Функции живого вещества в биосфере

Определения и обозначения

Живое вещество — совокупность всех организмов, населяющих биосферу. Это бактерии, грибы, растения, животные и другие живые организмы, а не отдельное вещество вроде воды или горной породы. Неживое вещество биосферы включает воду, воздух, минералы и другие компоненты, в которых или рядом с которыми живут организмы. Различать их нужно, чтобы понимать, кто именно участвует в преобразованиях биосферы и какие изменения происходят с неживой средой.

Функции живого вещества — виды воздействия организмов на процессы и свойства биосферы. Например, организмы могут менять состав воздуха, накапливать химические элементы или разлагать остатки. Одна и та же группа организмов способна участвовать сразу в нескольких таких процессах. Понятие функций помогает описывать не просто присутствие жизни, а её конкретную роль в работе биосферы.

Биогенная миграция атомов — перемещение и преобразование химических элементов при участии организмов. Атомы переходят из окружающей среды в клетки, затем могут попасть к другим организмам с пищей или вернуться в воду, почву и воздух. При этом элементы не исчезают, а меняют своё местоположение и нередко химическую форму. Это понятие нужно, чтобы проследить, как живые организмы связывают части круговоротов веществ.

Как это устроено

Энергетическая функция начинается с фотосинтеза: растения, водоросли и некоторые бактерии поглощают солнечный свет и используют его для образования органического вещества из неорганических веществ. Энергия сохраняется в химических связях органических молекул, поэтому пища становится её переносчиком. Когда организм ест растение или другое животное, часть этой энергии переходит к нему, а далее — по пищевой цепи. На каждом этапе часть энергии рассеивается в виде тепла, поэтому поток энергии не замыкается так, как круговорот веществ.

Газовая функция проявляется, когда организмы поглощают одни газы и выделяют другие. При фотосинтезе из воздуха или воды извлекается углекислый газ, а выделяемый кислород попадает в атмосферу или растворяется в воде. Дыхание и разложение органических остатков сопровождаются потреблением кислорода и выделением углекислого газа. Из-за этого жизнедеятельность организмов влияет на газовый состав и водной среды, и атмосферы.

При концентрационной функции организм не просто содержит химический элемент, а избирательно накапливает его в своих тканях или твёрдых частях. Так, моллюски используют кальций для формирования раковин, извлекая его из окружающей среды. После их отмирания раковины оседают на дне, разрушаются или включаются в осадочные отложения. Длительное накопление и захоронение таких остатков может участвовать в образовании пород и залежей, связывая живые организмы с геологическими процессами.

Окислительно-восстановительная функция связана с реакциями, в которых вещества отдают или присоединяют электроны и тем самым меняют химическое состояние. Такие реакции идут, например, при дыхании, фотосинтезе и работе микроорганизмов в почве и водоёмах. Одни организмы получают энергию, окисляя определённые вещества, другие восстанавливают соединения в условиях недостатка кислорода. В результате меняются формы химических элементов и их доступность для организмов и дальнейших реакций в биосфере.

Деструктивная функция состоит в разложении отмерших организмов и их остатков, а также продуктов жизнедеятельности. Грибы и бактерии расщепляют сложные органические вещества на более простые, которые возвращаются в почву, воду и воздух. Средообразующая функция проявляется шире: организмы изменяют условия, в которых живут они сами и другие виды, например создают почвенный слой, удерживают влагу или затеняют поверхность. Вместе эти функции помогают веществам снова становиться доступными и поддерживают круговороты в биосфере.

Основные функции живого вещества биосферы

Чтобы пользоваться таблицей, сначала соотнеси наблюдаемый процесс с колонкой «В чём проявляется», а затем проверь его по примеру. Один процесс может относиться сразу к нескольким функциям: фотосинтез, например, связан и с энергетической, и с газовой функцией. Смотри на конкретное воздействие, которое нужно назвать в задаче.

Разбор задач

Задача 1. Цианобактерии поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Нужно определить функцию живого вещества и объяснить ответ. В условии описан газообмен, а его следствием становится изменение состава среды.

1. Выделяем действия организмов: поглощение CO₂ и выделение O₂.
2. Сопоставляем процесс с определением: газовая функция связана с обменом газами и влиянием на их содержание в среде.
3. Учитываем, что цианобактерии меняют состав воды или атмосферы, где происходит газообмен.

Ответ: это газовая функция живого вещества, поскольку цианобактерии поглощают и выделяют газы, влияя на их содержание в окружающей среде.

Задача 2. В раковинах моллюсков накапливается кальций. Назови функцию и опиши значение процесса после отмирания животных. Важно не только наличие элемента в организме, но и его накопление в твёрдой части тела. Проследим, что происходит с раковинами дальше.

1. Устанавливаем, что моллюски избирательно включают кальций в раковины.
2. Соотносим это с концентрационной функцией — накоплением организмами определённых элементов.
3. После отмирания раковины могут оседать на дне и входить в состав осадочных отложений.

Ответ: проявляется концентрационная функция. Раковины возвращают кальций в геологические процессы и при накоплении могут участвовать в образовании осадочных пород.

Задача 3. Сравни роль грибов и бактерий в разложении опавших листьев с ролью растений в изменении состава воздуха. Нужно назвать функции и показать связь процессов с круговоротом веществ. Разложение и газообмен — разные воздействия организмов, хотя оба влияют на биосферу. Сначала определим, что происходит с листьями, затем рассмотрим растения.

1. Грибы и бактерии расщепляют органические остатки; это деструктивная функция.
2. Продукты разложения возвращаются в почву, воду или воздух и могут использоваться повторно.
3. Растения поглощают и выделяют газы, значит, проявляют газовую функцию; при фотосинтезе они также создают органическое вещество.

Ответ: разложение листьев относится к деструктивной функции, а изменение состава воздуха растениями — к газовой. Разложение возвращает вещества в круговорот, а газообмен изменяет состав среды и связан с фотосинтезом.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что каждую функцию выполняет только один отдельный вид. Так думают, потому что в примерах часто называют конкретный организм, хотя похожие процессы могут происходить у разных групп. Проверка: спроси себя, описывает ли термин действие одного вида или общий процесс, в котором могут участвовать многие организмы.

Газовую функцию иногда путают с энергетической. Причина — фотосинтез связан и с газообменом, и с запасанием энергии, но это разные стороны процесса. Чтобы проверить себя, назови, что именно рассматривается: изменение состава газов означает газовую функцию, а связывание и передача энергии — энергетическую.

Концентрационную функцию ошибочно сводят к простому присутствию элемента в теле организма. Но важно его избирательное накопление, например включение кальция в раковину. Проверь себя вопросом: собирает ли организм элемент в заметном количестве или он лишь входит в состав обычных тканей?

Разложение остатков часто воспринимают только как разрушение. Это неполное представление: деструкторы превращают органику в вещества, которые возвращаются в круговорот и могут стать доступными другим организмам. Чтобы проверить себя, проследи судьбу продуктов разложения после того, как остатки расщеплены.

Связь с другими темами

Для понимания функций живого вещества нужно знать, что такое биосфера, живое и неживое вещество, круговорот веществ и поток энергии. Эти понятия помогают отличать перемещение вещества от передачи энергии и видеть, где в процессах участвуют организмы. Позже функции пригодятся при изучении биогеохимических циклов — перемещения элементов между живой и неживой природой. Они также помогают объяснить, почему взаимодействия организмов важны для устойчивости экосистем.

Что запомнить

• Живое вещество — совокупность организмов биосферы.
• Организмы преобразуют вещество и энергию, влияя на всю биосферу.
• Фотосинтез связывает солнечную энергию и образование органического вещества.
• Газообмен организмов влияет на состав атмосферы и водной среды.
• Организмы избирательно накапливают некоторые химические элементы.
• Разложение остатков возвращает вещества в круговорот.
• Функции живого вещества взаимосвязаны и проявляются совместно.