Живое вещество биосферы и его функции

Определения и обозначения

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое. Отдельный организм живёт и действует сам, а живое вещество описывает общий результат деятельности растений, животных, грибов и микроорганизмов. Такое понятие помогает увидеть планетарную роль жизни.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их деятельностью. Она включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, где возможна жизнь. Границы биосферы определяются не линиями на карте, а распространением организмов.

Функции живого вещества — направления воздействия организмов на круговороты веществ и условия существования в биосфере. Например, растения поглощают углекислый газ, а редуценты возвращают минеральные вещества в почву. По функциям можно понять, какую работу жизнь выполняет в природе.

Биогенная миграция атомов — перемещение и преобразование химических элементов в результате жизнедеятельности организмов. Углерод, кислород, азот и другие элементы переходят из воздуха и воды в тела организмов, а затем возвращаются в среду. Это связывает живую и неживую части биосферы.

Как это устроено

Живое вещество рассматривают как единую планетарную систему, потому что организмы связаны потоками веществ и энергии. Его характеризуют общая масса, химический состав, запасённая и передаваемая энергия, а также огромное разнообразие видов. Даже очень разные организмы вместе влияют на состояние атмосферы, воды и почвы.

Организмы участвуют в круговоротах веществ, поскольку постоянно обмениваются веществами со средой. Растения поглощают воду, углекислый газ и минеральные соли, превращают их в органические соединения, а животные получают эти соединения с пищей. После отмирания организмов редуценты разлагают остатки и возвращают элементы в окружающую среду.

Энергия живого вещества в основном связана с солнечной энергией: зелёные растения и некоторые бактерии запасают её при фотосинтезе. Консументы получают энергию, поедая продуцентов или других животных, а редуценты — разлагая органические остатки. При каждом переходе часть энергии рассеивается в виде тепла, поэтому вещества циркулируют, а энергия проходит через систему направленно.

Газовая функция изменяет состав атмосферы, воды и почвенных газов благодаря фотосинтезу, дыханию, гниению и работе микроорганизмов. Концентрационная функция проявляется в избирательном накоплении элементов: например, моллюски и кораллы используют кальций для раковин и скелетов. Окислительно-восстановительная функция связана с превращением веществ при участии кислорода, углекислого газа, бактерий и других организмов.

Деструктивная функция обеспечивает разложение мёртвой органики и освобождение химических элементов. Транспортная функция проявляется, когда организмы переносят вещества между участками биосферы, например животные распространяют семена, а вода переносит органические частицы. Средообразующая функция возникает из совокупности этих воздействий: организмы формируют почву, меняют влажность, состав воздуха и пригодность среды для жизни.

Функции живого вещества биосферы

В таблице указано, какое изменение происходит, кто его вызывает и почему оно важно. Один и тот же организм может участвовать сразу в нескольких функциях. Например, растение одновременно запасает солнечную энергию, поглощает углекислый газ и формирует среду для других организмов.

Разбор задач

Поглощение углекислого газа растениями

Условие. Нужно определить, какие функции проявляются при поглощении растениями углекислого газа и выделении кислорода во время фотосинтеза. В процессе используется энергия света и образуются органические вещества. Значит, нужно связать наблюдаемые изменения не только с газообменом, но и с движением энергии.

1. Растение забирает углекислый газ из окружающей среды и выделяет кислород, поэтому проявляется газовая функция.
2. Световая энергия превращается в энергию химических связей органических веществ, поэтому проявляется энергетическая функция.
3. Образованные вещества затем могут передаваться консументам и редуцентам по пищевым цепям.

Ответ. В описанном процессе проявляются газовая и энергетическая функции живого вещества. Газовая функция меняет состав воздуха, а энергетическая обеспечивает накопление солнечной энергии в органике.

Накопление кальция организмами

Условие. Кальций накапливается в раковинах моллюсков и известковых скелетах кораллов. Нужно объяснить, почему это относят к концентрационной функции. Следует проверить, извлекают ли организмы элемент из среды избирательно и используют ли его для построения тела.

1. Моллюски и кораллы получают соединения кальция из воды и окружающих веществ.
2. Они не просто содержат воду с растворённым кальцием, а избирательно накапливают этот элемент.
3. Кальций включается в прочные структуры — раковины и скелеты, которые после отмирания могут участвовать в образовании известковых отложений.

Ответ. Это пример концентрационной функции, потому что организмы извлекают кальций из среды и накапливают его в своих структурах. Так живое вещество влияет на перераспределение элементов и формирование горных пород.

Опадание и разложение листьев

Условие. После опадания листьев органика разлагается редуцентами, минеральные вещества освобождаются, затем их поглощают растения. Нужно установить последовательность функций и понять общий результат процесса. Здесь работают не одна, а несколько взаимосвязанных функций.

1. Грибы и бактерии разрушают органические остатки, что показывает деструктивную функцию.
2. Минеральные элементы переходят в почву и перемещаются в ней, проявляя биогенную миграцию и транспортную функцию.
3. Растения снова поглощают эти элементы, а состав и плодородие почвы изменяются, поэтому проявляется средообразующая функция.

Ответ. Последовательность такова: деструкция органики, освобождение и перенос элементов, их поглощение растениями, изменение почвы. Совместное действие функций замыкает круговорот веществ и поддерживает жизнь растений.

Типичные ошибки

Ошибка: считать живым веществом только растения или просто перечислять все организмы. Так происходит, когда забывают о главном признаке понятия — общем воздействии жизни на планету. Проверьте себя: назовите не только группы организмов, но и их участие в круговоротах.

Ошибка: путать функцию с жизненным процессом организма. Дыхание — процесс отдельного организма, а изменение газового состава среды в результате дыхания множества организмов — газовая функция. Чтобы не ошибиться, спросите, описывается ли действие внутри организма или результат для биосферы.

Ошибка: называть концентрационной любое накопление вещества. Концентрация есть тогда, когда организм избирательно извлекает элемент из среды и накапливает его в теле или покровах. Проверьте, был ли элемент специально сосредоточен по сравнению с его содержанием в окружающей среде.

Ошибка: считать, что организмы производят энергию. Они не создают её из ничего, а преобразуют главным образом солнечную энергию и передают её по пищевым цепям. Проверка проста: найдите источник энергии и проследите, кому она переходит.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания об уровнях организации живого, составе биосферы, пищевых цепях и круговоротах веществ. Эти понятия объясняют, как отдельные организмы объединяются в природную систему.

Тема связана с изучением экосистем и биогеохимических циклов углерода и азота. Она также помогает понять, как деятельность человека меняет состав среды и равновесие биосферы.

Знание функций живого вещества объясняет значение охраны биоразнообразия. Чем разнообразнее организмы и их связи, тем устойчивее круговороты веществ и условия жизни.

Что запомнить

• Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы.
• Организмы связывают живую и неживую части биосферы через круговороты веществ.
• Энергетическая функция связана с накоплением и передачей энергии в биосфере.
• Газовая функция изменяет состав атмосферы и других природных сред.
• Концентрационная функция состоит в избирательном накоплении химических элементов организмами.
• Деструктивная функция обеспечивает разложение органических остатков и возврат веществ в среду.
• Совместная деятельность организмов формирует и поддерживает условия существования жизни.