3. Живое вещество. Геохимическая работа живого вещества

Вспомним несколько определений живого вещества творца этого понятия В. Л.Вернадского: "живое вещество биосферы есть совокупность всех живых организмов". Как ученый, он понимает, что объект его исследований требует количественных характеристик, а потому подчеркивает: "Я буду называть совокупность организмов, сведенных к весу, химическому составу и энергии, живым веществом". Живое вещество в его понимании - это форма активированной материи, и ее энергия тем больше, чем больше масса живого вещества.

Какие же свойства живого вещества?

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве с огненным потоком лавы, но энергия лавы недолговечна.

2. В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят в тысячу, а порой и в миллионы раз быстрее, чем в неживом. Для жизненных процессов характерно то, что полученное организмом вещество и. энергия перерабатываются и отдаются им в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равняется ее собственной массе, а некоторые гусеницы потребляют и перерабатывают через сутки в 200раз больше пищи, чем они весят.

3. Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а порой и отдельные минеральные соединения и т.п.) синтезируются лишь в живых организмах.

4. Живое вещество старается заполнить собой все возможное пространство.

В.И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

• пассивную, которая создается размножением присущей как животным, так и растительным организмам;

• активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (характерная для животных и в меньшей мере - растений).

Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно свыше 2 млн. органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда как количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс, т.е., на три порядка ниже.

Живое вещество представлено дисперсными телами - индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. Наибольшими из растений считаются секвойи, а из животных - киты. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются предельными возможностями их газового обмена со средой.

Будучи дисперсным, живое вещество никогда не появляется на Земле в морфологически чистой форме, например в виде популяционного вида. Оно может существовать лишь в виде биоценоза: "..даже простенький биоценоз какого-то сухого соснячка на песке является группой, которая состоит приблизительно из тысячи видов живых организмов" ( Тимофеев-Рисовский).

Принцип Реди (флорентийский академик, врач и натуралист, 1626-1697): "все живое с живого " - является отличной особенностью живого вещества, которое существует на Земле в форме беспрерывного дежурства поколений и характеризуется генетической связью с живым веществом всех прошлых геологических эпох. Безжизненные абиогенные вещества, как известно, поступают в биосферу или - из космоса, или же выносятся порциями из оболочки земного шара. Они могут быть аналогичные по составу, но генетически связаны в целом.

Живое вещество в перечне живых организмов, в отличие от неживой природы, осуществляет свою историческую миссию. По сути, лишь биогенные вещества метабиосферы - это интеграл массы живого вещества Земли в пределах геологического времени, тогда как масса неживого вещества земного происхождения является постоянной величиной в геологической истории: 1г архейского гранита и сегодня остается 1г того же вещества, а та же масса живого вещества, т.е., 1 г, на протяжении миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.

В доаристотелевские времена считали, что жизнь начинается с абиогенеза (из таких мертвых тел природы как камень, скала, вода, газ, земля). Аристотель, писал В.И.Вернадский (1969), - признавал биогенез для человека, птиц, почти всех млекопитающих и некоторых низших животных, отдельных позвоночных, и многих растений. Он в исключительных случаях допускал гетерогенез (разнородное зарождение) и для высших растений, и для животных. Прошло два тысячелетия со времени смерти Аристотеля, утвердившего в науке принцип Реди ("все живет с живого"), но и сегодня идет поиск взаимосвязей живого и неживой вещества, которые служат надежным механизмом беспрерывного движения жизни в биосфере.

Для того чтобы лучше понять суть этих механизмов, нужно выяснить, из каких веществ, кроме живых, состоит биосфера. Несмотря на то, что представление о составе биосферы изложены В.И. Вернадским в работе "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения".

Функции живого вещества в биосфере (по В.И. Вернадському)

газовая

кислородная

окислительная

кальциевая

возобновительная

концентрационная

разрушение органических веществ

возобновительного разложения

метаболизм и дыхание организмов

Вся масса живого вещества, которое было на Земле хотя бы на протяжении 1 млрд. лет, уже превышает массу земной коры. Биомасса Земли (в сухом веществе) составляет 2, 44-1012т, т.е., 0,00001% земной коры (2-1019т). Принимая во внимание, последний миллиард лет, когда продукция земного шара была близкой к современной, можно рассчитать ее суммарное количество 2-10 и 1Т 09= 2-1020 т, т.е., в 10 раз больше массы земной коры. Нужно принимать во внимание, что живое вещество - это чрезвычайно активная химически действующая масса, а потому становится понятной и ее исполинская энергетическая роль.

Если учесть, что на земную поверхность ежегодно поступает 21* 025кДж солнечной энергии, то на поверхность, покрытую зеленой растительностью и водохранилищами с их фитопланктоном, приходится, лишь около 40%, или 8, 4*1023 кДж энергии. С учетом затрат солнечной энергии вследствие отражения и других причин, а также энергетического выхода фотосинтез не превышает 2%. Общее количество энергии, которая наполняется каждый год в процессе фотосинтеза, выражается величиной порядка 20, 9*1022 кДж. Все растительные и животные организмы состоят из тех самых элементов, что и масса неживой природы, но в другом соотношении. В клетках найдено около 90 элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Более всего (98%) в клетках водорода, кислорода, углерода и азота. Содержимое калия, натрия, кальция, магния, железа, серы, фосфора и хлора в клетках составляет десятые и сотые части процента (их называют макроэлементы), а цинка, меди, йода, фтора, брома, серебра и т.д. еще меньше

Элементы, содержимое которых не превышает в клетке 0,01%, называются микроэлементами. Однако это не означает, что они менее нужны организму, чем другие. Установлено, что при отсутствии тех или других микроэлементов понижается обмен веществ между клетками организма, а это приводит к разным заболеваниям. Все химические элементы принимают участие в построении организма в виде ионов или в составе молекул неорганических или органических веществ. Среди неорганических веществ важное значение имеют вода, минеральные соли, кислоты, основы. Вода занимает до 80 процентов объема клетки и выступает в ней как внутренний экологический фактор - среда, в котором находятся органоиды клетки, растворитель, катализатор для реакций обмена; создает электропроводность. В организме вода выполняет транспортную, ведущую функцию, является регулятором температуры. Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной. Благодаря связанной воде клетка способна выдерживать низкие температуры, ее содержимое в клетке приблизительно 5%. 95% приходится на свободную воду, которая является прекрасным растворителем, а большинство химических реакций проходят только в растворах. Интересное и не до конца изученное свойство воды сохранять информацию. Очевидно, наши далекие предки знали об этом свойстве, используя воду при разных заговорах.

Большинство неорганических веществ в клетках содержится в виде солей - или диссоциированы на ионы, или в твердом состоянии. Содержимое катионов и анионов в клетке отличается от их концентрации в окружающей среде и регулируется клеточной мембраной. При гибели клетки концентрация веществ в среде и цитоплазме выравнивается. Органические вещества представляют 20-30% массы клетки. К ним принадлежат белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры, жирообразные вещества, АТФ и др.

Таблица - Содержимое химических элементов в клетке

Элементы	Количество (%)	Элементы	Количество
Кислород	65-75	Кальций	0, 04-2,00
Углерод	15-18	Магний	0, 02-0,03
Водород	8-10	Натрий	0, 02-0.03
Азот	1, 5-3	Железо	0, 01-0,015
Фосфор	0, 20-1,00	Цинк	0.0003
Калий	0.15-0,4	Медь	0,0002
Сера	0, 15-0,2	Йод	0,0001
Хлор	0, 05-0,10	Фтор	0,0001