Что такое энергетическая функция

Энергетическая функция

Каждый последующий этап развития жизни сопровождался все более интенсивным поглощением биосферой солнечной энергии. Одновременно нарастала энергоемкость жизнедеятельности организмов в изменяющейся природной среде, и всегда накопление и передачу энергии осуществляло живое вещество. Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений (воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. Процесс протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, содержащегося в хлоропласте зеленого листа, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов. Этот электрон, перемещаясь внутри хлоропласта, реагирует с молекулой АДФ, которая, получив достаточную дополнительную энергию, превращается в молекулу АТФ – вещества, являющегося энергоносителем. Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода, а сама при этом утрачивает часть энергии и превращается вновь в молекулу АДФ.

В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно усваивает около двухсот миллиардов тонн углекислого газа и выделяет в атмосферу примерно сто сорок пять миллиардов тонн свободного кислорода, при этом образуется более ста миллиардов тонн органического вещества. Если бы не жизнедеятельность растений, исключительно активные молекулы кислорода вступили бы в различные химические реакции, и свободный кислород исчез бы из атмосферы примерно за десять тысяч лет. К сожалению, варварское сокращение человеком массивов зеленого покрова планеты являет реальную угрозу уничтожения современной биосферы. В процессе фотосинтеза одновременно с накоплением органического вещества и продуцированием кислорода растения поглощают часть солнечной энергии и удерживают ее в биосфере. На фотосинтез используется около 1% солнечной энергии, падающей на Землю. Возможно, этот низкий показатель связан с малой концентрацией углекислого газа в атмосфере и гидросфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы суши и океана связывают около 3•1018 кДж солнечной энергии, что примерно в десять раз больше той энергии, которая используется человечеством.

В отличие от зеленых растений некоторые группы бактерий синтезируют органическое вещество за счет не солнечной энергии, а энергии, выделяющейся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений. Этот процесс именуется хемосинтезом. В накоплении органического вещества в биосфере он, по сравнению с фотосинтезом, играет ничтожно малую роль. Внутри экосистемы энергия в виде пищи распределяется между животными. Синтезированные зелеными растениями и хемобактериями органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно переходя от одних организмов к другим в процессе их питания, переносят заключенную в них энергию. Растения поедают растительноядные животные, которые в свою очередь становятся жертвами хищников и т. д. Этот последовательный и упорядоченный поток энергии является следствием энергетической функции живого вещества в биосфере.

Дата добавления: 2016-02-04 ; просмотров: 2052 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Основные свойства и функции живого вещества биосферы

Деструктивная

Заключается в минерализации мертвой органики, биохимическом разрушении горных пород, вовлечении составляющих их минералов в биотический круговорот. Способствует трансформации живого вещества в косное, а также образованию биогенного и биокосного вещества. При этом разложение горных пород происходит избирательно, с включением в круговорот важнейших питательных элементов.

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Концентрационная функция

Если говорить о раскрытии понятия данной роли вещества, то следует указать на ее близкое родство с предыдущей. Проще говоря, концентрационная функция живого вещества заключается в накоплении внутри тела тех или иных элементов, атомов, соединений. В результате происходит формирование тех самых горных пород, полезных ископаемых и минералов, о которых упоминалось выше.

Накапливать в себе какие-то соединения способно каждое существо. Однако для всех степень выраженности этого разная. Например, все накапливают в себе углерод. Но далеко не каждый организм способен концентрировать около 20% железа, как это делают железобактерии.

Можно привести еще несколько примеров, четко иллюстрирующих данную функцию живого вещества.

Помимо элементов, многие представители живых существ способны после отмирания формировать целые комплексы веществ.

Концентрационная

Заключается в селективном накоплении в организмах определенных видов веществ. Большая часть живых организмов накапливает в своих телах биогенные элементы, благодаря чему химический состав живого вещества весьма специфичен. Концентрация биогенных элементов в нем на порядки выше, чем во внешней среде.

Противоположна по результатам концентрационной рассеивающая функция, выраженная в трофической и транспортной деятельности организмов, через процессы выделения, гибели организмов при миграциях, линьке.

Три функции живого вещества биосферы

Какие функции живое вещество выполняет в биосфере, Вы узнаете из этой статьи.

Три функции живого вещества биосферы

Живое вещество биосферы планеты — это совокупность всех живых организмов, вне зависимости от систематической принадлежности. Живым веществом биосферы называется мощный энергетический и геохимический фактор, а также ведущая сила планетарного развития. Основным источником его активности выступает солнечная энергия, которой пользуются растения в процессе фотосинтеза и некоторые микроорганизмы для создания органических веществ. Последние выступают энергией и пищей для остальных организмов. Благодаря ему на нашей планете образовались минеральное органическое топливо (торф, уголь, нефть) и почвы.

Основные 3 функции живого вещества биосферы:

Живое вещество биосферы еще выполняет функции такого характера:

Окислительно-восстановительная функция. Так, некоторые микроорганизмы непосредственно участвуют в окислении железа, что привело к образованию осадочных железных руд, другие восстанавливают сульфаты, образуя биогенные месторождения серы.

Биохимическая функция — определяется как размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества. Все это приводит к круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции;

Функция биогеохимической деятельности человека — связана с биогенной миграцией атомов, многократно усиливающейся под влиянием хозяйственной деятельности человека. Человек разрабатывает и использует для своих нужд большое количество веществ земной коры, в том числе таких, как уголь, газ, нефть, торф, сланцы, многие руды. Одновременно происходит антропогенное поступление в биосферу чужеродных веществ, причем в количествах, превышающих допустимое значение. Это привело к кризисному противостоянию человека и природы. Главной причиной надвигающегося экологического кризиса считается технократическая концепция, рассматривающая биосферу, с одной стороны, как источник физических ресурсов, с другой — как сточную трубу для удаления отходов.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, какие функции живого вещества биосферы.

Средообразующая

Состоит в преобразовании физико-химических аспектов неорганической среды в благоприятном направлении для существования организмов. Эта функция служит совместным результатом всех предыдущих. В частности, результатом выполнения средообразующей функции были: изменение газового состава первичной атмосферы, химизма вод океана, формирование осадочных горных пород в литосфере, почвенного покрова.

В.И. Вернадский характеризовал данную функцию живого вещества, как способность не только приспосабливаться к среде, но и приспосабливать саму среду к своим требованиям.

Биосфера и ее структура

Биосферой ученый предложил называть всю ту область живого и неживого, которая находится в тесном контакте и в результате совместной деятельности способствует формированию определенных геохимических компонентов природы.

То есть в биосферу входят следующие структурные части Земли:

То есть это все те области, которые способны заселяться живыми организмами. Все они, в свою очередь, представляют собой совокупную биомассу, которая носит название живого вещества биосферы. Сюда относятся представители всех царств природы, а также человек. Свойства и функции живого вещества являются определяющими при характеристике биосферы в целом, так как именно оно — основной ее компонент.

Однако помимо живого, выделяют еще несколько типов веществ, составляющих рассматриваемую нами оболочку Земли. Это такие, как:

Все вместе данные виды соединений и формируют окружающую среду для биомассы, условия жизни для нее. При этом представители царств природы сами оказывают немалое влияние на формирование многих видов перечисленных веществ.

В целом, все обозначенные компоненты биосферы являются совокупной массой складывающих природу элементов. Именно они вступают в тесные взаимодействия, осуществляя круговорот энергии, веществ, накапливая и перерабатывая многие соединения. Основная же единица — живое вещество. Функции живого вещества различны, но все очень важны и нужны для поддержания естественного состояния планеты.

Энергетическая функция

Энергия — это самый главный источник силы, за счет которого существует живое вещество. Функции живого вещества проявляются, прежде всего, в способности перерабатывать энергию биосферы в разные формы, начиная с солнечной и заканчивая тепловой и электрической.

Больше никто так аккумулировать и изменять излучение от Солнца не может. Первым звеном здесь стоят, конечно, растения. Именно они поглощают солнечный свет непосредственно всей поверхностью зеленых частей тела. Затем преобразуют его в энергию химических связей, доступную для животных. Последние же переводят ее в разные формы:

Функции

Роль живых организмов в биосфере заключается в выполнении ими нескольких функций. Основными из них являются: энергетическая, деструктивная, концентрационная и средообразующая.

Энергетическая функция. Она связана со способностью зеленых хлорофилльных организмов к фотосинтезу. С помощью полученной ими солнечной энергии, они преобразовывают простейшие соединения такие как, вода, углекислый газ и минералы, в сложные органические вещества, которые, в свою очередь, являются необходимыми для существования других живых существ. Такой способностью обладают растения. Для процесса фотосинтеза они используют всего лишь 1% солнечной энергии, попадающей на Землю. Ежегодно они производят порядка 145 млрд. тонн кислорода, для чего потребляют около 200 млрд. тонн углекислого газа. Органического вещества при этом вырабатывается более 100 млрд. тонн. Так растения пополняют атмосферу свободным кислородом. Если бы растения не делали это постоянного, то кислород, как активный химический элемент, вступал в реакции и образовывал различные соединения и в итоге совершенно исчез из атмосферы Земли. А с ним прекратила бы существование и жизнь. Кроме растений, органическое вещество в очень небольшом количестве – не более 0,5% от общего количества, производят некоторые бактерии. Этот процесс называется хемосинтез. В нем задействована не солнечная энергия, а энергия, выделяющаяся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений.

Синтезированные таким образом органические соединения – белок, сахар и так далее, — вместе с заключенной в них энергией, являются пищей и распространяются по трофической цепи. Кроме того, синтезированная растениями энергия рассеивается как тепло или накапливаться в отмершем органическом веществе, переходя в ископаемое состояние. И в этом следующая функция — деструктивная.

Редуценты, с помощью имеющихся в их распоряжении кислот, «добывают» и «отправляют» в биотический оборот такие важнейшие химические элементы, как кальций, калий, натрий, фосфор, кремний и различные микроэлементы. Благодаря деструкторам, почва обретает свою плодородность.

Еще одна функция живых организмов – концентрационная. Под нею подразумевается процесс, в ходе когда некоторые их виды извлекают, а затем накапливают у себя определенные химические элементы. В этом случае концентрация таких элементов, как: углерод, водород, азот, натрий, магний, кремний, сера, хлор, калий, кальций и кислород, может быть в сотни и тысячи раз выше, чем в окружающей среде. Например, марганца в 1200000 раз, серебра – 240000, а железа – в 65000. Яркими примерами такого накопления могут быть раковины, панцири и скелеты. С элементами «пригодными» для накопления, некоторые виды накапливают в себе ядовитые, отравляющие и радиоактивные вещества. И попадание их в пищевую цепь явно не носит положительного характера.

Противоположностью концентрационной функции является рассеивающая. Она проявляется при различных выделениях, перемещениях и тому подобное. Например, происходит рассеивание железа из крови, при укусах различных насекомых или кровососущих.

Биосфера — это не только взаимодействие между живыми организмами и обмен между ними энергией. Существенная роль живых организмов в биосфере – это ее преобразование. Живые организмы меняют физико-химические параметры окружающей их среды, а такая их функция получила название «средооразующей». Она, как результат всех ранее рассмотренных функций в совокупности. Извлечение химических элементов, накопление их, а затем, с помощью полученной энергии, «отправление» в путь по биологическому кругообороту, привело к существенным изменениям природной среды. За миллиарды лет изменился газовый состав атмосферы, химический – вод, появились осадочные породы и донные отложения, возник плодородный почвенный покров. И в настоящее время мы сталкиваемся с этим влиянием.

Преобразовывая внешнюю среду, организмы создают оптимальный баланс энергии и «питательного» вещества для своего существования и всей биосферы в целом. Этот баланс в результате многочисленных внутренних и внешних воздействий, всегда находится под угрозой разрушения. И вещество, за счет перечисленных своих качеств, сопротивляется такому влиянию, восстанавливает нарушенное и приводит систему в стабильное состояние.

Источник

§ 52. Функции живого вещества

Оглавление

Преамбула

В. И. Вернадский в своем учении показал, что живые организмы в биосфере выполняют ряд важных биогеохимических функций: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную, деструкционную, средообразующую, транспортную.

Энергетическая функция

Энергетическая функция — аккумулирование энергии в органическом веществе и перераспределение ее по пищевым цепям. Как вы уже знаете, живые организмы не просто зависят от постоянного поступления энергии Солнца, но и выступают как гигантский накопитель и уникальный преобразователь этой энергии. Поэтому в основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, осуществляемый фотоавтотрофными организмами. Это единственный на нашей планете процесс, обеспечивающий превращение энергии солнечного света в энергию химических связей органического вещества. С помощью фотосинтеза солнечная энергия, запасаемая зелеными растениями, обеспечивает жизнедеятельность всех гетеротрофов. Энергетическая функция живого вещества связана и с такими процессами жизнедеятельности живых организмов, как питание, дыхание, выделение, размножение. В результате этих процессов идет превращение энергии.

Обнаружены целые экосистемы, функционирование которых основано на активности хемосинтезирующих бактерий. Они не зависят от продуктов фотосинтеза. Это глубоководные системы, где в абсолютной темноте вблизи выходов горячей воды, богатой минеральными солями и серой, помимо бактерий, существуют и уникальные многоклеточные животные, напоминающие двустворчатых моллюсков длиной около 30 см, и трехметровые черви, получающие энергию от хемосинтезирующих бактерий. Возможно, было время, когда солнечные лучи не могли проникнуть на Землю из-за интенсивной вулканической деятельности, и такие формы жизни были более разнообразными.

Газовая функция

Концентрационная функция

Концентрационная функция — способность организмов избирательно накапливать в своем теле химические элементы, рассеянные в окружающей среде, повышая их содержание в организме по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Любой живой организм в процессе своей жизнедеятельности поглощает из окружающей среды необходимые для него вещества и накапливает их в своем теле. Например, содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота — в 30 раз превышает их содержание в земной коре. Диатомовые водоросли и кремневые губки накапливают кремний, водоросль ламинария — йод, а раковины некоторых моллюсков до 100 % фосфата кальция.

Активными концентраторами являются микроорганизмы. Одни бактерии концентрируют железо, другие — марганец, третьи — серебро. Бактерии способны увеличивать в среде обитания содержание железа в 650 тыс. раз, марганца — в 120 тыс. раз, ванадия — в 420 тыс. раз. Эта удивительная способность позволила ученым предположить, что сообщества бактерий вносят существенный вклад в формирование месторождений металлов. Каждая тонна бурых водорослей содержит несколько килограммов йода. Золото «собирают» дуб, кукуруза, хвощ, бурые и красные водоросли, а в 1 т золы полыни может содержаться до 85 г этого драгоценного металла. Моллюски концентрируют никель, осьминоги — медь, медузы — цинк и алюминий. В условиях антропогенного загрязнения окружающей среды побочным следствием концентрационной функции может являться накопление в растениях, употребляемых в пищу, токсичных веществ, вредных для человека.

Часть энергии Солнца благодаря концентрационной функции живых организмов накапливается в земной коре в составе природного газа, нефти, каменного угля, торфа. Это связано с протеканием в бескислородной среде реакций восстановления, сопровождающихся образованием и накоплением сероводорода и метана.

Окислительно-восстановительная функция

Окислительно-восстановительная функция — окисление и восста­новление различных веществ с участием живых организмов. В ее основе лежит обмен веществ и энергии организма с внешней средой. Так, в ходе синтеза органических веществ (процесс фотосинтеза) преобладают восстановительные реакции с поглощением энергии. А при расщеплении органических соединений и их окислении при взаимодействии с кислородом (процесс дыхания) преобладают окислительные реакции, и выделяется энергия.

Таким образом, жизнь в биосфере представляет собой непрерывный процесс синтеза и распада органических веществ, который объединяет все живые организмы на Земле в глобальную биологическую систему. Биосфера является сложной динамической системой, осуществляющей фиксацию, преобразование, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым и косным веществом.

*Деструкционная функция

Деструкционная функция — способность живых организмов разрушать отмершее органическое вещество до минеральных веществ, которые способны вовлекаться в новый цикл круговорота веществ. Последнюю фазу разложения до простых минеральных веществ осуществляют бактерии. Именно в этом и состоит их главная роль в биосфере. Кроме разложения вещества органической природы, живые организмы способны разрушать и неорганические вещества — горные породы разного происхождения. С помощью неорганических и органических кислот они разлагают минеральные вещества и избирательно извлекают из них кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, многие микроэлементы, вовлекая их в круговорот веществ. В. И. Вернадский писал: «Мы не имеем на Земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество». Поэтому биосфера — это не только фабрика по производству сложных органических веществ, но и громадная мельница, которая безостановочно работает.

*Средообразующая функция

Средообразующая функция — преобразование физико-химических параметров окружающей среды вследствие жизнедеятельности живых организмов. Результатом данной функции является вся природная среда, которая создана живыми организмами. Благодаря их деятельности сформировался современный состав гидросферы, атмосферы и почвы. От качественного состава атмосферного воздуха зависит радиационный фон и тепловой режим на планете. Живые организмы биосферы поддерживают и сохраняют баланс благоприятных условий среды в определенном стабильном состоянии для полноценной жизнедеятельности.

*Транспортная функция

Транспортная функция — перенос вещества и энергии в результате активной и пассивной форм движения организмов. Например, растения всасывают корнями воду и испаряют ее в атмосферу. Часто перенос веществ может осуществляться на огромные расстояния, например при миграциях и кочевках животных. Транспортная функция может осуществляться также в процессе размножения и расселения живых организмов. Чем мельче организмы, тем выше скорость их размножения. Поэтому основной вклад в транспорт веществ в среде обитания вносят мелкие организмы. Процесс размножения организмов и скорость их расселения ограничиваются условиями среды: наличием пищи, света, температуры.

Следовательно, живые организмы, выполняющие биогеохимические функции, являются важнейшей преобразующей силой на планете Земля. Подчеркивая активность живых организмов и их значимость в биосфере, В. И. Вернадский писал: «Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Организмы — самая мощная геологическая сила».

Повторим главное. Биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую обмен веществ благодаря постоянному притоку энергии. Живые организмы биосферы являются важнейшей биогеохимической силой, преобразующей планету. Они выполняют ряд функций: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную, деструкционную, средообразующую, транспортную. За счет этих функций живого вещества поддерживаются благоприятные условия для жизни на Земле.

Проверим знания

1. Какие функции выполняет живое вещество в биосфере?
2. Благодаря какой функции живого вещества образовались залежи горючих полезных ископаемых, известняков, руд?
3. Каково значение газовой функции живого вещества для биосферы?
*4. Какая функция живого вещества осуществляется при поглощении бактериями молекулярного азота из воздуха?

1. Какие физиологические процессы лежат в основе энергетической и окислительно-восстановительной функций? Ответ обоснуйте.
* 2. Установите соответствие между функциями и характеристиками живого вещества в биосфере.
Функции: 1) газовая; 2) окислительно-восстановительная; 3) концентрационная.
Характеристики: а) выделение кислорода в процессе фотосинтеза фототрофами; б) высокое содержание солей кальция в раковинах моллюсков; в) окисление органических веществ в процессе дыхания; г) восстановление углекислого газа до углеводов в процессе фотосинтеза; д) накопление соединений кремния в клетках хвоща.
*3. Выберите три предложения, в которых отражены функции живого вещества:
1. Живые организмы, выделяя и потребляя разные газы, поддерживают постоянство газового состава атмосферы.
2. Отношения волка и зайца — это отношения хищник—жертва.
3. В телах живых организмов накапливаются разные химические элементы.
4. В процессе жизнедеятельности организмов происходит окисление и восстановление химических соединений.
5. Возникновение и развитие жизни на Земле привело к формированию биосферы.

Источник

Функции живого вещества в биосфере

«Живое вещество» – это понятие, применяемое для всех живых организмов, которые находятся в биосфере, от атмосферы до гидросферы и литосферы. Этот термин впервые использовал В.И. Вернадский, когда описывал биосферу. Он считал живое вещество сильнейшей силой, которая есть на нашей планете. Также ученый выделял и функции этого вещества, с которыми ознакомимся ниже.

Энергетическая функция

Энергетическая функция заключается в том, что живое вещество поглощает солнечную энергию при различных процессах. Это позволяет протекать на Земле всем жизненным явлениям. На планете энергия распределяется благодаря пище, теплу и в виде полезных ископаемых.

Деструктивная функция

Концентрационная функция

Эта функция осуществляется тем, что в теле различных организмов накапливаются элементы, принимают активное участие в их жизнедеятельности. В зависимости от вещества в природе встречается хлор и магний, кальций и сера, кремний и кислород. Сами по себе в чистом виде эти элементы встречаются лишь в небольших количествах.

Средообразующая функция

В ходе физических и химических процессов происходят изменения в различных оболочках Земли. Эта функция связана со всеми вышеупомянутыми, так как при их помощи в окружающей среде появляются различные вещества. Например, это обеспечивает преобразования атмосферы, изменяется его химический состав.

Другие функции

Итак, живое вещество – это неотъемлемая часть биосферы. Оно обладает различными функциями, которые связаны между собой. Все они обеспечивают жизнедеятельность живых существ и происхождение различных явлений на нашей планете.

Источник