Prednáška č.2
Biosféra: definícia a štruktúra. Živá hmota
Definícia a štruktúra biosféry
Živá hmota biosféry
Zákony biogénnej migrácie atómov a nezvratnosti evolúcie, zákony ekológie od B. Commonera
Vesmírna loď Zem je medzi planétami jedinečná slnečná sústava. V tenkej vrstve, kde sa vzduch, voda a zem stretávajú a interagujú, žijú úžasné predmety – živé bytosti, medzi ktorými sme aj my. Podľa moderných predstáv, Biosféra je akýmsi obalom Zeme, ktorý obsahuje všetky živé organizmy a tú časť hmoty planéty, ktorá je s týmito organizmami v nepretržitej výmene.
Fyzicky prírodné podmienky biosféru možno rozdeliť na tri prostredia: atmosféru, hydrosféru a litosféru (obr. 2.1).
Ryža. 2.1. Všeobecná štruktúra Zeme.
Hlavné zložky zemskej geosféry sú uvedené v tabuľke 2.1.
Hranice biosféry sú určené predovšetkým tým oblasti života(V..I. Vernadsky, 1926). Vernadsky nazval celý súbor organizmov na planéte živá hmota, berúc do úvahy celkovú hmotnosť, chemické zloženie a energiu ako jeho hlavné charakteristiky.
inertná látka, podľa Vernadského - súhrn tých látok v biosfére, na ktorých tvorbe sa nezúčastňujú živé organizmy.
Hlavné zložky geosféry Zeme Tabuľka 2.1
Živina vytvorené a spracované životom, agregáty živých organizmov. Je zdrojom mimoriadne silnej potenciálnej energie ( uhlie, bitúmen, vápenec, ropa). Po vytvorení živín nažive organizmy v ňom sú neaktívne.
Špeciálna kategória je biomateriál. VI Vernadsky (1926) napísal, že „je vytvorený v biosfére súčasne živými organizmami a inertnými procesmi, ktoré predstavujú systémy dynamickej rovnováhy oboch“. Organizmy v bioinertnej hmote zohrávajú vedúcu úlohu.
Bioinertnou látkou planéty je teda pôda, zvetraná kôra, všetko prírodné vody, ktorého vlastnosti závisia od aktivity živej hmoty na Zemi. teda biosféra - toto je oblasť Zeme, ktorá je pokrytá vplyvom živej hmoty. Život na Zemi je najvýznamnejším procesom na jej povrchu, ktorý prijíma životodarnú energiu Slnka a uvádza do pohybu takmer všetky chemické prvky periodickej tabuľky.
Biosféru ako miesto moderného biotopu organizmov možno spolu s organizmami samotnými rozdeliť do troch podsfér (obr. 2.2): aerobiosféra, obývané aerobiotmi, ktorých substrátom je vlhkosť vzduchu;
hydrobiosféra - globálny svet vody (vodný obal Zeme bez podzemnej vody), obývaný hydrobionty;
geobiosféra - vyššia časť zemská kôra(litosféra), obyv geobionti.
hydrobiosféra rozpadá sa na svet kontinentálnych, väčšinou sladkých vôd - akvabiosféra (s vodnými živočíchmi)
a oblasť morí a oceánov - marinobiosféra (s marinobiontmi).
Všeobecná štruktúra biosféry je znázornená na obrázku 2.2
Geobiosféra pozostáva z: oblasti života na povrchu zeme - terrabiosféra(s terrabiontmi), ktorý sa ďalej delí na:
fytosféra(od zeme po vrcholky stromov)
pedosféra(pôdy a podložia, často vrátane celej kôry zvetrávania) s pedobiontmi;
uzlovitá biosféra -život v hlbinách Zeme (s litobiontmi žijúcimi v póroch hornín).
Litobiosféra je rozdelená do dvoch vrstiev:
hypoterrabiosféra - vrstva, kde je možný aeróbny život (alebo subterrabiosféra),
telurobiosféra - vrstva, kde môžu žiť anaeróby (alebo hlboká biosféra). Život v hrúbke litosféry existuje najmä v podzemných vodách.
V hydrobiosfére vrstvy súvisia najmä s intenzitou svetla. Existujú tri vrstvy:
fotosféra - pomerne jasne osvetlené
dysfotosféra - vždy za šera (až 1% slnečného žiarenia),
afotosféra - absolútna tma, kde je fotosyntéza nemožná.
Limitujúcim faktorom vo vývoji života v aerobiosféra je prítomnosť vodných kvapiek a kladných teplôt, ako aj pevných aerosólov stúpajúcich z povrchu Zeme.
Od vrcholkov stromov do výšky sa rozprestiera najčastejšie miesto výskytu kupovitých oblakov tropobiosféra(s tropobiontmi). Priestor je tenšia vrstva ako atmosférická troposféra.
Nad tropobiosférou leží vrstva extrémne riedkej mikroflóry - altobiosféra(s altobiontmi).
Nad ním sa rozprestiera priestor, kde život preniká len občas a zriedkavo, kde sa organizmy nemnožia, - parabiosféra.
Vo vysokých nadmorských výškach v horách, kde už nie je možný život vyššie rastliny a vo všeobecnosti produkujúce organizmy, ale tam, kde vietor prináša organickú hmotu z nižších vertikálnych pásov a kde je pri negatívnych teplotách vzduchu stále dostatok tepla z priameho slnečného žiarenia na existenciu života, sa nachádza vysokohorská časť terrabiosféry - eolická zóna .
Toto je kráľovstvo článkonožcov a niektorých mikroorganizmov - eolobiontov.
Život v oceánoch dosahuje ich dno. Pod ňou, v bazaltoch, je to sotva možné. V hlbinách litosféry sú dve teoretickej úrovnišírenie života izoterma 100°С, pod ktorou za normálnych atmosferický tlak voda vrie a bielkoviny sa zrážajú a izoterma 460°С, kde sa pri akomkoľvek tlaku voda mení na paru, t.j tekutom stave to nemôže byť.
Život v hlbinách Zeme v skutočnosti nejde ďalej ako 3-4 km, maximálne 6-7 km a preniknúť môže len náhodne v neaktívnych formách.
hlbšie do hypobiosféra("sub-biosféra" - analóg parabiosféry v atmosfére).
Treba si uvedomiť, že tu, kde ležia biogénne horniny, obrazne povedané, stopy bývalých gúľ, sú metabiosféra.
Metabiosféra vychádzajúca z povrchu Zeme siaha ďaleko do hlbín litosféry a stráca sa tam, kde procesy metamorfózy hornín vymazávajú známky života.
Medzi hornou hranicou hypobiosféry a spodnou parabiosférou leží samotná biosféra - chrup.
Jeho najsýtejšia vrstva je tzv biofilm, alebo podľa V. I. Vernadského (1926) „film života“.
Nad parabiosférou je apobiosféra, alebo „nadbiosférou“, kde sú biogénne látky relatívne bohaté (jeho horná hranica je nepolapiteľná).
Pod metabiosférou je abiosféra("nebiosféra").
Celá vrstva súčasného alebo minulého vplyvu života na povahu Zeme je tzv megabiosféra, a spolu
s artebiosféra(priestor ľudskej expanzie do priestoru blízko Zeme) - panbiosféra.
„Pole existencie života“, obzvlášť aktívne, je podľa najnovších údajov vo vertikálnom limite obmedzené na výšku asi 6 km nad morom, do ktorej zostávajú kladné teploty v atmosfére a nesúce chlorofyl. rastliny môžu žiť (6,2 km v Himalájach).
Vyššie v eolická zóna,žijú iba chrobáky, chvostoskoky a niektoré roztoče, ktoré sa živia zrnami peľu rastlín, spórami rastlín, mikroorganizmami a inými organickými časticami, ktoré rozfúka vietor atď.
Živé organizmy sa dostanú ešte vyššie len náhodou (mikroorganizmy môžu prežiť vo forme spór).
Spodná hranica existencie aktívneho života je tradične ohraničená dnom oceánu a 100° izotermou S v litosfére, ktorá sa nachádza v značkách asi 11 km a podľa ultrahlbokých vrtov na polostrove Kola asi 6 km. V skutočnosti je život v litosfére rozmiestnený do hĺbky 3-4 km. Vertikálna hrúbka biosféry v oceánskej oblasti Zeme teda dosahuje viac ako 17 km, v suchozemskej oblasti - 12 km.
Parabiosféra je ešte asymetrickejší, keďže jeho horná hranica je určená ozónovou clonou.
Výraznejšie kolísanie hrúbky megabiosféry, ktorá pokrýva sedimentárne horniny, ale nespadá na kontinenty hlbšie ako značky najväčších hĺbok oceánu, t.j. 11 km (tu teplota dosahuje 200 ° C), a nie stúpať nad najvyššie hustoty ozónovej clony (22-24 km), teda jeho maximálna hrúbka 33-35 km.
Teoreticky sú hranice biosféry širšie, keďže organizmy s teplotou do 250 °C boli nájdené v hydrotermách oceánskeho dna (nazývali sa „čierni fajčiari“ pre tmavú farbu vyvierajúcich vôd) v hĺbkach asi 3 km (obr. 2.3).
Ryža. 2.3. „Čierny fajčiar“, jeho výška je cca 120 m (pre porovnanie je zobrazená silueta „Admirality“ v Petrohrade)
Pri tlaku asi 300 atmosfér tu voda nevrie (hranice života sú obmedzené bodmi premeny vody na paru a skladaním bielkovín). Prehriata tekutá voda bola nájdená v litosfére až do hĺbky 10,5 km. Hlbšie ako 25 km by podľa odhadov mala byť kritická teplota 460 °C, pri ktorej sa pri akomkoľvek tlaku voda mení na paru a život je v podstate nemožný.
Živá hmota biosféry
Dlho sa tomu verilo nažive sa líši od neživý vlastnosti ako metabolizmus, pohyblivosť, dráždivosť, rast, rozmnožovanie, prispôsobivosť. Všetky tieto vlastnosti sa však nachádzajú aj oddelene medzi neživou prírodou, a preto ich nemožno považovať za špecifické vlastnosti živého.
Rysy živého B. M. Mednikova (1982) formulované vo forme axiómy teoretickej biológie:
1. Všetky živé organizmy sa ukazujú ako jednota fenotypu a programu jeho konštrukcie (genotypu), ktorý sa dedí z generácie na generáciu (A. Weismanova axióma)*.
2. Genetický program sa formuje maticovým spôsobom. Gén predchádzajúcej generácie sa používa ako matrica, na ktorej je postavený gén budúcej generácie. (axióma N.K. Koltsova).
3. V procese prenosu z generácie na generáciu sú výsledkom genetické programy rôzne dôvody meniť náhodne a nesmerovo a len náhodou môžu byť takéto zmeny v danom prostredí úspešné (1. axióma Ch. Darwina).
4. Náhodné zmeny v genetických programoch počas formovania fenotypu sú značne zosilnené (axióma N. V. Timofeeva-Resovského).
5. Opakovane zosilnené zmeny v genetických programoch podliehajú selekcii podľa podmienok vonkajšie prostredie (2. axióma Ch. Darwina).
Z týchto axióm sa dá odvodiť všetko základné vlastnosti bývania prírode a najmä ako diskrétnosť a bezúhonnosť - dve základné vlastnosti organizácie života na Zemi. Medzi živými systémami neexistujú dvaja identickí jedinci, populácie a druhy. Toto jedinečnosť prejavy diskrétnosti a integrity založené na fenoméne konvariantnej reduplikácie.
Konvariantná reduplikácia (samoreprodukcia so zmenami) na základe maticového princípu(súčet prvých troch axióm). Toto je pravdepodobne jediná vlastnosť špecifická pre život, v podobe jeho existencie, ktorú poznáme na Zemi. V jadre jeho lži sú jedinečné schopnosť samoreprodukcie hlavných riadiacich systémov (DNA, chromozómy, gény).
6. Reduplikáciu určuje maticový princíp (axióma N. K. Koltsova) syntézy makromolekúl (obr. 2.4).
- Tento pojem by sa nemal zamieňať s pojmom „biomasa“, ktorá je súčasťou biogénnej látky.
Encyklopedický YouTube
1 / 3
✪ Biogénna, bioinertná, živá hmota
✪ Živá látka Vladimíra Ivanoviča Vernadského
✪ Biosféra
titulky
Charakteristika živej hmoty
Niektorí organickej hmoty obsahujú atómy s premenlivým stupňom oxidácie (zlúčeniny železa, mangánu, dusíka atď.). Na povrchu Zeme zároveň prevládajú biogénne procesy oxidácie a redukcie. Oxidačná funkcia živej hmoty v biosfére sa zvyčajne prejavuje tak, že baktérie a niektoré huby premieňajú zlúčeniny relatívne chudobné na kyslík v pôde, zvetrávanej kôre a hydrosfére na zlúčeniny bohaté na kyslík. Redukčná funkcia sa uskutočňuje počas tvorby síranov priamo alebo prostredníctvom biogénneho sírovodíka produkovaného rôznymi baktériami. A tu vidíme, že táto funkcia je jedným z prejavov prostredíotvornej funkcie živej hmoty;
- dopravná funkcia - prenos hmoty proti gravitácii a v horizontálnom smere. Už od čias Newtona je známe, že pohyb hmotných tokov na našej planéte určuje sila gravitácie. Samotná neživá hmota sa pohybuje po naklonenej rovine výlučne zhora nadol. Rieky, ľadovce, lavíny, sutiny sa pohybujú len týmto smerom.
Živá hmota zahŕňa a reštrukturalizuje všetko chemické procesy biosféra. Živá hmota je najmocnejšia geologická sila, ktorá s postupom času rastie. A. I. Perelman, vzdávajúc hold pamiatke veľkého zakladateľa doktríny biosféry, navrhol nazvať toto zovšeobecnenie „Vernadského zákon“:
„Migrácia chemické prvky na zemského povrchu a v biosfére ako celku prebieha buď za priamej účasti živej hmoty (biogénna migrácia) alebo prebieha v prostredí, ktorého geochemické vlastnosti (O 2, CO 2, H 2 S atď.) sú spôsobené najmä živá hmota ako tá, ktorá v súčasnosti obýva tento systém, ako aj tá, ktorá na Zemi pôsobila počas geologickej histórie.
Vďaka aktívnemu pohybu môžu živé organizmy pohybovať rôznymi látkami alebo atómami v horizontálnom smere, napr rôzne druhy migrácie. Premiestnenie alebo migrácia chemických látokživú hmotu zvolal Vernadskij biogénna migrácia atómov alebo hmoty.
pozri tiež
- Látka, Hmota (fyzika), Biogénna látka
- Základné zákony vývoja živej hmoty v biosfére
Živá hmota je súhrn tiel živých organizmov v biosfére bez ohľadu na ich systematickú príslušnosť.
Živá hmota biosféry sa vyznačuje veľkou zásobou energie.
Prudký rozdiel medzi živou a neživou hmotou je pozorovaný v prietoku chemické reakcie(v živej hmote prebiehajú reakcie tisícky a niekedy aj miliónkrát rýchlejšie).
Charakteristickým znakom živej hmoty je, že jednotlivé chemické zlúčeniny, ktoré ju tvoria – bielkoviny, enzýmy atď. – sú stabilné iba v živých organizmoch.
Dobrovoľný pohyb, do značnej miery samoregulačný, je bežnou črtou všetkej živej hmoty v biosfére.
Živá hmota vykazuje oveľa väčšiu morfologickú a chemickú diverzitu ako neživá hmota. známy zhora
2 milióny organických zlúčenín, ktoré tvoria živú hmotu, pričom počet prírodných zlúčenín (minerálov) neživej hmoty je asi 2 tisíc, teda o tri rády menej.
Živá hmota je v biosfére zastúpená vo forme jednotlivých organizmov, ktorých veľkosť sa pohybuje v širokom rozmedzí. Veľkosť najmenších vírusov nepresahuje 20 nm (1 nm = 10-9 m), najväčšie živočíchy - veľryby - dosahujú dĺžku 33 m, najv. veľká rastlina- sekvoja - 100 m na výšku.
2. Chemické vlastnosti živej hmoty.
Samoregulácia, sebareprodukcia, vysoká rýchlosť chemických reakcií, aktívny a pasívny pohyb.
3.Fyzikálne vlastnosti živej hmoty
Vysoká adaptabilita, dráždivosť, rast, vývoj, variabilita.
4. Formy organizácie živej hmoty: pojem, odrody.
Živá hmota je súhrn tiel živých organizmov v biosfére. Vyvíja sa tam, kde môže existovať život, teda na priesečníku atmosféry, litosféry a hydrosféry. Za nepriaznivých podmienok prechádza živá hmota do stavu anabiózy.
V procese evolúcie sa vyvinuli 2 hlavné formy organizácie živých vecí: bunkový a necelulárny, ktorý je derivátom bunkovej aktivity. Medzi nebunkovými sa rozlišujú symplastické, syncyciálne formy organizácie a medzibunková látka.
5. Medzibunková látka (extracelulárna matrix): pojem, charakteristika, príklad.
Extracelulárna matrica označuje extracelulárne štruktúry tkaniva (intersticiálna matrica a bazálne membrány). Extracelulárna matrica tvorí základ spojivového tkaniva, poskytuje mechanickú podporu bunkám a transport chemikálií. Okrem toho bunky spojivového tkaniva vytvárajú medzibunkové kontakty s matricovými látkami (hemidesmozómy, adhezívne kontakty atď.), ktoré môžu vykonávať signalizačné funkcie a podieľať sa na lokomócii buniek. Počas embryogenézy teda mnohé živočíšne bunky migrujú, pohybujú sa po extracelulárnej matrici a jej jednotlivé zložky zohrávajú úlohu markerov, ktoré určujú migračnú cestu.
Hlavnými zložkami extracelulárnej matrice sú glykoproteíny, proteoglykány a kyselina hyalurónová. Kolagén je u väčšiny zvierat prevládajúcim glykoproteínom extracelulárnej matrice. Zloženie extracelulárnej matrice zahŕňa mnoho ďalších zložiek: proteíny fibrín, elastín, ako aj fibronektíny, laminíny a nidogény; zloženie extracelulárnej matrice kostného tkaniva zahŕňa minerály, ako je hydroxyapatit; možno považovať za extracelulárnu matricu a zložky tekutých spojivových tkanív – krvnú plazmu a lymfatickú tekutinu.
Príklad: Medzibunková látka uvoľneného nepravidelného spojivového tkaniva
Úvod
Biosféra - vonkajšia škrupina zem, ktorej rozvoj je determinovaný neustálym prílevom slnečnej energie. Komplexná organizácia biosféry je spojená s aktivitou živej hmoty - súhrnom všetkých jedincov každého druhu živých bytostí.
Živá hmota existuje na Zemi vo forme nepretržitého striedania generácií. V dôsledku toho sa ukazuje, že moderná živá hmota je geneticky spojená so živou hmotou všetkých minulých geologických epoch. Živá hmota je spojená s inertnou hmotou - atmosférou (až po úroveň ozónovej clony), úplne s hydrosférou a litosférou, najmä v rámci hraníc pôdy, ale nielen.
Atmosféra, hydrosféra a pôda ovplyvňujú živú hmotu biosféry, poskytujú jej minerálnu výživu, vodu a vzduch. Napríklad povaha vegetácie závisí od stupňa vlhkosti pôdy.
Živá hmota biosféry je heterogénna a má tri typy trofických interakcií: autotrofiu, heterotrofiu, mixotrofiu. Trofické ekologické interakcie prispievajú k premene anorganickej (inertnej) hmoty na organickú hmotu a k spätnému preskupeniu organickej hmoty na minerálnu hmotu. Zástupcovia každého kráľovstva, typu a triedy plnia svoje funkcie v ekologických interakciách na úrovni biosféry.
Kozmické žiarenie v biosfére sa premieňa na rôzne druhy energie. Transformácia energie nastáva v procese jej obehu medzi hmotou planéty a živými organizmami biosféry - biogeochemická cirkulácia látok: pohyb obrovských hmôt chemických prvkov, prerozdelenie energie nahromadenej v procese fotosyntézy a transformáciu informácií. Biogeochemický obeh látok zabezpečuje kontinuitu života v biosfére s konečným množstvom hmoty a konštantný prietok slnečná energia, pretvára tvár planéty, fyzikálno-chemické prostredie živých bytostí, vrátane ľudí.
Manažment prírody - objektívne hodnotenie stavu a optimalizácia využívania prírodné zdroje a podmienok prostredia prírodné prostredie, ich ochranu a reprodukciu.
Živá hmota
Podľa V.I. Vernadského, substancia biosféry pozostáva z:
· Živá hmota- biomasa moderných živých organizmov;
· Živina- všetky formy detritu, ako aj rašelina, uhlie, ropa a plyn biogénneho pôvodu;
· bioinertná látka- zmesi biogénnych látok s minerálnymi horninami nebiogénneho pôvodu (pôda, kaly, prírodné vody, plynové a ropné bridlice, bitúmenové piesky, časť sedimentárnych uhličitanov);
· Inertná látka - horniny, minerály, sedimenty neovplyvnené priamym biogeochemickým vplyvom organizmov.
Stredobodom tohto konceptu je koncept živej hmoty, ktorý V.I. Vernadsky definuje ako súbor živých organizmov. Okrem rastlín a živočíchov sa V.I. Vernadsky sem zaraďuje aj ľudstvo, ktorého vplyv na geochemické procesy sa líši od vplyvu iných živých bytostí po prvé svojou intenzitou, ktorá sa s postupom geologického času zvyšuje; po druhé, vplyvom, ktorý má ľudská činnosť na zvyšok živej hmoty.
Tento vplyv sa prejavuje predovšetkým vo vytvorení mnohých nových druhov. pestované rastliny a domáce zvieratá. Takéto druhy predtým neexistovali a bez ľudskej pomoci buď uhynuli, alebo sa zmenili na divoké plemená. Vernadskij preto považuje geochemické dielo živej hmoty v nerozlučnom spojení živočíšnej, rastlinnej ríše a kultúrneho ľudstva za dielo jediného celku.
Podľa V.I. Vernadského, v minulosti nepripisovali dôležitosť dvom dôležité faktory, ktoré charakterizujú živé telá a ich metabolické produkty:
Pasteurov objav prevahy opticky aktívnych zlúčenín spojených s disymetriou priestorovej štruktúry molekúl, ako napr. rozlišovacia črtaživé telá.
· Príspevok živých organizmov k energii biosféry a ich vplyv na neživé telá bol jednoznačne podcenený. Koniec koncov, zloženie biosféry zahŕňa nielen živú hmotu, ale aj rôzne neživé telá, ktoré V.I. Vernadsky nazýva inertný (atmosféra, skaly, minerály a pod.), ako aj bioinertné telesá vytvorené z heterogénnych živých a inertných telies (pôd, povrchová voda atď.). Hoci živá hmota z hľadiska objemu a hmotnosti je nepodstatnou súčasťou biosféry, súvisí so zmenou vzhľadu našej planéty.
Keďže živá hmota je určujúcou zložkou biosféry, možno tvrdiť, že môže existovať a rozvíjať sa iba v rámci integrálneho systému biosféry. Nie je náhoda, že preto V.I. Vernadsky verí, že živé organizmy sú funkciou biosféry a sú s ňou úzko spojené materiálne a energeticky, sú obrovskou geologickou silou, ktorá ju určuje.
Východiskovým základom pre existenciu biosféry a biogeochemických procesov v nej prebiehajúcich je astronomická poloha našej planéty a predovšetkým jej vzdialenosť od Slnka a sklon zemskej osi k ekliptike, resp. obežnej dráhe zeme. Toto je priestorové usporiadanie Zem je určovaná hlavne klímou na planéte a tá zase určuje životné cykly všetky organizmy, ktoré na ňom existujú. Slnko je hlavným zdrojom energie biosféry a regulátorom všetkých geologických, chemických a biologických procesov na našej planéte. Túto úlohu obrazne vyjadril jeden z autorov zákona o zachovaní a premene energie Július Mayer (1814-1878), ktorý poznamenal, že život je stvorením slnečného lúča.
Rozhodujúci rozdiel medzi živou hmotou a inertnou hmotou je nasledovný:
· Zmeny a procesy v živej hmote prebiehajú oveľa rýchlejšie ako v inertných telesách. Preto sa na charakterizáciu zmien v živej hmote používa pojem historického času a v inertných telesách - geologický čas. Pre porovnanie uvádzame, že sekunda geologického času zodpovedá približne stotisíc rokom historického času;
· V priebehu geologického času narastá sila živej hmoty a jej vplyv na inertnú hmotu biosféry. Tento vplyv, poukazuje V.I. Vernadského, sa prejavuje predovšetkým „v nepretržitom biogénnom toku atómov zo živej hmoty do inertnej hmoty biosféry a naopak“;
· Ku kvalitatívnym zmenám organizmov dochádza v priebehu geologického času iba v živej hmote. Proces a mechanizmy týchto zmien boli prvýkrát vysvetlené v teórii pôvodu druhov prirodzený výber C. Darwin (1859);
Živé organizmy sa menia v závislosti od zmeny životné prostredie, prispôsobiť sa mu a podľa Darwinovej teórie práve postupné hromadenie takýchto zmien slúži ako zdroj evolúcie.
IN AND. Vernadsky naznačuje, že aj živá hmota môže mať svoj vlastný proces evolúcie, ktorý sa prejavuje zmenami s priebehom geologického času bez ohľadu na zmeny prostredia.
Na potvrdenie svojej myšlienky sa odvoláva na neustály rast centrály nervový systémživočíchov a ich význam v biosfére, ako aj osobitná organizácia samotnej biosféry. Podľa jeho názoru v zjednodušenom modeli možno túto organizáciu vyjadriť tak, že ani jeden bod biosféry „nedopadá na to isté miesto, do toho istého bodu biosféry, ako to bolo kedykoľvek predtým“. Moderne možno tento jav opísať ako nezvratnosť zmien, ktoré sú vlastné každému procesu evolúcie a vývoja.
Neustály proces evolúcie sprevádzaný vznikom nových druhov organizmov má dopad na celú biosféru ako celok, vrátane prirodzených bioinertných telies, napríklad pôdy, suchozemských a Podzemná voda atď. Potvrdzuje to skutočnosť, že pôdy a rieky devónu sú úplne iné ako v treťohorách a ešte viac v našom období. Evolúcia druhov sa tak postupne rozširuje a prechádza do celej biosféry.
Keďže evolúcia a vznik nových druhov predpokladajú existenciu ich vlastného začiatku, prirodzene vyvstáva otázka: má život takýto začiatok? Ak existuje, kde ho hľadať – na Zemi alebo vo vesmíre? Môže život vzniknúť z neživota?
V priebehu storočí sa nad týmito otázkami zamýšľali mnohí náboženskí predstavitelia, predstavitelia umenia, filozofi a vedci. IN AND. Vernadsky podrobne skúma najzaujímavejšie uhly pohľadu, ktoré predložili významní myslitelia rôznych epoch a dospel k záveru, že na tieto otázky neexistuje presvedčivá odpoveď. Sám ako vedec sa na začiatku držal empirického prístupu k riešeniu týchto otázok, keď tvrdil, že početné pokusy nájsť stopy prítomnosti akýchkoľvek prechodných foriem života v dávnych geologických vrstvách Zeme boli neúspešné. V každom prípade, niektoré pozostatky života boli objavené aj v prekambrických vrstvách, ktoré majú 600 miliónov rokov. Tieto negatívne výsledky podľa V.I. Vernadského, umožňujú naznačiť, že život ako hmota a energia existuje vo vesmíre navždy, a preto nemá začiatok. Ale takýto predpoklad nie je ničím iným ako empirickým zovšeobecnením založeným na skutočnosti, že v zemských vrstvách sa doteraz nenašli stopy živej hmoty. Aby sa stala vedeckou hypotézou, musí byť v súlade s inými výsledkami. vedecké poznatky vrátane širších pojmov prírodných vied a filozofie. V každom prípade nemožno nerátať s názormi tých prírodovedcov a filozofov, ktorí obhajovali tézu o vzniku živej hmoty z neživej hmoty a v súčasnosti dokonca predložili opodstatnenie hypotézy a modelu vzniku. zo života.
Predpoklady o abiogénnom, čiže anorganickom pôvode života, opakovane vyslovil už v staroveku, napríklad Aristoteles, ktorý pripúšťal možnosť vzniku malých organizmov z anorganickej hmoty. S príchodom experimentálnych prírodných vied a objavením sa vied ako geológia, paleontológia a biológia bol tento názor kritizovaný ako neopodstatnený empirickými faktami. Ešte v druhej polovici 17. storočia. Zásada, ktorú hlásal slávny florentský lekár a prírodovedec F. Redi, že všetko živé vzniká zo živých vecí. Presadenie tohto princípu uľahčili štúdie slávneho anglického fyziológa Williama Harveyho (1578-1657), ktorý veril, že každé zviera pochádza z vajíčka, hoci pripúšťal možnosť vzniku života abiogénnym spôsobom.
Neskôr ako prienik fyzikálne a chemické metódy v biologickom výskume sa opäť a vytrvalejšie začali presadzovať hypotézy o abiogénnom pôvode života. Vyššie sme už hovorili o chemickej evolúcii ako nevyhnutnom predpoklade pre vznik prebiotického alebo prebiologického štádia vzniku života. V.I. Vernadského, a preto jeho názory na tieto otázky nezostali nezmenené, ale opierajúc sa o pôdu presne stanovených faktov nepripúšťal ani boží zásah, ani pozemský vznik života. Preniesol vznik života mimo Zem a tiež umožnil jeho výskyt v biosfére za určitých podmienok. Napísal: „Princíp Redi ... nenaznačuje nemožnosť abiogenézy mimo biosféry alebo pri určovaní prítomnosti v biosfére (teraz alebo skôr) fyzikálno-chemických javov, ktoré neboli akceptované vo vedeckej definícii tejto formy organizácie zemská škrupina“.
Napriek niektorým rozporom predstavuje Vernadského teória biosféry nový veľký krok v chápaní nielen živej prírody, ale aj jej neoddeliteľného prepojenia s historickou činnosťou ľudstva.
Koncept biosféry je založený na myšlienke živej hmoty. Viac ako 90 % všetkej živej hmoty pripadá na suchozemskú vegetáciu (98 % zemskej biomasy). živá hmota - najmocnejší geochemický a energetický faktor, vedúca sila rozvoja planét. Hlavným zdrojom biochemickej aktivity organizmov je slnečná energia využívaná v procese fotosyntézy zelenými rastlinami a niektorými mikroorganizmami na tvorbu organickej hmoty. Organické látky poskytujú potravu a energiu iným organizmom. Fotosyntéza viedla k akumulácii voľného kyslíka v atmosfére, tvorbe ozónovej vrstvy, ktorá chráni pred ultrafialovým a tvrdým kozmickým žiarením, podporuje moderné zloženie plynu atmosféru. Život na Zemi vždy existoval vo forme komplexne organizovaných komplexov rôznych organizmov (biocenóz). Zároveň živé organizmy a ich biotop tvoria integrálne systémy - biogeocenózy. Výživa, dýchanie a rozmnožovanie organizmov as nimi spojené procesy tvorby, hromadenia a rozpadu organickej hmoty zabezpečujú neustálu cirkuláciu hmoty a energie. Tento cyklus je spojený s migráciou atómov chemických prvkov cez živú hmotu. Takže všetok atmosférický kyslík sa otočí cez živú hmotu za 2000 rokov, oxid uhličitý na 300 rokov. Veľká rozmanitosť organické a chemické zlúčeniny charakterizované zložením samotných organizmov. Vďaka živej hmote sa na planéte vytvorili pôdy a organické minerálne palivá (rašelina, uhlie, možno aj ropa).
Skúmanie procesov migrácie atómov v biosfére, V.I. Vernadskij pristúpil k otázke genézy (pôvodu) chemických prvkov v zemskej kôre a následne k potrebe vysvetliť stabilitu zlúčenín, ktoré tvoria organizmy. Pri analýze problému migrácie atómov dospel k záveru, že nikde neexistujú žiadne organické zlúčeniny, ktoré by boli nezávislé od živej hmoty. "Pod menom živej hmoty," napísal V.I. Vernadsky v roku 1919, „Budem mať na mysli súhrn všetkých organizmov, vegetácie a zvierat, vrátane človeka.
Živá hmota je teda súhrnom živých organizmov biosféry, číselne vyjadrené v elementárnych pojmoch. chemické zloženie, hmotnosť a energia. V tridsiatych rokoch 20. storočia IN AND. Vernadského z celková hmotnosťživá hmota odlišuje ľudstvo ako svoju osobitnú súčasť. Toto oddelenie človeka od všetkého živého bolo možné z troch dôvodov.
Po prvé, ľudstvo nie je výrobcom, ale spotrebiteľom biogeochemickej energie. Takáto práca si vyžadovala revíziu geochemických funkcií živej hmoty v biosfére. Po druhé, masa ľudstva na základe demografických údajov nie je konštantným množstvom živej hmoty. A po tretie, jeho geochemické funkcie nie sú charakterizované hmotnosťou, ale výrobnou činnosťou.
Ak by človek nevyčnieval z prirodzeného sveta zvierat, jeho počet by bol asi 100 tisíc. Takíto praľudia by žili na obmedzenom území a ich evolúciu by určovali pomalé procesy prebiehajúce v dôsledku populačno-genetických zmien charakteristických pre speciáciu. S príchodom človeka však nastal kvalitatívny skok vo vývoji prírody na Zemi. Existujú všetky dôvody domnievať sa, že táto nová kvalita je spojená s mysľou a vedomím homo sapiens. Hlavným druhovým rozdielom človeka je teda jeho myseľ a práve vďaka vedomiu sa ľudstvo vyvinulo vlastným spôsobom. To sa odrazilo aj v procese ľudskej reprodukcie, keďže formovanie sociálne zrelých foriem vedomia si vyžaduje dlhý čas – minimálne 20 rokov.
Čo charakteristiky súčasťou živej hmoty? V prvom rade toto obrovská voľná energia. Počas evolúcie druhov dochádza k biogénnej migrácii atómov, t.j. Energia živej substancie biosféry sa mnohonásobne zvýšila a stále rastie, pretože živá substancia recykluje energiu slnečného žiarenia, atómovú energiu rádioaktívneho rozpadu a kozmickú energiu rozptýlených prvkov pochádzajúcich z našej Galaxie. Živá hmota má tiež vysoká rýchlosť chemických reakcií v porovnaní s neživou hmotou, kde sú podobné procesy tisíckrát a miliónkrát pomalšie. Napríklad niektoré húsenice dokážu spracovať potravu 200-krát viac, ako samy vážia za deň, a jedna sýkorka zožerie denne toľko húseníc, koľko sama váži.
Živá hmota sa vyznačuje tým jeho základné chemické zlúčeniny. z ktorých najdôležitejšie sú bielkoviny, stabilné iba v živých organizmoch. Po ukončení životného procesu sa pôvodné živé organické látky rozkladajú na chemické zložky.
Živá hmota existuje na planéte v podobe neustáleho striedania generácií, vďaka čomu je novovzniknutá generácia geneticky spojená so živou hmotou minulých období. Toto je hlavná štrukturálna jednotka biosféry, ktorá určuje všetky ostatné procesy na povrchu zemskej kôry. Živá hmota je charakterizovaná prítomnosť evolučného procesu. Genetická informácia každého organizmu je zašifrovaná v každej jeho bunke. Tieto bunky sú pôvodne predurčené byť samy sebou, s výnimkou vajíčka, z ktorého sa vyvíja celý organizmus. Živá hmota je teda v podstate nesmrteľná.
IN AND. Vernadsky poznamenal, že živá hmota je neoddeliteľná od biosféry, je jej funkciou a zároveň „jednou z najsilnejších geochemických síl našej planéty“. Obeh látok V.I. Vernadsky nazval biogeochemické cykly. Tieto cykly a obeh zabezpečujú najdôležitejšie funkcie živej hmoty ako celku. Vedec identifikoval päť takýchto funkcií:
Funkcia plynu - vykonávané zelenými rastlinami, ktoré v procese fotosyntézy uvoľňujú kyslík, ako aj všetkými rastlinami a zvieratami, ktoré uvoľňujú oxid uhličitý v dôsledku dýchania;
Funkcia koncentrácie - prejavuje sa v schopnosti živých organizmov akumulovať vo svojich telách veľa chemických prvkov (v prvom rade uhlík, medzi kovmi vápnik);
Redox funkcia - vyjadrené v chemických premenách látok v procese života. V dôsledku toho sa tvoria soli, oxidy, nové látky. Táto funkcia je spojená s tvorbou železných a mangánových rúd, vápencov atď.;
Biochemická funkcia - je definovaná ako rozmnožovanie, rast a pohyb v priestore živej hmoty. To všetko vedie k cirkulácii chemických prvkov v prírode, ich biogénnej migrácii;
Funkcia ľudskej biogeochemickej aktivity - spojené s biogénnou migráciou atómov, ktorá sa mnohonásobne zvyšuje pod vplyvom ekonomická aktivita osoba. Človek rozvíja a využíva pre svoje potreby veľký počet látky zemskej kôry vrátane uhlia, plynu, ropy, rašeliny, bridlice a mnohých rúd. Súčasne dochádza k antropogénnemu vstupu cudzorodých látok do biosféry, a to v množstvách prevyšujúcich prípustnú hodnotu. To viedlo ku krízovej konfrontácii medzi človekom a prírodou. hlavný dôvod blížiace sa ekologická kríza považovaný za technokratický koncept, ktorý považuje biosféru na jednej strane za zdroj fyzických zdrojov, na druhej strane za kanalizácia na likvidáciu odpadu.
