§ 36. Биосферные функции живого вещества

Определения и обозначения

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Его рассматривают как единую планетарную систему, потому что организмы связаны обменом веществ, энергией и круговоротами элементов. Даже разные виды вместе меняют состояние воздуха, воды и почвы.

Биосферная функция живого вещества — роль организмов в преобразовании и перемещении веществ и энергии в биосфере. Она показывает не отдельное свойство растения, животного или бактерии, а общий результат жизни множества организмов. Через эти функции живое вещество влияет на устойчивость и развитие биосферы.

Газовая функция — изменение организмами газового состава атмосферы и гидросферы в ходе жизнедеятельности. Фотосинтез, дыхание и разложение регулируют содержание кислорода, углекислого газа и других газов. Поэтому по газовой функции можно понять, как жизнь поддерживает круговорот веществ в воздушной и водной оболочках Земли.

Концентрационная функция — избирательное накопление организмами химических элементов и соединений из окружающей среды. Например, моллюски концентрируют соединения кальция в раковинах. Такая способность приводит не только к накоплению вещества в теле, но и к появлению его запасов в отложениях после отмирания организмов.

Как это устроено

Обмен веществ постоянно связывает организм с окружающей средой: вещества поступают внутрь, преобразуются и выделяются обратно. Размножение увеличивает число организмов, поэтому сходные процессы повторяются в огромном количестве. В результате небольшие изменения, складываясь, становятся планетарными: меняются состав среды, скорость круговоротов и запасы химических элементов.

Фотосинтез связывает живое вещество с газовой функцией, потому что зелёные растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Дыхание, напротив, использует кислород и образует углекислый газ, а при разложении органики происходят сходные газовые обмены. Соотношение этих процессов поддерживает круговорот кислорода и углерода между организмами, атмосферой, водой и почвой.

Избирательное поглощение позволяет организму накапливать больше определённых веществ, чем содержится в окружающей среде. Кальций откладывается в раковинах и скелетах, кремний — в некоторых растительных и водных организмах, а углерод входит в состав органических соединений. После отмирания остатки могут оседать и постепенно участвовать в образовании отложений.

В клетках и тканях постоянно идут окислительно-восстановительные реакции, то есть реакции с переносом электронов и изменением степени окисления элементов. При дыхании органические вещества окисляются, а при фотосинтезе углекислый газ восстанавливается до органических соединений. Поэтому организмы переводят вещества из одной химической формы в другую и делают их доступными для следующих участников круговорота.

Бактерии и грибы разрушают органические остатки, превращая сложные соединения в более простые. Минеральные вещества возвращаются в почву и воду, откуда их снова поглощают растения. Перенос веществ организмами, например перемещение питательных элементов с пищей или оседание раковин на дне, соединяет разные части биосферы и формирует условия среды.

Основные биосферные функции живого вещества

Таблицу удобно читать по строкам: сначала определить функцию, затем выяснить механизм и найти пример. Последний столбец показывает, почему отдельный процесс важен не только для организма, но и для всей биосферы. Одна ситуация может проявлять сразу несколько функций.

Разбор задач

Зелёные растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород при фотосинтезе. Какую функцию они выполняют?

Нужно определить, какое изменение среды происходит непосредственно, а затем связать его с процессом фотосинтеза. Речь идёт не просто о питании растения, а об изменении состава газов вокруг него.

1. При фотосинтезе растение использует углекислый газ как источник углерода для органических веществ.
2. Кислород выделяется в окружающую среду, поэтому соотношение газов изменяется.
3. Изменение газового состава означает проявление газовой функции живого вещества.

Ответ: зелёные растения выполняют газовую функцию. Фотосинтез одновременно включает растение в круговороты углерода и кислорода.

Моллюски извлекают из воды соединения кальция и формируют раковины. Какие функции проявляются?

Сначала нужно разделить два этапа: поступление вещества в организм и дальнейшая судьба раковины. Такое разделение помогает не смешать функцию накопления с образованием отложений.

1. Моллюск избирательно поглощает соединения кальция из воды и откладывает их в раковине.
2. Само накопление кальция является проявлением концентрационной функции.
3. После отмирания раковины оседают, уплотняются и могут участвовать в формировании осадочных отложений, что связано с деструктивной и средообразующей ролью живого вещества.

Ответ: при жизни моллюска проявляется концентрационная функция, а после его гибели накопленный кальций участвует в образовании отложений.

Опавшие листья разлагаются микроорганизмами, а минеральные вещества возвращаются в почву. Какие функции действуют?

В задаче описана последовательность, поэтому важно рассмотреть её по этапам. Разрушение листьев не исчезает бесследно: содержащиеся в них элементы переходят в другие соединения и снова включаются в круговорот.

1. Бактерии и грибы разрушают сложные органические вещества листьев.
2. В ходе обмена веществ и окислительно-восстановительных реакций образуются простые и минеральные соединения.
3. Эти соединения возвращаются в почву и становятся доступными растениям, замыкая круговорот элементов.

Ответ: проявляются деструктивная и окислительно-восстановительная функции, а возвращение элементов в почву поддерживает круговорот веществ и средообразующую роль организмов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать биосферные функции свойствами отдельного организма. Её допускают, потому что пример часто описывает одно растение или животное, но планетарный результат возникает из совокупной деятельности организмов. Проверка: спросите себя, можно ли объяснить изменение всей среды действиями только одного организма.

Ошибка: путать газовую и концентрационную функции. Причина — обе связаны с поступлением веществ в организм, однако газовая меняет состав газов, а концентрационная приводит к накоплению определённых элементов. Проверка: найдите в условии либо изменение содержания газа, либо запас вещества в теле или отложении.

Ошибка: считать, что энергетическая функция означает создание энергии. Энергию нельзя получить из ничего: организмы преобразуют световую или химическую энергию и передают её по пищевым связям. Проверка: укажите источник энергии и форму, в которую она переходит.

Ошибка: воспринимать деструктивную функцию только как вред. Разрушение остатков необходимо, потому что освобождает элементы для новых организмов. Проверка: проследите, возвращаются ли вещества после разложения в почву, воду или атмосферу.

Связь с другими темами

Для понимания функций нужны знания о фотосинтезе, дыхании, обмене веществ и круговоротах элементов в экосистемах. Эти процессы объясняют, откуда берутся изменения состава среды.

Тема помогает разобрать круговороты углерода, кислорода и других элементов, а также влияние организмов на атмосферу, почву и воды. Она связывает отдельные экологические процессы в единую картину.

Представление о живом веществе связано с учением В. И. Вернадского о биосфере. Оно также помогает понять экологические проблемы, возникающие при нарушении круговоротов и сокращении разнообразия организмов.

Что запомнить

• Живое вещество — мощная преобразующая сила биосферы.
• Биосферные функции проявляются в совокупной деятельности организмов.
• Фотосинтез и дыхание участвуют в газовой функции.
• Избирательное накопление веществ организмами — проявление концентрационной функции.
• Разложение остатков возвращает химические элементы в круговорот.
• Функции живого вещества связаны между собой и влияют на состояние среды.