В буквален превод терминът "биосфера" означава сферата на живота и в този смисъл е въведен за първи път в науката през 1875 г. от австрийския геолог и палеонтолог Едуард Зюс (1831 - 1914). Въпреки това, много преди това, под други имена, по-специално "пространство на живота", "картина на природата", "жива обвивка на Земята" и т.н., съдържанието му се разглежда от много други естествоизпитатели.

Първоначално всички тези термини означаваха само съвкупността от живи организми, обитаващи нашата планета, въпреки че понякога се посочваше връзката им с географски, геоложки и космически процеси, но в същото време се обръщаше внимание по-скоро на зависимостта на живата природа от силите и веществата. от неорганична природа. Дори авторът на термина "биосфера" Е. Зюс в книгата си "Лицето на Земята", публикувана почти тридесет години след въвеждането на термина (1909), не забелязва обратния ефект на биосферата и го определя като " съвкупност от организми, ограничени в пространството и времето и живеещи на повърхността на Земята."

Първият биолог, който ясно посочи огромната роля на живите организми в образуването на земната кора, е JB Lamarck (1744 - 1829). Той подчерта, че всички вещества, разположени на повърхността на земното кълбо и образуващи неговата кора, са се образували поради дейността на живите организми.

Фактите и твърденията за биосферата се натрупват постепенно във връзка с развитието на ботаниката, почвознанието, географията на растенията и други предимно биологични науки, както и геоложки дисциплини. Тези елементи на познанието, които станаха необходими за разбирането на биосферата като цяло, се оказаха свързани с появата на екологията, наука, която изучава връзката между организмите и околната среда. Биосферата е определена природна система и нейното съществуване се изразява преди всичко в циркулацията на енергия и вещества с участието на живи организми.

Много важно за разбирането на биосферата е установяването от немския физиолог Пфефер (1845 - 1920) на три начина за хранене на живите организми:

• - автотрофни - конструкцията на тялото чрез използване на вещества от неорганична природа;
• - хетеротрофна - структурата на тялото чрез използването на органични съединения с ниско молекулно тегло;
• - микотрофни - смесен тип структура на тялото (автотрофно-хетеротрофно).

Биосферата (в съвременния смисъл) е един вид обвивка на Земята, съдържаща целия набор от живи организми и онази част от веществото на планетата, която е в непрекъснат обмен с тези организми.

Биосферата обхваща долната атмосфера, хидросферата и горната литосфера.

Атмосфера. Атмосферата има няколко слоя:

• - тропосфера - долният слой, прилежащ към земната повърхност (височина 9-17 km). Съдържа около 80% от газовия състав на атмосферата и всички водни пари;
• - стратосфера;
• - йоносферата - "жива материя" отсъства там.

Преобладаващите елементи от химичния състав на атмосферата: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Състоянието на атмосферата оказва голямо влияние върху физичните, химичните и биологичните процеси на земната повърхност и във водната среда. За биологичните процеси най-важни са: кислородът, използван за дишане и минерализация на мъртвата органична материя, въглеродният диоксид, който участва във фотосинтезата, и озонът, който предпазва земната повърхност от твърда ултравиолетова радиация. Азотът, въглеродният диоксид, водната пара се образуват до голяма степен поради вулканична дейност, а кислородът - в резултат на фотосинтезата.

Хидросфера. Водата е важен компонент на биосферата и един от необходимите фактори за съществуването на живите организми. Основната му част (95%) е в Световния океан, който заема около 70% от земната повърхност и съдържа 1300 милиона км.

Преобладаващите елементи от химичния състав на хидросферата: Na +, Mg2 +, Ca2 +, Cl-, S, C. Концентрацията на този или онзи елемент във водата не казва нищо за това колко е важно за растителните и животинските организми живеещи в него. В това отношение водещата роля принадлежи на N, P, Si, които се усвояват от живите организми. Основната характеристика на океанската вода е, че основните йони се характеризират с постоянно съотношение в целия обем на океаните.

Газовете, разтворени във вода, са от голямо значение: кислород и въглероден диоксид. Съдържанието им варира в широки граници в зависимост от температурата и наличието на живи организми. Водата съдържа 60 пъти повече въглероден диоксид от атмосферата.

Хидросферата се е образувала във връзка с развитието на литосферата, която отделя голямо количество водна пара през геоложката история на Земята.

Литосфера. По-голямата част от организмите, живеещи в литосферата, се намират в почвения слой, чиято дълбочина не надвишава няколко метра. Почвата включва минерали, образувани при разрушаването на скалите, и органична материя - отпадните продукти на организмите.

Литосферата е външната твърда обвивка на Земята, състояща се от седиментни и магмени скали. В момента земната кора се счита за горния слой на твърдото тяло на планетата, разположен над сеизмичната граница на Мохорович. Повърхностният слой на литосферата, в който се осъществява взаимодействието на живата материя с минералната (неорганична) материя, е почвата. Остатъците от организми след разлагане преминават в хумус (плодородната част на почвата). Съставните части на почвата са минерали, органична материя, живи организми, вода, газове.

Преобладаващите елементи от химичния състав на литосферата: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Водеща роля играе кислородът, който представлява половината от масата на земната кора и 92% от нейния обем, но кислородът е здраво свързан с други елементи в основните скалообразуващи минерали. Тези. количествено земната кора е "царството" на кислорода, химически свързан в хода на геоложкото развитие на земната кора.

Живи организми (жива материя). Въпреки че границите на биосферата са доста тесни, живите организми са много неравномерно разпределени в тях. На големи височини и дълбочини на хидросферата и литосферата организмите са относително редки. Животът е съсредоточен главно на повърхността на земята, в почвата и приповърхностния слой на океана.

Важна закономерност се наблюдава в разпределението на живите организми по видов състав. Растенията представляват 21% от общия брой на видовете, но техният принос към общата биомаса е 99%. Сред животните 96% от видовете са безгръбначни и само 4% са гръбначни, от които само една десета са бозайници.

Така в количествено отношение преобладават формите, които са на относително ниско ниво на еволюционно развитие.

Масата на живата материя е само 0,01-0,02% от инертната материя на биосферата; само тя играе водеща роля в геохимичните процеси. Веществата и енергията, необходими за метаболизма, организмите черпят от околната среда. Огромни количества жива материя се пресъздават, трансформират и разлагат.

Годишно, благодарение на жизнената дейност на растенията и животните, се възпроизвежда около 10% от биомасата.

В допълнение към растенията и животните, В. И. Вернадски включва човечеството, чието влияние върху геохимичните процеси се различава от влиянието на други живи същества, първо, по своята интензивност, която се увеличава с течение на геоложкото време; второ, от ефекта, който човешката дейност има върху останалата жива материя.

Това въздействие засяга преди всичко създаването на множество нови видове културни растения и домашни животни. Такива видове не са съществували преди и без човешка помощ или умират, или се превръщат в диви породи. Затова Вернадски разглежда геохимичната работа на живата материя в неразривната връзка на животинското, растителното царство и културното човечество като работа на едно цяло.

Основната функция на биосферата е да осигурява циркулацията на химичните елементи, която се изразява в циркулацията на вещества между атмосферата, почвата, хидросферата и живите организми.

Въведение

Животните и растенията, гъбите и бактериите не съществуват самостоятелно, независимо един от друг, а в тясно взаимодействие - те влияят върху проявите на жизнената дейност на едни и сами зависят от други организми.

От създаването си, преди около 3,5 милиарда години, живите организми започват да оказват значително влияние върху еволюцията на земната кора и атмосфера.

Преди около 60 години изключителен руски учен, академик V.I. Вернадски разработи учението за биосферата - обвивката на Земята, обитавана от живи организми. В И. Вернадски разкри геоложката роля на живите организми и показа, че тяхната дейност е най-важният фактор за трансформацията на минералните черупки на планетата. По-правилно е биосферата да се определи като обвивката на Земята, която е обитавана и преобразувана от живи организми.

В буквален превод терминът "биосфера" обозначава сферата на живота и в този смисъл е въведен за първи път в науката през 1875 г. от австрийския геолог и палеонтолог Едуард Зюс (1831-1914). Въпреки това, много преди това, под други имена, по-специално "пространство на живота", "картина на природата", "жива обвивка на Земята" и т.н., съдържанието му се разглежда от много други естествоизпитатели.

Първоначално всички тези термини означаваха само съвкупността от живи организми, населяващи нашата планета, въпреки че понякога се посочваше връзката им с географски, геоложки и космически процеси, но в същото време се обръщаше по-скоро внимание на зависимостта на живата природа от силите и веществата. от неорганична природа.

Структурата и функцията на биосферата

Биосферата включва:

· Жива материя, образувана от съвкупност от организми;

· Биогенно вещество, което се създава в процеса на живот на организмите (атмосферни газове, въглища, нефт, варовик и др.);

· Инертно вещество, образувано без участието на живи организми (основни скали, вулканична лава, метеорити);

· Биоинертно вещество, което е общият резултат от жизнената дейност на организмите и абиогенните процеси, като например почвата.

Еволюцията на биосферата се дължи на три тясно взаимосвързани групи фактори: 1) развитието на нашата планета като космическо тяло и химическите трансформации, протичащи в нейните дълбини, 2) биологичната еволюция на живите организми и 3) развитието на човешкото общество. Изучаването на биосферата, нейните свойства и модели на развитие се превръща в неотложна задача на нашето време.

Структура на биосферата

Границите на биосферата се определят от факторите на земната среда, които правят невъзможно съществуването на живи организми (фиг. 1). Горната граница минава приблизително на височина от 20 км от повърхността на планетата и е ограничена от озонов слой, който улавя разрушителната за живота късовълнова част от ултравиолетовото лъчение на Слънцето. По този начин живите организми могат да съществуват в тропосферата и долната стратосфера. В хидросферата на земната кора организмите проникват в цялата дълбочина на Световния океан - до 10-11 км. В литосферата животът възниква на дълбочина 3,5-7,5 км, което се дължи на температурата на земните недра и нивото на проникване на водата в течно състояние.

Атмосфера ... Газовата обвивка се състои главно от азот и кислород. Съдържа малки количества въглероден диоксид (0,03%) и озон. Състоянието на атмосферата оказва голямо влияние върху физичните, химичните и биологичните процеси на земната повърхност и във водната среда. За биологичните процеси най-важни са: кислородът, използван за дишане и минерализация на мъртвата органична материя, въглеродният диоксид, който участва във фотосинтезата, и озонът, който предпазва земната повърхност от твърда ултравиолетова радиация. Азотът, въглеродният диоксид, водната пара се образуват до голяма степен поради вулканична дейност, а кислородът - в резултат на фотосинтезата.

Ориз. 1.

1 - нивото на озоновия слой, който улавя твърда ултравиолетова радиация; 2 - снежна граница; 3- почва; 4 - животни, живеещи в пещери; 5 - бактерии в нефтени кладенци; 6 - дънни организми

Хидросфера ... Водата е важен компонент на биосферата и един от необходимите фактори за съществуването на живите организми. Основната му част (95%) е в Световния океан, който заема около 70% от земната повърхност и съдържа 1300 милиона km 3 вода.

Повърхностните води (езера, реки) включват само 0,182 милиона km 3, а количеството вода в живите организми е незначително в сравнение с тези цифри - само 0,001 милиона km 3. Ледниците съдържат значителни водни запаси (24 милиона km 3).

Газовете, разтворени във вода, са от голямо значение: кислород и въглероден диоксид. Съдържанието им варира в широки граници в зависимост от температурата и наличието на живи организми. Водата съдържа 60 пъти повече въглероден диоксид от атмосферата.

Хидросферата се е образувала във връзка с развитието на литосферата, която отделя голямо количество водна пара през геоложката история на Земята.

Литосфера ... По-голямата част от организмите, живеещи в литосферата, се намират в почвения слой, чиято дълбочина не надвишава няколко метра. Почвата включва минерали, образувани при разрушаването на скалите, и органична материя - отпадните продукти на организмите.

Живата материя на Земята е строго организирана. В момента има няколко нива на организация на живата материя.

Молекулярна. Всяка жива система, независимо колко сложна е организирана, се проявява на нивото на функциониране на биополимери (сложни органични съединения, характеризиращи се с големи молекули), изградени от голям брой единици - мономери (първоначални, повтарящи се, по-просто подредени съединения ). На това ниво започват най-важните жизненоважни процеси на тялото: метаболизъм и преобразуване на енергия, предаване на наследствена информация и т.н.

Клетъчна. Клетката е структурна и функционална единица, както и единица за развитие на живите организми. Това е саморегулираща се, самовъзпроизвеждаща се жива система. Свободно живеещи неклетъчни форми на живот на Земята не съществуват.

Плат. Тъканта е съвкупност от клетки и междуклетъчно вещество, сходни по структура, обединени от обща функция.

Орган. Органите са структурни и функционални асоциации на няколко вида тъкани. Например, човешкият черен дроб като орган включва епител и съединителна тъкан, които заедно изпълняват редица функции, включително синтеза на кръвни протеини, жлъчни киселини, неутрализиране на токсични вещества, идващи от червата, натрупване на животинско нишесте - гликоген.

Организационна. Многоклетъчен организъм е цялостна система от органи, специализирани да изпълняват различни функции. Едноклетъчният организъм е интегрална жива система, способна да съществува самостоятелно.

Специфично за населението. Колекция от организми от един и същи вид, обединени от общо местообитание, се нарича популация. Популацията е система на ниво надорганизъм. Тук се случват най-простите еволюционни трансформации.

Биогеоценотична (екосистема). Биогеоценозата е съвкупност от организми от различни видове и фактори на тяхното местообитание, обединени от метаболизма и енергията в единен природен комплекс.

Биосфера. Биосферата е система от по-висок порядък. На това ниво се осъществява циркулацията на веществата и трансформацията на енергията, свързана с жизнената дейност на всички живи организми, които живеят на нашата планета.

Функции на биосферата

Дейността на живите организми служи като основа за циркулацията на веществата в природата. Основната функция на биосферата е да осигурява циркулацията на химичните елементи, която се изразява в циркулацията на вещества между атмосферата, почвата, хидросферата и живите организми.

Водният цикъл ... Водата се изпарява и се пренася на дълги разстояния чрез въздушни течения. Падайки върху земната повърхност под формата на валежи, той допринася за разрушаването на скалите, прави ги достъпни за растения и микроорганизми, ерозира горния почвен слой и отива заедно с разтворени химически съединения и суспендирани органични частици в моретата и океаните (фиг. . 2). Циркулацията на водата между океана и сушата е критична връзка в поддържането на живота на Земята. Благодарение на този процес настъпва постепенно разрушаване на литосферата, чиито компоненти се пренасят в моретата и океаните.

Ориз. 2.

Въглеродният цикъл ... Въглеродът е част от различни органични вещества, които изграждат всички живи същества. В процеса на фотосинтеза зелените растения използват въглеродния диоксид на въглеродния диоксид и водорода във водата, за да синтезират органични съединения, а освободеният кислород навлиза в атмосферата. Различни животни и растения го дишат, а крайният продукт на дишането – CO 2 – се отделя в атмосферата.

Азотният цикъл ... Атмосферният азот се включва в цикъла поради активността на азотфиксиращите бактерии и водорасли, които синтезират нитрати, подходящи за използване от растенията. Част от азота се фиксира в резултат на образуването на оксиди по време на електрически разряди в атмосферата. Азотните съединения от почвата навлизат в растенията и се използват за изграждане на протеини. След смъртта на живите организми гнилостните бактерии разлагат органичните остатъци до амоняк. Хемосинтетичните бактерии превръщат амоняка в азотна, след това в азотна киселина. Определено количество азот, поради активността на денитрифициращите бактерии, навлиза във въздуха. Част от азота се утаява в дълбоководни седименти и се изрязва от цикъла за дълго време; тази загуба се компенсира от навлизането на азот във въздуха с вулканични газове.

Цикълът на сярата ... Сярата се намира в редица аминокиселини и също е жизненоважен елемент. Намерени дълбоко в почвата и в морските седиментни скали, серни съединения с метали - сулфиди - се превръщат от микроорганизмите в достъпна форма - сулфати, които се абсорбират от растенията. С помощта на бактериите се извършват отделни окислително-редукционни реакции. Дълбоко разположените сулфати се редуцират до H 2 S, който се повишава и се окислява от аеробни бактерии до сулфати.

Цикъл на фосфора ... Фосфорът е концентриран в седиментите, образувани в минали геоложки ери. Постепенно тя се измива от тях и навлиза в екосистемите. Растенията използват само част от този фосфор; голяма част от него се отнася от реките в моретата и отново се отлага в утайки. Въпреки че запасите от съдържащи фосфор скали са големи, ще трябва да се вземат мерки за връщане на фосфора в циркулацията на веществата.

В книгата са представени разнообразни материали, отразяващи същността на връзката между съвременното състояние на биосферата и икономическата политика. На базата на обобщаване на наличните данни в чуждестранна и местна литература, както и на материали от собствени изследвания, авторите показват реалното състояние на нещата в тази област. Това им позволява да се присъединят към предупрежденията на експерти, че възможностите за биотична регулация на околната ни среда са близо до изчерпване.

Книгата е предназначена за тези, които са сериозно загрижени за проблемите в областта на екологията и екологичната политика. Материалите на книгата могат да се използват като учебно помагало за студенти от биологични факултети на университети, преподаватели по биология, екология, както и за изследователски проекти на студенти и учени, занимаващи се с биосферни явления.

Биосферата съдържа вещества, които се различават едно от друго по няколко начина: естествени вещества, живо вещество, биогенно вещество, инертно вещество, биоинертно вещество, органично вещество, биологично активно вещество, антропогеннои вредно вещество.

Следните компоненти са от особено значение за живите системи:

1) жива материя;

2) биогенно вещество;

3) инертно вещество;

4) биоинертно вещество;

5) радиоактивно вещество;

6) разпръснати атоми;

7) вещество с космически произход.

Тук е необходимо да се разбере, че "... биосферата е планетарна концепция, широко, много по-голямо поле на изследване на биолог, почвовед и т.н., което е ограничено до" областта на живота ". Ето защо, при цялата яркост на термина "биосфера", при цялата оригиналност и дълбочина на общата доктрина за биосферата, тя не може да бъде напълно идентифицирана нито с "областта на живота", нито с дисциплините, които изучават. това "(Тюрюканов, 1990). Това е просто неразбираемо, но фактите показват, че всички атоми от огромния брой елементи на периодичната таблица са преминали през състоянието на живата материя в своята история. В допълнение към тези стойности важна характеристика на биосферата е нейната биомаса, видовото разнообразие на флората и фауната, скоростта на производство, тоест способността на видовете популации да създават органична материя. Според различни оценки в наше време на Земята има около 3,5 милиона биологични вида, от които около 500 000 вида са растения. Останалата част от биоразнообразието е представена от животни и микроорганизми, като сред първите класът насекоми е най-голям.

Какви функции изпълнява биосферата??

1. Газова функция... Тя се състои във факта, че метаболизмът на организмите, тяхното дишане и обмен с околната среда обхваща широк набор от различни газови реакции, водещи в крайна сметка до усвояването на кислород и освобождаването на въглероден диоксид, пара вода и др. атмосферата чрез фотосинтеза е достатъчно за 300 години, а кислородът - 2000–2500 години, водата чрез изпаряване - около 1 милион години. Ясно е, че тази функция в момента може да бъде променена чрез интензивно обезлесяване и разораване на степите. Ролята на човека в промяната на формата на биосферата е значителна, което се потвърждава от данните в табл. 2.

таблица 2

Размерите на основните сухоземни екосистеми, получени от сателитни наблюдения (по Лосев, 1985, с. 57)

2. Редокс функция... Живата материя определя широк спектър от химични трансформации на вещества, включително атоми на елементи с променлива валентност – съединения на желязо, манган, микроелементи и др. Пример за това е цикълът на азота.

Припомнете си, че включването на азот в съединения, които могат да бъдат използвани от организмите, се нарича фиксиране. Сред азотфиксаторите най-голямо практическо значение имат микроорганизмите, живеещи в симбиоза с растенията. Известни са 200 растителни вида, върху корените на които могат да се развият нодулни бактерии, усвояващи азот от въздуха. Бактерии Bact. Radicicolaживеят върху корените на бобовите растения - детелина, люцерна, грах, соя, лупина. Установено е, че количеството азот, доставян на растенията от нодулни бактерии, в някои случаи е до 50–80% от общото количество азот, усвоен от растенията. Около 10 милиона тона азот се регистрират годишно в хидросферата.

Веригата от реакции, чрез които организмите окисляват амониев йон до нитрат, или нитрит, или нитрит до нитратно състояние, се нарича нитрификация.Тези процеси се извършват от бактерии Nitrosomonas, Nitrobacter.Първоначално амонякът се окислява до азотна киселина: NH 3 + + 3O> HNO 2 + 66 kcal / mol. Освен това се получава реакцията на подкиселяване на нитрити до нитрати: KNO 2 + O> KNO 3 + 15,5 kcal / mol.

Денитрификациявъзниква, когато при анаеробни условия микроорганизмите използват кислорода на нитратите за окисляване на различни вещества с освобождаване на азот от тях. Най-голямата роля в денитрификацията принадлежи на бактериите Pseudomonas.В сладките, замърсени води, E. coli играе тази роля. Ешерихия коли.Известно е, че „денитрификацията почти не протича при аеробни условия, тъй като в присъствието на свободен кислород е енергийно по-изгодно за организмите да го използват като акцептор на електрони при окисляването на органични вещества, отколкото кислорода, свързан в нитратите. Въпреки това, в хидросферата има огромни площи с анаеробни условия, благоприятни за денитрификация - те се наблюдават навсякъде, където органичната материя се доставя повече от кислорода, необходим за тяхното биологично окисление. Такива зони включват хиполимниона на еутрофни езера, блата и тези места, където има голям приток на органична материя ”(Константинов, 1979: 336–337).

Амонификация- Това е разлагането на органични вещества до амонячни азотни съединения. Този процес протича например в почвата под действието на амонифициращи бактерии по схемата: Протеини, хумусни вещества> Аминокиселини> Амиди> Амоняк.

Амонификацията се извършва от аеробни и анаеробни бактерии. Амонификацията произвежда органични киселини, алкохоли, въглероден оксид и амоняк. След това тези вещества се превръщат във вода, водород, метан. Амонякът частично реагира с органични и минерални киселини (въглеродна, азотна, оцетна и др.).

3. Функция за концентрация... Проявява се в способността на живите организми да натрупват различни химични елементи, включително микроелементи, от външната среда (почва, вода, атмосфера). Обикновено най-голям дял в състава на живата материя заема кислородът (65–70%) и водородът (10%). Останалите 2025% са представени от различни елементи с общ брой над 70. Има организми, които имат способността преференциално да натрупват отделни химични елементи в големи количества спрямо състава на земната кора и литосферата. Освен това в състава на животинските организми се открива много по-високо съдържание на Na, Ca, P, N, S, F, Cl, Zn, отколкото в растенията. Следователно геохимичната роля на флората и фауната има свой специфичен характер. Има химични елементи - биофили, без които жизнената дейност на организмите е невъзможна. Това са C, H, O, N, P, S, Cl, J, B, Cs, Mg, K, Na, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, Co, Se.

4. Разрушителна функция... Борбата за храна като източник на енергия и хранителни вещества не се ограничава само до знак на живите.

5. Екскреторна и разрушителна- също толкова важни функции на живите организми. Възможно е да се формулира закон, според който нито един организъм не може да съществува в средата на своите секрети (метаболити) и труповете на своите предци. Ако не бяха процесите на разлагане на органичната материя до минерална, тогава организмите щяха да загинат от отравяне със своите секрети и от „трупните отрови“ на своите предци. Благодарение на огромното биоразнообразие на живата материя тази функция е балансирана и където се въвеждат монокултури (агроценози), тази част от пространството се характеризира с изключителна нестабилност. Поради това природата отхвърля монокултурата. Ето защо запазването на биогеоценозите в първоначалния им вид е жизненоважна задача за човек, който с нахлуването в съобщества (риболов, лов, обезлесяване и др.) измества баланса им не към по-добро. Ясно е, че околната среда се освобождава от метаболити поради действието на други фактори – температури, химични агенти. Някои се измиват от почвата и се отвеждат в океана от речния отток. Въпреки това ролята на живата материя в този процес е от първостепенно значение. Може да се предположи, че агресивният ефект на алкохола върху организма на животните и хората се обяснява с факта, че в зората на формирането на живите същества алкохолът е бил единствените елементи на екскреция на микроорганизми, които съществуват в анаеробните процеси (ефектът на ферментация). Следователно тези отпадни продукти на първичните организми не биха могли в процеса на еволюция да се превърнат в друг (необходим) източник на енергия за нашето тяло. Следователно той (алкохолът) е отрова за живите системи. В допълнение към гореспоменатите функции на живата материя трябва да се характеризира още една - това е скоростта на разпространението му по планетата. Какво се има предвид?

Живата материя се характеризира не само с биомаса, видово разнообразие, но и с геохимична енергия, тоест със способността да се движат химически елементи в биосферата. Възможността да се оцени тази роля количествено беше предложена от V.I.Vernadsky. Той предложи скоростта на предаване на живота, определена от скоростта на възпроизвеждане, да се разглежда като единица геохимична енергия. И така, скоростта на разпространение на живота (V) може да се изчисли по формулата:

V= (13963.3?) / LgN max,

където? - индикатор за прогресията на размножаването на даден вид, - стационарен брой индивиди от вид или друга систематична единица, когато запълва земната повърхност (5,1 108 km 2), 13963,3 е стойността, получена чрез разделяне на стационарния брой на 365.

Освен това е необходимо да се вземе предвид максималното разстояние, на което животът може да се разпространява, равно на земния екватор (40 075 721 m). Трябва да се има предвид следния факт: геохимичната енергия на живота зависи от скоростта на размножаване на организмите – не като автономен биологичен процес, а в съответствие със свойствата на биосферата – планетарен феномен.

Например, потомството на една бактерия е в състояние да улови повърхността на цялата планета само за 1,47 дни, "разпространявайки се" със скорост от 33,1 m / s. За индийски слон тази скорост ще бъде 0,09 cm / s. За да възпроизведат маса от бактерии, равна на масата на земната кора с безпрепятствено размножаване, бактериите се нуждаят от само 1,6 дни, зелените водорасли - 24,5 дни, слоновете - 1300 години (Чернов и др., 1997: 8-9).

Живата материя на земята е представена от биомасата на растения, животни, бактерии и гъби. В състава на зообиомасата основният дял (90–99,5%) се пада на безгръбначни животни и може да достигне 105 kg / km 2. Биомасата на безгръбначните животни е особено висока в черноземни и ливадни почви. Ако сравним фитомасите на дървесни и ливадни съобщества, тогава дървесните доминират общо, но по отношение на биологичната активност, най-голямата продуктивност през годината, най-голям ефект при образуването на хумус и почвеното плодородие принадлежат не на многогодишните дървесни образувания растителност, но до образувания от тревиста растителност. Именно тревните съобщества с техния бързо протичащ жизнен цикъл и мощни коренови системи осигуряват образуването на високо съдържание на хумус в почвите и образуването на почви с високо плодородие, като чернозем, ливадни и заливни почви. Механизмът на това явление може да се обясни с факта, че в биотата (по еволюционен път) се е формирала важна закономерност.

Така например, колкото по-голям е размерът на организмите, толкова по-малък е броят на техните видове, толкова по-малък е броят на техните индивиди и толкова по-дълъг е животът им. Обратно, с намаляване на размера на организмите, броят на техните видове и броят на индивидите се увеличава изключително много, но продължителността на живота на отделните индивиди се намалява значително.

Наистина, достатъчно е да се сравнят показателите на динамиката на броя на калуга, белуга или хамсия, хамсия и хамсия сред водните организми и сред сухоземните животински популации - тигри и мишеподобни гризачи и др., за да се убедим валидността на това правило.

Много функции са присъщи на биосферата, но енергийната е една от централните. Трудно е да си представим външния вид и състава на биотата без тези посредници между Слънцето и други представители на органичния свят. Именно растенията играят основна роля в „преизлъчването“ на слънчевата енергия към крайните консуматори – хетеротрофните животни. Въпреки това, еволюцията, или по-скоро, законите на движението на материята (термодинамичните закони) са "подредени" така, че на всяко трофично ниво (правило от десет процента) има неизбежни загуби на част от нея.

Каква е причината за това явление?

Нека се опитаме да отговорим на този въпрос в следващата глава.

<<< Назад

Напред >>>

Дълъг период на предбиологично развитие на нашата планета, обусловен от действието на физикохимични фактори от нежива природа, завърши с качествен скок - появата на органичен живот. От момента на появата си организмите съществуват и се развиват в тясно взаимодействие с неживата природа, а процесите в живата природа на повърхността на нашата планета са доминиращи. Под въздействието на слънчевата енергия се развива принципно нова система (планетен мащаб) - биосфера.Биосферата включва:

♦ жива материя, образувана от съвкупност от организми;

♦ биогенно вещество, което се създава в процеса на живот на организмите (атмосферни газове, въглища, варовик и др.);

♦ инертно вещество, образувано без участието на живи организми (основни скали, вулканична лава, метеорити);

♦ биоинертно вещество, което е съвместен резултат от жизнената дейност на организмите и абиогенните процеси (почвата).

Еволюцията на биосферата се дължи на три тясно свързани помежду си групи фактори: развитието на нашата планета като космическо тяло и протичащите в нейните дълбини химически трансформации, биологичната еволюция на живите организми и развитието на човешкото общество.

Границите на живота се определят от факторите на земната среда, които пречат на съществуването на живите организми. Горната граница на биосферата минава на височина около 20 км от земната повърхност и е ограничена от озоновия слой, който улавя късовълновата част на слънчевата ултравиолетова радиация, която е фатална за живота. В хидросферата на земната кора живите организми обитават всички води на Световния океан - до 10–11 км дълбочина. В литосферата животът възниква на дълбочина 3,5–7,5 km, което се дължи на температурата на земните недра и нивото на проникване на вода в течно състояние.

Атмосфера.Газовата обвивка на Земята се състои главно от азот и кислород. Съдържа малки количества въглероден диоксид (0,003%) и озон. Състоянието на атмосферата оказва голямо влияние върху физичните, химичните и биологичните процеси на земната повърхност и във водната среда. За жизненоважни процеси са особено важни следното: кислород,използва се за дишане и минерализация на мъртва органична материя; въглероден двуокис,използвани от зелените растения при фотосинтезата; озон,създаване на екран, който предпазва земната повърхност от ултравиолетова радиация. Атмосферата се е образувала в резултат на мощна вулканична и планинска дейност, кислородът се появява много по-късно като продукт на фотосинтезата.

Хидросфера.Водата е важен компонент на биосферата и необходимо условие за съществуването на живите организми. Газовете, разтворени във вода, са от голямо значение: кислород и въглероден диоксид. Съдържанието им варира в широки граници в зависимост от температурата и наличието на живи организми. Водата съдържа 60 пъти повече въглероден диоксид от атмосферата. Хидросферата се е образувала във връзка с развитието на геоложките процеси в литосферата, по време на които се отделя голямо количество водна пара.

Литосфера.По-голямата част от организмите в литосферата се намират в почвения слой, чиято дълбочина не надвишава няколко метра. Почвата се състои от неорганични вещества (пясък, глина, минерални соли), образувани при разрушаването на скалите, и органични вещества - отпадни продукти на организмите.

Жива материяв биосферата изпълняваважно е следното функции:

1. Енергийна функция – усвояване на слънчева енергия и енергия по време на хемосинтеза, по-нататъшен трансфер на енергия по хранителната верига.

2. Концентрационна функция – селективно натрупване на определени химикали.

3. Средообразуваща функция - преобразуване на физични и химични параметри на околната среда.

4. Транспортна функция - пренасяне на вещества във вертикално и хоризонтално направление.

5. Разрушителна функция - минерализация на небиогенна материя, разлагане на нежива неорганична материя.

Въпрос номер 2

Съществуването на жив организъм е невъзможно без възприемането и обработката на информация от външната и вътрешната среда. И двата процеса се осъществяват въз основа на функционирането на сензорните системи. Сетивните системи превръщат адекватните стимули в нервни импулси и ги предават на централната нервна система. На различни нива на мозъка тези сигнали се филтрират, обработват и трансформират. Този процес завършва със съзнателни усещания, представяния, разпознаване на образи и т.н.

Базиран сензорна информацияработата на всички вътрешни органи е организирана. Сензорната информация е важен фактор в поведението, адаптацията на човека към условията на живот. Също така е важно условие за активна човешка дейност и условие за формирането и развитието на личността като личност. Сензорната система се състои от три взаимосвързани отдела: периферен, проводящ и централен.

Периферната част на сензорната система (анализатор) се образува от рецептори. Рецепторите са нервни окончания или специализирани нервни клетки, които реагират на промени във външния или вътрешния свят и ги превръщат в нервни импулси. По структура рецепторите могат да бъдат прости (рецептори за обща чувствителност - допир, натиск, болка, температура - има повече от тях в тялото) и сложни (отговарят на специфични стимули, действащи върху ограничени области на човешкото тяло - рецептори за вкус, мирис, зрение, слух, баланс) ...

Жичната част на сензорната система се формира от нервни клетки, които предават информация от рецепторите към мозъчната кора.

Централен отдел на сензорната системаобразуват различни подкоркови области на мозъка, които се подчиняват на области от мозъчната кора (кортикални области), които получават информация от рецепторите.

Всички части на анализатора действат като едно цяло, нарушаването на дейността на някоя от частите води до нарушаване на функциите на анализатора.

В човешкото тяло има зрителна, слухова, обонятелна, вкусова, вестибуларна сензорна система, както и соматосензорна система (чиито рецептори са разположени главно в кожата и възприемат докосване, натиск, топлина, студ, болка, вибрации, движения в стави и мускули) и висцерална сензорна система, която получава информация от рецептори, разположени на вътрешните органи (т.е. промени във вътрешната среда на тялото).

Всяка сензорна система има чувствителност и праг на дразнене. Тя може да се адаптира към действието на постоянен стимул. Тя извършва първичен анализ на информацията на рецепторно ниво, като избира значими стимули. Последващи анализи на информацията се проверяват в нервните импулси, извършвани от централните отдели (подкоркови зони и мозъчна кора). Когато човек се приближи до кората, количеството информация рязко намалява – предотвратява се изпращането на фалшиви или маловажни сигнали към мозъка).

За нормалното възприемане на външния свят е необходимо информацията да постъпва във всички видове сензорни системи. Промяната на една сензорна система може да промени дейността на други сензорни системи.

Различни сензорни системизапочват да функционират в различни периоди на развитие. По правило към момента на раждането периферната част е напълно оформена. След раждането отделът за окабеляване се променя (миелинизацията на нервните влакна настъпва през първите месеци от живота). По-късно кортикалните части на сетивните системи узряват. Именно тяхното съзряване определя особеностите на функционирането на сетивните органи.

Концепция за анализатор

Представен е от възприемащия отдел - рецепторите на ретината на окото, зрителните нерви, проводящата система и съответните зони на кората в тилните дялове на мозъка.

Човек вижда не с очите си, а през очите, откъдето информацията се предава чрез зрителния нерв, хиазмата, зрителните пътища до определени области на тилната част на мозъчната кора, където е картината на външния свят, която виждаме. формиран. Всички тези органи изграждат нашия зрителен анализатор или зрителна система.

Наличието на две очи ни позволява да направим зрението си стереоскопично (тоест да образуваме триизмерно изображение). Дясната страна на ретината на всяко око предава през зрителния нерв "дясната страна" на изображението към дясната страна на мозъка, подобно на лявата страна на ретината. Тогава мозъкът свързва двете части на образа – дясната и лявата – заедно.

Тъй като всяко око възприема "своята" картина, ако съвместното движение на дясното и лявото око е нарушено, бинокулярното зрение може да бъде нарушено. Просто казано, очите ви ще започнат да виждат двойно или ще видите две напълно различни картини едновременно.

Структура на очите

Окото може да се нарече сложен оптичен инструмент. Основната му задача е да "предаде" правилния образ на зрителния нерв.

Основните функции на окото:

· Оптична система за проектиране на изображение;

· Система, която възприема и „кодира” получената информация за мозъка;

· Система за поддържане на живота "Сервиз".

Роговицата е прозрачната мембрана, която покрива предната част на окото. В него няма кръвоносни съдове, има голяма пречупваща сила. Той е включен в оптичната система на окото. Роговицата граничи с непрозрачната външна обвивка на окото - склерата.

Предната камера на окото е пространството между роговицата и ириса. Той е пълен с вътреочна течност.

Ирисът е оформен като кръг с отвор вътре (зеница). Ирисът е изграден от мускули, които при свиване и отпускане променят размера на зеницата. Навлиза в хороидеята. Ирисът е отговорен за цвета на очите (ако е син, това означава, че в него има малко пигментни клетки, ако има много кафяви). Изпълнява същата функция като блендата във фотоапарат, като регулира светлинния поток.

Зеницата е дупка в ириса. Неговите размери обикновено зависят от нивото на осветеност. Колкото повече светлина, толкова по-малка е зеницата.

Лещата е "естествената леща" на окото. Той е прозрачен, еластичен - може да промени формата си, почти моментално "насочвайки фокус", поради което човек вижда добре както наблизо, така и надалеч. Намира се в капсула, задържана от цилиарната лента. Лещата, подобно на роговицата, е част от оптичната система на окото.

Стъкловидното тяло е гелообразно прозрачно вещество, разположено в задната част на окото. Стъкловидното тяло поддържа формата на очната ябълка, участва във вътреочния метаболизъм. Той е включен в оптичната система на окото.

Ретината – състои се от фоторецептори (те са чувствителни към светлина) и нервни клетки. Рецепторните клетки, разположени в ретината, са разделени на два вида: конуси и пръчици. В тези клетки, които произвеждат ензима родопсин, енергията на светлината (фотоните) се превръща в електрическа енергия на нервната тъкан, т.е. фотохимична реакция.

Пръчките имат висока светлочувствителност и ви позволяват да виждате при слаба светлина, те са отговорни и за периферното зрение. Конусите, напротив, изискват повече светлина за работата си, но именно те позволяват да се видят малки детайли (отговорни за централното зрение), дават възможност за разграничаване на цветовете. Най-голямото натрупване на конуси се намира в централната ямка (макула), която е отговорна за най-високата зрителна острота. Ретината е в непосредствена близост до хороидеята, но е хлабава в много области. Именно тук има тенденция да се лющи при различни заболявания на ретината.

Склерата е непрозрачната външна обвивка на очната ябълка, преминаваща в предната част на очната ябълка в прозрачната роговица. Към склерата са прикрепени 6 окуломоторни мускула. Съдържа малък брой нервни окончания и кръвоносни съдове.

Хороидеята - очертава задната част на склерата, ретината е в съседство с нея, с която е тясно свързана. Хороидеята е отговорна за кръвоснабдяването на вътреочните структури. При заболявания на ретината много често участва в патологичния процес. В хороидеята няма нервни окончания, следователно при нейното заболяване не се появява болка, обикновено сигнализираща за някаква неизправност.

Зрителен нерв - С помощта на зрителния нерв сигналите от нервните окончания се предават към мозъка.

Очите - органът на зрението - могат да се сравнят с прозорец към външния свят. Приблизително 70% от цялата информация, която получаваме с помощта на зрението, например за формата, размера, цвета на предметите, разстоянието до тях и т. н. Зрителният анализатор контролира двигателната и трудовата дейност на човек; благодарение на зрението можем да изучаваме опита, натрупан от човечеството чрез книги и компютърни екрани.

Зрителният орган се състои от очна ябълка и спомагателен апарат. Спомагателният апарат е веждите, клепачите и миглите, слъзната жлеза, слъзните канали, окуломоторните мускули, нервите и кръвоносните съдове

Веждите и миглите предпазват очите от прах. Освен това отвежда потта от челото. Всеки знае, че човек постоянно мига (2-5 движения от векове за 1 минута). Но знаят ли защо? Оказва се, че повърхността на окото в момента на мигане се навлажнява със слъзна течност, която го предпазва от изсушаване, като в същото време се почиства от прах. Слъзната течност се произвежда от слъзната жлеза. Съдържа 99% вода и 1% сол. На ден се отделя до I g слъзна течност, която се събира във вътрешния ъгъл на окото, след което навлиза в слъзните канали, които я вкарват в носната кухина. Ако човек плаче, слъзната течност няма време да излезе през тубулите в носната кухина. След това сълзите се стичат през долния клепач и капят по лицето.

Очната ябълка се намира във вдлъбнатината на черепа – очната кухина. Има сферична форма и се състои от вътрешно ядро, покрито с три мембрани: външна - фиброзна, средна - съдова и вътрешна - ретикуларна. Фиброзната мембрана се подразделя на задната непрозрачна част - tunica albuginea, или склерата, и предната прозрачна част - роговицата. Роговицата е изпъкнало-вдлъбната леща, през която светлината навлиза във вътрешността на окото. Хороидеята се намира под склерата. Предната му част се нарича ирис и съдържа пигмента, който определя цвета на очите. В центъра на ириса има малък отвор – зеницата, която рефлекторно с помощта на гладката мускулатура може да се разширява или свива, пропускайки необходимото количество светлина в окото.

Самата хороидея е пронизана от гъста мрежа от кръвоносни съдове, които хранят очната ябълка. Отвътре слой от пигментни клетки, които абсорбират светлина, е в непосредствена близост до хороидеята, следователно светлината не се разпръсква или отразява вътре в очната ябълка.

Непосредствено зад зеницата има двойно изпъкнала прозрачна леща. Той може рефлекторно да променя кривината си, осигурявайки ясен образ върху ретината - вътрешната обвивка на окото. В ретината са разположени рецептори: пръчици (рецептори за здрач светлина, които различават светлината от тъмното) и колбички (те са по-малко чувствителни към светлина, но различават цветовете). Повечето от конусите са разположени на ретината, срещу зеницата, в макулата. В близост до това място е изходното място на зрителния нерв, няма рецептори, поради което се нарича сляпо петно.

Вътрешността на окото е изпълнена с прозрачен и безцветен стъкловиден хумор.

Възприемане на зрителни стимули... Светлината навлиза в очната ябълка през зеницата. Лещата и стъкловидното тяло се използват за провеждане и фокусиране на светлинните лъчи върху ретината. Шест окуломоторни мускула осигуряват такава позиция на очната ябълка, така че изображението на обекта да попадне точно върху ретината, върху нейната макула.

В рецепторите на ретината светлината се превръща в нервни импулси, които се предават през зрителния нерв към мозъка през ядрата на средния мозък (горните туберкули на четворката) и диенцефалона (оптичните ядра на таламуса) - до зрителния област на мозъчната кора, разположена в тилната област. Възприемането на цвят, форма, осветеност на обект, неговите детайли, започнало в ретината, завършва с анализ във зрителната кора. Цялата информация се събира тук, тя се дешифрира и обобщава. В резултат на това се формира представа за предмета.

Зрително увреждане.Зрението на хората се променя с възрастта, тъй като лещата губи своята еластичност, способността да променя кривината си. В този случай изображението на близко разположени обекти е замъглено - развива се хиперметропия. Друг зрителен дефект е късогледството, когато хората, напротив, виждат лошо далечни обекти; развива се след продължителен стрес, неправилно осветление. Миопията често се появява при деца в училищна възраст поради неправилен режим на работа, лоша осветеност на работното място. При късогледство изображението на обекта се фокусира пред ретината, а при хиперметропия - зад ретината и затова се възприема като замъглено. Вродените промени в очната ябълка също могат да бъдат причина за тези зрителни дефекти.

Късогледството и далекогледството се коригират със специално подбрани очила или лещи.

Въпрос номер 3

Адаптирането към местообитанието е от относително естество, полезно е само в онези условия, в които се е формирало исторически: по време на линеене ракът е безпомощен, плувният бръмбар може да се справи с него допълнително. Раците са с твърда хитинова покривка, която служи предимно за външен скелет.
На корема на рака има пет чифта раздвоени крайници, които служат за плуване.
Мъжките раци са много по-големи от женските и са снабдени с по-обемисти нокти. Ако внезапно има загуба на крайник,
при рак израства нов - веднага след линеене. Ноктите са предназначени за атака и защита.

Билет номер 23

Въпрос номер 1

Рационално използване на природните ресурси

Огромните запаси от природни ресурси са от голямо значение за бъдещето на републиката. Въпреки това, както знаете, тяхното развитие е затруднено от трудни природни условия. Проблемът за развитието на природните ресурси извежда на преден план въпросите за опазването на природата. Грешките, допуснати в развитието на природните ресурси, са свързани с неразумното използване на подземни недра и ресурси, разпространението на погрешното мнение, че природните ресурси са неизчерпаеми. Всичко това взето заедно доведе до нарушаване на естествения баланс. Да вземем водните ресурси, например. За републиката рационалното използване на природните ресурси е от голямо значение, тъй като новите предприятия и поливните площи изискват значителни запаси от водни ресурси. Замърсяването на реките, неразумното използване на водните ресурси, промените в хидроложкия режим на реките в резултат на човешката стопанска дейност доведоха до промени в други компоненти на природата. И така, в поливните оризови полета на Южен Казахстан почвата губи плодородния си слой и става силно засолена. Почвените промени са повлияли на разнообразието и разпространението на растителната покривка. Това превърна целия регион в зона на екологично бедствие. По време на развитието на девствени и угари почвата е била подложена на вятърна и водна ерозия.

Преди това производителността на почвата беше много по-висока, но през последните години този показател е намалял. В резултат на ветровата ерозия плодородният почвен слой се отстранява. Не са взети предвид особеностите на почвената структура на девствените земи. На песъчливи и глинести земи след 4-5 години използване почвите се засоляват и излизат от земеделска употреба. Плодородният хумусен слой намалява. Пустините и полупустините на републиката заемат 167 милиона хектара. В резултат на напояването тези площи могат да се използват като пасища. През последните години в резултат на лиманно напояване тук се постигат добри показатели. Голямо бъдеще има използването на артезиански води за напояване на пасища.

Природни ресурси на нашата република са значителни. Те осигуряват всичко необходимо за задоволяване нуждите на населението и развитие на икономиката. Но колкото и страхотни да са те, ако не се погрижите за тяхното запазване и правилно използване, те могат да се изчерпят с времето. Ето защо опазването на природните ресурси е от голямо значение.Съгласно решението на Международния съюз за опазване на природата и природните ресурси всяка страна води регистър на редки и застрашени видове животни и растения. У нас "Червената книга" е създадена през 1974г. В него са изброени 21 вида и подвида редки животни и 8 вида редки птици, които не само трябва да се опазят, но и да се вземат всички мерки за увеличаване на техния брой. Възстановените видове животни и растения са изключени от "Червената книга". Опазването на природата и рационалното използване на природните ресурси имат две насоки – държавно и национално. Държавата се определя от съответните знаци с правителствени постановления, общонационалното се осъществява чрез лично участие и чрез обществени организации.Сега е невъзможно рационално да се управлява тази или онази икономика, без да се вземат предвид взаимовръзките на всички компоненти, които съществуват в природата , тъй като нарушаването на тази връзка често води до катастрофални последици ... Разработени са редица мерки за възстановяване и обогатяване на природните ресурси. Най-масовата екологична организация е Републиканското дружество за опазване на природата, което има около 2 милиона членове и има свои клонове във всички региони на Казахстан. Една от важните мерки за опазване на природата е създаването на държавни резервати. Те защитават природата, извършват обширна изследователска работа по изучаването, възстановяването и обогатяването на природата.Казахстан в момента има седем резервата: Аксу-Джабаглински, Наур-зумски, Алмати, Барсакелмески, Кургалджински, Маркаколски, Устюрт. Започна разработването на проекта за първия национален природен парк в Казахстан. Той ще се намира в Баянаулската планина, едно от най-красивите места в републиката. Има прекрасни езера, борови гори, богата флора и фауна. Територията на бъдещия национален парк е обитавана от над 40 вида животни и 50 вида птици, някои от които са включени в „Червената книга”. Централната част на парка ще бъде защитена зона. На бреговете на езерата Джасибай и Сабиндикул ще има туристически и развлекателни комплекси, пансиони, пионерски лагери. Резерват Аксу-Джабаглински е организиран през 1962 г. Това е най-старият резерват в Казахстан. Той се простира на площ от над 74 хиляди хектара по склоновете на Талас Алатау, хребетът Угам в районите Тюлкубасски и Сайрам в района на Чимкент. Псевдонимът на резервата обхваща 4 височинни ландшафтни пояса. Най-ниският пояс, достигащ до 1500 m надморска височина, е степ със своеобразна степна растителност и фауна. На надморска височина от 1500 - 2300 m има зона на ливадно-степна и дървесно-храстова растителност. Тук виреят арча, бадемови храсти, диво грозде, диви ябълки и други представители на южните растения. От донесените тук животни тук живеят сърни, язовци, диви братя, марали и други.

Над 2000 и 2300 m има субалпийски и алпийски ливади. В този пояс няма дървесна растителност, с изключение на пълзящата туркестанска хвойна. Там живеят планински кози, снежни леопарди, мармоти, пики, а от птици - улари, чинки, алпийски чавки, брадати агнета. На територията на резервата има 238 вида птици и 42 вида бозайници. Най-ценните защитени бозайници са: архар, сибирски козирог (тау-теке), марал, ксул, месоядни – снежен леопард, петниста котка, язовец.

Най-горният пояс е алпийски със заснежени върхове и ледници. Оттам започват бурните планински реки с пенливи водопади, каскади, които се потапят в долината.

организиран през 1934 г. Разпространен е в низините в Семиозерния район на Костанайска област. Територията му обхваща 83 хиляди хектара. В резервата е запазена и проучена девствена калево-тревна степ с множество езера, по бреговете на които са запазени борови гори. Включва и боровата гора на остров Наурзум-Карагай. Това е най-южният район на разпространение на рядък солен бор. В резервата има разнообразие от бреза, която расте на зелени почви. Расте ябълковото дърво "мамус баката", което се среща в дивата природа само в Далечния изток.

Въпрос номер 2

Висшите растения са нов етап в еволюционното развитие на растителния свят. Висшите растения, за разлика от нисшите, имат деления на тялото на вегетативни органи: корен, листа и стъбло. Структурата на вегетативните органи се основава на разнообразие на тъкани.

Всички висши растения, като правило, са земни обитатели, но сред тях има и обитатели на водни тела.По начина на хранене повечето висши растения са автотрофи

Развитието на висшите растения се характеризира с две фази, които се редуват една с друга: гаметофит и спорофит гаметофит- половото поколение, върху което се образуват многоклетъчни репродуктивни органи - антеридии" и архегонии на антеридии - овални или сферични тела, чиято външна стена е покрита с един или повече редици стерилни клетки от тях. Сперматозоидните генни клетки се развиват в антеридии , от които след това възникват мъжки гамети - подвижни сперматозоиди -tozoons По време на съзряването антеридиите се спукват, а след това сперматозоидите излизат и те активно се движат във водата и плуват до архегониите. архегония -колбовидни тела, състоящи се от долната разширена част - корема и горната стеснена - шийката Външно архегониумът е заобиколен от стерилни клетки, които го предпазват от изсъхване.върхът се отваря.През слузта спермата преминава в корема на архегония, където се слива с яйцеклетката, се извършва оплождане.

В процеса на еволюция на висшите растения се извършва постепенно опростяване (намаляване) на антеридиите и архегонията. Например, при покритосеменните (цъфтящи растения) от архегонията е останала само яйцеклетка, която се развива в ембрионалната торбичка (женски гаметофит).

Спорофит- безполово поколение, върху което се образуват органите на безполово размножаване - спорогония, при която се образуват хаплоидни спори чрез редукционно делене Спорите във висшите растения могат морфологично да бъдат в еднакви или различни малки по размер спори, наречени микроспори, и големи - мегаспори C микроспорите развиват мъжки гаметофит, а от мегаспора - женски хаплоиден гаметофит. Преходът от аплоидно състояние в диплоидно състояние става по време на оплождането и образуването на диплоидна зигота, от която се развива спорофитерофит.

Еволюцията на висшите растения, в допълнение към бриофитите, се характеризира с тенденция към преобладаване и подобряване на спорофита с едновременно намаляване на гаметофита

Висши растенияразделена на:

Висши спорови растения(снимка 50):

o отдел Бриофити, или мъхове (25 хиляди вида; в Украйна - около 800 вида);

o Отдел Плауни или Плауни (400 вида);

o отдел Хвощ или Хвощ (32 вида);

o Отдел папрати, или папрати (10 хиляди вида) Висши семенни растения:

o отдел Цъфтящ или цветен (250 хиляди вида)

Характеристики на висшите спорови растения. Разхождайки се през гората, несъмнено видяхте коренови розетки от големи листа на папрат и нежни зелени стръкове мъх върху повърхността на влажната почва. В зеленчуковите градини, наред с други плевели, често расте хвощ, подобен на малки борове. В близост до водоеми или в блата сред тревите можете да намерите пълзящи стъбла на ликопи, покрити с малки листа.

Ако погледнете листата на папрат отдолу, можете да видите малки кафяви подутини. Те съдържат органи на безполово размножаване - спорангии (от гръцки спор и ангион - вместилище). Там се образуват и узряват спорите. При мъховете спорите се образуват в кутия на крака, а при хвощовете и лимфоидите спорангиите са разположени върху модифицирани листа на специални спороносни издънки, наподобяващи класчета. Способността на тези растения да се размножават чрез спори и определя тяхното име - "висши спорови растения" (нали си спомняте, че водораслите могат да се размножават и чрез спори). Към висшите спороподобни растения се отнасят представители на отделите Мъховиден, Плауниформен, Хвощ и Папратоподобен.

Характеристики на възпроизвеждане и разпространение. В жизнения цикъл на висшите спорови растения, подобно на някои групи водорасли, има редуване на представители на различни поколения, размножаващи се безполово и полово. Жизненият цикъл е периодът между едни и същи фази на развитие на две или повече от едни и същи поколения. Жизненият цикъл осигурява непрекъснатостта на съществуването на определен тип организъм.

Индивидите от безполовото поколение образуват спори. От спорите на свой ред се развиват индивиди от половото поколение, които образуват женски и мъжки полови органи. В тях се развиват съответно женски и мъжки гамети - яйца и сперматозоиди. По време на оплождането във висшите спорови растения подвижните сперматозоиди проникват в неподвижни яйцеклетки. В този случай сперматозоидите се освобождават във външната среда. Те се движат, използвайки вода за това, и проникват в женския полов орган, където се намира яйцеклетката. От оплодено яйце се развива ембрион. Покълва и се превръща в безполово поколение, което се възпроизвежда чрез спори. Вижте фигури 37 и 41. Както можете да видите, индивидите от сексуалното и асексуалното поколения се различават значително един от друг.

Така мъховете, папратите, хвощовете и лугата, наречени висши спорови растения, се разпространяват чрез спори и се характеризират с редуване в жизнения си цикъл на безполово и полови поколения.

Висшите спорови растения са често срещани при различни климатични условия, но повечето растат във влажни зони, тъй като се нуждаят от вода за сексуално размножаване. Въпреки това, някои видове от тези растения се срещат дори в пустини.

Подцарството на висшите растения обединява многоклетъчни растителни организми, чието тяло е разчленено на органи - корен, стъбло, листа. Техните клетки са диференцирани в тъкани, специализирани и изпълняват специфични функции.

Според метода на размножаване висшите растения се делят на спорови и семенни. Споровите растения включват мъхове, мъхове, хвощ, папрати.

Мъховете са една от най-древните групи висши растения. Представителите на тази група са най-просто подредени, тялото им е разчленено на стъбло и листа. Те нямат корени, а в най-простите - чернодробни мъхове, дори няма разделение на стъбло и листа, тялото прилича на талус. Мъховете се прикрепят към субстрата и изсмукват вода с разтворени в нея минерали с помощта на ризоиди – израстъци на външния слой на клетките. Това са предимно многогодишни растения с малък размер: от няколко милиметра до десетки сантиметра (фиг. 74).

Ориз. 74. Мъхове: 1 - маршируващи; 2 - кукувич лен;
3 - сфагнум

Всички мъхове се характеризират с редуване на поколенията полов (гаметофит) и безполов (спорофит), като хаплоидният гаметофит преобладава над диплоидния спорофит. Тази особеност рязко ги отличава от другите висши растения.
На листно растение или талус в гениталиите се развиват полови клетки: сперма и яйца.
Оплождането става само в присъствието на вода (след дъжд или пълноводие), по която се движат сперматозоидите. От получената зигота се развива спорофит - спорогон с кутийка на крака, в който се образуват спори. След узряване капсулата се отваря и спорите се разпространяват от вятъра. Когато е във влажна почва, спората покълва и дава началото на ново растение.
Мъховете са доста често срещани растения. В момента има около 30 хиляди вида от тях. Те са непретенциозни, издържат на тежки студове и продължителна топлина, но растат само на влажни сенчести места.
Тялото на чернодробните мъхове рядко се разклонява и обикновено е представено от листоподобен талус, от задната част на който се простират ризоиди. Заселват се върху скали, камъни, стволове на дървета.
В иглолистни гори и блата можете да намерите мъх - кукувичков лен. Стъблата му, покрити с тесни листа, растат много гъсто, образувайки плътни зелени килими върху почвата. Кукувичкият лен е прикрепен към почвата чрез ризоиди.
Кукушкин лен е двудомно растение, тоест някои индивиди развиват мъжки полови клетки, докато други развиват женски полови клетки.
На женските растения след оплождането се образуват капсули със спори.

Белите или сфагновите мъхове са много разпространени.
Натрупвайки голямо количество вода в тялото си, те допринасят за преовлажняване на почвата. Това се дължи на факта, че листата и стъблото на сфагнума, заедно със зелените клетки, съдържащи хлоропласти, имат мъртви, безцветни клетки с пори.
Именно те поглъщат вода 20 пъти повече от масата си. Ризоидите на сфагнума отсъстват. Той е прикрепен към почвата от долните части на стъблото, които, постепенно отмиращи, се превръщат в сфагнум торф. Достъпът на кислород до торфа е ограничен, освен това сфагнумът отделя специални вещества, които предотвратяват развитието на бактерии. Следователно различни предмети, хванати в торфено блато, мъртви животни, растения често не гният, но са добре запазени в торфа.
За разлика от мъховете, другите спорови мъхове имат добре развита коренова система, стъбла и листа. Преди повече от 400 милиона години те доминираха сред дървесните организми на Земята и образуваха гъсти гори. В момента това са няколко групи предимно тревисти растения. В жизнения цикъл преобладаващото поколение е диплоидният спорофит, върху който се образуват спори. Спорите се пренасят от вятъра и при благоприятни условия покълват, образувайки малък надраст – гаметофит. Това е зелена пластина с размери от 2 мм до 1 см. Върху израстъка се образуват мъжки и женски гамети - сперматозоиди и яйцеклетка. След оплождането от зиготата се развива ново възрастно растение, спорофит.
Плауните са много древни растения. Учените смятат, че те са се появили преди около 350-400 милиона години и са образували гъсти гори от дървета с височина до 30 м. В момента има много малко от тях и това са многогодишни тревисти растения. По нашите географски ширини най-известна е клубовидната лира (фиг. 75). Среща се в иглолистни и смесени гори. Стъблото на лимфоида, пълзящ по земята, е прикрепен към почвата чрез странични корени.
Малки шиловидни листа плътно покриват стъблото. Плауните се размножават вегетативно - чрез участъци от издънки и коренища.

Ориз. 75. Папратовидни: 1 - хвощ; 2 - плуг;
3 - папрат

Спорангиите се развиват върху изправени издънки, събрани под формата на класчета. Узрелите малки спори се пренасят от вятъра и позволяват на растението да се размножава и разпространява.
Хвощът е дребно многогодишно тревисто растение. Имат добре развито коренище, от което се простират множество придатъчни корени.
Съединените стъбла, за разлика от стъблата на лимфоидите, растат вертикално нагоре, страничните издънки се простират от основното стъбло.
Върховете на много малки люспести листа са разположени на стъблото. През пролетта върху зимуващите коренища израстват кафяви пролетни издънки със спороносни класове, които отмират след узряването на спорите. Летните издънки са зелени, разклонени, фотосинтезират и съхраняват хранителни вещества в коренищата, които презимуват, а през пролетта образуват нови издънки (виж фиг. 74).
Стъблата и листата на хвоща са жилави, наситени със силициев диоксид, така че животните не ги ядат. Хвощът вирее главно в полета, ливади, блата, по бреговете на водоеми, по-рядко в борови гори. Като лечебно растение се използва хвощ, трудно унищожаем плевел от полските култури. Поради наличието на силициев диоксид, стъблата на различни видове хвощ се използват като полиращ материал. Блатният хвощ е отровен за животните.
Папратите, като хвощ и балуни, са процъфтяваща група растения през периода на карбона. Сега има около 10 хиляди вида, повечето от които са често срещани в тропическите гори. Размерите на съвременните папрати варират от няколко сантиметра (треви) до десетки метри (дървета от влажните тропици). Папратите от нашите географски ширини са тревисти растения със скъсено стъбло и перасти листа.
Под земята има коренище - подземен летораст. От пъпките му над повърхността се развиват дълги, сложни перасти листа - реси.
Имат апикален растеж. От коренището се простират множество допълнителни корени.
Листата на тропическите папрати достигат дължина до 10 m.
В нашия район най-разпространени папрати са папрати, мъжки и др. През пролетта, щом почвата се размрази, от коренището израства съкратено стъбло с розетка от красиви листа. През лятото от долната страна на листата се появяват кафяви туберкули – соруси, които представляват гроздове от спорангии. В тях се образуват спорове.
Младите листа на мъжката папрат се използват от хората за храна, като лечебно растение. Листата от калина се използват за украса на букети. В тропическите страни някои видове папрат се отглеждат в оризови полета, за да обогатят почвата с азот. Някои от тях са се превърнали в декоративни, оранжерийни и стайни растения, като нефролепис.

Въпрос No3 Отговор в Билет No5 Въпрос No3

Билет номер 24

Въпрос номер 1

Въпрос номер 2

Птиците са силно организирани гръбначни животни, чието тяло е покрито с пера, а предните крайници са превърнати в крила. Способността да се движат във въздуха, топлокръвността и други характеристики на структурата и жизнената дейност им дадоха възможност да се заселят широко на Земята. Видовете птици са особено разнообразни в тропическите гори. Общо има около 9000 вида.

Това е високоспециализиран и широко разпространен клас висши гръбначни животни, който е прогресивна линия от влечуги, които са се приспособили към полет.

Приликата на птиците с влечугите се доказва от общи признаци:

1) тънка кожа, бедна на жлези;

2) силно развитие на рогови образувания по тялото;

3) наличие на клоака и други.

Някои от прогресивните черти, които ги отличават от влечугите, включват:

а) по-високо ниво на развитие на централната нервна система, което определя адаптивното поведение на птиците;

б) висока (41-42 градуса) и постоянна телесна температура, поддържана от сложна система за терморегулация;

в) перфектни репродуктивни органи (гнездене, инкубиране на яйца и хранене на пилета).

Благодарение на способността да акумулира слънчева енергия и да я преобразува в енергията на химичните връзки на органичните вещества на растенията и други свойства, биосферата изпълнява редица фундаментални биогеохимични функции от планетарен мащаб, основните от които са енергийна и екологична.

1. Енергийна функциябиосферата се състои в поглъщане на разсеяната лъчиста слънчева енергия от електромагнитно естество. Тази функция е свързана с храненето, дишането, размножаването и други жизненоважни процеси на организмите. Биосферата е в състояние да променя и поддържа определен газов състав на местообитанието и атмосферата като цяло. Почти 99% от тази енергия се абсорбира от атмосферата, хидросферата и литосферата, а само около 1% се усвоява от растенията в процеса на фотосинтеза и се превръща в концентрирана енергия на химичните връзки на органичните вещества. Тази енергия се предава на други организми по хранителната верига.

Реакцията на фотосинтеза с използване на въглероден диоксид, вода в обща форма се изразява с уравнението

В процеса на фотосинтеза, едновременно с натрупването на органична материя и производството на кислород, растенията усвояват част от слънчевата енергия и я задържат в биосферата. Всяка година растенията на нашата планета свързват около 3 x 10 18 kJ слънчева енергия, което е около 10 пъти повече от енергията, използвана от хората.

Растенията се ядат от тревопасни животни, които от своя страна стават жертва на хищници и т.н. Този последователен и подреден поток на енергия е следствие от енергийната функция на живата материя в биосферата.

2. Функция за формиране на околната среда.Биосферата е цялостна система, в която всички елементи са взаимосвързани и взаимодействат. В тази система централна роля играят живите организми, които са генетично свързани и формират всички структурни елементи на биосферата поради своята минала или настояща дейност. Физическата и химическата среда около живите организми е променена поради тяхното функциониране до такава степен, че биохимичните и абиотични процеси са неразделни. В резултат на взаимното си влияние живите организми трансформират местообитанието и го поддържат в такова състояние, което осигурява съществуването им в глобалната циркулация на биогенни химични елементи.

Глобалната биотична циркулация се осъществява с участието на всички организми, обитаващи планетата. Състои се в циркулацията на вещества между почвата, атмосферата, хидросферата и живите организми. Благодарение на биотичната циркулация е възможно дългото съществуване и развитие на биосферата при ограничено снабдяване с химични елементи. С прекратяването на регулаторното взаимодействие на биотата, физически нестабилната среда бързо (след около 10 хиляди години) ще премине в стабилно състояние, при което животът е невъзможен (както на Марс или Венера).

Изпълнявайки функциите на формиране на околната среда, живите организми контролират състоянието на околната среда и изпълняват следните биохимични функции: газова, концентрация, редокс, разрушителна.

Газова функциясе състои в участието на живите организми в миграцията на газовете и техните трансформации. В зависимост от въпросните газове се разграничават няколко газови функции:

а) функция кислород-въглероден диоксид- създаването на по-голямата част от свободния кислород на планетата в резултат на процеса на фотосинтеза, осъществяван от зелени растения на слънчева светлина. В резултат на фотосинтезата растителността на зеления свят отделя годишно около 145 милиарда тона свободен кислород в атмосферата и поглъща около 200 милиарда тона въглероден диоксид от атмосферата, докато се образуват повече от 100 милиарда тона органична материя;

б ) функция на въглероден диоксид- образуването на въглероден диоксид в резултат на дишането на животни, растения, гъби и бактерии:

v) функция на озона- образуване на озоновия слой от биогенен кислород под действието на кратко UV лъчение:

Изпълнението на тази функция доведе до образуването на защитен озонов слой, който предпазва живите организми от разрушителното въздействие на слънчевата радиация;

ж) азотна функция- създаване на по-голямата част от свободния азот в тропосферата поради освобождаването му от азот-денитрофиращи бактерии по време на разлагането на органичната материя.

В резултат на това се наблюдава постепенно намаляване на съдържанието на въглерод и неговите съединения, предимно въглероден диоксид, в атмосферата от десетки процента до съвременните 0,03%. Същото се отнася и за натрупването на кислород в атмосферата, образуването на озон и други процеси.

Газовата функция на живата материя е свързана с два критични периода в развитието на биосферата. Първият период се отнася до времето, когато съдържанието на кислород в атмосферата достига 1% от сегашното си ниво. Това доведе до появата на първите аеробни организми, способни да живеят само в среда, съдържаща кислород. Оттогава процесите на редукция започват да се допълват от окислителни. Това се случи преди около 1,2 милиарда години.

Вторият повратен момент е свързан с времето, когато концентрацията на кислород достига около 10% от текущото ниво. Това създава условия за синтез на озон и образуване на озоновия слой в горните слоеве на атмосферата, което дава възможност на организмите да усвояват сушата. Преди това функцията за защита на организмите от вредни ултравиолетови лъчи се изпълняваше от вода, под слоя на която животът беше възможен.

Поради изпълнението на газовите функции от живата материя по време на геоложкото развитие на Земята се е развила съвременна атмосфера с високо съдържание на кислород и ниско съдържание на въглероден диоксид, както и умерени температурни условия (Таблица 2.5).

Таблица 2.5

Сравнителни характеристики на Марс, Венера и Земята и хипотетичната Земя без жива материя

Функция за концентрация.Преминавайки през тялото си на големи обеми въздух и естествени разтвори, живите организми извършват биогенна миграция и концентрират химични елементи и техните съединения. В процеса на еволюция живите организми са се научили да извличат нужните им вещества от разредени водни разтвори, умножавайки концентрацията им в телата си.

Редокс функцияживите организми е тясно свързана с биогенната миграция на елементите и тяхната концентрация. Много вещества в природата са много стабилни и не се окисляват при стандартни условия. Например, атмосферният азот (N 2) е най-важният биогенен елемент, който е част от хранителните вещества на амониеви йони NH 4 + и нитрати NO 3 _. Но молекулярният азот не се окислява при нормални условия: този процес се осъществява от ензими (катализатори) на някои живи организми (нитрифициращи бактерии). С помощта на живата материя се извършват много редокс процеси във всички геосфери.

И така, окислителната функция се проявява в окисляването с участието на бактерии, гъбички на всички бедни на кислород съединения в почвата, кората на изветряне и хидросферата. В резултат на понижаващата активност на анаеробните микроорганизми се образуват окислени форми на желязо в преовлажнени почви, които практически са лишени от кислород.

Разрушителна функция- унищожаване от организми и продукти от тяхната жизнена дейност както на остатъци от органична материя, така и на вещества от органична природа. Най-значима роля в това играят нисшите форми на живот - гъбички, бактерии (детритозахранващи, разложители). Последният етап от разрушителната функция на живата материя на биосферата е превръщането на мъртвата органична материя в неорганична, в резултат на което се повишава плодородието на почвата.

• 3.Транспортна функция- пренасянето на материя и енергия в резултат на движението на живите организми. Често това прехвърляне се извършва на огромно разстояние, например по време на полет на птици.
• 4. Информационна функция.Живите организми са в състояние да възприемат, съхраняват и обработват молекулярна информация и да я предават на следващите поколения.
• 5. Функция на разсейване- разпръскване на вещества в околната среда. Проявява се чрез трофичната и транспортна дейност на организмите, например разпръскване на токсични вещества, разпръскване на вещества, когато се отделят от организмите.

В резултат на изпълнението на изброените функции биотата на екосферата формира и контролира състоянието на околната среда, т.е. резултатът от тези функции е цялата природна среда.

Живите организми непрекъснато се раждат и умират, в тях протичат метаболитни процеси. За разлика от неживата (инертна) природа, биосферата е гигантско химическо растение, което превръща огромни маси от неорганична материя в органична материя. Това е най-важното свойство на биосферата, която е съществен компонент от живота на Земята като планета. Биосферата действа като енергиен щит между Земята и космоса и преобразува значителна част от космическата, главно слънчева енергия, доставяна на Земята, в ниско- и високомолекулна органична материя.

Живите организми са функция на биосферата и са тясно свързани с нея материално и енергийно. Те са огромна геоложка сила, която влияе върху функционирането на биосферата. В резултат на метаболитните процеси се променят не само самите организми, но и абиотичната среда около тях.

По този начин биосферата може да се определи и като сложна динамична система, която улавя, акумулира и пренася енергия чрез обмен на вещества между живата материя и околната среда.

Известният руски биолог Н. В. Тимофеев-Ресовски каза, че нормално функциониращата биосфера на Земята не само снабдява човечеството с храна и ценни органични суровини, но и поддържа газовия състав на атмосферата и разтворите на природните води в равновесно състояние. Подкопаването от човек (качествено и количествено) на работата на биосферата, следователно, не само ще намали производството на органична материя на Земята, но и ще наруши химическия баланс в атмосферата и естествените води.

Познаването на законите на биосферата и нейните функционални единици (екосистеми) е важно не само за характеристиките на сегашното й състояние, но и за бъдещето на нашата планета, бъдещето на човечеството, тъй като днес земната повърхност е престанала да бъде само естествено образувание. Чрез своята дейност човекът създава нова изкуствена обвивка на Земята – ноосферата.

Както отбеляза В. И. Вернадски, биогеохимичната роля на човека през последните векове значително надмина ролята на други, дори най-биогеохимично активни организми. В същото време използването на природните ресурси става без да се отчитат моделите на развитие и функциониране на биосферата.

Човекът е първият жител на Земята, който наистина заплашва почти всички свои съседи на планетата и дори самото съществуване на биосферата, която го е родила. Развитието на човечеството беше придружено от унищожаване на местообитанията на организмите, промяна в природните ландшафти и нарастващата експлоатация на биологичните ресурси.

От древни времена човекът добива и използва различни минерали за своите нужди. С развитието на научно-техническия прогрес обемите на добив на минерали се увеличават и броят на техните видове се увеличава. Ако в древната ера са добивани и използвани от човечеството само 19 елемента, то в началото на XXI век. използвани са всичките 89 химически елемента, съдържащи се в земната кора. Увеличава се и скоростта на добив на минерали. По този начин световното производство и потребление на руди от цветни метали са се увеличили няколко пъти през последните 25 години. Запасите на повечето минерали, намиращи се в земната кора, са ограничени и в крайна сметка могат да изчезнат напълно. Намаляването на запасите от суровини вече кара човек да търси заместител на един или друг минерал. Добивът на минерали по време на разработването на находища, като правило, е придружен от гигантски загуби на природни площи поради несъвършени технологии за добив, желание за намаляване на разходите и т.н. Но най-важното е растенията, животните, почвата, т.е. естествените екосистеми. нарушено.

Човекът започва да използва речните води в зората на цивилизацията, когато се появява поливното земеделие. В момента се изграждат язовири и водоеми за водоснабдяване, напояване на земеделски земи, производство на електроенергия, подобряване работата на водния транспорт и рибовъдство. Всичко това нарушава стабилността на водните екосистеми, води до тяхната промяна, а понякога дори и смърт (например екологичната катастрофа на Аралско море).

Понастоящем процесът на деградация на биосферата придоби тревожен мащаб, а биологичното разнообразие на видовете намалява. Днес по един вид живи същества изчезва всеки ден. До края на 20-ти век тропическите гори са загубили 15-20% от своята фауна и флора.

От началото на XX век. и към днешна дата количеството енергия, изразходено за единица селскостопанска продукция в развитите страни, се е увеличило с 8-10 пъти, на единица промишлена продукция - с 10-12 пъти, а тъй като обемът на производството също се е увеличил рязко, количеството енергия, необходимо за този период, се е увеличило стотици пъти.

Това обаче не може да продължи безкрайно, тъй като съществува заплаха от енергийна и топлинна криза (т.е. прегряване на повърхностната атмосфера в резултат на производство на енергия в количество, което значително надвишава естественото разсейване на земната топлина). Но дори използването на неизчерпаеми енергийни източници в бъдеще, които почти не добавят топлина към биосферата, не предоставя възможност за неограничено развитие на материалното производство, тъй като всяко нарушение на взаимовръзките в екосистемите означава нарушение на енергийните потоци.

Така че в момента човечеството генерира около 0,02% от енергията, която идва на Земята със слънчевите лъчи, и само малко по-малко, отколкото идва от дълбините на Земята. Това е много.

В екологията има правилото 1%: промяна в енергията на екосистемата с повече от 1% (а понякога и по-малко) я извежда от баланс. Всички най-мощни геоложки и климатични явления на Земята - вулканични изригвания, тайфуни и циклони - имат обща енергия не повече от 1% от енергията на слънчевата радиация, навлизаща в повърхността на планетата. Дори цялата растителна покривка на Земята натрупва енергия в рамките на една година, която не надвишава тази стойност. Нарушаването на енергията на биосферата с повече от 1% може да доведе до рязко увеличаване на ентропията на биосферата и следователно до нейната смърт поради термодинамична криза. В момента човечеството вече се е приближило до тази граница и по-нататъшното развитие изисква фундаментални промени в използването на природните ресурси.

Човечеството е част от биосферата и се различава от останалите компоненти на биосферата по това, че оказва все по-голямо влияние върху нея. По отношение на мащаба това влияние, особено през последните години, е най-значимо в сравнение с всички известни фактори. Това е т.нар антропогенен фактор.Понякога, заедно с антропогенния фактор, се нарича техногенен фактор- въздействието върху биосферата на развитието на технологиите, различни технологии.

Известният американски еколог Б. Комонър изложи редица положения, които характеризират свойствата и функциите на биосферата в обобщен вид и които той шеговито нарече „законите на екологията“.

Първият закон („Всичко е свързано с всичко“) отразява най-сложните мрежи от взаимоотношения в биосферата. Този закон предупреждава човек срещу обривно излагане на определени части от биосферата, което може да доведе до непредвидени последици. Така изграждането на водноелектрически централи в равнината води до наводняване на голяма площ (изкуствено море). Това води до промяна не само в природния ландшафт, но и в климата в този и съседните региони, а понякога и до смъртта на естествените екосистеми.

Вторият закон („Всичко трябва да отиде някъде“) следва от основния закон за запазване на материята. Този закон ни позволява да разгледаме проблема с отпадъците от материалното производство по нов начин. Огромните количества вещества, извлечени от Земята, се трансформират в нови и се разпръскват в околната среда, без да се отчита фактът, че „всичко трябва да отиде някъде“. И като резултат - планини от вещества (боклук), където в природата никога не са били и не трябва да бъдат.

Третият закон („Природата знае най-добре“) предполага, че структурата на съвременните живи организми е най-добрата, тъй като те са били внимателно подбрани от неуспешни варианти в продължение на милиони години на еволюция. Опитът за създаване на нов вариант ще бъде неуспешен, т.е. този вариант ще бъде по-лош от съществуващия. Този закон изисква задълбочено изследване на природните екосистеми и съзнателно отношение към преобразуващите дейности. Без точно познаване на последствията от преобразуването на природата не се допуска никакво подобрение.

Четвъртият закон („Нищо не се дава безплатно“) обединява предишните три закона, тъй като биосферата като глобална екосистема е едно цяло, в което нищо не може да бъде спечелено или загубено и следователно не може да бъде обект на общо подобрение. Всичко, което е извлечено от него от човечеството, трябва да бъде възстановено. Всяка природна система може да се развива само чрез използване на материални, енергийни и информационни възможности на околната среда.

Петият закон („Не е достатъчно за всички“) идва от закона за ограничените ресурси или „закона за постоянство на живата материя“ (VI Вернадски) - количеството жива материя в биосферата за даден геоложки период е постоянна стойност . Следователно значително увеличение на броя и масата на всякакви организми в глобален мащаб може да се случи само поради намаляване на броя и масата на други организми. „Не е достатъчно за всички“ е източникът на всички форми на конкуренция в природата и обществото.

Контролни въпроси

• 1. Дайте определението на биосферата. Съвкупността от какви фактори е довела до образуването на биосферата?
• 2. Кои фактори ограничават разпространението на живите организми в сферите на Земята?
• 3. Дайте определението на екосферата. Каква е дебелината на биосферата и екосферата?
• 4. През какъв период еволюира биосферата? Кои събития бяха повратни точки в еволюцията на биосферата?
• 5. Какви са съставът и структурата на биосферата? Дайте определението за жива, инертна, биоинертна и биогенна материя. Дай примери.
• 6. Какви свойства притежава биосферата?
• 7. Какви функции изпълнява биосферата? Кои са определящи?
• 8. Каква е същността на енергийната функция на биосферата? Какви са процесите зад тази функция?
• 9. Чрез какви процеси се поддържа постоянният състав на атмосферата?
• 10. Обяснете тезата: биосферата е централизирана система. Какъв е центърът на биосферата и защо?
• 11. Формулирайте и обяснете основните закони на екологията B. Commoner.
• 12. Дайте определението на ноосферата. Избройте основните признаци на трансформацията на биосферата в ноосфера.