Назначение и роль биосферы

Министерство  образования Республики Беларусь 
Белорусский Национальный технический университет  
 
 
 

Инженерно-педагогический факультет 
 
 

Реферат на тему: 

Назначение  и роль биосферы 
 
 
 

Подготовил: 
студент группы 309357/157 
Хотяшов Сергей 

Преподаватель: 
Кулаковская Т.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск  2008 
Содержание 

Биосфера  – образование, границы  и эволюция. 

     Первым  этапом эволюции биосферы было возникновение  жизни из не-живой материи. Этому  предшествовало возникновение простых  органических соединений из металла, аммиака, водорода в условиях высоких температур, вызванных вулканической деятельностью и солнечным излучением. Первый этап возникновения жизни рассматривается как этап химической эволюции.

     Первыми органическими соединениями были аминокислота, образовав-шаяся в первичном океаническом «бульоне» в результате взаимодействия циановодорода (HCN) и альдегидов в присутствии аммиака. Заметим, что, по некоторым данным, аминокислоты могут синтезироваться в газовой фазе. Одновременно происходило образование простых сахаров (рибозы, дезокси-рибозы).

     Тем самым в водной среде образовались основные компоненты нуклеи-новых кислот (ДНК и РНК). В частности, из циановодорода (нитрила), кото-рым, как считают, была обогащена первичная атмосфера, могли возникнуть, по крайней мере, два из четырёх оснований нуклеиновых кислот: аденин и гуанин. Например, эмпирическую формулу молекулы аденина (C5H5N5) мож-но представить в виде пяти объединённых молекул циановодорода.

     Рибоза  и дезоксирибоза в сочетании с основаниями нуклеиновых ки-слот (аденин, гуанин, цитозин, тимин) образовали нуклеозиды, а последние, в свою очередь, в сочетании с фосфатами – нуклеотиды – простейшие со-ставляющие нуклеиновых кисло.

     Следующий этап химической эволюции – полимеризация  малых моле-кул в более крупные, т.е. образование собственно нуклеиновых кислот и белков. При объединении отдельных молекул аминокислот происходит выде-ление воды (дегидратация). Полагают, однако, что процесс образования нук-леозидов нуклеотиды происходил уже не в водной среде, а в пересыхающих морских лагунах, в условиях илистого дна которых и осуществлялась дегид-ратация под воздействием солнечного излучения.

     Существуют  и другие гипотезы, объясняющие этот механизм (например, гипотеза об адсорбировании нитрилов поверхностью глинистых частиц с по

следующим образованием характерных для белковых молекул карбоксиль-ных групп).

     Однако  все эти процессы не были жизнью в полном смысле этого слова. Собственно биологическая эволюция началась с  образования клеток, а далее – одноклеточных организмов.

     До  настоящего времени широко распространена гипотеза А.Н.Опарина об образовании  в толще воды более или менее  устойчивых полужидких (кол-лоидных) сгущений – коацерватов (от латинского коацерватус  – собранный), которые имели некоторую границу раздела с окружающим менее концентри-рованным «бульоном». Коацерваты могли разрушаться, создавая вновь, а по достижении определённого размера распадаться на дочерние образования, т.е. деление. Отдельные капли могли образовать группы (колонии). В итоге произошёл качественный скачёк: сохранились лишь те капли, которые со-хранили материнские признаки и приобрели способность к воспроизводству. Важно и то, что эти капли приобрели способность избирательно поглощать вещества из окружающего раствора и избавляться от ненужных соединений. Это стало началом обмена веществ и в дальнейшем привело к функциональ-ной специализации отдельных частей коацерватов. С этого начался биотиче-ский круговорот вещества. Считается, что с возникновением самовоспроиз-водства коацерватная капля превратилась в простейшее живое образование, т.е. в одноклеточный организм.

     Коацерватная  гипотеза – не единственная из существующих ныне. Дру-гая гипотеза состоит в  том, что при наличии на поверхности  морей и океанов липидной плёнки и углеводородов от воды под воздействием ветра и волн отделяться небольшие двухфазные пузырьки, содержавшие органическое вещество. В целом же законченной теории происхождения живых организмов из предбиологических химических структур пока нет.

     Первые  остатки жизни найдены в слоях литосферы, образовавшихся около 3 млр. лет назад на заре архейской эры. Дальнейшее усложнение жиз-ни связано с развитием многоклеточности. Одна из гипотез о её происхожде-нии – колониальная. Полагают, что колониальность возникла в результате не вполне законченного бесполого размножения: клетка разделилась, но дочер-нее образования не разошлись. В их химическом составе появились разли-чия, повлекшие за собой функциональную специализацию: одни клетки обеспечивали ассимиляцию, другие – выделение, третьи – подвижность, чет-вёртые – воспроизводство и т.д.

     Проникновение жизни в разные области земли  с разными физико-химическими  условиями, в частности выход  организмов из воды на сушу, по-требовали  приспособления (адаптации) к новым  более динамичным услови-ям, что в свою очередь, было связано с избирательным отпадом части орга-низмов, повлекшим процессы естественного отбора.

     Из  шести эр и семнадцати периодов общей  продолжительностью около 3,5 млр. лет  лишь небольшой отрезок времени (около 1млн. лет) отделяет нас от начала последнего периода кайнозойской эры – антропогена. Челове-ческое общество – один из последовательных этапов биогенеза, т.е. развитие жизни на планете. Поскольку общество превратилось в мощную природную силу, целенаправленно и необратимо преобразующую окружающую среду, включая космическое пространство, возникает вопрос, как далее будет раз-виваться человечество и биосфера.  
 
 
 
 

 Учение В.И. Вернадского о биосфере. 

     Согласно  воззрениям основоположника современного учения о биосфе-ре выдающегося русского ученого В.И. Вернадского, с момента возникнове-ния жизни на нашей планете (ориентировочно 3-4 млрд. лет назад) происхо-дил процесс длительного формирования определенного единства живой и косной материи т.е. биосферы (от греч. «биос» – жизнь, «сфера» – шар).

     Биосфера  представляет собой совокупность всего  живого (биота): жи-вотные, растения, насекомые  и др., включая человека. В биосферу кроме живых существ, входят продукты их распада и жизнедеятельности, участ-вующая в этих процессах вода, радиоактивные вещества.

     Биосфера  – это оболочка Земли, область  распространения жизни, кото-рая  включает все живые организмы  и все элементы неживой природы, обра-зующие среду обитания живых.

    Живое вещество представляет собой наиболее активную часть экосферы. Оно разнообразно и широко распространено, постоянно возобновляется, об-ладает высокой биохимической активностью и приспособляемостью к жиз-ненным условиям, выработанной за многие тысячелетия эволюции. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу, литосферу.

    В.И.Вернадский подошел к биосфере как к планетной  среде, в которой распространено живое вещество. В отличие от ряда ученых, которые рас-сматривали биосферу только, как совокупность живых организмов и продук-тов их жизнедеятельности В.И. Вернадский считал, что живое вещество не может быть оторвано от биосферы, функцией которой оно является. Кроме того, биосфера есть область превращения космической энергии, ибо косми-ческие излучения, идущие от небесных тел, охватывают биосферу, проника-ют сквозь всю нее и все в ней. Таким образом, согласно В.И. Вернадскому биосфера есть «планетное явление космического характера». Иначе говоря, биосфера – это биологическая земная оболочка, не только охваченная жиз-нью, но и структурно ею организованная. 
 

Ноосфера. 

     Человеческое  общество – один из этапов развития жизни на Земле. Оно мощно воздействует на окружающую среду, угрожая деградации биосферы. Хотя человечество составляет незначительную часть биосферы, проблема улучшения окружающей среды без  человека теряет всякий смысл. Организм человека и его поведение формировались и продолжают формироваться под воздействием меняющейся среды обитания, находясь в ней в постоянном взаимодействии и взаимовлиянии. Биологическое развитие человека являет-ся одним из экологических процессов. Стоит задача понять, до какой степени организм в состоянии нормально функционировать при смене экологических условий существования, что характерно для нынешнего состояния экосисте-мы при резком развитии космических, глубоководных и иных исследованиях.

     Академик  В.И. Вернадский, анализируя стремительный  рост интенсив-ности воздействия  общества на окружающую среду, пришел к выводу, что человек постоянно  превращается в основную геологопреобразующую силу планеты. Именно его деятельность начинает определять черты эволюции Земли, его живого вещества и всей внешней оболочки. Значит судьба био-сферы, а, следовательно, всего рода человеческого начинает определяться деятельностью человека. И её неконтролируемая, ненаправляемая разумом стихия может стать причиной вселенной катастрофы.

     Таким образом, должно неизбежно наступить  такое время, когда для дальнейшего  развития биосферы и общества как  его составляющей необхо-димо будет  направляющее воздействие Разума –  Разума объединенного че-ловечества.

Именно это  утверждение и лежит в основе современного учения о ноо-сфере  и значение этого учения в мировой  цивилизации непрерывно возрас-тает. Учение о ноосфере, его система  мышления уже играет заметную роль в конкретной деятельности не только отдельных людей, но и государств, пра-вительств. Принципы этого учения начинают понимать не только ученые, но и политики, имеющие весьма отдаленное представление об его авторе. Итак, ноосфера согласно В.И. Вернадскому, Леруа и Тейяром де Шар-дену – это определенное состояние биосферы, когда ее развитие начинает определять коллективный разум. Эпоха ноосферы должна действительно стать новой эпохой в истории человечества, когда можно будет говорить о «коллективном разуме», когда он окажется фактором, определяющем разви-тие общества и окружающей среды. Переход от биосферы будет трудным этапом в истории человечества, периодом пересмотра многого из того, что утверждалось в нашем сознании и нашем образе мышления. Однако не должно быть иллюзий: совершенно неочевидно, что эпоха ноосферы дейст-вительно наступит. Для этого необходимо создание новых принципов нашей жизнедеятельности.

 Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах  

Питание — основной способ движения веществ и энергии.  

Организмы в  экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — углекислый газ, вода и неорганические вещества — могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Суммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме.  

Таким образом, основу экосистемы составляют автотрофные  организмы —продуценты (производители, созидатели), которые в процессе фотосинтеза создают богатую энергией пищу — первичное органическое вещество. В наземных экосистемах наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, образуя органические вещества, дают начало всем трофическим связям в экосистеме, служат субстратом для многих животных, грибов и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа. В водных экосистемах главными производителями первичного органического вещества являются водоросли.  

Готовые органические вещества используют для получения и накопление энергии гетеротрофы, или консументы (потребители). К гетеротрофам относятся растительноядные животные (консументы I Порядка), плотоядные, живущие за счет растительноядных форм (консументы II порядка), потребляющие других плотоядных (консументы Ш порядка) и т. д.  

Особую группу консументов составляют редуценты (разрушители, или] деструкторы), разлагающие  органические остатки продуцентов  и консументов до простых неорганических соединений, которые зат-ем используются продуцентами. К редуцентам относятся главным образом микрорганизмы — бактерии и грибы. В наземных экосистемах особенно важное значение имеют почвенные редуценты, вовлекающие в общий круговорот органические вещества отмерших растений (они потребляют до 90% первичной продукции леса). Таким образом, каждый живой организм в составе экосистемы занимает определенную экологическую нишу (место) в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и абиотическими условиями среды.