Биофильтрационная гипотеза А. П. Лисицина

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

6)Согласно биофильтрационной гипотезе А.П. Лисицына, планктонные (главным образом зоопланктонные) организмы ежедневно профильтровывают через свои тела около 17 млн. км³ воды, что составляет около 1 % объема Мирового океана. В процессе фильтрации минеральные частицы размером 1 мкм и менее связываются в комочки (пеллеты) размером от десятков микрометров до 1 – 4 мм. При этом одновременно в телах организмов часть растворенных в воде химических элементов трансформируется в нерастворимые соединения. Связывание тонких взвесей в комочки способствует более быстрому оседанию взвешенных частиц на дно. Яркими примерами биогеохимической трансформации растворенных элементов в нерастворимые соединения служат образование известковых (кальцитовых) и кремниевых (опаловых) скелетов планктонных организмов, а также извлечение карбоната кальция известковыми водорослями и кораллами.
Среди глубоководных отложений океана (пелагических илов) выделяются две группы. Отложения первой группы состоят в основном из биогенных образований планктона, а отложения второй группы – из частиц небиогенного происхождения. Для первой группы наиболее характерны известковые (карбонатные) илы, для второй группы – глинистые илы. Примерно треть площади дна Мирового океана занимают карбонатные илы и более четверти – глинистые. В карбонатных отложениях относительно велика концентрация кальция, магния, стронция и иода. В глинистых илах значительно больше металлов. Элементы, очень слабо выносимые из раствора в илы и постепенно накапливающиеся в океанической воде, называют талассофильными. Отношение между концентрациями в сумме растворимых солей морской воды и в илах называют коэффициентом талассофильности К_т. Этот коэффициент показывает, во сколько раз данного элемента больше в солевой части океанической воды по сравнению с осадком. В таблице 4.13 даны значения коэффициента для талассофильных элементов, аккумулирующихся в растворенной солевой части океанической воды.

Скорость удаления химического элемента из океанического раствора можно определить, если известны масса элемента в Мировом океане и величина его годового стока. Например, масса мышьяка, находящегося в океане, оценивается примерно в 3, 6 млрд. тонн, речной сток приносит ежегодно 74 тыс. тонн этого элемента. Следовательно, полное удаление всей массы мышьяка из Мирового океана происходит за промежуток времени, равный 49 тыс. лет.

7) На поверхности Земли в настоящее время полностью лишены живых существ лишь области обширных оледенений и кратеры действующих вулканов. В. И. Вернадский указывал на « всюдность » жизни в биосфере. Об этом свидетельствует история нашей планеты. Жизнь появилась локально в водоемах и затем распространялась все шире и шире, заняв все материки. Постепенно она захватила всю биосферу, и захват этот, по мнению В. И. Вернадского, еще не закончился. Об этих потенциальных возможностях свидетельствуют масштабы приспособляемости живых организмов.

Масса живого вещества составляет лишь 0, 01% от массы всей биосферы. Тем не менее живое вещество биосферы — это главнейший ее компонент.[...]

Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями.[...]

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, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.[...]

Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни (в латентном состоянии), – от практически абсолютного нуля до +180 °С. Давление, при котором существует жизнь, – от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12–108 Па (12 тыс. атм.). С другой стороны, семена и споры растений, мелкие животные в анабиозе сохраняют жизнеспособность в полном вакууме.

Живые организмы могут существовать в широком диапазоне химических условий среды. Первые живые существа Земли жили в бескислородной атмосфере. Анаэробный обмен свойствен и многим современным организмам, в том числе многоклеточным.

Уксусные угрицы (нематоды) обитают в чанах с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в концентрированных растворах солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают децимолярные растворы серной кислоты.

Некоторые особо устойчивые формы могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Например, ряд инфузорий выдерживает излучение, по дозе в 3 млн. раз превышающее естественный радиоактивный фон на поверхности Земли, а некоторые бактерии обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.

Выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в современной биосфере. Жизнь, таким образом, обладает значительным «запасом прочности», устойчивости к воздействию среды и потенциальной способностью к еще большему распространению.

Наряду с этим распределение жизни в биосфере отличается крайней неравномерностью. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана, высоко в горах, тогда как в других участках биосферы чрезвычайно обильна и разнообразна. Наиболее высока концентрация живого вещества на границах раздела основных сред – в почве, т. е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и, особенно, на литорали, в лиманах и эстуариях рек, где все три среды – почва, вода и воздух – близко соседствуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал « пленками жизни ».

В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2 млн. видов) над растениями (0, 5 млн.). В то же время запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.

8) Впервые понятие биосфера, как " область жизни", было введено в науку Ж.Б. Ламарном в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современному понятию биота.

Вернадский пошел значительно дальше. Его " биосфера не есть только так называемая область жизни". Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу.

Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты Земли.

Если с понятием " биосферы" по Зюссу связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.

В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является " комплексной". Она не только " покров" из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека.

Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или к белым биосферам.

Живое вещество. Функции живого вещества биосферы Как мы уже обозначали выше, живым веществом рассматриваемой оболочки Земли считается вся совокупность организмов, принадлежащих ко всем царствам природы. Особое же положение среди всех занимают люди. Причинами этого стало: потребительская позиция, а не продуцирующая; развитие разума и сознания. Все остальные представители - это живое вещество. Функции живого вещества были разработаны и указаны Вернадским. Он отводил следующую роль организмам: Окислительно-восстановительная. Деструктивная. Транспортная. Средообразующая. Газовая. Энергетическая. Информационная. Концентрационная. Самые основные функции живого вещества биосферы - газовая, энергетическая и окислительно-восстановительная. Однако и остальные тоже являются важными, обеспечивающими сложные процессы взаимодействия между всеми частями и элементами живой оболочки планеты

Окислительно-восстановительная функция живого вещества Проявляется в многочисленных биохимических преобразованиях веществ внутри каждого живого организма. Ведь во всех, начиная с бактерий и заканчивая крупными млекопитающими, происходят ежесекундные реакции. В результате одни вещества превращаются в другие, какие-то распадаются на составные части. Результатом таких процессов для биосферы является формирование биогенного вещества. Какие соединения можно привести в пример? Карбонатные породы (мел, мрамор, известняки) - продукт жизнедеятельности моллюсков, многих других морских и наземных обитателей. Залежи кремниевых пород - результат многовековых реакций, происходящих в панцирях и раковинах животных океанского дна. Уголь и торф - результат биохимических преобразований, происходящих с растениями. Нефть и другие. Поэтому химические реакции - это основа создания многих полезных человеку и природе веществ. В этом заключаются функции живого вещества в биосфере. Концентрационная функция Если говорить о раскрытии понятия данной роли вещества, то следует указать на ее близкое родство с предыдущей. Проще говоря, концентрационная функция живого вещества заключается в накоплении внутри тела тех или иных элементов, атомов, соединений. В результате происходит формирование тех самых горных пород, полезных ископаемых и минералов, о которых упоминалось выше. Накапливать в себе какие-то соединения способно каждое существо. Однако для всех степень выраженности этого разная. Например, все накапливают в себе углерод. Но далеко не каждый организм способен концентрировать около 20% железа, как это делают железобактерии. Можно привести еще несколько примеров, четко иллюстрирующих данную функцию живого вещества. Диатомовые водоросли, радиолярии - кремний. Ржавчинные грибы - марганец. Растение лобелия вздутая - хром. Растение солянка - бор. Помимо элементов, многие представители живых существ способны после отмирания формировать целые комплексы веществ.

Газовая функция вещества Эта роль одна из основных. Ведь газообмен - жизнеобразующий процесс для всех существ. Если говорить о биосфере в целом, то газовая функция живого вещества начинается с деятельности растений, которые в процессе фотосинтеза улавливают диоксид углерода и выделяют достаточное количество кислорода. Достаточное для чего? Для жизни всех тех существ, которые не способны производить его самостоятельно. А это все животные, грибы, большинство бактерий. Если же говорить о газовой функции животных, то она заключается в потреблении кислорода и выделении в окружающую среду углекислого газа в процессе дыхания. Так создается общий круговорот, который лежит в основе жизни. Учеными доказано, что за много тысячелетий растения и другие живые существа сумели полностью модернизировать и подстроить под себя атмосферу планеты. Произошло следующее: концентрация кислорода стала достаточной для жизни; сформировался озоновый слой, который защищает все живое от губительного космического и ультрафиолетового излучения; состав воздуха стал таким, какой нужен для большинства существ. Поэтому газовая функция живого вещества биосферы и считается одной из самых главных.

Транспортная функция Подразумевает под собой размножение и расселение организмов по разным территориям. Существуют определенные экологические законы, которым подчиняются основы распространения и транспортировки существ. Согласно им, каждая особь занимает свой ареал обитания. Существуют и конкурентные взаимоотношения, которые приводят к заселению и освоению новых территорий. Таким образом, функции живого вещества в биосфере - это размножение и расселение с последующим формированием новых признаков.

Деструктивная роль Это еще одна немаловажная функция, которая характерна для живых существ биосферы. Заключается она в способности распадаться на простые вещества после отмирания, то есть остановки жизненного цикла. Пока организм живет, в нем активны сложные молекулы. Когда наступает смерть, начинаются процессы деструктуризации, распада на простые составные части. Это осуществляется специальной группой существ, именуемых детритофагами или редуцентами. К ним относятся: некоторые черви; бактерии; грибки; простейшие и другие. Средообразующая функция Основные функции живого вещества были бы неполными, если бы мы не указали средообразование. Что это значит? Мы уже указывали на то, что живые существа в процессе эволюции создали для себя атмосферу. То же самое они сделали и с окружающей средой.

Разрыхляя и насыщая землю минеральными соединениями, органикой, они создали для себя пригодный для жизни плодородный слой - почву. То же можно сказать и о химическом составе воды океанов и морей. То есть живые существа самостоятельно формируют для себя среды жизни. В этом и проявляется их средообразующая функция в биосфере.

Информационная роль живого вещества Эта роль характерна именно для живых организмов, причем чем более высоко он развит, тем большую роль в качестве носителя и переработчика информации выполняет. Ни один неодушевленный предмет не способен запоминать, " записывать" на подсознании и воспроизводить в дальнейшем информацию любого рода. Это могут делать лишь живые существа. Речь идет не только о способности говорить и мыслить. Информационная функция подразумевает явление сохранения и передачи определенных наборов знаний и признаков по наследству.

Энергетическая функция Энергия - это самый главный источник силы, за счет которого существует живое вещество. Функции живого вещества проявляются, прежде всего, в способности перерабатывать энергию биосферы в разные формы, начиная с солнечной и заканчивая тепловой и электрической. Больше никто так аккумулировать и изменять излучение от Солнца не может. Первым звеном здесь стоят, конечно, растения. Именно они поглощают солнечный свет непосредственно всей поверхностью зеленых частей тела. Затем преобразуют его в энергию химических связей, доступную для животных. Последние же переводят ее в разные формы: тепловую; электрическую; механическую и другие.

9)Химический состав живого вещества

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный.Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

1. Макроэлементы – О, С, Н, Н (в сумме около 98-99%, их еще называют основные), Са, К, мг, Р, ы, Н, Сl, Fе (в сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

2. Микроэлементы – Мн, Со, Zn, Си, В, Я, Ф, и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0, 1 %.

3. Ультрамикроэлементы – ГУ, у, ра, АС, АГ и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0, 01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке – вода (75-85 % от сырой массы живых организмов) и минеральные соли (1-1, 5 %), важнейшие органические вещества – углеводы (0, 2–2, 0 %), липиды (1-5 %), белки (10-15 %) и нуклеиновые кислоты (1-2 %).

10)

Экосистема – основная функциональная единица биосферы, включающая в себя организмы (биотические сообщества) и абиотическую среду.

Причем каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни в этом виде, в каком она существует. Другими словами, экосистема – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

Примеры: лес, озеро, пилотируемый космический корабль, аэротенк, горшок с цветами, луч, теплица с растениями, капля воды с ее микробным населением и др.

Близким понятием к экосистеме, но более узким является «биогеоценоз».

Биогеоценоз («биос» - жизнь, «гео» - Земля, «ценоз» - сообщество) означает конкретный участок земной поверхности, занятый растительным сообществом (фитоценоз) с характерным населением животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), с определенным видом почвы, условий увлажнения и т.п. Растительность, животное население и микроорганизмы объединяются под общим названием – биоценоз, а участок земной поверхности, который занимает лишний биоценоз, носит название биотопа (греч. «топос» - место) или экотопа. Таким образом, биогеоценоз – это биоценоз и биотоп, вместе взятые, а биоценоз активно взаимодействует со средой обитания – биотопом.

Растения берут из почвы воду и растворенные в ней минеральные вещества, а сами обогащают ее органическими веществами, из воздуха берут углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, увлажняют воздух. Дождевые черви питаются органическими веществами почвы, разрыхляют ее, удобряют ее своими экскрементами, улучшают ее структуру. Все организмы, входящие в биогеоценоз, связаны друг с другом пищевыми и конкурентными отношениями из-за мест для обитания и пр.

Таким образом, любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом. Биогеоценозы – это сугубо наземные образования с четкими границами растительных сообществ. Биогеоценоз – элементарная единица биосферы. Образно говоря, человек вырубает не леса, а биогеоценозы, выбрасывает отходы не в окружающую среду, а в биогеоценозы, преобразует не природу, а участки биосферы, т.е. взаимодействует со сложно организованной и развивающейся по определенным законам структурной единицей биосферы – биогеоценозом.

Антропогенная деятельность всегда направлена на биогеоценозы (экосистемы), вне которых нет жизни на Земле.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒