Живое вещество и его функции

Центральным звеном в концепции В. И. Вернадского о биосфере является представление о живом веществе: совокупности ее живых организмов. «Живое вещество по весу составляет ничтожную часть планеты… Количество его исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента биосферы по весу, порядка, близкого к 0,25 %... Вне биосферы его нет» (Вернадский).

По подсчетам В. И. Вернадского, в каждый момент на Земле существует 10²⁰–10²¹ г (10¹⁴–10¹⁵ т) живого вещества – это очень малая часть биосферы, примерно миллионная доля от массы всей Земли. При этом основную массу представляют растения и планктон Мирового океана. Но энергетическая роль этих живых масс несравненно значительнее.

По оценке геохимика С. Г. Неручаева, масса живого вещества Земли за геологическое время составляет 2,4×10²⁰ т, а масса Земли 6×10²¹ т. Цифры говорят сами за себя.

По Вернадскому, живое вещество – мощный геологический фактор.

Согласно закону константностиколичества живого вещества В. И. Вернадского – количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа (Реймерс, 1994).

В настоящее время выделяют 5 основных функций живого вещества: энергетическую, концентрационную, деструктивную, средообразующую и транспортную.

Энергетическая функция или функция «энергетического преобразования» проявляется в ассимиляции (от лат. assimilatio – усвоение, уподобление) живым веществом энергии и передаче ее по трофической (пищевой) цепи. В основе лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений (рис. 16), в процессе которой происходит аккумуляция (от лат. accumulo – cобираю, накопляю) солнечной энергии.

За счет накопления, прежде всего, солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Живое вещество может использовать не только солнечную энергию, но и эндогенную. Так, в рифтовых зонах океана тионовые бактерии потребляют эндогенный, т. е. выделяющийся внутри Земли, сероводород.

Рис. 16. Зеленая лаборатория (по: Скотт, 1995)

Таким образом, основная планетарная функция живого вещества заключается в связывании энергии, которая потом идет на поддержание множества других процессов на Земле.

Концентрационная функция живого веществасостоит в активном извлечении из окружающей среды нужных для организма химических элементов. Это обусловливается исключительно наследственно закрепленными физиологическими и биологическими особенностями организмов. Группа истинно биоэлементов включает: C, H, O, N, P, S, Cl, J, K, Ca, Na, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, Se, V (всего 20 элементов); в основном, легкие элементы в отличие от неживой природы. Они постоянно содержатся в живых организмах, включаются в обмен веществ, входят в состав белков, жиров, углеводов, ферментов, гормонов, витаминов, пигментов и являются незаменимыми. Концентрация их в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы.

Деструктивная функция живого веществазаключается в разложении живыми организмами органического и неорганического неживого вещества. За счет жизнедеятельности огромного числа гетеротрофов – грибов, животных и микроорганизмов – происходит гигантская в масштабах всей Земли работа по разложению органических остатков. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Кроме того, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов образуется почвенный гумус. В результате осуществляется биохимический круговорот веществ.

В условиях суши химической переработке неорганического вещества – выветриванию под воздействием живого вещества подвержены разнообразные типы горных пород. Одним из геологических следствий деструктивной деятельности живого вещества является образование коры выветривания.

Средообразующая функция живого вещества заключается в изменении физико-химических параметров внешней среды в результате процессов жизнедеятельности. Результатом этой функции является создание газовой оболочки Земли – атмосферы. Газы O₂, CO₂, N₂, H₂S, CH₄ и многие другие – органического происхождения.

В океане по масштабу средообразующей деятельности с зелеными растениями могут сравниться только организмы-фильтраторы, осуществляющие другую грандиозную работу. Всю водную толщу океана фильтраторы процеживают за 200 суток, поверхностный слой воды – даже за 20 суток. Во внутриконтинентальных водоемах биофильтрация совершается не в меньших масштабах. Одновременно с очисткой вод происходит седиментация (от лат – sedimentum – оседание) биогенного материала на дно (Христофорова, 1999).

Транспортная функция живого вещества состоит в переносе вещества в горизонтальном направлении и снизу вверх против силы тяжести. Массовое перемещение многоклеточных животных делает круговорот химических элементов на планете подлинно глобальным. Например, миграции животных, насекомых (дождевые черви, саранча, человек).

В обобщающем виде роль живого вещества выражает закон биогенной миграции атомов, открытый В. И. Вернадским: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂, и т. д.) обусловлены живым веществом». Великий планетарный процесс миграции атомов химических элементов выражается в питании, в дыхании, в сложном взаимодействии разно организованных живых существ. «…живое связано со всей окружающей природой миллионами невидимых связей – оно связано с атомами природы всеми атомами своего существа», – писал основоположник гелиобиологии А. Л. Чижевский.

Закон имеет важное теоретическое и практическое значение. В соответствии с этим законом понимание процессов, протекающих в биосфере, невозможно без учета биотических и биогенных факторов.