Материал: 4041

16

экстраполяционному варианту прогноза к концу 21 века в России останется всего 64 млн. человек.

2.6 Сокращение биоразнообразия

Общее количество видов в биосфере определяют в пределах от 5 до 30 млн. Достоверно описано около 1,8 млн видов, из них две трети приходится на насекомых. Считается, что почти три четверти (74% известных и неизвестных диких видов животных и растений мира) обитает в областях тропического климата, причем, по подсчетам биологов, по меньшей мере 50% видов обитают в тропических лесах, которые в настоящее время быстро сокращаются и нарушаются. На долю умеренного климата приходится 24%, полярного – 2% мирового видового разнообразия. В общей массе живого вещества биосферы животные составляют 1,4%.

3. Биосфера

3.1 Живое вещество биосферы, его функции

Живое вещество биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. Выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до крупных многоклеточных организмов, от биологических микросистем до макробиосистем. Самым низким уровнем, на котором биологическая микросистема проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул (белков, нуклеиновых кислот, углеводов), является молекулярный. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии; передача наследственности с помощью ДНК и РНК

Жизнь на нашей планете существует в неклеточной и клеточной формах. Неклеточная форма живого вещества представлена вирусами, которые лишены раздражимости и собственного синтеза белка. Простейшие вирусы состоят лишь из белковой оболочки и молекулы ДНК или РНК, составляющей сердцевину вируса. Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы – Vira. Они могут размножаться только внутри определенных живых клеток.

17

Клеточные формы жизни представлены прокариотами и эукариотами. К прокариотам – доядерным организмам, относятся различные бактерии. Эукариоты – это организмы, в клетках которых имеется обособленное ядро. К ним относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.

Рис. Клетки эукариотических организмов: животная (1) и растительная (4) клетки; прокариотических организмов: бактерия (2) и сине-зеленая водоросль (3).

3.2 . Понятие биосферы, еe структура

В. И. Вернадский отводит живым организмам роль главнейшей геохимической силы, по его словам, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. Сущность учения В. И. Вернадского о биосфере состоит в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Фактором, ограничивающим распространение жизни в атмосфере, является ультрафиолетовое излучение Солнца, убивающее живые организмы. Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой, имеющий максимальную плотность озона на высоте 20–25 км и задерживающий ультрафиолетовые лучи

3.3 Экология как наука

С научно-практической точки зрения, экологию делят на теоретическую и прикладную. Теоретическая экология является научной основой для

18

прикладной экологии, так как вскрывает общие закономерности организации жизни и функционирования экологических систем и биосферы, что позволяет предотвратить негативные последствия антропогенной деятельности.

Прикладная экология – это большой комплекс дисциплин, связанных с разными отраслями деятельности человека и взаимоотношениями между человеком и природой. К основным задачам прикладной экологии относятся: изучение механизмов антропогенных воздействий на природу; разработка принципов рационального использования, сохранения и воспроизводства природных ресурсов; разработка экологических нормативов и стандартов; оптимизация инженерных решений по защите окружающей среды и др..

А. Лотка (1923, 1925) одним из первых предложил математическую модель взаимодействия животных в системе «паразит – хозяин». В. Вольтерра позднее разработал математическую модель взаимодействия в системе «хищник – жертва», он также сделал анализ взаимоотношений между двумя конкурирующими видами. Предложенные А. Лоткой и В. Вольтеррой уравнения для моделирования таких простейших экологических систем, как «хищник – жертва», «паразит – хозяин», нашли широкое применение в экологии.

3.4 Круговороты веществ в биосфере

По В. Р. Вильямсу, солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ – геологический и биологический. На геологический круговорот расходуется около 50% поступающей на Землю солнечной энергии. Ежегодно на Землю поступает около 21х1020 кДж солнечной энергии, из них около половины расходуется на испарение воды, обеспечивая геологический круговорот воды. На создание органического вещества в процессе фотосинтеза в среднем расходуется 1% фотосинтетически активной радиации Солнца, за счет этой энергии существуют все живые организмы, то есть биотический круговорот обладает более низкой энергией по сравнению с геологическим круговоротом.

Биогенная миграция атомов характеризуется некоторыми особенностями. Найдите эти особенности среди ответов и укажите явление, которое при биогенной миграции атомов отсутствует. Мигрирующие элементы перемещаются не только в составе организмов, но и в водной и воздушной средах. В ходе миграции элементы взаимодействуют друг с другом, образуя сложные химические соединения. В ходе миграции часто меняется атомный

19

вес химических элементов. В ходе миграции сложные химические соединения разрушаются до простых веществ. Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используют сами растения для получения энергии, часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется до углекислого газа и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане. Таким образом, в рамках биотического круговорота углерода происходят процессы фиксации и высвобождения углекислого газа.

4. Организм и среда

4.1 Адаптация организмов к факторам

Физиологические адаптации связаны с химическими процессами в организме. Примером могут служить особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, которые определяются составом пищи. Обитатели пустынь с помощью физиологических адаптаций способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров. Многие животные, используя физиологические процессы, могут в определенных пределах менять температуру своего тела, то есть осуществлять терморегуляцию

4.2 Экологические факторы среды

Биотические факторы – воздействие на организм других живых организмов. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы: внутривидовые, или гомотипические, факторы – это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну); межвидовые, или гетеротипические, факторы – это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, белки на сосну). В зависимости от принадлежности к определенному царству живой природы биотические факторы подразделяют на четыре основные группы: фитогенные факторы – это влияние на организм растений; зоогенные – влияние животных; микогенные – влияние грибов; микробогенные – влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших). По типу биотического взаимодействия различают протокооперацию, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренцию, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм

20

5. Экосистемы

5.1 Экосистема: состав, структура, разнообразие

В функционировании природных экосистем и экосистем, созданных человеком, имеются отличительные особенности. Для природных экосистем характерна сложная структура и большое видовое разнообразие, которые обеспечивают устойчивость экосистем. Искусственные экосистемы создаются человеком с разными целями. Соотношение абиотического и биотического, автотрофного и гетеротрофного компонентов в искусственных экосистемах существенно отличается от такового в природных системах. Например, агроэкосистемы создаются для получения высокого урожая, видовое разнообразие в них резко снижено, иногда до монокультуры. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов – это упрощенные системы, они неустойчивы и неспособны к саморегуляции. Виды растений, культивируемых человеком, неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека. Устойчивость искусственных экосистем обеспечивается дополнительными затратами со стороны человека

5.2 Продукция и энергия в экосистемах. Экологические пирамиды

Пирамиды биомасс некоторых биоценозов (например, океана) имеют перевернутый вид, так как для них недействительно правило пирамиды биомасс. Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы на высоких уровнях у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций мала, но у продуцентов – фитопланктона – оборачиваемость может в сотни раз превышать запас биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь превышает продукцию, поглощенную консументами, то есть, через уровень продуцентов проходит больше энергии, чем через всех консументов.

5.3 Динамика экосистем

По Ф. Клементсу (1916), процесс сукцессии состоит из следующих этапов: 1. Возникновение незанятого жизнью участка. 2. Миграция на него различных организмов или их зачатков. 3. Приживание их на данном участке.