Характеристики живого вещества

 

В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. Вернадский писал: Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений – живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество – это совокупность всех организмов.

Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6*1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10-6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».

Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

 

Специфика живого вещества заключается в следующем:

Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные не застывшие лавовые потоки.

Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В.И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т.е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Значение живого вещества

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности; б) механической – II род транспортной деятельности.

 

Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В.И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:

· Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

· Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

· Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.

Выделяют пять основных функций живого вещества:

Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.

Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этим элементов, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды.

Деструктивная. Заключается в минерализации небиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот.

Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет небиогенного вещества).

Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

 

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение А.И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского»:

 

«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, H2S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

 

Тропосфера – самая низкая часть атмосферы Земли, она заканчивается на высоте приблизительно 10–15 км в зависимости от географического расположения и...

 

Этническая антропология, раздел антропологии, изучающий морфофизиологические особенности отдельных этнических общностей (этносов). Основные единицы исследования Э. а. — ареальные общности людей (популяции), различающиеся по расовым признакам (форма волос, пигментация, размеры и строение лицевого скелета и др.— см. Расоведение). Э. а. тесно связана с геногеографией, т. к. признаки с хорошо изученной наследственностью часто служат отметками (маркёрами), отражающими историю формирования, расселения и метисации популяций и сложившихся на их основе рас. В отличие от растений и животных история популяций человека современного вида протекает не только в окружающей его естественно-географической среде, но и в социально-культурной среде, создаваемой людьми в процессе коллективного труда. В человеческом обществе популяции сопряжены с системой специфических для людей социальных общностей, их подразделений и полиэтнических групп. Анализ взаимоотношений между этносами, популяциями и расами в различных странах и в различные периоды истории позволяет использовать данные Э. а. в качестве исторических источников при разработке многих проблем эволюции человека как биосоциального существа, популяционной генетики, расообразования, этногенеза и других важнейших вопросов антропологии, этнографии, демографии, исторической и медицинской географии.

 

“Светлые” бластомеры дробятся быстрее и располагаются одним слоем вокруг “темных ”, ..... В стенке желточного мешка формируются первичные половые клетки...

 

Тотипотентность (totipotency) - Способность клеток дифференцироваться в любую из клеток взрослого организма. В норме тотипотентность свойственна оплодотворенному яйцу (зиготе), однако в эксперименте тотипотентность может быть реализована соматической клеткой (например, при культивировании клеток растений в виде каллусных культур с последующей регенерацией).

 

Тотипотентность (англ. totipotency, от лат. totus — весь, целый, совокупный, potentia — сила, мощь, возможность) — это возможность клетки делиться и образовывать дифференцированные клетки организма, в том числе наружние ткани эмбриона. Тотипотентные клетки образуются в течение полового и бесполого размножения и представляют собой споры и зиготы. Зиготы — это продукты слияния двух гамет в результате оплодотворения. У некоторых организмов клетки могут дедифференцироваться и обретать тотипотентность. Срезанные части растений и каллус могут быть использованы для выращивания целого растения.

 

Плюрипотентность (англ. Pluripotency) (от лат. pluralis — множественный, potentia — сила, мощь, возможность) в широком смысле можно перевести как "возможность развития по разным сценариям". В биологических системах этот термин относится к клеточной биологии и к биологическим соединениям. Плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток кроме внешних эмбриональных тканей (тотипотентные клетки могут дать начало всем типам клеток и внешних эмбриональных тканей).

 

Cтволовые клетки классифицированы в соответствии со своей возможностью к дифференцировке как тотипотентные, плюрипотентные и мультипотентные.

Тотипотентные - клетки, способные дифференцироваться в любые клетки организма. Как из одной оплодотворенной клетки вырастает целый организм.

Плюрипотентные - клетки, способные образовывать множество различных клеток, но не целый организм.

Мультипотентные - клетки, способные образовывать клетки тканей, из которых они были взяты.

Унипотентные - клетки дающие начало только одному типу клеток.

Клетки развивающегося эмбриона изначально тотипотентны, но теряют это свойство после нескольких клеточных делений, т.е. они дифференцируются. Некоторые из клеток организма, не дифференцируются окончательно, а становятся плюрипотентными, т.е. способны давать лишь некоторые типы клеток целого организма. Тотипотентные клетки эмбриона называют так же - эмбриональные стволовые клетки (ESC), а плюри- и мультипотентные клетки организма называют - взрослыми стволовыми клетками. Функция первых в организме очевидна, из одной клетки должен развиться целый организм с огромным числом клеточных типов (~200 у человека), каждый из которых выполняет свою функцию. Взрослые стволовые клетки необходимы организму для восполнения погибших клеток в процессе жизни. Взрослые стволовые клетки способны заменять практически все ткани в организме: мозг, костный мозг, кровь, почку, эпителий пищеварительной системы, кожу, сетчатку, мышцы, поджелудочную железу и печень.

Взрослые стволовые клетки способны к самоподдержанию и производству клеток -предшественников, которые затем дифференцируются.

 

Самая ранняя и наиболее продолжительная эпоха линейного роста A началась 4,5 млн лет тому назад и ее длительность можно оценить 2,9 млн лет. К концу эпохи A население достигнет 100 000 чел. Следующая, эпоха гиперболического роста B, продолжается 1,6 млн лет и заканчивается за 45 лет до критической даты 2005 г. в 1960 г. при населении мира, равным 3,22 млрд. В течение эпохи B скорость роста пропорциональна квадрату общего числа людей, населяющих Землю, что приводит к гиперболическому росту 18 млрд (на 2025 г.). Демографический переход занимает 90 лет и заканчивается соответственно в 2050 г. (13 млрд). С демографического перехода начинается эпоха C - переход к стабилизированному пределу, зависящему только от значения K (константу роста K=64 000). В критическом 2005 г. население мира достигнет половины предельной величины 6,5 млрд, а скорость роста населения достигнет максимума 90 млн в год, что соответствует относительной скорости роста 1,5 %. За время демографического перехода население увеличивается в M=3 раза, где M -- демографический мультипликатор Шене. В течение всего времени роста от 4,5 млн лет тому назад до 2005 г. на Земле прожило 90 млрд чел. На протяжении каменного века и исторической эпохи - эпохи B - отмечается 11 демографических циклов. В течение каждого цикла прожило соответственно 8,2 млрд чел., а длительность цикла сокращалась от 1 млн лет в начале до 45 лет в конце эпохи B. Таким образом, масштаб исторического времени растягивается пропорционально древности. Неолит приходится на середину логарифмической шкалы времени 11 т. лет тому назад и к этому моменту прожила половина всех людей, когда-либо живших. Перечисленные формулы показывают, как много цифр, характеризующих развитие человечества, можно извлечь с помощью всего лишь одной константы K и постоянной времени 45 лет (эффективную длительность жизни поколения), входящих в модель.

 

Линейный рост в системном смысле может интерпретироваться как описание антропогенеза, т.е. производство биологическим сообществом нового вида. В разумных предположениях такой процесс будет идти по линейному графику, а не по экспоненте, и тем более не квадратичному, кооперативному, закону. Эта зависимость еще долго будет набирать силу и станет определяющим фактором не ранее, чем через 3 млн лет. Уже после появления Homo Habilis гиперболический рост станет описывать численный рост человечества вплоть до нашего времени. Ко времени наступления демографического перехода, которое можно отнести к 1960 г., Таким образом, на протяжении 1,6 млн лет развитие определялось единым квадратичным законом. В результате эволюция речи, развитие языка и появление письменности, затем изобретение книгопечатания и, наконец, компьютеров стали звеньями общей цепи событий информационного развития человека и человечества. В сопоставлении данных расчета и палеоантропологии следует отметить, что важны две даты - начала антропогенеза 4-5 млн лет тому назад и начала эпохи В 1,6 млн лет тому назад, которые нам известны лучше, чем оценки численности населения. Иными словами, мы видим, что системные характеристики человечества за длительный промежуток времени практически не эволюционировали и поэтому можно полагать их неизменными на обозримое время и дальше. Это обстоятельство служит некоторым основанием для экстраполяции картины развития в предвидимое будущее.

Ксенобиотики (от греч. ξενος) — чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот, и, как правило,...

 

Так, например, зола плауна булавовидного содержит 52 процента оксида алюминия, поэтому она употребляется в качестве протравы при крашении.

 

ПРОВИЗОРНЫЕ ОРГАНЫ (от нем. provisorisch — предварительный, временный), органы зародышей и личинок многоклеточных животных, исчезающие в процессе их дальнейшего развития (напр., брюшные конечности и жабры личинок у насекомых).

Провизорные органы (от нем. provisorisch — предварительный, временный)

временные органы зародышей и личинок многоклеточных животных, исчезающие в процессе их дальнейшего развития; обеспечивают важнейшие функции организма до сформирования и начала функционирования органов, характерных для взрослых животных.

1. К П. о. относятся: брюшные конечности и жабры личинок насекомых; жабры,

2. ротовое «вооружение» и хвост Головастиков:

3. желточные сосуды у зародышей рыб, пресмыкающихся и птиц;

4. кровеносные сосуды Аллантоиса зародышей пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

Знание строения и развития П. о. помогает устанавливать эволюцию различных групп животных. П. о. зародышей и личинок организмов позволяют судить об организации их предков, у которых сходные образования в ряде случаев были свойственны взрослым животным (см. Биогенетический закон, Рекапитуляция). Однако некоторые П. о. ныне живущих организмов (например, зародышевые оболочки амниот (См. Амниоты)) являются эмбриональными приспособлениями к определённым условиям существования; на основании таких П. о. нельзя судить о строении их взрослых предков.

ПРОВИЗОРНЫЕ ОРГАНЫ — (от нем. provisorisch - предварительный - временный), органы зародышей и личинок многоклеточных животных, исчезающие в процессе их дальнейшего развития (напр., брюшные конечности и жабры личинок у… (Большой Энциклопедический словарь)

Эмбриональное развитие организмов протекает по-разному у разных типов животных, но во всех случаях необходимая связь зародыша со средой обеспечивается специальными внезародышевыми органами, функционирующими временно и называемыми провизорными. Примерами таких временных органов являются желточный мешок у личинок рыб, плацента у млекопитающих.

Аллантоис (лат. alios — колбаса, oidos — вид) — третья зародышевая оболочка. Это зачаток мочевого мешка. Появляясь в виде небольшого мешковидного выроста на брюшной стенке задней кишки, он выходит через пупочное отверстие и очень быстро разрастается и охватывает амнион и желточный мешок. У различных позвоночных животных его функции различны. У пресмыкающихся и птиц в нем накапливаются продукты жизнедеятельности зародыша до вылупливания из яйца. У зародыша человека он не достигает больших размеров и исчезает на третьем месяце эмбрионального развития.

 

Половые клетки (гоноциты), независимо от будущего пола, происходят из заднего участка внезародышевой энтодермы, т.е. желточного мешка.

 

Необычайно раннее обособление внезародышевой эктодермы в виде трофобласта начинается уже в ходе первых делений дробления. Трофобласт в ходе эволюции появляется только у млекопитающих. Клетки трофобласта похожи на эпителиальные клетки. Функция их заключается втом, что они могут накапливать жидкость и вызывать специфические изменения слизистой оболочки матки при имплантации зародыша. Для млекопитающих, таким образом, характерно то, что разделение клеточного материала на зародышевую и незародышевую части происходит значительно раньше, чем у низших амниот, – уже в раннем дроблении. Ворсинчатая оболочка (трофобласт с ворсинками) называется хо-

рионом (эволюционное усложнение серозной оболочки рептилий и птиц).

При ультразвуковом исследовании желточный мешок представляет собой кольцевидное тонкостенное образование, расположенное в хориальной полости.

 

Основные функции желточного мешка: 1) трофическая (за счет содержания большого количества питательных веществ); 2) дыхательная; 3) место расположения первичных половых клеток (на 3 нед. эмбриогенеза в желточном мешке образуются первичные половые клетки, которые в последующем мигрируют в закладки гонад); 4) кроветворная (на 3 нед. эмбриогенеза в желточном мешке образуются первичные клетки крови и первичные кровеносные сосуды).

Хориальная полость, или полость экзоцелома, является местом локализации желточного мешка, высокое содержание белковых веществ в жидкости хориальной полости способствует поддержанию адекватной трофической функции желточного мешка.