Функции живого вещества


Всю деятель­ность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их пре­образующей биосферно-геологической роли.

В.И. Вернадский в статье «Об условиях появления жизни на Земле» выделял девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановитель­ную, концентрационную, разрушения органических соединений, восстановительного разложения органических соединений, метаболизма и дыхания организмов. В настоящее время названия этих функций несколько изменены, некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А.В. Лапо (1987).

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. Большая часть поступающей на Землю световой энергии теряется: 47% рассеивается облаками, 22% поглощается атмосферой, 24% - почвой и только в среднем 1% эффективно улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза и преобразуется в макроэргические связи молекул. Но в результате растения производят около 232 млрд. т органического вещества и 248 млрд. т кислорода ежегодно.

2. Газовая функция – способность изменять и поддерживать определен­ный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В час­тности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т.п.). В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего СО2 в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению в ат­мосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

С газовой функцией в настоящее время связывают два перелом­ных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относит­ся ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени вос­становительные процессы в биосфере стали дополняться окисли­тельными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со време­нем, когда концентрация его достигла примерно 10% от современ­ной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озо­на и образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обеспечило возможность освоения организмами суши (до этого фун­кцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

3. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсифи­кацией под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводо­рода, а также метана. Это, в частности, делает практически без­жизненными глубинные слои болот, а также значительные придон­ные толщи воды (например, в Черном море). Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.

В.И. Вернадский различал две отдельные функции – окислительную и восстановительную, он писал: «можно различить две противоположные биогеохимические функции, которые и в природе находятся в известной корреляции и которые тесно связаны с историей свободного кислорода в биосфере, который, насколько мы знаем, почти нацело создается живым веществом».

4. Концентрационная функция - способность организмов концентриро­вать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание, по сравнению с окружающей организмы средой, на не­сколько порядков (по марганцу, например, в теле отдельных орга­низмов – в миллионы раз). Результат концентрационной деятельно­сти - залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторож­дения и т.п. Эту функцию живого вещества всесторонне изучает наука биоминералогия. Организмы-концентраторы используются для решения конкретных прикладных вопросов, например, для обога­щения руд интересующими человека химическими элементами или соединениями. Проявление концентрационной функции живого вещества представлено в таблице 5.

5. Деструктивная функция – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом от­ношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (дес­трукторы, редуценты).

6. Транспортная функция – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осу­ществляется на колоссальные расстояния, например, при миграци­ях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, на­пример, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониаль­ные поселения).


Таблица 5 – Концентрационная функция живого вещества

Элемент

Концентрация

Организм

Водород

Водородисто-кислородные организмы. До 99 % воды при обычном ее содержании в теле 80-90 %

Огромное количество водных бесскелетных организмов. В медузах химически чистой воды – 99,9 %

Углерод

Углеродистые организмы. Углерод до 48 % при обычном содержании в окружающей среде 8-18 %

Лишайники, семена, многие организмы в латентном состоянии

Натрий

Натриевые организмы. Концентрируют до 5 % при обычном содержании в среде 0,02-0,5 %

Флора солончаков, солянки, солеросы, полыни, большинство морских водорослей

Магний

Магниевые организмы. Концентрируют до 10 % магния при фоновом содержании nх10-1 - nх10-2

Фораминиферы

Кремний

Кремниевые организмы. Концентрируют до 10 % кремния при фоновом nх10-1 - nх10-3

Диатомовые водоросли, песчаные фораминиферы, радиолярии, кремниевые губки, хвощи

Сера

Серные организмы. Концентрируют до 10 % при фоне nх10-1 - nх10-2

Серные бактерии, выделяющие самородную серу

Железо

Железные организмы. Концентрируют до 20 % при фоне nх10-1 - nх10-3

Железобактерии, некоторые фораминиферы, десмидиевые водоросли, некоторые лишайники, многие водные растения

Кальций

Кальциевые организмы. Концентрируют до 40 % кальция при фоновом содержании nх10-1 - nх10-2

Лишайники, многие цветковые растения, лишенные раковины моллюски, большинство водорослей (кладофора)

7. Наряду с концентрационной функцией живого вещества выде­ляется противоположная ей по результатам – рассеивающая. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, при раз­ного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, кровососущими насе­комыми и т.п.

8. Средообразующая функция. Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других фун­кций). С ней в конечном счете связано преобразование физико-хи­мических параметров среды. Эту функцию можно рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и под­держивают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.

В более узком плане средообразующая функция живого веще­ства проявляется, например, в образовании почв. В.И. Вернадс­кий, как отмечалось выше, почву называл биокосным телом, под­черкивая тем самым большую роль живых организмов в ее созда­нии и существовании. Роль живых организмов в образовании почв убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образование раститель­ного слоя земли деятельностью дождевых червей». Известный ученый В.В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», под­черкивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента – биоценоза и, прежде всего, растительного покрова.

Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Это прежде всего относит­ся к сообществам с большой массой органического вещества (био­массой). Например, в лесных сообществах микроклимат существен­но отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые колебания температур, выше влажность воз­духа, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верх­них горизонтах почвы). Исключительная чистота Байкала обязана работе веслоногого рачка эпишуры байкальского, который всю массу воды озера трижды в год пропускает через свое тело.

9. Важна также информационная функция живого вещества, вы­ражающаяся в том, что живые организмы и их сообщества накап­ливают определенную информацию, закрепляют ее в наследствен­ных структурах и затем передают последующим поколениям.

В обобщающем виде роль живого вещества сформулирована гео­химиком А.И. Перельманом в виде закона биогенной мигра­ции атомов (В.И. Вернадского): «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осу­ществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические осо­бенности которой обусловлены живым веществом...».