Контрольная работа по "Экологии"

1. Перечислите  органические молекулы, которые  синтезируются в тканях живых  организмов, из каких химических  элементов они  состоят?

Органические молекулы, которые синтезируются в тканях живых организмов (животных, растений, грибов и микроорганизмов), представлены в основном белками, углеводами, жирами и нуклеиновыми кислотами. Так как эти молекулы имеют важное значение для жизни, метаболические реакции сосредоточены на создании этих молекул при строительстве клеток и тканей или разрушении их с целью использования в качестве источника энергии.

Белки

Белки являются линейными биополимерами и состоят  из остатков аминокислот, соединённых  пептидными связями. Примерный химический количественный и качественный состав белков следующий:

• углерода (50-55%);
• кислорода (21-23%);
• азота (15-17%);
• водорода (6-7%);
• серы (0,3-2,5%). 

В составе отдельных  белков обнаружены также фосфор, йод, железо, медь и некоторые другие макро- и микроэлементы, в различных, часто очень малых количествах.

Жиры

Необходимо  иметь в виду, что термину «жиры» часто придают различный смысл. В обиходе им обозначают большую группу пищевых продуктов: растительные масла, животные жиры, маргарин, сливочное масло, кулинарные жиры. В органической химии термин «жиры» применяют для обозначения глицеридов - соединений, являющихся сложным эфиром глицерина и жирных кислот. В химии жиров - разделе органической химии - это общее понятие конкретизировано и под собственно жирами понимают не глицериды вообще, а именно триглицериды (триацилглицерины), т.е. соединения глицерина с тремя молекулами жирных кислот. Соединения глицерина с одной (моноглицериды) или с двумя (диглицериды) молекулами жирных кислот являются продуктами частичного гидролиза триглициридов либо неполного синтеза их.

Натуральные растительные масла и животные жиры не являются химически чистыми веществами. Они представляют собой смесь триглицеридов (собственно жиры) и сопутствующих им веществ. При этом на долю триглецеридов приходится 95-97 %, а остальные 5-3% - сопутствующие триглицеридам вещества, в том числе 0,05-0,3% воды.

Углеводы

Углеводы являются наиболее распространёнными биологическими молекулами. Углеводы выполняют следующие  функции: хранение и транспортировка  энергии (крахмал, гликоген), структурная (целлюлоза растений, хитин у животных). Наиболее распространенными мономерами сахаров являются— глюкоза, фруктоза и галактоза. Моносахариды входят в состав более сложных линейных или разветвленных полисахаридов. Формально углеводы можно рассматривать как соединения углерода и воды [C_m(H₂0)_n], отсюда и название углеводы.

Исходя из вышесказанного можно сказать, что все органические молекулы, которые синтезируются в тканях живых организмов состоят из биогенов. То есть, биогены это химические элементы из которых образуются органические вещества или биомасса.

2. Биомасса  экосистемы, ее изменение по трофическим  уровням.  Экологические пирамиды  численности, биомассы, энергии.

Биомасса, то есть живые  организмы, входящиая в состав экосистемы неодинакова с точки зрения специфики, ассимиляции ею вещества и энергии. В отличие от растений и бактерий животные не способны к реакциям  фото- и хемосинтеза, а вынуждены использовать солнечную энергию опосредованно — через органическое вещество, созданное фото- и хемосинтетиками. Таким образом, в биоценозе образуется цепочка последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь (от греческого “трофе” — питаюсь).

Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися, или автотрофами. Так как будучи автотрофами, они создают первичное органическое вещество из неорганического, они являются продуцентами. Организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, используют органику, созданную автотрофами, употребляя их в пищу. Их называют гетеротрофами, что означает “питаемый другими”, а также консументами (от лат. “консумо” — потребляю). Однако далеко не все организмы для удовлетворения своих физиологических потребностей ограничиваются потреблением растительной пищи, строя белки своего тела непосредственно из белков растений. Плотоядные животные используют животные  белки со специфическим набором аминокислот. Они тоже являются консументами, но, в отличие от растительноядных, — консументами вторичными, или второго порядка. Но и на этом трофическая цепь не всегда заканчивается, так как вторичный консумент может служить источником питания для консумента третьего порядка и т.д. Но в одной трофической цепи  не бывает консументов выше  пятого порядка вследствие рассеяния энергии.     

В процессе питания  на всех трофических уровнях появляются “отходы”. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья. Значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает. В конечном итоге так или иначе созданное органическое вещество должно частично или полностью замениться. Эта замена происходит благодаря особому звену трофической цепи — редуцентами (от лат. “редукцио” — возврат). Эти организмы — преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные — в процессе жизнедеятельности разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ. Минеральные вещества, а также диоксид углерода, выделяющийся при дыхании редуцентов, вновь возвращаются к продуцентам.

Разные уровни питания в экосистеме называют трофическими  уровнями. Первый трофический уровень образуют продуценты, второй — первичные консументы, третий — вторичные консументы и так далее. Многие животные питаются более, чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и первичных консументов или как первичных консументов, так и вторичных. Таким образом, в экологической системе компоненты биоценоза выполняют различные экологические роли: фитоценоз автотрофен и состоит из  продуцентов, в биоценоз входят гетеротрофные консументы  пяти уровней и редуценты, в составе микробиоценоза — автотрофные хемосинтетики и гетеротрофные редуценты. Но все они представляют собой звенья трофических цепей.

Разные трофические  цепи, в свою очередь, связаны  между  собой общими  звеньями, образуя очень сложную  систему, называемую трофической сетью.

Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно  цепь энергетическая, т.е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям. Поток энергии через экосистему можно измерить в различных ее точках, установив тем самым, какое количество солнечной энергии содержится в органических  веществах, образованных в процессе фотосинтеза; какую часть энергии, заключенной в растительном материале, может использовать растительноядное животное; какую часть этой энергии успевает использовать растительноядное, прежде, чем его съедает плотоядное, и так далее, от одного трофического уровня к другому.

Большой интерес  представляет не только взаимосвязь  продуцентов и консументов или  скорость потоков энергии, но и количество живого вещества на различных трофических  уровнях экосистемы.

Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения различных трофических уровней пищевой цепи. Основание экологической пирамиды составляет уровень продуцентов.

Экологические пирамиды могут быть 3 видов:

1.Пирамида чисел - отражает  количественное распределение отдельных организмов на трофических уровнях. Особенностью такой пирамиды является уменьшение численности организмов при движении от продуцентов к консументам. Эта закономерность объясняется тем, что в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее. Для любого хищника существует нижний и верхний предел размеров их жертв, каждому хищнику служат пищей жертвы определенного размера.

Вторая пирамида - обращенная, так  как в лесных пастбищных пищевых  цепях продуценты - это деревья, а первичные консументы - это насекомые. Уровень первичных консументов по численности превышает уровень продуцентов.

2.Пирамида биомассы - показывает соотношение общего  количества живого вещества на  трофических уровнях пищевой цепи. Может иметь две графические разновидности - правильная и обращенная. Наблюдаются следующие закономерности: пирамиды с широким основанием и узкой вершиной характерны для наземных и мелководных экосистем, в которых продуценты имеют крупные размеры и живут сравнительно долго. В молодых экосистемах вершина пирамиды более узкая, чем в зрелых; пирамида может быть обращенной в открытых и глубоких водах, где продуценты невелики по размеру и малодолговечны. Пирамида биомассы отличается промежуточным характером в озерах и прудах, так как здесь равноценны роли продуцентов, то есть крупных прикрепленных растений и микроскопических водорослей.

3.Пирамида энергии  - величина потока энергии, проходящего  через различные трофические  уровни. В отличие от пирамиды чисел или биомассы, характеризующих статику экосистемы, пирамида энергии характеризует динамику прохождения массы пищи через пищевую цепь. На ее форму не влияют ни размеры особей, ни интенсивность их метаболизма. Кроме того, пирамида чисел преувеличивает роль мелких организмов, пирамида биомассы преувеличивать роль крупных. Поэтому пирамида энергии является наиболее универсальной характеристикой для сравнения потока энергии, проходящего через разные уровни, а также для сравнения одной экосистемы с другой.

Изучение экологических  пирамид позволяет оценивать  состав и особенности функционирования целых экосистем или их отдельных  частей, а также определять степень  антропогенного воздействия на отдельные  организмы или экосистему в целом.

3. Эвтрофизация  водоемов.

Одной из проблем человечества, возникшей из-за неадекватного и  нерационального использования  природных ресурсов является повсеместная эвтрофизация природных водоемов, а  также водохранилищ, что может  привести к необратимой катастрофе.

Эвтрофизация это обогащение водных экосистем биогенными элементами. В течение длительного, измеряемого тысячелетиями, периода времени озерные экосистемы испытывают постепенное превращение, переходя из состояния характеризующегося малым содержанием биогенных элементов состояние характеризующееся высоким содержанием биогенных элементов. Однако в XX в. во многих речных системах, озерах и внутренних морях, наблюдалась очень быстрая эвтрофизация, что обусловлено хозяйственной деятельностью человека. К числу главных факторов, непосредственно воздействующих на это явление, следует отнести массированное использование азотных удобрений на сельскохозяйственных угодьях и увеличившийся сток фосфатов в сточных водах.

Проблемы, связанные с  избыточным поступлением фосфатов в  водоемы, отражают не только возросшую численность населения, но и существующую тенденцию его скопления в городах, что приводит к развитию крупных систем сброса сточных вод. Таким образом, происходит не только увеличение абсолютного количества фосфорсодержащих сточных вод, но и возрастание (причем значительно быстрее, чем раньше) их локальной концентрации в местах сброса в реки, озера и моря. Особенно серьезные проблемы возникают при сбросе стоков в озера.

Процесс эвтрофизации, быстро развивающийся в результате хозяйственной деятельности человека, правильнее называть «культурной» (или «антропогенной») эвтрофизацией. Возникает он обычно в результате нарушений в круговоротах азота и фосфора. Антропогенные воздействия приводят к тому, что количество вещества, вовлекаемого в активную фазу цикла, начинает превышать то, которое соответствует саморегулирующимся (гомеостатическим) возможностям системы по крайней мере тем, что имеются у них в настоящее время.

Антропогенная эвтрофизация создает серьезные экономические  и экологические проблемы. Вода хорошего качества необходима для многих технологических процессов, для питья человеку и домашним животным, для коммерческого и любительского рыболовства, а также для поддержания водных путей в удовлетворительном состоянии.

Нитраты и фосфаты наиболее часто выступают в качестве питательных веществ, ограничивающих увеличение первичной продуктивности водных экосистем. Добавление нитратов и фосфатов способствует, таким образом, увеличению численности быстро растущих и являющихся более сильными конкурентами водорослей, например Oscillatoria rubescens, и уменьшению общего видового разнообразия фитопланктона. Подобные процессы в озерах нередко приводят к непропорциональному возрастанию доли несъедобных водорослей, т.е. водорослей, неподходящих в качестве пищи для консументов. Эта особенность доминирующих водорослей, а также более длительный жизненный цикл консументов (и соответственно большее время реакции их на изменения в среде), приводят к тому, что не вся возросшая первичная продукция потребляется консументами. Отсюда и включение излишка образовавшегося органического вещества непосредственно в процессы разложения (минерализации).

Поскольку для разрушения сложных органических веществ (и  превращения их в простые минеральные) требуется кислород, содержание этого газа, растворенного в толще воды, может снизиться ниже уровня, необходимого для успешного роста и размножения таких чувствительных видов, как лосось или форель. В некоторых крайних случаях гибель рыб и последующее разложение их трупов приводит в свою очередь к дальнейшему снижению концентрации кислорода и ухудшению всей ситуации. Непосредственные эффекты такой ситуации могут наблюдаться в географически отдаленных областях. Наличие зон пониженного содержания кислорода в реке бывает достаточно для того, чтобы даже при отсутствии других неблагоприятных воздействий нарушилось размножение таких мигрирующих видов, как лососи или угри.