הגירה ביוגנית של אטומים היא סוג מיוחדאת זרימת הכימיקלים בטבע, המתרחשת בשל התהליכים החיוניים של אורגניזמים חיים. פעילות החיים מובנת כנשימה, תזונה, רבייה, הצטברות ופירוק של יסודות אורגניים.
מהי הביוספרה
האקדמאי המפורסם בעולם V.I.ורנאדסקי היה הראשון שהציג את מושג הביוספרה. הוא פענח אותו כקליפה חיה של כדור הארץ. תחום חיים זה הופיע כתוצאה מהאינטראקציה של חומרים חיים וחיים שאינם חיים. יתר על כן, כל האורגניזמים החיים הם התפקיד העיקרי של הביוספרה ומחוברים אליו בכל הדרכים האפשריות.
אורגניזמים חיים הם מכלול כל החומרים החיים על הפלנטה הקיימים כרגע. לכל אחד מהם יש משקל, אנרגיה והרכב כימי יסודי משלו.
לדברי ורנאדסקי, כל חומר חי קשור לסביבה על ידי זרמים של אטומים, שההגירה הביוגנית שלהם מתרחשת כתוצאה מחשיפה לאנרגיה סולארית.
התפקידים העיקריים של הביוספרה הם רבייה, צמיחה וחילוף חומרים של אורגניזמים חיים.
יסודות הגירה ביוגנית
הגירה ביוגנית של אטומים מתבטאת בצורהזרימת חומרים בטבע. היסודות המעורבים בתהליך זה נקראים ביוגנים. זה כולל חומרים כגון חמצן, מימן, חנקן, פחמן, זרחן, ברזל, מנגן, אבץ, סידן, אשלגן ותרכובות אנאורגניות רבות אחרות.
למעשה, בטבע ישנם מספר עצום של איזוטופים של יסודות כימיים, אך לא כולם חלק מאורגניזמים חיים.
ידוע שלכל היצורים החיים ישתכונה ייחודית לצבירת יסודות כימיים ותרכובותיהם. יחד עם זאת, בהרכב החיים, אפשר למצוא לא רק אלמנטים נרחבים, אלא גם נדירים מאוד. מה שמעניין מאוד, ריכוזם בחומר חי גבוה בהרבה מאשר רק במרחב הסובב. לדוגמה, צמחים מכילים פי מאתיים יותר פחמן מקרום כדור הארץ ושלושים פעמים יותר חנקן.
יתר על כן, כל סוג של אורגניזמים חייםבעל מספר יסודות כימיים שונים. לדוגמה, חיידקי ברזל מצטברים בעצמם רק כמות עצומה של ברזל, בעוד קני שדה צוברים סידן, ואצות - יוד.
הגירה ביוגנית של אטומים מובילה לכךתחת השפעת אורגניזמים חיים, ערכם של יסודות כימיים יכול להשתנות. וגם סוגים חדשים של כימיקלים נוצרים. כארבעים מיסודות הקורב המפורסמים ביותר מעורבים באופן פעיל בתהליך כגון הגירה ביוגנית של אטומים. והאדם הוא אישור ישיר לכך.
חוק ההגירה הביוגנית של האטומים
חוק זה הוצג על ידי האקדמאי ורנאדסקי ויש לוערך תיאורטי ומעשי חשוב מאוד. לדבריו, כל התהליכים הכימיים המתרחשים בכוכב הלכת שלנו קשורים קשר הדוק עם הפעילות בהווה ובעבר של מיקרואורגניזמים והם בלתי אפשריים מבלי לקחת בחשבון גורמים ביוגניים וביוטיים. כמו כן, ניתן לייחס כאן את השפעתם של תהליכים אבולוציוניים.
יש לזכור כי לאנשים יש גדול מאודהשפעה על הביוספרה של כדור הארץ, בפרט על כל אוכלוסייתו החיה, ולכן הם מסוגלים לבצע שינויים משמעותיים בתהליך כמו הגירה ביוגנית של אטומים בביוספירה.
על פי חוק זה, כל יצור חיהוא מתווך בין השמש לכדור הארץ. יחד עם זאת, בהתחשב בשטף השמש הקבוע, כמו גם בחוסר ההשתנות היחסית של אנרגיית הפלנטה, אנו יכולים להסיק כי כמות החומר החי צריך להיות קבוע. דפוס זה תואר על ידי ורנאדסקי בכתביו.
על מחזורים ביוכימיים
מחזורים ביוכימיים הם מחזור מיוחדכימיקלים בביוספרה. אורגניזמים חיים ממלאים כאן תפקיד מכריע. לפעילות חיונית של כל האורגניזמים החיים יש צורך בחומרים מזינים מסוימים שיכולים לתת חיים. ישנן שתי קבוצות של אלמנטים כאלה: מקרוטרופים ומיקרוטרופים.
חומרים מקרוטרופיים כוללים כאלהמרכיבים היוצרים את הבסיס הכימי של כל הרקמות באורגניזמים חיים. זה כולל אשלגן, סידן, זרחן, חמצן, פחמן, מימן, גופרית, מגנזיום ואלמנטים אחרים.
אבל חומרים מיקרוטרופיים כולליםיסודות קורט ותרכובותיהם, הנחוצים לקיומם של אורגניזמים חיים בכמויות קטנות מאוד. יסודות עקבות כוללים אבץ, נחושת, מנגן, כלור, ברזל.
בנוסף, הכל ביוגני או תזונתיניתן להשתמש בחומרים שוב ושוב בביוספרה. אחרי הכל, עתודות המיקרו -אלמנטים הביוגניים אינם קבועים. חלקן קשורות לביומסה חיה ומהוות חלק ממנה. וזה, בתורו, מפחית באופן משמעותי את כמות האלמנטים שנותרו במערכת האקולוגית.
אם לא היו צמחים ואורגניזמים חיים אחריםהשתתפו בתהליכי הפירוק, אז אספקת כל החומרים המזינים בעולם הייתה מותשת מזמן, מה שאומר שחיים על כדור הארץ היו מפסיקים מזמן.
הבה נבחן כיצד מתקדמים המחזורים הביוכיוכימיים של כמה יסודות.
מחזור הפחמן
אחד ממקורות הפחמן החשובים ביותרהוא פחמן דו חמצני הכלול באטמוספירה, כמו גם מומס במים. חומר זה משמש צמחים לסינתזת תרכובות אורגניות.
במהלך תהליך הפוטוסינתזה, פחמן דו חמצני יכול להפוך על ידי צמחים לחומרים אורגניים מזינים המשמשים כמזון העיקרי לבעלי חיים.
תהליכים כגון בעירת דלק, תסיסה ונשימה, מסוגלים להחזיר חומר זה לסביבה. מדענים מעריכים כי האטמוספירה מכילה כשבע מאות מיליארד טון של חומר זה, בעוד שההידרוספירה מכילה כחמישים אלף מיליארד טון. בכל שנה, כתוצאה מתהליך הפוטוסינתזה, הגידול במסת הצמחים במים וביבשה הוא מאה שמונים וחמישים מיליארד טון, בהתאמה.
מחזור חנקן
מחזורי חנקן ביו -כימיים מתרחשים תחתחשיפה להשפעות כימיות וביולוגיות שונות. לדוגמה, ניתן להפוך חנקן חנקתי לחנקן חלבון, לאחר מכן להמיר אותו לאוריאה, להמיר אותו לאמוניה, ולחזור שוב לצורת החנקות.
מחזור זרחן
המחזור הביוכימיכי הפשוט ביותר בטבע הוא מחזור הזרחן. עתודותיה העיקריות נמצאות בסלעים, אשר בהשפעת השחיקה נותנים את הפוספטים שלהם למערכות אקולוגיות שונות.
פוספטים כאלה משמשים צמחים ובעזרתםלסנתז חומרים אורגניים. אורגניזמים אחרים ניזונים מצמחים. לכן, כאשר הם מתים ומתפרקים, פוספטים חוזרים שוב לאדמה ומשמשים שוב כדשן לצמחים.
עקרונות ביוגניים של ורנאדסקי
מובנת הגירה ביוגנית של אטומיםתנועת חומרים, כמו גם הקשר שלהם לאורך שרשראות המזון של המערכת האקולוגית. לדברי האקדמאי ורנאדסקי, הגירה ביוגנית כפופה לשלושה עקרונות חשובים מאוד. שקול על מה המדען דיבר:
- הגירה ביוגנית תמיד שואפת לביטוי המרבי שלה.
- כל החומרים החיים של הביוספרה נמצאים בהחלפה כימית קבועה ורציפה עם החלל. הם גם נוצרים ומתוחזקים על ידי אנרגיית השמש.
- התפתחות המינים, תורמת להופעתםצורות יציבות חדשות של אורגניזמים חיים, מובילות להאצת הנדידה הביוגנית של האטומים בביוספירה. זה מקל על ידי הטרנספורמציה המואצת של יסודות כימיים.
מושג המחזור הביולוגי
על מנת שהחיים על פני כדור הארץ יימשכו ללא הגבלת זמן, כל החומרים האורגניים חייבים להסתובב לאורך עקומה סגורה.
המחזור הביולוגי הוא היחידדרך ארגון החיים. באמצעות פירוק כל האורגניזמים, אורגניזמים אחרים מקבלים תזונה משלהם. לכן, כל אורגניזם חי, ללא קשר לסוגו, הוא חוליה בשרשרת המזון. כאשר הם מתפוררים, כל היצורים החיים נותנים את האלמנטים שלהם לצורות חיים אחרות. אין לזלזל בתפקיד המיקרואורגניזמים. הם אלה שהופכים את שרידי בעלי החיים והצמחים לחומרים אורגניים בסיסיים המשמשים צמחים ירוקים לסנתז חומר אורגני חדש.
זרימת הדם הביולוגית של חומרים מסופקתאת תוצאות הריקבון. תרכובות מורכבות מתחילות להתפרק, משחררות אנרגיה ומאבדות מאגרי מידע, והחומרים האורגניים החדשים שנוצרים מתחילים את כל השרשרת מחדש. הודות למיקרואורגניזמים, הביוספרה מסוגלת לווסת את עצמה באופן טבעי.
הקישורים של המחזור הביולוגי הםאורגניזמים חיים המשתייכים לקבוצות שיטתיות שונות. הם מסוגלים ליצור אינטראקציה זה עם זה בשל מגוון רחב של קשרים. יש לזכור כי כל החומרים החיים של הביוספרה משתתפים במעגל עקב שרשראות מזון.
אילו תפקידים ממלאים חומרים חיים בביוספרה?
ההגירה הביוגנית של האטומים מבוססת עלתנועה של חומרים. אז, מדענים, לאחר שניתחו את כל המאפיינים של הגירה כזו, הצליחו להסיק מסקנות לגבי אילו תפקודים מבצעים כל החומרים החיים על כדור הארץ. הבה נבחן אותם:
- אֵנֶרְגִיָה. אורגניזמים חיים מסוגלים לצבור חומרים מזינים המתקבלים ממזון לאורך השרשראות הטרופיות.
- תַחְבּוּרָה. כל אורגניזם מסוגל לשאת חומר אורגני.
- ריכוז - אורגניזמים צוברים חומרים מזינים במהלך חייהם ומשתמשים בהם במבנה גופם.
- יצירת סביבה. כל היצורים החיים מסוגלים לשנות את הפרמטרים הכימיים והפיזיקליים של הסביבה.
- הַרסָנִי. להשתתף בתהליך המינרליזציה של חומרים אנאורגניים.
תיאוריה אבולוציונית של מקור החיים על פני כדור הארץ
ניתן לקרוא לאבולוציה תהליכים בלתי הפיכים של שינויים היסטוריים בחיים. תיאוריה זו בנויה על ארבעה עקרונות:
- צאצאים עודפים. כל המינים הביולוגיים של אורגניזמים חיים מתרבים מהר מאוד. עם זאת, לא כל הצאצאים שורדים, כך שכל האוכלוסיות נמצאות ביציבות.
- מאבק ההישרדות תורם גם לשליטה באוכלוסייה.
- נוכחות של הבדלים קטנים. מכיוון שכל הפרטים החיים הם אינדיבידואליים, למינים מסוימים יש סיכוי טוב יותר להישרדות, בעוד שאחרים הם פחות.
- תוֹרָשָׁה. מידע תורשתי מועבר דרך ההורים לצאצאים. לכן, בשל כמה הבדלים תורשתיים, אנשים מסוימים מסוגלים לשרוד יותר מאחרים.
מסקנות
מובנת הגירה ביוגנית של אטומיםתנועה של חומרים. תהליך זה הוא אינסופי ומחזורי, ולכן החיים על פני כדור הארץ קיימים עד היום. כתוצאה מפעילות אנושית נמרצת, כל תהליכי היצירה על כדור הארץ מתחילים לקרוס.
