Биосфера и человек, структура биосферы
Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли - биосфера.
Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira -шар, сфера) – внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.
Основоположником учения о биосфере по общему признанию является В.И. Вернадский. Сам термин «биосфера» появился еще в IX в. и был предложен австрийским геологом Э. Зюссом, правда без глубокого развития его роли и значения.
Биосфера по Вернадскому (как было отмечено ранее) - это область распространения жизни, включающая наряду с организмами среду их обитания (нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы, гидросферу), связанная в единое целое обменом веществ и энергии. Биосфера, по Вернадскому, является геологической оболочкой Земного шара. Наиболее благоприятные условия для жизни сконцентрированы у поверхности суши и воды, поэтому здесь максимально сконцентрировано «живое вещество».
Исходя из учения о биосфере В.И. Вернадского, она включает:
· живое вещество планеты;
· биогенное вещество, к которому относятся газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и пр., то есть то, что создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности живого вещества;
· косное вещество, которое образуется без участия живого вещества. Это продукты тектонической деятельности, метеориты;
· биокосное вещество, образующееся в результате совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва).
· окислительно-восстановительная функция заключается в восстановлении и окислении различных веществ в живых организмах, например, восстановлении двуокиси углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и окислении их до СО2 при дыхании;
· круговорот веществ в природе, который осуществляется при участии всех организмов биосферы. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами.
Биосфера, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.
Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой. 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:
- стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
- обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты.
Под живым веществомВернадский понимал все количество живыхорганизмов планеты как единое целое.
Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.
По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд.т, что более чем в две тысячи раз меньше самой легкой оболочки Земли - атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду (в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.)
Важная функция биосферы - устойчивое поддержание жизни – основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии.
Неотделимость человека от биосферы.Человеку как биологическому виду необходимы строго определенные эволюцией условия окружающей среды, или экологические факторы: газовый состав воздуха, набор ассимилируемых с пищей веществ, температура окружающей среды, режим освещенности, влажности и многое другое. При отклонении факторов среды от нормы возможны нарушения жизнедеятельности вплоть до несовместимости с жизнью.
Человек входит в биотический компонент биосферы, где он связан пищевыми цепями с продуцентами. Сам, являясь консументом 1-го и 2-го порядков.
В организме человека как «живого вещества» все процессы жизнедеятельности подчинены определенным ритмам, то есть, синхронизированы с периодическими солнечно - лунно-земными, а так же космическими влияниями, вследствие постоянного обмена информацией, энергией и веществом с окружающей средой.
Суточные биоритмы активности человеческого организма складываются под воздействием процессов, протекающих на поверхности Земли. Их называют циркадными.(сон-бодрствование, колебания температуры тела, концентрации электролитов и уровня гормонов). Более длительные циклы называют инфрадианными, а более короткие - ультрадианными. Суточные и околосуточные ритмы - неотъемлемое свойство живых систем. Важность циркадного ритма, основного для жизнедеятельности организма, обусловлена совпадением длительности его периода с длительностью обращения Земли вокруг собственной оси.
Между живым организмом и средой происходит непрерывный обмен веществами и энергией, которая необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Энергия в организме выделяется за счет окисления сложных органических соединений, то есть белков, жиров и углеводов. Накопление энергии происходит в молекулах аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является универсальным источником энергии в организме. Часть энергии выделяется в виде теплоты, часть идет на совершение работы.
Совокупность в живом организме всех химических превращений, обеспечивающих его жизнедеятельность, называется обменом веществ, или метаболизмом. Процессы метаболизма разделяются на 2 группы: анаболизм, или ассимиляция и катаболизм, или диссимиляция. Первая группа включает процессы биосинтеза органических веществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организма, обновление его структур и накопление энергии. Катаболизм это процессы расщепления сложных молекул до простых веществ.
Экологические факторы.
Все организмы живут в среде обитания, или окружающей среде, которая является совокупностью элементов, способных оказывать прямое или косвенное воздействие на организмы. Элементы окружающей среды, оказывающие влияние на живые организмы, называются экологическими факторами.
Абиотическиефакторы - это температура, свет, влажность, осадки, ветер, атмосферное давление, радиационный фон, химический состав атмосферы, воды, почвы и пр.
Также к абиотическим факторам относят почвенные, климатические, топографические и другие волны, морские течения, пожары.
Климатическимифакторами являют свет, температура, вода, ветер. Солнечный свет является основным источником энергии, которая используется для всех жизненных процессов на Земле. Под действием света осуществляется фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение и пр.
Биотическиефакторы – это живые организмы (бактерии, грибы, растения, животные), вступающие вовзаимодействие с данным организмом.
Все виды взаимодействия между организмами можно подразделить на:
- конкуренцию;
- хищничество;
- антибиоз;
- симбиоз.
Конкуренциявозникает тогда, когда для существования организмов имеются необходимые или сходные условия. В конкурентные отношения могут вступать особи как одного, так и разных видов (сосны - за свет, разные виды хищников – за жертву.)
При хищничественаблюдается прямое уничтожение жертвы и использование ее в пищу.
Под антибиозомпонимают такие отношения между организмами разных видов, когда особи одного вида путем выделения определенных веществ, фунгицидов или антибиотиков, оказывают угнетающее воздействие на особей других видов.
Симбиозомназывается любое сожительство организмов разных видов, приносящее пользу хотя бы одному из них. (4 вида симбиоза: взаимовыгодный, квартиранство, нахлебничество, паразитизм)
Также существуют такие виды взаимодействия как:
Внутривидовые взаимодействия означают объединение животных одного вида в группы по две или более особей. (Внутривидовая конкуренция проявляется в основном в территориальном поведении животных).
Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Два живущих рядом вида могут вообще никак не влиять друг друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно.
Нейтрализм– оба вида независимы и не оказывают никакого воздействия друг на друга. В этом случае виды не связаны непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой. (совы и лисы, змеи и тигры)
Аменсализм– это такие биотические отношения, при которых происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого. Лучше всего они изучены у растений и микроорганизмов, которые в борьбе с конкурентами за ресурсы применяют различные ядовитые вещества и это явление называют аллелопатией. (например плесневые грибы, находясь в одной среде обитания с кишечной палочкой, выделяют вещество, которое вызывает гибель последней.)
Паразитизм –форма взаимоотношений между организмами, тесно связанными в своем жизненном цикле, при котором один из них (паразит) живет за счет питания тканями или соками другого (хозяина). Паразит, используя для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постепенно ослабляет и нередко даже убивает его.
Эктопаразитыпитаются телом хозяина, находясь на его поверхности (блохи, вши, и.т.д)
Эндопаразиты – внутренние паразиты – имеют наиболее совершенные приспособления, позволяющие им существовать внутри хозяина.
Комменсализм(лат. сотрапезник) характеризуется тем, что один из двух видов (комменсал) извлекает из такого взаимодействия пользу, тогда как на другом это практически не отражается (ни положительно, ни отрицательно).
Протокооперация – оба организма получают преимущества от объединения, хотя их сосуществование не обязательно для их выживания. (крабы сажают на спину кишечно-полосное, которое маскирует и защищает краба, но в свою очередь получает кусочки пищи от краба)
Мутуализм (лат. взаимный) – форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. (лишайники).
Экологическая ниша – это комплекс всех физических, химических и биологических факторов среды, которые необходимы тому или иному биологическому виду для жизни, роста и размножения в данной экосистеме. Понятие ниши включает в себя и роль организма в экосистеме.
Экологические ниши включают в себя взаимодействия различных видов в экосистеме.
Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные виды потребляют их сообща. Однако если два или более видов в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях межвидовой конкуренции.(дефицитными ресурсами могут оказаться пища, вода, углекислый газ, солнечный свет, почвенные питательные вещества, жизненное пространство, места укрытия или любой другой жизненно важный фактор среды.)
К антропогеннымфакторам относятся особенности среды, обусловленной трудовой деятельностью человека.
Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека и могут быть как положительными (посадка парков, садов, создание новых пород растений и животных), так и отрицательными (вырубка лесов, загрязнение окружающей среды и т.д.)
На отдельные организмы и их популяции одновременно воздействуют многие факторы, создающие комплекс условий, в котором могут обитать те или иные организмы. Одни факторы могут усиливать или ослаблять действие других факторов.