Все системы, изучаемые экологией, включают в себя биотические компоненты, в сумме образующие живое вещество.
Термин
"живое вещество" введён в литературу В. И. Вернадским, под которым он
понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу,
энергию и химический состав. Жизнь на Земле – самый выдающийся процесс
на её поверхности, получающий живительную энергию Солнца и вводящий в
движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева.
По современным оценкам, общая масса живого вещества в биосфере составляет около 2400 млрд. тонн (табл. 2).
Таблица 2
Среда | Группы организмов | Масса, млрд.т | Соотношения,% |
Континенты | Зелёные растения Животные и микроорганизмы | 2400 20 | 99,2 0,8 |
| Итого: | 2420 | 100 |
Океаны | Зелёные растения Животные и микроорганизмы | 0,2 3 | 6,3 93,7 |
| Итого: | 3,2 | 100 |
Всего в биосфере | 2423,2 |
Масса
живого вещества поверхности континентов в 800 раз превышает биомассу
Мирового океана. На поверхности континентов растения резко преобладают
по своей массе над животными. В океане мы наблюдаем обратное
соотношение. 93,7 % биомассы моря приходится на долю животных. Это
связано главным образом с тем, что в морской среде существует наиболее
благоприятные условия для питания животных. Мельчайшие растительные
организмы, составляющие фитопланктон и обитающие в освещенной зоне
морей и океанов, быстро поедаются морскими животными и, таким образом,
переход органических веществ из растительной формы в животную резко
сдвигает биомассу в сторону преобладания животных.
Всё живое
вещество по своей массе занимает ничтожное место по сравнению с любой из
верхних геосфер земного шара. Например, масса атмосферы больше в 2150,
гидросферы – в 602000, а земной коры – в 1670000 раз.
Однако по
своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество
занимает особое место и качественно резко отличается от других
неорганических природных образований, входящих в состав биосферы.
Прежде всего это связано с тем, что живые организмы благодаря
биологическим катализаторам (ферментам) совершают, по выражению
академика Л.С. Берга, с физико-химической точки зрения что-то
невероятное. Например, они способны фиксировать в своём теле
молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях
температуры и давления. В промышленных же условиях связывание
атмосферного азота до аммиака (NH3) требует температуры порядка 500 оС
и давления 300-500 атмосфер. В живых организмах на несколько порядков
увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ.
В.И. Вернадский в связи с этим назвал живое вещество формой чрезвычайно
активированной материи.
К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его высокую преобразующую деятельность, можно отнести:
1. Способность быстро занимать свободное пространство,
что связано как с интенсивным размножением, так и со способностью
организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или
образуемых ими сообществ (всюдность жизни).
2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести), но и активное. Например, против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков.
3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти(включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.
4. Высокая приспособительность(адаптация)
к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред
жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной), но и крайне трудных по
физико-химическим параметрам.
5. Феноменально высокая скорость протекания химических реакций.
Она на несколько порядков значительнее, чем в неживой природе. Об этом
свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в
процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых
перерабатывают за день количество вещества, которое в 100 – 200 раз
превышает вес их тела.
6. Высокая скорость обновления живого вещества.
Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет около 8 лет (для
суши 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким
периодом жизни – 33 дня).
7. Разнообразие форм, размеров и химических вариантов, значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе.
8. Индивидуальность (в мире нет одинаковых видов и даже особей).
Все
перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются
концентрацией в нём больших запасов энергии. В.И. Вернадский отмечал,
что по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать
только лава, образующаяся при извержении вулканов
Функции живого вещества.
Всю деятельность живого вещества в биосфере можно, с определённой
долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям,
которые позволяют значительно дополнить представление о его
преобразующей биосферно-геологической деятельности.
1. Энергетическая.
Эта одна из важнейших функций связана с запасанием энергии в процессе
фотосинтеза, передачей её по цепям питания и рассеиванием в окружающем
пространстве.
2. Газовая – связана со способностью изменять и поддерживать определённый газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.
3. Окислительно-восстановительная – связана с ростом под влиянием живого вещества интенсивности процессов как окисления и восстановления.
4. Концентрационная
– способность организмов концентрировать в своём теле рассеянные
химические элементы, повышая их содержание на несколько порядков, по
сравнению с окружающей средой, а в теле отдельных организмов – в
миллионы раз. Результат концентрационной деятельности – залежи горючих
ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.
5. Деструктивная
– разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том
числе и после их смерти, как самих остатков органического вещества, так
и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом
веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие
формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).
6. Транспортная
– перенос вещества и энергии в результате активной формы движения
организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные
расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.
7. Средообразующая.
Эта функция в значительной мере представляет результат совместного
действия других функций. С ней, в конечном счете, связано
преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно,
рассматривать в широком и более узком планах. В широком понимании
результатом данной функции является вся природная среда. Она создана
живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном
состоянии её параметры практически во всех геосферах. В более узком
плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в
образовании и сохранение почв от разрушения (эрозии), в очистке воздуха
и вод от загрязнений, в усилении питания источников грунтовых вод и т.
п.
8. Рассеивающая функция,
противоположная концентрационной. Она проявляется через трофическую
(питательную) и транспортную деятельность организмов. Например,
рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели
организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене
покровов.
9. Информационная функция
живого вещества выражается в том, что живые организмы и их сообщества
накапливают информацию, закрепляют её в наследственных структурах и
передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных
механизмов.
Несмотря на огромное разнообразие форм, всё живое вещество физико-химически едино.
И в этом состоит один из основных законов всего органического мира –
закон физико-химического единства живого вещества. Из него следует, что
нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен
для одних организмов и абсолютно безвреден для других. Разница лишь
количественная – одни организмы более чувствительны, другие менее, одни
приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление
идёт в ходе естественного отбора, т.е. за счёт гибели тех индивидов,
которые не смогли адаптироваться к новым условиям.