§ 13. Функции живого вещества в биосфере

Определения и обозначения

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Это не только население планеты, но и активный участник биогеохимических процессов — круговоротов химических элементов. Организмы поглощают вещества, преобразуют их и возвращают в окружающую среду, поэтому без них биосфера была бы устроена иначе.

Энергетическая функция — улавливание организмами солнечной энергии и её передача по цепям питания с превращением в другие формы. Главную роль здесь играют фотосинтезирующие организмы: они запасают энергию в органических веществах. Эта функция помогает понять, откуда живые системы получают энергию для жизнедеятельности.

Газовая функция — изменение и поддержание газового состава атмосферы и гидросферы благодаря жизнедеятельности организмов. Фотосинтез, дыхание и разложение влияют, например, на содержание кислорода и углекислого газа. Рассматривая эту функцию, можно проследить, как организмы участвуют в круговороте газов.

Концентрационная функция — избирательное поглощение организмами химических элементов и их накопление в телах и остатках. Организмы извлекают из среды нужные вещества, а после гибели могут передавать их другим организмам или включать в состав отложений. Поэтому эта функция объясняет появление скоплений определённых элементов в биомассе и осадочных породах.

Как это устроено

При фотосинтезе растения, водоросли и некоторые бактерии используют энергию света, чтобы образовать органические вещества из углекислого газа и воды. Так энергия Солнца становится частью химических связей и может быть использована организмами. По цепи питания органические вещества переходят от одного организма к другому, но при каждом переходе часть энергии расходуется на жизнедеятельность и рассеивается как тепло. Поэтому энергия проходит через экосистему, а не циркулирует в ней бесконечно.

Газовый состав среды меняется из-за нескольких процессов, действующих одновременно. Во время фотосинтеза организмы поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а при дыхании используют кислород и выделяют углекислый газ. Разлагатели тоже возвращают углекислый газ в среду, разрушая органические остатки. Соотношение этих процессов поддерживает круговорот газов, а их интенсивность влияет на состав атмосферы и воды.

Организмы избирательно поглощают элементы, потому что используют их для построения клеток и скелетов, а также для обмена веществ. Например, моллюски и кораллы получают из воды соединения кальция и включают их в раковины и скелеты. Когда остатки организмов накапливаются и сохраняются, часть элементов может перейти в состав осадочных пород. Так избирательное поглощение связывает живые организмы с накоплением веществ в биосфере.

При фотосинтезе, дыхании и разложении вещества участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Это реакции, в которых одни вещества отдают электроны, а другие принимают их; в результате меняются химические соединения элементов. Например, фотосинтез и дыхание связаны с превращениями веществ, содержащих углерод и кислород. Благодаря таким реакциям элементы переходят из одной формы в другую и становятся доступными для новых процессов.

Функции живого вещества связаны, потому что организмы одновременно изменяют вещества, перемещают их и преобразуют среду. Разрушая остатки и горные породы, живые организмы высвобождают вещества, а животные могут переносить семена и другие материалы на новые территории. Деятельность организмов также меняет условия жизни: например, образование почвы создаёт среду для растений и почвенных обитателей. Поэтому круговороты веществ складываются из взаимосвязанных процессов, а не из отдельных независимых функций.

Функции живого вещества в биосфере

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите название функции, затем сопоставьте её с процессом и примером. Последний столбец показывает, какой результат этот процесс даёт для биосферы. Некоторые процессы связаны сразу с несколькими функциями, поэтому примеры не всегда можно отнести только к одной строке.

Разбор задач

Фотосинтезирующие организмы и газовый состав

Условие. Назовите функцию живого вещества, благодаря которой фотосинтезирующие организмы связывают углекислый газ и выделяют кислород. Нужно определить, какое воздействие фотосинтез оказывает на газовый состав среды. Для этого достаточно связать результат процесса с определением функции.

1. Определяем, что при фотосинтезе из среды поглощается углекислый газ.
2. Учитываем, что одновременно выделяется кислород, то есть меняется соотношение газов.
3. Сопоставляем этот результат с функциями живого вещества: изменение газового состава относится к газовой функции.

Ответ. Это газовая функция живого вещества. Фотосинтез поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Следовательно, он влияет на состав атмосферы и гидросферы.

Соединения кальция в раковинах и скелетах

Условие. Объясните, почему в раковинах моллюсков и скелетах кораллов накапливаются соединения кальция. Важно выяснить, откуда организм получает элемент и что происходит с ним дальше. Затем результат нужно соотнести с функцией живого вещества.

1. Моллюски и кораллы поглощают соединения кальция из окружающей воды.
2. Они используют кальций для построения раковин и скелетов, то есть включают его в свои тела.
3. Избирательное извлечение элемента из среды и его накопление соответствуют концентрационной функции.

Ответ. Организмы поглощают соединения кальция и накапливают их в своих твёрдых структурах. Поэтому пример относится к концентрационной функции. Если остатки организмов сохраняются, кальций может войти в состав осадочных отложений.

Остатки, семена и образование почвы

Условие. Сопоставьте разложение опавших листьев, перенос семян животными и образование почвы организмами с функциями живого вещества. Здесь важно определить не только участника процесса, но и его непосредственный результат. Один пример связан с разрушением, другой — с перемещением, третий — с изменением условий среды.

1. При разложении листьев сложные органические остатки преобразуются, а вещества возвращаются в среду. Это деструктивная функция.
2. Когда животные переносят семена, вещества и зачатки растений перемещаются на новые участки. Это транспортная функция.
3. Если деятельность организмов приводит к формированию почвы и меняет условия для обитателей, проявляется средообразующая функция.

Ответ. Разложение листьев — деструктивная функция, перенос семян — транспортная, образование почвы — средообразующая. Проверяйте выбор по результату: разрушение, перенос или преобразование среды. Так легче различить функции, даже если в каждом случае задействованы разные организмы.

Типичные ошибки

Ошибка: считать функции независимыми. Так думают, когда каждому процессу пытаются назначить только одно название. Фотосинтез, например, одновременно запасает энергию и меняет состав газов, поэтому связан с энергетической и газовой функциями. Проверьте себя: спросите, какие именно результаты даёт процесс.

Ошибка: сводить газовую функцию к выделению кислорода. Обычно вспоминают фотосинтез, потому что он заметно влияет на содержание кислорода. Но дыхание и разложение тоже меняют количество кислорода и углекислого газа. Для проверки учитывайте все процессы, связанные с газами, а не только один.

Ошибка: путать концентрационную функцию с простым присутствием элемента в организме. Элемент может находиться в теле, но это само по себе ещё не объясняет, как он туда попал. Для концентрационной функции важны избирательное поглощение из среды и накопление. Проверьте, можно ли указать оба этапа: извлечение и накопление.

Ошибка: считать, что организм создаёт вещество из ничего. Такое представление возникает, когда виден только результат — например, появление органического вещества или скопления минералов. На самом деле организмы преобразуют и переносят химические элементы, уже включённые в круговороты. Проверьте объяснение, указав источник вещества и процесс его превращения.

Связь с другими темами

Для понимания функций живого вещества нужны знания об уровнях организации биосферы, фотосинтезе, дыхании, цепях питания и круговороте веществ. Эти процессы показывают, как энергия и химические элементы переходят между организмами и средой. Представление о функциях помогает изучать биогеохимические циклы, экосистемы и влияние человека на биосферу. Оно продолжает учение В. И. Вернадского о роли организмов в преобразовании планеты.

Что запомнить

• Живое вещество — активная сила преобразования биосферы.
• Энергия поступает в биосферу главным образом благодаря фотосинтезу.
• Организмы участвуют в поддержании и изменении газового состава среды.
• При концентрационной функции элементы избирательно накапливаются в организмах.
• Живое вещество преобразует химические соединения в окислительно-восстановительных процессах.
• Разрушение остатков, перенос веществ и изменение среды — разные проявления воздействия организмов на биосферу.