Шпаргалка по "Экологии"

и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к  эклиптике,

или к плоскости  земной  орбиты.  Это  пространственное  расположение  Земли

определяет в основном климат на  планете,  а  последний  в  свою  очередь  –

жизненные  циклы  всех  существующих  на  ней  организмов.  Солнце  является

основным источником  энергии  биосферы  и  регулятором  всех  геологических,

химических и биологических  процессов на нашей планете. Эту  ее  роль  образно

выразил один из авторов  закона сохранения и превращения  энергии Юлиус  Майер

(1814 – 1878), отметивший, что  жизнь есть создание солнечного  луча.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

3. изменения и процессы  в живом  веществе  происходят  значительно  быстрее,

чем в косных телах. Поэтому  для характеристики изменений в  живом веществе

используется понятие  исторического, а в косных  телах – геологического

времени.  Для  сравнения  отметим,  что  секунда  геологического  времени

соответствует примерно ста  тысячам лет исторического;

4. в ходе геологического  времени  возрастают  мощь  живого  вещества  и  его

воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает  В.И.

Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов

из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";

5. только в живом веществе  происходят качественные  изменения   организмов  в

ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих  изменений  впервые

нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного  отбора

Ч. Дарвина (1859 г.);

6. живые организмы изменяются  в зависимости от изменения   окружающей  среды,

адаптируются  к  ней  и,  согласно  теории  Дарвина,  именно  постепенное

накопление таких изменений  служит источником эволюции.

В.  И.  Вернадский  высказывает  предположение,  что  живое   вещество,

возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся  в изменении  с  ходом

геологического времени, вне зависимости от изменения  среды.

Для  подтверждения  своей  мысли  он  ссылается  на  непрерывный   рост

центральной нервной системы  животных и ее значение в биосфере,  а  также  на

особую организованность самой биосферы. По его мнению, в  упрощенной  модели

эту организованность можно  выразить так, что ни одна из точек  биосферы  "не

попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в  какой  когда-нибудь  была

раньше”. В современных  терминах это явление можно описать  как  необратимость

изменений, которые присущи  любому процессу эволюции и развития.

Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением  новых  видов

организмов, оказывает воздействие  на всю биосферу в целом, в том  числе и  на

природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды  и т.

д. Это подтверждается тем, что  почвы  и  реки  девона  совсем  другие,  чем

третичной и тем более  нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов  постепенно

распространяется и переходит  на всю биосферу.

В. И. Вернадский  обосновал  также  важнейшие  представления  о  формах

превращения  вещества,  путях  биогенной миграции  атомов,  т.е.   миграции

химических элементов  при  участии  живого  вещества,  накоплении  химических

элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.

 

 

 

Процесс развития биосферы

 

 

Важнейшей  частью  учения  Вернадского  являются  представления  о   ее

возникновении и развитии.  Современная биосфера  возникла  не  сразу,  а в

результате  длительной  эволюции  в процессе   постоянного   взаимодействия

абиотических и биотических  факторов. Первые формы жизни,  по-видимому,  были

представлены анаэробными бактериями. Однако  созидательная и преобразующая

роль живого вещества стала  осуществляться  лишь  с  появлением  в  биосфере

фотосинтезирующих  автотрофов  –  цианобактерий  и сине-зеленых водорослей

(прокариотов),  а  затем   и  настоящих  водорослей   и   наземных   растений

(эукариотов), что  имело   решающее  значение  для  формирования  современной

биосферы. Деятельность этих  организмов  привела  к  накоплению  в  биосфере

свободного кислорода, что  рассматривается  как  один  из  важнейших  этапов

эволюции.

Параллельно развивались  и  гетеротрофы,  и  прежде  всего  –  животные.

Главными датами их развития являются выход на сушу и заселение материков (к

началу третичного периода) и, наконец, появления человека.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского  об эволюции  биосферы  могут  быть

сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась  литосфера – предвестник окружающей  среды, а  затем

после появления жизни  на суше – биосфера.

2. В  течение  всей  геологической  истории  Земли   никогда  не  наблюдались

азойные  геологические эпохи (т.е.  лишенные   жизни).   Следовательно,

современное живое вещество генетически связано с живым  веществом  прошлых

геологических эпох.

3. Живые организмы –  главный фактор миграции химических  элементов  в  земной

коре,  «по  крайней  мере,  90%  по  весу  массы  ее  вещества  в   своих

существенных чертах обусловлено жизнью». (В. Вернадский)

4. Грандиозный геологический  эффект  деятельности  обусловлен  тем,  что  их

количество бесконечно  велико  и  действуют  они  практически  в  течение

бесконечно большого промежутка времени.

5.  Основным  движущим  фактором  развития  процессов   в  биосфере  является

биохимическая энергия живого вещества.

 

Венцом творчества В. И. Вернадского  стало  учение  о  ноосфере,  т.  е.

сфере разума.

В целом учение  Вернадского  о  биосфере  заложило  основы  современных

представлений о  взаимосвязи  и  взаимодействии  живой  и  неживой  природы.

Практическое значение учения о биосфере  огромно.  В  наши  дни  оно  служит

естественнонаучной  основой  рационального   природопользования   и   охраны

окружающей природной  среды.

 

25.Классификация  и свойства живого вещества  и его функции (По В.И.Вернандскому)

 

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Свойства живого вещества. К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие:

1. Способность быстро  занимать (осваивать) все свободное пространство. В. И. Вернадский назвал это всюдностью жизни. Данное свойство дало основание В. И. Вернадскому сделать вывод, что для определенных геологических периодов количество живого вещества было примерно постоянным (константой). Способность быстрого освоения пространства связана как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные возможности размножения), так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8-10 га и более. То же относится к корневым системам.

2. Движение не только  пассивное (под действием силы  тяжести, гравитационных сил и т. п.), но и активное. Например, против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков и т. п.

3. Устойчивость при жизни  и быстрое разложение после  смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую  физико-химическую активность.

4. Высокая приспособительная  способность (адаптация) к различным  условиям и в связи с этим  освоение не только всех сред  жизни (водной, наземно-воздушной,  почвенной, организменной), но и  крайне трудных по физико-химическим  параметрам условий. Например, некоторые  организмы выносят температуры,  близкие к значениям абсолютного нуля - 273°С, микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурами до 140°С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т. п.

5. Феноменально высокая  скорость протекания реакций.  Она на несколько порядков (в  сотни, тысячи раз) значительнее, чем в неживом веществе. Об  этом свойстве можно судить  по скорости переработки вещества  организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день количество пищи, которое в 100-200 раз больше веса их тела. Особенно активны организмы-грунтоеды. Дождевые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150-200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой почвы. Такие же явления имеют место в донных отложениях океана. Слой донных отложений здесь может быть представлен продуктами жизнедеятельности кольчатых червей (полихет) и достигать нескольких метров. Колоссальную роль по преобразованию вещества выполняют организмы, для которых характерен фильтрационный тип питания. Они освобождают водные массы от взвесей, склеивая их в небольшие агрегаты и осаждая на дно.

Впечатляют примеры чисто  механической деятельности некоторых организмов, например роющих животных (сурков, сусликов и др.), которые в результате переработки больших масс грунта создают своеобразный ландшафт. По представлениям В. И. Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95-99% переработаны живыми организмами. Даже такие колоссальные запасы воды, которые имеются в биосфере, разлагаются в процессе фотосинтеза за 5-6 млн. лет, углекислота же проходит через живые организмы в процессе фотосинтеза каждые 6-7 лет.

6. Высокая скорость обновления  живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши -14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон), - 33 дня. В результате высокой скорости обновления за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли. Только небольшая часть его (доли процента) законсервирована в виде органических остатков (по выражению В. И. Вернадского, «ушла в геологию»), остальная же включилась в процессы круговорота.

Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. Согласно В. И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.

Средообразующие функции живого вещества. Всю деятельность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их преобразующей биосферно-геологической роли.

В. И. Вернадский выделял  девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную и другие. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены. Мы приводим их в соответствии с классификацией А. В. Лапо (1987).

1. Энергетическая. Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. Эта функция - одна из важнейших и будет подробнее рассмотрена в разделе IV.4 - энергетика экосистем.

Энергетическая функция  живого вещества нашла отражение  в двух биогеохимических принципах, сформулированных В.И.Вернадским. В соответствии с первым из них геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению. Второй принцип гласит, что в процессе эволюции выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают геохимическую энергию.

2. Газовая - способность  изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т. п.) В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси (СО2) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

С газовой функцией в настоящее  время связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).