Материал: Экология и окружающая природная среда

Изменчивость - свойство, противоположное наследственности и связанное с приобретением организмом новых свойств и признаков под воздействием внешних факторов в результате самоуправления.

• 10. Живым организмам характерна ритмичность, то есть периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (суточные ритмы сна и бодрствования, сезонные ритмы активности и спячки некоторых млекопитающих).
• 11. Живая система - динамическая система, которая активно воспринимает и преобразует молекулярную информацию с целью самосохранения.

Взаимодействие живых организмов с компонентами биосферы (литосферой, атмосферой, гидросферой) происходит путем обмена, питания, дыхания и выделения продуктов метаболизма. Все организмы неодинаковы с точки зрения накопления ими веществ и энергии. Растения используют солнечную энергию, осуществляя процесс фотосинтеза, а животные потребляют органические вещества, созданные растениями - фотосинтетиками. Поэтому все живые организмы по способу питания можно разделить на два класса: автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофные, т.е. самопитающиеся, - поглощают энергию Солнца и вещества из окружающей среды, создают органические вещества из неорганических. К ним относятся зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии. По источнику энергии автотрофы подразделяют:

• 1. Фотоавтотрофы осуществляют процесс превращения воды и углекислого газа в сахара с выделением в качестве побочного продукта - кислорода (фотосинтез).
• 2. Хемоавтотрофы для синтеза органических веществ используют химическую энергию (серо- и железобактерии - при окислении соединений серы и железа), они играют значительную роль только в экосистемах подземных вод.

Гетеротрофные организмы, т.е. питаемые другими, - используют в качестве пищи готовые органические вещества, т.е. они питаются другими животными организмами, растениями или их плодами. К ним относятся травоядные, хищники и человек.

Выделяют иногда еще миксотрофные организмы, которые в зависимости от условий внешней среды могут сочетать автотрофный и гетеротрофный режим питания. Например, водные одноклеточные организмы при хорошей освещенности питаются автотрофно, а в темноте переходят к гетеротрофному способу.

Живое вещество также подразделяется:

• 1. Однородное - биомасса организмов одного вида или рода.
• 2. Разнородное - биомасса особей разных видов, населяющих данную экосистему.
• 3. Репродуктивное вещество - живые организмы, благодаря которым жизнь в биосфере постоянно воспроизводится.
• 4. Соматическое вещество - организмы, уже не способные воспроизводить себе подобных.

Живые системы обладают совокупностью следующих функций:

• 1. Питание. Пища нужна всем живым системам как источник энергии и веществ, необходимых для строительства органов (процесс анаболизма).
• 2. Дыхание - процесс катаболизма.
• 3. Выделение - выведение из организма конечных продуктов обмена.
• 4. Раздражимость - реагирование на изменение внешней и внутренней среды (голод, жажда, холод). Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с участием нервной системы и называется рефлексом.
• 5. Размножение.
• 6. Рост - в отличие от кристаллов, растущих снаружи, живые системы растут как бы изнутри, включая питательные вещества в структуру своего тела.
• 7. Подвижность - перемещение в пространстве всей системы и движение внутри системы (кровь у животных).

К свойствам живого вещества относят:

• 1. Способность быстро осваивать все свободное пространство (всюдность жизни).
• 2. Способность двигаться не только пассивно (под действием гравитации), но и активно (против течения воды, силы тяжести и т.д.).
• 3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.
• 4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к разным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, воздушной, почвенной), но и трудных по физико-химическим параметрам условий (температурным, радиационным и др.).
• 5. Очень большая скорость протекания реакций, она на несколько порядков выше, чем в неживом веществе.
• 6. Высокая скорость обновления живого вещества (в среднем для биосферы 8 лет, при этом для суши - 14 лет, а для океана - 33 дня).

К основным свойствам биосферы относят:

• 1. Биосфера способна аккумулировать солнечную энергию и превращать ее в энергию химических связей органических соединений.
• 2. Биосфера - целостная система, она обусловлена непрерывным обменом веществ и энергии между ее составными частями.
• 3. Биосфера - централизованная система, центром ее являются живые организмы.
• 4. Биосфера - открытая система. Ее существование невозможно без постоянного притока солнечной энергии.
• 5. Биосфера - саморегулирующая система, для которой характерна организованность, способность поддерживать исходное состояние, т.е. после различных нарушений возвращаться в первоначальное состояние (это свойство называется гомеостазом).
• 6. Биосфера проявляет ритмичность - повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них - суточные, годовые, внутривековые и сверхвековые.
• 7. Биосфера обладает горизонтальной зональностью и высокой поясностью.

Горизонтальная зональность - закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающей на разные широты тепла в связи шарообразной формой Земли. Наиболее крупные зональные подразделения - географические пояса.

• 8. Биосфера - глобальная многоэлементная система, характеризующаяся большим разнообразием. Это разнообразие обусловлено совокупностью большого количества экосистем со свойственным им видовым разнообразием.
• 9. Важнейшее свойство биосферы - обеспечение круговорота веществ и неисчерпаемости отдельных химических элементов и их соединений. Нарушение или тем более разрушение природных круговоротов химических элементов может привести к коллапсу биосферы.
• 10. Биосфера - живая открытая система. Она обменивается энергией и веществом с внешним миром. Применительно к биосфере внешний мир - это космическое пространство.

К биосфере относят прежде всего те участки, где есть условия для выживания и размножения живых существ - это поле существования жизни. К ним прилегают территории, в которых живые организмы лишь выживают, они не могут размножаться. Эти территории называются полем устойчивости жизни.

Поле существования жизни определяется:

• 1) достаточным количеством кислорода, углекислого газа и воды;
• 2) благоприятной температурой;
• 3) прожиточным минимумом минеральных веществ.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек - атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал пленками жизни. Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

Существует пять интегральных биохимических функций биосферы, и в том числе, живого вещества:

• 1.Энергетическая функция выполняется в основном растениями. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, т.е. аккумулирование зелеными растениями солнечной энергии и дальнейшее ее перераспределение между остальными компонентами биосферы.
• 2.Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Средообразующая функция включает:
  • -Газовая функция обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение. Выделяется несколько газовых функций: кислородно-углекислотная (процесс фотосинтеза), углекислотная (процесс дыхания), азотная (выделение азота азотденитрофицирующими бактериями).
  • -Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение ее в косное вещество.
  • -Концентрационная функция заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды, обуславливая большую разницу в составе живого и косного вещества планеты. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником, как полезных веществ (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья (тяжелых металлов, радиоактивных элементов и ядохимикатов).
  • -Окислительно-восстановительная функция живых организмов проявляется в окислении с участием бактерий, грибов всех бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. В результате восстановительной деятельности анаэробных микроорганизмов в заболоченных почвах, практически лишенных кислорода, образуются окисленные формы железа.
• 3. Транспортная функция - перенос вещества и энергии в результате движения живых организмов. Часто такой перенос осуществляется на громадное расстояние, например при перелете птиц.
• 4. Информационная функция. Живые организмы способны воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию и передавать ее последующим поколениям.
• 5. Рассеивающая функция - рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов, например рассеивание токсичных веществ, рассеивание веществ при выделении организмами экскрементов.

Условием существования и развития биосферы является круговорот биологически важных веществ. Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ: геологический, или большой, и малый, биологический.

Геологический круговорот четко проявляется на примере круговорота воды и циркуляции атмосферы. По оценкам, до половины поступающей от Солнца энергии расходуется на испарение воды. Ее испарение с поверхности Земли компенсируется выпадением осадков. При этом из Океана воды испаряется больше, чем возвращается с осадками, а на суше происходит обратное - осадков выпадает больше, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в реки и озера, а оттуда - снова в Океан. Наряду с водой в геологическом круговороте с одного места в другое переносятся и минеральные вещества.

С появлением живого начала на базе геологического, или абиотического, круговорота возникает биологический круговорот. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения с последующим их возвращением в почву и атмосферу, а также воду.

С момента появления на Земле человека начинается формирование новой геологической оболочки - ноосферы (от греч. - разум), то есть сферы разума. Это понятие было введено французским математиком и философом Э. Леруа в 1927 г. Ноосфера рассматривается как высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением в ней цивилизованного общества.

Экологические системы

Популяционно-видовой уровень - это совокупность особей одного вида, объединенных общей территорией и генофондом.

Вид - совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических свойств, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал. Виды отличаются друг от друга по многим признакам:

• 1. Морфологический критерий базируется на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида.
• 2. Генетический критерий - это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размер и форма, это главный видовой признак.
• 3. Физиологический критерий - это сходство всех процессов жизнедеятельности и, прежде всего сходство размножения.
• 4. Географический критерий - определенный ареал, занимаемый видом в природе.
• 5. Экологический критерий - совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

Совокупность особей одного вида, распространённая на определённой территории называется популяцией, например, стадо оленей или берёзовая роща. Основными характеристиками популяции являются:

• 1. Плотность определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема.
• 2. Численность различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов. Падение численности ниже критической может привести к исчезновению популяции.
• 3. Возрастной состав зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости.
• 4. Характер распределения особей популяции в пространстве может быть равномерным, случайным или скученным.

Биоценоз включает все популяции разных видов, характеризующиеся определенными отношениями как между собой, так и с неорганической средой на определенной территории, называемой биотопом.

Биогеоценоз (наземная экосистема) - выделённый участок земной поверхности со своим природным набором живых существ (биоценоз) и др. компонентов: приземный слой атмосферы, почва, солнечная энергия (озеро, поляна, участок леса - биотоп). Очень крупные экосистемы называются биомами.

Биом - совокупность видов растений и животных, составляющих население одной природной зоны и характеризующаяся определенным типом структуры сообщества, выражающая комплекс адаптации к условиям среды. Существуют следующие основные типы биомов: тундра, хвойный лес, лиственный лес, влажный тропический лес, степь и пустыня.