В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

• - автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
• - гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
• - микотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера. Атмосфера имеет несколько слоев:

• - тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
• - стратосфера;
• - ионосфера - там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода - важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.е. в количественном отношении земная кора - это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и приповерхностном слое океана.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21 % приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99 %. Среди животных 96 % видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая часть - млекопитающие.

Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются.

Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Введение

Животные и растения, грибы и бактерии существуют не сами по себе, независимо друг от друга, а в тесном взаимодействии - влияют на проявления жизнедеятельности одних и сами зависят от других организмов.

С момента своего появления, около 3,5 млрд. лет назад, живые организмы стали оказывать значительное влияние на эволюцию земной коры и атмосферы.

Около 60 лет назад выдающийся русский ученый, академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере - оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Правильнее определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми организмами.

В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831-1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности «пространство жизни», «картина природы», «живая оболочка Земли» и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы.

Структура и функции биосферы

В составе биосферы различают:

· живое вещество, образованное совокупностью организмов;

· биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и др.);

· косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

· биокосное вещество, представляющее собой общий результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов, например почвы.

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: 1) развитием нашей планеты как космического тела и протекающими в ее недрах химическими преобразованиями, 2) биологической эволюцией живых организмов и 3) развитием человеческого общества. Изучение биосферы, ее свойств и закономерностей развития становится актуальной задачей нашего времени.

Структура биосферы

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов (рис. 1). Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и отграничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера . Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Рис. 1.

1 - уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 - граница снегов; 3- почва; 4 - животные, обитающие в пещерах; 5 - бактерии в нефтяных скважинах; 6 - придонные организмы

Гидросфера . Вода - важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км 3 воды.

Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км 3 , а количество воды в живых организмах составляет ничтожное количество по сравнению с этими цифрами -- всего 0,001 млн. км 3 . Значительные запасы воды (24 млн. км 3) содержат ледники.

Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера . Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества-- продукты жизнедеятельности организмов.

Живое вещество на Земле строго организовано. В настоящее время выделяют несколько уровней организации живой материи.

Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она нибыла организована, проявляется на уровне функционирования биополимеров (сложных органических соединений, отличающихся крупными молекулами), построенных из большого количества единиц - мономеров (исходных, повторяющихся, более просто устроенных соединений). На этом уровне начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.

Клеточный. Клетка является структурной и функциональнойединицей, а также единицей развития живых организмов. Она представляет собой саморегулирующуюся, самовоспроизводящуюся живую систему. Свободноживущих неклеточных форм жизни на Земле не существует.

Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных построению клеток и межклеточного вещества, объединенных выполнением общей функции.

Органный. Органы - это структурно-функциональные объёдинения нескольких типов тканей. Например, печень человека как орган включает эпителии и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций, в том числе синтез белков крови, желчных кислот, обезвреживание ядовитых веществ, поступающих из кишечника, накопление животного крахмала - гликогена.

Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций. Одноклеточный организм - это целостнаяживая система, способная к самостоятельному существованию.

Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенных общим местом обитания, называется популяцией. Популяция - система надорганизменного уровня. Именно здесь протекают простейшие эволюционные преобразования.

Биогеоценотический (экосистемный). Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и факторов среды их обитания, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Биосферный. Биосфера - система высшего порядка. На этомуровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на нашей планете.

Функции биосферы

Деятельность живых организмов служит основой круговоротавеществ в природе. Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Круговорот воды . Вода испаряется и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в моря и океаны (рис. 2). Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны.

Рис. 2.

Круговорот углерода . Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют углерод диоксида углерода и водород воды для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания - СО 2 - выделяется в атмосферу.

Круговорот азота . Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями. Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака. Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, затем в азотную кислоту. Некоторое количество азота, благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, поступает в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выключается из круговорота; эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулканическими газами.

Круговорот серы . Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами - сульфиды - переводятся микроорганизмами в доступную форму - сульфаты, которые и поглощаются растениями. С помощью бактерий осуществляются отдельные реакции окисления - восстановления. Глубоко залегающие сульфаты восстанавливаются до H 2 S, который поднимается вверх и окисляется аэробными бактериями до сульфатов.

Круговорот фосфора . Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы. Растения используют только часть этого фосфора; много его уносится реками в моря и снова отлагается в осадках. Хотя запасы фосфорсодержащих пород велики, придется предпринимать меры для возвращения фосфора в круговорот веществ.

В книге представлены разнообразные материалы, отражающие характер взаимосвязи между современным состоянием биосферы и экономической политикой. На основании обобщения данных, имеющихся в зарубежной и отечественной литературе, а также используя материалы собственных исследований, авторы показывают реальное положение дел в этой области. Это позволяет им присоединиться к предупреждениям специалистов о том, что возможности биотической регуляции окружающей нас среды близки к исчерпанию.

Книга предназначена для тех, кто серьезно обеспокоен проблемами в области экологии и экологической политики. Материалы книги могут быть использованы в качестве пособия для студентов биологических факультетов вузов, преподавателей биологии, экологии, а также для исследовательских проектов аспирантов и ученых, занимающихся биосферными явлениями.

В составе биосферы присутствуют вещества, которые различаются между собой по ряду признаков: природные вещества, живое вещество, биогенное вещество, косное вещество, биокосное вещество, органическое вещество, биологически активное вещество, антропогенное и вредное вещества .

Особую значимость для живых систем имеют следующие компоненты:

1) живое вещество;

2) биогенное вещество;

3) косное вещество;

4) биокосное вещество;

5) радиоактивное вещество;

6) рассеянные атомы;

7) вещество космического происхождения.

Здесь необходимо понимать, что «…биосфера – это понятие планетарное, широкое, намного превосходящее по объему поле исследования биолога, почвоведа и т. д., которое ограничивается «областью жизни». Вот почему при всей яркости термина «биосфера», при всей оригинальности и глубине общего учения о биосфере его нельзя полностью отождествлять ни с «областью жизни», ни с дисциплинами, ее изучающими» (Тюрюканов, 1990). Просто непостижимо, но факты свидетельствуют о том, что все атомы подавляющего числа элементов таблицы Менделеева прошли в своей истории через состояние живого вещества. Кроме этих величин, важной характеристикой биосферы являются: ее биомасса, видовое разнообразие растительного и животного мира, скорость продуцирования, т. е. способность видовых популяций создавать органическое вещество. По разным оценкам в наше время на Земле существует около 3,5 млн биологических видов, из них на долю растений приходится около 500 000 видов. Остальная часть биоразнообразия представлена животными и микроорганизмами, а среди первых больше всего видов насчитывает класс насекомых.

Какие же функции выполняет биосфера ?

1. Газовая функция . Она заключается в том, что метаболизм организмов, их дыхание и обмен с внешней средой охватывает обширную совокупность разнообразных газовых реакций, ведущих в конечном итоге к поглощению кислорода и выделению углекислого газа, парообразной воды и т. д. Подсчитано, что для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез достаточно 300 лет, а кислорода – 2000–2500 лет, воды через испарение – около 1 млн лет. Ясно, что эта функция в настоящее время может быть изменена за счет интенсивной вырубки лесов и распахивания степей. Роль человека в изменении облика биосферы значительна, что подтверждают данные табл. 2.

Таблица 2

Размеры основных экосистем суши, полученные по данным спутниковых наблюдений (по Лосеву, 1985, с. 57)

2. Окислительно-восстановительная функция . Живое вещество определяет большой спектр химических превращений веществ, включающих атомы элементов с переменной валентностью, – соединений железа, марганца, микроэлементов и т. д. В качестве примера можно привести процесс круговорота азота.

Напомним, что включение азота в соединения, могущие использоваться организмами, называется фиксацией. Среди азотфиксаторов наибольшее практическое значение имеют микроорганизмы, живущие в симбиозе с растениями. Известно 200 видов растений, на корнях которых могут развиваться клубеньковые бактерии, усваивающие азот из воздуха. Бактерии Bact. Radicicola обитают на корнях бобовых культур – клевера, люцерны, гороха, сои, люпина. Выяснено, что количество азота, поступающего в растения от клубеньковых бактерий, составляет в некоторых случаях до 50–80 % от общего количества азота, усвоенного растениями. В гидросфере ежегодно фиксируется около 10 млн т азота.

Цепь реакций, с помощью которых организмы окисляют ион аммония до нитратного, или нитритного, или нитритный до нитратного состояния, называется нитрификацией. Эти процессы осуществляются с помощью бактерий Nitrosomonas, Nitrobacter. Первоначально окисляется аммиак до азотистой кислоты: NH 3 + + 3O > HNO 2 + 66 ккал/моль. Далее происходит реакция кисления нитритов до нитратов: KNO 2 + O > KNO 3 + 15, 5 ккал/моль.

Денитрификация имеет место, когда в анаэробных условиях микроорганизмы используют для окисления различных веществ кислород нитратов с высвобождением из них азота. Наибольшая роль в денитрификации принадлежит бактериям Pseudomonas. В пресных, загрязненных водах, эту роль выполняет кишечная палочка Escherichia coli. Известно, что «денитрификация почти не идет в аэробных условиях, т. к. в присутствии свободного кислорода организмам энергетически выгоднее использовать его в качестве акцептора электронов при окислении органических веществ, а не кислород, связанный в нитратах. Однако в гидросфере имеются обширные области с анаэробными условиями, благоприятствующие денитрификации, – они наблюдаются всюду, где органических веществ поступает больше, чем кислорода, необходимого для их биологического окисления. К таким областям относятся гипо-лимнион эвтрофных озер, болота и те места, где идет великий приток органики» (Константинов, 1979, с. 336–337).

Аммонификация – это разложение органического вещества до аммиачных соединений азота. Этот процесс происходит, например, в почве под действием аммонифицирующих бактерий по схеме: Белки, гуминовые вещества > Аминокислоты > Амиды > Аммиак.

Аммонификация осуществляется аэробными и анаэробными бактериями. При аммонификации получаются органические кислоты, спирты, оксид углерода и аммиак. Затем эти вещества превращаются в воду, водород, метан. Аммиак частично вступает в реакцию с органическими и минеральными кислотами (угольной, азотной, уксусной и др.).

3. Концентрационная функция . Проявляется в способности живых организмов аккумулировать разные химические элементы, в том числе микроэлементы, из внешней среды (почва, вода, атмосфера). Обычно наибольшая доля в составе живого вещества приходится на кислород (65–70 %) и водород (10 %). Остальные 2025 % представлены разнообразными элементами общим числом более 70. Существуют организмы, обладающие способностью преимущественного накопления отдельных химических элементов в бпольшем количестве по сравнению с составом земной коры и литосферы. Кроме этого в составе животных организмов обнаруживается гораздо более высокое, чем в растениях, содержание Na, Ca, P, N, S, F, Cl, Zn. Следовательно, геохимическая роль растительного и животного мира имеет свой специфический характер. Имеются химические элементы – биофилы, без которых невозможна жизнедеятельность организмов. Это C, H, O, N, P, S, Cl, J, B, Cs, Mg, K, Na, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, Co, Se.

4. Деструкционная функция . Борьба за пищу как источник энергии и питательных веществ не ограничивается признаком живого.

5. Выделительная и деструктивная – не менее важные функции живых организмов. Можно сформулировать закон, согласно которому ни один организм не может существовать в среде своих выделений (метаболитов) и трупов предков. Если бы не процессы разложения органических веществ до минеральных, то организмы погибли бы от отравления своими выделениями и от «трупных ядов» своих предков. Именно благодаря огромному биоразнообразию живого вещества эта функция сбалансирована, а там где внедряются монокультуры (агроценозы) эта часть пространства характеризуется крайней неустойчивостью. В силу этого природа отвергает монокультуру. Вот почему сохранение биогеоценозов в первозданном виде является жизненнонеобходимой задачей человека, который, вторгаясь в сообщества (промысел, охота, вырубка леса и т. д.), сдвигает их равновесие не в лучшую сторону. Ясно, что среда освобождается от метаболитов за счет действия других факторов – температур, химических агентов. Часть вымывается из почвы и речным стоком уносится в океан. Однако роль живого вещества в этом процессе первостепенна. Можно полагать, что агрессивное воздействие алкоголя на организм животных и человека объясняется тем, что на заре становления живого единственными элементами выделения микроорганизмов, существующих в анаэробных процессах, был спирт (эффект брожения). Поэтому данные отходы жизнедеятельности первичных организмов не могли в процессе эволюции стать еще одним (необходимым) источником энергии для нашего организма. Следовательно, он (алкоголь) для живых систем является ядом. Кроме вышеупомянутых функций живого вещества следует охарактеризовать еще одну – это скорость его растекания по планете. Что имеется в виду?

Живое вещество характеризуется не только биомассой, видовым разнообразием, но и геохимической энергией, т. е. способностью перемещать химические элементы в биосфере. Возможность оценить эту роль количественно предложил В. И. Вернадский. Он предложил за единицу геохимической энергии считать скорость передачи жизни, определяемую темпами размножения. Итак, скорость растекания жизни (V) можно вычислить по формуле:

V = (13963,3 ?)/ lgN max ,

где? – показатель прогрессии размножения вида, – стационарное число особей вида или другой систематической единицы, при заполнении им земной поверхности (5,1 108 км 2), 13963,3 – величина, полученная при делении стационарного числа на 365.

Кроме этого, необходимо учитывать предельно наибольшее расстояние, по которому может распространяться жизнь, равное земному экватору (40 075 721 м). Следует иметь в виду следующий факт: геохимическая энергия жизни зависит от скорости размножения организмов – не как автономного биологического процесса, а в соответствии со свойствами биосферы – явления планетарного.

Например, потомство одной бактерии способно захватить поверхность всей планеты всего за 1,47 суток, «растекаясь» со скоростью 33,1 м/с. Для индийского слона эта скорость составит 0,09 см/с. Чтобы воспроизвести массу бактерий равной массе земной коры при беспрепятственном размножении бактериям нужно всего 1,6 суток, зеленым водорослям – 24,5 суток, слонам – 1300 лет (Чернова и др., 1997, с. 8–9).

Живое вещество суши представлено биомассами растений, животных, бактерий и грибов. В составе зообиомассы основная доля (90–99,5 %) приходится на беспозвоночных, и может достигать 105 кг/км 2 . Особенно велики биомассы беспозвоночных в черноземных, луговых почвах. Если сравнивать фитомассы древесных и луговых сообществ, то по общей величине доминируют древесные, но по биологической активности, наибольшей продуктивности в течение года наибольший эффект в образовании гумуса и почвенного плодородия принадлежит не многолетним формациям древесной растительности, а формациям травянистой растительности. Именно травянистые сообщества, с их быстро текущими жизненными циклами и мощной корневой системой, обеспечивают образование в почвах высокого содержания перегноя и формирование почв высокого плодородия, таких как черноземные, луговые и пойменные. Механизм данного явления можно объяснить тем, что в биоте сформирована (эволюционным путем) важная закономерность.

Так, например, чем крупнее размеры организмов, тем меньше число их видов, тем меньше численность их индивидуумов и тем дольше продолжительность их жизни. И наоборот, с уменьшением размеров организмов крайне возрастает численность их видов и число индивидуумов, но весьма сокращается продолжительность жизни отдельных особей.

Действительно, достаточно сравнить среди гидробионотов показатели динамики численности калуги, белуги или анчоуса, хамсы, а среди наземных популяций животных – тигров и мышевидных грызунов и т. д., чтобы убедиться в справедливости этого правила.

Биосфере присущи многие функции, но энергетическая является одной из центральных. Трудно себе представить облик и состав биоты без этих посредников между Солнцем и другими представителями органического мира. Именно растениям принадлежит главная роль в «переизлучении» солнечной энергии до конечных потребителей – гетеротрофных животных. Однако эволюция, а точнее, законы движения материи (термодинамические закономерности) «распорядились» так, что на каждом трофическом уровне (правило десяти процентов) существуют неизбежные потери некоторой ее части.

В чем причина такого явления?

Попробуем ответить на этот вопрос в следующей главе.

<<< Назад

Вперед >>>

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

Живое вещество в биосфере выполняет следующие важные функции :

1. Энергетическую функцию – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.

2. Концентрационную функцию – избирательное накопление определенных химических веществ.

3. Средообразующую функцию – преобразование физико-химических параметров среды.

4. Транспортную функцию – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.

5. Деструктивную функцию – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.

Вопрос №2

Существование живого организма невозможно без восприятия и обработки информации с внешней и внутренней среды. Оба эти процессы осуществляются на основе функционирования сенсорных систем. Сенсорные системы превращают адекватные раздражения в нервные импульсы и передают их в центральную нервную систему. На разных уровнях головного мозга эти сигналы фильтруются, обрабатываются и преобразуются. Этот процесс завершается осознанными ощущениями, представлениями, узнаванием образов и т.д..

На основе сенсорной информации организуется работа всех внутренних органов. Сенсорная информация является важным фактором поведения, приспособление человека к условиям существования. Она также является важным условием активной деятельности человека и условием формирования и развития человека как личности. Сенсорная система состоит из трех взаимосвязанных отделов: периферического, проводникового и центрального.

Периферический отдел сенсорной системы (анализатора) образуют рецепторы. Рецепторы - это нервные окончания или специализированные нервные клетки, которые реагируют на изменения во внешней или внутреннем мире и превращают их в нервные импульсы. По строению рецепторы могут быть простыми (рецепторы общей чувствительности - прикосновения, давления, боли, температуры - их в организме больше) и сложными (отвечают на специфические раздражители, действующие на ограниченные участки тела человека - рецепторы вкуса, обоняния, зрения, слуха, равновесия).

Проводной отдел сенсорной системы образуют нервные клетки, которые передают информацию от рецепторов к коре больших полушарий головного мозга.

Центральный отдел сенсорной системы образуют различные подкорковые области головного мозга которые подчиняются участкам коры больших полушарий (корковым отделам), которые воспринимают информацию от рецепторов.

Все части анализатора действуют как единое целое, нарушение деятельности любой из частей приводит к нарушению функций анализатора.

В организме человека различают зрительную, слуховую, обонятельную, вкусовую, вестибулярную сенсорные системы, а также соматосенсорной систему, (рецепторы которой расположены преимущественно в коже и воспринимают прикосновение, давление, тепло, холод, боль, вибрацию, движения в суставах и мышцах) и висцеральную сенсорную систему, которая воспринимает информацию от рецепторов, расположенных на внутренних органах (т.е. изменения внутренней среды организма).

Каждая сенсорная система имеет чувствительность и порог раздражения. Она может адаптироваться к действию постоянного раздражителя. Первичный анализ информации она осуществляет на уровне рецепторов, отбирая значимые раздражения. Последующие анализы информации, проверено в нервные импульсы, осуществляемых центральными отделами (подкорковыми зонами и корой больших полушарий головного мозга). По мере приближения к коре количество информации резко уменьшается - предупреждается ссылки в мозг ложных или неважных сигналов).

Для нормального восприятия внешнего мира необходимо, чтобы информация поступала во все типы сенсорных систем. Изменение одной сенсорной системы может изменить деятельность других сенсорных систем.

Различные сенсорные системы начинают функционировать в разные периоды развития. Как правило, на момент рождения полностью сформированным является периферический отдел. После рождения меняется проводных отдел (миелинизации нервных волокон происходит в течение первых месяцев жизни). Позже созревают корковые отделы сенсорных систем. Именно их созревания и определяет особенности функционирования органов чувств.

Понятие об анализаторе

Представлен воспринимающим отделом - рецепторами сетчатой оболочки глаза, зрительными нервами, проводящей системой и соответствующими участками коры в затылочных долях мозга.

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв "правую часть" изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения - правую и левую - головной мозг соединяет воедино.

Так как каждый глаз воспринимает "свою" картинку, при нарушении совместного движения правого и левого глаза может быть расстроено бинокулярное зрение. Попросту говоря, у вас начнет двоиться в глазах или вы будете одновременно видеть две совсем разные картинки.

Строение глаза

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача - "передать" правильное изображение зрительному нерву.

Основные функции глаза:

· оптическая система, проецирующая изображение;

· система, воспринимающая и "кодирующая" полученную информацию для головного мозга;

· "обслуживающая" система жизнеобеспечения.

Роговица - прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза - склерой.

Передняя камера глаза - это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка - по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой - значит, в ней мало пигментных клеток, если карий - много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок - отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик - "естественная линза" глаза. Он прозрачен, эластичен - может менять свою форму, почти мгновенно "наводя фокус", за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело - гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка - состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера - непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка - выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв - при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Глаза - орган зрения - можно сравнить с окном в окружающий мир. Примерно 70% всей информации мы получаем с помощью зрения, например о форме, размерах, цвете предметов, расстоянии до них и др. Зрительный анализатор контролирует двигательную и трудовую деятельность человека; благодаря зрению мы можем по книгам и экранам компьютеров изучать опыт, накопленный человечеством.

Орган зрения состоит из глазного яблока и вспомогательного аппарата. Вспомогательный аппарат - это брови, веки и ресницы, слезная железа, слезные канальцы, глазодвигательные мышцы, нервы и кровеносные сосуды

Брови и ресницы защищают глаза от пыли. Кроме того, брови отводят стекающий со лба пот. Все знают, что человек постоянно моргает (2-5 движений веками в 1 мин). Но знают ли зачем? Оказывается, поверхность глаза в момент моргания смачивается слезной жидкостью, предохраняющей ее от высыхания, заодно при этом очищаясь от пыли. Слезную жидкость вырабатывает слезная железа. Она содержит 99% воды и 1 % соли. В сутки выделяется до I г слезной жидкости, она собирается во внутреннем углу глаза, а затем попадает в слезные канальцы, которые выводят ее в носовую полость. Если человек плачет, слезная жидкость не успевает уйти по канальцам в носовую полость. Тогда слезы перетекают через нижнее веко и каплями стекают по лицу.

Глазное яблоко располагается в углублении черепа - глазнице. Оно имеет шаровидную форму и состоит из внутреннего ядра, покрытого тремя оболочками: наружной - фиброзной, средней - сосудистой и внутренней - сетчатой. Фиброзная оболочка подразделяется на заднюю непрозрачную часть - белочную оболочку, или склеру, и переднюю прозрачную - роговицу. Роговица представляет собой выпукло-вогнутую линзу, через которую свет проникает внутрь глаза. Сосудистая оболочка расположена под склерой. Ее передняя часть называется радужкой, в ней содержится пигмент, определяющий цвет глаз. В центре радужной оболочки находится небольшое отверстие - зрачок, который рефлекторно с помощью гладких мышц может расширяться или сужаться, пропуская в глаз необходимое количество света.

Собственно сосудистая оболочка пронизана густой сетью кровеносных сосудов, питающих глазное яблоко. Изнутри к сосудистой оболочке прилежит слой пигментных клеток, поглощающих свет, поэтому внутри глазного яблока свет не рассеивается, не отражается.

Непосредственно за зрачком находится двояковыпуклый прозрачный хрусталик. Он может рефлекторно менять свою кривизну, обеспечивая четкое изображение на сетчатке - внутренней оболочке глаза. В сетчатке располагаются рецепторы: палочки (рецепторы сумеречного света, которые отличают светлое от темного) и колбочки (они обладают меньшей светочувствительностью, но различают цвета). Большинство колбочек размещается на сетчатке напротив зрачка, в желтом пятне. Рядом с этим пятном находится место выхода зрительного нерва, здесь нет рецепторов, поэтому его называют слепым пятном.

Внутри глаз заполнен прозрачным и бесцветным стекловидным телом.

Восприятие зрительных раздражений . Свет попадает в глазное яблоко через зрачок. Хрусталик и стекловидное тело служат для проведения и фокусирования световых лучей на сетчатку. Шесть глазодвигательных мышц обеспечивают такое положение глазного яблока, чтобы изображение предмета попадало бы точно на сетчатку, на ее желтое пятно.

В рецепторах сетчатки происходит преобразование света в нервные импульсы, которые по зрительному нерву передаются в головной мозг через ядра среднего мозга (верхние бугры четверохолмия) и промежуточного мозга (зрительные ядра таламуса) - в зрительную зону коры больших полушарий, расположенную в затылочной области. Начавшееся в сетчатке восприятие цвета, формы, освещенности предмета, его деталей, заканчивается анализом в зрительной зоне коры. Здесь собирается вся информация, она расшифровывается и обобщается. В результате этого складывается представление о предмете.

Нарушения зрения. Зрение людей меняется с возрастом, так как хрусталик теряет эластичность, способность менять свою кривизну. В этом случае изображение близко расположенных предметов расплывается - развивается дальнозоркость. Другой дефект зрения - близорукость, когда люди, наоборот, плохо видят удаленные предметы; она развивается после длительного напряжения, неправильного освещения. Близорукость часто возникает у детей школьного возраста из-за неправильного режима труда, плохой освещенности рабочего места. При близорукости изображение предмета фокусируется перед сетчаткой, а при дальнозоркости - позади сетчатки и поэтому воспринимается как расплывчатое. Причиной этих дефектов зрения могут быть и врожденные изменения глазного яблока.

Близорукость и дальнозоркость исправляются специально подобранными очками или линзами.

Вопрос №3

Приспособленность к среде обитания носит от­носительный характер, полезна только в тех усло­виях, в которых она исторически сформировалась: во время линьки речной рак беспомощен, с ним может справиться далее жук-плавунец. Речной рак имеет твердый хитиновый покров, служащий в основном в качестве наружного скелета.
На брюшке речного рака присутствует пять пар двуветвистых конечностей, служащих для плавания.
Самцы раков значительно крупнее самок и оснащены более громоздкими клешнями. Если вдруг происходит потеря конечности,
у рака отрастает новая – сразу же по прошествии линьки. Клешни предназначены для нападения и защиты.

Билет №23

Вопрос №1

Рациональное использование природных ресурсов

Большое значение для будущего республики имеют огромные запасы природных ресурсов. Однако, как известно, их освоению препятствуют сложные природные условия. Проблема освоения природных ресурсов выдвигает на первый план вопросы охраны природы. Ошибки, допущенные в освоении природных ресурсов, связаны с неразумным использованием подземных недр и ресурсов, преобладанием ошибочного мнения о том, что природные ресурсы неисчерпаемы. Все это вместе взятое привело к нарушению природного равновесия. Возьмем, к примеру, водные ресурсы. Для республики рациональное использование природных ресурсов имеет огромное значение, так как новые предприятия и орошаемые посевные территории требуют значительных запасов водных ресурсов. Загрязнение рек, неразумное использование водных ресурсов, изменение гидрологического режима рек в результате хозяйственной деятельности человека привели к изменению и других компонентов природы. Так, на орошаемых рисовых полях Южного Казахстана почва теряет свой плодородный слой и становится сильно засоленной. Изменения в почве повлияли на разнообразие и распространение растительного покрова. Это превратило целый регион в зону экологического бедствия. В ходе освоения целинных и залежных земель почва подверглась ветровой и водной эрозии.

Ранее продуктивность почв была намного больше, но в последние годы этот показатель снизился. В результате ветровой эрозии выносится плодородный слой почвы. Не учтены особенности почвенной структуры целинных территорий. На песчаных и глинистых землях после 4-5-летнего использования, почвы становятся засоленными и выходят из сельхозоборота. Уменьшается плодородный гумусный слой. Пустыни и полупустыни республики занимают 167 млн. га. В результате орошения эти площади можно использовать в качестве пастбищ. В последние годы в результате лиманного орошения здесь были достигнуты неплохие показатели. Большое будущее принадлежит использованию артезианских вод для обводнения пастбищ.

Природные богатства нашей республики немалые. Они дают всё необходимое для удовле-творения потребностей населения и развития хозяйства. Но как бы велики они не были, если не заботиться об их сохранении и правильном использовании, они с течением времени могут истощиться. Поэтому охрана природных богатств имеет весьма великое значение.По решению Международного союза охраны природы и природных ресурсов в каждой стране ведётся учёт редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и рас-тений. В нашей стране "Красная книга" учреждена в 1974 году. В ней значится 21 вид и под-вид редких зверей и 8 видов редких птиц, которых надо не только сохранить, но и принять все меры к увеличению их численности. Восстановленные виды животных и растений из "Красной книги" исключаются. Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов имеет два направления - государственное и общенародное. Государственное опре-деляется соответствующими знаками правительственными постановлениями, общенародное - осуществляется личным участием и через общественные организации.Сейчас нельзя рационально вести то или иное хозяйство, не учитывая взаимосвязей всех компонентов, существующих в природе, так как нарушение этой связи часто приводит к пе-чальным последствиям. Разработан ряд мероприятий по восстановлению и обогащению при-родных богатств. Самой массовой природоохранительной организацией является республи-канское Общество охраны природы, которое насчитывает в своих рядах около 2 млн. членов и имеет свои отделения во всех областях Казахстана. Одним из важных мероприятий по охране природы является создание государственных заповедников. В них охраняется природа, ведутся большие научно-исследовательские рабо-ты по изучению, восстановлению и обогащению природы.В Казахстане в настоящее время имеется семь заповедников: Аксу-Джабаглинский, Наур-зумский, Алматинский, Барсакельмесский, Кургальджинский, Маркакольский, Устюртский. Началась разработка проекта первого в Казахстане Национального природного парка. Он разместится в Баянаульских горах, одного из красивейших мест республики. Там находятся замечательные озёра, сосновые леса, богатый животный и растительный мир. На территории будущего национального парка обитает свыше 40 видов животных и 50 видов птиц, некото-рые из которых занесены в "Красную книгу". Центральная часть парка будет заповедной зоной. На берегах озёр Джасыбай и Сабындыкуль разместятся туристско-оздоровительные комплексы, пансионаты, пионерские лагеря.Аксу-Джабаглинский заповедник организован в 1962 г. Это самый старый заповедник в Казахстане. Он раскинулся на площади свыше74 тыс. га на склонах Таласского Алатау, Угамского хребта в Тюлькубасском и Сайрамском районах Чимкентской области. Заповед-ник охватывает 4 высотных ландшафтных пояса. Самый нижний пояс до высоты 1500 м представляет собой степь со своеобразной степной растительностью и животным миром. На высоте 1500 - 2300 м расположен пояс лугостепной и древесно- кустарниковой растительно-сти. Здесь произрастают древовидная арча, кусты миндаля, дикий виноград, дикие яблони и другие представители южных растений. Из животных здесь обитают косули, барсуки, дико-бразы, завезённые сюда маралы и другие.

Выше 2000 и 2300 м простираются субальпийские и альпийские луга. Древесной расти-тельности в этом поясе нет, за исключением стелющейся арчи туркестанской. Живут там горные козлы, снежные барсы, сурки, пищухи, а из птиц - улары, вьюрки, альпийские галки, бородач-ягнятник. На территории заповедника зарегистрировано 238 видов птиц и 42 вида млекопитающих. Наиболее ценными охраняемыми млекопитающими являются: архар, си-бирский горный козёл (тау-теке), марал, ксуля, хищные - снежный барс, пятнистая кошка, барсук.

Самый верхний пояс - высокогорный со снежными вершинами и ледниками. От туда на-чинаются бурные горные реки с пенистыми водопадами, каскадами, низвергающимися в до-лину.

организован в 1934 году. Он раскинулся на низменности в Се-миозёрном районе Кустанайской области. Его территория занимает 83 тыс. га. В заповеднике сохраняется и изучается целинная ковыльная степь с множеством озёр, на берегах которых сохранились сосновые боры. В него входит и островной сосновый бор Наурзум-Карагай. Это самый южный участок распространения редкой сосны солончаковой формы. В заповеднике есть разновидность берёзы, растущей на зелёных почвах. Растет яблоня "мамус баката", встречающаяся в диком виде лишь на Дальнем Востоке.

Вопрос №2

Высшие растения - это новый этап эволюционного развития растительного мира Высшие растения, в отличие от низших, имеют расчленения тела на вегетативные органы: корень, листья и стебель В основе строения вегетат ных органов лежат разнообразные тканейни.

Все высшие растения, как правило, жители суши, но среди них есть и обитатели водоемов По способу питания большинство высших растений - автотрофы

Для развития высших растений характерны две фазы, которые чередуются друг с другом: гаметофит и спорофит гаметофит - половое поколение, на котором образуются многоклеточные половые органы - антеридии "и архегонии антеридиев - овальные или шаровидные тельца, внешняя стенка которых покрыта одним или несколькими рядами стерильной них клеток В антеридии развиваются сперма-генные клетки, из которых затем возникают мужские гаметы - подвижные сперма-тозооны Во время созревания антеридии разрываются, и тогда сперматозоиды выходят наружу и Они активно двигаются в воде и подплывают к архегонииіїв. архегонии - колбообразные тельца, состоящие из нижней расширенной части - брюшка и верхней суженной - шейки Внешне архегоний окружают стерильные клетки, защищающие его от высыхания В брюшке архегония находится неподвижная женская гамета - яйцеклетка Над яйцеклеткой расположена брюшистый канальцевая клетка Во время созревания яйцеклетки канальцах клетки ослизняются, архегоний на верхушке откры ется По слизи сперматозоиды проходит в брюшко архегония, где сливается с яйцеклеткой, происходит оплодотворениенення.

В процессе эволюции высших растений произошло постепенное упрощение (редукция) антеридиев и архегонии Например, у покрытосеменных (цветковых) от архегония осталась только яйцеклетка, которая развивается у в зародышевом мешке (женский гаметофит).

Спорофит - бесполое поколение, на котором образуются органы бесполого размножения - спорогонии, в которых путем редукционного деления образуются гаплоидные споры Споры в высших растений могут быть морфологически в одинаковые или разные мелкие по размерам споры называют микроспоры, а большие - мегаспоры С микроспоры развивается мужской гаметофит, а с мегаспоры - женский гаметофит гаплоидный Переход от г аплоидного состояния к диплоидного происходит во время оплодотворения и образования диплоидной зиготы, из которой развивается спорофитерофіт.

Для эволюции высших растений, кроме мохообразных, характерна тенденция к преобладанию и совершенствование спорофита при одновременной редукции гаметофита

Высшие растения разделяют на:

Высшие споровые растения (рис50):

o отдел Мохообразные, или Мхи (25 тыс. видов; в Украине - около 800 видов);

o отдел Плауновидные или Плауны (400 видов);

o отдел Хвощевидные или Хвощи (32 вида);

o отдел Папоротникообразные, или Папоротники (10 тыс. видов) Высшие семенные растения:

o отдел Цветковые, или Цветочные (250 тыс. видов)

Характеристика высших споровых растений. Прогуливаясь по лесу, вы, несомненно, наблюдали прикорневые розетки из крупных листьев папоротников, а на поверхности влажной почвы – нежные зеленые стебельки мхов. На огородах среди других сорняков часто растет похожий на маленькие сосенки хвощ полевой. Вблизи водоемов или на болотах среди трав можно найти ползучие стебли плаунов, покрытые мелкими листочками.

Если посмотреть на листья папоротника снизу, то можно заметить маленькие коричневые бугорки. В них расположены органы бесполого размножения – спорангии (от греч. спора и ангейон – вместилище). Там образуются и дозревают споры. У мхов споры образуются в коробочке на ножке, а у хвощей и плаунов спорангии расположены на видоизмененных листьях особых спороносных побегов, напоминающих колоски. Способность этих растений размножаться спорами и определила их название – «высшие споровые растения» (вы помните, что водоросли также могут размножаться спорами). К высшим споровым растениям относятся представители отделов Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные и Папоротниковидные.

Особенности размножения и распространения. В жизненном цикле высших споровых растений, как и некоторых групп водорослей, наблюдается чередование представителей разных поколений, размножающихся бесполым и половым способами. Жизненный цикл – это период между одинаковыми фазами развития двух или большего количества одинаковых поколений. Жизненный цикл обеспечивает непрерывность существования определенного вида организмов.

Особи бесполого поколения формируют споры. Из спор, в свою очередь, развиваются особи полового поколения, которые образуют женские и мужские половые органы. В них развиваются соответственно женские и мужские гаметы – яйцеклетки и сперматозоиды. При оплодотворении у высших споровых растений подвижные сперматозоиды проникают в неподвижные яйцеклетки. При этом сперматозоиды выходят во внешнюю среду. Они перемещаются, используя для этого воду, и проникают внутрь женского полового органа, где расположена яйцеклетка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш. Он прорастает и превращается в особь бесполого поколения, размножающуюся спорами. Посмотрите на рисунки 37 и 41. Как вы можете убедиться, особи полового и бесполого поколений значительно отличаются между собой.

Таким образом, мхи, папоротники, хвощи и плауны, называемые высшими споровыми растениями, расселяются с помощью спор и характеризуются чередованием в их жизненном цикле бесполого и полового поколений.

Высшие споровые растения распространены в разных климатических условиях, но большинство произрастает на влажных участках суши, поскольку для полового размножения им необходима вода. Однако некоторые виды этих растений встречаются даже в пустынях.

Подцарство высших растений объединяет многоклеточные растительные организмы, тело которых расчленено на органы – корень, стебель, листья. Их клетки дифференцированы на ткани, специализированы и выполняют определенные функции.

По способу размножения высшие растения разделяют на споровые и семенные. К споровым растениям относят мхи, плауны, хвощи, папоротники.

Мхи – это одна из самых древних групп высших растений. Представители этой группы наиболее просто устроены, их тело расчленено на стебель и листья. Они не имеют корней, а у наиболее простых – печеночных мхов даже отсутствует деление на стебель и листья, тело имеет вид слоевища. Прикрепляются мхи к субстрату и всасывают воду с растворенными в ней минеральными веществами с помощью ризоидов – выростов наружного слоя клеток. Это в основном многолетние растения небольших размеров: от нескольких миллиметров до десятка сантиметров (рис. 74).

Рис. 74. Мхи: 1 – маршанция; 2 – кукушкин лен;
3 – сфагнум

Для всех мхов характерно чередование поколений полового (гаметофита) и бесполого (спорофита), причем гаплоидный гаметофит преобладает над диплоидным спорофитом. Эта черта резко отличает их от остальных высших растений.
На листостебельном растении или слоевище в половых органах развиваются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки.
Оплодотворение происходит только в присутствии воды (после дождялибо в половодье), по которой передвигаются сперматозоиды. Из образовавшейся зиготы развивается спорофит – спорогон с коробочкой на ножке, в которой образуются споры. После созревания коробочка вскрывается, и споры распространяются ветром. При попадании во влажную почву спора прорастает и дает начало новому растению.
Мхи – довольно распространенные растения. В настоящее время их насчитывается около 30 тыс. видов. Они неприхотливы, выдерживают сильные морозы и длительную жару, но растут только во влажных тенистых местах.
Тело печеночных мхов редко ветвится и обычно представлено листовидным слоевищем, с тыльной стороны которого отходят ризоиды. Селятся они на скалах, камнях, стволах деревьев.
В хвойных лесах и на болотах можно встретить мох – кукушкин лен. Его стебельки, усаженные узкими листьями, растут очень густо, образуя на почве сплошные зеленые ковры. К почве кукушкин лен прикрепляется ризоидами.
Кукушкин лен – растение раздельнополое, т. е. у одних особей развиваются мужские, а у других – женские половые клетки.
На женских растениях после оплодотворения образуются коробочки со спорами.

Очень широко распространены белые, или сфагновые, мхи.
Накапливая в своем теле большое количество воды, они способствуют заболачиванию почвы. Это связано с тем, что листья и стебель сфагнума, наряду с зелеными клетками, содержащими хлоропласты, имеют мертвые бесцветные клетки с порами.
Именно они и поглощают воду в 20 раз больше своей массы. Ризоиды у сфагнума отсутствуют. К почве он прикрепляется нижними частями стебля, которые, постепенно отмирая, превращаются в сфагновый торф. Доступ кислорода в толщу торфа ограничен, кроме того, сфагнум выделяет специальные вещества, предотвращающие размножение бактерий. Поэтому попавшие в торфяное болото различные предметы, погибшие животные, растения часто не сгнивают, а хорошо сохраняются в торфе.
В отличие от мхов остальные споровые имеют хорошо развитую корневую систему, стебли и листья. Более 400 млн лет назад они доминировали среди древесных организмов на Земле и образовывали густые леса. В настоящее время это немногочисленные группы в основном травянистых растений. В жизненном цикле преобладающим поколением является диплоидный спорофит, на котором образуются споры. Споры разносятся ветром и при благоприятных условиях прорастают, образуя небольшой заросток – гаметофит. Это зеленая пластинка величиной от 2 мм до 1 см. На заростке образуются мужские и женские гаметы – сперматозоиды и яйцеклетка. После оплодотворения из зиготы развивается новое взрослое растение – спорофит.
Плауны – очень древние растения. Ученые полагают, что они появились около 350–400 млн лет назад и образовывали густые леса из деревьев высотой до 30 м. В настоящее время их осталось очень мало, и это многолетние травянистые растения. В наших широтах наиболее известен плаун булавовидный (рис. 75). Его можно встретить в хвойных и смешанных лесах. Стелющийся по земле стебель плауна крепится к почве придаточными корнями.
Мелкие шиловидной формы листья густо покрывают стебель. Размножаются плауны вегетативно – участками побегов и корневищ.

Рис. 75. Папоротниковидные: 1 – хвощ; 2 – плаун;
3 – папоротник

Спорангии развиваются на прямостоячих побегах, собранных в виде колосков. Созревшие мелкие споры разносятся ветром и обеспечивают размножение и распространение растения.
Хвощи – небольшие многолетние травянистые растения. Они имеют хорошо развитое корневище, от которого отходят многочисленные придаточные корни.
Членистые стебли, в отличие от стеблей плаунов, растут вертикально вверх, от главного стебля отходят боковые побеги.
На стебле расположены мутовки очень мелких чешуйчатых листочков. Весной на зимующих корневищах вырастают бурые весенние побеги со спороносными колосками, которые после созревания спор отмирают. Летние побеги зеленые, ветвящиеся, фотосинтезируют и запасают питательные вещества в корневищах, которые перезимовывают, а весной образуют новые побеги (см. рис. 74).
Стебли и листья хвощей жесткие, пропитаны кремнеземом, поэтому животные их не едят. Хвощи растут в основном на полях, лугах, болотах, по берегам водоемов, реже в сосновых лесах. Хвощ полевой, трудноискоренимый сорняк полевых культур, используется как лекарственное растение. Стебли разных видов хвощей за счет наличия кремнезема используют как полировочный материал. Хвощ болотный ядовит для животных.
Папоротники, как хвощи и плауны, в каменноугольном периоде были процветающей группой растений. Сейчас их насчитывается около 10 тыс. видов, большинство которых распространено во влажных тропических лесах. Размеры современных папоротников колеблются от нескольких сантиметров (травы) до десятков метров (деревья влажных тропиков). Папоротники наших широт – травянистые растения с укороченным стеблем и перистыми листьями.
Под землей находится корневище – подземный побег. Из его почек над поверхностью развиваются длинные, сложные перистые листья – вайи.
Они обладают верхушечным ростом. От корневища отходят многочисленные придаточные корни.
Вайи тропических папоротников достигают в длину 10 м.
В наших краях наиболее распространены папоротники орляк, щитовник мужской и др. Весной, как только оттает почва, от корневища отрастает укороченный стебель с розеткой красивых листьев. Летом на нижней стороне листьев появляются бурые бугорки – сорусы, представляющие собой скопления спорангиев. В них образуются споры.
Молодые листья мужского папоротника используются человеком в пищу, как лекарственное растение. Вайи орляка используют для оформления букетов. В тропических странах некоторые виды папоротников разводят на рисовых полях для обогащения почвы азотом. Некоторые из них стали декоративными, оранжерейными и комнатными растениями, например нефролепис.

Вопрос №3 Ответ в Билете №5 Вопрос №3

Билет №24

Вопрос №1

Вопрос №2

Птицы - высокоорганизованные позвоночные животные, тело которых покрыто перьями, а передние конечности превращены в крылья. Способность передвигаться в воздухе, теплокровность и другие особенности строения и жизнедеятельности дали им возможность широко расселиться на Земле. Особенно разнообразны виды птиц в тропических лесах. Всего насчитывается около 9000 видов.

Это высокоспециализированный и широко распространенный класс высших позвоночных, представляющий собой прогрессивную ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету.

О сходстве птиц с пресмыкающимися свидетельствуют общие признаки:

1) тонкая, бедная железами кожа;

2) сильное развитие на теле роговых образований;

3) наличие клоаки и другие.

К числу прогрессивных черт, отличающих их от пресмыкающихся, относятся:

а) более высокий уровень развития центральной нервной системы, обуславливающий приспособительное поведение птиц;

б) высокая (41-42 градуса) и постоянная температура тела, поддерживаемая сложной системой терморегуляции;

в) совершенные органы размножения (гнездостроение, насиживание яиц и выкармливание птенцов).

Благодаря способности аккумулировать солнечную энергию и преобразовывать ее в энергию химических связей органических веществ растений и другим свойствам, биосфера выполняет ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба, основными из которых являются энергетическая и средообразующая.

1. Энергетическая функция биосферы состоит в поглощении рассеянной лучистой солнечной энергии электромагнитной природы. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов. Биосфера способна изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. Почти 99% этой энергии поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, и только около 1% поглощается растениями в процессе фотосинтеза и превращается в концентрированную энергию химических связей органических веществ. Эта энергия передается остальным организмам по пищевым цепям.

Реакция фотосинтеза с использованием углекислого газа, воды в общем виде выражается уравнением

В процессе фотосинтеза, одновременно с накоплением органического вещества и продуцированием кислорода, растения поглощают часть солнечной энергии и удерживают ее в биосфере. Ежегодно растения нашей планеты связывают около 3 х 10 18 кДж солнечной энергии, что примерно в 10 раз больше той энергии, которая используется человеком.

Растения поедаются растительноядными животными, которые, в свою очередь, становятся жертвами хищников, и т. д. Этот последовательный и упорядоченный поток энергии является следствием энергетической функции живого вещества в биосфере.

2. Средообразующая функция. Биосфера - целостная система, в которой все элементы взаимосвязаны и взаимодействуют. В этой системе центральную роль играют живые организмы, которые генетически связаны и образуют все структурные элементы биосферы благодаря прошлой или настоящей их деятельности. Окружающая живые организмы физико-химическая среда изменена вследствие их функционирования до такой степени, что биохимические и абиотические процессы оказались неразделимы. В результате их взаимовлияния живые организмы преобразуют среду обитания и поддерживают ее в таком состоянии, которое обеспечивает их существование в глобальном круговороте биогенных химических элементов.

Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие биосферы при ограниченном запасе химических элементов. При прекращении регулирующего взаимодействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро (примерно через 10 тыс. лет) перейдет в устойчивое состояние, где жизнь невозможна (как на Марсе или Венере).

Выполняя средообразующие функции, живые организмы контролируют состояние окружающей среды и выполняют следующие биохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную, деструктивную.

Газовая функция заключается в участии живых организмов в миграции газов и их превращениях. В зависимости от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций:

а) кислородно-углекислотная функция - создание основной массы свободного кислорода на планете в результате процесса фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями при солнечном свете. В результате фотосинтеза растительность зеленого мира ежегодно выделяет в атмосферу примерно 145 млрд т свободного кислорода и поглощает из атмосферы около 200 млрд т углекислого газа, при этом образуется более 100 млрд т органического вещества;

б) углекислотная функция - образование углекислого газа как следствие дыхания животных, растений, грибов и бактерий:

в) озоновая функция - образование озонового слоя из биогенного кислорода под действием короткого УФ-излучения:

Выполнение этой функции привело к образованию защитного озонового слоя, предохраняющего живые организмы от разрушительного действия солнечной радиации;

г) азотная функция - создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотденитрофи- цирующими бактериями при разложении органического вещества.

В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего углекислого газа, в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению кислорода в атмосфере, образованию озона и другим процессам.

С газовой функцией живого вещества связаны два переломных периода в развитии биосферы. Первый период относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного уровня. Это обусловило появление первых аэробных организмов, способных жить только в кислородсодержащей среде. С этого времени восстановительные процессы стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд лет назад.

Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современного уровня. Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши. До этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой была возможна жизнь.

Вследствие выполнения живым веществом газовых функций в течение геологического развития Земли сложилась современная атмосфера с высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислого газа, а также умеренные температурные условия (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Сравнительная характеристика Марса, Венеры и Земли и гипотетической Земли без живого вещества

Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрируют химические элементы и их соединения. В процессе эволюции живые организмы научились из разбавленных водных растворов извлекать необходимые им вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Окислительно-восстановительная функция живых организмов тесно связана с биогенной миграцией элементов и их концентрированием. Многие вещества в природе очень устойчивы и не окисляются при стандартных условиях. Например, атмосферный азот (N 2) является важнейшим биогенным элементом, входящим в состав биогенов ионов аммония NH 4 + и нитратов N0 3 _ . Но молекулярный азот не окисляется при обычных условиях: этот процесс осуществляют ферменты (катализаторы) некоторых живых организмов (нитрофицирующих бактерий). С помощью живого вещества осуществляется множество окислительно-восстановительных процессов во всех геосферах.

Так, окислительная функция проявляется в окислении с участием бактерий, грибов всех бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. В результате восстановительной деятельности анаэробных микроорганизмов в заболоченных почвах, практически лишенных кислорода, образуются окисленные формы железа.

Деструктивная функция - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и веществ органической природы. Наиболее существенную роль в этом выполняют низшие формы жизни - грибы, бактерии (детритофаги, редуценты). Конечной стадией деструктивной функции живого вещества биосферы является превращение мертвого органического вещества в неорганическое, в результате чего плодородие почвы увеличивается.

• 3. Транспортная функция - перенос вещества и энергии в результате движения живых организмов. Часто такой перенос осуществляется на громадное расстояние, например при перелете птиц.
• 4. Информационная функция. Живые организмы способны воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию и передавать ее последующим поколениям.
• 5. Рассеивающая функция - рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов, например рассеивание токсичных веществ, рассеивание веществ при выделении организмами экскрементов.

В результате выполнения перечисленных функций биота экосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды, т. е. результатом этих функций является вся природная среда.

Живые организмы постоянно рождаются и отмирают, в них протекают процессы обмена веществ. В отличие от неживой (косной) природы, биосфера представляет собой гигантский химический завод, превращающий огромные массы неорганического вещества в органическое. Это и есть самое важное свойство биосферы, являющейся существенной составной частью жизни Земли как планеты. Биосфера выступает энергетическим экраном между Землей и космосом и превращает значительную часть космической, в основном солнечной, энергии, поступающей на Землю, в низко- и высокомолекулярное органическое вещество.

Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически связаны с ней. Они являются огромной геологической силой, влияющей на функционирование биосферы. В результате обменных процессов изменяются не только сами организмы, но и окружающая их абиотическая среда.

Таким образом, биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Известный российский биолог Н. В. Тимофеев-Ресовский говорил, что нормально работающая биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и ценнейшим органическим сырьем, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы и растворы природных вод. Подрыв человеком (качественный и количественный) работы биосферы, следовательно, не только снизит продуцирование органического вещества на Земле, но и нарушит химическое равновесие в атмосфере и природных водах.

Познание законов биосферы и ее функциональных единиц (экосистем) имеет значение не только для характеристики ее современного состояния, но и для будущего нашей планеты, будущего человечества, так как уже сегодня поверхность Земли перестала быть только природным образованием. Человек своей деятельностью создает новую искусственную оболочку Земли - ноосферу.

Как отмечал В. И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последние столетия стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и функционирования биосферы.

Человек - первый обитатель Земли, который реально угрожает практически всем своим соседям по планете и даже самому существованию породившей его биосферы. Развитие человечества сопровождалось разрушением среды обитания организмов, изменением природных ландшафтов, нарастающей эксплуатацией биоресурсов.

Человек с древнейших времен добывал и использовал для своих нужд различные полезные ископаемые. По мере развития научно-технического прогресса все более увеличивались объемы добычи полезных ископаемых и росло число их видов. Если в античную эпоху человечеством добывалось и использовалось всего 19 элементов, то в начале XXI в. используются все 89 химических элементов, содержащихся в земной коре. Возросли и темпы добычи полезных ископаемых. Так, мировая добыча и потребление руд цветных металлов за последние 25 лет увеличились в несколько раз. Запасы большинства полезных ископаемых, находящихся в земной коре, ограничены и со временем могут полностью исчезнуть. Уменьшение запасов сырья уже сейчас заставляет человека искать замену тому или иному полезному ископаемому. Добыча полезных ископаемых при разработке месторождений, как правило, сопровождается гигантскими потерями природных площадей из-за несовершенства технологий добычи, стремления к снижению затрат и т. п. Но, главное, на месте разработки месторождений уничтожаются растения, животные, почва, т. е. нарушаются естественные экосистемы.

Человек начал использовать речные воды на заре цивилизации, когда появилось орошаемое земледелие. В настоящее время возводятся плотины и водохранилища для водоснабжения, орошения сельскохозяйственных угодий, получения электроэнергии, улучшения работы водного транспорта, рыборазведения. Все это нарушает устойчивость водных экосистем, приводит к их изменению, а иногда и гибели (например, экологическая катастрофа Аральского моря).

В настоящее время процесс деградации биосферы принял угрожающие масштабы, уменьшается биологическое разнообразие видов. Сегодня ежедневно исчезает по одному виду живых существ. К концу XX века тропические леса потеряли 15-20% фауны и флоры.

С начала XX в. и до настоящего времени количество энергии, затрачиваемой на единицу сельскохозяйственной продукции, в развитых странах выросло в 8-10 раз, на единицу промышленной продукции - в 10-12 раз, а так как объем производства тоже резко увеличился, то количество требуемой энергии за этот период возросло в сотни раз.

Однако это не может продолжаться до бесконечности, поскольку возникает угроза энергетического, а также теплового кризиса (т. е. перегрева приземной атмосферы в результате получения энергии в количестве, существенно превышающем естественное рассеивание тепла Земли). Но даже использование в будущем неисчерпаемых источников энергии, почти не добавляющих тепло в биосферу, не обеспечивает возможности безграничного развития материального производства, поскольку любое нарушение взаимосвязей в экосистемах означает нарушение энергетических потоков.

Так, в настоящее время человечеством вырабатывается примерно 0,02% той энергии, которая приходит к Земле с солнечными лучами, и лишь немногим меньше, чем поступает из глубины Земли. Это очень много.

В экологии существует правило 1%: изменение энергетики экосистемы более чем на 1% (а иногда и меньше) выводит ее из равновесия. Все мощнейшие геологические и климатические явления на Земле - извержение вулканов, тайфуны и циклоны - имеют суммарную энергию не более 1% энергии солнечного излучения, поступающего на поверхность планеты. Даже весь растительный покров Земли за год накапливает энергию, которая не превышает эту величину. Нарушение энергетики биосферы более чем на 1% может привести к резкому нарастанию энтропии биосферы и, следовательно, к ее гибели вследствие термодинамического кризиса. В настоящее время человечество уже приблизилось к этому пределу и дальнейшее развитие требует принципиальных изменений в природопользовании.

Человечество является частью биосферы и отличается от других компонентов биосферы тем, что оказывает на нее все большее влияние. По масштабам это влияние, особенно в последнее время, является самым значительным по сравнению со всеми известными факторами. Это так называемый антропогенный фактор. Иногда наряду с антропогенным фактором называют техногенный фактор - влияние на биосферу развития техники, различных технологий.

Известный американский эколог Б. Коммонер выдвинул ряд положений, которые в обобщенном виде характеризуют свойства и функции биосферы и которые он в шутливой форме называл “законами экологии”.

Первый закон (“Все связано со всем”) отражает сложнейшие сети взаимоотношений в биосфере. Этот закон предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части биосферы, что может привести к непредвиденным последствиям. Так, строительство гидроэлектростанций на равнине приводит к затоплению большого пространства (искусственное море). Это приводит к изменению не только естественного ландшафта, но и климата в данном и соседних регионах, а иногда и к гибели природных экосистем.

Второй закон (“Все должно куда-то деваться”) вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Этот закон позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ, извлеченных из Земли, преобразованы в новые и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что “все куда-то должно деваться”. И как результат - горы веществ (мусора) там, где в природе их никогда не было и не должно быть.

Третий закон (“Природа знает лучше”) исходит из того, что структура современных живых организмов является наилучшей, поскольку были тщательно отобраны из неудачных вариантов в течение миллионов лет эволюции. Попытка создать новый вариант будет неудачной, т. е. этот вариант будет хуже существующего. Этот закон призывает к глубокому изучению природных экосистем и сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее улучшения.

Четвертый закон (“Ничто не дается даром”) объединяет предыдущие три закона, так как биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно и поэтому она не может являться объектом всеобщего улучшения. Все, что было извлечено из нее человечеством, должно быть возмещено. Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.

Пятый закон (“На всех не хватит”) исходит из закона ограниченности ресурсов или “закона константности живого вещества” (В. И. Вернадский) - количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть величина постоянная. Поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других организмов. “На всех не хватит” - источник всех форм конкуренции в природе и обществе.

Контрольные вопросы

• 1. Дайте определение биосферы. Совокупность каких факторов привела к образованию биосферы?
• 2. Какие факторы ограничивают распределение живых организмов в сферах Земли?
• 3. Дайте определение экосферы. Какова толщина биосферы и экосферы?
• 4. В течение какого периода проходила эволюция биосферы? Какие события были поворотными в эволюции биосферы?
• 5. Каковы состав и структура биосферы? Дайте определение живого, косного, биокосного и биогенного вещества. Приведите примеры.
• 6. Какими свойствами обладает биосфера?
• 7. Какие функции выполняет биосфера? Какие из них являются определяющими?
• 8. В чем сущность энергетической функции биосферы? Какие процессы лежат в основе этой функции?
• 9. За счет каких процессов поддерживается постоянный состав атмосферы?
• 10. Объясните тезис: биосфера - централизованная система. Что является центром биосферы и почему?
• 11. Сформулируйте и объясните основные законы экологии Б. Коммонера.
• 12. Дайте определение ноосферы. Перечислите основные признаки превращения биосферы в ноосферу.