, благодаря которым физико-химические процессы могли привести эволюцию биологических молекул в такое русло, которое допускает их превращение в живое вещество. Появление на поверхности Земли живого вещества качественно изменило характер ее эволюции. Луна и Земля — практически ровесники, но на поверхности Луны за 3, 5 млрд лет практически мало что изменилось (кратеров стало больше).

История земной оболочки другая. Под действием живого вещества, способного использовать энергию Солнца, начала изменяться внешняя оболочка коренных пород — стали образовываться новые формы, которых нет на Луне. Граниты, песчаники — все это следствия совместной работы земной биогеохимической лаборатории. С развитием процесса изменения литосферы, атмосферы и океана стремительно развивалась сама жизнь, множились и усложнялись ее формы. Нынешний состав атмосферы, содержание в ней кислорода установились на ранних стадиях истории Земли.

Динозавры и млекопитающие возникли на Земле практически одновременно. Проблема гибели динозавров — одна из наиболее волнующих тайн природы.

Возникновение разума — столь же загадочная перестройка процессов развития, как и возникновение жизни. Мозг человека и мозг животного состоит из одних и тех же нейронов. Понять роль и возможности разума, целенаправленно использующего механизмы самоорганизации — задача, стоящая перед человечеством.

КОСМОПЛАНЕТАРНЫЙ ХАРАКТЕР БИОСФЕРЫ

Одной из кардинальных проблем современной науки является проблема происхождения земной жизни, ее связи с космосом, что предполагает обсуждение масштабов распространения живого вещества во Вселенной, в том числе и разумной его формы в виде космических цивилизаций.

Условия появления жизни на Земле определили ее развитие в качестве целого, т.е. в виде биосферы, единого монолита живого вещества, организованность которого определяется преобразованием космической энергии и связанными с этим космопланетарными биохимическими функциями. Это значит, что эволюция биосферы зависит от совокупности чисто земных и космических явлений. Так как в ходе эволюции биосферы появился человек, то он как часть биосферы и должен рассматриваться в определенном смысле в качестве космоплане-тарного феномена.

В науке установлено, что жизнь представляет собой непрерывный обмен веществ, который конкретно выражается во взаимодействии синтеза и распада органических веществ. Вопрос о начале жизни связан в определенном аспекте с физико-химическим детерминизмом, с химической самоорганизацией материи: живые организмы возникли в результате появления особых физико-химических условий и законов из молекул с определенными свойствами. И везде, где имеются соответствующие условия в космосе, может возникнуть жизнь, о чем говорит разработанная в настоящее время теория самоорганизации систем.

Этап «химической эволюции»

Современные данные космохимии дают основание для предположения о том, что ДНК образовалась в космических условиях, однако осуществление ее функций стало возможным лишь на нашей планете, где на основе развития живого вещества начала формироваться ранняя биосфера. Ведь в период своего образования Земля получила достаточное количество сложных органических соединений, образовавшихся в протосолнечной туманности.

330

Благодаря наличию этих соединений начали протекать процессы полимеризации аминокислот, сложных углеводородов и других соединений; в результате появились самоорганизующиеся физико-химические системы, характерные для живого вещества. Таким образом, этап «химической эволюции» был довольно-таки малым, его начало следует искать в космических условиях, которые имелись перед непосредственным образованием Земли.

Природно-радиационный фон

Необходимым постоянно действующим фактором существования биосферы является природно-радиационный фон, который слагается из трех компонентов:

1. Природные радионуклиды (уран, торий).

2. Продукты их радиоактивного распада, а также испускаемые ими при радиоактивном альфа-, бета- и гамма-излучения. Они находятся во всех элементах земной коры, в почве, водах рек, морей и океанов, приземной атмосфере. Живые организмы, поглощая радионуклиды, тем самым облучают себя изнутри.

3. Высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде постоянного потока (фоновое излучение). Оно порождают в атмосфере долгоживущие радионуклиды углерода, натрия и др, участвующие в процессах живого вещества.

Оказывается, что без природно-радиационного фона невозможно нормальное существование живых организмов, что на заре своего развития радиоактивность служила им дополнительным источником энергии.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что радиоактивность, как космическая, так и земная, вносит вклад в представления о биосфере как о земном и космическом механизме, определяющем судьбу нашей планеты вместе с появившимся на ней человечеством.

⇐ Предыдущая 26 27 28 29 303132 33 34 35 Следующая ⇒