Живое вещество и его функции - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: сформировать знания о живом веществе и его распределении на Земле; познакомить с функциями живого вещества в биосфере.

Оборудование: таблицы по общей биологии “Биосфера”, уместно использование кинофильма “Биосфера”.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2). Остальные учащиеся пишут терминологический диктант. Биосфера, планктон, среда обитания, местообитание, эдафобионт, живое вещество, нектон, косное вещество, аэробионт, бентос, гидробионт, биогенное вещество, эндобионт, нейстон, биокосное вещество.

III. Изучение новой темы

Урок проводится в форме учебной лекции. На доске записаны тема урока и план лекции:

1. Живое вещество биосферы и его свойства.

2. Биомасса Земли и закономерности ее распределения.

3. Биогеохимические функции живого вещества.

Центральным понятием концепции биосферы, разработанной

В.И. Вернадским, является понятие живого вещества, самого активного вещества в биосфере. Он ясно показал, что все количество живых организмов Земли образует единое целое — геологически своеобразное живое вещество планеты — совокупность всех живых организмов биосферы, которое характеризуется весом, химическим составом, энергией и геохимической активностью. Живое вещество представляет собой открытую систему, для которой характерны рост,

размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой.

Живое вещество имеет ряд особенных свойств:

• оно обладает огромным запасом энергии, с которой в неживой природе могут сравниться только незастывшие лавовые потоки;

• реакции в живом веществе идут в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой природе;

• живое вещество устойчиво только в живых организмах;

• живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство;

• у живого вещества большее, чем у неживого вещества, химическое разнообразие; известно свыше 2 млн органических соединений, входящих в состав живого вещества;

• живое вещество нашей планеты представлено в виде дисперсных тел — огромного множества организмов со своими индивидуальными признаками, разнообразных форм и размеров. Размеры организмов колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров.

• живое вещество никогда не находится в виде организмов одного вида, оно всегда находится в виде сообществ;

• живое вещество существует на Земле в виде непрерывного чередования поколений, поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох.

Количество живого вещества в биосфере невелико по сравнению с мертвым, неорганическим веществом, и составляет лишь 1/11 000 000 часть массы всей земной коры. Если литосферу представить в виде каменной чаши массой 4 кг, то гидросфера вместилась бы в этой чаше и имела бы массу 400 г. Масса атмосферы была бы равна массе медной монеты, а масса живого вещества — почтовой марке.

Количество живых организмов, выраженное в массе на единицу площади или объема, принято называть биомассой. Биомасса Земли составляет 2,423 • 10¹²т, из них на растения приходится 97%, на животных - 3 %. Биомасса на Земле распределяется неравномерно: она увеличивается от полюсов к экватору, что определяется особенностями климата; наибольшего сгущения биомасса достигает в местах соприкосновения сфер Земли — атмосферы, гидросферы и литосферы. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На поверхности континентов растения резко преобладают по своей массе над животными. В океане имеет место обратное соотношение: свыше 90 % биомассы моря приходится на долю животных. Это связано с тем, что в морской среде существуют наиболее благоприятные условия для питания животных. Мельчайшие растительные организмы, обитающие в освещенной зоне морей и океанов, быстро поедаются морскими животными, и таким образом, переход органических веществ из растительной формы в животную резко сдвигает биомассу в сторону преобладания животных.

Несмотря на то, что масса живого вещества незначительна по сравнению с массой земной коры, по своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других оболочек Земли.

Одним из выражений геологической активности живого вещества является скорость размножения организмов. Она колеблется в широких пределах, и в идеальных условиях (отсутствующих в природе) достигает скорости звука. Бактерия холеры, например, способна (теоретически) за тридцать часов покрыть сплошной пленкой всю поверхность планеты. Крохотная инфузория — туфелька может за пять лет выработать массу протоплазмы, по объему в десять тысяч раз превышающую нашу планету. Одноклеточная водоросль диатомея за восемь дней способна образовать массу материи, равную объему Земли, а в течение следующего дня удвоить эту массу. Способность организмов к размножению, благодаря которому создается давление жизни и плотность жизни, является основной причиной распространения биомассы.

Живое вещество является основной движущей силой круговорота веществ на нашей планете, и только в результате его деятельности через систему этих круговоротов осуществляется поступательное развитие биосферы.

В своих глубоких обобщениях относительно процессов в биосфере В.И. Вернадский дал представление о пяти основных биогеохимических функциях живого вещества: газовой, концентрационной, окислительно-восстановительной, биохимической и биогеохимической. С точки зрения современной науки, живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции:

• энергетическая — в ее основе лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, которые аккумулируют солнечную энергию, благодаря чему протекают все жизненные явления на Земле;

• газовая — обуславливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав биосферы; в процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.;

• концентрационная — организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте стоит углерод. В углях содержание углерода по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефти — концентраторы углерода и водорода, поскольку они имеют биогенное происхождение. В отношении концентрации металлов первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния выступают диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Фосфор накапливается позвоночными животными, сосредотачиваясь в их костях.

• окислительно-восстановительная — играет важную роль в истории многих химических элементов с переменной валентностью. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и этим самым создают условия, благоприятные для растворения или осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Мn, Fе). В результате происходит превращение большинства химических соединений, при этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.

• деструктивная — обуславливает процессы, связанные с разложением организмов после их гибели, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, то есть превращение живого вещества в косное; в результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы;

• средообразующая — заключается в преобразовании физикохимических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности;

• транспортная — обеспечивает перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Стаи морских рыб мигрируют на нерест вверх по рекам; птицы, питающиеся морскими животными возвращают на сушу химические элементы, которые реки выносят с суши в море. Растения поднимают снизу вверх из почвенного раствора в корни, листья огромные массы воды и растворенных в ней веществ.

• биогеохимическая функция человечества (техногенез, по А.Е. Ферсману) — новая, в геологическом смысле, форма созидания и превращения веществ в биосфере.

IV. Общие выводы урока

1. Живое вещество, или биомасса, — совокупность всех организмов на Земле.

2. Биомасса на Земле распределяется неравномерно, причем основную ее часть составляют растения.

3. Роль живого вещества в природе планеты очень важна; в целом живое вещество обеспечивает главную функцию биосферы — круговорот веществ в природе.

4. В процессе круговорота живое вещество выполняет следующие функции — газовую, энергетическую, концентрационную, окислительно-восстановительную, деструктивную, средообразующую, транспортную и биогеохимическую.

V. Закрепление

Выполните тест (См. приложение 2).

Домашнее задание

Повторить записи в тетради.