§ 45. Распространение и роль живого вещества в биосфере

Определения и обозначения

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Отдельный организм — одна особь, а популяция — группа особей одного вида, живущих на общей территории; живое вещество охватывает их всех вместе. Это понятие помогает оценивать влияние всей жизни на планету, а не свойства отдельного вида.

Биомасса — общая масса живых организмов на определённой территории или в определённом объёме. Она показывает, сколько органического вещества приходится на выбранное пространство, и помогает сравнивать распространение жизни в разных местах. Биомассу нельзя подменять числом особей: несколько крупных организмов могут весить больше, чем множество мелких.

Биогенное вещество — вещество, образованное в результате жизнедеятельности организмов. К нему относятся, например, торф и каменный уголь, возникшие из остатков растений, а также известняк, формировавшийся из раковин и скелетов организмов. Такие вещества показывают, как продукты жизни сохраняются в природе и участвуют в круговороте элементов.

Биокосное вещество возникает при совместном влиянии живых организмов и неживой природы. Пример — почва: её минеральная часть связана с разрушением горных пород, а органические остатки перерабатываются организмами. В отличие от биогенного вещества, биокосное нельзя объяснить только деятельностью живых существ или только неживыми процессами.

Как это устроено

Жизнь сосредоточена не равномерно, потому что организмы нуждаются в определённом сочетании условий. Свет даёт энергию для фотосинтеза, вода нужна для жизненных процессов, а подходящая температура позволяет им нормально протекать. Кислород и питательные вещества также необходимы многим организмам, поэтому нехватка одного из ресурсов ограничивает их распространение.

На суше и в океане жизнь плотнее там, где организмы могут получать энергию и вещества. Влажные и тёплые районы суши часто поддерживают большое количество растений, а вместе с ними — животных и микроорганизмов. В океане условия меняются с глубиной: освещённые верхние слои подходят для фотосинтеза, тогда как в глубине света меньше, а значит, меньше возможностей для образования органического вещества. В пустынях и других суровых местах жизнь не исчезает, но организмы встречаются реже или приспособлены к дефициту ресурсов.

Совокупная деятельность организмов меняет атмосферу, воду и горные породы, потому что живые существа постоянно поглощают, выделяют и преобразуют вещества. Растения при фотосинтезе забирают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород, а при дыхании организмы используют кислород и выделяют углекислый газ. В водоёмах организмы также поглощают растворённые вещества и влияют на их состав. Остатки организмов могут накапливаться, разлагаться или со временем участвовать в образовании пород.

Солнечная энергия попадает в пищевые связи через организмы, способные создавать органические вещества из неорганических. Растения используют энергию света, а животные получают её, поедая растения или других животных. Когда организмы дышат, выделяют продукты обмена или разлагаются после смерти, вещества возвращаются в окружающую среду. Поэтому пищевые связи соединяют организмы между собой, а круговорот веществ — живую природу с неживой.

Живое вещество образует и разрушает вещества, а также переносит химические элементы между средами. Корни растений извлекают минеральные вещества из почвы, животные переносят их при перемещении, а бактерии и грибы разлагают остатки и возвращают элементы в почву и воду. Организмы участвуют и в формировании условий среды: растения затеняют поверхность и удерживают влагу, а почвенные организмы рыхлят грунт. Так деятельность живых существ меняет не только состав среды, но и её свойства.

Распространение и роль живого вещества в биосфере

Сравнивайте строки таблицы по двум сторонам: где организмы встречаются и какие процессы они обеспечивают. Условия среды объясняют плотность жизни, а примеры показывают, как организмы воздействуют на вещества и среду. Биомасса при таком сравнении означает общую массу, а не количество особей.

Разбор задач

Пустыня и влажный тропический лес

Условие: сравните распространение организмов в пустыне и влажном тропическом лесу и назовите главный ограничивающий фактор пустыни. Нужно сопоставить условия, а не просто перечислить виды. Сначала определите, какой ресурс доступен в каждом месте.

1. В пустыне осадков мало, поэтому вода быстро становится дефицитным ресурсом. Перепады температуры и сильное испарение дополнительно затрудняют жизнь. Организмы должны экономно использовать влагу.
2. Во влажном тропическом лесу воды обычно больше, а тепло и освещение поддерживают рост растений. Растительная пища и разнообразие мест обитания обеспечивают условия для многих животных и микроорганизмов. Поэтому жизнь там, как правило, плотнее.
3. Сравните, какой фактор непосредственно ограничивает жизненные процессы в пустыне сильнее всего. Это доступность воды, хотя температура тоже влияет на распространение организмов. Следовательно, ответ нужно связать прежде всего с дефицитом влаги.

Ответ: во влажном тропическом лесу жизнь обычно гуще, чем в пустыне, где сильнее всего её ограничивает недостаток воды. При этом организмы пустыни не обязательно отсутствуют: многие из них приспособлены к засухе. Сравнение показывает связь плотности жизни с условиями среды.

Растения, атмосфера и пища

Условие: объясните, почему деятельность растений влияет на состав атмосферы и обеспечивает пищей другие организмы. Здесь нужно проследить, что происходит с энергией и веществами при фотосинтезе. Затем свяжите результат этого процесса с газообменом и пищевыми отношениями.

1. Растения поглощают солнечную энергию и используют её для фотосинтеза. В ходе этого процесса из углекислого газа и воды создаются органические вещества, а кислород выделяется в окружающую среду. Поэтому меняется соотношение газов в атмосфере.
2. Органические вещества накапливаются в растении и служат источником энергии и строительного материала. Растение поедают травоядные животные, а ими могут питаться хищники. Так образуются пищевые связи.
3. Соедините оба результата фотосинтеза: образование органического вещества и выделение кислорода. Первое поддерживает пищевые цепи, второе влияет на состав атмосферы. Значит, один процесс связывает газообмен с обеспечением других организмов пищей.

Ответ: растения поглощают углекислый газ, выделяют кислород и создают органические вещества, используя солнечную энергию. Органические вещества становятся пищей для других организмов напрямую или через пищевые цепи. Поэтому растения одновременно влияют на атмосферу и поддерживают жизнь потребителей.

Биогенное и биокосное вещество в почве

Условие: найдите примеры биогенного и биокосного вещества в почве и объясните участие организмов в их образовании. Важно определить, какие именно процессы привели к появлению каждого вещества. Не всякое вещество, найденное в почве, автоматически является биогенным.

1. К биогенному веществу можно отнести перегной, образующийся при разложении растительных и животных остатков. Его формированию помогают бактерии, грибы и другие почвенные организмы. Источником вещества служат остатки живых существ.
2. Почва в целом — пример биокосного вещества. Она возникает при совместном действии организмов, разрушающих остатки и перемешивающих грунт, и неживых процессов, связанных с разрушением горных пород. Поэтому в её образовании участвуют обе стороны.
3. Проверьте различие по источнику образования: для биогенного вещества ключева жизнедеятельность организмов, а для биокосного необходимы и живые организмы, и неживая природа. Перегной иллюстрирует первый случай, почва — второй. Такое сопоставление помогает не смешивать понятия.

Ответ: перегной в почве — пример биогенного вещества, поскольку он образуется из органических остатков при участии организмов-разлагателей. Почва — биокосное вещество: её формируют и живые организмы, и процессы разрушения минеральной основы. Различие определяется совместным или преимущественно биологическим способом образования.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что жизнь распределена в биосфере равномерно. Так думают, если воспринимают биосферу как пространство с одинаковыми условиями, хотя температура, вода, свет и ресурсы сильно различаются. Проверка простая: сопоставьте, например, пустыню и влажный лес и спросите, одинаково ли там доступна вода. Различия в условиях объясняют неодинаковую плотность организмов.

Ошибка — путать биомассу с численностью организмов. Численность отвечает на вопрос «сколько особей?», а биомасса — «какова их общая масса?», поэтому эти показатели не совпадают. Путаница возникает, когда оба показателя принимают за оценку количества жизни. Чтобы проверить себя, представьте одинаковое число мышей и слонов: масса групп будет резко различаться.

Ошибка — считать биогенное и биокосное вещества одним и тем же. Оба связаны с живыми организмами, поэтому их легко смешать, но биокосное вещество возникает при совместном влиянии организмов и неживой природы. Проверьте, нужно ли для образования объекта ещё и воздействие неживых процессов. Перегной относят к биогенному, а почву — к биокосному веществу.

Ошибка — сводить роль живого вещества только к тому, что одни организмы служат пищей другим. Пищевые связи заметны, но организмы также меняют состав воздуха и воды, разлагают остатки и переносят элементы. Чтобы проверить полноту ответа, перечислите не только пищевые связи, но и преобразование веществ и влияние на среду. Тогда роль живого вещества будет раскрыта шире.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о биосфере, экосистеме, факторах среды и круговороте веществ. Они помогают объяснить, где могут жить организмы и как вещества переходят между живой и неживой природой. Эта тема, в свою очередь, раскрывает связь пищевых цепей с круговоротами, почвообразованием и изменением атмосферы и гидросферы. Представления о неравномерном распространении жизни пригодятся при изучении природных зон и биоразнообразия.

Что запомнить

• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Организмы распространены в биосфере неравномерно.
• Условия среды определяют, где и в каком количестве могут жить организмы.
• Живое вещество преобразует и переносит химические элементы.
• Деятельность организмов влияет на состав и свойства окружающей среды.
• Биогенное и биокосное вещества различаются условиями своего образования.