Основы экологии

Биогеохимические процессы у различных  организмов. Входящие в биогеохимические циклы различные биологические соединения и неорганические элементы вовлекаются в весьма разнообразные, многоступенчатые процессы: органический синтез, многократная трансформация органических веществ при метаболизме и разложении их до минеральных составляющих при редуцировании. Отдельные элементы круговоротных процессов главных биогенов, рассмотренные выше, составляют биологический круговорот веществ. Основные трофические уровни, которые образуют базу этого круговорота, представлены конкретными видами продуцентов, консументов, редуцентов и естественно,

что они существенно  различаются между собой по типу метаболизма, а это значит и по конкретной функции, выполняемой на данном трофическом уровне.

Автотрофы и гетеротрофы  представляют собой главное подразделение  живых организмов по пищевому признаку; автотрофы относятся к продуцентам, а гетеротрофы соответственно к  консументам и редуцентам.

Автотрофы, используя солнечную  энергию (фотосинтетики) или энергию  химических связей (хемосинтетики) из диоксида углерода, воды и необходимых  минеральных компонентов, синтезируют  основные классы органических веществ: углеводы, жиры (липиды), белки, нуклеиновые  кислоты и т. п. Каждое из этих веществ  имеет свое значение для жизнедеятельности  организмов.

Прокариоты иным образом осуществляют фотосинтез, нежели растения. Бактерии используют в этом процессе пигмент бактериохлорини не выделяют кислород в окружающую среду. Фотоавтотрофные архебактерии осуществляют фотосинтез при помощи бактериородопсина, а цианобактерии помимо хлорофилла имеют еще дополнительно два других пигмента: фикоцианин и фикоэритрин. Указанные факты показывают, что природа предусмотрела для реализации синтеза первичного органического вещества несколько пигментов, которые существенно расширяют спектральный состав излучения, доступного для фотосинтеза. Среди прокариот значительно распространен хемосинтез.

13

 Кроме того, среди бактериальных  организмов имеются азотофиксирующие  формы: это единственная на  нашей планете группа живых  организмов, которые способны усваивать  азот непосредственно из атмосферного  воздуха и таким образом вовлекать  молекулярный азот в биологический  цикл

Бактерии и синезеленые  включают в состав органического  вещества до 90% всего входящего в  биогенный цикл азота; оставшиеся же 10% азота связываются грозовыми  электрическими разрядами. Из сказанного следует, что важнейшей функцией прокариот в биосфере является вовлечение в круговорот элементов из косной (неживой) природы.

В то же время прокариоты имеют еще и другую важнейшую  функцию, прямо противоположную  первой: возвращение неорганических веществ в окружающую среду путем  разрушения (минерализации) органических соединений. Гетеротрофные бактерии функционируют не только в почве  и воде, но и в кишечнике очень  многих животных, где они интенсивно воздействуют переводу сложных соединений углеводов в более простые  формы.

На уровне биосферы в целом  прокариоты, в первую очередь бактерии, обладают еще одной очень важной функцией - концентрационной. Исследованиями установлено, что микроорганизмы способны активно извлекать из окружающей среды определенные элементы даже при  крайне низких их концентрациях. Например, в продуктах жизнедеятельности  некоторых микроорганизмов содержание железа, ванадия, марганца и ряда других в сотни раз выше, чем в окружающей их среде. Деятельностью бактерий собственно и созданы естественные месторождения  этих элементов.

Свойства и функции  прокариот настолько разнообразны, что в принципе они способны создавать  устойчиво функционирующие свойственные (т. е. только при своем участии) экосистемы. Недаром в истории жизни на Земле почти 2 млрд. лет она и  была представлена прокариотами. "Именно цианобактерии первыми заселили атолл Бикини после ядерного взрыва и остров Суррей, возникший в 1963 году в результате извержения подводного вулкана южнее Исландии. Высокая  устойчивость к внешним воздействиям (ряд видов прокариот выдерживают  температуру выше 100° С, кислую среду  с рН около 1, соленость с содержанием  в растворе 20-30% галита NaCl) превращаетэту группу в представителей живого вещества в самых экстремальных условиях

Царство Грибы. Все грибы являются гетеротрофами и среди эукариот имеют примерно единообразный тип питания и занимают достаточно однотипное место в глобальном круговороте веществ. Грибы - паразиты или сапрофаги, хотя встречаются и хищные грибы, способные улавливать и употреблять в пищу мелких почвенных беспозвоночных животных. Основная роль, которую играют грибы в биосферных процессах, - разложение мертвых органических веществ. Грибам принадлежит главное место в возврате зольных элементов в биологический круговорот. Грибы достаточно активные живые организмы и могут выступать в качестве агентов биологического выветривания горных пород, разлагая составляющие их минералы, что содействует вовлечению в биологические циклы новых минеральных элементов.

Грибы обладают весьма большой  склонностью к симбиотическим образованиям: мицелий ряда грибов совместно с  корнями высших растений формирует  микоризу.

14

 Это позволяет создавать  сложные трофические отношения,  в процессе которых грибы приобретают  возможность разлагать недоступные  высшим растениям органические  вещества почвы, способствовать  растениям в усвоении фосфатов, соединений азота и вырабатывать  вещества - "активаторы роста"

 В ответ они получают  в первую очередь углеводы. Симбиоз  в виде микоризы наиболее взаимопроникающий.  Установлено, что при удалении  гриба растения-хозяева замедляют  рост, некоторые дают семена, которые  не прорастают, что отмечено, в  частности, у орхидей.

Царство Растения. В это царство входит подавляющее большинство современных фотосинтезирующих автотрофных живых организмов. Это определяет их главенствующую роль в биосфере как продуцирующих первичное органическое вещество и высвобождающих молекулярный кислород. Если в одной среде водоросли делят эту функцию с цианобактериями (фотосинтезирующие бактерии кислород не выделяют), то в наземных экосистемах продукция кислорода осуществляется исключительно растениями.

Выше мы уже отмечали, что  кроме автотрофов среди растений встречены гетеротрофы-паразиты и  даже хищники, а есть и сочетающие фотосинтез с гетеротрофным питанием, являясь таким образом миксотрофами.

Царство Животные. Животные, так же как и грибы, являются исключительно гетеротрофами. Главными функциями животных являются обеспечение биологического разнообразия, точнее многообразия живого вещества, обеспечение миграции его в пространстве, а также регуляция потоков вещества, энергии и информации в системе круговоротов. На наш взгляд, еще более важной функцией является средообразующая деятельность животных, к которой следует отнести фильтрационную функцию многих гидробионтов. Весомое значение

имеют виды животных, играющих роль концентраторов при создании органогенных осадочных горных пород; значимость роющих животных в структурообразовании почв и их участие в первичных  этапах разложения почвенной органики. Животные создают вторичную органическую продукцию, т. е. важную составляющую общего энерго- и массообмена в биосфере.

Благодаря деятельности человека появился новый компонент биосферы ноосфера (сфера разума человека). Этот термин был введен академиком В. И. Вернадским. Понятие ноосфера означает глобальное преобразование биосферы в результате человеческой деятельности. Развернувшаяся научнотехническая революция быстро преображает лик Земли. Озеленяются  пустынные территории, осушаются  многочисленные болота, создаются каналы и огромные водохранилища. Так, в  центральной части Китая создается  гигантское водохранилище Трех ущелий, строительство которого потребовало  выселения около 50 млн человек. Из недр земли извлекается и вовлекается  в круговорот огромное количество веществ, в том числе и новых, ранее  не вступавших в круговорот, например, радиоактивные материалы. Благодаря  космическим полетам деятельность человека вышла за пределы Земли  и достигла самых далеких планет. Человек пробурил сверхглубокие  скважины, создал глубочайшие шахты, достиг дна самых глубоких океанов, покорил стратосферу…

15

 Таким образом, ноосфера  распространяется как в глубь  Земли, так и за ее пределы.

Стабильность биосферы. Биосфера представляет собой сложную экологическую  систему, работающую в стационарном режиме. Ее стабильность обусловлена  тем, что деятельность трех групп  организмов продуцентов (автотрофы), консументов (гетеротрофы) и редуцентов, минерализующих органические остатки, взаимоуравновешенна. Это состояние называется гомеостазом  биосферы. Гомеостаз биосферы не исключает  ее способности к эволюции.

Глоссарий

Прокариоты (лат. Procaryota, от др.-греч. προ «перед» и κάρυον «ядро»), или доядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Для клеток прокариот характерно отсутствие ядерной оболочки, ДНК упакована без участия гистонов. Тип питания осмотрофный. Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды.

БИОСФЕРА – оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Термин предложил  
 
Э. Зюсс, учение о биосфере разработал академик В.И. Вернадский. Биосфера включает в себя поверхностную гидросферу, а также часть литосферы и тропосферы, в которых постоянно или временно протекает жизненный цикл тех или иных организмов. Мощность биосферы составляет 40–50 км. По В.И. Вернадскому, в состав биосферы, кроме живого вещества (растительного и животного мира, микроорганизмов), входят биогенное вещество (продукты живых организмов), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных осадочных пород живыми веществами) и косное вещество(горные породы неорганического происхождения), вода и газы. В биосфере живые организмы и среда их обитания генетически связаны друг с другом и образуют целостную динамическую систему. В развитии биосферы можно выделить три этапа, различных по интенсивности и направленности воздействия человека на окружающую среду. Первый этап длился от момента зарождения жизни на Земле (2,5–4,6 млрд лет назад) до периода освоения человеком огня (80–100 тыс. лет назад) и характеризовался полным отсутствием преобразующего влияния человека на природную среду.

16

 Второй этап (биотехносфера)  длился условно до 80-х годов  ХХ века и характеризовался  стихийным отношением к окружающей  среде. Третий этап (ноосфера) отличается ростом научных знаний и разумным отношением к природопользованию. В настоящее время биосфера испытывает огромную техногенную нагрузку, связанную в основном с загрязнением окружающей среды, что ведёт к исчезновению многих видов растений и животных. Проникновение биосферы в гидролитосферу имеет значительные геологические последствия: образование ряда осадочных пород, формирование газовых, нефтяных и других видов полезных ископаемых, изменение качества подземных вод.  

Биогеохимические циклы (биогеохимические круговороты веществ) – обмен веществом и энергией между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий цикличный характер: химические элементы из неорганических соединений через растительные и животные организмы (органические вещества) переходят вновь в исходное состояние. Основы представлений о биогеохимической цикличности заложены  В.И. Вернадским в учении о биосфере и трудах по биогеохимии.

биогеохимия – раздел геохимии, изучающий геохимические процессы, происходящие в биосфере при участии живого вещества. Основные положения биогеохимии разработаны В.И. Вернадским, который сформулировал принципы взаимодействия между живым и косным веществом.

Биогеоценоз (от греч. bios – жизнь, geо – Земля и koinos – общий) – устойчивая наземная экосистема, т.е. система живых и косных компонентов природы, взаимодействующих путём обмена вещества и потоков энергии и информации в пределах однородного участка земной поверхности. Термин ввёл русский геоботаник и лесовод  
В.Н. Сукачёв (1940).

циклы веществ в биосфере – схемы перемещения различных химических элементов и веществ. Различают большие и малые циклы. Большие циклы – это циклы элементов, обеспечивающих жизнедеятельность (так называемых биогенов): азота, углерода, фосфора, кислорода, водорода, серы в биосфере как едином целом. Малые циклы – это циклы веществ в одной экосистеме, обычно они замкнуты не полностью и поэтому связаны с большими циклами.

Цианобакте́рии (лат. Cyanobacteria, сине-зелёные во́доросли, цианопрокариоты или цианеи[1], от греч. κυανός — сине-зелёный) — значительная группа крупных грамотрицательных бактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода.

Список  литературы

Вернадский В.И. Биосфера. М., 1967.

Малиновский Ю.М. Недра: летопись биосферы. М., 1990.

Мамонтов С.Г., Захаров  В.Б. Общая биология. М., 1999.

Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М., 1979.

17

Дреер O.K., Лось В.А. Экология и устойчивое развитие. Екатеринбург, 1997.