§ 26. Понятие о биосфере. Функции живого вещества

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их деятельностью. Она включает части атмосферы, гидросферы и литосферы, где жизнь может существовать. Это понятие позволяет рассматривать не только организмы, но и среду, которую они населяют и изменяют.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы, рассматриваемая как единое целое. Растения, животные, грибы и микроорганизмы взаимодействуют со средой и друг с другом. Термин нужен, чтобы описывать общее влияние жизни на вещества и энергию планеты.

Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков. К примерам относятся торф и каменный уголь, а также известняк, формирующийся из остатков раковин. В отличие от косного вещества, которое образуется без участия организмов, биогенное связано с жизнью и её продуктами.

Функции живого вещества — основные направления воздействия организмов на вещества и процессы биосферы. К ним относят, например, изменение газового состава среды, накопление элементов и образование почвы. Через эти функции проявляется планетарная роль жизни: организмы не просто обитают на Земле, а преобразуют её оболочки.

Как это устроено

Биосфера охватывает не всю планету, а только области, в которых условия позволяют организмам жить и размножаться. В атмосфере жизнь встречается в нижних слоях, в гидросфере — практически во всей толще воды, а в литосфере — главным образом в поверхностной части. Границы биосферы зависят от температуры, наличия воды, света и других условий, необходимых для жизни. Поэтому они проходят внутри оболочек Земли, а не совпадают с их внешними границами.

Живое вещество постоянно связано с неживой природой обменом веществом и энергией. Организмы поглощают воду, газы и минеральные соединения, потому что используют их для построения тела и получения энергии. После дыхания, выделения и разложения остатков часть веществ возвращается в среду и снова может быть использована другими организмами. Так поддерживаются круговороты: вещества переходят между организмами и окружающей средой, а не исчезают после однократного использования.

Энергетическая функция начинается с фотосинтеза: растения, водоросли и некоторые бактерии усваивают энергию солнечного света и запасают её в органических веществах. Энергия передаётся дальше, когда организмы поедают растения или других животных. При каждом переходе часть энергии рассеивается в виде тепла, поэтому она проходит через экосистему, а не возвращается в круговорот так же, как химические элементы. Благодаря этому потоку энергии возможны питание, рост и жизнедеятельность организмов.

Газовая функция проявляется, когда организмы поглощают и выделяют газы, меняя состав атмосферы и воды; например, фотосинтез связывает углекислый газ и выделяет кислород. При концентрационной функции организмы избирательно накапливают химические элементы в теле, а после их гибели эти вещества могут войти в состав отложений. Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями: при дыхании, фотосинтезе и деятельности микроорганизмов одни вещества окисляются, а другие восстанавливаются. Такие превращения меняют химический состав среды и обеспечивают движение элементов между разными формами.

Разрушительная функция заметна при разложении отмерших организмов и отходов: бактерии и грибы превращают сложные органические вещества в более простые. Транспортная функция проявляется, когда сами организмы перемещают вещества, например животные переносят семена, а мигрирующие стаи перемещают питательные элементы между территориями. Средообразующая функция возникает потому, что организмы меняют условия жизни: растительность задерживает влагу и защищает почву, а корни и почвенные организмы участвуют в её формировании. Эти функции взаимодействуют, поскольку один процесс может одновременно разлагать остатки, возвращать элементы в круговорот и изменять свойства среды.

Функции живого вещества биосферы

Сначала определите, какое действие описано в условии: накопление элемента, изменение состава газов, перенос вещества или преобразование энергии. Затем сопоставьте действие с проявлением функции в таблице. Если процесс подходит сразу к нескольким строкам, укажите несколько функций и объясните связь между ними.

Разбор задач

Поглощение углекислого газа и выделение кислорода

Условие. Назовите функцию живого вещества, благодаря которой фотосинтезирующие организмы поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вопрос касается именно изменения состава газов, а не передачи энергии по пищевой цепи. Поэтому сначала выделим, что происходит с веществами окружающей среды.

1. Найдём главный признак процесса: из среды удаляется углекислый газ и в неё поступает кислород.
2. Сопоставим этот признак с функциями: изменение состава газов относится к газовой функции.
3. Учтём, что фотосинтез также связан с усвоением энергии света, но формулировка задачи спрашивает о газообмене.

Ответ. Это газовая функция живого вещества. Фотосинтез одновременно связан с энергетической функцией, однако указанные в условии поглощение и выделение газов позволяют выбрать именно газовую.

Кальций в раковинах и известковые отложения

Условие. В раковинах морских организмов накапливается кальций, а после их гибели образуются известковые отложения. Нужно определить функцию и объяснить её проявление. Важно проследить путь элемента от организма к породе, а не ограничиться фактом гибели животных.

1. Отметим, что кальций избирательно накапливается в раковинах организмов.
2. Накопление химического элемента живыми организмами — признак концентрационной функции.
3. После гибели раковины становятся остатками организмов и участвуют в образовании осадочных известковых отложений.

Ответ. Проявляется концентрационная функция: организмы накапливают кальций, а их остатки впоследствии участвуют в образовании известковых пород. Так живое вещество влияет на распределение элементов и формирование биогенного вещества.

Изменения после вырубки леса

Условие. После вырубки леса на участке изменились почва, влажность и состав организмов. Нужно связать эти изменения с функциями живого вещества и показать, как они взаимодействуют. Учитываем, что исчезновение деревьев меняет и условия местообитания, и поступление органических остатков.

1. Изменение влажности и условий для других организмов связано со средообразующей функцией: лесная растительность влияла на затенение, удержание влаги и защиту почвы.
2. Сокращение поступления листьев и древесных остатков меняет работу разрушителей, которые разлагают органику и возвращают вещества в круговорот.
3. Когда почва оголена, меняются её свойства и условия жизни организмов; это отражается на составе сообщества и усиливает преобразование среды.
4. Свяжем процессы: исчезновение растительности меняет среду, а изменения разложения и круговорота веществ влияют на почву и последующее восстановление растений.

Ответ. Главная здесь — средообразующая функция, а с ней связаны разрушительная функция и участие организмов в круговороте веществ. Они взаимодействуют: изменение растительности влияет на влажность и почву, а изменившиеся условия воздействуют на организмы-разрушители и состав сообщества.

Типичные ошибки

Неверно считать биосферой только совокупность живых организмов. Так путают биосферу с живым веществом, потому что оба понятия связаны с жизнью. Проверьте себя: если в определении названы лишь организмы, добавьте заселённые ими области Земли и преобразованную ими среду.

Живое вещество и биогенное вещество — не одно и то же: первое обозначает организмы, второе — вещество, созданное ими или возникшее из их остатков. Путаница появляется из-за общего корня «био», то есть «жизнь». Чтобы проверить ответ, спросите себя, идёт ли речь о живых существах или о материальном продукте их деятельности.

Ошибочно приписывать каждой функции только один отдельный процесс. Некоторые процессы имеют несколько сторон, поэтому одновременно проявляют, например, газовую и энергетическую функции. Проверьте себя: назовите все действия, происходящие в условии, и сопоставьте каждое с его признаком, не ограничиваясь первым совпадением.

Энергетическая функция не означает, что организмы создают энергию. Её иногда так понимают, смешивая получение энергии с её возникновением. Организмы преобразуют энергию света и передают её по пищевым цепям; проверка проста: в ответе должны быть слова «усваивают», «преобразуют» или «передают», а не «создают».

Связь с другими темами

Для понимания функций живого вещества нужны знания о строении клетки и обмене веществ, в частности о фотосинтезе и дыхании. Круговороты веществ и пищевые цепи помогают проследить, как элементы и энергия проходят через экосистему. Эти представления объясняют устойчивость экосистем: изменение одного процесса может повлиять на другие связи. Они также пригодятся при изучении глобальных экологических проблем и последствий деятельности человека.

Что запомнить

• Биосфера включает области атмосферы, гидросферы и литосферы, где существует жизнь.
• Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы.
• Организмы участвуют в круговоротах веществ и преобразовании энергии.
• Функции живого вещества отражают разные стороны его влияния на планету.
• Функции живого вещества взаимосвязаны и часто проявляются одновременно.
• Деятельность организмов меняет состав и свойства среды.