Документ 2388133
реклама
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
