Биогенные вещества биосферы: примеры и их роль

Измерение

Хроматографическое разделение хлорофилла

Различные биомолекулы, входящие в состав биогенных веществ растений, особенно в семенах экссудаты — можно определить по разным разновидностям хроматография в лабораторных условиях. Для определения профиля метаболитов газовая хроматография-масс-спектрометрия используется, чтобы найти флавоноиды Такие как кверцетин. Затем соединения можно дифференцировать с помощью обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография-масс-спектрометрия.

Когда дело доходит до измерения биогенных веществ в естественной среде, такой как водоем, гидроэкологический Модель CNPSi можно использовать для расчета пространственного переноса биогенных веществ как в горизонтальном, так и в вертикальном измерениях. Эта модель учитывает водообмен и скорость потока и дает значения скорости биогенного вещества для любой области или слоя воды за любой месяц. Используются два основных метода оценки: измерение на единицу объема воды (мг / м33 год) и измеряемых веществ на весь объем воды в пласте (т элемента / год). Первый в основном используется для наблюдения за динамикой биогенных веществ и отдельными путями потоков и трансформаций, а также полезен при сравнении отдельных регионов пролива или водного пути. Второй метод используется для ежемесячных потоков веществ и должен учитывать ежемесячные колебания объема воды в слоях.

При изучении геохимия, биогенные вещества могут быть выделены из окаменелостей и отложений путем соскабливания и измельчения целевого образца породы с последующей промывкой 40% плавиковая кислота, вода и бензол / метанол в соотношении 3: 1. После этого куски породы измельчаются и центрифугируются для получения остатка. Затем химические соединения получают с помощью различных хроматографических и масс-спектрометрических разделений

Однако экстракция должна сопровождаться строгими мерами предосторожности, чтобы гарантировать отсутствие примесей аминокислот из отпечатков пальцев, или силиконовые загрязнения от других аналитических методов обработки

Слои и оболочки биосферы

Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, нужно знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:

• атмосфера;
• литосфера;
• гидросфера.

С биосферой соприкасаются внешние слои, в которые живые организмы попадают только лишь случайным образом. Под литосферой расположена метабиосфера, которая сформирована ранее существовавшими в ней живыми формами, но необитаемая в настоящем. Верхняя часть атмосферы – парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной гибели.

В глобальном понимании, во всех этих слоях земного пространства происходит или когда-то происходило воздействие живой среды на неживую. Общее название всех оболочек – мегабиосфера. С учетом деятельности человека в околоземном пространстве (космической экспансии), конгломерат слоев называют панбиосферой.

Атмосфера (воздушная оболочка)

Газовая прослойка, в состав которой входят кислород, азот, двуокись углерода, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за дыхательные процессы и переход мертвой органики в минералы, формируют биомассу, участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые формы от воздействия губительного УФ излучения.

Литосфера (твердая оболочка)

Один из слоев биосферы – литосфера, которая объединяет земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое грунта. Бактерии обнаруживаются на глубине 2-3 м под поверхностью (в отдельных случаях обнаружены микроорганизмы на глубине до 4 км). Почвенный слой сформирован из минеральных и органических останков биомассы. В новом цикле роста жизненные формы получают питание из почвы, затем удобряют ее в течение жизни, а также после гибели.

Гидросфера (водная оболочка)

Гидросфера содержит в себе все водные запасы на планете, включая снеговой и ледяной покровы, водяной пар, донные отложения. Вода, из которой состоит этот слой биосферы – главное условие для существования углеродных форм жизни и растений. Большая часть животной органики поглощает и выделяет энергию именно в воде.

Свойства биосферы по Вернадскому

По определению академика Вернадского, вся совокупность живых организмов нашей планеты представляет собой живое вещество. Ее основные характеристики:

• суммарная биомасса;
• химический состав;
• энергия.

Живое вещество обладает энергией, то есть способно размножаться и распространяться. От наличия вещества и энергии зависят реакции жизнедеятельности живых организмов. Исходя из этого, главное свойство биосферы заключается в постоянном обмене, в котором участвуют организмы и окружающая среда. Она является источником всех необходимых веществ для организмов. Окружающая среда пополняется продуктами обмена веществ. Данные процессы определяют функционирование биосферы в виде целостной системы.

Примечание

Процесс деятельности продуцентов сопровождается накоплением солнечной световой энергии, которая затем трансформируется в энергию химических связей. Суммарная биомасса биосферы в целом определяется именно суммарной первичной продукцией автотрофов.

Свойства биосферы определяют специфику это достаточно сложной системы. Основными из них являются:

1. Централизованность. Живые организмы — это центральное звено биосферы, что всесторонне подтверждено В.И. Вернадским. Несмотря на то, что недопустимо применять понятие антропоцентризма в исследовании живого вещества, многие современные ученые считают центром биосферы один вид — человека.
2. Открытость. От наличия энергии, включая солнечную радиацию, зависит существование биосферы.
3. Саморегулируемость и организованность. Биосфера обладает рядом механизмов, которые обеспечивают ее способность противодействовать возникающим возмущениям, стабилизировать первоначальное состояние или способность к гомеостазу.
4. Разнообразие заключается в наличии разных сред жизни, которые составляют биосферу, включая водную, почвенную, наземно-воздушную и другие среды, разнообразных природных зон, геохимических областей и большого количества элементарных экосистем, которым присуще видовое разнообразие. Предположительно, в наше время на планете Земля обитают свыше 10 миллионов видов животного мира и более 1 миллиона видов царства растений и грибов. Разнообразие является условием устойчивости какой-либо экосистемы, а также биосферы в целом.
5. Механизмы, которые обеспечивают круговорот веществ и зависимую от него неисчерпаемость каких-либо химических элементов и их соединений.

В процессе эволюции биосферы наблюдается усложнение структуры биологических сообществ, увеличивается видовое разнообразие, совершенствуются механизмы приспособляемости живых организмов. Вместе с эволюцией повышается эффективность преобразовании энергии и вещества биологическими системами в виде:

• организмов;
• популяций;
• сообществ.

Вершина эволюции живого вещества на планете — человек. Он относится к биологическому виду, который с помощью множества эволюционных трансформаций приобрел сознание, являющееся совершенной формой отражения окружающей среды, и способность к изготовлению и применению в процессе жизнедеятельности орудий труда. Благодаря орудиям труда, человечество обустроило среду искусственного происхождения для жизни в виде поселений, жилищ, одежды, продуктов питания, машин и многого другого. С этого момента эволюция биосферы перешла на новый уровень, на котором мощная движущая сила определяется человеческим фактором.

Важность изучения биогенных веществ в биосфере

Биогенные вещества представляют собой органические соединения, синтезируемые живыми организмами. Они являются основными строительными блоками клеток, генетическим материалом и катализаторами химических реакций.

В биосфере биогенные вещества играют роль питательных веществ для живых организмов. Они используются растениями для синтеза органического вещества, а затем передаются другим организмам через пищевые цепи.

Биогенные вещества также являются ключевыми активными веществами в различных биохимических процессах. Они участвуют в фотосинтезе, дыхании, пластичности клеточных стенок и образовании энергии в клетках.

Знание о биогенных веществах позволяет понять, как вещества перемещаются в биосфере и какие процессы регулируются этими веществами

Это важно для оценки состояния экосистем, а также для разработки мер по сохранению биоразнообразия и устойчивости природных систем

Концентрационная функция

Под этой функцией В. И. Вернадский подразумевал способность организмов к избирательному выбору из окружающей среды определенных химических элементов, в результате чего некоторые из них накапливаются в самих организмах.

Элементы концентрируются в связи с физиологическими потребностями организмов или вследствие сильного роста содержания какого-либо вещества в окружающей среде. Второй механизм играет значительную роль в жизнедеятельности людей. Организмы очищают окружающую среду, извлекая из нее загрязняющие вещества. Например, растения поглощают из атмосферы такие загрязняющие газы, как фтористый водород, хлор, диоксид азота, озон, оксид и диоксид углерода, существенно снижают содержание диоксида серы в воздухе.

Другим примером, который приводит в своей работе С. П. Горшков, является создание известкового скелета многими беспозвоночными. В таких организмах содержание кальция и диоксида углерода оказывается существенно большим, чем в окружающей среде.

Способность извлекать различные химические элементы и их соединения из растворов, а затем накапливать их в биомассе в концентрированной форме — одно из важнейших свойств живого вещества. Организмы заимствуют из водной среды углекислые соли кальция, магния, стронция, кремнезем, фосфаты, йод, фтор.

Выделения в организмах минеральной составляющей называют биоминералами. Например, в хвое деревьев содержатся тонкие, размером в микроны, частички кремнезема. В клетках некоторых бактерий присутствует сера. Коралловые постройки сложены кальцитом. В раковинах головоногих и двустворчатых моллюсков кроме кальцита присутствуют тонкие пластинки кристаллического арагонита.

В продуктах жизнедеятельности некоторых видов организмов содержание химических элементов во много раз превышает их содержание в окружающей среде: марганца — в 1 200 000 раз, железа—в 650 000 раз, ванадия — в 420 000 раз, серебра — в 240 000 раз.

Все химические элементы по их значению для микроорганизмов делятся на три группы: 1) существенные для питания и жизни клеток (Mg, К, Р, Mn, Zn, S и др.); 2) не существенные, но используемые в функциях клеток (Са, Na и др.); 3) токсичные (Hg, Аs, Cd, Pb, Ag, Be, В и др.).

Существуют группы бактерий, которые извлекают из горных пород определенные химические элементы, тем самым как бы играя роль обогатителей. Таковыми являются бактерии, извлекающие из горных пород железо, золото, серебро и другие элементы.

Организмы, обладающие способностью очищать окружающую среду от токсичных веществ и концентрировать их в себе, могут стать для человека источниками токсичных веществ. Это происходит при передаче по ступенькам трофической цепи поллютантов, когда их концентрация в биомассе быстро нарастает. Увеличение содержания загрязняющего вещества в каком-либо звене этой цепи по сравнению с концентрацией в окружающей среде называется коэффициентом накопления. Например, коэффициент накопления ДДТ для фитопланктона может достигать 8000, для планктонных рыб — 40 200, для хищных рыб — 134 500, для чаек — 2 500 000. Это означает, что при содержании ДДТ в воде 0,02 мг/л в тканях хищных рыб его становится 2,7 г на килограмм живой массы.

Процессы, влияющие на образование биогенных веществ

Образование биогенных веществ в биосфере связано с различными природными процессами, включая химические реакции, биологические процессы и геологические процессы.

Один из наиболее известных процессов, который влияет на образование биогенных веществ, — это процесс растительного фотосинтеза. Фотосинтез проводится зелеными растениями и другими фототрофными организмами, которые превращают солнечную энергию, углекислый газ и воду в органические вещества, такие как глюкоза. Эти органические вещества становятся первоначальным источником продукции биогенных элементов в биосфере.

Другой важный процесс, влияющий на образование биогенных веществ, — это дизайерезная деятельность живых организмов. В процессе дизайереза вещества, такие как органическая материя, углеродные соединения и минералы, превращаются в продукты жизнедеятельности различных микроорганизмов и животных. Эти продукты являются источником биогенных веществ и участвуют в циклах питания и роста живых организмов.

Геологические процессы, такие как разрушение минералов, также играют важную роль в образовании биогенных веществ. В результате разрушения минералов, в почве и воде образуются различные элементы и соединения, которые могут быть использованы организмами в биосфере для образования биогенных веществ.

Таким образом, процессы фотосинтеза, дизайереза и геологические процессы являются основными факторами, влияющими на образование биогенных веществ в биосфере. Эти вещества выполняют важную роль в природных процессах, таких как питание организмов, образование почвы и участие в циклах элементов в природе.

Роль биогенных веществ в экосистеме

Одним из примеров биогенных веществ является азот. Азотные соединения, такие как нитраты и аммиак, служат питательным веществом для растений. Они участвуют в синтезе белка и аминокислот, что является основой для роста и развития растений.

Другим примером биогенного вещества является фосфор. Фосфорные соединения играют важную роль в обмене энергии в организмах и служат строительным материалом для клеток. Они также являются важными компонентами ДНК и РНК, которые отвечают за передачу генетической информации.

Водород, кислород, углерод и другие элементы также являются биогенными веществами и участвуют в множестве биологических процессов. Они служат основой для образования органических соединений и являются неотъемлемыми компонентами живых организмов.

Благодаря биогенным веществам, возможен круговорот веществ в экосистеме. Они переходят из одного организма в другой через пищевую цепь и таким образом поддерживают биологическое равновесие. Без них не было бы возможности для жизни на Земле, так как они обеспечивают правильное функционирование всех организмов и взаимосвязь между ними.

ссылки

1. Сересо Гарсия, М. (2013). Основы базовой биологии. Публикации Университета Жауме I.
2. Галан Р. & Торронтерас С. (2015). Фундаментальная и оздоровительная биология. Elsevier
3. Гама, М. (2007). Биология: конструктивистский подход. Пирсон Образование.
4. Macarulla, J.M. & Goñi, F.M. (1994). Биохимия человека: базовый курс. Я поменял.
5. Тейон, Дж. М. (2006). Основы структурной биохимии. Редакция Tébar.
6. Урдиалес, Б. А. В., Пилар Гранильо, М. & Домингес, М. Д. С. В. (2000). Общая биология: живые системы. Патрия Редакционная группа.
7. Vallespí, R.M.C., Ramírez, P.C., Santos, S.E., Morales, A.F., Torralba, M.P., & Del Castillo, D.S. (2013). Основные химические соединения. Редакция UNED.