При общем рассмотрении биосферы как планетарной экосистемы особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты. Особое место В.И. Вернадский уделяет «живому веществу», считая его «формой активированной материи» и подчеркивая, что «...его энергия тем больше, чем больше масса живого вещества».
Под живым веществомВ.И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное (Лархер, 1978).
Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный.
Атомный состав. По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы.
1. Макроэлементы – Н, О, С, N, Р, S (в сумме около 1...2 %), которые составляют основную массу процентного состава живых организмов.
2. Микроэлементы – Mn, Co, Zn, Cu, B, I и др. Их суммарное содержание в организме составляет порядка 0,1 %.
|
|
3. Ультрамикроэлементы – Au, Hg, Se и др. Их содержание в организме очень незначительно, а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.
Химические элементы, входящие в состав живых организмов и выполняющие при этом биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Биогенные элементы и их роль для живых организмов
Элемент | Символ | Роль в клетке |
Углерод | С | Входит в состав органических веществ |
Водород | Н | Входит в состав воды и органических веществ |
Кислород | О | Входит в состав воды и органических веществ |
Азот | N | Входит в состав белков и нуклеиновых кислот |
Фтор | F | Входит в состав эмали зубов |
Бор | B | Необходим некоторым растениям |
Натрий | Na | Главный внеклеточный положительный ион |
Магний | Mg | Активизирует работу многих ферментов; входит в состав хлорофилла |
Фосфор | P | Входит в состав костной ткани, нуклеиновых кислот |
Сера | S | Входит в состав белков и многих других биологических веществ |
Хлор | Cl | Хлорид-ион – преобладающий отрицательный ион в организме |
Калий | K | Преобладающий отрицательный ион внутри клетки |
Кальций | Ca | Основной компонент костей и зубов; активизирует сокращение мышечных волокон |
Марганец | Mn | Необходим организмам в следовых количествах (входит в состав некоторых ферментов) |
Продолжение табл. 2.1 | ||
Элемент | Символ | Роль в клетке |
Железо | Fe | Входит в состав многих органических веществ (гемоглобин, цитрохомы) |
Кобальт | Co | Входит в состав витамина В12 |
Медь | Cu | Необходим организмам в следовых количествах (входит в состав некоторых ферментов) |
Цинк | Zn | Необходим организмам в следовых количествах (входит в состав некоторых ферментов) |
Йод | I | Входит в состав гормона щитовидной железы - тироксина |
Молекулярный состав. Химические элементы входят в состав живого вещества в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке – вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества – углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты (табл. 2.2).
|
|
Таблица 2.2
Содержание в живых организмах химических соединений
Соединение | % от сырой массы |
Вода | 75...85 |
Белки | 10...15 |
Жиры | 1...5 |
Углеводы | 0,2...2,0 |
Нуклеиновые кислоты | 1...2 |
Низкомолекулярные органические соединения | 0,1...0,5 |
Неорганические соединения | 1,0...1,5 |
Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд т, т.е. примерно около 0,01 % массы всей биосферы, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду.
Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено по планете неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями.
Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения живых оболочек: атмосферы и литосферы (поверхности суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек - атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.
В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2,0 млн видов) над растениями (0,5 млн). В то же время, запасы фитомассы составляют 99 % запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана (табл. 2.3).
Таблица 2.3
Масса живого вещества на Земле
Среда | Группа организмов | Масса, 1012 т | Соотношение, % |
Суша | Зеленые растения Животные и микроорганизмы Итого | 2,40 0,02 2,42 | 99,2 0,8 100,0 |
Океаны | Зеленые растения Животные и микроорганизмы Итого | 0,0002 0,0030 0,0032 | 6,3 93,7 100,0 |
Биомасса организмов Земли | 2,4232 | - |