Свойства живого вещества и его биохимические функции

Основой учения о биосфере является концепция живого вещества, разработанная В. И. Вернадским. Специфика живого вещества заключается в следующем.

  1. Живое вещество биосферы характеризуется заключенной в нем энергией, способной производить работу.
  2. Скорость протезкания химических реакций в живом веществе с участием ферментов в тысячи раз выше, чем при производстве веществ чисто химическими методами.
  3. Многие химические соединения (белки, нуклеиновые кислоты и др.) присущи только живым организмам.
  4. Живому веществу присуща подвижность. В. И. Вернадский выделил две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается ростом организмов и их размножением и присуща всем живым организмам, независимо от их систематического положения; 6) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она более характерна для животных). Благодаря разным формам движения живое вещество способно заполнять собой все возможное пространство. Этот процесс был назван В. И. Вернадским давлением жизни.
  5. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел — индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в пределах от 20 нм у вирусов до 100 м у растений.
  6. Живое вещество представлено биоценозами, в которых между популяциями разных видов существуют разнообразные формы взаимодействия, главнейшими из которых являются пищевые.
  7. Живое вещество существует на Земле в форме непрерывного чередования поколений, что способствует его обновлению.
  8. Характерным для живого вещества является способность к эволюционному процессу, благодаря которому происходит нарушение абсолютного копирования предыдущих поколений. Эта способность позволяет живому веществу приспосабливаться к изменению условий существования.
  9. Живое вещество, в отличие от неживого, постоянно производит биогеохимическую работу. Так, 1 г архейского гранита и сейчас остается 1 г этого же вещества. Масса живого вещества, оставаясь 1 г в течение миллиардов лет, существовала посредством смены поколений и все это время производила геологическую работу. Соответственно, и масса вещества, переработанного живыми организмами, намного превышает их собственную массу.

Таким образом, на планете Земля нет более активной и мощной в геологическом отношении силы, чем живое вещество. При его участии образуются каменный уголь, нефть, торф, гумус, известняк и другие ископаемые продукты, названные В. И. Вернадским биогенным веществом (т. е. веществом, рожденным жизнью); он выделил также биокосное вещество, т. е. преобразованное жизнью неживое (косное) вещество — результат совместной деятельности живых организмов и неживой природы (почти вся вода биосферы, приземная атмосфера, почва и т. д.).

Различают пять главных биогеохимических функций живого вещества на планете Земля.

  1. Энергетическая функция проявляется в усвоении живым веществом преимущественно солнечной энергии и передаче ее по трофической цепи. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, образующих 98 % всей первичной продукции планеты, что составляет около 150—200 млрд т сухого органического вещества в год.
  2. Осуществление предыдущей функции сопровождается, трансформацией газов в биосфере, т. е. выделением и поглощением кислорода, диоксида углерода и некоторых других газообразных соединений (метан, сероводород). Благодаря газовой функции сформировался современный состав атмосферы.
  3. Концентрационная функция проявляется в избирательном накоплении живыми организмами химических элементов окружающей среды. Примером могут служить накопление минеральных включений в тканях растений, элементарной серы в клетках некоторых бактерий, соединений кальция в раковинах моллюсков, кремнезема в панцирях диатомовых протист и т. д. В результате концентрационной деятельности организмов произошло накопление полезных ископаемых. Известняк, туф, торф, каменный уголь и другие — это концентрат кальциевых и углеродистых соединений отмерших живых организмов.
  4. Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, содержащих атомы с переменной степенью окисления. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе любого вида биологического метаболизма.
  5. Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. В результате осуществления этой функции происходит разрушение отмершего органического вещества до минеральных соединений, которые через автотрофное звено вновь вовлекаются в биологический круговорот.