Учение вернадского о биосфере: основные положения теории, структура и состав

Функции живого вещества в биосфере

Остановимся подробнее на функциях живого вещества в биосфере:

Энергетическая функция выражается в улавливании живым веществом энергии, а также передача ее внутри пищевой цепи.Примером этой функции живого вещества в биосфере может служить фотосинтетическая деятельность растений. Результатом является первичная продукция, составляющая 98%, которая потребляется животными.

Осуществление предыдущей функции живого вещества сопровождается трансформацией газов. В процессе деятельности организмов происходит выделение и поглощение кислорода, углекислого газа и некоторых других соединений. Благодаря газовой функции живого вещества сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от добиосферного периода.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и избирательном накоплении организмами химических элементов окружающей среды. Примером этой функции живого вещества в биосфере могут служить накопления соединений кальция в раковинах моллюсков, минеральных включений в тканях растений, кремнезема в панцирях диатомовых одноклеточных существ.

Раковины моллюсков Источник

В результате трансформации органических веществ произошло накопление залежей полезных ископаемых. К примеру, известняк, торф, каменный уголь представляют собой концентрацию различных соединений в телах отмерших организмов. Доказательством этому служат находки окаменелостей в осадочных породах.

Окаменелости в известняке Источник

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биологическим круговоротом веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Усваивается он живыми организмами в виде различных соединений. В клетках расщепление соединений происходит очень быстро под влиянием ферментов, и молекулярный азот используется для процессов жизнедеятельности. В природе же образование свободного азота происходит очень медленно.

Если бы живые организмы не могли осуществлять данные процессы, то они ощутили бы нехватку многих элементов.

Одной из важнейших функций является средообразующая. Деятельность живых существ преобразует среду обитания. Живое вещество в биосфере способствовало формированию современного состава атмосферы, благодаря организмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности территории. Благодаря трансформации веществ и энергии происходит поддержание на постоянном уровне основных параметров окружающей среды, например, содержание газов в атмосфере.

Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. Редуценты разрушают отмершее органическое вещество до минеральных соединений. Далее эти вещества вновь включаются в биологический круговорот.

Выполняя все эти функции, живые организмы являются важной составной частью в биологическом круговороте веществ

Свойства биосферы по Вернадскому

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

Непрекращающийся круговорот веществ и энергии. Все атомы в биосфере находятся в постоянном и непрерывном движении. Они образуют миллионы разнообразных соединений, и этот процесс продолжается бесконечно не протяжении всего геологического времени. Непрерывность круговорота объясняется тем, что живые вещества являются самой могущественной химической силой, которая поддерживает существование биосферы. Они производят необходимые элементы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы участвуют в преобразовании солнечной энергии в химические соединения, а гетеротрофы потребляют получившуюся энергию и приводят к расщеплению органических веществ до минеральных соединений. Этот процесс имеет цикличный характер и является главным условием существования живых организмов в атмосфере, почве и гидросфере.
Способность к самовоспроизведению. Это свойство подразумевает беспрерывное движение организмов путем размножения, которое ученый считал самым важным признаком механизма биосферы.Процесс, в ходе которого производится огромная геохимическая работа, представляет собой форму проникновения энергии солнечного луча и ее распределения по поверхности планеты. Эту способность к размножению Вернадский назвал «растеканием жизни». Размножаясь, организмы захватывают всю поверхность земли, и если какая-то часть остается безжизненной в короткий срок, вскоре ее населяют живые организмы. Этот признак биосферы ученый назвал «всеюдностью жизни». При этом он выделял участок с наиболее высокой концентрацией жизни — «слой живого вещества» или «пленка жизни». Эта область населена около 500 видами растений и животных и почти 1 млн видов бактерий.
Тесная связь живых организмов с неживыми веществами. Живые организмы и окружающая среда составляют единую целостную систему, части которой находятся в тесном взаимодействии. Живое вещество приспосабливается ко всем изменениям условий среды, меняя свою форму или функции, но не состав. При этом неживое вещество претерпевает множество изменений. К примеру, гранит, образованный под воздействием высоких температур и давления, после попадания на поверхность земли начнет адаптироваться к новым условиям. Но также во влажном климате он изменит свои свойства и станет другим веществом в химическом и физическом отношении.
Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество распространяется по всей земной поверхности в результате работы, которую производит жизнь. Этот процесс заключается в переносе химических элементов и создании из них новых тел. При этом мелкие организмы размножаются намного быстрее крупных. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
Жизнь полностью определяется полем устойчивости зеленой растительности. Только зеленая часть живого вещества — растительность, содержащая хлорофилл — использует световой солнечный луч для создания химической энергии путем фотосинтеза. С этой зеленой частью неразрывно связан весь живой мир.

Субхондральная кость и ее роль в организме

Одной из главных функций субхондральной кости является поддержка и фиксация хрящевого слоя. Она обеспечивает механическую поддержку хряща, позволяя ему выдерживать нагрузки, которые возникают при движении. Кроме того, субхондральная кость помогает распределить силы, приложенные к суставу, равномерно по всей поверхности.

Также субхондральная кость служит местом прикрепления капсулы сустава и связок. Она предоставляет точки закрепления, которые поддерживают стабильность сустава и предотвращают его смещение

Это особенно важно для суставов, подверженных повышенным нагрузкам, например, коленных суставов

Другая важная роль субхондральной кости — обеспечение питания суставного хряща. Она содержит капилляры и нервные окончания, которые обеспечивают поступление крови и питательных веществ в хрящевый слой. Благодаря этому, хрящ может получать все необходимое для своего здорового функционирования и регенерации.

Таким образом, субхондральная кость играет важную роль в поддержании здоровья суставов. Она обеспечивает поддержку и стабильность хрящевого слоя, а также обеспечивает его питание. Правильное функционирование субхондральной кости является необходимым условием для здоровья суставов и их оптимального функционирования.

Возможные нарушения в косном веществе

Косное вещество, составляющее костную систему, подвержено различным нарушениям и заболеваниям, которые могут повлиять на его структуру и функции.

Одним из наиболее распространенных нарушений является остеопороз – заболевание, характеризующееся уменьшением плотности костей и их уязвимостью к повреждениям. Остеопороз может возникнуть вследствие нарушения обмена кальция и фосфора, дефицита витамина D, недостаточной физической активности и других факторов. В результате кости становятся хрупкими и ломкими, что может привести к переломам и ограничению движений.

Еще одной распространенной проблемой является остеоартроз – дегенеративное заболевание суставов, при котором разрушается хрящевая ткань и нарушается работа суставов. Ухудшение кровоснабжения костной ткани, длительные механические нагрузки и возрастные изменения могут способствовать развитию остеоартроза. Это заболевание может привести к боли, ограничению движений и нарушению качества жизни пациента.

Рак кости – онкологическое заболевание, при котором в костной ткани образуются злокачественные опухоли. Рак кости может возникнуть вследствие метастазирования из других органов или быть первичным. Он сопровождается болезненными ощущениями, деформацией и ограничением движений.
Остеома – доброкачественная опухоль, которая развивается в костной ткани. Остеомы могут возникать в любой части скелета и могут привести к сдавливанию близлежащих тканей и нарушению функции сосудов или нервов.
Остеит – воспалительное заболевание костной ткани, возникающее вследствие инфекции. Остеит может быть вызван бактериальной, грибковой или вирусной инфекцией, а также после травмы или операции. При остеите в костной ткани может возникать некроз (отмирание ткани) и разрушение, что требует длительного лечения.

Описанные нарушения в косном веществе важно диагностировать и немедленно лечить, для предотвращения возможных осложнений и сохранения здоровья пациента

Важность для мышечной и нервной системы

Костное вещество играет важную роль в поддержании здоровой мышечной и нервной системы.

Одной из основных функций костей является поддержка двигательной активности. Кости скелета служат опорой для мышц, позволяют нам выполнять различные движения и поддерживать правильную осанку. Крепкие и прочные кости обеспечивают надежную базу для силовых нагрузок и защищают мышцы от повреждений.

Костное вещество также является хранилищем важных минералов, таких как кальций и фосфор. Эти минералы не только необходимы для здоровья костей, но и играют роль в передаче нервных импульсов. Кальций, например, участвует в процессах связывания нейромедиаторов и передачи импульсов по нервным клеткам. Недостаток кальция в организме может привести к нарушению функций нервной системы.

Кроме того, кости также играют важную роль в производстве крови. Внутри костного мозга происходит синтез кроветворных клеток, включая эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Без достаточного количества здорового костного вещества, процесс образования новых кровяных клеток может быть нарушен, что может привести к различным заболеваниям крови и иммунной системы.

Таким образом, костное вещество является не только структурным элементом скелета, но и играет важную роль в поддержании функций мышц и нервной системы. Регулярное употребление пищи, богатой кальцием и фосфором, а также занятие физической активностью способствует поддержанию здоровых костей и общего благополучия организма.

Роль в размножении и росте

Костное вещество, или костные ткани, играют важную роль в процессах размножения и роста у животных и людей.

У подрастающих организмов, костное вещество нужно для обеспечения роста и развития скелетной системы. Оно служит основной опорной структурой, поддерживает правильное положение органов и тканей, а также позволяет выполнять движения.

Костный мозг, который является частью костного вещества, также играет важную роль в размножении. Он является источником кроветворных клеток, которые необходимы для нормального функционирования организма и регуляции репродуктивной системы.

Кроме того, костные ткани способны накапливать и сохранять минералы, такие как кальций и фосфор. Эти минералы необходимы для поддержания здоровья и нормального функционирования организма, включая размножение.

Таким образом, костное вещество играет важную роль в размножении и росте, обеспечивая опору, защиту и поддержку для организма, а также являясь источником кроветворных клеток и минералов.

Функции и значение

Опорно-двигательная функция: Костное вещество является основной опорной структурой организма. Оно формирует скелет, который обеспечивает поддержку тела и позволяет выполнять движение.

Защитная функция: Костный скелет защищает внутренние органы от механических повреждений. Например, череп защищает головной мозг, ребра защищают сердце и легкие.

Функция обмена веществ: Костная ткань активно участвует в обмене веществ. Она служит резервным источником кальция и фосфора, которые необходимы для нормального функционирования организма. Костная ткань также участвует в процессах кроветворения.

Регуляторная функция: Костная ткань выполняет роль регулятора уровня кальция в организме. Она может высвобождать кальций в кровь при его нехватке и сохранять его в тканях, когда его избыток.

Понимание функций и значения костного вещества помогает осознать его важность для организма и необходимость правильного питания и ухода за костями и суставами

Костное вещество и влияние на окружающую среду

При разложении в природе, костное вещество участвует в цикле питания и дает вклад в биогеохимические процессы. Оно содержит многоуглеродные соединения, которые взаимодействуют с почвой и влияют на ее состав и плодородие. Костные остатки также могут служить источником питательных веществ для микроорганизмов и растений, способствуя их росту и развитию. Это оказывает непосредственное влияние на биологическое разнообразие и устойчивость экосистем.

Однако, взаимодействие костного вещества с окружающей средой имеет как положительные, так и отрицательные аспекты. Например, разлагающиеся кости могут приводить к образованию карстовых ям и изменению геологической структуры. Кроме того, распад костей может создавать проблемы с захоронением и обработкой твердых отходов.

Необходимо также отметить, что влияние костного вещества на окружающую среду может быть связано с загрязнением природных водных ресурсов. Кости содержат некоторые химические элементы, которые при разложении могут попадать в водоемы и негативно влиять на качество воды.

В целом, костное вещество играет важную роль в биосфере, но его взаимодействие с окружающей средой требует внимания и учета. Исследования и разработка соответствующих методов управления и использования костей могут снизить негативные влияния и повысить пользу от этого биологического ресурса.

Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы

Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микроорганизмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2420 млрд т. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются:

Биомасса живого вещества планеты (в пересчете на сухое вещество)
Организмы	Биомасса живого вещества
Материковая часть	Мировой океан
млрд т	%	млрд т	%
Зеленые растения	2400	99,2	0,2	6,3
Животные и микроорганизмы	20	0,8	3,0	93,7
Всего	2420	100	3,2	100

Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биосферы сосредоточена на материках (более 98,7 %). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13 %). На суше значительно преобладает живое вещество растений (более 99 %), в океане — животных (более 93 %). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных — видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1 %.

Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.

Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Биомасса наземных растений в 1000 раз превосходит общую массу океанических живых организмов. В то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связано с интенсивными темпами размножения микроскопических представителей фито- и зоопланктона, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Поэтому общий объем первичной годовой продукции, образуемой продуцентами Мирового океана, сопоставим с объемом продукции растений суши.

Почва как среда обитания характеризуется собственной биомассой, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью многих организмов. Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе ее формирования. В почве много микроорганизмов, протистов, червей, разлагающих органическое вещество. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Кроме того, в почве обитают муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником органического вещества для бактерий. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору.

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.

Биосфера отличается от других оболочек планеты тем, что не имеет конкретного ограничения. К примеру, возникновение других непрерывных слоев можно охарактеризовать следующим образом:

Литосфера в виде земной и океанической коры идет вначале.
Затем наблюдается гидросфера со всеми водными объектами.
Далее следует атмосфера, которая является воздушной оболочкой и переходит в космос.

Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя из-за равномерного глобального распределения живых организмов по всей поверхности планеты в среде обитания, охватывающей все три стихии. Сущность биосферы можно понять по исследованиям самых древних фактов из истории Земли, однако данная оболочка является наиболее молодой из всех. Зарождение и поддержание жизни на Земле отмечено относительно недавно, около 3,8 миллиардов лет назад, что является несущественным сроком в масштабе возраста и динамического развития всей планеты. Имеется два определения биосферы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Биосфера в виде совокупности всей органики на планете. Данная формулировка является основой современного определения оболочки.
Согласно В.И. Вернадскому, биосфера является целостностью, неразрывным единством и взаимодействием живой и неживой природы в их широком смысле.

Примечание

Основной характеристикой биосферы является органическая составляющая. В этом заключается ее отличие от строения других оболочек планеты.

Происхождение термина

Концепция живой оболочки была сформирована в XIX столетии. Краткая характеристика биосферы была дана Жан Батистом Ламарком. В это время еще не появился официальный термин.

Впервые понятие биосферы было введено в 1875 году австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом. Данное определение используют и в современной науке.

Большое значение в исследовании живой оболочки имеют научные труды советского философа и биогеохимика В.И. Вернадского. Ученый известен, как создатель целостного учения о биосфере, в которой роль мощнейшей силы, непрерывно преобразовывающей планету, играли живые организмы.

Какие функции выполняет

Ключевые функции биосферы:

Энергетическая. Данный функционал возложен на растения, которые существуют, благодаря фотосинтезу. Перерабатывая энергию солнца, растительные организмы распределяют ее между другими элементами биосферы, либо накапливают ее в отмершей органике. Таким образом, образуются залежи горючих полезных ископаемых в виде угля, торфа, нефти.
Газовая. Живые организмы являются участниками непрерывного газового обмена.
Концентрационная. Определенные формы жизни способны выборочно создавать запасы биогенных элементов из внешней среды. В дальнейшем они могут использоваться, как источник этих веществ.
Деструктивная. Окружающая среда постоянно подвергается воздействию живых организмов. Ее поверхность разлагается и перерабатывается. Таким образом, происходит формирование косного и биокосного вещества.
Средообразующая. Биосфера стабилизирует баланс между благоприятными и неблагоприятными условиями среды, благодаря которым поддерживается полноценная жизнедеятельность организмов.

Участие в обмене веществ

Костный метаболизм включает два процесса — резорбцию и реконструкцию. Резорбция — это процесс разрушения костной ткани и высвобождения минеральных веществ в кровь. Этот процесс осуществляется специальными клетками — остеокластами. Реконструкция — это процесс образования новой костной ткани, который осуществляют остеобласты. Таким образом, обмен веществ в костной ткани является динамичным и стабильным процессом.

Костное вещество также участвует в обмене веществ путем вывода продуктов обмена. Он играет роль фильтра, задерживая тяжелые металлы, радионуклиды и другие токсичные вещества, которые впоследствии выводятся из организма.

Кроме того, костное вещество является местом образования кроветворных клеток. В костном мозге происходит синтез красных и белых кровяных клеток, тромбоцитов и лимфоцитов. Таким образом, костное вещество играет важную роль в поддержании гематопоэза и иммунной системы организма.

Функция
Важность
Резервуар для кальция и фосфора
Поддержание кислотно-щелочного баланса, нормализация сердечной деятельности и функционирование нервной системы
Резорбция
Разрушение и высвобождение минеральных веществ в кровь
Реконструкция
Образование новой костной ткани
Удаление токсичных веществ
Фильтрация и вывод из организма
Образование кроветворных клеток
Поддержание гематопоэза и иммунной системы

Живое, косное и биокосное вещество (по В.И.Вернадскому)

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО — совокупность всех живых существ, населяющих планету (от простейших вирусов и клеточных до человека).

Живое вещество характеризуется химическим составом, массой и энергией. Оно трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный кругооборот.

КОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — это не живое и не связанное с жизнью вещество.

К косному веществу относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами в процессе горообразования, газы и т.д. При контакте с живым веществом косное вещество постепенно превращается в биокосное.

БИОКОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — вещество, имеющее минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов.

К биокосному веществу относится почвенный покров, плодородие которого обусловлено наличием органических веществ, а также воздух и вода.

Вещества биокосного происхождения — это чаще всего трупы, отмершие части животных и растений, каменный уголь, нефть, торф и др.

Из космоса в биосферу поступает космическое вещество, например, в виде МЕТЕОРИТОВ. Космическое вещество также начинает участвовать в кругообороте веществ в биосфере.

Экосистема включает в себя следующие составные части:

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА — C(углерод), N(азот), CO2(диоксид углерода), Н2О(вода) и др.

они находятся в непрерывном круговороте веществ в природе (косное вещество),

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ — белки, углеводы, липиды и др.

Эти органические вещества связывают между собой живое и косное вещество (биокосное вещество).

ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ — воздушная и водная среда, климатический режим и другие физические факторы (косное вещество).

ПРОДУЦЕНТЫ — например, зеленые растения, которые могут производить пищу из простых органических веществ.

КОНСУМЕНТЫ — микро- и макроконсументы — живые организмы, не относящиеся к продуцентам (живое вещество).

Типы костного вещества

В зависимости от соотношения между органическими и неорганическими компонентами, выделяют следующие типы костного вещества:

Остеоидная ткань. Это первоначальная форма костного вещества, содержащая большое количество коллагена — белка, обеспечивающего прочность и эластичность костей. Остеоидная ткань имеет малое количество минералов и подлежит активному росту и развитию.
Основная костная ткань. Это зрелая форма костного вещества, состоящая из прочной межпроточной матрицы, обогащенной кристаллическими солями, такими как кальций и фосфор. Органический материал в основной костной ткани представлен коллагеном и обеспечивает упругость и гибкость костей, а неорганический материал придает им жесткость и твердость.
Костная мозговая ткань. Это специализированная ткань, расположенная в полостях костей и отвечающая за формирование кроветворных клеток, таких как эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Костная мозговая ткань содержит множество кроветворных клеток и клеток-стовбуров, а также сосуды и нервные окончания.

Каждый тип костного вещества выполняет свою уникальную функцию в организме. Остеоидная и основная костная ткань обеспечивают опору и защиту органов, а также участвуют в обмене кальция и фосфора в организме. Костная мозговая ткань играет важную роль в гемопоэзе и иммунной системе.