Document 2388133

Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
1
БИОЛОГИЯ
Единый круговорот
Наталия
ЧЕРНОВА,
учитель
биологии школы №3 поселка
городского
типа
Жешарт
Республики
Коми,
лауреат
Всероссийского
конкурса
«Учитель года России – 2009»
Смерть одного есть начало жизни другого.
М. Монтень
Как мы можем знать, что такое смерть, когда мы не знаем еще, что такое жизнь? –
говорил Конфуций. Действительно, существует много определений жизни. Для
естествознания XIX в. наиболее удачным считается определение Ф. Энгельса: «Жизнь
есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему
существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Данное
определение являлось фундаментом многих разделов естествознания вплоть до середины
XX в.
В XX в. понятие жизни уже существенно углубилось. Было обнаружено, что
структура живого динамична и лабильна. Живое не ограничивается белком в качестве
субстрата и обменом веществ в качестве функции. Появилось следующее определение:
«Жизнь есть способ существования материи, закономерно возникающей на уровне
высокомолекулярных соединений и характеризующейся динамичными, лабильными
структурами,
функцией
самообмена,
а
также
процессами
саморегулирования,
самовосстановления и накопления наследственной информации». Были даны и другие
определения.
А что же такое смерть? Принято считать, что смерть – это прекращение
жизнедеятельности организма и вследствие этого гибель индивидуума как обособленной
Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
2
живой системы, которая сопровождается разложением белков и других биополимеров,
являющихся основным материальным субстратом жизни. Иногда выделяют понятие
частичной смерти, т.е. смерти группы клеток, части или целого органа.
Жизнь и смерть... Но разве это не этапы одного и того же процесса? Возможна ли
жизнь без смерти? Станислав Лец утверждает, что первое условие бессмертия – смерть.
Попробуем в этом разобраться.
В настоящее время установлено полное единство в составе химических элементов
живого и неживого. Правда есть некоторые отличия в количественном содержании этих
элементов, однако ясно одно, что живая и неживая природа содержит одни и те же
химические элементы. А это дает нам право утверждать, что живое возникает из
неживого. За 3,5-4,5 млрд. лет существования биосфера прошла сложный путь развития,
называемый эволюцией.
На первом этапе эволюции жизнь возникла из неживой материи. Этому
предшествовало образование простых органических соединений из смеси метана,
аммиака, водорода и паров воды в условиях высоких температур, ультрафиолетового
излучения Солнца и повышенной вулканической деятельности.
Самым важным событием в эволюции является возникновение первичного
круговорота органического вещества. Поскольку молекулы
неравномерно были
распределены в толще воды, то это привело к появлению более или менее устойчивых
коллоидных сгущений, названных коацерватными каплями. Они обладали способностью
избирательно поглощать вещества из окружающего раствора и избавляться от ненужных
им соединений. Это и есть начало обмена веществ, возникновения процессов переноса
энергии и обмена информацией. Затем, с возникновением одноклеточных организмов и
последующим развитием многоклеточности, круговорот органического вещества в
геосфере
преобразовался
в
биологический
круговорот,
который
заключается
в
непрерывном обмене веществом и энергией между организмом и средой, в процессах
возникновения и разрушения организмов, рождения и смерти.
Все вещества на планете находятся в процессе геобиохимического круговорота.
Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
3
Большой круговорот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные
породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания в конечном
итоге попадают в мировой океан, образуя морские осадки, напластования (лишь малая
доля из них возвращается снова на сушу с осадками и извлеченными из моря морскими
животными и человеком морепродуктами). Крупные медленные геотектонические
изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей
и океанов приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу, и процесс
начинается снова.
Малый круговорот, как составная часть большого, происходит на уровне
биогеоценозов. Он заключается в том, что деятельность
живых
организмов
сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств
минеральных веществ. Питательные вещества почвы, вода и углерод аккумулируются в
веществе растений и затем расходуются на построение тел и жизненные процессы всех
организмов
(продуцентов,
консументов,
редуцентов).
После
смерти
организмов
составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Продукты
распада органического вещества разлагаются почвенной микрофлорой и мезофауной до
минеральных компонентов, доступных для усвоения растениями, и вновь вовлекаются в
круговорот веществ.
Как видим, круговорот веществ состоит из двух противоположных процессов,
связанных с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате
их разложения. Образование живого вещества преобладает на поверхности Земли, а
минерализация — в почве и морских глубинах.
Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
4
В качестве примера рассмотрим круговорот углерода, поскольку вся земная жизнь
основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе
углеродного скелета. В природе углерод существует в двух основных формах –
в
карбонатах (известняках) и углекислом газе. Содержание последнего в 50 раз больше, чем
в атмосфере. Углерод участвует в
образовании
углеводов,
жиров,
белков
и
нуклеиновых кислот.
Согласно имеющимся данным, все зеленые растения Земли ежегодно извлекают из
атмосферы до 300 млрд. т. углекислого газа (100 млрд. т. углерода), что почти совпадает с
итоговым поступлением этого газа в атмосферу от разных источников – дыхания растений
и животных, промышленности, транспорта и т.п. Растения поглощают эти молекулы,
затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические
соединения и таким образом включается в структуру растений.
Далее возможно несколько вариантов. Углерод может оставаться в растениях, пока
растения не погибнут. В процессе дыхания органические вещества окислятся или их
молекулы после гибели пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются
мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических
соединений), таким как грибы, термиты и бактерии. В любом случае, углерод вернется в
атмосферу в качестве CO2. При этом продолжительность отдельных циклов круговорота
Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
5
может быть различна. Так, в степи растения – эфемеры за очень короткий срок жизни
успевают накопить органическое вещество, которое разлагается в начале лета после их
гибели до углекислого газа. В данном случае круговорот идет с огромной скоростью, чего
не скажешь о лесной зоне, где основную фотосинтезирующую функцию выполняют
деревья. Они и накапливают в течение всей своей жизни органическое вещество, которое
окислится лишь спустя десятки или сотни лет после их смерти.
Растения могут быть съедены травоядными животными. И в этом случае углерод
вернется в атмосферу в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти. А
если травоядные животные будут съедены плотоядными, то и тогда углерод опять же
вернется в атмосферу теми же путями.
Растения могут погибнуть и оказаться под землей без доступа кислорода. Тогда в
конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь. А если
углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из
атмосферы. В этом случае круговорот может затянуться на миллионы лет. На протяжении
существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом,
попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных
процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также
выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива.
Для нормального существования биогеоценоза необходим некий баланс между
процессами аккумуляции элементов и минерализации веществ. Если такой баланс
нарушается, то биогеоценоз погибает и заменяется на другой более устойчивый в данных
условиях.
Вот характерный пример. Представим себе богатое рыбой озеро в лесной зоне, в
прибрежной зоне которого произрастает множество трав. После каждого годичного цикла
круговорота часть атомов углерода, водорода и других элементов, заключенных в
органических веществах, не переходит в минеральные соединения, а откладывается на дне
озера в форме органического ила – сапропеля.
Интернет-проект
«Учительской газеты»
№5 от 29 июня 2010 года
6
Постепенно озеро мелеет, обрастает с берегов, диаметр его постепенно
уменьшается и, наконец, наступает момент, когда его котловина полностью зарастает
травами и заполняется органическими остатками, озеро превращается в болото. Таким
образом, для нормальной жизни озера необходима полная минерализация органических
веществ.
Как видим, противоположные процессы образования и разрушения органических
веществ в биосфере не могут существовать один без другого, они образуют единый
биологический круговорот атомов, тем самым обеспечивая устойчивость экосистем.
Жизнь и смерть как две стороны одной монеты … «Живые формы... – писали П. Кемп и К.
Армс, – это выражение беспрестанного потока вещества и энергии, который протекает
через организм и в то же время создает его... Мы находим эти непрерывные изменения на
всех уровнях биологической организации. В клетках происходит постоянное разрушение
составляющих ее химических соединений, но в этом разрушении она продолжает
существовать как целое. В многоклеточном организме клетки непрерывно отмирают,
заменяясь новыми, но организмы продолжают существовать как целое. В биоценозе, или
виде, одни индивидуумы умирают, а другие, новые – рождаются. Таким образом, любая
органическая система представляется непрерывно существующей».
Список литературы:
1. Биология. Современный курс./ по ред. А.Ф. Никитина. СПб: СпецЛит, 2006.
2. http://www.bestreferat.ru/referat-83426.html