Биогенное вещество¶

Биогенное вещество — химическое вещество или группа веществ, образующихся в результате жизнедеятельности живых организмов и накапливающихся в биосфере. Термин связан с учением В. И. Вернадского о биосфере, в рамках которого биогенные элементы и соединения рассматриваются как продукты деятельности биоты, преобразующие литогидросферу.

¶Происхождение термина

Понятие «биогенное вещество» сформировалось в начале XX века в связи с развитием геохимии и учения о биосфере. В. И. Вернадский ввёл классификацию веществ земной оболочки по происхождению, выделив, в частности, биогенные образования — те, чье существование обусловлено деятельностью организмов. К биогенным веществам относят органические соединения (белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества), а также неорганические продукты жизнедеятельности — например, кислород, образуемый при фотосинтезе, или карбонат кальция в раковинах и скелетах организмов.

¶Классификация

Биогенные вещества подразделяются по нескольким признакам.

¶По химической природе

• Органические — белки, аминокислоты, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, гуминовые кислоты, целлюлоза, хитин.
• Неорганические — кислород, сероводород, карбонаты, фосфаты, аммиак, нитриты и нитраты, образующиеся в процессах жизнедеятельности.

¶По роли в биосфере

В. И. Вернадский разделял вещества на живое вещество (сама биомасса организмов), биогенное вещество (вещества, переработанные организмами и выведенные ими в окружающую среду) и костное вещество (окаменелые остатки — ископаемые биогенные образования, такие как уголь, нефть, известняки, фосфориты). Эта классификация подчёркивает, что биогенное вещество — это продукт, а не сам организм.

¶По состоянию в природных объектах

Биогенные вещества находятся в растворённом, взвешенном, коллоидном и твёрдом состоянии. В океане значительную часть растворённого органического вещества составляют биогенные соединения, образующиеся при разложении фитопланктона.

¶Образование и круговорот

Основной процесс, порождающий биогенные вещества, — фотосинтез, в ходе которого автотрофы фиксируют углекислый газ и синтезируют органику. Далее органические вещества передаются по пищевым цепям, а после гибели организмов подвергаются минерализации сапрофагами и микроорганизмами. Продукты разложения — аммиак, нитриты, нитраты, фосфаты, CO₂ — вновь поступают в среду и используются продуцентами, замыкая круговорот.

В анаэробных условиях разложение приводит к образованию метана, сероводорода и гуминовых веществ. Накопление биогенного вещества в осадочных породах приводит к формированию ископаемых ресурсов: каменного угля из остатков древесных растений, нефти и природного газа из морского планктона, торфа из болотного мха-сфагнума.

¶Биогенные элементы

Помимо веществ, в геохимии выделяют понятие «биогенный элемент» — химический элемент, миграция которого в биосфере определяется деятельностью организмов. К ним относят углерод, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, кремний, железо и другие. Биогенные элементы участвуют в миграции веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живым веществом.

¶Значение и применение

Биогенные вещества имеют большое практическое значение:

• Сельское хозяйство — органические удобрения (навоз, компост, торф) насыщают почву биогенными соединениями.
• Энергетика — ископаемые биогенные вещества (уголь, газ, нефть, торф) служат топливом; биогаз, получаемый из отходов, возобновляемый источник энергии.
• Промышленность — целлюлоза, хитин, каучук, эфирные масла, белки животного и растительного происхождения.
• Медицина и фармацевтика — многие лекарственные вещества имеют биогенное происхождение.

¶Экологические аспекты

Избыточное поступление биогенных веществ в водоёмы — эвтрофикация — приводит к «цветению» воды, развитию сине-зелёных водорослей и дефициту кислорода. Источниками избыточных биогенных элементов служат сточные воды, сельскохозяйственные стоки и атмосферные выбросы. Проблема загрязнения биогенными элементами относится к числу важнейших экологических вызовов пресных и морских водных экосистем.

¶Исторические источники

• Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. — М.: Айрис-пресс, 2004.
• Перельман А. И. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1989.
• Ревич В. А. Геохимия биосферы. — Новосибирск: Наука, 2009.