§ 46. Компоненты биосферы. Функции живого вещества

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая живыми организмами и преобразуемая ими. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы, где возможна жизнь или заметно влияние организмов. Это понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь не отдельно от среды, а как часть единой планетарной системы.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Один вид или популяция являются лишь частью этого целого: живое вещество объединяет организмы разных видов и групп, обитающих в разных условиях. Такое понятие позволяет оценивать общую роль организмов в преобразовании планеты.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков. К примерам относят торф, уголь и многие известняки, сформировавшиеся при накоплении остатков живых организмов. Происхождение вещества помогает понять, как деятельность организмов сохраняется в природе даже после их гибели.

Биокосное вещество возникает при совместном взаимодействии организмов и неживой природы. Почва формируется из минеральных частиц горных пород, воды, воздуха, организмов и продуктов их деятельности. В отличие от живого вещества, это не сами организмы, а в отличие от косного — не результат процессов только неживой природы.

Как это устроено

Биосфера включает живое вещество и неживые компоненты — воду, воздух, горные породы и другие части среды. Организмы используют эти компоненты, а сами меняют их состав и свойства, поэтому живое и неживое постоянно связаны. Если убрать эту связь из рассмотрения, нельзя объяснить ни круговороты веществ, ни существование организмов в конкретных условиях.

Происхождение вещества определяет, к какому компоненту биосферы его относят. Биогенное вещество создано организмами или их остатками, косное формируется без их участия, например при процессах в горных породах. Биокосное появляется там, где оба начала действуют вместе: в почве живые организмы перерабатывают остатки, а минеральная основа и условия среды влияют на ход этого процесса.

Энергетическая функция начинается с того, что организмы-производители, прежде всего растения, усваивают солнечную энергию и запасают её в органических веществах. Потребители получают эту энергию, поедая другие организмы, а разрушители используют вещества остатков. Поэтому энергия проходит по цепям питания и преобразуется, но живое вещество не создаёт её; часть энергии рассеивается в окружающей среде.

Газовая функция проявляется, когда организмы поглощают и выделяют газы, изменяя состав атмосферы и водной среды. Например, при фотосинтезе растения используют углекислый газ и выделяют кислород, а дыхание организмов возвращает углекислый газ. Концентрационная функция связана с избирательным поглощением элементов: вещества из воды, воздуха и почвы включаются в тела организмов и могут накапливаться в них.

Окислительно-восстановительная функция выражается в химических превращениях, которые происходят при обмене веществ и деятельности микроорганизмов. Деструктивная функция проявляется при разложении отмерших организмов и отходов: вещества переходят в более простые формы и возвращаются в среду. Средообразующая функция возникает потому, что организмы меняют состав воздуха и почвы, их влажность и другие условия, от которых зависит жизнь последующих поколений.

Компоненты биосферы и их происхождение

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала выясни, участвовали ли организмы в образовании вещества. Если вещество создано организмами или из их остатков, это биогенный компонент; если организмов в его формировании не было — косный. Когда результат зависит от взаимодействия живого и неживого, как у почвы, выбирай биокосный компонент.

Разбор задач

Задача 1. Распределите известняк, живые растения, гранит и почву по компонентам биосферы. Нужно определить происхождение каждого объекта, а не только то, где он находится. Сопоставим наличие организмов и их вклад в формирование вещества.

1. Живые растения — это организмы, поэтому они относятся к живому веществу. Их жизнедеятельность также преобразует среду, но в этой задаче классифицируем сами растения.
2. Гранит формируется в результате геологических процессов без участия организмов, поэтому это косное вещество. Почва складывается из минеральной основы и продуктов деятельности организмов, значит, она биокосная.
3. Известняк часто образуется из скоплений раковин и скелетов организмов, поэтому в данном примере его относят к биогенному веществу. При классификации важно учитывать происхождение конкретного известняка.

Ответ: живые растения — живое вещество; известняк — биогенное; гранит — косное; почва — биокосное. Основание распределения — роль организмов в происхождении компонента, а не его внешний вид. Например, почва не является живым веществом, хотя в ней постоянно обитают организмы.

Задача 2. Определите функции живого вещества, проявляющиеся при поглощении растениями углекислого газа и выделении кислорода. Здесь важно отдельно рассмотреть изменение состава среды и судьбу элементов, поступивших в растение. Одно действие может одновременно проявлять несколько функций.

1. Поглощение углекислого газа и выделение кислорода меняют газовый состав воздуха. Следовательно, прежде всего проявляется газовая функция.
2. При фотосинтезе углерод из углекислого газа включается в органические вещества растения. Это пример концентрационной функции: химический элемент из среды накапливается в организме.
3. Учитываем, что функции не исключают друг друга: один процесс одновременно влияет на атмосферу и переносит углерод в состав живого вещества. Не следует называть энергетическую функцию главной только потому, что фотосинтез использует свет.

Ответ: проявляются газовая и концентрационная функции. Первая связана с изменением соотношения газов, вторая — с включением углерода в органические вещества. Фотосинтез также преобразует энергию, но условие задачи направлено именно на газообмен и накопление элемента.

Задача 3. После отмирания леса органические остатки разлагаются, элементы переходят в почву, а её состав и условия меняются. Нужно назвать компоненты биосферы и функции живого вещества, участвующие в ситуации. Проследим путь остатков и отдельно отметим результат для почвы.

1. Отмершие организмы — остатки живого вещества, а почва, в которую переходят элементы, является биокосным веществом. Органические остатки относятся к материалу биогенного происхождения.
2. Разложение остатков микроорганизмами показывает деструктивную функцию: сложные органические вещества превращаются в более простые. Возвращение элементов в почву и их включение в её состав связано с концентрационной функцией.
3. Изменение состава и условий почвы отражает средообразующую функцию. Она проявляется потому, что деятельность организмов меняет среду, в которой смогут существовать другие организмы.

Ответ: задействованы биогенные остатки и биокосная почва; проявляются деструктивная, концентрационная и средообразующая функции. Эти процессы не идут изолированно: разложение возвращает элементы в среду, а изменение почвы становится результатом этого преобразования. Поэтому ситуацию нужно разбирать по нескольким последствиям, а не искать одну-единственную функцию.

Типичные ошибки

Ошибка — считать биосферу просто суммой всех организмов. Так кажется, потому что слово связано с жизнью, но в понятие входят и неживые среды, и вещества, преобразованные организмами. Проверь себя вопросом: учитываю ли я воду, воздух, горные породы и их связь с живым?

Биогенное и биокосное вещества иногда смешивают, потому что в образовании обоих участвуют организмы. Однако биогенное вещество образовано организмами или их остатками, а биокосное возникает при совместном действии живого и неживого. Для проверки определи, является ли организм главным источником вещества или формирование требует также неживой основы и процессов.

Энергетическую функцию ошибочно описывают как создание энергии. Путаница возникает из-за того, что растения запасают солнечную энергию в органических веществах, но энергия не возникает из ничего: она преобразуется и передаётся. Проверь формулировку: если говорится «создают энергию», замени её на «усваивают, преобразуют и передают».

Ещё одна ошибка — приписывать сложный процесс только одной функции живого вещества. Это упрощение удобно, но разложение, накопление элементов и изменение среды могут происходить одновременно. Проверь себя, проследив отдельно, что происходит с веществом, энергией и условиями среды.

Связь с другими темами

Для понимания темы пригодятся знания об уровнях организации живой природы, круговороте веществ и потоке энергии в экосистемах. Они помогают увидеть, как процессы в отдельных организмах складываются в изменения всей биосферы. Например, цепи питания показывают передачу энергии, а круговороты — возвращение химических элементов в среду.

Эти представления понадобятся при изучении биогеохимических циклов, устойчивости экосистем и влияния человека на биосферу. Знание происхождения компонентов помогает оценивать изменения почв, вод и атмосферы. А понимание функций живого вещества позволяет объяснить, почему нарушение одних процессов может отразиться на других.

Что запомнить

• Биосфера включает живое вещество и компоненты неживой природы.
• Биогенное вещество образуется благодаря деятельности организмов.
• Биокосное вещество возникает при взаимодействии живого и неживого.
• Живое вещество преобразует и передаёт энергию.
• Организмы изменяют газовый состав и химический состав среды.
• Функции живого вещества взаимосвязаны и могут проявляться одновременно.