Tradus literal, termenul „biosferă” înseamnă sfera vieții, iar în acest sens a fost introdus pentru prima dată în știință în 1875 de către geologul și paleontologul austriac Eduard Suess (1831 - 1914). Cu toate acestea, cu mult înainte de aceasta, sub alte nume, în special „spațiul vieții”, „imaginea naturii”, „cochilia vie a Pământului”, etc., conținutul său a fost considerat de mulți alți naturaliști.

Inițial, toți acești termeni însemnau doar totalitatea organismelor vii care trăiesc pe planeta noastră, deși uneori era indicată legătura lor cu procesele geografice, geologice și cosmice, dar, în același timp, s-a acordat mai degrabă atenție dependenței naturii vii de forțe. și substanțe de natură anorganică. Nici chiar autorul termenului „biosferă”, E. Suess, în cartea sa „Fața pământului”, publicată la aproape treizeci de ani de la introducerea termenului (1909), nu a observat efectul invers al biosferei și l-a definit ca „un ansamblu de organisme limitate în spațiu și timp și care locuiesc pe suprafața pământului.

Primul biolog care a subliniat clar rolul enorm al organismelor vii în formarea scoarței terestre a fost J.B. Lamarck (1744 - 1829). El a subliniat că toate substanțele de pe suprafața globului și care formează crusta acestuia s-au format datorită activității organismelor vii.

Faptele și prevederile despre biosferă s-au acumulat treptat în legătură cu dezvoltarea botanicii, științei solului, geografiei plantelor și a altor științe predominant biologice, precum și a disciplinelor geologice. Acele elemente de cunoaștere care au devenit necesare pentru înțelegerea biosferei în ansamblu s-au dovedit a fi asociate cu apariția ecologiei, o știință care studiază relația dintre organisme și mediu. Biosfera este un anumit sistem natural, iar existența sa este exprimată în primul rând în circulația energiei și a substanțelor cu participarea organismelor vii.

Foarte importantă pentru înțelegerea biosferei a fost stabilirea de către fiziologul german Pfefer (1845 - 1920) a trei moduri de hrănire a organismelor vii:

• - autotrof - construirea unui organism prin folosirea unor substante de natura anorganica;
• - heterotrof - structura corpului prin utilizarea greutății moleculare scăzute compusi organici;
• - micotrof - un tip mixt de construcție a organismului (autotrof-heterotrof).

Biosfera (în sensul modern) este un fel de înveliș al Pământului, care conține totalitatea organismelor vii și acea parte a substanței planetei care este în continuu schimb cu aceste organisme.

Biosfera cuprinde partea inferioară a atmosferei, hidrosfera și partea de sus litosferă.

Atmosfera. Atmosfera are mai multe straturi:

• - troposfera - stratul inferior adiacent suprafeței Pământului (înălțime 9-17 km). Conține aproximativ 80% din compoziția de gaz a atmosferei și toți vaporii de apă;
• - stratosfera;
• - ionosfera - nu există „materie vie” acolo.

Elementele predominante ale compoziției chimice a atmosferei: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Starea atmosferei are o mare influență asupra fizică, chimică și procese biologice pe suprafaţa pământului şi în mediul acvatic. Pentru procesele biologice, cele mai importante sunt: ​​oxigenul folosit pentru respiratie si mineralizarea mortilor materie organică, dioxidul de carbon implicat în fotosinteză și ozonul, care protejează suprafața pământului de radiațiile ultraviolete dure. Azotul, dioxidul de carbon, vaporii de apă s-au format în mare parte din cauza activității vulcanice, iar oxigenul - ca rezultat al fotosintezei.

Hidrosferă. Apa este o componentă importantă a biosferei și unul dintre factorii necesari pentru existența organismelor vii. Partea sa principală (95%) este situată în Oceanul Mondial, care ocupă aproximativ 70% din suprafața Pământului și conține 1.300 milioane km.

Elementele predominante ale compoziției chimice a hidrosferei: Na +, Mg2 +, Ca2 +, Cl-, S, C. Concentrația unuia sau altuia în apă nu spune nimic despre cât de important este pentru organismele vegetale și animale. trăind în ea. În acest sens, rolul principal îi revine N, P, Si, care sunt asimilați de organismele vii. Caracteristica principală apa oceanica este că ionii principali sunt caracterizați printr-un raport constant pe tot volumul oceanelor.

De mare importanță sunt gazele dizolvate în apă: oxigenul și dioxidul de carbon. Conținutul lor variază foarte mult în funcție de temperatură și de prezența organismelor vii. Apa conține de 60 de ori mai mult dioxid de carbon decât atmosfera.

Hidrosfera s-a format în legătură cu dezvoltarea litosferei, care în timpul istoriei geologice a Pământului a eliberat o mare cantitate de vapori de apă.

Litosferă. Cea mai mare parte a organismelor care trăiesc în litosferă se află în stratul de sol, a cărui adâncime nu depășește câțiva metri. Solul include substanțe minerale formate în timpul distrugerii rocilor și substanțe organice - produse de deșeuri ale organismelor.

Litosfera este învelișul solid exterior al Pământului, format din roci sedimentare și magmatice. În prezent, scoarța terestră este considerată a fi stratul superior al corpului solid al planetei, situat deasupra limitei seismice a lui Mohorovichich. Stratul de suprafață al litosferei, în care se realizează interacțiunea materiei vii cu mineralele (anorganice), este solul. Rămășițele organismelor după descompunere trec în humus (partea fertilă a solului). Părțile constitutive ale solului sunt mineralele, materia organică, organismele vii, apa, gazele.

Elementele predominante ale compoziției chimice a litosferei: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Rolul principal îl joacă oxigenul, care reprezintă jumătate din masa scoarței terestre și 92% din volumul acesteia, dar oxigenul este puternic asociat cu alte elemente din principalele minerale care formează rocile. Acestea. cantitativ, scoarța terestră este „regatul” oxigenului, legat chimic în cursul dezvoltării geologice a scoarței terestre.

Organisme vii (materie vie). Deși granițele biosferei sunt destul de înguste, organismele vii sunt distribuite foarte neuniform în interiorul lor. La altitudini mari și adâncimi ale hidrosferei și litosferei, organismele sunt relativ rare. Viața este concentrată în principal pe suprafața pământului, în sol și în stratul apropiat de suprafață al oceanului.

O regularitate importantă se observă în distribuția organismelor vii după compoziția speciilor. Din numărul total de specii, 21% sunt plante, dar contribuția lor la biomasa totală este de 99%. Dintre animale, 96% dintre specii sunt nevertebrate și doar 4% sunt vertebrate, dintre care doar o zecime sunt mamifere.

Astfel, din punct de vedere cantitativ, predomină formele care se află la un nivel relativ scăzut de dezvoltare evolutivă.

Masa materiei vii este doar 0,01-0,02% din materia inertă a biosferei, ea singură joacă un rol principal în procesele geochimice. Substanțele și energia necesare metabolismului, organismele atrag din mediu. Cantități uriașe de materie vie sunt recreate, transformate și descompuse.

În fiecare an, aproximativ 10% din biomasă este reprodusă datorită activității vitale a plantelor și animalelor.

Pe lângă plante și animale, V.I.Vernadsky include și umanitatea, a cărei influență asupra proceselor geochimice diferă de influența altor ființe vii, în primul rând, prin intensitatea ei, care crește odată cu cursul timpului geologic; în al doilea rând, prin impactul pe care activitatea umană îl are asupra restului materiei vii.

Acest impact afectează, în primul rând, crearea a numeroase specii noi de plante cultivate și animale domestice. Asemenea specii nu au existat înainte și fără ajutor uman fie mor, fie se transformă în rase sălbatice. Prin urmare, Vernadsky consideră munca geochimică a materiei vii în legătura inseparabilă dintre animalul, regnul vegetal și umanitatea culturală ca fiind opera unui singur întreg.

Funcția principală a biosferei este de a asigura circulația elementelor chimice, care se exprimă în circulația substanțelor între atmosferă, sol, hidrosferă și organismele vii.

Introducere

Animalele și plantele, ciupercile și bacteriile nu există pe cont propriu, independent unele de altele, ci în strânsă interacțiune - ele influențează manifestările activității vitale a unora și ei înșiși depind de alte organisme.

Din momentul apariției lor, acum aproximativ 3,5 miliarde de ani, organismele vii au început să aibă un impact semnificativ asupra evoluției scoarței și atmosferei terestre.

Cu aproximativ 60 de ani în urmă, un remarcabil om de știință rus, academicianul V.I. Vernadsky a dezvoltat doctrina biosferei - învelișul Pământului locuit de organisme vii. IN SI. Vernadsky a dezvăluit rolul geologic al organismelor vii și a arătat că activitatea lor este cel mai important factor în transformarea învelișurilor minerale ale planetei. Este mai corect să definim biosfera ca o înveliș a Pământului, care este locuită și transformată de organismele vii.

Tradus literal, termenul „biosferă” înseamnă sfera vieții, iar în acest sens a fost introdus pentru prima dată în știință în 1875 de către geologul și paleontologul austriac Eduard Suess (1831-1914). Cu toate acestea, cu mult înainte de aceasta, sub alte nume, în special, „spațiul vieții”, „imaginea naturii”, „cochilia vie a Pământului”, etc., conținutul său a fost considerat de mulți alți oameni de știință ai naturii.

Inițial, toți acești termeni însemnau doar totalitatea organismelor vii care trăiesc pe planeta noastră, deși uneori era indicată legătura lor cu procesele geografice, geologice și cosmice, dar, în același timp, s-a acordat mai degrabă atenție dependenței naturii vii de forțe. și substanțe de natură anorganică.

Structura și funcțiile biosferei

Biosfera este împărțită în:

materie vie, formată dintr-o combinație de organisme;

o substanță biogenă care este creată în cursul activității vitale a organismelor (gaze atmosferice, cărbune, petrol, calcar etc.);

materie inertă formată fără participarea organismelor vii (roci de bază, lavă de vulcani, meteoriți);

substanță bioinertă, care este rezultatul general al activității vitale a organismelor și al proceselor abiogene, cum ar fi solul.

Evoluția biosferei se datorează a trei grupe de factori strâns interconectați: 1) dezvoltarea planetei noastre ca corp cosmic și transformările chimice care au loc în adâncurile sale, 2) evoluția biologică a organismelor vii și 3) dezvoltarea a societatii umane. Studiul biosferei, proprietățile și modelele sale de dezvoltare devine sarcina urgenta timpul nostru.

Structura biosferei

Limitele biosferei sunt determinate de factorii mediului terestre, care fac imposibilă existența organismelor vii (Fig. 1). Limita superioară se desfășoară aproximativ la o altitudine de 20 km de suprafața planetei și este delimitată de un strat de ozon, care întârzie partea de unde scurte, dăunătoare vieții, a radiației ultraviolete a Soarelui. Astfel, organismele vii pot exista în troposferă și stratosfera inferioară. În hidrosfera scoarței terestre, organismele pătrund în toată adâncimea Oceanului Mondial - până la 10-11 km. În litosferă, viața are loc la o adâncime de 3,5-7,5 km, ceea ce se datorează temperaturii din interiorul pământului și nivelului de pătrundere a apei în stare lichidă.

Atmosfera . Învelișul gazului este format în principal din azot și oxigen. Conține cantități mici de dioxid de carbon (0,03%) și ozon. Starea atmosferei are o mare influență asupra proceselor fizice, chimice și biologice de pe suprafața Pământului și în mediul acvatic. Pentru procesele biologice, cele mai importante sunt: ​​oxigenul folosit pentru respirația și mineralizarea materiei organice moarte, dioxidul de carbon implicat în fotosinteză și ozonul, care protejează suprafața pământului de radiațiile ultraviolete dure. Azotul, dioxidul de carbon, vaporii de apă s-au format în mare parte din cauza activității vulcanice, iar oxigenul - ca rezultat al fotosintezei.

Orez. 1.

1 - nivelul stratului de ozon, care blochează radiațiile ultraviolete dure; 2 - chenar de zăpadă; 3- sol; 4 - animale care trăiesc în peșteri; 5 - bacterii din puțurile de petrol; 6 - organisme bentonice

Hidrosferă . Apa este o componentă importantă a biosferei și unul dintre factorii necesari pentru existența organismelor vii. Partea sa principală (95%) este situată în Oceanul Mondial, care ocupă aproximativ 70% din suprafața globului și conține 1300 milioane km 3 de apă.

Apele de suprafață (lacuri, râuri) cuprind doar 0,182 milioane km 3, iar cantitatea de apă din organismele vii este o cantitate nesemnificativă în comparație cu aceste cifre - doar 0,001 milioane km 3. Rezervele de apă semnificative (24 milioane km 3) conțin ghețari.

De mare importanță sunt gazele dizolvate în apă: oxigenul și dioxidul de carbon. Conținutul lor variază foarte mult în funcție de temperatură și de prezența organismelor vii. Apa conține de 60 de ori mai mult dioxid de carbon decât atmosfera.

Hidrosfera s-a format în legătură cu dezvoltarea litosferei, care în timpul istoriei geologice a Pământului a eliberat o mare cantitate de vapori de apă.

Litosferă . Cea mai mare parte a organismelor care trăiesc în litosferă se află în stratul de sol, a cărui adâncime nu depășește câțiva metri. Solul include substanțe minerale formate în timpul distrugerii rocilor și organice substanțe – produse activitatea vitală a organismelor.

Materia vie de pe Pământ este strict organizată. În prezent, există mai multe niveluri de organizare a materiei vii.

Molecular. Orice sistem viu, oricât de complex este organizat, se manifestă la nivelul de funcționare al biopolimerilor (compuși organici complecși care diferă prin molecule mari) construiți dintr-un număr mare de unități - monomeri (compuși inițiali, repetitivi, mai simplu aranjați) . La acest nivel încep cele mai importante procese ale activității vitale a organismului: metabolismul și conversia energetică, transferul de informații ereditare etc.

Celular. Celula este o unitate structurală și funcțională, precum și o unitate de dezvoltare a organismelor vii. Este un sistem de viață autoreglabil, care se reproduce pe sine. Nu există forme de viață necelulare libere pe Pământ.

Țesătură. Un țesut este o colecție de celule și substanțe intercelulare similare în construcție, unite prin îndeplinirea unei funcții comune.

Organ. Organele sunt asociații structurale și funcționale ale mai multor tipuri de țesuturi. De exemplu, ficatul uman ca organ include epiteliul și țesutul conjunctiv, care împreună îndeplinesc o serie de funcții, inclusiv sinteza proteinelor din sânge, acizilor biliari, neutralizarea substanțelor toxice din intestine și acumularea de amidon animal - glicogen. .

Organismic. organism pluricelular este un sistem holistic de organe specializate pentru a efectua diverse funcții. Un organism unicelular este un sistem viu integral capabil de existență independentă.

Populație-specie. Un set de organisme din aceeași specie, unite printr-un habitat comun, se numește populație. O populație este un sistem de nivel supraorganism. Aici au loc cele mai simple transformări evolutive.

Biogeocenotic (ecosistem). Biogeocenoza este un ansamblu de organisme din diferite specii și factori ai habitatului lor, unite prin metabolism și energie într-un singur complex natural.

Biosferic. Biosfera este un sistem de ordin superior. La acest nivel se produce circulatia substantelor si transformarea energiei, asociate cu activitatea vitala a tuturor organismelor vii care traiesc pe planeta noastra.

Funcțiile biosferei

Activitatea organismelor vii servește drept bază pentru circulația substanțelor în natură. Funcția principală a biosferei este de a asigura circulația elementelor chimice, care se exprimă în circulația substanțelor între atmosferă, sol, hidrosferă și organismele vii.

Ciclul apei . Apa se evaporă și este transportată de curenții de aer pe distanțe lungi. Cazând pe suprafața pământului sub formă de precipitații, contribuie la distrugerea rocilor, le face accesibile plantelor și microorganismelor, erodează stratul superior de sol și merge împreună cu compușii chimici și particulele organice în suspensie dizolvate în el în mări și oceane. (Fig. 2). Circulația apei între ocean și pământ este o verigă esențială în susținerea vieții pe Pământ. Datorită acestui proces, are loc distrugerea treptată a litosferei, ale cărei componente sunt transferate în mări și oceane.

Orez. 2.

Ciclul carbonului . Carbonul face parte dintr-o varietate de substanțe organice care alcătuiesc toate ființele vii. În procesul de fotosinteză, plantele verzi folosesc carbonul dioxidului de carbon și hidrogenul apei pentru a sintetiza compuși organici, iar oxigenul eliberat intră în atmosferă. Ele sunt respirate de diverse animale și plante, iar produsul final al respirației - CO 2 - este eliberat în atmosferă.

ciclul azotului . Azotul atmosferic este inclus în ciclu datorită activității bacteriilor și algelor fixatoare de azot, care sintetizează nitrați potriviți pentru utilizare de către plante. O parte din azot este fixată ca urmare a formării de oxizi în timpul descărcări electriceîn atmosferă. Compușii de azot din sol intră în plante și sunt utilizați pentru a construi proteine. După moartea organismelor vii, bacteriile putrefactive descompun reziduurile organice în amoniac. Bacteriile chemosintetice transformă amoniacul în acid azotic și apoi în acid azotic. O anumită cantitate de azot, datorită activității bacteriilor denitrificatoare, pătrunde în aer. O parte din azot se depune în sedimentele de adâncime și este exclusă din ciclu pentru o lungă perioadă de timp; această pierdere este compensată prin intrarea azotului în aer cu gaze vulcanice.

Ciclul sulfului . Sulful face parte dintr-un număr de aminoacizi și este, de asemenea, un element vital. Compușii sulfului cu metale, localizați adânc în sol și în rocile sedimentare marine - sulfurile - sunt transformați de către microorganisme într-o formă accesibilă - sulfații, care sunt absorbiți de plante. Cu ajutorul bacteriilor, se desfășoară reacții separate de oxidare-reducere. Sulfații adânci se reduc la H2S, care se ridică și se oxidează bacterii aerobe la sulfați.

Ciclul fosforului . Fosforul este concentrat în depozitele formate în trecut epoci geologice. Treptat, este spălat din ele și intră în ecosisteme. Plantele folosesc doar o fracțiune din acest fosfor; o mare parte este dusă de râuri în mări și din nou depusă în sedimente. Deși rezervele de roci care conțin fosfor sunt mari, vor trebui luate măsuri pentru a readuce fosforul în ciclul substanțelor.

Cartea prezintă o varietate de materiale care reflectă natura relației dintre starea actuală a biosferei și politica economică. Pe baza generalizării datelor disponibile în străinătate şi literatura internă, pe lângă utilizarea materialelor propriilor cercetări, autorii arată starea reală a lucrurilor în acest domeniu. Acest lucru le permite să se alăture avertismentelor experților că posibilitățile de reglare biotică a mediului din jurul nostru sunt aproape de epuizare.

Cartea este destinată celor care sunt serios preocupați de problemele din domeniul ecologiei și politicii de mediu. Materialele cărții pot fi folosite ca manual pentru studenții facultăților de biologie ale universităților, profesorii de biologie, ecologie, precum și pentru proiecte de cercetare absolvenți și oameni de știință care se ocupă de fenomene biosferice.

Biosfera conține substanțe care diferă unele de altele în mai multe moduri: substanțe naturale, substanță vie, substanță biogenă, substanță inertă, substanță bioinertă, substanță organică, substanță biologic activă, antropicăși substanță nocivă.

Următoarele componente sunt de o importanță deosebită pentru sistemele vii:

1) materie vie;

2) substanță biogenă;

3) substanță inertă;

4) substanță bioinertă;

5) substanță radioactivă;

6) atomi împrăștiați;

7) materie de origine cosmică.

Aici este necesar să înțelegem că „... biosfera este un concept planetar, larg, mult mai mare decât domeniul de studiu al unui biolog, solist etc., care se limitează la „zona vieții”. De aceea, cu toată strălucirea termenului „biosferă”, cu toată originalitatea și profunzimea doctrinei generale a biosferei, nu se poate identifica pe deplin nici cu „câmpul vieții”, nici cu disciplinele care o studiază” (Tyuryukanov, 1990). Este pur și simplu de neînțeles, dar faptele mărturisesc că toți atomii marii majorități a elementelor tabelului periodic au trecut în istoria lor prin starea materiei vii. Pe lângă aceste valori, caracteristică importantă biosferei sunt: ​​biomasa sa, diversitatea speciilor de floră și faună, rata de producție, adică capacitatea populațiilor de specii de a crea materie organică. Potrivit diverselor estimări, în timpul nostru pe Pământ există aproximativ 3,5 milioane specii, dintre care aproximativ 500.000 de specii sunt specii de plante. Restul biodiversităţii este reprezentată de animale şi microorganisme, iar dintre primele, clasa insectelor are cel mai mare număr de specii.

Care sunt funcțiile biosferei?

1. funcția de gaz. Constă în faptul că metabolismul organismelor, respirația și schimbul lor cu mediul extern acoperă o gamă largă de reacții gazoase variate, ducând în cele din urmă la absorbția de oxigen și eliberarea de dioxid de carbon, apă vaporoasă etc. calculat că pentru viraj complet dioxidul de carbon atmosferic prin fotosinteză este suficient pentru 300 de ani, iar oxigenul - 2000-2500 de ani, apa prin evaporare - aproximativ 1 milion de ani. Este clar că această funcție poate fi schimbată acum datorită defrișării intensive și arăturii stepelor. Rolul omului în schimbarea aspectului biosferei este semnificativ, ceea ce este confirmat de datele din tabel. 2.

masa 2

Dimensiunile principalelor ecosisteme terestre obţinute din observaţiile prin satelit (după Losev, 1985, p. 57)

2. funcția redox. Materia vie determină o gamă largă de transformări chimice ale substanțelor, inclusiv atomi de elemente cu valență variabilă - compuși ai fierului, manganului, oligoelemente etc. Un exemplu este procesul ciclului azotului.

Amintiți-vă că încorporarea azotului în compuși care pot fi utilizați de organisme se numește fixare. Dintre fixatorii de azot, microorganismele care trăiesc în simbioză cu plantele au cea mai mare importanță practică. Sunt cunoscute 200 de specii de plante ale căror rădăcini pot dezvolta bacterii nodulare care absorb azotul din aer. bacterii Bact. Radicicola trăiesc pe rădăcinile leguminoaselor - trifoi, lucernă, mazăre, soia, lupin. S-a descoperit că cantitatea de azot care intră în plante de la bacteriile nodulare în unele cazuri este de până la 50-80% din cantitatea totală de azot absorbită de plante. Aproximativ 10 milioane de tone de azot sunt fixate anual în hidrosferă.

Lanțul de reacții prin care organismele oxidează ionul de amoniu la starea de azotat, sau nitriți sau nitriți la starea de nitrat se numește nitrificare. Aceste procese sunt efectuate cu ajutorul bacteriilor. Nitrosomonas, Nitrobacter. Inițial, amoniacul este oxidat la acid azotat: NH 3 + + 3O > HNO 2 + 66 kcal / mol. În continuare, are loc reacția de oxidare a nitriților la nitrați: KNO 2 + O > KNO 3 + 15,5 kcal / mol.

Denitrificarea apare atunci când, în condiții anaerobe, microorganismele folosesc oxigenul nitraților pentru a oxida diferite substanțe cu eliberarea de azot din acestea. Bacteriile joacă cel mai important rol în denitrificare. Pseudomonas.În apele proaspete, poluate, acest rol îl joacă E. coli Escherichia coli. Se știe că „denitrificarea aproape că nu are loc în condiții aerobe, deoarece în prezența oxigenului liber, este mai avantajos energetic ca organismele să-l folosească ca acceptor de electroni în oxidarea substanțelor organice, mai degrabă decât oxigenul legat în nitrați. Cu toate acestea, în hidrosferă există zone vaste cu condiții anaerobe care favorizează denitrificarea – se observă peste tot unde există mai multă materie organică decât oxigenul necesar oxidării lor biologice. Astfel de zone includ hipolimniunea lacurilor eutrofice, mlaștinilor și acele locuri în care există un aflux mare de materie organică” (Konstantinov, 1979, pp. 336–337).

amonificare- aceasta este descompunerea materiei organice în compuși de azot amoniac. Acest proces are loc, de exemplu, în sol sub acțiunea bacteriilor amonifiante după schema: Proteine, substanțe humice > Aminoacizi > Amide > Amoniac.

Ammonificarea este efectuată de bacterii aerobe și anaerobe. Ammonificarea produce acizi organici, alcooli, monoxid de carbon și amoniac. Apoi aceste substanțe se transformă în apă, hidrogen, metan. Amoniacul reacționează parțial cu acizii organici și minerali (carbonic, nitric, acetic etc.).

3. funcția de concentrare. Se manifestă prin capacitatea organismelor vii de a acumula diverse elemente chimice, inclusiv oligoelemente, din mediul extern (sol, apă, atmosferă). De obicei, cea mai mare proporție în compoziția materiei vii este oxigenul (65–70%) și hidrogenul (10%). Restul de 20-25% sunt reprezentate de diverse elemente cu un număr total de peste 70. Există organisme care au capacitatea de a acumula preferenţial elemente chimice individuale în cantităţi mai mari în comparaţie cu compoziţia scoarţei terestre şi a litosferei. În plus, în compoziția organismelor animale se găsește un conținut mult mai mare de Na, Ca, P, N, S, F, Cl, Zn decât la plante. În consecință, rolul geochimic al florei și faunei are un caracter specific propriu. Există elemente chimice - biofili, fără de care activitatea vitală a organismelor este imposibilă. Acestea sunt C, H, O, N, P, S, Cl, J, B, Cs, Mg, K, Na, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, Co, Se.

4. Funcția distructivă. Lupta pentru hrana ca sursa de energie si nutrienti nu se limiteaza la semnul celor vii.

5. excretor și distructiv- macar caracteristici importante organisme vii. Este posibil să se formuleze o lege conform căreia niciun organism nu poate exista în mediul secrețiilor sale (metaboliți) și al cadavrelor strămoșilor săi. Dacă nu ar fi procesele de descompunere a substanțelor organice în cele minerale, atunci organismele ar muri din cauza otrăvirii cu secrețiile lor și din „otrăvurile cadaverice” ale strămoșilor lor. Datorită biodiversității uriașe a materiei vii, această funcție este echilibrată, iar acolo unde sunt introduse monoculturi (agrocenoze), această parte a spațiului este caracterizată de instabilitate extremă. Din această cauză, natura respinge monocultura. De aceea, păstrarea biogeocenozelor în forma lor inițială este o sarcină vitală a unei persoane care, invadând comunitățile (pescuit, vânătoare, defrișări etc.), își schimbă echilibrul nu spre partea mai buna. Este clar că mediul este eliberat de metaboliți datorită acțiunii altor factori - temperaturi, agenți chimici. O parte este spălată din sol și scurgerea râului dus în ocean. Cu toate acestea, rolul materiei vii în acest proces este primordial. Se poate presupune că efectul agresiv al alcoolului asupra organismului animalelor și oamenilor se explică prin faptul că în zorii formării viețuitoarelor, singurele elemente din excreția microorganismelor care există în procesele anaerobe erau alcoolul (fermentația). efect). Prin urmare, aceste deșeuri ale organismelor primare nu ar putea deveni o altă sursă (necesară) de energie pentru corpul nostru în procesul de evoluție. Prin urmare, acesta (alcoolul) este o otravă pentru sistemele vii. Pe lângă funcțiile menționate mai sus ale materiei vii, ar trebui caracterizată încă una - aceasta este viteza de răspândire a acesteia pe planetă. Ce înseamnă?

Materia vie se caracterizează nu numai prin biomasă și diversitatea speciilor, ci și prin energia geochimică, adică capacitatea de a muta elemente chimice în biosferă. Oportunitatea cuantificării acestui rol a fost oferită de V. I. Vernadsky. El a sugerat ca unitatea de energie geochimică să fie considerată rata de transfer al vieții, determinată de rata de reproducere. Deci, rata de răspândire a vieții (V) poate fi calculată prin formula:

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

Unde? - un indicator al progresiei reproducerii unei specii, - numărul staționar de indivizi ai unei specii sau ai altei unități sistematice, atunci când umple suprafața pământului (5,1 108 km 2), 13963,3 - valoarea obținută prin împărțirea numărului staționar la 365.

În plus, este necesar să se țină cont de distanța maximă pe care se poate răspândi viața, egală cu ecuatorul Pământului (40.075.721 m). Trebuie avut în vedere următorul fapt: energia geochimică a vieții depinde de rata de reproducere a organismelor - nu ca proces biologic autonom, ci în conformitate cu proprietățile biosferei - un fenomen planetar.

De exemplu, descendenții unei bacterii sunt capabili să captureze suprafața întregii planete în doar 1,47 zile, „răspândindu-se” cu o viteză de 33,1 m/s. Pentru un elefant indian, această viteză va fi de 0,09 cm/s. Pentru a reproduce masa de bacterii egală cu masa scoarței terestre cu reproducere nestingherită, bacteriile au nevoie de doar 1,6 zile, algele verzi - 24,5 zile, elefanții - 1300 de ani (Chernova și colab., 1997, pp. 8-9).

Materia vie a pământului este reprezentată de biomasa plantelor, animalelor, bacteriilor și ciupercilor. În compoziția zoobiomasei, ponderea principală (90–99,5%) revine nevertebratelor, putând ajunge la 105 kg/km2. Biomasa nevertebratelor este deosebit de mare în solurile de cernoziom și de luncă. Dacă comparăm fitomasa comunităților lemnoase și de luncă, atunci valoarea totală este dominată de lemnoase, dar activitate biologică, cea mai mare productivitate în timpul anului, cel mai mare efect în formarea humusului și fertilitatea solului nu aparține formațiunilor perene de vegetație lemnoasă, ci formațiunilor de vegetație erbacee. Comunitățile erbacee, cu ciclurile lor de viață care curg rapid și sistemul radicular puternic, asigură formarea unui conținut ridicat de humus în sol și formarea solurilor cu fertilitate ridicată, cum ar fi cernoziomurile, pajiștile și solurile inundabile. Mecanism acest fenomen poate fi explicată prin faptul că în biotă s-a format o regularitate importantă (prin evoluţie).

Deci, de exemplu, cu cât este mai mare dimensiunea organismelor, cu atât numărul speciilor lor este mai mic, cu atât numărul indivizilor lor este mai mic și durata lor de viață este mai lungă. În schimb, odată cu scăderea dimensiunii organismelor, numărul speciilor lor și numărul de indivizi cresc foarte mult, dar durata de viață a indivizilor este mult redusă.

Într-adevăr, este suficient să comparăm între hidrobionote dinamica populației de kaluga, beluga sau hamsii, hamsii și între populațiile terestre de animale - tigri și rozătoare asemănătoare șoarecilor etc., pentru a ne asigura că această regulă este adevărată.

Biosfera are multe funcții, dar cea energetică este una dintre cele centrale. Este greu de imaginat aspectul și compoziția biotei fără acești mediatori între Soare și alți reprezentanți ai lumii organice. Plantele joacă rolul principal în „reradierea” energiei solare către consumatorii finali - animale heterotrofe. Totuși, evoluția, sau mai bine zis, legile mișcării materiei (legi termodinamice) „ordonate” astfel încât pe fiecare nivel trofic(regula zece la sută) există o pierdere inevitabilă a uneia dintre ele.

Care este motivul acestui fenomen?

Vom încerca să răspundem la această întrebare în capitolul următor.

<<< Назад

Înainte >>>

O lungă perioadă de dezvoltare prebiologică a planetei noastre, determinată de acțiunea factorilor fizici și chimici de natură neînsuflețită, s-a încheiat cu un salt calitativ - apariția vieții organice. Din momentul apariției lor, organismele există și se dezvoltă în strânsă interacțiune cu natura neînsuflețită, iar procesele din natura vie de pe suprafața planetei noastre au devenit predominante. Sub acțiunea energiei solare, se dezvoltă un sistem fundamental nou (la scară planetară) - biosferă. Biosfera este împărțită în:

♦ materie vie formată dintr-o combinație de organisme;

♦ substanță biogenă, care se creează în procesul activității vitale a organismelor (gaze atmosferice, cărbune, calcar etc.);

♦ materie inertă formată fără participarea organismelor vii (roci de bază, lavă de la vulcani, meteoriți);

♦ substanță bioinertă, care este un rezultat comun al activității vitale a organismelor și proceselor abiogene (solurilor).

Evoluția biosferei se datorează a trei grupe de factori strâns legați între ele: dezvoltarea planetei noastre ca corp cosmic și transformările chimice care au loc în adâncurile sale, evoluția biologică a organismelor vii și dezvoltarea societății umane.

Granițele vieții sunt determinate de factorii mediului pământesc care împiedică existența organismelor vii. Limita superioară a biosferei trece la o altitudine de aproximativ 20 km de suprafața Pământului și este delimitată de stratul de ozon, care prinde partea cu unde scurte a radiației ultraviolete solare, care este distructivă pentru viață. În hidrosfera scoarței terestre, organismele vii locuiesc în toate apele Oceanului Mondial - până la 10-11 km în adâncime. În litosferă, viața are loc la o adâncime de 3,5–7,5 km, ceea ce se datorează temperaturii din interiorul pământului și nivelului de pătrundere a apei în stare lichidă.

Atmosfera.Învelișul gazos al Pământului este format în principal din azot și oxigen. Conține cantități mici de dioxid de carbon (0,003%) și ozon. Starea atmosferei are o mare influență asupra proceselor fizice, chimice și biologice de pe suprafața Pământului și în mediul acvatic. Pentru că procesele vieții sunt deosebit de importante: oxigen, utilizat pentru respirația și mineralizarea materiei organice moarte; dioxid de carbon, folosit de plantele verzi în fotosinteză; ozon, creând un ecran care protejează suprafața pământului de radiațiile ultraviolete. Atmosfera s-a format ca urmare a unei puternice activități vulcanice și de construcție a munților, oxigenul a apărut mult mai târziu ca produs al fotosintezei.

Hidrosferă. Apa este o componentă importantă a biosferei și o condiție necesară pentru existența organismelor vii. De mare importanță sunt gazele dizolvate în apă: oxigenul și dioxidul de carbon. Conținutul lor variază foarte mult în funcție de temperatură și de prezența organismelor vii. Apa conține de 60 de ori mai mult dioxid de carbon decât atmosfera. Hidrosfera s-a format în legătură cu dezvoltarea procese geologiceîn litosferă, în care s-a eliberat o mare cantitate de vapori de apă.

Litosferă. Cea mai mare parte a organismelor litosferei este situată în stratul de sol, a cărui adâncime nu depășește câțiva metri. Solul este format din substanțe anorganice (nisip, argilă, săruri minerale) formate în timpul distrugerii rocilor și substanțe organice - produse de deșeuri ale organismelor.

Materie vieîn biosferă execută următoarele importante funcții:

1. Funcția energetică - absorbția energiei solare și a energiei în timpul chimiosintezei, transferul de energie în continuare prin lanțul trofic.

2. Funcția de concentrare - acumularea selectivă a anumitor substanțe chimice.

3. Funcția de formare a mediului - transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului.

4. Funcția de transport - transferul de substanțe în direcții vertical și orizontal.

5. Funcția distructivă - mineralizarea materiei nebiogene, descompunerea materiei anorganice neînsuflețite.

Intrebarea 2

Existența unui organism viu este imposibilă fără perceperea și prelucrarea informațiilor din exterior și mediu intern. Ambele procese sunt efectuate pe baza funcționării sistemelor senzoriale. Sistemele senzoriale transformă stimulii adecvați în impulsuri nervoase și îi transmit sistemului nervos central. La diferite niveluri ale creierului, aceste semnale sunt filtrate, procesate și convertite. Acest proces se încheie cu senzații conștiente, reprezentări, recunoașterea imaginilor etc.

Bazat informatii senzoriale munca tuturor organelor interne este organizată. Informația senzorială este un factor important în comportament, adaptarea omului la condițiile de existență. Este, de asemenea, o condiție importantă pentru activitatea umană activă și o condiție pentru formarea și dezvoltarea unei persoane ca persoană. Sistemul senzorial este format din trei secțiuni interconectate: periferică, conductivă și centrală.

Partea periferică a sistemului senzorial (analizatorul) este formată din receptori. Receptorii sunt terminații nervoase sau celule nervoase specializate care răspund la schimbările din lumea externă sau internă și le transformă în impulsuri nervoase. După structură, receptorii pot fi simpli (receptori de sensibilitate generală - atingere, presiune, durere, temperatură - sunt mai mulți în organism) și complecși (răspund la stimuli specifici care acționează asupra zone restricționate corpul uman - receptori pentru gust, miros, vedere, auz, echilibru).

Secțiunea de sârmă a sistemului senzorial este formată din celule nervoase care transmit informații de la receptori către cortexul cerebral.

Diviziunea centrală a sistemului senzorial formează diverse regiuni subcorticale ale creierului care sunt subordonate unor zone ale cortexului cerebral (regiuni corticale) care primesc informații de la receptori.

Toate părțile analizorului acționează ca un întreg, o încălcare a activității oricăreia dintre părți duce la o încălcare a funcțiilor analizorului.

În corpul uman există sisteme vizuale, auditive, olfactive, gustative, senzoriale vestibulare, precum și sistemul somatosenzorial (ai cărui receptori sunt localizați în principal în piele și percep atingerea, presiunea, căldura, frigul, durerea, vibrația, mișcările în articulațiile și mușchii) și visceral un sistem senzorial care primește informații de la receptorii localizați pe organele interne (adică modificări ale mediului intern al corpului).

Fiecare sistem senzorial are o sensibilitate și un prag de stimulare. Se poate adapta la acțiunea unui stimul constant. Analiza primară efectueaza informatii la nivelul receptorilor, selectand iritatii semnificative. Analize ulterioare ale informațiilor verificate în impulsurile nervoase efectuate de diviziunile centrale (zonele subcorticale și cortexul cerebral). Pe măsură ce te apropii de cortex, cantitatea de informații scade brusc - legăturile către creier ale semnalelor false sau neimportante sunt împiedicate).

Pentru percepția normală a lumii exterioare, este necesar ca informația să intre în toate tipurile de sisteme senzoriale. O schimbare într-un sistem senzorial poate schimba activitatea altor sisteme senzoriale.

Variat sistemelor senzorialeîncepe să funcționeze în diferite perioade de dezvoltare. De regulă, în momentul nașterii, secțiunea periferică este complet formată. După naștere, secțiunea firului se modifică (mielinizarea fibrelor nervoase are loc în primele luni de viață). Mai târziu se maturizează secțiunile corticale ale sistemelor senzoriale. Maturarea lor este cea care determină caracteristicile funcționării organelor de simț.

Conceptul de analizor

Este reprezentat de departamentul de percepție - receptorii retinei, nervii optici, sistemul de conducere și zonele corespunzătoare ale cortexului din lobii occipitali ai creierului.

O persoană vede nu cu ochii, ci prin ochii săi, de unde informațiile sunt transmise prin nervul optic, chiasmă, tracturile vizuale către anumite zone ale lobilor occipitali ai cortexului cerebral, unde este imaginea lumii exterioare pe care o vedem. format. Toate aceste organe alcătuiesc analizatorul nostru vizual sau sistemul vizual.

Prezența a doi ochi ne permite să ne facem viziunea stereoscopică (adică să formăm o imagine tridimensională). Partea dreaptă a retinei fiecărui ochi transmite prin nervul optic „partea dreaptă” a imaginii către partea dreapta creierul, partea stângă a retinei acționează în mod similar. Apoi cele două părți ale imaginii - dreapta și stânga - creierul se conectează împreună.

Deoarece fiecare ochi percepe „propria sa” imagine, dacă mișcarea articulației ochilor drept și stângi este perturbată, vederea binoculară poate fi perturbată. Mai simplu spus, veți începe să vedeți dublu sau veți vedea două imagini complet diferite în același timp.

Structura ochiului

Ochiul poate fi numit un dispozitiv optic complex. Sarcina sa principală este de a „transmite” imaginea corectă către nervul optic.

Principalele funcții ale ochiului:

un sistem optic care proiectează o imagine;

un sistem care percepe și „codifică” informațiile primite pentru creier;

· Sistem de susţinere a vieţii „Serving”.

Corneea este membrana transparentă care acoperă partea din față a ochiului. Nu există vase de sânge în el, are o putere de refracție mare. Inclus în sistemul optic al ochiului. Corneea se învecinează cu învelișul exterior opac al ochiului - sclera.

Camera anterioară a ochiului este spațiul dintre cornee și iris. Este umplut cu lichid intraocular.

Irisul are forma unui cerc cu o gaură în interior (pupila). Irisul este format din mușchi, cu contracția și relaxarea cărora se modifică dimensiunea pupilei. Intră în coroida ochiului. Irisul este responsabil de culoarea ochilor (dacă este albastru, înseamnă că sunt puține celule pigmentare în el, dacă este maro, sunt multe). Îndeplinește aceeași funcție ca și diafragma dintr-o cameră, ajustând puterea de lumină.

Pupila este o gaură în iris. Dimensiunile sale depind de obicei de nivelul de iluminare. Cu cât este mai lumină, cu atât pupila este mai mică.

Lentila este „lentila naturală” a ochiului. Este transparent, elastic - își poate schimba forma, „concentrându-se” aproape instantaneu, datorită căruia o persoană vede bine atât aproape, cât și departe. Este situat în capsulă, ținută de centura ciliară. Cristalinul, ca și corneea, face parte din sistemul optic al ochiului.

Corpul vitros este o substanță transparentă asemănătoare unui gel, situată în partea din spate a ochiului. Corpul vitros menține forma globului ocular și este implicat în metabolismul intraocular. Inclus în sistemul optic al ochiului.

Retina – este formată din fotoreceptori (sunt sensibili la lumină) și celule nervoase. Celulele receptoare situate în retină sunt împărțite în două tipuri: conuri și tije. În aceste celule, care produc enzima rodopsina, energia luminii (fotoni) este convertită în energie electricațesut nervos, adică reacție fotochimică.

Tijele sunt foarte sensibile la lumină și vă permit să vedeți în lumină slabă, ele fiind, de asemenea, responsabile pentru vederea periferică. Conurile, pe de altă parte, necesită Mai mult luminoase, dar vă permit să vedeți detalii fine (responsabile pentru vederea centrală), fac posibilă distingerea culorilor. Cea mai mare concentrație de conuri se află în fovee (macula), care este responsabilă pentru cea mai mare acuitate vizuală. Retina este adiacentă coroidei, dar vag în multe zone. Aici tinde să se desprindă când diverse boli retină.

Sclera - opac înveliș exterior globul ocular, trecând în fața globului ocular într-o cornee transparentă. De sclera sunt atașați 6 mușchi oculomotori. Conține un număr mic de terminații nervoase și vase de sânge.

Coroida - căptușește sclera posterioară, adiacentă retinei, cu care este strâns legată. Coroida este responsabilă de alimentarea cu sânge a structurilor intraoculare. În bolile retinei, este foarte des implicată în procesul patologic. Nu există terminații nervoase în coroidă, prin urmare, atunci când este bolnavă, durerea nu apare, semnalând de obicei un fel de defecțiune.

Nervul optic - cu ajutorul nervului optic, semnalele de la terminațiile nervoase sunt transmise la creier.

Ochii - organul vederii - pot fi comparați cu o fereastră lumea. Aproximativ 70% din toate informațiile pe care le primim cu ajutorul vederii, de exemplu, despre forma, dimensiunea, culoarea obiectelor, distanța până la acestea etc. Analizorul vizual controlează motorul și activitatea muncii persoană; datorită viziunii, putem studia experiența acumulată de omenire din cărți și ecrane de computer.

Organul vederii este format din globul ocular și un aparat auxiliar. Aparatul auxiliar este sprâncenele, pleoapele și genele, glanda lacrimală, canaliculi lacrimali, mușchii oculomotori, nervii și vasele de sânge.

Sprancenele si genele protejeaza ochii de praf. În plus, sprâncenele deturnează transpirația care curge de pe frunte. Toată lumea știe că o persoană clipește constant (2-5 mișcări ale pleoapelor într-un minut). Dar știu ei de ce? Se dovedește că suprafața ochiului în momentul clipirii este umezită de lichid lacrimal, care îl protejează de uscare, fiind în același timp curățat de praf. Lichidul lacrimal este produs de glanda lacrimală. Conține 99% apă și 1% sare. Se eliberează până la 1 g de lichid lacrimal pe zi, acesta se adună în colțul interior al ochiului și apoi intră în canaliculi lacrimali, care îl conduc în cavitatea nazală. Dacă o persoană plânge, lichidul lacrimal nu are timp să iasă prin tubuli în cavitatea nazală. Apoi lacrimile curg prin pleoapa inferioară și se scurg pe față.

Globul ocular este situat în adâncirea craniului - orbită. Are o formă sferică și constă dintr-un miez interior acoperit cu trei membrane: exterioară - fibroasă, mijlocie - vasculară și interioară - plasă. Membrana fibroasa este subdivizata in partea posterioara opaca - albuginea sau sclera, iar partea anterioara transparenta - corneea. Corneea este o lentilă convex-concavă prin care pătrunde lumina în ochi. Coroida este situată sub sclera. Partea sa din față se numește iris, conține pigmentul care determină culoarea ochilor. În centrul irisului există o mică gaură - pupila, care se poate extinde sau contracta în mod reflex cu ajutorul mușchilor netezi, trecând cantitatea necesară de lumină în ochi.

Coroida în sine este pătrunsă cu o rețea densă vase de sânge care hrănesc globul ocular. Din interior, un strat de celule pigmentare care absorb lumina este adiacent coroidei, astfel încât lumina să nu se împrăștie sau să se reflecte în interiorul globului ocular.

Direct în spatele pupilei se află o lentilă transparentă biconvexă. Își poate schimba în mod reflex curbura, oferind o imagine clară pe retină - învelișul interior al ochiului. Receptorii sunt localizați în retină: baghete (receptori de lumină crepusculară care disting lumina de întuneric) și conuri (au mai puțină sensibilitate la lumină, dar disting culorile). Majoritatea conurilor sunt situate pe retină opusă pupilei, în macula. Lângă acest punct se află punctul de ieșire al nervului optic, aici nu există receptori, așa că se numește punct orb.

În interiorul ochiului este umplut cu un corp vitros transparent și incolor.

Percepția stimulilor vizuali. Lumina pătrunde în globul ocular prin pupilă. Cristalinul și corpul vitros servesc la conducerea și focalizarea razelor de lumină pe retină. Șase mușchi oculomotori se asigură că poziția globului ocular este astfel încât imaginea obiectului să cadă exact pe retină, pe pata lui galbenă.

În receptorii retinei, lumina este transformată în impulsuri nervoase, care sunt transmise de-a lungul nervului optic către creier prin nucleii mezencefalului (tuberculii superiori ai cvadrigeminei) și diencefalul (nucleii vizuali ai talamusului) - la nivelul vizual. zona cortexului cerebral, situată în regiunea occipitală. Percepția culorii, formei, iluminării unui obiect, a detaliilor sale, care au început în retină, se termină cu analiza în cortexul vizual. Toate informațiile sunt colectate aici, sunt decodificate și rezumate. Ca urmare, se formează o idee despre subiect.

Tulburări vizuale. Vederea oamenilor se schimbă odată cu vârsta, deoarece lentila își pierde elasticitatea, capacitatea de a-și schimba curbura. În acest caz, imaginea obiectelor apropiate se estompează - se dezvoltă hipermetropia. Un alt defect vizual este miopia, când oamenii, dimpotrivă, nu văd bine obiectele îndepărtate; se dezvoltă după stres prelungit, iluminare necorespunzătoare. Miopia apare adesea la copiii de vârstă școlară din cauza regimului de lucru necorespunzător, a luminii slabe la locul de muncă. În cazul miopiei, imaginea obiectului este focalizată în fața retinei, iar la hipermetropie se află în spatele retinei și, prin urmare, este percepută ca fiind neclară. Cauza acestor defecte vizuale pot fi modificări congenitale ale globului ocular.

Miopia și hipermetropia sunt corectate de ochelari sau lentile special selectate.

Întrebarea #3

Adaptabilitatea la mediu este relativă, utilă doar în condițiile în care s-a format istoric: în timpul naparlirii, racul este neajutorat, iar gândacul care înotează îi poate face față. Racul are un înveliș chitinos dur care servește în principal ca schelet extern.
Pe abdomenul racului sunt cinci perechi de membre birame folosite pentru înot.
Racii masculi sunt mult mai mari decât femelele și sunt echipați cu gheare mai voluminoase. Dacă brusc apare o pierdere a unui membru,
în cancer, unul nou crește - imediat după naparlire. Clemele sunt proiectate pentru atac și apărare.

Biletul numărul 23

Intrebarea 1

Utilizare rațională resurse naturale

Rezervele uriașe de resurse naturale sunt de mare importanță pentru viitorul republicii. Cu toate acestea, după cum știți, dezvoltarea lor este împiedicată de condiții naturale dificile. Problema dezvoltării resurselor naturale aduce în prim plan problemele protecţiei naturii. Greșelile făcute în dezvoltarea resurselor naturale sunt asociate cu utilizarea nerezonabilă a resurselor și resurselor subterane, prevalența opiniei eronate că resursele naturale sunt inepuizabile. Toate acestea luate împreună au dus la o încălcare a echilibrului natural. Luați, de exemplu, resursele de apă. Pentru republică, utilizarea rațională a resurselor naturale este de mare importanță, deoarece noile întreprinderi și zonele de cultură irigate necesită rezerve semnificative de resurse de apă. Poluarea râurilor, utilizarea nerezonabilă a resurselor de apă, modificările regimului hidrologic al râurilor ca urmare a activităților umane au dus la modificări ale altor componente ale naturii. Deci, în câmpurile de orez irigate din Kazahstanul de Sud, solul își pierde stratul fertil și devine foarte salin. Modificările solului au afectat diversitatea și distribuția acoperirii vegetației. Acest lucru a transformat întreaga regiune într-o zonă de dezastru ecologic. În timpul dezvoltării terenurilor virgine și de pânză, solul a fost supus eroziunii vântului și apei.

Anterior, productivitatea solului era mult mai mare, dar în ultimii ani această cifră a scăzut. Ca urmare a eroziunii eoliene, se scoate un strat fertil de sol. Caracteristicile structurii solului teritoriilor virgine nu sunt luate în considerare. Pe terenurile nisipoase si argiloase, dupa 4-5 ani de utilizare, solurile devin sarate si iesite din circulatia agricola. Stratul fertil de humus este redus. Deșerturile și semi-deșerturile republicii ocupă 167 de milioane de hectare. Ca urmare a irigațiilor, aceste zone pot fi folosite ca pășuni. În ultimii ani, ca urmare a irigațiilor estuarelor, aici s-au obținut indicatori buni. Un viitor mare îi revine folosirii apelor arteziene pentru udarea pășunilor.

Resurse naturale ale republicii noastre sunt considerabile. Ele asigură tot ce este necesar pentru a satisface nevoile populației și pentru a dezvolta economia. Dar oricât de grozave ar fi, dacă nu ai grijă de conservarea și folosirea lor corectă, se pot epuiza în timp. Prin urmare, securitatea resurse naturale are o mare importanta.Prin decizie a Uniunii Internationale pentru Conservarea Naturii si Resurselor Naturale, fiecare tara tine evidenta speciilor rare si pe cale de disparitie de animale si plante. În țara noastră, „Cartea Roșie” a fost înființată în 1974. Acesta enumeră 21 de specii și subspecii de animale rare și 8 specii de păsări rare, care nu numai că trebuie păstrate, ci și să ia toate măsurile pentru creșterea numărului lor. Sunt excluse speciile de animale și plante restaurate din „Cartea Roșie”. Protecția naturii și utilizarea rațională a resurselor naturale are două direcții - de stat și la nivel național. Statul este determinat de semnele relevante prin decrete guvernamentale, la nivel național se desfășoară prin participarea personală și prin organizații publice.Acum este imposibil să gestionezi rațional cutare sau cutare economie fără a ține cont de interconexiunile tuturor componentelor care există în natură, întrucât încălcarea acestei conexiuni duce adesea la consecinţe triste . Au fost elaborate o serie de măsuri pentru refacerea și îmbogățirea resurselor naturale. Cea mai mare organizație de mediu este Societatea Republicană pentru Protecția Naturii, care are aproximativ 2 milioane de membri în rândurile sale și are filiale în toate regiunile Kazahstanului. Una dintre măsurile importante pentru protecția naturii este crearea rezervațiilor de stat. Natura este protejată în ele, se desfășoară activități de cercetare extinse pentru a studia, reface și îmbogăți natura.În prezent există șapte rezervații în Kazahstan: Aksu-Dzhabagly, Naur-Zum, Almaty, Barsakelmes, Kurgaldzhinsky, Markakol, Ustyurt. Dezvoltarea proiectului primului Parc Natural Național din Kazahstan a început. Acesta va fi situat în munții Bayanaul, unul dintre cele mai frumoase locuri din republică. Există lacuri minunate, păduri de pini, floră și faună bogată. Pe teritoriul viitorului parc național locuit de peste 40 de specii de animale și 50 de specii de păsări, dintre care unele sunt enumerate în „Cartea Roșie”. Partea centrală a parcului va fi o zonă protejată. Pe malul lacurilor Dzhasybay și Sabyndykul vor exista complexe turistice și de recreere, pensiuni, tabere de pionieri Rezervația Aksu-Dzhabagly a fost organizată în 1962. Aceasta este cea mai veche rezervație din Kazahstan. Este întins pe o suprafață de peste 74 de mii de hectare pe versanții Talas Alatau, Munții Ugam din districtele Tyulkubas și Sairam din regiunea Chimkent. Rezervația acoperă 4 centuri de peisaj altitudinal. Cel mai centura inferioară până la o înălțime de 1500 m este o stepă cu un fel de vegetație de stepă și faună sălbatică. La o altitudine de 1500 - 2300 m există o centură de vegetație de luncă-stepă și arbori-arbusti. Aici cresc ienupăr, tufe de migdale, struguri sălbatici, meri sălbatici și alți reprezentanți ai plantelor sudice. Dintre animale, căprioare, bursuci, braze sălbatice, căprioare aduse aici și alții trăiesc aici.

Peste 2000 si 2300 m se gasesc pajisti subalpine si alpine. Nu există vegetație lemnoasă în această centură, cu excepția ienupărului târâtor de Turkestan. Acolo trăiesc capre de munte, leoparzi de zăpadă, marmote, pikas, iar de la păsări - cocoși de zăpadă, cinteze, jackdaws alpin, vultur barbos. Pe teritoriul rezervației sunt înregistrate 238 de specii de păsări și 42 de specii de mamifere. Cele mai valoroase mamifere protejate sunt: ​​argali, capra de munte siberiana (tau-teke), cerbul, xul, carnivore - leopardul de zapada, pisica patata, bursucul.

Centura superioară este alpină, cu vârfuri de zăpadă și ghețari. De acolo, râurile de munte turbulente încep cu cascade spumoase, cascade care se încadrează în vale.

organizat în 1934. Este situat pe câmpia din districtul Semiozerny din regiunea Kustanai. Teritoriul său ocupă 83 de mii de hectare. Rezervația păstrează și studiază stepa de iarbă virgină cu pene cu multe lacuri, pe malurile cărora s-au păstrat păduri de pin. Include și pădurea insulară de pini Naurzum-Karagai. Aceasta este cea mai sudică zonă de distribuție a rarului pin solonchak. În rezervație există un fel de mesteacăn care crește pe soluri verzi. Există un măr în creștere „mamus bakata”, găsit în sălbăticie doar în Orientul Îndepărtat.

Intrebarea 2

Plantele superioare reprezintă o nouă etapă în dezvoltarea evolutivă a lumii plantelor.Plantele superioare, spre deosebire de plantele inferioare, au o diviziune a corpului în organe vegetative: rădăcină, frunze și tulpină Structura organelor vegetative se bazează pe o varietate de țesuturi.

Toate plantele superioare, de regulă, sunt locuitori ai pământului, dar printre ele se numără și locuitori ai corpurilor de apă. În ceea ce privește nutriția, majoritatea plantelor superioare sunt autotrofe.

Dezvoltarea plantelor superioare se caracterizează prin două faze care alternează între ele: gametofit și sporofit. gametofit- generația sexuală, pe care se formează organele genitale multicelulare - anteridii "și arhegonia anteridiilor - corpuri ovale sau sferice, al căror perete exterior este acoperit cu unul sau mai multe rânduri de celule sterile. Celulele genice ale spermatozoizilor se dezvoltă în anteridiu, din care apoi apar gameți masculini - spermatozoizi mobili -tozoare În timpul maturizării, anteridiile se rup, iar apoi spermatozoizii ies și se mișcă activ în apă și înoată până la arhegoniu. arhegonie - corpuri în formă de balon, constând din partea inferioară expandată - abdomen și cea superioară îngustată - gât Extern, arhegoniul este înconjurat de celule sterile care îl protejează de uscare.În abdomenul arhegoniului există un gamet feminin imobil - cel celula ou.apexul se deschide.Prin mucus spermatozoizii trec in abdomenul arhegoniului, unde se contopesc cu ovulul si are loc fertilizarea.

În procesul de evoluție a plantelor superioare s-a produs o simplificare (reducere) treptată a anteridiilor și arhegoniului.De exemplu, la angiosperme (înflorire), din arhegonium a rămas doar celula ou, care se dezvoltă în sacul embrionar (gametofit feminin).

sporofit- generație asexuată, pe care se formează organe de reproducere asexuată - sporogonii, în care spori haploizi se formează prin diviziune prin reducere Sporii din plantele superioare pot fi morfologic în spori mici identici sau diferiți numiți microspori, iar sporii mari se numesc megaspori cu megaspori - femele gametofit haploid Tranziția de la starea aploidă la starea diploidă are loc în timpul fecundației și formării unui zigot diploid, din care se dezvoltă sporofiterofitul.

Evoluţia plantelor superioare, cu excepţia briofitelor, se caracterizează printr-o tendinţă de predominare şi ameliorare a sporofitului cu o reducere simultană a gametofitului.

plante superioare divizat in:

plante cu spori superiori(fig50):

o Departamentul Briofite, sau Mușchi (25 mii specii; în Ucraina - aproximativ 800 specii);

o Departamentul Lycopsidae sau Lycopsidae (400 specii);

o Departamentul Coada-calului sau Coada-calului (32 specii);

o Ferigi de departament, sau Ferigi (10 mii de specii) Plante cu semințe superioare:

o Departamentul de înflorire, sau Floral (250 mii specii)

Caracteristicile plantelor cu spori superiori. În timp ce mergeai prin pădure, fără îndoială ai observat rozete bazale din frunze mari de ferigă și pe suprafața solului umed - tulpini fragede de mușchi verzi. În grădinile de legume, printre alte buruieni, coada-calului crește adesea similar cu pinii mici. În apropierea lacurilor de acumulare sau în mlaștini, printre ierburi, puteți găsi tulpini târâtoare de mușchi de măciucă, acoperite cu frunze mici.

Dacă te uiți la frunzele ferigii de jos, poți vedea mici tuberculi maro. Ele conțin organe de reproducere asexuată - sporangi (din grecescul spor și angeion - recipient). Aici se formează și se maturizează sporii. La mușchi, sporii se formează într-o cutie pe o tulpină, iar în coada-calului și mușchii de club, sporangiile sunt localizate pe frunzele modificate ale lăstarilor speciali purtători de spori, care seamănă cu spiculeții. Capacitatea acestor plante de a se reproduce prin spori a determinat numele lor - „plante cu spori superioare” (rețineți că algele se pot reproduce și prin spori). Plantele cu spori mai mari includ reprezentanți ai departamentelor asemănătoare cu mușchi, licopsoid, coada-calului și feriga.

Caracteristici ale reproducerii și distribuției. În ciclul de viață al plantelor cu spori superiori, precum și al unor grupuri de alge, există o alternanță de reprezentanți ai diferitelor generații care se reproduc asexuat și sexual. Ciclul de viață este perioada dintre fazele identice de dezvoltare a două sau mai multe generații identice. Ciclul de viață asigură continuitatea existenței unui anumit tip de organism.

Indivizii din generația asexuată formează spori. Din spori, la rândul lor, se dezvoltă indivizi din generația sexuală, care formează organele genitale feminine și masculine. Ei dezvoltă gameți feminini și respectiv masculin - ouă și spermatozoizi. În timpul fertilizării la plantele cu spori superiori, spermatozoizii mobili pătrund în ouăle imobile. În acest caz, spermatozoizii sunt eliberați în mediul extern. Ei se deplasează folosind apă pentru aceasta și pătrund în organul genital feminin, unde se află oul. Un ovul fertilizat se dezvoltă într-un embrion. Germinează și se transformă într-un individ din generația asexuată, reproducându-se prin spori. Priviți figurile 37 și 41. După cum puteți vedea, indivizii din generațiile sexuale și asexuate diferă semnificativ unul de celălalt.

Astfel, mușchii, ferigile, coada-calului și mușchii de club, numiți plante cu spori superiori, se așează cu ajutorul sporilor și se caracterizează prin alternarea în ciclul lor de viață a generațiilor asexuate și sexuale.

Plantele cu spori mai înalți sunt comune în diferite condiții climatice, dar majoritatea cresc pe zonele umede, deoarece au nevoie de apă pentru reproducerea sexuală. Cu toate acestea, unele specii ale acestor plante se găsesc chiar și în deșerturi.

Subregatul plantelor superioare unește organisme pluricelulare ale plantelor, al căror corp este împărțit în organe - rădăcină, tulpină, frunze. Celulele lor sunt diferențiate în țesuturi, specializate și îndeplinesc anumite funcții.

După metoda de reproducere, plantele superioare sunt împărțite în spori și semințe. Plantele spori includ mușchi, mușchi de club, coada-calului, ferigi.

Mușchii sunt unul dintre cele mai vechi grupuri de plante superioare. Reprezentanții acestui grup sunt aranjați cel mai simplu, corpul lor este disecat într-o tulpină și frunze. Nu au rădăcini, iar cei mai simpli mușchi de ficat nici măcar nu au o împărțire în tulpină și frunze, corpul arată ca un talus. Mușchii se atașează de substrat și absorb apă cu minerale dizolvate în ea cu ajutorul rizoizilor - excrescențe ale stratului exterior de celule. Acestea sunt în principal plante perene de dimensiuni mici: de la câțiva milimetri până la zeci de centimetri (Fig. 74).

Orez. 74. Mușchi: 1 - marchantia; 2 - in de cuc;
3 - sphagnum

Toți mușchii sunt caracterizați prin alternarea generațiilor sexuale (gametofit) și asexuate (sporofit), gametofitul haploid predominând asupra sporofitului diploid. Această caracteristică le deosebește brusc de alte plante superioare.
Pe o plantă cu frunze sau pe talus, celulele sexuale se dezvoltă în organele genitale: spermatozoizi și ouă.
Fertilizarea are loc numai în prezența apei (după ploaie sau în timpul inundațiilor), de-a lungul căreia se deplasează spermatozoizii. Din zigotul format se dezvoltă un sporofit - un sporogon cu o cutie pe un picior, în care se formează spori. După maturare, cutia se deschide și sporii sunt dispersați de vânt. Când este eliberat în solul umed, sporul germinează și dă naștere unei noi plante.
Mușchii sunt plante destul de comune. În prezent, există aproximativ 30 de mii de specii. Sunt nepretențioși, rezistă foarte receși căldură prelungită, dar cresc numai în locuri umede umbroase.
Corpul mușchilor hepatici se ramifică rar și este de obicei reprezentat de un talus în formă de frunză, din spatele căruia se extind rizoizii. Se așează pe stânci, pietre, trunchiuri de copaci.
În pădurile de conifere și mlaștini, puteți găsi mușchi - in de cuc. Tulpinile sale, plantate cu frunze înguste, cresc foarte dens, formând pe sol covoare verzi continue. Inul de cuc este atașat de sol prin rizoizi.
Inul Kukushkin este o plantă dioică, adică unii indivizi dezvoltă bărbați, în timp ce alții dezvoltă celule sexuale feminine.
Pe plantele femele, după fertilizare, se formează cutii cu spori.

Mușchii albi sau sphagnum sunt foarte răspândiți.
Acumulând o cantitate mare de apă în corpul lor, ele contribuie la îndesarea solului. Acest lucru se datorează faptului că frunzele și tulpina sphagnumului, împreună cu celulele verzi care conțin cloroplaste, au celule moarte incolore cu pori.
Ei sunt cei care absorb apa de 20 de ori masa lor. Rizoizii sunt absenți în sphagnum. Este atașat de sol de părțile inferioare ale tulpinii, care, murind treptat, se transformă în turbă de sphagnum. Accesul oxigenului la grosimea turbei este limitat, în plus, sphagnumul secretă substanțe speciale care împiedică creșterea bacteriilor. Prin urmare, diverse obiecte care au căzut într-o turbă, animale moarte, plante adesea nu putrezesc, dar sunt bine conservate în turbă.
Spre deosebire de mușchi, alți mușchi de spori au o formă bine dezvoltată sistemul rădăcină, tulpini și frunze. Cu mai bine de 400 de milioane de ani în urmă, au dominat printre organismele lemnoase de pe Pământ și au format păduri dese. În prezent, acestea nu sunt grupuri numeroase de plante în principal erbacee. În ciclul de viață, generația predominantă este sporofitul diploid, pe care se formează sporii. Sporii sunt dispersați de vânt și, în condiții favorabile, germinează, formând o mică creștere - un gametofit. Aceasta este o placă verde cu dimensiuni cuprinse între 2 mm și 1 cm. Pe creștere se formează gameți masculini și feminini - spermatozoizi și un ou. După fertilizare, din zigot se dezvoltă o nouă plantă adultă, sporofitul.
Cluburile sunt plante foarte vechi. Oamenii de știință cred că au apărut cu aproximativ 350–400 de milioane de ani în urmă și au format păduri dense de copaci cu înălțimea de până la 30 m. În prezent, au rămas foarte puțini dintre ei, iar acestea sunt plante erbacee perene. La latitudinile noastre, muşchiul în formă de club este cel mai cunoscut (Fig. 75). Poate fi găsit în pădurile de conifere și mixte. Tulpina mușchiului de club care se târăște de-a lungul solului este atașată de sol cu ​​rădăcini adventive.
Frunzele mici în formă de pungă acoperă dens tulpina. Mușchii club se reproduc vegetativ - în zonele de lăstari și rizomi.

Orez. 75. Ferigi: 1 - coada-calului; 2 - muschi de club;
3 - feriga

Sporangiile se dezvoltă pe lăstari erecți colectați sub formă de spiculete. Sporii mici copți sunt transportați de vânt și asigură reproducerea și răspândirea plantei.
Coada-calului sunt mici plante erbacee perene. Au un rizom bine dezvoltat, din care pleacă numeroase rădăcini adventive.
Tulpinile articulate, spre deosebire de tulpinile mușchilor de club, cresc vertical în sus, lăstarii laterali se îndepărtează de tulpina principală.
Pe tulpină sunt spirale de frunze solzoase foarte mici. Primăvara, lăstarii maronii de primăvară cu spiculeți purtători de spori cresc pe rizomi de iernare, care mor după ce sporii se coc. Lăstarii de vară sunt verzi, ramificați, fotosintetizează și stochează nutrienți în rizomi, care iernează și formează noi lăstari primăvara (vezi Fig. 74).
Tulpinile și frunzele cozii-calului sunt dure, saturate cu silice, așa că animalele nu le mănâncă. Coada-calului crește în principal în câmpuri, pajiști, mlaștini, de-a lungul malurilor corpurilor de apă, mai rar în pădurile de pini. Coada-calului, o buruiană greu de eradicat în culturile de câmp, este folosită ca planta medicinala. Datorită prezenței siliciului, tulpinile diferitelor tipuri de coada-calului sunt folosite ca material de lustruire. Coada calului de mlaștină este otrăvitoare pentru animale.
Ferigile, ca și coada-calului și mușchii, erau un grup înfloritor de plante în Carbonifer. Acum există aproximativ 10 mii de specii, dintre care majoritatea sunt comune în pădurile tropicale. Dimensiunile ferigilor moderne variază de la câțiva centimetri (iarbă) la zeci de metri (copaci tropicali umezi). Ferigile de latitudinile noastre sunt plante erbacee cu o tulpină scurtă și frunze cu pene.
Sub pământ este un rizom - un lăstar subteran. Din mugurii săi de deasupra suprafeței se dezvoltă frunze lungi și complexe pinnate - fronde.
Au creștere apicală. Numeroase rădăcini adventive pleacă din rizom.
Frunzele ferigilor tropicale ating o lungime de 10 m.
În zona noastră, cele mai frecvente ferigi sunt porcile, scutul masculin etc. Primăvara, de îndată ce solul se dezgheță, din rizom crește o tulpină scurtată cu o rozetă de frunze frumoase. Vara, tuberculii maro apar pe partea inferioară a frunzelor - sori, care sunt grupuri de sporangi. Ele creează controverse.
Frunzele tinere ale ferigă masculă sunt folosite de oameni ca hrană, ca plantă medicinală. Frunzele de ardei sunt folosite pentru a decora buchetele. LA ţări tropicale unele tipuri de ferigi sunt crescute în câmpurile de orez pentru a îmbogăți solul cu azot. Unele dintre ele au devenit decorative, de seră și plante de interior precum nephrolepis.

Întrebarea nr. 3 Răspunsul în biletul nr. 5 Întrebarea nr. 3

Biletul numărul 24

Intrebarea 1

Intrebarea 2

Păsările sunt vertebrate foarte organizate, al căror corp este acoperit cu pene, iar membrele anterioare sunt transformate în aripi. Capacitatea de a se mișca în aer, sângele cald și alte caracteristici ale structurii și vieții le-au oferit oportunitatea de a se stabili pe scară largă pe Pământ. Speciile de păsări din pădurile tropicale sunt deosebit de diverse. În total există aproximativ 9000 de specii.

Aceasta este o clasă foarte specializată și răspândită de vertebrate superioare, care este o ramură progresivă a reptilelor care s-au adaptat zborului.

Asemănarea păsărilor cu reptilele este evidențiată de semne comune:

1) piele subțire, fără glande;

2) dezvoltarea puternică a formațiunilor de corn pe corp;

3) prezența unei cloaci și altele.

Printre caracteristicile progresive care le deosebesc de reptile includ:

a) un nivel superior de dezvoltare a centralului sistem nervos, care determină comportamentul adaptativ al păsărilor;

b) temperatura corporală ridicată (41-42 grade) și constantă, menținută printr-un sistem complex de termoreglare;

c) organe reproducătoare perfecte (cuibărirea, incubarea ouălor și hrănirea puilor).

Datorită capacității de a acumula energie solară și de a o transforma în energie legături chimice substanțe organice ale plantelor și alte proprietăți, biosfera îndeplinește o serie de funcții biogeochimice fundamentale la scară planetară, dintre care principalele sunt formarea energiei și a mediului.

1. Funcția energetică biosfera constă în absorbția energiei solare radiante împrăștiate de natură electromagnetică. Această funcție este asociată cu nutriția, respirația, reproducerea și alte procese vitale ale organismelor. Biosfera este capabilă să se schimbe și să mențină un anumit compozitia gazelor mediul și atmosfera în general. Aproape 99% din această energie este absorbită de atmosferă, hidrosferă și litosferă și doar aproximativ 1% este absorbită de plante în timpul fotosintezei și transformată în energie concentrată a legăturilor chimice ale substanțelor organice. Această energie este transferată altor organisme prin lanțurile trofice.

Reacția de fotosinteză folosind dioxid de carbon, apă în vedere generala exprimată prin ecuație

În procesul de fotosinteză, concomitent cu acumularea de materie organică și producerea de oxigen, plantele absorb o parte din energia solară și o rețin în biosferă. În fiecare an, plantele planetei noastre leagă aproximativ 3 x 10 18 kJ de energie solară, adică de aproximativ 10 ori mai mult decât energia folosită de oameni.

Plantele sunt mâncate de animalele erbivore, care, la rândul lor, devin victime ale prădătorilor etc. Acest flux consistent și ordonat de energie este o consecință a funcției energetice a materiei vii din biosferă.

2. Funcția de mediu. Biosfera este un sistem integral în care toate elementele sunt interconectate și interacționează. În acest sistem, rolul central îl au organismele vii, care sunt înrudite genetic și formează toate elementele structurale ale biosferei datorită activității lor trecute sau prezente. Mediul fizic și chimic din jurul organismelor vii a fost modificat ca urmare a funcționării lor într-o asemenea măsură încât procesele biochimice și abiotice au devenit inseparabile. Ca urmare a influenței lor reciproce, organismele vii transformă habitatul și îl mențin într-o astfel de stare care să le asigure existența în ciclul global al elementelor chimice biogene.

Ciclul biotic global se realizează cu participarea tuturor organismelor care locuiesc pe planetă. Constă în circulația substanțelor între sol, atmosferă, hidrosferă și organismele vii. Datorită ciclului biotic, existența și dezvoltarea îndelungată a biosferei este posibilă cu o aprovizionare limitată de elemente chimice. Când interacțiunea de reglementare a biotei încetează, mediul instabil din punct de vedere fizic va trece rapid (după aproximativ 10 mii de ani) într-o stare stabilă în care viața este imposibilă (ca pe Marte sau Venus).

Îndeplinesc funcții de formare a mediului, organismele vii controlează starea mediului și îndeplinesc următoarele funcții biochimice: gaz, concentrare, redox, distructiv.

funcția de gaz constă în participarea organismelor vii la migrarea gazelor și transformările acestora. În funcție de gazele despre care vorbim, se disting mai multe funcții ale gazului:

A) funcția oxigen-dioxid de carbon- crearea majorității oxigenului liber pe planetă ca urmare a procesului de fotosinteză efectuat de plantele verzi în lumina soarelui. Ca urmare a fotosintezei, vegetația lumii verzi eliberează anual aproximativ 145 de miliarde de tone de oxigen liber în atmosferă și absoarbe aproximativ 200 de miliarde de tone de dioxid de carbon din atmosferă, cu formarea a peste 100 de miliarde de tone de materie organică;

b ) funcţia de dioxid de carbon- formarea de dioxid de carbon ca urmare a respirației animalelor, plantelor, ciupercilor și bacteriilor:

în) functie de ozon- formarea stratului de ozon din oxigen biogen sub acțiunea radiațiilor UV scurte:

Performanța acestei funcții a dus la formarea unui strat protector de ozon care protejează organismele vii de efectele distructive ale radiațiilor solare;

G) funcția azotului- crearea masei principale de azot liber în troposferă datorită eliberării sale de către bacteriile azoto-denitrofe în timpul descompunerii materiei organice.

Ca urmare, a avut loc o scădere treptată a conținutului de carbon și compușii săi, în principal dioxid de carbon, în atmosferă de la zeci de procente la 0,03% actual. Același lucru este valabil și pentru acumularea de oxigen în atmosferă, formarea ozonului și alte procese.

Două perioade critice în dezvoltarea biosferei sunt asociate cu funcția gazoasă a materiei vii. Prima perioadă se referă la momentul în care conținutul de oxigen din atmosferă a atins 1% din nivelul actual. Acest lucru a dus la apariția primelor organisme aerobe capabile să trăiască doar într-un mediu care conține oxigen. Din acel moment, procesele de reducere au început să fie completate cu cele oxidative. Acest lucru s-a întâmplat în urmă cu aproximativ 1,2 miliarde de ani.

Al doilea punct de cotitură este asociat cu momentul în care concentrația de oxigen a atins aproximativ 10% din nivelul actual. Acest lucru a creat condițiile pentru sinteza ozonului și formarea stratului de ozon în straturile superioare ale atmosferei, ceea ce a făcut posibil ca organismele să dezvolte terenul. Înainte de aceasta, funcția de a proteja organismele de razele ultraviolete dăunătoare a fost îndeplinită de apă, sub stratul căruia era posibilă viața.

Datorită îndeplinirii funcțiilor gazoase de către materia vie în timpul dezvoltării geologice a Pământului, s-a dezvoltat o atmosferă modernă cu un conținut ridicat de oxigen și un conținut scăzut de dioxid de carbon, precum și condiții de temperatură moderată (Tabelul 2.5).

Tabelul 2.5

Caracteristici comparative ale lui Marte, Venus și Pământ și un Pământ ipotetic fără materie vie

funcția de concentrare. Prin trecerea unor volume mari de aer și soluții naturale prin corpurile lor, organismele vii efectuează migrarea biogenă și concentrează elementele chimice și compușii acestora. În procesul de evoluție, organismele vii au învățat din diluare solutii apoase extrage substantele de care au nevoie, crescand in mod repetat concentratia lor in organism.

funcția redox organismele vii este strâns legată de migrarea biogene a elementelor și de concentrarea acestora. Multe substanțe din natură sunt foarte stabile și nu se oxidează în condiții standard. De exemplu, azotul atmosferic (N 2 ) este cel mai important element biogen care face parte din biogenii ionilor de amoniu NH 4 + și azotaților N0 3 _. Dar azotul molecular nu este oxidat în condiții normale: acest proces este realizat de enzimele (catalizatorii) unor organisme vii (bacteriile nitrificatoare). Cu ajutorul materiei vii, multe procese redox sunt efectuate în toate geosferele.

Astfel, funcția oxidativă se manifestă în oxidarea cu participarea bacteriilor, ciupercilor tuturor compușilor săraci în oxigen din sol, a crustei și a hidrosferei. Ca urmare a activității reducătoare a microorganismelor anaerobe din solurile îmbibate cu apă, practic lipsite de oxigen, se formează forme oxidate de fier.

functie distructiva- distrugerea de către organisme și produse ale activității lor vitale atât a resturilor de materie organică, cât și a substanțelor de natură organică. Cel mai important rol în aceasta este jucat de forme inferioare viața - ciuperci, bacterii (detritofagi, descompozitori). Etapa finală a funcției distructive a materiei vii a biosferei este transformarea materiei organice moarte în materie anorganică, în urma căreia fertilitatea solului crește.

• 3.functia de transport- transferul de materie si energie ca urmare a miscarii organismelor vii. Adesea, un astfel de transfer se efectuează pe o distanță uriașă, de exemplu, în timpul zborului păsărilor.
• 4. Funcția de informare. Organismele vii sunt capabile să perceapă, să stocheze și să proceseze informații moleculare și să o transmită generațiilor ulterioare.
• 5. Funcția de împrăștiere- dispersia substantelor in mediu. Se manifestă prin activitățile trofice și de transport ale organismelor, de exemplu, dispersie substante toxice, dispersia substanțelor în timpul excreției de către organisme.

Ca urmare a funcțiilor de mai sus, biota ecosferei formează și controlează starea mediului, adică rezultatul acestor funcții este întregul mediu natural.

Organismele vii se nasc și mor în mod constant, în ele au loc procese metabolice. Spre deosebire de natura neînsuflețită (inertă), biosfera este o plantă chimică gigantică care transformă mase uriașe de materie anorganică în materie organică. Aceasta este cea mai importantă proprietate a biosferei, care este o componentă esențială a vieții Pământului ca planetă. Biosfera acționează ca un ecran de energie între Pământ și spațiu și transformă o parte semnificativă a energiei cosmice, în principal solare, care vine pe Pământ în materie organică cu molecularitate scăzută și înaltă.

Organismele vii sunt o funcție a biosferei și sunt strâns legate material și energetic cu aceasta. Sunt o forță geologică uriașă care influențează funcționarea biosferei. Ca urmare a proceselor metabolice, nu numai organismele în sine se schimbă, ci și mediul abiotic din jurul lor.

Astfel, biosfera poate fi definită și ca un sistem dinamic complex care captează, acumulează și transferă energie prin schimbul de substanțe între materia vie și mediu.

Cunoscutul biolog rus N. V. Timofeev-Resovsky a spus că biosfera Pământului care funcționează în mod normal nu numai că furnizează omenirii hrană și cele mai valoroase materii prime organice, dar menține și compoziția gazoasă a atmosferei și soluțiile apelor naturale într-un echilibru. stat. Prin urmare, subminarea umană (calitativă și cantitativă) a activității biosferei nu numai că va reduce producția de materie organică pe Pământ, ci și va perturba echilibrul chimic din atmosferă și apele naturale.

Cunoașterea legilor biosferei și a unităților sale funcționale (ecosisteme) este importantă nu numai pentru caracterizarea stării sale actuale, ci și pentru viitorul planetei noastre, viitorul umanității, deoarece și astăzi suprafața Pământului a încetat să mai fie. numai formare naturală. Omul, prin activitatea sa, creează o nouă înveliș artificială a Pământului - noosfera.

După cum a observat V. I. Vernadsky, rolul biogeochimic al omului în ultimele secole a devenit semnificativ superior rolului altor organisme, chiar și celor mai active din punct de vedere biogeochimic. În același timp, utilizarea resurselor naturale are loc fără a ține cont de modelele de dezvoltare și funcționare ale biosferei.

Omul este primul locuitor al Pământului, care își amenință cu adevărat aproape toți vecinii de pe planetă și chiar însăși existența biosferei care l-a născut. Dezvoltarea omenirii a fost însoțită de distrugerea habitatului organismelor, modificări ale peisajelor naturale și exploatarea în creștere a resurselor biologice.

Din cele mai vechi timpuri, omul extrage și folosește diverse minerale pentru nevoile sale. Odată cu dezvoltarea progresului științific și tehnologic, volumul de extracție a mineralelor a crescut din ce în ce mai mult, iar numărul tipurilor acestora a crescut. Dacă în antichitate doar 19 elemente au fost extrase și folosite de omenire, atunci la începutul secolului al XXI-lea. sunt folosite toate cele 89 de elemente chimice conținute în scoarța terestră. Rata de minerit a crescut, de asemenea. Astfel, producția și consumul mondial de minereuri metalice neferoase au crescut de câteva ori în ultimii 25 de ani. Rezervele majorității mineralelor aflate în scoarța terestră sunt limitate și pot dispărea complet în timp. Scăderea rezervelor de materii prime obligă deja o persoană să caute un înlocuitor pentru unul sau altul mineral. Extracția mineralelor în timpul dezvoltării zăcămintelor, de regulă, este însoțită de pierderi gigantice ale zonelor naturale din cauza imperfecțiunii tehnologiilor miniere, dorința de a reduce costurile etc. Dar, cel mai important, plantele, animalele, solul, adică. , sunt distruse la locul de dezvoltare a depozitelor.ecosistemele naturale sunt perturbate.

Omul a început să folosească apele râurilor în zorii civilizației, când a apărut agricultura irigată. În prezent, se construiesc baraje și rezervoare pentru alimentarea cu apă, irigarea terenurilor agricole, producerea de energie electrică, îmbunătățirea transportului cu apă și piscicultură. Toate acestea încalcă stabilitatea ecosistemelor acvatice, duc la schimbarea acestora și, uneori, la moarte (de exemplu, catastrofa ecologică a Mării Aral).

În prezent, procesul de degradare a biosferei a căpătat proporții alarmante, iar diversitatea biologică a speciilor este în scădere. Astăzi, o specie de creaturi vii dispare zilnic. Până la sfârșitul secolului al XX-lea junglă a pierdut 15-20% din fauna si flora.

De la începutul secolului XX. și până acum, cantitatea de energie cheltuită pe unitatea de produse agricole în țările dezvoltate a crescut de 8-10 ori, pe unitatea de producție industrială - de 10-12 ori, iar din moment ce volumul producției a crescut, de asemenea, foarte mult, cantitatea energia necesară în această perioadă a crescut de sute de ori.

Totuși, acest lucru nu poate continua la infinit, deoarece există amenințarea unei crize energetice, precum și a unei crize termice (adică, supraîncălzirea atmosferei de suprafață ca urmare a obținerii de energie într-o cantitate care depășește semnificativ disiparea naturală a căldurii Pământului. ). Dar chiar și utilizarea în viitor a surselor inepuizabile de energie care nu adaugă aproape deloc căldură biosferei nu oferă posibilitatea unei dezvoltări nelimitate a producției de materiale, deoarece orice încălcare a interconexiunilor în ecosisteme înseamnă o încălcare a fluxurilor de energie.

Deci, în prezent, omenirea produce aproximativ 0,02% din energia care vine pe Pământ cu razele soarelui și doar puțin mai puțin decât vine din adâncurile Pământului. Aceasta este mult.

În ecologie există regulă 1%: modificarea de peste 1% a energiei ecosistemului (și uneori mai puțin) o dezechilibrează. Toate cele mai puternice fenomene geologice și climatice de pe Pământ - erupții vulcanice, taifunuri și cicloane - au o energie totală de cel mult 1% din energie. radiatie solara venind la suprafața planetei. Chiar și întreaga acoperire de vegetație a Pământului acumulează energie în timpul anului, care nu depășește această valoare. Încălcarea energiei biosferei cu mai mult de 1% poate duce la o creștere bruscă a entropiei biosferei și, în consecință, la moartea acesteia din cauza unei crize termodinamice. În prezent, omenirea s-a apropiat deja de această limită, iar dezvoltarea ulterioară necesită schimbări fundamentale în managementul naturii.

Omenirea face parte din biosferă și diferă de alte componente ale biosferei prin faptul că are o influență din ce în ce mai mare asupra ei. În ceea ce privește scara, această influență, mai ales în timpuri recente, este cel mai semnificativ în comparație cu toți factorii cunoscuți. Acest așa-zis factor antropic. Uneori, împreună cu factorul antropic, ei sună factor tehnogen- impactul asupra biosferei al dezvoltării tehnologiei, diverselor tehnologii.

Cunoscutul ecologist american B. Commoner a prezentat o serie de prevederi care caracterizează proprietățile și funcțiile biosferei într-o formă generalizată și pe care le-a numit în glumă „legile ecologiei”.

Prima lege („Totul este conectat cu totul”) reflectă cele mai complexe rețele de relații din biosferă. Această lege avertizează o persoană împotriva impactului erupției cutanate asupra anumitor părți ale biosferei, care poate duce la consecințe nedorite. Astfel, construirea hidrocentralelor pe câmpie duce la inundarea unei suprafețe mari (mare artificială). Acest lucru duce la o schimbare nu numai a peisajului natural, ci și a climei din aceasta și din regiunile învecinate și, uneori, chiar și la moartea ecosistemelor naturale.

A doua lege („Totul trebuie să meargă undeva”) decurge din lege fundamentală conservarea materiei. Această lege permite o nouă modalitate de a lua în considerare problema producției de deșeuri. Cantități uriașe de substanțe extrase din Pământ sunt transformate în altele noi și dispersate în mediul înconjurător fără a ține cont de faptul că „totul trebuie să meargă undeva”. Și ca rezultat - munți de substanțe (gunoi) unde în natură nu au fost și nu ar trebui să fie.

A treia lege („Natura știe cel mai bine”) presupune că structura organismelor vii moderne este cea mai bună, deoarece acestea au fost selectate cu grijă dintre opțiunile nereușite de-a lungul a milioane de ani de evoluție. O încercare de a crea o nouă variantă va fi nereușită, adică această variantă va fi mai proastă decât cea existentă. Această lege cere un studiu aprofundat al ecosistemelor naturale și atitudine conștientă la acţiunea transformatoare. Fără cunoașterea exactă a consecințelor transformării naturii, nu este permisă nicio îmbunătățire a acesteia.

A patra lege („Nimic nu este gratuit”) combină cele trei legi anterioare, deoarece biosfera ca ecosistem global este un întreg unic în care nimic nu poate fi câștigat sau pierdut și, prin urmare, nu poate face obiectul unei îmbunătățiri generale. Tot ceea ce a fost extras din el de către omenire trebuie să fie răsplătit. Orice sistem natural se poate dezvolta numai prin utilizarea materialelor, energiei și oportunităților informaționale ale mediului.

A cincea lege („Nu este suficient pentru toată lumea”) provine din legea resurselor limitate sau „legea constanței materiei vii” (V. I. Vernadsky) - cantitatea de materie vie a biosferei pentru o anumită perioadă geologică este o valoare constantă. Prin urmare, o creștere semnificativă a numărului și masei oricăror organisme la scară globală poate avea loc numai datorită scăderii numărului și masei altor organisme. „Nu este suficient pentru toată lumea” este sursa tuturor formelor de competiție în natură și societate.

întrebări de testare

• 1. Definiți biosfera. Ce combinație de factori a condus la formarea biosferei?
• 2. Ce factori limitează distribuția organismelor vii în sferele Pământului?
• 3. Definiți ecosfera. Care este grosimea biosferei și a ecosferei?
• 4. În ce perioadă a avut loc evoluția biosferei? Ce evenimente au fost puncte de cotitură în evoluția biosferei?
• 5. Care sunt compoziția și structura biosferei? Definiți materia vie, inertă, bioinertă și biogenă. Dă exemple.
• 6. Ce proprietăți are biosfera?
• 7. Ce funcții îndeplinește biosfera? Care dintre ele sunt decisive?
• 8. Care este esența funcției energetice a biosferei? Ce procese stau la baza acestei funcții?
• 9. Datorită ce procese se menține compoziția constantă a atmosferei?
• 10. Explicați teza: biosfera - sistem centralizat. Care este centrul biosferei și de ce?
• 11. Formulați și explicați legile de bază ale ecologiei B. Commoner.
• 12. Definiți noosfera. Enumerați principalele semne ale transformării biosferei în noosferă.