Conferencia #2
Biosfera: definición y estructura. La materia viva
Definición y estructura de la biosfera
Materia viva de la biosfera
Leyes de la migración biogénica de los átomos e irreversibilidad de la evolución, leyes de la ecología por B. Commoner
Astronave La tierra es única entre los planetas. sistema solar. En una fina capa donde el aire, el agua y la tierra se encuentran e interactúan, viven objetos sorprendentes, seres vivos, entre los que nos encontramos. Según las ideas modernas, La biosfera es una especie de caparazón de la Tierra, que contiene la totalidad de los organismos vivos y aquella parte de la sustancia del planeta que está en continuo intercambio con estos organismos.
por físico condiciones naturales la biosfera se puede subdividir en tres ambientes: la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera (Fig. 2.1).
Arroz. 2.1. Estructura general de la Tierra.
Los principales componentes de la geosfera de la Tierra se presentan en la Tabla 2.1.
Los límites de la biosfera están determinados, en primer lugar, por campo de vida(VI Vernadsky, 1926). Vernadsky llamó a todo el conjunto de organismos del planeta la materia viva, considerando la masa total, la composición química y la energía como sus principales características.
sustancia inerte, según Vernadsky, - la totalidad de aquellas sustancias en la biosfera, en cuya formación no participan los organismos vivos.
Principales componentes de la geosfera de la Tierra Tabla 2.1
Nutritivo creados y procesados por la vida, agregados de organismos vivos. Es una fuente de energía potencial extremadamente poderosa ( carbón, betún, piedra caliza, petróleo). Después de la formación del nutriente. vivo los organismos en él están inactivos.
Una categoría especial es biomaterial VI Vernadsky (1926) escribió que "es creado en la biosfera simultáneamente por organismos vivos y procesos inertes, que representan sistemas de equilibrio dinámico de ambos". Los organismos en materia bioinerte juegan un papel protagónico.
La sustancia bioinerte del planeta, por lo tanto, es el suelo, la corteza meteorizada, todo aguas naturales, cuyas propiedades dependen de la actividad de la materia viva en la Tierra. Por lo tanto, biosfera - esta es el área de la Tierra que está cubierta por la influencia de la materia viva. La vida en la Tierra es el proceso más destacado en su superficie, recibiendo la energía vivificante del Sol y poniendo en movimiento casi todos los elementos químicos de la tabla periódica.
La biosfera como lugar de hábitat moderno de los organismos, junto con los propios organismos, se puede dividir en tres subesferas (Fig. 2.2): aerobiosfera, habitado por aerobiontes, cuyo sustrato es la humedad del aire;
hidrobiosfera - el mundo global del agua (la capa de agua de la Tierra sin agua subterránea), habitado por hidrobiontes;
geobiosfera - parte superior la corteza terrestre(litosfera), habitada geobiontes.
hidrobiosfera se rompe en un mundo de aguas continentales, en su mayoría dulces - acuabiosfera (con animales acuáticos)
y la región de los mares y océanos - marinobiosfera (con marinobiontes).
La estructura general de la biosfera se muestra en la Figura 2.2
Geobiosfera consiste en: el área de vida en la superficie de la tierra - terrabiosfera(con terrabiontes), que se subdivide en:
fitosfera(desde el suelo hasta las copas de los árboles)
pedosfera(suelos y subsuelos subyacentes, que a menudo incluyen toda la corteza de meteorización) con pedobiontes;
nudotobiosfera - vida en las profundidades de la Tierra (con litobiontes viviendo en los poros de las rocas).
La litobiosfera se divide en dos capas:
hipoterrabiosfera - una capa donde es posible la vida aeróbica (o subterrabiosfera),
telurobiosfera - una capa donde pueden vivir los anaerobios (o la biosfera profunda). La vida en el espesor de la litosfera existe principalmente en las aguas subterráneas.
En la hidrobiosfera, las capas están principalmente relacionadas con la intensidad de la luz. Hay tres capas:
fotosfera- iluminado relativamente brillante
disfotosfera- siempre muy crepuscular (hasta un 1% de insolación),
afotosfera - oscuridad absoluta, donde la fotosíntesis es imposible.
El factor limitante en el desarrollo de la vida en aerobiosfera es la presencia de gotas de agua y temperaturas positivas, así como de aerosoles sólidos que se elevan desde la superficie de la Tierra.
Desde las copas de los árboles hasta la altura del lugar más frecuente de cúmulos se extiende tropobiosfera(con tropobiontes). El espacio es una capa más delgada que la troposfera atmosférica.
Por encima de la tropobiosfera se encuentra una capa de microbiota extremadamente enrarecida - altobiosfera(con altobiontes).
Encima se extiende un espacio donde la vida penetra solo ocasionalmente y con poca frecuencia, donde los organismos no se multiplican, - parabiosfera.
En altitudes elevadas en las montañas, donde la vida ya no es posible plantas superiores y en general organismos productores, pero donde los vientos traen materia orgánica desde cinturones verticales inferiores y donde, a temperaturas negativas del aire, todavía hay suficiente calor de la insolación solar directa para la existencia de vida, la parte de gran altitud de la terrabiosfera se encuentra - zona eolia .
Este es el reino de los artrópodos y algunos microorganismos - eolobiontes.
La vida en los océanos llega a su fondo. Debajo, en los basaltos, es casi imposible. En las profundidades de la litosfera hay dos nivel teórico la propagación de la vida isoterma 100°С, por debajo del cual en condiciones normales presión atmosférica el agua hierve y las proteínas se coagulan, y isoterma 460°С, donde, a cualquier presión, el agua se convierte en vapor, es decir, en estado liquido no puede ser.
La vida en las profundidades de la Tierra en realidad no va más allá de 3-4 km, un máximo de 6-7 km, y solo accidentalmente en formas inactivas puede penetrar
más profundo en hipobiosfera("sub-biosfera" - un análogo de la parabiosfera en la atmósfera).
Cabe señalar que aquí, donde las rocas biogénicas yacen, en sentido figurado, rastros de esferas anteriores, hay metabiosfera.
La metabiosfera, partiendo de la superficie de la Tierra, se extiende hasta las profundidades de la litosfera, perdiéndose donde los procesos de metamorfosis de las rocas borran los signos de vida.
Entre el límite superior de la hipobiosfera y la parabiosfera inferior se encuentra la propia biosfera: dentición.
Su capa más saturada se llama biopelícula, o, según V. I. Vernadsky (1926), "película de la vida".
Por encima de la parabiosfera se encuentra apobiosfera, o "por encima de la biosfera", donde las sustancias biogénicas son relativamente abundantes (su límite superior es esquivo).
Debajo de la metabiosfera se encuentra abiosfera("nebiosfera").
La capa completa del impacto actual o pasado de la vida en la naturaleza de la Tierra se llama megabiosfera, y juntos
con artebiosfera(el espacio de la expansión humana hacia el espacio cercano a la Tierra) - panbiosfera.
Así, el “campo de existencia de la vida”, especialmente activo, según los últimos datos, se limita en el límite vertical a una altura de unos 6 km sobre el nivel del mar, hasta el cual se mantienen temperaturas positivas en la atmósfera y clorofila. las plantas pueden vivir (6,2 km en el Himalaya).
arriba en zona eólica, sólo viven escarabajos, colémbolos y algunos ácaros, que se alimentan de granos de polen de plantas, esporas de plantas, microorganismos y otras partículas orgánicas arrastradas por el viento, etc.
Los organismos vivos aumentan aún más solo por casualidad (los microorganismos pueden sobrevivir en forma de esporas).
El límite inferior de la existencia de vida activa está tradicionalmente limitado por el fondo del océano y la isoterma de 100° Con en la litosfera, ubicadas respectivamente en marcas de unos 11 km y, según perforaciones ultra profundas en la península de Kola, de unos 6 km. De hecho, la vida en la litosfera se distribuye a una profundidad de 3-4 km. Por lo tanto, el espesor vertical de la biosfera en la región oceánica de la Tierra alcanza más de 17 km, en la región terrestre: 12 km.
parabiosfera es aún más asimétrica, ya que su límite superior está determinado por la pantalla de ozono.
Fluctuaciones más significativas en el espesor de la megabiosfera, que cubre rocas sedimentarias, pero no cae en los continentes más profundo que las marcas de las mayores profundidades del océano, es decir, 11 km (aquí la temperatura alcanza los 200 ° C), y no superar las densidades más altas de la pantalla de ozono (22-24 km), por lo tanto, su espesor máximo 33-35 km.
Teóricamente, los límites de la biosfera son más amplios, ya que se han encontrado organismos a temperaturas de hasta 250 °C en los hidrotermales del fondo del océano (se les llamó "fumadores negros" por el color oscuro de las aguas en erupción) a profundidades de unos 3 km (Fig. 2.3).
Arroz. 2.3. "Black Smoker", su altura es de unos 120 m (a modo de comparación, se muestra la silueta del "Almirantazgo" en San Petersburgo)
A una presión de alrededor de 300 atmósferas, el agua no hierve aquí (los límites de la vida están limitados por los puntos de conversión del agua en vapor y plegamiento de proteínas). Se ha encontrado agua líquida sobrecalentada en la litosfera hasta profundidades de 10,5 km. A más de 25 km de profundidad, según las estimaciones, debería haber una temperatura crítica de 460 ° C, en la que, a cualquier presión, el agua se convierte en vapor y la vida es fundamentalmente imposible.
Materia viva de la biosfera
Durante mucho tiempo se creyó que vivo difiere de inanimado propiedades como el metabolismo, la movilidad, la irritabilidad, el crecimiento, la reproducción, la adaptabilidad. Sin embargo, todas estas propiedades también se encuentran separadamente entre la naturaleza inanimada y, por lo tanto, no pueden ser consideradas como propiedades específicas de los vivos.
Características de la vida B. M. Mednikov (1982) formulado en la forma axiomas de la biología teórica:
1. Todos los organismos vivos resultan ser la unidad del fenotipo y el programa para su construcción (genotipo), que se hereda de generación en generación. (Axioma de A. Weisman)*.
2. El programa genético se forma de forma matricial. El gen de la generación anterior se utiliza como matriz sobre la que se construye el gen de la generación futura. (axioma de N. K. Koltsov).
3. En el proceso de transmisión de generación en generación, los programas genéticos como resultado varias razones cambiar al azar y sin dirección, y solo por casualidad tales cambios pueden tener éxito en un entorno dado (1er axioma de Ch. Darwin).
4. Los cambios aleatorios en los programas genéticos durante la formación del fenotipo se amplifican enormemente. (axioma de N. V. Timofeev-Resovsky).
5. Los cambios mejorados repetidamente en los programas genéticos están sujetos a selección por condiciones ambiente externo (2º axioma de Ch. Darwin).
De estos axiomas se pueden derivar todos propiedades basicas de la vida la naturaleza, y especialmente como discreción y integridad - dos propiedades fundamentales de la organización de la vida en la Tierra. Entre los sistemas vivos no hay dos individuos, poblaciones y especies idénticos. Este unicidad manifestaciones de discreción e integridad basado en el fenómeno de reduplicación convariante.
Reduplicación convariante (auto-reproducción con cambios) llevado a cabo sobre la base del principio matricial(la suma de los tres primeros axiomas). Esta es probablemente la única propiedad específica de la vida, en la forma de su existencia conocida por nosotros en la Tierra. En el núcleo sus mentiras son unicas la capacidad de autorreproducir los principales sistemas de control (ADN, cromosomas, genes).
6. La reduplicación está determinada por el principio de matriz (axioma de N. K. Koltsov) de la síntesis de macromoléculas (Fig. 2.4).
- Este concepto no debe confundirse con el concepto de "biomasa", que forma parte de la sustancia biogénica.
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✪ Materia viva biogénica, bioinerte
✪ Vladimir Ivanovich Vernadsky sustancia viva
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Características de la materia viva
Algunos materia orgánica contienen átomos con un grado de oxidación variable (compuestos de hierro, manganeso, nitrógeno, etc.). Al mismo tiempo, en la superficie terrestre prevalecen procesos biogénicos de oxidación y reducción. Por lo general, la función oxidativa de la materia viva en la biosfera se manifiesta en la conversión por bacterias y algunos hongos de compuestos relativamente pobres en oxígeno en el suelo, la corteza erosionada y la hidrosfera en compuestos ricos en oxígeno. La función reductora se lleva a cabo mediante la formación de sulfatos directamente oa través del sulfuro de hidrógeno biogénico producido por diversas bacterias. Y aquí vemos que esta función es una de las manifestaciones de la función formadora del medio ambiente de la materia viva;
- función de transporte - la transferencia de materia contra la gravedad y en dirección horizontal. Se sabe desde la época de Newton que el movimiento de los flujos de materia en nuestro planeta está determinado por la fuerza de la gravedad. La materia inanimada misma se mueve a lo largo de un plano inclinado exclusivamente de arriba hacia abajo. Ríos, glaciares, avalanchas, pedregales se mueven solo en esta dirección.
La materia viva abarca y reestructura todo. procesos quimicos biosfera. La materia viva es la fuerza geológica más poderosa, creciendo con el paso del tiempo. Rindiendo homenaje a la memoria del gran fundador de la doctrina de la biosfera, A. I. Perelman propuso llamar a la siguiente generalización "ley de Vernadsky":
"Migración elementos químicos sobre el superficie de la Tierra y en el conjunto de la biosfera se lleva a cabo o bien con la participación directa de la materia viva (migración biogénica) o bien se produce en un medio cuyas características geoquímicas (O 2 , CO 2 , H 2 S, etc.) se deben principalmente a materia viva como la que actualmente habita este sistema, así como la que ha operado en la Tierra a lo largo de la historia geológica.
Debido al movimiento activo, los organismos vivos pueden mover varias sustancias o átomos en una dirección horizontal, por ejemplo, debido a varios tipos migraciones Reubicación o migración sustancias químicas materia viva Vernadsky llamó migración biogénica de átomos o materia.
ver también
- Sustancia, Materia (física), Sustancia biogénica
- Leyes básicas de la evolución de la materia viva en la biosfera
La materia viva es la totalidad de los cuerpos de los organismos vivos en la biosfera, independientemente de su afiliación sistemática.
La materia viva de la biosfera se caracteriza por un gran aporte de energía.
Se observa una marcada diferencia entre la materia viva y la no viva en el caudal. reacciones químicas(en la materia viva, las reacciones son miles y, a veces, millones de veces más rápidas).
Una característica distintiva de la materia viva es que los compuestos químicos individuales que la componen (proteínas, enzimas, etc.) son estables solo en los organismos vivos.
El movimiento voluntario, en gran parte autorregulado, es una característica común de toda la materia viva en la biosfera.
La materia viva exhibe una diversidad morfológica y química mucho mayor que la materia no viva. conocido desde arriba
2 millones de compuestos orgánicos que componen la materia viva, mientras que el número de compuestos naturales (minerales) de la materia inanimada es de unos 2 mil, es decir, tres órdenes de magnitud menos.
La materia viva está representada en la biosfera en forma de organismos individuales, cuyo tamaño varía en un amplio rango. El tamaño de los virus más pequeños no supera los 20 nm (1 nm = 10-9 m), los animales más grandes, las ballenas, alcanzan los 33 m de longitud, los más planta grande- secoya - 100 m de altura.
2. Propiedades químicas de la materia viva.
Autorregulación, autorreproducción, alta velocidad de reacciones químicas, movimiento activo y pasivo.
3.Propiedades físicas de la materia viva
Alta adaptabilidad, irritabilidad, crecimiento, desarrollo, variabilidad.
4. Formas de organización de la materia viva: concepto, variedades.
La materia viva es la totalidad de los cuerpos de los organismos vivos en la biosfera. Se desarrolla donde puede existir vida, es decir, en la intersección de la atmósfera, la litosfera y la hidrosfera. En condiciones desfavorables, la materia viva pasa a un estado de anabiosis.
En el proceso de evolución se han desarrollado 2 formas principales de organización de los seres vivos: celular y no celular, que es un derivado de la actividad celular. Entre las formas de organización no celular, simplástica, sincitial y sustancia intercelular se distinguen.
5. Sustancia intercelular (matriz extracelular): concepto, características, ejemplo.
La matriz extracelular se refiere a las estructuras extracelulares del tejido (matriz intersticial y membranas basales). La matriz extracelular forma la base del tejido conectivo, proporciona soporte mecánico a las células y transporte de sustancias químicas. Además, las células del tejido conectivo forman contactos intercelulares con sustancias de la matriz (hemidesmosomas, contactos adhesivos, etc.), que pueden realizar funciones de señalización y participar en la locomoción celular. Así, durante la embriogénesis, muchas células animales migran, moviéndose a lo largo de la matriz extracelular, y sus componentes individuales juegan el papel de marcadores que determinan la ruta de migración.
Los principales componentes de la matriz extracelular son glicoproteínas, proteoglicanos y ácido hialurónico. El colágeno es la glicoproteína predominante de la matriz extracelular en la mayoría de los animales. La composición de la matriz extracelular incluye muchos otros componentes: proteínas fibrina, elastina, así como fibronectinas, lamininas y nidógenos; la composición de la matriz extracelular del tejido óseo incluye minerales como la hidroxiapatita; puede considerarse una matriz extracelular y componentes de tejidos conectivos líquidos: plasma sanguíneo y líquido linfático.
Ejemplo: sustancia intercelular de tejido conjuntivo irregular laxo
Introducción
Biosfera - Concha exterior tierra, cuyo desarrollo está determinado por la constante afluencia de energía solar. La compleja organización de la biosfera está asociada con la actividad de la materia viva, la totalidad de todos los individuos de cada especie de seres vivos.
La materia viva existe en la Tierra en forma de una continua alternancia de generaciones. Debido a esto, la materia viva moderna resulta estar genéticamente relacionada con la materia viva de todas las épocas geológicas pasadas. La materia viva está asociada con la materia inerte: la atmósfera (hasta el nivel de la pantalla de ozono), completamente con la hidrosfera y la litosfera, principalmente dentro de los límites del suelo, pero no solo.
La atmósfera, la hidrosfera y el suelo influyen en la materia viva de la biosfera, proporcionándole nutrición mineral, agua y aire. Por ejemplo, la naturaleza de la vegetación depende del grado de humedad del suelo.
La materia viva de la biosfera es heterogénea y tiene tres tipos de interacciones tróficas: autotrofia, heterotrofia, mixotrofia. Las interacciones ecológicas tróficas contribuyen a la transformación de la materia inorgánica (inerte) en materia orgánica y al reordenamiento inverso de la materia orgánica en materia mineral. Representantes de cada reino, tipo y clase cumplen sus funciones en las interacciones ecológicas a nivel de la biosfera.
La radiación cósmica en la biosfera se convierte en varios tipos energía. La transformación de la energía ocurre en el proceso de su circulación entre la materia del planeta y los organismos vivos de la biosfera: la circulación biogeoquímica de las sustancias: el movimiento de enormes masas de elementos químicos, la redistribución de la energía acumulada en el proceso de fotosíntesis y la transformación de la información. La circulación biogeoquímica de sustancias asegura la continuidad de la vida en la biosfera con una cantidad finita de materia y flujo constante la energía solar, transforma la faz del planeta, el hábitat físico-químico de los seres vivos, incluido el ser humano.
Gestión de la naturaleza: evaluación objetiva del estado y optimización del uso recursos naturales y condiciones ambientales entorno natural, su protección y reproducción.
La materia viva
Según V. I. Vernadsky, la sustancia de la biosfera consiste en:
· La materia viva- biomasa de organismos vivos modernos;
· Nutritivo- todas las formas de detritos, así como turba, carbón, petróleo y gas de origen biogénico;
· sustancia bioinerte- mezclas de sustancias biogénicas con rocas minerales de origen no biogénico (suelo, limo, aguas naturales, esquisto bituminoso y gasífero, arenas bituminosas, parte de carbonatos sedimentarios);
· Sustancia inerte - rocas, minerales, sedimentos no afectados por el impacto biogeoquímico directo de los organismos.
Central a este concepto es el concepto de materia viva, que V.I. Vernadsky define como un conjunto de organismos vivos. Además de plantas y animales, V.I. Vernadsky incluye aquí también al hombre, cuya influencia sobre los procesos geoquímicos difiere de la influencia de otros seres vivos, en primer lugar, por su intensidad, que aumenta con el transcurso del tiempo geológico; en segundo lugar, por el impacto que la actividad humana tiene sobre el resto de la materia viva.
Este impacto se refleja principalmente en la creación de numerosas especies nuevas. plantas cultivadas y mascotas Tales especies no existían antes y sin la ayuda humana mueren o se convierten en razas salvajes. Por lo tanto, Vernadsky considera el trabajo geoquímico de la materia viva en la conexión inseparable del reino animal, vegetal y la humanidad cultural como el trabajo de un todo único.
Según V. I. Vernadsky, en el pasado no le dieron importancia a dos factores importantes, que caracterizan los cuerpos vivos y sus productos metabólicos:
El descubrimiento de Pasteur del predominio de compuestos ópticamente activos asociados con la disimetría de la estructura espacial de las moléculas, como característica distintiva cuerpos vivos.
· Se subestimó claramente la contribución de los organismos vivos a la energía de la biosfera y su influencia sobre los cuerpos inanimados. Después de todo, la composición de la biosfera incluye no solo materia viva, sino también una variedad de cuerpos inanimados, que V.I. Vernadsky llama inerte (atmósfera, rocas, minerales, etc.), así como cuerpos bioinertes formados a partir de cuerpos vivos e inertes heterogéneos (suelos, Superficie del agua etc.). Aunque la materia viva en términos de volumen y peso es una parte insignificante de la biosfera, asociada a un cambio en la apariencia de nuestro planeta.
Dado que la materia viva es el componente definitorio de la biosfera, se puede argumentar que puede existir y desarrollarse solo dentro del marco del sistema integral de la biosfera. No es casualidad que, por lo tanto, V.I. Vernadsky cree que los organismos vivos son una función de la biosfera y están estrechamente conectados material y energéticamente con ella, son una gran fuerza geológica que la determina.
La base inicial para la existencia de la biosfera y los procesos biogeoquímicos que ocurren en ella es la posición astronómica de nuestro planeta, y en primer lugar, su distancia al Sol y la inclinación del eje de la tierra a la eclíptica, o al plano de la órbita de la tierra. Este es disposición espacial La Tierra está determinada principalmente por el clima del planeta, y éste, a su vez, determina ciclos de vida todos los organismos que existen en él. El sol es la principal fuente de energía de la biosfera y el regulador de todos los procesos geológicos, químicos y biológicos de nuestro planeta. Este papel fue expresado figurativamente por uno de los autores de la ley de conservación y transformación de la energía, Julius Mayer (1814-1878), quien señaló que la vida es la creación de un rayo de sol.
La diferencia decisiva entre materia viva y materia inerte es la siguiente:
· Los cambios y procesos en la materia viva ocurren mucho más rápido que en los cuerpos inertes. Por lo tanto, para caracterizar los cambios en la materia viva, se utiliza el concepto de tiempo histórico y, en cuerpos inertes, el tiempo geológico. A modo de comparación, notemos que un segundo de tiempo geológico corresponde a aproximadamente cien mil años de tiempo histórico;
· En el transcurso del tiempo geológico, aumenta el poder de la materia viva y su impacto sobre la materia inerte de la biosfera. Este impacto, señala V.I. Vernadsky, se manifiesta principalmente “en el continuo flujo biogénico de átomos desde la materia viva a la materia inerte de la biosfera y viceversa”;
· Los cambios cualitativos de los organismos ocurren en el transcurso del tiempo geológico solo en la materia viva. El proceso y los mecanismos de estos cambios fueron explicados por primera vez en la teoría del origen de las especies por seleccion natural C. Darwin (1859);
Los organismos vivos cambian dependiendo del cambio. medioambiente, adaptarse a él y, según la teoría de Darwin, es la acumulación gradual de tales cambios lo que sirve como fuente de evolución.
Y EN. Vernadsky sugiere que la materia viva también puede tener su propio proceso de evolución, que se manifiesta en cambios con el curso del tiempo geológico, independientemente de los cambios en el medio ambiente.
Para confirmar su idea, se refiere al continuo crecimiento de la central sistema nervioso animales y su importancia en la biosfera, así como la organización especial de la propia biosfera. A su juicio, en un modelo simplificado, esta organización puede expresarse de tal manera que ni un solo punto de la biosfera "cae en el mismo lugar, en el mismo punto de la biosfera, como nunca antes". En términos modernos, este fenómeno puede describirse como la irreversibilidad de los cambios que son inherentes a cualquier proceso de evolución y desarrollo.
El proceso continuo de evolución, acompañado por el surgimiento de nuevas especies de organismos, tiene un impacto en toda la biosfera en su conjunto, incluidos los cuerpos bioinertes naturales, por ejemplo, suelos, terrestres y terrestres. el agua subterránea etc. Así lo confirma el hecho de que los suelos y ríos del Devónico son completamente diferentes a los del Terciario, y más aún a los de nuestra era. Así, la evolución de las especies se va extendiendo paulatinamente y pasa a toda la biosfera.
Dado que la evolución y el surgimiento de nuevas especies presuponen la existencia de su propio comienzo, surge naturalmente la pregunta: ¿tiene la vida tal comienzo? Si lo hay, ¿dónde buscarlo, en la Tierra o en el espacio? ¿Puede la vida surgir de la no vida?
A lo largo de los siglos, muchas figuras religiosas, representantes del arte, filósofos y científicos han reflexionado sobre estas cuestiones. Y EN. Vernadsky considera en detalle los puntos de vista más interesantes presentados por destacados pensadores. diferentes eras, y concluye que no hay una respuesta convincente a estas preguntas. Él mismo, como científico, al principio se adhirió a un enfoque empírico para resolver estos problemas, cuando argumentó que numerosos intentos de encontrar rastros de la presencia de cualquier forma de vida de transición en las antiguas capas geológicas de la Tierra no tuvieron éxito. En cualquier caso, se han descubierto algunos restos de vida incluso en las capas del Precámbrico, que suman 600 millones de años. Estos resultados negativos, según V.I. Vernadsky, hacen posible sugerir que la vida como materia y energía existe en el Universo para siempre y, por lo tanto, no tiene comienzo. Pero tal suposición no es más que una generalización empírica basada en el hecho de que todavía no se han encontrado rastros de materia viva en las capas de la tierra. Para convertirse en una hipótesis científica, debe ser consistente con otros resultados. el conocimiento científico, incluso con conceptos más amplios de las ciencias naturales y la filosofía. En cualquier caso, uno no puede dejar de contar con las opiniones de aquellos naturalistas y filósofos que defendieron la tesis sobre el surgimiento de la materia viva a partir de la materia no viva, y en el momento actual incluso propusieron una justificación de la hipótesis y el modelo del origen. de vida.
Las suposiciones sobre el origen abiogénico o inorgánico de la vida se hicieron repetidamente en la antigüedad, por ejemplo, por Aristóteles, quien admitió la posibilidad de la aparición de pequeños organismos a partir de la materia inorgánica. Con el advenimiento de la ciencia natural experimental y la aparición de ciencias como la geología, la paleontología y la biología, este punto de vista fue criticado por no estar justificado por hechos empíricos. Allá por la segunda mitad del siglo XVII. El principio proclamado por el famoso médico y naturalista florentino F. Redi, que todos los seres vivos surgen de los seres vivos. La afirmación de este principio fue facilitada por los estudios del célebre fisiólogo inglés William Harvey (1578-1657), quien creía que todo animal procede de un huevo, aunque admitía la posibilidad del surgimiento de la vida de forma abiogénica.
Más tarde, como penetración metodos fisicos y quimicos Las hipótesis sobre el origen abiogénico de la vida comenzaron a plantearse de nuevo y con más insistencia en la investigación biológica. Anteriormente, ya hemos hablado de la evolución química como requisito previo para el surgimiento del prebiótico, o etapa prebiológica en el surgimiento de la vida. VI Vernadsky y, por lo tanto, sus puntos de vista sobre estos temas no se mantuvieron sin cambios, pero, basándose en el suelo de hechos establecidos con precisión, no permitió la intervención divina ni el origen terrenal de la vida. Transfirió el surgimiento de la vida más allá de la Tierra, y también permitió la posibilidad de su aparición en la biosfera bajo ciertas condiciones. Escribió: "El principio de Redi... no indica la imposibilidad de la abiogénesis fuera de la biosfera o al establecer la presencia en la biosfera (ahora o antes) de fenómenos fisicoquímicos que no fueron aceptados en la definición científica de esta forma de organización de el caparazón de la tierra".
A pesar de algunas contradicciones, la teoría de la biosfera de Vernadsky representa un nuevo paso importante en la comprensión no solo de la naturaleza viva, sino también de su conexión inseparable con la actividad histórica de la humanidad.
El concepto de biosfera se basa en la idea de materia viva. Más del 90% de toda la materia viva cae sobre la vegetación terrestre (98% de la biomasa terrestre). la materia viva- el factor geoquímico y energético más poderoso, la fuerza principal del desarrollo planetario. La principal fuente de actividad bioquímica de los organismos es la energía solar utilizada en el proceso de fotosíntesis por las plantas verdes y algunos microorganismos para crear materia orgánica. La materia orgánica proporciona alimento y energía a otros organismos. La fotosíntesis condujo a la acumulación de oxígeno libre en la atmósfera, la formación de una capa de ozono que protege contra la radiación ultravioleta y cósmica dura, apoya la moderna composición de gases atmósfera. La vida en la Tierra siempre ha existido en forma de complejos organizados de forma compleja de varios organismos (biocenosis). Al mismo tiempo, los organismos vivos y su hábitat forman sistemas integrales: biogeocenosis. La nutrición, respiración y reproducción de los organismos y los procesos de creación, acumulación y descomposición de la materia orgánica asociada a ellos proporcionan una circulación constante de materia y energía. Este ciclo está asociado con la migración de átomos de elementos químicos a través de la materia viva. Entonces, todo el oxígeno atmosférico se revierte a través de la materia viva en 2000 años, dióxido de carbono durante 300 años. Gran variedad compuestos orgánicos y químicos caracterizados por la composición de los propios organismos. Gracias a la materia viva, se formaron en el planeta suelos y combustibles minerales orgánicos (turba, carbón, quizás incluso petróleo).
Explorando los procesos de migración de átomos en la biosfera, V.I. Vernadsky abordó la cuestión de la génesis (origen) de los elementos químicos en la corteza terrestre, y luego la necesidad de explicar la estabilidad de los compuestos que componen los organismos. Al analizar el problema de la migración atómica, llegó a la conclusión de que no existen compuestos orgánicos en ninguna parte que sean independientes de la materia viva. “Bajo el nombre de materia viva”, escribió V.I. Vernadsky en 1919, “Me referiré a la totalidad de todos los organismos, vegetación y animales, incluido el hombre”.
Así, la materia viva es la totalidad de los organismos vivos de la biosfera, expresada numéricamente en términos elementales. composición química, masa y energía. en la década de 1930 Y EN. Vernadsky de masa total la materia viva distingue a la humanidad como su parte especial. Esta separación del hombre de todos los seres vivos se hizo posible por tres razones.
Primero, la humanidad no es productora, sino consumidora de energía biogeoquímica. Tal tesis requería una revisión de las funciones geoquímicas de la materia viva en la biosfera. En segundo lugar, la masa de la humanidad, según los datos demográficos, no es una cantidad constante de materia viva. Y en tercer lugar, sus funciones geoquímicas no se caracterizan por la masa, sino por la actividad productiva.
Si una persona no se hubiera destacado del mundo animal natural, entonces su número habría sido de alrededor de 100 mil. Tales protohumanos vivirían en un área limitada, y su evolución estaría determinada por procesos lentos que ocurren como resultado de los cambios genéticos demográficos característicos de la especiación. Sin embargo, con la llegada del hombre se produjo un salto cualitativo en el desarrollo de la naturaleza en la Tierra. Hay muchas razones para creer que esta nueva cualidad está asociada con la mente y la conciencia del homo sapiens. Por lo tanto, la principal diferencia de especie de una persona es su mente, y fue gracias a la conciencia que la humanidad se desarrolló a su manera. Esto también se reflejó en el proceso de reproducción humana, ya que la formación de formas de conciencia socialmente maduras requiere mucho tiempo, al menos 20 años.
Qué características inherente a la materia viva? En primer lugar, esto enorme energía libre. Durante la evolución de las especies, la migración biogénica de los átomos, es decir, La energía de la sustancia viva de la biosfera se ha multiplicado muchas veces y continúa creciendo, porque la sustancia viva recicla la energía de la radiación solar, la energía atómica de la desintegración radiactiva y la energía cósmica de los elementos dispersos provenientes de nuestra Galaxia. La materia viva también tiene alta tasa de reacciones químicas en comparación con la materia inanimada, donde procesos similares son miles y millones de veces más lentos. Por ejemplo, algunas orugas por día pueden procesar alimentos 200 veces más de lo que pesan, y una teta come tantas orugas por día como se pesa.
La materia viva se caracteriza por sus compuestos químicos constituyentes. las más importantes son las proteínas, estable sólo en los organismos vivos. Después de completar el proceso de la vida, las sustancias orgánicas vivas originales se descomponen en constituyentes químicos.
La materia viva existe en el planeta en forma de una continua alternancia de generaciones, gracias al cual la generación recién formada se conecta genéticamente con la materia viva de eras pasadas. Esta es la principal unidad estructural de la biosfera, que determina todos los demás procesos en la superficie de la corteza terrestre. La materia viva se caracteriza presencia de un proceso evolutivo. La información genética de cualquier organismo está cifrada en cada una de sus células. Estas células están originalmente destinadas a ser ellas mismas, a excepción del óvulo, a partir del cual se desarrolla todo el organismo. Así, la materia viva es esencialmente inmortal.
Y EN. Vernadsky señaló que la materia viva es inseparable de la biosfera, es su función y al mismo tiempo "una de las fuerzas geoquímicas más poderosas de nuestro planeta". Circulación de sustancias V.I. Vernadsky llamó ciclos biogeoquímicos. Estos ciclos y circulación proporcionan las funciones más importantes de la materia viva en su conjunto. El científico identificó cinco de estas funciones:
Función de gas - llevado a cabo por las plantas verdes que liberan oxígeno en el proceso de fotosíntesis, así como todas las plantas y animales que liberan dióxido de carbono como resultado de la respiración;
Función de concentración - se manifiesta en la capacidad de los organismos vivos para acumular muchos elementos químicos en sus cuerpos (en primer lugar está el carbono, entre los metales el calcio);
función redox - expresada en las transformaciones químicas de las sustancias en el proceso de la vida. Como resultado, se forman sales, óxidos, nuevas sustancias. Esta función está asociada a la formación de minerales de hierro y manganeso, calizas, etc.;
Función bioquímica - se define como la reproducción, el crecimiento y el movimiento en el espacio de la materia viva. Todo esto conduce a la circulación de elementos químicos en la naturaleza, su migración biogénica;
La función de la actividad biogeoquímica humana - asociado con la migración biogénica de átomos, que aumenta muchas veces bajo la influencia de actividad económica persona. El hombre desarrolla y utiliza para sus necesidades un gran número de sustancias de la corteza terrestre, como el carbón, el gas, el petróleo, la turba, el esquisto y muchos minerales. Al mismo tiempo, se produce la entrada antropógena a la biosfera de sustancias extrañas, y en cantidades superiores a valor permitido. Esto llevó a una crisis de confrontación entre el hombre y la naturaleza. razón principal inminente Crisis ecológica considerado un concepto tecnocrático que considera a la biosfera, por un lado, como fuente de recursos físicos, por otro, como alcantarillado para la eliminación de residuos.
