§ 56. Роль живых организмов в биосфере

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и изменяемая их жизнедеятельностью. Она включает области атмосферы, гидросферы и верхней части литосферы, где встречается жизнь. Понятие помогает рассматривать живую и неживую природу как единую систему.

Живое вещество — совокупность всех живых организмов биосферы, рассматриваемая как единая геологическая сила. В него входят не только растения и животные, но и бактерии, грибы, водоросли. Такое определение подчёркивает общий результат деятельности организмов, а не только их массу.

Биогеохимический круговорот — перемещение химических элементов между живыми организмами и компонентами неживой природы. Например, углерод переходит из воздуха в растения, затем к животным и снова возвращается в среду. Круговороты объясняют, почему вещества могут многократно использоваться в экосистемах.

Биогенная миграция атомов — перемещение и преобразование химических элементов в биосфере благодаря жизнедеятельности организмов. Питание, дыхание, выделение и разложение меняют местоположение и химическую форму атомов. Термин нужен, чтобы показать активную роль жизни в преобразовании Земли.

Как это устроено

Живые организмы распределены неравномерно: больше всего их там, где есть вода, свет, подходящая температура и доступные вещества. Они обитают в воде, почве, на поверхности суши и в нижних слоях атмосферы, куда могут попасть споры и микроорганизмы. Именно поэтому их деятельность затрагивает гидросферу, верхнюю часть литосферы и атмосферу, а не ограничивается отдельными местами обитания.

Организмы участвуют в круговоротах, потому что постоянно обмениваются веществами со средой. Растения поглощают воду, углекислый газ и минеральные соли, животные получают вещества с пищей, а все организмы выделяют продукты обмена. После смерти остатки разлагаются, поэтому элементы возвращаются в почву, воду или воздух и снова становятся доступными для жизни.

Газовая функция особенно заметна при фотосинтезе и дыхании. Растения извлекают углекислый газ из атмосферы и выделяют кислород, а дыхание организмов возвращает углекислый газ и использует кислород. Соотношение этих процессов помогает поддерживать состав атмосферы, хотя деятельность человека может его изменять.

Концентрационная функция проявляется в избирательном накоплении элементов: одни организмы накапливают кальций, другие — кремний, фосфор или определённые металлы. Окислительно-восстановительная функция связана с превращением веществ при дыхании, фотосинтезе и работе микроорганизмов. В результате меняются химические соединения и доступность элементов для дальнейшего круговорота.

Разрушители органических остатков необходимы потому, что без них мёртвое вещество накапливалось бы, а минеральные элементы оставались бы связанными в органике. Бактерии и грибы превращают сложные соединения в более простые, которые могут поглощать растения. Так замыкаются круговороты и сохраняется устойчивость экосистем.

Основные функции живого вещества в биосфере

Таблицу удобно читать по строкам: сначала определите функцию, затем проследите её проявление и пример. Последний столбец показывает, какой общий результат получает биосфера.

Одна и та же деятельность может проявлять несколько функций одновременно. Например, фотосинтез связан с газовой, энергетической и биохимической функциями.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Определите функцию живого вещества, которую иллюстрирует поглощение углекислого газа растениями и выделение кислорода при фотосинтезе. Нужно связать процесс в клетках растения с изменением состава атмосферы.

1. Выделим вещества, участвующие в процессе: углекислый газ поглощается, кислород выделяется.
2. Проверим, к чему приводит такой обмен: количество газов в атмосфере изменяется.
3. Сопоставим результат с функциями живого вещества: изменение состава газовой оболочки соответствует газовой функции.

Ответ. Это газовая функция живого вещества. Фотосинтез одновременно запасает энергию и создаёт органические вещества, но в условии главное — обмен газами.

Задача 2

Условие. Проследите путь углерода от углекислого газа атмосферы через растение и животное обратно в атмосферу. Нужно построить последовательность процессов, не пропустив разложение органических остатков.

1. Растение поглощает углекислый газ при фотосинтезе и включает углерод в органические вещества.
2. Животное получает этот углерод, поедая растение, поэтому он переходит в состав его тканей.
3. При дыхании растения и животного часть углерода возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.
4. После отмирания организмов редуценты разлагают остатки, и углерод снова выделяется в среду, в том числе в атмосферу.

Ответ. Последовательность можно записать так: CO₂ атмосферы → растение → животное → дыхание и разложение → CO₂ атмосферы. Часть углерода на отдельных этапах может временно переходить в почву или воду.

Задача 3

Условие. Объясните, почему прекращение деятельности бактерий-разрушителей нарушит круговорот веществ и устойчивость экосистемы. Рассуждение должно показать, что произойдёт с остатками и минеральными элементами.

1. Определим роль бактерий: они расщепляют сложные органические вещества мёртвых организмов.
2. Если разрушители исчезнут, остатки будут накапливаться, а элементы останутся связанными в органике.
3. Растения станут получать меньше доступных минеральных веществ, поэтому ослабнет образование органики.
4. Нарушение питания растений повлияет на консументов и на всю пищевую сеть.

Ответ. Без бактерий-разрушителей круговороты не замкнутся: минеральные элементы не будут своевременно возвращаться в среду. Это снизит продуктивность и устойчивость экосистемы.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Биосферу иногда представляют только как область распространения животных и растений. Так забывают о микроорганизмах и изменённых ими почве, воде и воздухе. Проверьте себя: назовите хотя бы один пример роли бактерий в биосфере.

Ошибка 2. Живое вещество отождествляют с биомассой, то есть просто с массой организмов. Но главное здесь — совокупное воздействие жизни на круговороты и оболочки Земли. Для проверки спросите себя, описываете ли вы результат деятельности организмов.

Ошибка 3. Круговорот веществ приписывают только растениям и животным. Без грибов и бактерий-разрушителей органические остатки не превращались бы в доступные минеральные вещества. Проверьте схему круговорота: в ней должен быть этап разложения.

Ошибка 4. Иногда считают, что деятельность организмов всегда улучшает состояние среды. На самом деле она изменяет среду, а последствия могут быть как благоприятными, так и неблагоприятными. Сравнивайте результат процесса с условиями жизни разных организмов.

Связь с другими темами

До изучения темы нужны знания об уровнях организации живого, составе биосферы и типах питания. Также важно различать продуцентов, консументов и редуцентов, потому что они выполняют разные этапы круговорота.

Тема связана с экологией: через круговороты веществ объясняются устойчивость экосистем и взаимодействие организмов в пищевых цепях. Она показывает, что удаление одной группы организмов может повлиять на всю систему.

Дальше эти знания пригодятся при изучении глобальных экологических проблем, охраны природы и влияния человека на биосферу. Они помогают понять последствия загрязнения, вырубки лесов и чрезмерного использования ресурсов.

Что запомнить

• Живые организмы являются важной геологической силой, изменяющей биосферу.
• Живое вещество участвует в круговороте химических элементов.
• Фотосинтез и дыхание изменяют состав атмосферы.
• Организмы избирательно накапливают химические элементы.
• Микроорганизмы обеспечивают превращение многих веществ и замыкание круговоротов.
• Жизнедеятельность организмов формирует и поддерживает условия существования жизни.