Газовая функция. 
Экология

Газовый обмен в организме, т. е. дыхание, обеспечивает биогенную миграцию и превращение газов. Состав атмосферы соответствуют газам, образующимся при газовом обмене живых организмов.

Зеленые растения выделяют свободный кислород, а углекислый газ образуется в результате дыхания животных, грибов, микроорганизмов и растений. Создание основной массы свободного азота происходит при разложении мертвого органического вещества азотовыделяющими бактериями. Среди бактерий есть также азотофиксирующие организмы, которые усваивают молекулярный азот из атмосферного воздуха и тем самым вовлекают его в биогенный круговорот.

При наличии газовой функции у живого вещества на нашей планете сформировалась уникальная атмосфера с высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислого газа, что обеспечивает умеренные температуры на границе раздела тропосферы и литосферы (или гидросферы).

Окислительно-восстановительная функция.

Окислительная функция заключается в окислении с помощью бактерий и некоторых видов грибов бедных кислородом неорганических соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. Так создаются болотные железные руды, ожелезненные горизонты.

Восстановительная функция по своей сущности противоположна окислительной. В результате деятельности анаэробных (способных жить без кислорода) бактерий в нижних горизонтах заболоченных почв при практическом отсутствии кислорода образуются оксиды железа.

Описанные функции многие авторы сводят в единую основополагающую функцию — средообразующую, так как живое вещество не только адаптируется к окружающей среде, но и приспосабливает ее к своим биологическим потребностям. По образному выражению Вернадского, «живое вещество само создает себе область жизни».

Современные свойства биосферы в значительной степени определены обитающим в ней живым веществом, которое на протяжении миллиардов лет существенно изменило облик планеты. Особенно ярко выражено влияние живых организмов на газовый состав атмосферы. Нынешний газовый состав атмосферы в основном определяется фотосинтезом и дыханием организмов. Современная наука оценивает процесс формирования атмосферы следующим образом. В добиологический период времени свободный кислород выделялся в атмосферу в результате диссоциации воды под воздействием коротковолнового солнечного излучения. Накопления кислорода в атмосфере не происходило, так как он вступал в реакцию с оксидом углерода СО, которого было в избытке из-за активных вулканических процессов; в верхних слоях атмосферы 0₂ расходовался также на создание трехмолекулярного кислорода — озона О_э. Создававшийся таким образом озоновый слой задерживал жесткое ультрафиолетовое излучение, уменьшая тем самым фотолиз паров воды.

С появлением первых фотосинтезирующих организмов, обитающих в водной среде докембрийского периода, начинается медленное преобразование газового состава атмосферы планеты. Хотя, видимо, сначала весь кислород, полученный в результате фотосинтеза, растворялся в воде, подготавливая ее как среду для существования более сложных форм жизни. К началу палеозоя (450 млн лет назад) содержание кислорода в атмосфере не превышало 2% массового состава. С выходом жизни на сушу в виде зеленых растений процесс изменения газового состава атмосферы заметно ускоряется.

Углекислый газ на начальных стадиях развития Земли имел вулканическое происхождение, и содержание его в атмосфере было огромным. Сейчас основная часть С0₂ имеет биологическое происхождение. Так, одним га пшеничного поля за сутки продуцируется 135 кг С0₂: 75 кг — микроорганизмами и 60 кг — корнями пшеницы [61, с. 33].

В. И. Вернадский и А. Л. Чижевский считали, что свободный азот атмосферы также имеет огромное значение и в жизнедеятельности всех сухопутных организмов.

Сформированная живым веществом современная атмосфера играет существенную роль в тепловом балансе Земли. Разогреваясь под действием солнечной энергии, Земля излучает электромагнитные волны в инфракрасной части спектра. Инфракрасное излучение поглощается парами воды, С0₂ и некоторыми другими газами. Это явление называют «парниковым эффектом». В результате нижние слои атмосферы разогреваются и температура их повышается на 33 С, но сравнению с другими слоями атмосферы, не обладающими таким эффектом.

Очевидно, что облик планеты существенно изменился, если бы средняя температура ее поверхности понизилась на 30 С. Таким образом, поддерживая баланс газового состава атмосферы, живое вещество создает благоприятные условия для своего существования.

Живое вещество выполняет важную роль в формировании химического состава воды. В процессе жизнедеятельности водные организмы выделяют органические кислоты, соли, сероводород, соединения азота и т. д. Растения эвфотической зоны гидросферы в процессе фотосинтеза выделяют кислород, который частично растворяется в воде и используется другими организмами для дыхания. Чистота морской воды — в основном результат ее фильтрации различными организмами, особенно зоопланктоном. Так, рачки-эпишуры за год трижды процеживают воду Байкала, организмыфильтраторы Большого Барьерного рифа (Австралия) за 5 лет отфильтровывают объем воды, равный объему Тихого океана [61, с. 31J.

Как уже отмечалось, многим организмам, особенно населяющим гидросферу, свойственна концентрационная функция. Отмирая, эти организмы образуют отложения доломитов, известняков, кремнезема и других минералов, формируя тем самым структуру морского дна.

Отложения биогенных пород в ходе геологических процессов колебания земной коры оказывались и на суше, формируя рельеф континентов и участвуя в образовании различных типов почв.

Основную роль при создании почвы также играет живое вещество. Жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов формирует структуру почв, их химический состав, способствует постоянному почвообразованию. Без наличия живого вещества даже измельченная горная порода, соответствующая химическому составу почвы, не обладает важнейшим свойством — плодородием.

Выполняя указанные функции, живое вещество не только адаптируется к окружающей неживой природе, но и приспосабливает ее к своим биологическим потребностям. В течение миллионов лет живое вещество растекается в биосфере, обходит препятствие и обладает все новым и новым пространством.

Общая масса живого вещества на планете невелика, по разным подсчетам — около 2,4 • 10¹² т, что составляет 0,4 • 10^-7% от массы Земли |7, с. 1421. Если это вещество распределить по поверхности планеты равномерно, то толщина слоя составит примерно 2 см.

Как же при такой незначительной массе живое вещество может обладать огромной геохимической силой? В. И. Вернадский, изучая этот парадокс, отмечал, что в каждый момент живое вещество создается главным образом не ростом, а размножением. Живое вещество существует на планете в виде непрерывного чередования поколений. Поколение живых организмов создаются в сроки от десятков минут до сотен лет. Чем быстрее происходит размножение организмов, тем быстрее осуществляется биогенная миграция атомов. Скорость размножения зависит от вида организмов: чем меньше организм, гем выше скорость размножения, но для каждого вида она постоянна. Так, шаровые бактерии, имеющие объем 1 • 10 ⁹ мм³ и обитающие в морской воде, при отсутствии препятствий могли бы покрыть пленкой земной шар за 36 ч. Скорость их продвижения по поверхности в таких условиях равна 331 км/с. Согласно расчетам Вернадского, при благоприятных условиях время захвата всей поверхности планеты инфузориями составляла бы 254 ч, зеленым планктоном — примерно 4100 ч, насекомыми — 8800 ч, индийским слоном — 9• 10⁶ ч (чуть больше тысячи лет). Если рассчитать массу живого вещества, воспроизведенного биосферой за время своего существования, то она будет равна 2,4 • 10²⁰ т, что сопоставимо с массой Земли (5,98 • 10²¹ т) [42, с. 1221.

В своих работах В. И. Вернадский постоянно отмечал, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной, чем живое вещество. Глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы — это все минералы биогенного происхождения. Свойства природных вод, газовый состав атмосферы, плодородие почв сформированы жизнедеятельностью живого вещества.

Живое вещество на нашей планете представлено в неклеточной и клеточной формах.

Неклеточная форма представлена вирусами. Некоторые ученые выделяют их в отдельное царство живых организмов — Vira. Простейшие вирусы состоят из белковой оболочки и молекулы ДНК или РНК. Их размеры на два порядка меньше, чем размеры бактерий. Самостоятельно вирусы размножаться не могут. Проникая внутрь живой клетки, они «заставляют» ее воспроизводить такие же вирусы, которые начинают проникать в другие клетки организма. Пораженные клетки в итоге погибают, что может приводить к гибели всего организма. Известно более 500 вирусов, поражающих теплокровных животных, и около 300 вирусов, убивающих высшие растения [29, с. 188]. Более половины болезней человека связаны с вирусной инфекцией — это грипп, полиомиелит, инфекционный гепатит, СПИД и т. д.

Клеточные формы живого вещества представлены прокариотами (бактерии, архебактерии, цианобактерии и низшие растения) и эукариотами (высшие растения, грибы и животные). Эукариоты в отличие от прокариот имеют защищенное мембраной ядро.