Материал: Рындевич. Основы экологии

156 

бактерии

, 

цианобактерии

и

зеленые

растения

) 

могут

обитать

лишь

в

тех

частях

биосферы

, 

куда

проникает

достаточное

количество

солнечной

энергии

. 

Такими

местами

являются

атмосфера

 (

наземно

-

воздушная

сре

-

да

), 

верхний

слой

почвы

толщиной

в

несколько

миллиметров

, 

хорошо

освещаемые

верхние

слои

водной

среды

, 

достигающие

толщины

от

не

-

скольких

десятков

сантиметров

в

быстро

текущих

реках

до

 1 

км

и

более

в

прозрачных

водах

Мирового

океана

. 

Таким

образом

, 

распространение

зеленых

растений

и

других

фотосинтезирующих

организмов

в

био

-

сфере

зависит

от

степени

влияния

солнечной

энергии

.   

Зеленые

растения

не

поднимаются

в

горы

выше

чем

на

 6 200 

м

из

-

за

того

, 

что

там

низкое

давление

углекислого

газа

и

отсутствует

жидкая

вода

. 

Однако

отсутствие

растений

на

большой

высоте

не

является

препятствием

для

существования

некоторых

организмов

. 

Так

, 

выше

зоны

существования

растений

при

отсутствии

непосред

-

ственного

контакта

с

продуцентами

на

высокогорье

встречаются

пауки

 (Aranei), 

клещи

(Acariformes, Parasitiformes)

, 

ногохвостки

(Collembola)

, 

жуки

-

жужелицы

 (Carabidae), 

которые

питаются

орга

-

ническими

частицами

, 

заносимыми

туда

ветром

, 

или

ведут

хищный

образ

жизни

. 

В

пустынях

Африки

и

Южной

Америки

, 

на

лишенных

растительности

барханах

, 

живут

жуки

-

чернотелки

 (Tenebrionidae), 

которые

также

питаются

только

мертвой

органикой

, 

заносимой

ту

-

да

ветром

, 

а

воду

получают

, 

путем

конденсации

в

утренние

часы

на

поверхности

своего

тела

, 

а

также

благодаря

распаду

липидов

.  

На

больших

глубинах

в

абсолютной

темноте

живут

хемосинте

-

зирующие

и

сапротрофные

бактерии

, 

беспозвоночные

животные

, 

такие

как

кишечнополостные

 (

морские

перья

(Umbellula)

), 

различ

-

ные

кольчатые

черви

 (Annelida) 

и

др

. 

Большинство

из

них

питают

-

ся

мертвым

органическим

веществом

, 

попадающим

из

верхних

, 

освещенных

слоев

гидросферы

  (

мертвые

организмы

, 

продукты

жизнедеятельности

живых

организмов

и

т

. 

д

.).  

Очевидно

, 

что

организмы

имеют

высокую

адаптивную

способ

-

ность

. 

В

процессе

эволюции

они

приспособились

к

таким

условиям

, 

в

которых

, 

на

первый

взгляд

, 

жить

невозможно

. 

Экологическая

пла

-

стичность

некоторых

видов

по

отношению

к

ряду

экологических

фак

-

торов

поражает

. 

Так

, 

споры

и

мицелий

некоторых

грибов

не

теряют

жизнеспособности

даже

в

условиях

высокого

вакуума

 (10

–13

—10

–11

мм

рт

. 

ст

.). 

Космический

вакуум

достигает

 10

–16

мм

рт

. 

ст

.  

Отдельные

виды

бактерий

выдерживают

облучение

в

 2—3 

млн

рад

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

Ба

рГ

У

157

Нескорые

виды

бактерий

переносили

температуру

жидкого

гелия

, 

водорода

и

азота

. 

Многие

более

высокоразвитые

организмы

выдержи

-

вают

полное

замораживание

 (

растения

, 

грибы

, 

насекомые

, 

рыбы

, 

земно

-

водные

). 

А

некоторые

высшие

растения

и

насекомые

могут

выжить

при

температурах

, 

приближающихся

к

абсолютному

нулю

 (–273°

С

) [16]. 

В

противоположность

этому

некоторые

споры

грибов

и

бактерий

перено

-

сят

высокие

температуры

, 

например

температуру

кипения

воды

.  

Существуют

микроорганизмы

, 

живущие

в

сильно

концентриро

-

ванных

соляных

растворах

 (250 

мг

 / 

л

).  

Уникальны

приспособления

глубоководных

животных

, 

организм

ко

-

торых

успешно

противостоит

давлению

многокилометровой

толщи

воды

.  

Именно

благодаря

этим

и

многим

другим

приспособлениям

живые

организмы

смогли

заселить

такие

разные

по

своим

характе

-

ристикам

среды

жизни

и

стать

могучим

геохимическим

фактором

 — 

живым

веществом

биосферы

.  

 
 

5.1.3 

Живое

вещество

биосферы

В

основу

учения

В

. 

И

. 

Вернадского

о

биосфере

положено

пред

-

ставление

о

планетарной

геохимической

роли

живого

вещества

в

образовании

биосферы

как

продукта

длительного

превращения

ве

-

ществ

и

энергии

в

ходе

геологического

развития

Земли

.  

Живое

вещество

 — 

это

совокупность

существующих

 (

или

су

-

ществовавших

в

определенный

отрезок

времени

) 

живых

организ

-

мов

, 

являющихся

мощным

геологическим

фактором

.  

В

пределах

биосферы

везде

встречается

либо

само

живое

веще

-

ство

, 

либо

следы

его

деятельности

: 

атмосферные

и

некоторые

гидро

-

сферные

газы

, 

нефть

, 

каменный

уголь

, 

известняк

, 

сланцы

,

торф

и

др

.  

В

отличие

от

живых

существ

на

всех

уровнях

их

организации

жи

-

вое

вещество

, 

как

биогеохимический

фактор

, 

в

понимании

В

. 

И

. 

Вер

-

надского

характеризуется

элементарным

химическим

составом

, 

мас

-

сой

и

энергией

. 

Оно

трансформирует

солнечную

энергию

и

вовлекает

неорганическую

материю

в

непрерывный

круговорот

. 

Кроме

того

, 

в

понятие

живого

вещества

входят

организмы

, 

существовавшие

ранее

и

оставившие

следы

своей

жизнедеятельности

, 

но

до

сих

пор

не

поте

-

рявшие

значение

как

геохимических

фактор

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

Ба

рГ

У

158 

Одновременно

функционирующая

масса

живого

вещества

сравни

-

тельно

невелика

 — 

около

 1 / 6 · 10

–6 

массы

Земли

. 

Это

составляет

около

0,01% 

массы

всей

биосферы

. 

Несмотря

на

небольшую

относительную

массу

, 

живое

вещество

, 

как

говорилось

выше

, 

является

мощным

геоло

-

гическим

фактором

. 

Как

указывал

В

. 

И

. 

Вернадский

, 

за

время

сущест

-

вования

жизни

все

наружные

слои

земного

шара

переработаны

орга

-

низмами

на

 99%! 

Данный

факт

является

еще

одним

подтверждением

эффективности

и

значимости

этого

фактора

в

истории

Земли

.  

Через

живое

вещество

многократно

прошли

атомы

почти

всех

хи

-

мических

элементов

. 

В

конечном

итоге

живое

вещество

определило

состав

атмосферы

, 

гидросферы

, 

почв

, 

большинства

осадочных

пород

.  

Наряду

с

понятием

  «

живое

вещество

» 

В

. 

И

. 

Вернадский

ввел

понятия

 «

косное

вещество

» 

и

 «

биокосное

вещество

».  

Косное

вещество

 — 

твердое

, 

жидкое

и

газообразное

вещество

, 

образующееся

без

участия

живых

организмов

, 

в

совокупности

с

живым

и

биокосным

веществом

формирует

биосферу

.  

Примерами

являются

вещества

, 

образующиеся

при

извержении

вулканов

, 

газ

радон

, 

многие

горные

породы

.  

Биокосное

вещество

 — 

косное

вещество

, 

преобразованное

жи

-

выми

организмами

 (

вода

, 

почва

, 

ил

и

т

. 

п

.).  

Между

живым

и

косным

веществом

существует

непрерывная

связь

во

время

дыхания

, 

питания

, 

размножения

живого

вещества

, 

т

. 

е

. 

миграция

атомов

из

косных

тел

биосферы

в

живые

.  

Живое

вещество

биосферы

химически

и

геологически

очень

ак

-

тивно

, 

как

говорилось

выше

. 

При

его

участии

образуются

биогенные

(

каменный

уголь

, 

нефть

, 

известняк

и

др

.), 

а

также

биокосные

веще

-

ства

 (

почти

вся

вода

биосферы

, 

почва

, 

кора

выветривания

и

т

. 

д

.).  

 
 

5.1.4 

Функции

живого

вещества

Различают

пять

главных

функций

живого

вещества

в

биосфере

: 

энергетическую

, 

газовую

, 

концентрационную

, 

окислительно

-

восстано

-

вительную

и

деструкционную

. 

В

ряде

литературных

ис

-

точников

эти

функции

называют

функциями

биосферы

.  

Энергетическая

функция

— 

обеспечение

потока

энергии

через

живые

организмы

, 

в

основном

за

счет

связи

биосферно

-

планетарных

явлений

с

космическим

излучением

 (

солнечной

радиацией

).  

Ре

по

зи

то

ри

й

Ба

рГ

У

159

В

основе

этой

функции

лежит

фотосинтетическая

деятель

-

ность

растений

и

фотосинтезирующих

бактерий

, 

в

процессе

кото

-

рой

происходит

аккумуляция

солнечной

энергии

и

ее

перераспре

-

деление

между

отдельными

компонентами

биосферы

 (

рис

. 5.1.2). 

За

счет

накопленной

солнечной

энергии

протекают

практически

все

жизненные

явления

на

Земле

.  

В

некоторых

глубоководных

морских

экосистемах

использу

-

ется

не

солнечная

энергия

, 

поскольку

солнечный

свет

туда

попро

-

сту

не

доходит

. 

Такие

экосистемы

  (

например

, 

экосистемы

, 

суще

-

ствующие

на

склонах

подводных

вулканов

) 

функционируют

за

счет

энергии

химических

превращений

соединений

серы

. 

В

каче

-

стве

продуцентов

в

этих

сообществах

выступают

хемосинтези

-

рующие

бактерии

.  

Некоторые

бактерии

независимы

в

обеспечении

себя

органиче

-

ским

веществом

от

солнечных

лучей

. 

Они

используют

для

жизне

-

деятельности

химическую

энергию

некоторых

химических

соеди

-

нений

, 

например

минералов

, 

богатых

кислородом

.  

 
 

Рисунок

 5.1.2 — 

Поток

энергии

в

биосфере

 (

по

Ф

. 

Рамонду

, 1981 [16]) 

Ре

по

зи

то

ри

й

Ба

рГ

У

160 

Конечно

, 

число

таких

видов

бактерий

небольшое

, 

но

эти

орга

-

низмы

имеют

значительный

потенциал

размножения

. 

Так

, 

одна

бактерия

может

произвести

за

одни

сутки

несколько

триллионов

особей

. 

Поэтому

нельзя

недооценивать

их

роль

в

энергетическом

обмене

в

биосфере

. 

Хемотрофные

бактерии

играют

заметную

роль

в

геохимии

серы

, 

железа

, 

азота

. 

Они

обитают

в

земле

, 

морской

и

пресной

воде

, 

донных

отложениях

и

т

. 

п

.  

Газовая

функция

— 

осуществление

миграции

газов

и

их

пре

-

вращения

, 

обеспечение

газового

состава

биосферы

.  

В

процессе

функционирования

живого

вещества

создается

ос

-

новная

масса

газов

в

биосфере

. 

Биогенное

происхождение

имеют

азот

, 

кислород

, 

углекислый

газ

, 

сероводород

, 

метан

и

др

.  

Реализация

газовой

функции

живого

вещества

указывает

на

его

могущественность

как

геохимического

фактора

. 

Ведь

именно

жи

-

вые

организмы

изменили

химический

состав

атмосферы

Земли

, 

насытив

ее

кислородом

, 

содержание

которого

в

настоящее

время

составляет

в

среднем

около

 21%. 

До

появления

жизни

доля

кисло

-

рода

в

атмосфере

составляла

всего

лишь

десятитысячные

процента

.  

Концентрационная

функция

— 

извлечение

и

накопление

живыми

организмами

биогенных

элементов

окружающей

среды

. 

Состав

живого

вещества

существенно

отличается

от

состава

косного

вещества

плане

-

ты

. 

В

живом

веществе

преобладают

атомы

водорода

, 

углерода

, 

азота

, 

кислорода

, 

натрия

, 

калия

, 

кальция

, 

магния

, 

алюминия

, 

кремния

, 

серы

, 

хлора

и

т

. 

п

. 

Они

входят

, 

к

примеру

, 

в

состав

клеточных

мембран

и

ци

-

топлазмы

, 

ферментов

и

гормонов

, 

различных

пигментов

, 

например

хлорофилла

  (

магний

), 

гемоглобина

  (

железо

), 

скелетных

образований

(

кальций

, 

кремний

). 

Концентрация

этих

элементов

в

теле

живых

орга

-

низмов

в

сотни

, 

а

иногда

и

в

тысячи

раз

выше

, 

чем

во

внешней

среде

. 

Этим

объяснятся

неоднородность

химического

состава

биосферы

.  

Окислительно

-

восстановительная

функция

 — 

химическое

превращение

веществ

, 

содержащих

атомы

с

переменной

степенью

окисления

  (

соединения

железа

, 

марганца

и

др

.). 

Благодаря

данной

функции

происходит

превращение

большинства

химических

соеди

-

нений

. 

На

поверхности

Земли

преобладают

биогенные

процессы

окисления

и

восстановления

, 

которые

происходят

либо

при

участии

организмов

, 

либо

внутри

них

.  

Деструкционная

функция

обусловливается

разложением

орга

-

низмов

после

их

смерти

и

минерализацией

органического

вещества

.  

Ре

по

зи

то

ри

й

Ба

рГ

У