Шпаргалки по "Экологии"

Соотношение химических элементов в живом веществе, гидросфере, литосфере и в массе Земли в целом Живое вещество биосферы состоит из наиболее простых и наиболее распространенных в космосе атомов. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов живые организмы не повторяют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей. В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Как уже было отмечено, водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются главными химическими элементами земного вещества и их называют биофшъньши. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные постройки представлены углеводами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами. Перечисленные части живого вещества находятся в организмах в тесном взаимодействии. Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения.

 Уровни организации живого вещества

1. Молекулярный уровень - самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в функционировании биологически активных крупных молекул белков, нуклеиновых кислот, углеводов. Начиная с этого уровня, наблюдаются свойства, присущие только живой материи - обмен веществ, передача наследственной информации.

2. Клеточный уровень - уровень, на котором биологически активные молекулы объединяются в единую систему. По клеточному признаку все организмы делят на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый уровень - уровень, на котором совокупность однородных клеток образует ткань. Клетки любой ткани имеют общие происхождение и функции.

4. Органный уровень - на этом уровне несколько типов тканей образуют определенный орган с функциями.

5. Организменный уровень - на этом уровне взаимодействие различных органов сводится в единую систему индивидуального организма.

6. Популяционно-видовой уровень - это совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни, местом обитания.

7. Биогеоценоз - это уровень организации живой материи, объединяющий организмы разных видов, которые взаимодействуют друг с другом, а в биогеоценозе - и со средой обитания.

8. Биосферный уровень - сформированная природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах планеты. На этом уровне осуществляются все круговороты вещества в общепланетарном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

По способу питания  живое вещество подразделяется на авто-трофы  и гетеротрофы.

Автотрофами (от греч. autos —  сам, trof— кормиться, питаться) называют организмы, берущие нужные им для  жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требующие  для построения своего тела готовых  органических соединений другого организма. Основной источник энергии, используемый автотрофами, — Солнце. Автотрофы  подразделяются на фотоавтотрофы и  хемоавто-трофы. Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии  солнечный свет, хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ. К автотрофным организмам относятся водоросли, наземные земные растения, бактерии, способные к  фотосинтезу, а также некоторые  бактерии, способные окислять неорганические вещества (хемоавтотрофы). Автотрофы  являются первичными продуцентами органического  вещества в биосфере.

Гетеротрофы (от греческого geter — другой) — организмы, нуждающиеся  для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы способны разлагать  все вещества, образуемые автотрофами, и многие из тех, что синтезирует  человек. Живое вещество устойчиво  только в живых организмах, оно  стремится заполнить собой все  возможное пространство. «Давлением жизни» называл данное явление В. И. Вернадский. На Земле из существующих живых организмов наибольшей силой  размножения обладает гриб-дождевик гигантский. Каждый экземпляр данного  гриба может дать до 7,5 млрд спор. Если каждая спора послужила бы началом  новому организму, то объем дождевиков уже во втором поколении в 800 раз  превысил размеры нашей планеты. Таким образом, наиболее общее и  специфическое свойство живого —  способность к самовоспроизведению, конвариантной редупликации на основе матричного принципа. Эта способность  вместе с другими особенностями  живых существ и определяет существование  основных уровней организации живого. Все уровни организации жизни находятся в сложном взаимодействии как части единого целого. На каждом уровне действуют свои закономерности, определяющие особенности эволюции всех форм орга низации живого. Способность к эволюции выступает как атрибут жизни, непосредственно вытекающий из уникальной способности живого к самовоспроизведению дискретных биологических единиц. Специфические свойства жизни обеспечивают не только воспроизведение себе подобных (наследственности), но и необходимые для эволюции изменения самовоспроизводящих структур (изменчивость). 

8 Живое вещество, элементарный состав и формы  живого вещества

Живое вещество – совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии. Термин введён В. И. Вернадским. Живое вещество связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов. Представлено живое вещество автотрофными организмами (зелёные растения и автотрофные микроорганизмы), гетеротрофными организмами (бесхлорофильные растения, все животные, человек), миксотрофными организмами, которые питаются готовыми органическими соединениями, хотя и способны их синтезировать.

Живое вещество чрезвычайно  химически и геологически активно. Рассеянное в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией, живое вещество выполняет в биосфере огромную работу и является могучей  геологической силой планетарного характера, определяющей лик Земли. Одно из проявлений геологической работы Живое вещество — его участие  в создании органогенных осадочных  пород (каменный уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.), названных Вернадским биогенным веществом биосферы.

При участии живого вещества образуются и биокосные  вещества: почти вся вода биосферы, почва, кора выветривания и т. д. Роль живого вещества как геологического фактора проявляется в контролировании  им всех основных химических превращений  в биосфере.

Биогеохимические  функции живого вещества могут быть разделены на 5 групп:

• газовые,
• концентрационные,
• окислительно-восстановительные,
• биохимические и, наконец,
• биогеохимические функции человечества.

Все функции осуществляются во внешней среде, кроме биохимических, которые протекают внутри организмов. Газовые функции живого вещества определяют газовый состав атмосферы: преобладающая масса газов на планете биогенна; в результате действия живого вещества создаются её основные газы (N2, O2, CO2, H2S, CH4 и др.). Концентрационные функции живого вещества заключаются  в накоплении организмами биогенных  элементов из окружающей среды. Состав живого вещества резко отличен от состава косного вещества планеты; в нём преобладают лёгкие атомы (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca). Эти элементы содержатся во всех живых организмах и образуют в них химические соединения, встречающиеся преимущественно  в Ж. в. Содержание определённых элементов  в некоторых организмах в десятки, сотни и даже тысячи раз больше, чем во внешней среде. Так создаётся  неоднородность химического состава  биосферы. Окислительно-восстановительные  функции Ж. в. приводят к химическим превращениям большинства соединений. Биогенные процессы окисления и восстановления преобладают на поверхности Земли. Биохимические функции связаны с ростом и размножением организмов, что приводит к увеличению их числа и массы живого вещества. Давление живого вещества на окружающую среду, которое Вернадский назвал "напором жизни", является выражением энергии роста и размножения и неодинаково у разных групп организмов.

Другое проявление биохимической функции живого вещества — процессы, связанные с разложением  организмов после их смерти, т. е. превращением живого вещества в косное. В результате этих процессов образуются биогенные  и биокосные вещества биосферы. Биогеохимические функции человечества, обусловленные  преимущественно технической деятельностью  человека (техногенез), — форма созидания  и превращения веществ в биосфере, связанная с её переходом в  новое состояние — ноосферу, когда человек становится новой геологической силой на планете.

9  Основные свойства живого вещества

Свойства живого вещества. К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие:

• Живое вещество является аккумулятором и трансформатором энергии и создает огромные запасы свободной энергии в биосфере. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.
• Для живого вещества характерна высокая скорость протекания биохимических реакций. В живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее, чем в неживом веществе биосферы.
• Живое вещество содержит вещества, которые устойчивы только в живых организмах, после их смерти быстро разлагаются и в минеральном царстве не встречаются. Это характерно как для органических, так и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества.
• Живое вещество способно к произвольному движению, в значительной степени саморегулируемому. 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).
• Живое вещество отличается значительно большим морфологическим и химическим разнообразием, чем неживое, что выражается в существовании многочисленных видов живых организмов. 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. Все многообразие генетической информации закодировано в нуклеиновых кислотах, поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох.

Кроме этих свойств можно  отметить и такие дополнительные особенности живого вещества:

• Живые организмы характеризуются клеточным строением.
• Живые организмы способны к размножению, причем скорость размножения организмов обратно пропорциональна их массе.
• Способность быстро занимать все свободное пространство ("всюдность жизни" по Вернадскому): на основании этого свойства сформулирован Закон Константности - количество живого вещества биосферы для каждого геологического периода есть величина постоянная.
• Высокая скорость обновления живого вещества. Для биосферы в целом примерно 8 лет. Для суши этот период примерно 14 лет, для океана - примерно 33 дня.
• Высокая приспособительная способность к различным условиям жизни.
• Живые организмы способны к изменчивости.

10  Эволюция  биосферы биосферы на Протяжении большей части ее истории осуществлялась под влиянием двух главных факторов: естественных 
геологических и климатических изменений на планете и изменений видового состава 
и количества живых существ в процессе биологической эволюции. На современном 
этапе в третичном периоде к ним присоединился третий фактор — развивающееся 
человеческое общество.

Этапы 
возникновения жизни, пути и механизмы ее эволюционного развития рассмотрены 
выше. Жизнь зародилась на 
Земле свыше 3,5 млрд. лет назад. Первыми 
живыми существами были анаэробы, которые получали энергию путем брожения. Так 
как брожение представляет собой относительно малопродуктивный способ 
энергообеспечения, примитивная жизнь не могла эволюционировать далее 
одноклеточной формы организации. Питание таких примитивных организмов зависело 
от опускавшихся на дно водоемов органических веществ, синтезируемых в 
поверхностных слоях воды абиогенным способом.

Недостаток 
органических веществ создал давление отбора, приведшее к возникновению 
фотосинтеза. Прогрессивное увеличение кислорода в воде за счет жизнедеятельности 
фотосинтезирующих организмов и его диффузии в атмосферу вызвало изменения в 
химическом составе оболочек Земли, прежде всего атмосферы, что в свою очередь 
сделало возможным и развитие более сложно организованных живых форм и быстрое 
распространение Жизни по планете. По мере увеличения содержания кислорода в 
атмосфере формируется достаточно мощный слой озона, защищающий поверхность 
Земли от проникновения жесткого ультрафиолетового излучения. В таких условиях 
жизнь смогла продвинуться к поверхности моря. Развитие механизма аэробного 
дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. Примечательно, 
что первые такие организмы появились после того, как концентрация кислорода в 
атмосфере планеты достигла примерно 3%, что 
произошло около 600 млн. лет назад 
(начало кембрия