2.1) Биологический круговорот атомов

Повсеместно в биосфере наряду с образованием живого вещества и аккумуляцией энергии протекает и противоположный процесс – превращение сложных органических соединений в простые минеральные CO2, H2O, NH3 и т.д. Эта минерализация идет и в самих растениях, которые при дыхании окисляют органические вещества до CO2 и H2O. Гораздо энергичнее минерализуют органические вещества животные и еще более энергично – микроорганизмы.

Противоположные процессы образования и разрушения органических веществ в биосфере не могут существовать один без другого, они образуют единый биологический круговорот атомов

Круговороты не замкнуты. Каждый новый цикл не является точным повторением предыдущего, природа не остается неизменной. Вот характерный пример. Представим себе озеро в лесной зоне с травами, растущими в прибрежной полосе (осоки, тростники и др.), богатое рыбой. После каждого годичного цикла круговорота часть атомов углерода, водорода и других элементов, заключенных в органических веществах, не переходит в минеральные соединения, а захороняется на дне озера в форме органического ила – сапропеля. Постепенно озеро мелеет, наконец, наступает момент, когда его котловина полностью зарастает травами и заполняется органическими остатками, озеро превращается в болото. Такова судьба большинства лесных озер, история многих болот.

Можно сказать, что поступательное развитие в биосфере осуществляется через систему круговоротов.

В процессе минерализации органических веществ освобождается энергия, которая была поглощена при фотосинтезе. Она освобождается в виде тепла (вспомним, например, разогревание и даже самовозгорание недостаточно высушенного сена), но главным образом в виде химической энергии, носителями которой являются природные воды.

Обогащаясь такими продуктами минерализации, как CO2, гумусовые кислоты, NH3, SO2, H2S, воды становятся химически высокоактивными, они разрушают («выветривают») горные породы. Таким образом, с энергетической точки зрения биологический круговорот атомов переводит энергию солнечных лучей в другие виды энергии, за счет которых в биосфере выполняется большая работа

3) Химические элементы

Химические элементы, которые в ходе биогеохимических циклов мигрируют через живой организм, абиотическую среду, а затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм называются биофильными (биогенными). Данные элементы или их соединения необходимы для жизнедеятельности организмов, их роста, размножения.

Элементы, необходимые организмам в больших количествах носят название макробиогенные элементы. Это основные – С, N, O, H, и не основные – Ca, Mg, Na, Cl, K.

Остальные элементы называются микробиогенными. Это Fe, Co, I, F, CU, Br, Se, Si, B и др. Отсутствие или недостаток микробиогенных элементов ведет к заболеваниям организмов.

Таблица 1

Биогенные элементы и их роль для живых организмов

Элемент	Символ	Роль в клетке
Углерод	С	Входит в состав органических веществ
Водород	Н	Входят в состав воды и органических веществ
Кислород	О	Входят в состав воды и органических веществ
Азот	N	Входят в состав белков и нуклеиновых кислот
Фтор	F	Входит в состав эмали зубов
Фосфор	Р	Входит в состав липидов, АТФ, нуклеиновых кислот
Сера	S	Входит в состав белков и многих других биологически активных веществ
Натрий	Na	Главный внеклеточный положительный ион
Магний	Mg	Активизирует работу многих ферментов; входит в состав хлорофилла
Хлор	Cl	Cl- – преобладающий отрицательный ион в организме
Бор	В	Необходим некоторым растениям
Калий	К	Преобладающий внутриклеточный положительный ион
Кальций	Са	Основной компонент костей; активизирует сокращение мышечных волокон, проведение импульса и т.д.
Йод	I	Входит в состав гормонов щитовидной железы
Железо	Fe	Входит в состав многих органических веществ (гемоглобин, цитохромы)
Кобальт	Со	Входит в состав витамина B-I2
Медь	Сu	Входит в состав некоторых ферментов
Цинк	Zn	Входит в состав некоторых ферментов
Марганец	Мn	Входит в состав некоторых ферментов

Большинство элементов на Земле находятся в таком состоянии, что они не могут использоваться живыми организмами прямо, но в процессе круговорота происходит преобразование их в те формы, которые могут быть использованы живыми организмами.

Живое вещество стремится так преобразовать среду обитания, чтобы необходимые жизни элементы (биогенные = жизнеродные) всегда были в доступной (растворимой) форме в нужном месте и нужном количестве. Эти элементы должны как можно дольше циркулировать в экосистемных циклах, не возвращаясь в исходное геохимическое состояние. При этом живое вещество постоянно накапливает, перемещает и видоизменяет различные химические вещества в огромных масштабах.

Соединения биогенных элементов, необходимых организму называются питательными веществами. Это:

·         органические вещества (белки, жиры, углеводы, витамины);

·         неорганические вещества (вода, минеральные соли, СО2).

Наибольшее значение имеют круговороты воды, углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора и серы.