Реферат: Билеты по биологии с основами экологии. Реферат по экологии по биологии

Реферат - Основы биологической экологии

Елена Ростиславовна Разумова

Термины и определения экологии

Термин «экология»был предложен в 1866 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем(1834—1919) для обозначения раздела биологии, изучающего взаимодействия живых организмов между собой и со средой обитания. Этот термин возник на основе двух греческих слов: «ойкос» (дом, жилище, место обитания) и «логос» — знание, наука. Первое из них мы встречаем в корне хорошо всем знакомого слова «экономика».

На рубеже ХIХ—ХХ вв. экология оформляется в самостоятельную науку, а на 20—40 гг. ХХ в. приходится период ее интенсивного развития. Именно тогда были сформулированы основные определения и законы экологии, в нее пришли экспериментальные методы исследования. В частности, английским ученым А. Тенсли(1871—1955) было введено понятие «экосистема», а русским ученым, создателем геоботанической школы, Владимиром Николаевичем Сукачевым(1880—1967) — «биогеоценоз». Значительную роль в становлении экологии сыграли работы российского микробиолога, основоположника теоретической и экспериментальной экологии Георгия Францевича Гаузе(1910—1986).

Любая молодая наука должна, прежде всего, сформировать свой специфический язык и терминологию. Приведем основные понятия и определения экологии.

Биоценоз— совокупность всех живых организмов данного места (территории, акватории), связанных трофическими (пищевыми) цепями.

Трофические цепи— цепи питания, начиная с растительной пищи.

Растения являются единственными живыми организмами, способными синтезировать органические вещества (биоту) из неорганических — углекислого газа и воды (реакция фотосинтеза, проходящая только на свету). Отсюда вытекает название зеленых растений в трофических цепях — продуценты(производители органического вещества). Поскольку продуценты сами синтезируют для себя пищу, их называют также автотрофами(авто — сам, троф — пища).

Биотой питаются растительноядные организмы. Они едят готовое органическое вещество, синтезированное растениями, их называют консументами (потребителями) первого уровня. Эти организмы не синтезируют себе пищу, а добывают ее извне, поэтому их называют также гетеротрофами.

Растительноядными питаются хищники — консументы второго уровня, которые убивают и поедают своих жертв, добытых в процессе охоты. Согласно учению Ч. Дарвина, хищники уничтожают наименее жизнеспособных консументов первого уровня (естественный отбор). Консументы второго уровня также являются гетеротрофами.

Биоту, которую не съедают хищники, подбирают падальщики, питающиеся мертвыми телами погибших или умерших животных. В трофических цепях они также являются гетеротрофами.

Когда продуценты и консументы всех уровней заканчивают свой жизненный путь, за дело берутся бактерии и грибковые организмы — редуценты(от английского глагола — «разрушать, делить»). Они разлагают мертвые останки погибших живых организмов — детриты — до атомов биогенных химических элементов (напомним, что это, в основном, углерод, водород, кислород и азот). Редуценты, также как и все консументы, являются гетеротрофами.

Редуценты формируют гумус(перегной) — основную плодородную часть почвы, на которой снова вырастают зеленые растения. Цикл замыкается. Трава и деревья, шумящие над нами, выросли из когда-то бегавших по Земле животных и диковинных растений! Пример трофической цепи: микроводоросли — комар — лягушка — цапля — коршун — гумус. Если какое-либо звено трофической цепи вырывается из природы (например, истребляют комаров), то рушится вся цепь. Еще один пример: в Африке местные жители истребили питонов, поскольку считали их опасными, в результате расплодились крысы, уничтожавшие посевы.

В природе обычно осуществляется сложная совокупность множества трофических цепей. Отсюда следует, что ни один организм в природе не существует вне связи с другими; именно таким образом и сохраняется видовое разнообразие.

Важнейшим свойством трофических цепей является то, что их звенья плотно «подогнаны» друг к другу; в природе не существует отходов, утилизируется все.

Биотоп— неживая среда обитания биоценоза.

Экосистема— биоценоз вместе со средой обитания, т.е. биоценоз + биотоп, функциональное единство организмов и окружающей среды, сохраняющееся неопределенно долгое время. Примеры экосистем: лес (хвойный или лиственный) вместе со всеми обитателями; луг; река; озеро; морская толща или морской берег (это разные экосистемы), тундра, пустыня и т.д.

Свойства экосистем: способность к самовоспроизведению, устойчивость и целостность. Если не вмешиваться в жизнь экосистемы, она будет самостоятельно существовать и развиваться. Это отличает природные экосистемы от искусственных, созданных человеком агроценозов (например, засеянное поле, молочная ферма), которые неустойчивы и не способны к самовоспроизведению.

Биогеоценоз— элементарная часть пространства экосистемы (например, гниющее дерево). Иногда это понятие отождествляют с экосистемой.

Биосфера— совокупность экосистем Земли, т.е. совокупность всех живых организмов Земли вместе со средой их обитания; это геологическая земная оболочка, структура и энергетика которой определяется функционированием живых организмов.

Экологическая ниша— место, занимаемое определенным видом в биосфере, пространство его выживания.

Сукцессия— это смена экосистем, постепенное превращение одних экосистем в другие. Различают процессы первичной и вторичной сукцессии. Первичная сукцессия — это развитие экосистем на незаселенных ранее участках (постепенное зарастание голых скал). Вторичная сукцессия — восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории (например, зарастание участков леса после порубок или пожаров, заболачивание водоема).

Строение экосистем

Несмотря на колоссальное разнообразие экосистем, все они имеют примерно одинаковую структуру, т.е. включают одни и те же связанные между собой компоненты. Часть гумуса, образовавшегося в результате функционирования редуцентов, формирует захороненное органическое вещество, лежащее в основе горючих полезных ископаемых (угля, нефти, природного газа, торфа), а другая часть минерализуется и образует неорганическое вещество, идущее на питание продуцентов. Таким образом, возникает замкнутый круг, внутри которого осуществляется круговорот биогенных химических элементов (см. далее учение В.И. Вернадского о биосфере).

Автотрофность продуцентов — зеленых растений Земли — обуславливается реакцией фотосинтеза, в процессе которой из углекислого газа и воды (неорганических веществ) при взаимодействии света и зеленого растительного пигмента хлорофилла образуются органические вещества (клетчатка, крахмал). Побочным продуктом реакции фотосинтеза является свободный молекулярный кислород. Механизм этой реакции изучил выдающийся русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев(1843—1920). Реакция фотосинтеза протекает только на свету под действием мощного потока солнечной энергии. Большая часть этой энергии превращается в тепло, нагревая воздух, воду и почву. Растения используют для фотосинтеза лишь 1% падающей на Землю энергии Солнца, но эта ничтожная доля оказывается достаточной для функционирования всего живого!

Живые организмы, связанные трофическими цепями, — это только часть экосистем. Воздействие одних видов животных и растений на другие называется биотическими факторами(наличие хищников, паразитов, микроорганизмов, недостаток пищи). Другая часть экосистем — это неживая окружающая среда. Ее физические и химические факторы называются абиотическими. К ним относятся свет, температура, влажность, соленость воды и почвы, огонь.

Понятно, что биотические и абиотические факторы воздействуют на живые организмы одновременно и совместно. Для каждого вида животных и растений каждый из факторов окружающей среды образует зону оптимума, в которой организм развивается наиболее комфортно, и две зоны стрессов, в которых организм выживает. За пределами зон стрессов организм погибает. Фактор, от которого зависит выживание организма, называется лимитирующим(ограничивающим).

Пример лимитирующего фактора: растение может иметь достаточно влаги, питательных веществ и оптимальный температурный режим, но в отсутствие света оно погибает. В данном случае лимитирующим фактором является освещенность.

Главные законы классической экологии

Закон незаменимости биосферы: биосфера — это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания, т.е. это для всего живого общий и единственный дом. Биосферу не в состоянии заменить созданная человеком техносфера(здания, сооружения, машины и т.п.). Типичные примеры объектов техносферы — подводная лодка, космический корабль. В них люди могут жить лишь ограниченное время. И дело здесь не только в обеспечении их физиологических потребностей. Вряд ли кто-нибудь отважится на эксперимент по установлению максимального срока пребывания человека в техносфере при условии сохранения его психического здоровья.

Закон Эшби: чем экосистема разнообразнее, тем она устойчивее. Из этого закона вытекает важный вывод: многообразие биосферы — это основа ее устойчивости. Очевидно, что уменьшение биоразнообразия, т.е. быстрое вымирание видов, ведет к неустойчивости биосферы.

Закон лимитирующего фактора (минимума Либиха): наиболее значим тот из факторов внешней среды, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений, поскольку от него в данный момент зависит выживание особей. Выход значения такого фактора за пределы устойчивости приводит к гибели организма. Пример: общеизвестно, что без пищи человек может прожить несколько недель, но без воды — не более трех дней: начинается обезвоживание. В данном случае лимитирующим фактором является наличие или отсутствие влаги.

Закон толерантности В. Шелфорда: лимитирующим фактором процветания организма (или вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Закон однонаправленности потока энергии: на каждой ступени трофической цепи 90% энергии, получаемой продуцентами в виде солнечного света, рассеивается, и только 10% передается консументам. Поскольку обратный поток энергии (от редуцентов к продуцентам) ничтожно мал (максимум 0,35 % от поступившей энергии), можно считать, что круговорот энергии не осуществляется, а энергетический поток направлен только в одну сторону. Этим объясняется и сравнительно малая длина трофических цепей, как правило, не более шести компонентов: на более длинные цепи не хватило бы энергии.

Закон экологических пирамид численности и биомассы: чем больше общая биомасса организмов, тем более низкий трофический уровень должны занимать эти организмы. Самую большую биомассу имеют продуценты (зеленые растения суши составляют более 90% от общей биомассы всех живых организмов Земли), самую низкую — редуценты.

Закон физико-химического единства живого вещества: при всем разнообразии живых организмов Земли они настолько сходны по физико-химическим параметрам, что воздействие, вредное для одних организмов, вредно и для других. Если не предпринимать никаких природоохранных мер, то те загрязнения, которые сейчас убивают птиц и рыбу, со временем убьют и человека.

Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция) не может вернуться к первоначальному виду, от которого он произошел, даже если ему вернуть первоначальную среду и условия обитания. Пример: если климат на планете вдруг станет теплым и влажным, как в мезозойскую эру, динозавры на Земле все равно не появятся.

Закон (принцип) исключения Г.Ф. Гаузе: два вида не могут сосуществовать в одном месте, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу. Как правило, в одном районе не могут сосуществовать два вида хищников, питающихся одними и теми же травоядными, один из видов должен будет уйти в другое место. Пример: лисы и волки, как правило, не живут по соседству друг с другом.

Четыре закона американского эколога Барри Коммонера.

Все связано со всем. Фактически это повторение главной идеи учения В.И. Вернадского.

Все должно куда-то деваться. Это мысль об отходах материального производства и быта человека. Как уже было сказано, природа не знает отходов, процесс их образования неразрывно связан с хозяйственной деятельностью человека. Мы выбрасываем отходы, т.е. мусор в природу, фактически выкидываем их себе на голову (человек — часть биосферы, биосоциальное существо, он принадлежит и природе, и обществу; загрязняя биосферу, мы убиваем себя).

За все надо платить, и не только в смысле платы за использование природных ресурсов. Слово «платить» в данном случае подразумевает «расплачиваться»: за ошибки одного поколения по отношению к природе будут расплачиваться потомки.

Природа знает лучше, ее не надо покорять и обуздывать, человек как биосоциальное существо должен вписаться в биосферу, находиться с ней в гармонии. Отсюда вытекает абсурдность некоторых «проектов века», например, переброски вод сибирских рек в Среднюю Азию.

Итак, родившись во второй половине ХIХ в., экология создала свой язык и терминологию, а к началу ХХ в. были сформулированы ее основные законы.

Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ноосфера

Главной теоретической базой экологии стало учение о биосфере, созданное русским ученым, основоположником геохимии, учеником известного почвоведа В.В. Докучаева, Владимиром Ивановичем Вернадским(1863—1945). В буквальном смысле термин «биосфера» означает «сферу жизни», и в таком значении он был впервые введен австрийским геологом Эдвардом Зюссом(1831—1914) в конце ХIХ в. Первоначально под этим названием подразумевалась только совокупность всех живых организмов, обитающих на Земле.

Совсем иначе определил биосферу В.И. Вернадский. Центральным понятием в его учении является понятие о живом веществе, которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого, т.е. как живое вещество Земли вместе с неживой средой обитания, «косным веществом», как называл эту среду В.И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи космистом (подробнее о русских космистах будет сказано далее), В.И. Вернадский считал, что жизнь зародилась вместе с планетой, поскольку, по его мнению, нет убедительных доказательств того, что Земля когда-либо была безжизненной. Иными словами, биосфера существовала на Земле всегда. Это расходится с общепринятой в настоящее время точкой зрения русского ученого А.И. Опарина, согласно которой жизнь на Земле зародилась в воде 3,5 млрд лет назад, а до этого шла неорганическая эволюция планеты, в процессе которой образовались литосфераи гидросфера.

В.И. Вернадский считал, что биосфера является одной из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км) и часть атмосферы(всю тропосферуи часть стратосферыдо высот более 25 км над поверхностью Земли). Самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.

Эволюция органической жизни шла на Земле не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования. Так постепенно складывалось нынешнее многообразие живых организмов — основа устойчивости биосферы.

Одной из главных идей В.И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов главных биогенных химических элементов, реализующихся в трофических цепях.

Именно в круговоротах биогенных химических элементов, по мнению В.И. Вернадского, заключается геологическая роль живого вещества планеты. Живые организмы формируют не только биологический, но и геологический лик планеты.

Важной идеей В.И. Вернадского была мысль о космической роли живого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов.

Здесь следует сказать, что В.И. Вернадский принадлежал к плеяде русских космистов — ученых, работавших на рубеже ХIХ и ХХ вв. и заметивших неразрывную связь человека с Космосом, со всей Вселенной.

Эти мысли высказывали также Константин Эдуардович Циолковский(1857—1935), Александр Леонидович Чижевский(1897—1964) и Лев Николаевич Гумилев(1912—1992). Благодаря техническому воплощению идей К.Э. Циолковского о постройке ракеты для преодоления земной гравитации стали возможны космические полеты. А.Л. Чижевский создал гелиобиологию— науку о влиянии Солнца на физиологию человека и его социальную активность, за что в годы сталинского режима поплатился арестом и заключением. Был репрессирован и Л.Н. Гумилев — основатель этнологии— науки о зарождении человеческих этносов и прямой роли солнечной энергии в их развитии. Нелегким, трагичным был путь отечественной науки!

Кроме учения о биосфере В.И. Вернадскийвыдвинул также идею ноосферы— биосферы, управляемой разумной человеческой мыслью (буквально термин «ноосфера» означает «сфера разума»). В.И. Вернадский рассматривал возникновение сознания как закономерный результат развития биосферы. Идею ноосферы развивал также французский антрополог Пьер Тейяр де Шарден(1881—1955). Однако в конце ХХ в. выяснилось, что до ноосферы еще очень далеко. Вместо нее человечество получило глобальный экологический кризис.

Концепция коэволюции Н.Н. Моисеева

Прямым идейным продолжением идей В.И. Вернадского о ноосфере были работы российского академика Никиты Николаевича Моисеева(1917—2000), который в своих трудах дал научные основы перехода России к устойчивому развитию. Основная идея «Концепции устойчивого экономического развития» выглядит так: человечеству следует вести мировое хозяйство так, чтобы не вредить следующим поколениям. Устойчивое развитие — это путь общества, приемлемый для сохранения экологической ниши человека и создания благоприятных условий для выживания цивилизации. Экологической нишей человечества является вся биосфера, поэтому устойчивое развитие Н.Н. Моисеев трактует как совместную, скоординированную эволюцию человека и биосферы (коэволюцию). Таким образом, устойчивое развитие по Н.Н. Моисееву — это первый шаг к эпохе ноосферы.

В процессе исследования коэволюции следует установить зависимость характеристик биосферы от активной природопреобразующей деятельности человека. Имея детальную информацию о характере влияния этой деятельности на биосферу, можно будет сформулировать ограничения деятельности человека, необходимые для выживания цивилизации.

Биосфера является грандиозной нелинейной системой. Вопрос стабильности этой системы, ее способности реагировать на внешние воздействия так, чтобы они не выводили ее из состояния внутреннего равновесия, является одним из важнейших. В последние десятилетия получены результаты, показывающие удивительные способности биосферы противостоять внешним возмущениям, однако эти способности не беспредельны; поэтому одной из важнейших задач науки является установление таких пределов сопротивляемости биосферы внешним воздействиям.

Биосфера— сложная саморазвивающаяся система, имеющая многочисленные положительные и отрицательные обратные связи. Положительные отвечают за ее развитие, возрастание сложности и разнообразия элементов. Отрицательные обратные связи обуславливают стабильность (гомеостаз) системы и сохранение уже существующего равновесия. Информация о положительных и отрицательных обратных связях биосферы необходима для создания компьютерных моделей, имитирующих динамику ее развития.

Примерно 20 лет назад в Вычислительном Центре АН СССР под руководством Н.Н. Моисеева была создана и исследована принципиально новая компьютерная модель, объединившая модели атмосферной и океанической циркуляции с моделью углеродного цикла (основного осуществляемого в биосфере круговорота), включающего энергетику биосферы. Целью разработки такой модели было выяснение, как будет вести себя биосфера после того, как человек окажет на нее самые разнообразные крупномасштабные воздействия.

Результаты оказались неожиданными. Во всех случаях, когда возмущение превосходило некоторый порог (например, энергия воздействия превышала 2—3 тыс. Мт), биосфера никогда не возвращалась в первоначальное состояние: изменялась циркуляция атмосферы, структура океанических течений, распределение температур и выпадение осадков. Но самое главное — изменялся характер биоты. Возможно, она и сохранится, но станет совершенно другой, и, что весьма существенно, из биосферы исчезнет человек.

Полученные результаты означали, что стратегия выживания человечества должна быть согласована с эволюцией биосферы. По мнению Н.Н. Моисеева, обеспечение коэволюции человека и биосферы (или реализация стратегии устойчивого развития) требует создания на основе экологии новой синтетической научной дисциплины, которая должна быть неизмеримо шире существующих ныне естественнонаучных и экономических программ. Создание такой науки ни в коем случае нельзя откладывать, поскольку биосфера уже подошла к пределу своих возможностей противостоять антропогенным воздействиям.

Отрадным является тот факт, что появились первые запреты, основанные на серьезных научных исследованиях: ограничение выбросов фреонов, разрушающих озоновый слой; на очереди ограничение углеродных выбросов, обусловливающих парниковый эффект. Все эти запреты окажутся весьма болезненными для экономики, но человечество будет вынуждено их выполнять, чтобы защитить себя от самоуничтожения. Самым трудным для многих стран, по мнению Н.Н. Моисеева, будет ограничение рождаемости и переход к семье с одним-двумя детьми.

Н.Н. Моисеев подверг жесткой критике решения Конференции 1992 г. в Рио-де-Жанейро, на которой не было сказано о сохранении экосистем (а только отдельных биологических видов), о разработке новой демографической политики, единой для всех стран мирового сообщества, основанной на новой этике и нравственности.

Альтернативой осуществления коэволюции, т.е. стратегии устойчивого развития, считает Н.Н. Моисеев, будет общепланетарный экологический кризис, борьба за ресурсы, которых заведомо не хватит на всех, деградация биосферы и исчезновение человека как биологического вида.

В заключение этой лекции отметим, что если раньше основной целью существования любой общественной формации было создание максимального комфорта для жизни человека, а господствующей идеей был антропоцентризм(человек и его удобство в центре всего), то теперь необходимым условием существования человечества является сохранение биосферы, нашего общего дома, среды обитания, поскольку, утеряв биосферу, человек подпишет себе смертный приговор.

Выводы и итоги

Родившись во второй половине ХIХ в. как раздел биологии, экологиясоздала свой язык и терминологию, а к началу ХХ в. были сформулированы ее основные законы.

Теоретической основой современной экологии стало учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере.

Идейным продолжателем концепций В.И. Вернадского о биосферестал российский ученый академик Н.Н. Моисеев, высказавший мысль о коэволюции человека и биосферы.

Главной задачей человечества в ХХI в. является сохранение биосферы, поскольку от этого зависит выживание человека как вида и сохранение жизни на планете.

Список литературы

Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития. М., 1999.

Моисеев Н.Н. Человек и биосфера. М., Юнисам, 1995; 1999.

Разумова Е.Р. Экология. Курс лекций. М., МИЭМП, 2006.

Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды. Словарь-справочник. М., 1992.

Реймерс Н.Ф. Экология. М., 1994.

Шилов И.А. Экология. М., 2001

Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М.: Наука, 1988.

Гиренок Ф.И. Экология, цивилизация, ноосфера. М.: Наука, 1997.

Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Новосибирск: Наука, 1999.

Небел Г. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. В 2-х т. М.: Мир, 1993.

Яблоков А.В., Юсупов А.Г. Эволюционное учение. М.: Наука, 1998.

www.ronl.ru

Реферат - Биология с основами экологии

Биология с основамиэкологии

1.Биосинтез белка.

2.Взаимодействиеорганизмов в экосистемах.

3.Биоритмы ибиологические часы. Каково их биологическое значение в жизни организмов?

4.Проанализируйтеэволюцию нервной системы животных от низших до высших многоклеточных".

Введение

Одной из задачсовременной биологии и ее новейших разделов – молекулярной биологии,биоорганической химии, физико-химической биологии – является расшифровкамеханизмов синтеза молекулы белка, содержащей сотни, а иногда и тысячи остатковаминокислот. Механизм синтеза должен обладать точной кодирующей системой,которая автоматически программирует включение каждого аминокислотного остатка вопределенное место полипептидной цепи Кодирующая система определяет первичнуюструктуру, а вторичная и третичная структуры белковой молекулы определяютсяфизико-химическими свойствами и химическим строением аминокислот.

Биосинтез белка можноразделить на стадии транскрипции, процессинга и трансляции. Во времятранскрипции происходит считывание генетической информации, зашифрованной вмолекулах ДНК, и запись этой информации в молекулы мРНК. В ходе рядапоследовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, ненужныев последующих стадиях, и происходит редактирование нуклеотидныхпоследовательностей. После транспортировки кода из ядра к рибосомам происходитсобственно синтез белковых молекул, путем присоединения отдельныхаминокислотных остатков к растущей полипептидной цепи.

1. Биосинтезбелка

Биосинтез белка —сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотныхостатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекулиРНК и тРНК.

Транскрипция

Транскрипцией называетсяпроцесс считывания генетического кода с молекулы ДНК. При этом на одной изцепочек ДНК синтезируется одноцепочечная молекула информационной или матричнойРНК (мРНК), согласно принципу комплементарности. Последовательность из трехнуклеотидов в мРНК, соответствующая последовательности в ДНК, кодирующаяопределенную аминокислоту, называется кодоном. Основную роль в транскрипциииграет фермент РНК-полимераза.

Процессинг

Между транскрипцией итрансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных редактирований,которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтезаполипротеиновой цепочки. С появлением процессинга в эукариотической клеткестало возможено комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразиябелков, кодируемым единой последовательностью нуклеотидов ДНК.

Послеполиаденилирования мРНК подвергается удалению интронов. Процесс катализируетсясплайсосомой и называется сплайсингом.

Трансляция

Трансляция заключаетсяв синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной вматричной РНК. Аминокислотная последовательность выстраивается при помощитранспортных РНК (тРНК), которые образуют с аминокислотами комплексы —аминоацил-тРНК. Каждой аминокислоте соответствует своя тРНК, имеющаясоответствуюищий антокодон, «подходящий» к кодону мРНК. Во время трансляциирибосома движется вдоль мРНК, по мере этого наращивается полипептидная цепь.Энергией биосинотез белка обеспечивается за счет АТФ.

Готовая белковаямолекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное местоклетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуютдополнительной посттрансляционной модификации.

2. Взаимодействиеорганизма в экосистемах

Основополагающимобъектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организацииматерии: живые организмы, популяции, сообщества, экосистемы и экосфера.

 Живой организм – этолюбая форма жизнедеятельности.

 Популяция – это группаорганизмов одного вида, проживающих в определенном районе (местообитании).

Примерами популяцийявляются все окуни в пруду, белки в лесах Московской области, население вотдельной стране или население Земли в целом.

Вид – это совокупностьпопуляций особей, представители которых фактически или потенциальноскрещиваются друг с другом в естественных условиях.

Каждый организм илипопуляция имеет свое местообитание: местность или тип местности, где онипроживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут водном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемоесообщество, или биологическое сообщество. Таким образом, сообщество — комплексвзаимосвязанных популяций разных видов, обитающих на определенной территории сболее или менее однородными условиями существования.

Экосистема – этосовокупность сообществ, взаимодействующих с химическими и физическимифакторами, создающими неживую окружающую среду. Другими словами, экосистема — это система, образуемая биотическим сообществом и абиотической средой.

Переходная областьмежду двумя смежными экосистемами называется экотон .

Главные экосистемысуши, такие, как леса, степи и пустыни, называются наземными экосистемами, илибиомами. Экосистемы гидросферы называются водными экосистемами.

Примерами такихэкосистем являются пруды, озера, реки, открытый океан, коралловые рифы и т.п.Все экосистемы Земли составляют экосферу.

Экосфера – совокупностьживых и неживых организмов (биосфера), взаимодействующих друг с другом и сосвоей неживой средой обитания (энергией и химическими веществами) в планетарноммасштабе.

I. Абиотическиекомпоненты экосистем.

Экосистема состоит изразличных живых и неживых компонентов. Неживые, или абиотические, компонентыэкосистемы включают различные физические и химические факторы. К важнымфизическим факторам относятся:

a. солнечный свет;

b. тень;

c. испарение;

d. ветер;

e. температура;

f. водные течения.

Главными химическимифакторами являются питательные элементы и их соединения в атмосфере, гидросфереи земной коре, необходимые в больших или малых количествах для существования,роста и размножения организмов.

Наиболее важные дляжизни химические элементы, необходимые в больших количествах, называютсямакроэлементами (С, О, Н, N, P, S, Ca, Mg, K, Na).

Элементы, необходимыедля жизни в малых или следовых количествах – микроэлементы (Fe, Cu, Zn, Cl).

II. Биотическиекомпоненты экосистем.

Основные типыорганизмов, которые формируют живые, или биотические, компоненты экосистемы,принято подразделять по преобладающему способу питания на продуцентов,консументов и редуцентов.

Продуценты — этоорганизмы, производящие органические соединения из неорганических. Продуценты(в большинстве своем зеленые растения) создают органические вещества в процессефотосинтеза или хемосинтеза. Эти органические вещества используютсяпродуцентами как источник энергии и как строительный материал для клеток итканей организма.

Фотосинтез может бытьпредставлен следующим образом:

/>

Хемосинтез –преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества вотсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.

Только продуцентыспособны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно иликосвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.

По типу питания всепродуценты являются автотрофами — сами производят органические вещества изнеорганических. Консументы и редуценты по типу питания являются гетеротрофами — питаются органическим веществом, произведенным другими живыми организмами.

Консументы – организмы,получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живымиорганизмами — продуцентами или другими консументами.

Редуценты – организмы,получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвыхорганизмов (животных, растений).

В зависимости отисточников питания консументы подразделяются на три основных класса:

 - фитофаги(растительноядные) – это консументы 1-го порядка, питающиеся исключительноживыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.

— хищники (плотоядные)– консументы 2-го порядка, которые питаются исключительно растительнояднымиживотными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка, питающиеся толькоплотоядными животными.

— эврифаги (всеядные),которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являютсясвиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

Существует два основныхкласса редуцентов:

1. Детритофаги –напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. (пример:шакалы, грифы, дождевые черви).

2. Деструкторы –разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения(процесс гниения и разложения). Примером могут служить грибы и микроскопическиеодноклеточные бактерии.

Потоки энергии вэкосистемах.

Химическая энергия,накопленная в глюкозе и других углеводородах, используется продуцентами,консументами и редуцентами для поддержания жизнедеятельности, что являетсячастью одностороннего движения энергии через организмы в экосистеме.

Преобразованиеорганических соединений в энергию происходит за счет клеточного дыхания вмитохондриях клетки:

Получение органическихсоединений происходит в основном за счет фотосинтеза :

/>

3. Биоритмыи биологические часы. Каково их биологическое значение в жизни организмов?

Изучением ритмов активности и пассивности, протекающих в нашем организме,занимается особая наука – биоритмология. Согласно этой науке, большинствопроцессов, происходящих в организме, синхронизированы с периодическимисолнечно-лунно-земными, а также космическими влияниями. И это неудивительно,ведь любая живая система, в том числе и человек, находится в состоянии обменаинформацией, энергией и веществом с окружающей средой. Если этот обмен (налюбом уровне – информационном, энергетическом, материальном) нарушается, то этоотрицательно сказывается на развитии и жизнедеятельности организма.

Каждый организм, существующий на Земле, является своеобразнымичасами. Все организмы – плоды эволюции, на протяжении трех миллиардов лет жизньна Земле развивалась и приспосабливалась, непрерывно и бесконечно передавая информациюот клетки к клетке, из поколения в поколение. Все живые организмы несут в себевсе изменения, накопленные в этом долгом процессе развития, поэтому мы такхорошо приспособлены к неустанному вращению нашей планеты.

Физиологическое время, так же как и местное время на вращающейсяпланете, имеет циклический характер. Для любых часов, внешних или внутренних,подстройка (сдвиг) на один или нескольких полных циклов не дает заметногоэффекта. Однако сдвиг биологических часов на часть цикла приводит к ощутимымфизиологическим последствиям, как показывает феномен перепада времени притрансмеридианных перелетах. Такое смещение внутри цикла называется сдвигомфазы, то есть положения повторяющегося процесса в его собственном цикле(например, фазы Луны).

Помимо эффекта перепада времени, открытого лишь недавно в связис трнсмередианными перелетами, существует постоянная необходимость подстраиватьфазу биологических часов из-за небольшого расхождения между собственнымпериодом этих часов и периодом вращения Земли. Несоответствие этих периодов начас или около того обычно для многих биологических видов, имеющих достаточноточные внутренние часы. У человека, например, период часов близок к 24 часам.Отклонение на час составляет всего 4% суток, – очевидно, это вполне допустим о.Из-за близости периода к земным суткам биологические часы этого класса былиназваны циркадианными (от лат. Circa –

около, приблизительно и dies – день, сутки).

Анаболизм – это биологический процесс, при котором простыевещества соединяются между собой, что приводит к построению новой протоплазмы, ростуи накоплению энергии.

Катаболизм – это противоположный анаболизму процесс расщепление сложныхвеществ на более простые, при этом ранее накопленная энергия освобождается ипроизводится внешняя или внутренняя работа.

Таким образом, анаболические процессы ведут к наращиванию протоплазмы,а катаболические, наоборот, – к уменьшению и ее деструктуризации. Но эти двапроцесса, сочетаясь, взаимно усиливают друг друга. Так, процессы распадаклеточных структур стимулируют их последующий синтез, а чем больше сложныхструктур накапливается в протоплазме, тем активнее может идти последующеерасщепление с высвобождением большого количества энергии. В этом случаенаблюдается максимальная жизнедеятельность клетки, а, следовательно, всегоорганизма в целом. Руководят этим ритмом свет и температура. Чем сильнее этидва фактора, тем выражение циклоз (перемешивание протоплазмы) и активнееферменты. К тому же с 3 до 15 часов происходит сдвиг внутренней среды организмав кислую сторону. Умеренная физическая нагрузка дополнительно способствуетсдвигу КЩР (кислотно-щелочного равновесия) в сторону закисления. Таким образом,светлое время суток способствует активизации катаболических процессов в каждойклетке организма.

4. Проанализируйтеэволюцию нервной системы животных от низших до высших многоклеточных".

Эволюцияпсихики живых организмов Земли осуществлялась на основе всех общихзакономерностей этого процесса. Повышение общего уровня жизнедеятельностиорганизмов, усложнение их взаимоотношений с окружающим миром приводило в ходеэволюции к необходимости более интенсивных контактов со всем многообразиемсреды обитания, к совершенствованию передвижения и к активному обращению сокружающими предметами. Совершенствование ориентации во времени и пространстве,способствующее выживанию наиболее приспособленных особей, могло обеспечитьтолько усложнение поведения и психического отражения. При этом необходимообратить внимание на взаимозависимость и параллелизм развития психики идвигательной активности. Как указывает К.Э. Фабри, именно движение (первичнолокомоция, а впоследствии и манипулирование) являлось решающим факторомэволюции психики. С другой стороны, без прогрессивного развития психики немогла бы совершенствоваться двигательная активность животных, не могли быосуществляться биологически адекватные двигательные реакции и, следовательно,не могло бы быть эволюционного развития.

 Конечно,психическое отражение не оставалось неизменным в ходе эволюции, а самопретерпевало глубокие качественные преобразования.

 При этомврожденное и приобретаемое поведение не являются последовательными ступенями наэволюционной лестнице, а развиваются и усложняются совместно, как двакомпонента одного единого процесса. Прогрессивному развитию инстинктивного,генетически фиксированного поведения соответствует прогресс в областииндивидуально-изменчивого поведения. Инстинктивное поведение достигает наибольшейсложности как раз у высших животных, и этот прогресс влечет за собой развитие иусложнение у них форм обучения.

Низшийуровень стадии элементарной сенсорной психики, на котором находятся простейшиеи низшие многоклеточные организмы, живущие в водной среде, характеризуется тем,что здесь в достаточно развитом виде представлена раздражимость — способностьживых организмов реагировать на биологически значимые воздействия средыповышением уровня своей активности, изменением направления и скорости движений.Чувствительность как способность реагировать на биологически нейтральныесвойства среды и готовность к научению методом условных рефлексов ещеотсутствует. Двигательная активность животных еще не имеет поискового,целенаправленного характера.

 Навысшем уровне развития этой стадии психики у животных отмечается выделениеспециализированного органа, осуществляющего сложные манипулятивные движенияорганизма с предметами внешнего мира. Таким органом у низших животных являютсячелюсти. Они заменяют им руки, которые есть только у человека и некоторыхвысших живых существ. Челюсти сохраняют свою роль как основной органманипуляций и исследования окружающего мира в течение длительного периодаэволюции, вплоть до освобождения для этой цели передних конечностей животного.

1.Простейшие. К наиболее типичным представителям рассматриваемой здесь группыживотных относятся простейшие. Организм представителей этого типа состоит изединственной клетки, обеспечивающей все жизненные потребности животного.Филогенез простейших шел фактически параллельно развитию многоклеточныхживотных, что нашло свое отражение в формировании у простейших аналогов системорганов, так называемых органелл.

2.Кишечнополостные. У представителей типа кишечнополостных уже отмечаются зачаткинервной системы.

 В своейпростейшей форме она встречается у гидр и актиний, представляя собою нервнуюсеть, состоящую из разбросанных нервных клеток с отростками, переплетающимисямежду собой. Такая нервная сеть не имеет особых центров, и возбуждение проходитпо всем направлениям. Подобная первичная нервная система называется рассеянной,или диффузной.

3.Плоские черви. Низшие ресничные черви, или турбеллярии, имеют значительно болеесовершенную нервную систему по сравнению с ранее описанными группами животных.

Общаяхарактеристика низшего уровня элементарной сенсорной психики (по Фабри, 1976).Итак, на низшем уровне элементарной сенсорной психики поведение животныхвыступает в достаточно разнообразных формах, но все же с примитивнымипроявлениями психической активности. Простейшим свойственна элементарная формапсихического отражения — ощущение, т.е. чувствительность в собственном смыслеслова. Как утверждает Леонтьев, даже низший уровень психического отражения неявляется низшим уровнем отражения вообще, существующего в живой природе, вчастности растениям присуще допсихическое отражение, при котором имеют местолишь процессы раздражимости.

 Степеньи качества психического отражения определяются тем, насколько развитыспособности к движению, пространственно-временной ориентации и к изменениюврожденного поведения. У простейших встречаются разнообразные формыпередвижения в водной среде только на самом примитивном уровне инстинктивногоповедения — кинезов. Ориентация поведения осуществляется только на основе ощущенийи ограничена элементарными формами таксисов, позволяющими животному избегатьнеблагоприятные внешние условия.

Высшийуровень элементарной сенсорной психики (по Фабри, 1976). Следующий, высшийуровень стадии элементарной сенсорной психики, которого достигают живыесущества типа иглокожих, кольчатых червей и брюхоногих моллюсков,характеризуется появлением первых элементарных ощущений, а также органовманипулирования в виде щупальцев и челюстей. Наиболее изученными из нихявляются кольчатые черви, к которым относятся живущие в морях многощетинковыечерви (полихеты), малощетинковые черви ( олигохеты), наиболее известнымпредставителем которых является дождевой червь, и пиявки. Характерным признакомих строения является внешняя и внутренняя метамерия: тело состоит изнескольких, большей частью идентичных, сегментов, каждый из которых содержит«комплект» внутренних органов, в частности пару симметричнорасположенных ганглиев с нервными комиссурами, в результате нервная системакольчатых червей имеет вид «нервной лестницы».

 На этомуровне развития психики находятся и низшие хордовые, которые вместе спозвоночными составляют тип хордовых. К низшим хордовым относятся оболочники ибесчерепные. Оболочники, или асцидии — морские животные, часть которых ведетнеподвижную жизнь. Бесчерепные представлены всего двумя семействами с тремяродами мелких морских животных, наиболее известное из которых — ланцетник.

 Изменчивостьповедения животных, находящихся на этом уровне развития психики дополняетсяпоявлением способности к приобретению и закреплению жизненного опыта. На этомуровне уже существует чувствительность. Двигательная активностьсовершенствуется и приобретает характер целенаправленного поиска биологическиполезных и избегания биологически вредных воздействий.

 Видыприспособительного поведения, приобретаемые в результате мутаций и передаваемыеиз поколения в поколение благодаря естественному отбору, оформляются в качествеинстинктов.

1. Кольчатые черви. Среди большой группы кольчатых червей,являющихся эволюционными потомками плоских червей, особое место занимаютпредставители класса олигохета — дождевые черви, на которых проводилисьосновные опыты, связанные с изучением их реакций на разнообразные агенты средыи с выработкой условных рефлексов. У червей нервные узлы (ганглии) расположенывдоль всего тела в виде симметричной цепочки. Каждый узел состоит изгрушевидных клеток и густого сплетения нервных волокон. От клеток отходятнервные волокна к мышцам и к внутренним органам (двигательные волокна). Подкожным покровом червя расположены чувствительные клетки, которые соединяютсясвоими отростками (чувствительные волокна) с нервными узлами. Нервная системаподобного типа называется цепочечной, или ганглиозной.

2.  Моллюски. Изменение среды обитания, переход животных из воднойсреды в наземную и воздушную обусловили возникновение новых функций, связанныхс изменением способов передвижения, строения тела, нервной системы и органовчувств. В соответствии с этим изменилось и поведение животных, расширилась ихдеятельность и усложнились формы отражения ими окружающего мира.

3. Общая характеристика высшего уровня элементарной сенсорнойпсихики. Как уже отмечалось, наиболее низкоорганизованные формы многоклеточныхбеспозвоночных стоят на том же уровне психического развития, что и высшиепредставители простейших. Но то, что здесь не обнаруживаются существенныеразличия в поведении, несмотря на глубокие различия в строении, не должно насудивлять, ибо, как уже говорилось, простейшие олицетворяют собой совершенноособую, рано отклонившуюся филогенетическую ветвь, которая до известныхпределов развивалась параллельно ветви низших многоклеточных животных.

Качественныйскачок в развитии психики и поведения животных происходит на следующей,перцептивной стадии. Ощущения здесь объединяются в образы, а внешняя среданачинает восприниматься в виде вещественно оформленных, расчлененных на деталив восприятии, но образно целостных предметов, а не отдельных ощущений. Вповедении животных с очевидностью выступает тенденция ориентироваться на предметыокружающего мира и отношения между ними. Наряду с инстинктами возникают и болеегибкие формы приспособительного поведения в виде сложных, изменчивыхдвигательных навыков.

Весьмаразвитой оказывается двигательная активность, включающая движения, связанные сизменением направления и скорости Деятельность животных приобретает болеегибкий, целенаправленный характер. Все это происходит уже на низшем уровнеперцептивной психики, на котором, по предположению, находятся рыбы, другиенизшие позвоночные, некоторые виды беспозвоночных и насекомые.

 Следующий,высший уровень перцептивной психики включает высших позвоночных: птиц инекоторых млекопитающих. У них уже можно обнаружить элементарные формымышления, проявляемого в способности к решению задач в практическом,наглядно-действенном плане. Здесь мы отмечаем готовность к научению, к усвоениюспособов решения таких задач, их запоминанию и переносу в новые условия.

 Наивысшегоуровня развития перцептивной психики достигают обезьяны.

 Насекомые.Дальнейшее развитие и усложнение сегментарной нервной системы наблюдается увысших беспозвоночных животных — насекомых.

 Посравнению с червями и моллюсками, у них усложняется внешнее и внутреннеестроение тела, которое делится на голову, грудь, брюшко, появляются крылья,конечности и т.д.

Головоногиемоллюски. Головоногие — самые необычайные, крупные, и самые совершенные из всехмоллюсков. Они достигли весьма высокой степени развития. Это своего родаприматы среди беспозвоночных обитателей моря.

 Нервнаясистема головоногих моллюсков сложнее, чем у всех других беспозвоночныхживотных. Ганглии ее очень велики и так плотно сближены друг с другом, что, посуществу, образуют единую высокоспециализированную нервную массу. По тонкостисвоих чувств, точности восприятия и сложности ответных реакций и поведенияголовоногие превосходят многих морских животных.

Рыбы. Всоответствии с изменением природных условий у позвоночных животных развиваетсяопределенное строение тела и нервной системы, а также возникают характерныеформы поведения. У рыб, например, условия существования в воде не толькосоздали ряд особенностей строения тела, но и своеобразную инстинктивнуюдеятельность в области размножения, питания и самосохранения.

Амфибии.Класс амфибий представляет первый этап на пути перехода позвоночных от водногосуществования к наземному. Изменение водного образа жизни — переход кполуводному и полуназемному — привело к изменению внешнего вида, строения тела,мозга, органов чувств и основных типов поведения этих животных.

Общаяхарактеристика низшего уровня перцептивной психики (по Фабри, 1976). Такимобразом, на низшем уровне перцептивной психики уже представлены все тепрогрессивные признаки, которые характеризуют перцептивную психику вообще, ново многих отношениях поведение относящихся сюда животных носит и примитивныечерты, сближающие его с поведением нижестоящих животных. Так, основную рольиграет ориентация поведения, по-прежнему, по отдельным свойствам предметов, ноне по предметам как таковым. Предметное восприятие явно играет еще подчиненнуюроль в поведении, в котором преобладают ригидные, жестко запрограммированные,сугубо инстинктивные элементы.

Путиэволюции перцептивной психики. «В мире животных процесс эволюции привел ктрем вершинам: позвоночные, насекомые и головоногие моллюски. Соответственновысокому уровню строения и жизнедеятельности этих животных мы наблюдаем у них инаиболее сложные формы поведения и психического отражения. Представители всехтрех „вершин“ способны к предметному восприятию, хотя, очевидно,только у позвоночных эта способность получила полное развитие. У остальных двухгрупп перцепция развилась своеобразными путями и качественно отличается оттаковой у позвоночных. Аналогично обстоит дело и с другими решающими критериямистадии перцептивной психики, не говоря уже о том, что высшего уровня развитияперцептивной психики достигли в процессе эволюции вообще только представителипозвоночных, и то явно не все. Только у высших позвоночных обнаруживаются всенаиболее сложные проявления психической деятельности, которые вообщевстречаются в мире животных.

Высшийуровень развития перцептивной психики.

 К высшимпозвоночным относятся только два класса: птицы и млекопитающие, в пределахкоторых и обнаруживаются проявления высших психических способностей животных.Среди низших позвоночных намечаются промежуточные ступени психическогоразвития, характеризующиеся разными сочетаниями элементов низшего и высшегоуровней перцептивной психики.

Список литературы

1. Агаджанян Н.А. Зерно жизни (Ритмы биосферы). – М.: Сов. Россия,

2. 1977. – 256с.

3. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия//Учебнаялитература для студентов медицинского института, 1990.

4. А. С. Спирин Вестник Российской академии наук, том 71,2001.

5. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д Биологическая химия: Учебник/.-3-е,испр. изд.-М.: Высш.шк., 2000.

6. В.И.Агол; Ред. А.С.Спирин-М Молекулярная биология: Структура ибиосинтез нуклеиновых кислот: Учеб. для биол. спец. вузов/ Высш.шк., 1990.

7. Фабри К.Э. Основы зоопсихологии. М., 1976.

8. Сергеев Б.Ф. Ступени эволюции интеллекта. М., 1986.

www.ronl.ru

Доклад - Биология с основами экологии

Контрольная работа

Выполнила: ст. ГИГ-99 (заочн.) Колупанова О.А.

Общая характеристика теорий происхождения жизни на Земле

Эволюция протекает на всех уровнях организации живой материи и на каждом уровне характеризуется новообразованием структур и появлением новых функций. Объединение структур и функций одного уровня сопровождается переходом живых систем на более высокий эволюционный уровень.

Проблемы происхождения и эволюции жизни на Земле принадлежали и принадлежат к числу величайших проблем естествознания. Эти проблемы привлекали к себе внимание человеческого ума с самых незапамятных времен. Они являлись предметом интереса всех философских и религиозных систем. Однако в разные эпохи и на разных ступенях развития человеческой культуры проблемы происхождения и эволюции жизни решались по-разному.

В основе современной теории эволюции лежит теория Ч. Дарвина. Но эволюционизм существовал и до Ч. Дарвина. Поэтому, чтобы лучше понимать современную теорию эволюции, важно знать о взглядах на мир до Ч. Дарвина, о том, как развивались идеи эволюционизма.

Самыми древними взглядами на природу были мистические, по которым жизнь связывали с силами природы. Но уже у самых истоков культуры в древней Греции на смену мистическим истолкованиям природы приходят начала других представлений. В тот период возникла и стала развиваться доктрина абиогенеза и спонтанного самозарождения, в соответствии с которой признавалось, что живые организмы возникают спонтанно из неживого материала. Тогда же появились и эволюционные идеи. Например, Эмпедокл (490-430 гг. до н. э.)считал, что первые живые существа возникли из четырех элементов мировой материи (огонь, воздух, вода и земля) и что для природы характерно закономерное развитие, выживание тех организмов, которые наиболее гармонично (целесообразно) устроены. Эти Мысли были очень важными для дальнейшего распространения идеи о естественном происхождении живых существ.

Демокрит (460-370 гг. до н. э.) считал, что мир состоит из множества мельчайших частиц, которые находятся в движении, и что жизнь является не результатом творения, а результатом действия механических сил самой природы, приводящих к самозарождению. По Демокриту самозарождение живых существ происходит из ила и воды в результате сочетания атомов при их механическом движении, когда мельчайшие частицы влажной земли встречаются и соединяются с атомами огня. Самозарождение представлялось случайным процессом.

Предполагая, что черви, клещи и другие организмы возникают из росы, ила, навоза, волос, пота, мяса, моллюски из влажной земли, а рыбы из морской тины и т. д., Платон (427-347 гг. до н. э.) утверждал, что живые существа образуются в результате соединения пассивной материи с активным началом (формой), представляющим собой душу, которая затем движет организмом.

Аристотель (384-322 гг. до н. э.) утверждал, что растения и животные возникают из неживого материала. В частности, он утверждал, что некоторые животные возникают из разложившегося мяса. Признавая реальность материального мира и постоянство его движения, сравнивая организмы между собой, Аристотель пришел к заключению о «лестнице природы», отражающей последовательность организмов, начинающуюся с неорганических тел и продолжающуюся через растения к губкам и асцидиям, а затем к свободно живущим морским организмам. Однако, признавая развитие, Аристотель не допускал мысли о развитии низших организмов к высшим.

Взгляды Аристотеля оказали влияние на века, ибо последующие греческие и римские философские школы полностью разделили идею самопроизвольного зарождения, которая все больше и больше наполнялась мистическим содержанием. Описания различных случаев самозарождения даны Цицероном, Овидием, позднее Сенекой, Плинием, Плутархом и Апулеем. Идея изменяемости прослеживается во взглядах древних философов Индии, Китая, Месопотамии, Египта. Раннее христианство обосновывало доктрину абиогенеза примерами из Библии. Подчеркивалось, что самозарождение действует от сотворения мира до наших дней.

В течение средних веков (V-XV вв.) вера в самопроизвольное самозарождение была господствующей среди ученых того времени, ибо философская мысль тогда могла существовать лишь в качестве богословской мысли. Поэтому сочинения средневековых ученых содержат многочисленные описания самозарождения насекомых, червей, рыб. Тогда часто считали, что даже львы возникли из камней пустыни. Знаменитый врач средневековья Парацельс (1498-1541) приводил рецепт «изготовления» гомункулуса (человека) путем помещения спермы человека в тыкву. Как известно, Мефистофель из трагедии Гёте «Фауст» называл себя повелителем крыс, мышей, мух, лягушек, клопов и вшей, чем И. Гёте подчеркивал чрезвычайные возможности самозарождения.

Средневековье не внесло новых идей в представления о развитии органического мира. Напротив, в тот период царило креационистическое представление о возникновении живого в результате акта творения, о постоянстве и неизменности существующих живых форм. Вершиной креационизма было создание лестницы тел природы: бог — ангел — человек — животные, растения, мицеллы.

Гарвей (1578-1667) допускал, что черви, насекомые и другие животные могли зарождаться в результате гниения, но при действии особых сил. Ф. Бэкон (1561-1626) считал, что мухи, муравьи и лягушки могут самопроизвольно возникать при гниении, однако к вопросу подходил материалистически, отрицая непреодолимую грань между неорганическим и органическим. Р. Декарт (1596-1650) также признавал самопроизвольное зарождение, но отрицал участие в нем духовного начала. По Р. Декарту самозарождение — это естественный процесс, наступающий при определенных (непонятных) условиях.

Оценивая взгляды выдающихся деятелей прошлого, можно сказать, что доктрина самозарождения не подвергалась сомнению вплоть до середины XVII в. Метафизичность воззрений в XVII—XVIII вв. особенно проявлялась в представлениях о неизменности видов и органической целесообразности, которые считались результатом мудрости творца и жизненной силы.

Однако вопреки господству метафизических представлений в XVI-XVII вв. все же происходит ломка догматического мышления средневековья, обостряется борьба против духовной диктатуры церкви, возникает и углубляется процесс познания, который привел в XVIII в. к существенной аргументации против теории абиогенеза и к возбуждению интереса к эволюционизму.

Осуществив в 1665 г. ряд экспериментов с мясом и мухами, Ф. Реди (1626-1697)пришел к заключению, что личинки, возникающие в гниющем мясе, являются личинками насекомых, и что такие личинки никогда не возникнут, если мясо поместить в закрытый контейнер, недоступный для насекомых, т. е. для откладывания ими яиц. Этими экспериментами Ф. Реди опроверг доктрину самозарождения высших организмов из неживого материала. Однако в материалах и рассуждениях Ф. Реди не исключалась мысль о спонтанном самозарождении микроорганизмов и гельминтов в кишечнике человека и животных. Следовательно, сама идея самозарождения еще продолжала существовать.

В 1765г. Л. Спаланцани (1729-1799)во многих опытах показал, что развитие микробов в растительных и мясных настоях исключается кипячением последних. Он выявил также значение времени кипячения и герметичности сосудов. Его заключение сводилось к тому, что если герметичные сосуды с настоями кипятить достаточное время и исключить проникновение в них воздуха, то в таких настоях микроорганизмы никогда не возникнут. Однако Л. Спаланцани не сумел убедить своих современников в невозможности самозарождения микроорганизмов. Идею самозарождения жизни продолжали защищать многие выдающиеся философы и естествоиспытатели того времени (И. Кант, Г. Гегель, X. Гей-Люссак и др.).

В 1861-1862 гг. Л. Пастер представил развернутые доказательства невозможности самозарождения в настоях и растворах органических веществ. Экспериментально он доказал, что источником загрязнений всех растворов являются бактерии, находящиеся в воздухе. Исследования Л. Пастера произвели огромное впечатление на современников. Англичанин Д. Тиндаль (1820-1893) нашел, что некоторые формы микробов очень резистентны, выдерживая нагревание до 5 часов. Поэтому он разработал метод дробной стерилизации, называемый сейчас тиндализацией.

Опровержение доктрины абиогенеза сопровождалось формированием представлений о вечности жизни. В самом деле, если самозарождение жизни невозможно, рассуждали многие философы и ученые, то тогда жизнь вечна, автономна, рассеяна во Вселенной. Но как она попала на Землю? Чтобы ответить на этот вопрос, шведский ученый Аррениус (1859-1927) в начале нашего века (1912) сформулировал гипотезу панспермии, в соответствии с которой жизнь существует во вселенной и переносится в простейших формах с одного небесного тела на другое, включая Землю, под давлением световых лучей. Сторонники этой гипотезы считали, что перенос жизни на Землю возможен и с помощью метеоритов. Однако гипотеза панспермии вызывала возражения в том плане, что в космическом пространстве действуют факторы, которые губительны для микроорганизмов и что эти факторы исключают циркуляцию микроорганизмов за пределами Земной атмосферы. Становилось все более ясным, что жизнь уникальна, что истоки жизни следует искать на Земле.

Еще в XVII-XVIII вв. внимание натуралистов и философов привлекал ряд вопросов, обсуждение которых расшатывало догмы о неизменяемости органического мира. Один из таких вопросов касается изменяемости видов. Тогда для многих мысль о возможном изменении организмов под влиянием климата, пищи, почвы, упражнений и неупражнений органов, гибридизации и других факторов казалась само собой разумеющейся. Например, Ф. Бэкон (1561-1626), Д. Рей (1628-1705), Ж. Бюффон (1707-1788), И. И. Лепехин (1740-1802), Н. Я. Озерецковский (1750-1827) и др, допускали изменение организмов под влиянием климата и почвы, а Ш. Боннэ признавал, что паразитические черви произошли от свободноживущих червей. Даже К. Линней не исключал изменяемости видов под влиянием почвы и климата, скрещиваний организмов разных видов между собой. Мысль об изменяемости видов поддерживали Эразм Дарвин (1731-1802), К. Ф. Вольф (1733-1794), французские философы-материалисты Д. Дидро (1713-1784), Ж.-О. Ламеттри (1709-1751), П. Гольбах (1723-1789). Допущение изменяемости видов часто сопровождалось верой в наследование организмами приобретенных свойств. Однако мысль об изменяемости видов еще была далека от идеи исторической преемственности видов, развития органического мира от низшего к высшему.

Не меньшее значение в то время имел вопрос о «естественном родстве» организмов. Речь шла о группировке организмов на основе их естественного родства, о допущении, что отдельные организмы могли произойти от общих родоначальников. Например, Ж. Бюффон считал, что могли быть «общие родоначальники для нескольких семейств, в частности для млекопитающих, им допускалось 38 общих родоначальников. В России мысль о происхождении организмов ряда видов от общих родоначальников развивал П. С. Паллас (1741-1811).

Далее, привлекал внимание вопрос о факторе времени в изменении организмов. В частности, значение фактора времени для существования Земли и формирования на Земле органических форм при знавали И. Кант (1724-1804), Д. Дидро, Ж. Бюффон, М. В. Ломоносов (1711-1765), А. Н. Радищев (1749-1802), А. А. Каверзнев (1748-?). И. Кант определял возраст Земли в несколько миллионов лет, а М. В. Ломоносов писал, что время, которое было необходимо для создания организмов, является большим церковного исчисления. Признание фактора времени имело несомненное значение для исторического понимания развития организмов. Однако представления о времени в тот период сводились лишь к мысли о неединовременности появления организмов разных видов, но не к признанию развития организмов во времени.

Важное значение тогда имел вопрос о последовательности природных тел. Значительный вклад в формирование идеи последовательности природных тел принадлежит Ш. Боннэ и Г. Лейбницу. В России эту идею поддерживал А. Н. Радищев. Не имея достаточных знаний об организмах, Ш. Боннэ, Г, Лейбниц и другие натуралисты того времени возродили аристотелевскую „лестницу природы“. Расположив на ней организмы по ступеням (на главной ступени оказался человек), они создали „лестницу существ, в которой имелись непрерывные переходы от Земли и камней к Богу. Ступеней в лестнице было столько, сколько есть животных. Отражая мысль о единстве и связи живых форм, об усложнении организмов, “лестница существ» в целом явилась порождением метафизического мышления, ибо ее ступени отражали простое соседство, но не результат исторического развития.

Существенное внимание в те времена привлекал вопрос о «прототипе» и единстве плана строения организмов. Допуская существование исходного существа, многие признавали единый план строения организмов. Дискуссии по этому вопросу имели важное значение для последующих представлений об общности происхождения.

Для многих большой интерес привлекал вопрос о трансформации организмов. Например, французский натуралист Б. де Маис (1696-1738) считал, что в море живут вечные семена жизни, которые дают начало морским живым формам, трансформирующимся затем в земные организмы. Отмечая позитивную роль трансформизма в эволюционизме, следует все же отметить, что он был механическим и исключал мысль о развитии, об историзме.

Наконец, центром внимания в то время был вопрос о возникновении органической целесообразности. Многие философы и натуралисты признавали, что целесообразность не изначальна, что она возникла естественным путем в результате браковки дисгармонических организмов. Обсуждение этого вопроса продвигало эволюционизм, но не достигало существенного результата, ибо появление одной формы рассматривалось независимо от появления другой.

Итак, к концу XVIII в. появились идеи, противоречащие представлениям о неизменяемости видов, но они не сложились в систему взглядов, а метафизичность мышления мешала полностью отвергнуть религию и взглянуть на природу по новому. Первым, кто специально обратился к изучению проблем эволюции, был французский ученый Ж.-Б. Ламарк (1744-1829). Созданное им учение явилось завершением предыдущих поисков многих натуралистов и философов, пытавшихся осмыслить возникновение и развитие органического мира.

Ж.-Б. Ламарк был деистом, т. к. считал, что первопричиной материи и движения является творец, но дальнейшее развитие происходит благодаря естественным причинам. По Ламарку творец осуществил лишь первый акт, создавая самые простые формы, которые затем развивались, дав начало всему многообразию на основе естественных законов. Ламарк был также антивиталистом. Считая, что живое возникает из неживого, он рассматривал самозарождение в качестве естественного закономерного процесса, являющегося начальным пунктом эволюции. Признавая развитие от простого к сложному и опираясь на «лестницу существ», Ламарк пришел к заключению о градации, в которой он увидел отражение истории жизни, развитие одних форм из других. Ламарк считал, что развитие от простейших форм до самых сложных составляет главное содержание истории всего органического мира, включая и историю человека. Однако, доказывая эволюцию видов, Ламарк полагал, что они текучи и между ними нет границ, т. е. фактически он отрицал существование видов.

Главными причинами развития живой природы по Ламарку является врожденное стремление организмов к усложнению через совершенствование. По Ламарку, эволюция идет на основе внутреннего стремления к прогрессу, а положения об упражнениях и неупражнениях органов и о передаче по наследству приобретенных под влиянием среды признаков являются законами. Как думал Ламарк, факторы среды влияют на растения и простые организмы прямо, «вылепливая» из них, как из глины, нужные формы, т. е. изменения среды приводят к изменению видов. На животных факторы среды влияют косвенно.

Изменения среды приводят к изменению потребностей животных, изменение потребностей ведет к изменению привычек, а изменение привычек сопровождается использованием или неиспользованием тех или иных органов. В обоснование этих взглядов Ламарк приводил многие примеры. Например, форма тела змей, как он считал, является результатом привычки этих животных ползать по земле, а длинная шея жирафа обязана необходимости доставать плоды на деревьях.

Использование (упражнение) органа сопровождается его дальнейшим развитием, тогда как неиспользование органа — деградацией. Изменения, индуцированные внешними условиями (обстоятельствами), наследуются потомством, накапливаются и ведут к переходу одного вида в другой.

Исторические заслуги Ламарка заключаются в том, что ему удалось показать развитие от простого к сложному и обратить внимание на неразрывную связь организма со средой. Однако обосновать эволюционное учение Ламарку все же не удалось, ибо ему не удалось выяснить подлинные механизмы эволюции. Как отмечал К. А. Тимирязев (1843—1920), Ламарку не удалось объяснить важнейший вопрос, касающийся целесообразности организмов. Учение Ламарка содержало элементы натурфилософии и идеализма, поэтому ему не удалось убедить современников в том, что эволюция действительно имеет место в природе.

Творцом первой подлинно научной теории эволюции стал великий английский ученый Чарлз Роберт Дарвин (1809-1882). Главным трудом Ч. Дарвина является книга «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859), существенным дополнением к которой служат его книги «Изменение домашних животных и культурных растений» (1869) и «Происхождение человека и половой отбор» (1871).

Эволюционное учение Дарвина состоит из трех разделов, а именно: совокупность доводов в пользу того, что историческое развитие организмов действительно имеет место; положение о движущих силах эволюции; представления о путях эволюционных преобразований.

Доводы в пользу того, что эволюция действительно имеет место, Ч. Дарвин черпал из разных наук. Наиболее убедительные доказательства были взяты им из палеонтологии. Например, обнаружение в древнейших слоях ископаемых остатков организмов, сильно отличающихся от современных, и постепенное увеличение сходства ископаемых остатков организмов из позднейших слоев для Ч. Дарвина было летописью эволюции. Далее, Ч. Дарвин использовал данные эмбриологии того времени, которые свидетельствовали о единстве происхождения организмов, а также данные о закономерностях распределения организмов на суше и в воде и явной зависимости организации животных и растений от условий обитания (на материках и островах), которые свидетельствовали в пользу эволюции и разных направлений эволюции на материках и островах. Наконец, он широко использовал достижения сельскохозяйственной практики.

Движущими силами эволюции Ч. Дарвин назвал наследственность, изменчивость и естественный отбор. Он считал, что наследственность и изменчивость позволяют фиксировать изменения и трансформировать их в поколениях.

Изменчивость вызывает разнообразие, а наследственность передает эти изменения потомству. Следовательно, для всех живых существ в результате изменений и скрещиваний характерна наследственная гетерогенность.

Уделяя внимание изменчивости и стремясь объяснить причины закономерных преобразований живых существ в процессе эволюции, Ч. Дарвин пришел вначале к заключению, что в искусственных условиях породы животных и сорта растений созданы искусственным отбором.

Что же касается естественных условий, то в поисках ответов на вопросы об источниках целесообразной организации и жизнедеятельности живых существ в природе, о механизмах возникновения новых форм, сохраняющихся в данных условиях существования и дающих начало новым разновидностям, затем новым видам и более крупным систематическим подразделениям Ч. Дарвин сформулировал представления о борьбе за существование и естественном отборе.

Поскольку все организмы очень склонны к интенсивному размножению, то в пределах каждого вида производится потомства больше, чем выживает. Излишнее потомство гибнет в результате борьбы за существование, формы которой очень разнообразны. По Ч. Дарвину борьба за существование происходит как между видами, так и внутри видов, причем внутривидовая борьба является более ожесточенной по сравнению с межвидовой, ибо особи обитают в одной местности, нуждаются в одинаковой пище, подвергаются одинаковым опасностям и т. д. В результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные, т. е. те организмы, которые обладают каким-либо признаком, обеспечивающим приспособление. Следовательно, неизбежным следствием борьбы за существование является естественный отбор. «Сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных я назвал естественным отбором или переживанием наиболее приспособленных (Ч. Дарвин). Ч. Дарвин считал, что естественный отбор является главным механизмом эволюции.

Основу представлений Ч. Дарвина о путях эволюционных преобразований составляла мысль о дивергенции (расхождении) признаков. По Ч. Дарвину в связи с изменяющимися условиями жизни и благодаря естественному отбору выживали те формы, которые наиболее полно отклонялись от исходной, притом в разных направлениях. Это отклонение происходило на основе дивергенции (расхождения) признаков и вело к уменьшению конкуренции, т. к. благодаря дивергенции организмы получали возможность использовать разнородные условия существования. Ч. Дарвин считал, что в результате дивергенции образуются разновидности, которые являются зачатком вида, т. е. дивергенция создает новые виды. По Ч. Дарвину изменения организмов происходят в силу естественной закономерности, но в то же время они случайны по отношению к результатам естественного отбора. Являясь результатом отбора, органическая целесообразность носит относительный характер. Этим Ч. Дарвин преодолел метафизическое противопоставление случайности необходимости, что до него никому не удавалось.

Заслуги Ч. Дарвина перед естествознанием имеют непреходящее значение. Он всесторонне обосновал исторический метод в применении к природе, создал теорию эволюции и изгнал из науки креационизм.

Учение Дарвина касалось эволюции крупных групп организмов, включая все таксоны, в большие отрезки времени, измеряемые геологическими масштабами и на обширных территориях. Следовательно, классический дарвинизм является учением о макроэволюции. Однако оно оказалось недостаточно разработанным в генетическом плане. Дарвин имел в виду эволюцию особей, но ведь особи живут, как сейчас известно, в популяциях. Поэтому через 8 лет после выхода „Происхождения видов“ англичанин Ф. Дженкин поставил такой вопрос: „Если отбор оставляет в живых те особи, которые лишь незначительно отличаются от других, то уже при последующем скрещивании наступает „поглощение“ новых признаков, т. к. партнер по скрещиванию, вероятнее всего, не имеет этого нового свойства — произойдет растворение при-J знаков в потомстве». Дарвин называв этот вопрос кошмаром Дженкина, т. к. никогда не мог дать удовлетворяющий ответ.

Дарвинизму длительное время не хватало генетической основы, но генетика очень быстро сама подошла к эволюции. Используя методологию классического генетического анализа, генетики стали анализировать роль отдельных факторов эволюции путем вычленения элементарных единиц и протекающих в них процессов.

Первый шаг на пути объединения дарвинизма и генетики заключался в законе Дж. Харди-В.Вайнберга, которые в 1908 г. показали, что в популяции при свободном скрещивании, отсутствии мутаций данного гена и отсутствии отбора по данному признаку соотношение генотипов АА, Аа и аа остается постоянным. Это позволило им сформулировать закон, содержание которого сводится к тому, что частоты генов в бесконечно большой панмиксической популяции без давления каких-либо внешних факторов стабилизируются уже после одной смены поколений. Однако таких популяций, как известно, в природе не существует. Поэтому значение) закона заключается в том, что накопленные наследственные изменения в генофонде популяций бесследно не исчезают, т. е. частоты генов постоянны.

Исходя из закона Харди-Вайнберга и учитывая влияние отбора и возникновение новых мутаций, в 1926 г. С. С. Четвериков (1880-1959) показал, что в результате спонтанного мутационного процесса во всех популяциях создается генетическая гетерогенность. Другими словами, в популяциях всегда есть мутации, в большинстве случаев в малых количествах. Он показал также, что популяция насыщена мутациями, как губка, и что мутации служат основой (материалом) эволюционного процесса, идущего под действием естественного отбора.

Позднее Н. П. Дубинин и Д. Н. Ромашов (1932) показали, что когда популяции малы, в них происходят явления, получившие название генетико-автоматических процессов (по Н. П. Дубинину, 1931) или дрейфа генов (по С. Райту, 1932). В результате генетико-автоматических процессов изменяются частоты встречаемости генов, устраняются гетерозиготы и появляются гомозиготы. Изолированная популяция становится доминантной гомозиготной или рецессивной гомозиготной. Если дрейфует мутантный летальный ген, это ведет к вымиранию организмов. Таким образом, структура популяции зависит не только от появления новых мутаций, но и от простого изменения частоты встречаемости данного гена. Эти и другие генетические исследования связали эволюционную теорию с генетикой.

В современной теории эволюции значительное место занимают вопросы происхождения жизни на Земле, ибо в рамках теории эволюции происхождение жизни рассматривают в качестве самого первого (изначального) процесса образования живых форм (необиогенеза) из неорганических веществ, т. е. в виде химической эволюции. В наше время абиогенезу противопоставлена концепция постепенного возникновения и развития живого материала в течение длительного периода времени. Эта концепция получила название архебиоза или археогенеза.

Общепризнанной теорией происхождения жизни является теория, впервые предложенная в 1924 г. А. И. Опариным (1894-1980) в его книге «Происхождение жизни». В дальнейшем эта теория подвергалась неоднократным уточнениям со стороны ее автора. Большой вклад в ее развитие внесли и многие другие ученые. В соответствии с теорией А. И, Опарина жизнь является результатом исторического односторонне направленного развития в виде постепенного усложнения органических субъединиц и развития их в сложные системы, обладающие свойствами живого.

Предполагают, что Земля сформировалась 4,5—5 млрд лет назад из облаков космической пыли. Она увеличивалась по массе в результате притяжения пылевых частиц благодаря действию гравитационных сил. Чтобы понять, каким образом возникли самые первые живые формы, необходимо вспомнить, какой была древняя атмосфера. В наше время земная атмосфера состоит почти на 80% из азота, а остальные 20% представлены главным образом кислородом, двуокисью углерода и некоторыми другими газами (в очень малом количестве). Однако древняя атмосфера была составлена из водяных паров, водорода, аммиака и метана. Водяные пары образовались из воды и концентрировались в атмосфере по той причине, что Земля еще была очень горячей. По мере остывания Земли, водяные пары конденсировались, образовывая облака, выпадали с дождями на Землю, а затем вода вновь превращалась в пар, который поднимался в атмосферу. Процессы испарения воды и конденсации водяных паров продолжаются и в наше время.

Общая характеристика экологических систем

Впервые представления об экологических системах сформулированы в 30-е гг. А. Тенсли (1935). В нашей стране близкое понятие о биогеоценозах сформулировал в 1944 г. В. Н. Сукачев (1880-1967). В наше время под экологическими системами понимают совокупность живых и неживых элементов на определенной территории. Экологические системы состоят из живых организмов (биоценозов) и среды обитания — косной (атмосфера) и биокосной (почва, водоем и т. д.). Они иногда отделены одна от другой, но часто между ними имеются переходы. Примерами экологических систем являются озеро, лесной массив и т. д. От экосистем следует отличать биомы, под которыми, как показано выше, понимают значительные сообщества организмов, приуроченные к определенным географическим районам с их климатическими и почвенными зонами.

Экологические системы являются элементарными единицами биосферы. В то же время они являются элементарными единицами биогеохимической активности, протекающей в биосфере. Любая экологическая система имеет энергетический ввод, через который в нее поступает энергия солнечного света. Световая энергия, поступающая в экосистему через ввод, поддерживает порядок в этой системе, предупреждая повышение энтропии.

Рассмотрим экологическую систему на примере озера. Как и любая экологическая система, озеро состоит из абиотической и биотической частей.

Абиотическая (неживая) часть экосистемы представлена воздухом, почвой, водой, растворенными в воде кислородом, двуокисью углерода, неорганическими солями (фосфаты и хлориды натрия, калия и кальция) и органическими соединениями. Абиотической частью является также температура, свет, ветер и гравитация, которые оказывают влияние на живую часть.

Биотическая (живая) часть озера представлена организмами-производителями (продуцентами), организмами-потребителями (коксументами) и организмами-разрушителями (редуцентами). Организмами-производителями являются автотрофы — прибрежная растительность, водные многоклеточные и одноклеточные плавучие растения (фитопланктон), живущие до глубин, куда еще проникает свет. За счет энергии, поступающей через ввод, организмы-производители в процессе фотосинтеза синтезируют органическое вещество из воды и углекислого газа. Основным показателем мощности экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают массу органического вещества в телах организмов-продуцентов. Продуктивность экосистемы зависит от количества света, воды, богатства почвы или воды органическими и минеральными соединениями.

Организмами-потребителями (коксументами) органического вещества служат гетеротрофы, среди которых различают потребителей первого и второго порядка. Первичными потребителями служат травоядные животные, вторичными — плотоядные, которые питаются первичными потребителями. Организмы-разрушители — это бактерии и грибы, которые разлагают «мертвую» протоплазму (органические соединения) клеток погибших организмов-производителей и организмов-потребителей вплоть до низкомолекулярных органических и неорганических соединений. Органические соединения затем используются самими организмами-разрушителями, тогда как неорганические — зелеными растениями. Итак, в экологической системе в процессе ее функционирования происходит круговорот веществ и энергии.

Мы рассмотрели в качестве экологической системы природную систему (озеро), не уделяя внимания участия в ней человека. Однако большинство экологических систем функционирует с участием человека. В связи с этим различают экологию отдельных индивидуумов и сообществ людей. Экология отдельных индивидуумов заключается в том, что каждый индивидуум должен «подогнать свою внутреннюю физиологию к меняющимся условиям среды обитания. Индивидуум получает энергию с пищей и расходует ее для обеспечения своих физических и интеллектуальных усилий, метаболических процессов, протекающих в организме, роста и т. д. Благодаря нейрогуморальной регуляции в организме индивидуума поддерживается постоянная температура тела, оптимальные концентрации воды, кислорода, двуокиси углерода, NaCl, углеводов, белков и других важных соединений.

Проникновению в организм индивидуума патогенных факторов препятствует кожа, антитела, фагоциты и другие факторы защиты. Органы чувств, нервная система и локомоторные органы позволяют индивидууму обезопасить пищу, найти друзей, избегать врагов, создавать ситуацию, наиболее благоприятную для выживания. Каждый индивидуум способен адаптироваться к измененным климатическим условиям. Все это приводит к тому, что между внутренней физиологией индивидуума и условиями окружающей среды устанавливается динамический эквилибриум.

Однако люди объединены в сообщества. В состав этих сообществ входят также окружающие их растения и животные, которые являются источником пищи и других необходимых материалов для людей. Следовательно, с учетом абиотических факторов экологическую систему, в которой функционирует человек, составляют сообщества людей и среда их обитания. Экологические системы, в которых человек занимает важное место, чрезвычайно разнообразны по размерам, содержанию и организации, что чрезвычайно затрудняет классификацию этих систем. Тем не менее, они являются экологическими системами, в которых центрами являются деревни, города и другие населенные пункты. Bee элементы экологических систем составляют единую совокупность, и это определяется тем, что они объединены между собой так называемыми цепями питания, под которыми понимают передачу от организмов-потребителей заключенной в пище энергии первоначального источника (Солнца) через организмы-потребители (в ряде цепей питания конечным звеном является человек) к организмам-разрушителям.

Важнейшей особенностью цепей питания является то, что их количество в каждой экосистеме ограничено, поскольку в каждом звене каждой цепи питания происходит потеря энергии при ее передаче. В результате этого продукция вещества понижается на каждом звене цепи. Например, 10 000 кг водорослей достаточно для накопления вещества в количестве 1000 кг водных членистоногих, а 10 кг рыбы — для накопления 1 кг вещества человека. Таким образом, пищевая цепь представляется в виде пирамиды, состоящей из нескольких трофических уровней. У основания расположены фотосинтезирующие бактерии, которые являются пищей для следующего уровня, а эти организмы являются пищей для последующего уровня и т. д.

Фотосинтез растений, его экологическая роль

Фотосинтез — это синтез органических соединений в листьях зеленых растений из воды и углекислого газа атмосферы с использованием солнечной (световой) энергии, адсорбируемой хлорофиллом в хлоропластах. Благодаря фотосинтезу происходит улавливание энергии видимого света и превращение ее в химическую энергию, сохраняемую (запасаемую) в органических веществах, образуемых при фотосинтезе. Значение фотосинтеза гигантское. Отметим лишь, что он поставляет топливо (энергию) и атмосферный кислород, необходимые для существования всего живого. Следовательно, роль фотосинтеза является планетарной.

Планетарность фотосинтеза определяется также тем, что благодаря круговороту кислорода и углерода (в основном) поддерживается современный состав атмосферы, что в свою очередь определяет дальнейшее поддержание жизни на Земле. Можно сказать далее, что энергия, которая запасается в продуктах фотосинтеза, есть по существу основной источник энергии, которым сейчас располагает человечество.

Химию фотосинтеза описывают следующими уравнениями:

4Н2 О- + 40Н- — 4е- + 4Н+ → 2Н2 О + О2 + 4Н+

2НАДФ + 4е- + 2Н+ → 2НАДФ·Н

2 Н+ + 2 НАДФ·Н + СO2 → 2НАДФ + Н2 О + СН2 О

СО2 + Н2 О → СН2 О + О2 .

Как отмечено выше, фотосинтез происходит в хлоропластах зеленых растений.

Фотосинтез начинается с улавливания и поглощения света пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах клеток зеленых растений. Когда свет падает на молекулу хлорофилла, то один из ее электронов оказывается в возбужденном состоянии. Другими словами, он переходит на более высокий энергетический уровень. Возбужденные электроны передаются затем другими молекулами, в результате чего повышается свободная энергия молекулы-акцептора, а „брешь“, образованная в молекуле хлорофилла, заполняется электроном, поступающим из воды. Последняя при этом окисляется, в результате чего выделяется молекулярный кислород. Таким образом, в молекулах хлорофилла световая энергия переводит электроны на более высокий энергетический уровень. Хлорофилл является промежуточным соединением на пути электронов от низкоэнергетического уровня в молекулах воды к высокоэнергетическому уровню в конечном акцепторе электронов.

В переходе электронов на высокий энергетический уровень участвуют две содержащиеся в хлоропластах фотосистемы, образованные хлорофиллом и особыми белками — фотосистема I, активируемая далеким красным светом (-700 нм) и фотосистема II, активируемая красным светом с более высокой энергией (-650 нм), т.е. этот переход происходит в два этапа при использовании света. Реакции, протекающие на этих этапах, получили название световых. Обе фотосистемы связаны между собой системой переноса электронов.

На уровне фотосистемы I молекулы хлорофилла передают свои электроны, богатые энергией, через ферредоксин к никотин-ами-даденин-динуклеотидфосфату (НАДФ), который в результате этого восстанавливается в НАДФЧН и в восстановленной форме уже сам способен самостоятельно поставлять электроны, необходимые для образования глюкозы путем восстановления атмосферной СО2. После перехода электронов в НАДФЧН из молекулы хлорофилла в последних остаются своеобразные „бреши“.

На уровне фотосистемы II богатые энергией возбужденные электроны хлорофилла передаются системе переноса электронов, а образовавшиеся в молекулах хлорофилла „бреши“ после „ушедших“ электронов замещаются бедными энергией электронами, которые поступают от воды, окисляющейся с образованием молекулярного кислорода. Пройдя через ряд соединений, составляющих цепь переноса электронов, электроны из фотосистемы II, богатые энергией, в конечном итоге замещают утраченные электроны в хлорофилле из фотосистемы I.

В цепи переноса электронов осуществляется несколько окислительно-восстановительных реакций, в каждой из которых электроны переходят на более низкий энергетический уровень.

Часть энергии, теряемой при переходе через цепь переноса электронов, идет на обеспечение синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Считают, что синтез молекул АТФ связан также с фотосистемой I, в которой имеется циклический поток электронов, заключающийся в том, что электроны, захваченные акцептором, возвращаются хлорофиллу через цитохром В. При этом энергия, высвобождающаяся в реакциях систем переноса электронов, в которых электроны двигаются „вниз, запасается путем синтеза молекул АТФ.

В результате световых реакций фотосинтеза образуются высокоэнергетические АТФ и восстановленный НАДФ, которые снабжают энергией последующие, так называемые темновые реакции, протекающие без света и приводящие, в конце концов, к восстановлению атмосфертной СО2 до сахаров. Источником энергии здесь является АТФ, а восстанавливающим агентом — НАДФ'Н, синтезируемые в реакциях фотосинтетического переноса электронов. Процесс восстановления СО2 начинается с катализируемой рибулозобисфосфаткарбоксилазой фиксации молекул этого соединения молекулами акцептора и сопровождается вступлением атомов углерода в ряд последовательных реакций, что приводит к образованию на каждые шесть фиксированных молекул С02 одной молекулы глюкозы, причем связывание одной молекулы СО2 обеспечивается затратой трех молекул АТФ и двух молекул НАДФ·Н.

Как отмечено выше, энергия и электроны, необходимые для темновых реакций, поставляются АТФ и восстановленным НАДФ, образованными в световых реакциях.

Таким образом, химическая энергия, генерированная световыми реакциями, стабилизируется в молекулах глюкозы в процессе темновых реакций. В конечном итоге из глюкозы образуется крахмал, который является ее высокомолекулярным полимером, в котором оказываются запасенными по существу как атомы углерода, так и энергия. Полимеризуясь, глюкоза образует также целлюлозу. Подсчитано, что в листьях зеленых растений Земли и в фитопланктоне водоемов ежегодно синтезируется около 150 млрд тонн органических веществ и выделяется в атмосферу около 200 млрд тонн кислорода.

Фотосинтез имеет большую древность. Предполагают, что круговорот углерода, т. е. фотосинтез, существовал уже 3,5х109 лет назад.

Абиотические факторы среды, их характеристика

Абиотическое содержание среды определяется климатическими, почвенными и водными условиями. Поэтому в соответствии с одной из популярных классификаций абиотические факторы cpeды классифицируют на физические (температура, свет, влажность, барометрическое давление), химические (состав атмосферы, органические и минеральные вещества почвы, рН почвы и др.) и механические факторы (рельеф местности, движения почвы и воды, ветер, оползни и др.) Значение этих факторов состоит в том, что они существеннейшим образом определяют распространение видов, т. е. они определяют ареал видов, под которым понимают географическую зону, являющуюся местом обитания (распространения) организмов того или иного вида.

Для живых организмов характерен диапазон переносимости действия абиотических факторов, причем это определяется их нормой реакции. Одни организмы способны переносить колебания факторов среды в очень широких пределах. Они получили название эврибиотных организмов (от греч. eurys — широкий). Другие выдерживают влияние абиотических факторов в очень узких пределах. Их называют стенобионтными организмами (от греч. stenos — узкий). Эврибионтные и стенобионтные организмы встречаются как среди растений, так и среди животных.

Физические факторы составляют значительную часть абиотических факторов. Особое значение принадлежит температуре, поскольку она является важнейшим фактором, ограничивающим жизнь. Различают термические пояса — тропический, субтропический, умеренный и холодный, к которым приурочена жизнь организмов в тех или иных температурных условиях. Верхний и нижний уровни температурного диапазона легальны для организмов. Температуру, которая благоприятна для жизни организмов, называют оптимальной. Большинство организмов способно к жизни в диапазоне от 0 до 50°С.

На основе способности организмов существовать в условиях разных температур их классифицируют на эвритермные организмы, которые способны существовать в условиях значительных колебаний температур, и стенотермные организмы, которые могут существовать лишь в узком диапазоне температур. Эвритермными являются организмы, обитающие в основном в условиях континентального климата. Примером их являются животные многих видов, обитающие в пресных водоемах и способные выдерживать как промерзание воды, так и ее нагревание до 40-45 0С. Эвритермные организмы выдерживают самые жесткие температурные условия. Например, личинки многих двукрылых могут жить в воде при температуре 50°С. В горячих источниках (гейзерах) при 85'С и более обитают многие виды бактерий, водорослей, гельминтов. С другой стороны, арктические виды бактерий и водорослей обитают в очень холодной морской воде. Для многих эвритермных организмов характерна способность впадать в состояние оцепенения, если действие температурного фактора “ужесточается». В этом состоянии резко снижается уровень обмена веществ. Примерами оцепенения являются оцепенение насекомых или рыб при значительном падении температуры. У млекопитающих (медведи, барсуки и др.) оцепенение проявляется в виде зимней спячки, когда резко снижается обмен веществ, но температура тела при этом падает незначительно.

От оцепенения следует отличать анабиоз (от греч. ana — вновь, bios — жизнь, anabiosis — оживление), который представляет собой явление, заключающееся в том, что у организмов под влиянием разных причин может резко снижаться уровень обмена веществ вплоть до отсутствия видимых признаков жизни. Например, у растений высушенные семена сохраняют всхожесть в течение многих лет. Инцистирование инфузорий позволяет сохраняться им живыми до 6 лет, а яйца Diaptomus sangmres сохраняются свыше 300 лет.

Стенотермные организмы встречаются как среди животных, так и растений. Например, многие морские животные способны выдерживать повышение температуры лишь до 30°С. Некоторые кораллы выживают при температуре воды не более 21°С.

Многие виды животных способны или неспособны к собственной терморегуляции, т. е. поддерживать постоянную температуру. По этому признаку их делят на пойкилотермных (от греч. poikiloi — различный, переменный и therme — жар) и гомойотермных (от греч. homoios — равный и therme — жар). Первым присуща непостоянная температура, тогда как вторым — постоянная. Гомойотермными являются млекопитающие и некоторые виды птиц. Они способны к терморегуляции, которая обеспечивается физическими и химическими путями. Физическая терморегуляция осуществляется за счет накапливания подкожного жирового слоя, ведущего к сохранению тепла, или за счет учащенного дыхания. Химический путь терморегуляции заключается в потоотделении. Пойкилотермными являются все организмы, кроме млекопитающих и нескольких видов птиц. Температура их тела приближается к температуре среды. Лишь некоторые виды этих животных способны к изменению температуры своего тела, притом в определенных условиях. Например, этой способностью обладают тунцы. Важным для пойкилотермных организмов является то, что повышение температуры их тела происходит, когда увеличивается их активность, их обмен веществ.

В ходе эволюции гомойотермные животные развили способность защищаться от холода (миграции, спячка, мех и т. д.).

Свет является важнейшим абиотическим фактором, особенно для фотосинтезирующих растений (фототрофов). Уровень фотосинтеза зависит от интенсивности солнечной радиации, качественного состава света, распределения света во времени. Однако для других организмов его значение по сравнению с температурой является меньшим, поскольку известны многие виды бактерий и грибов, которые могут длительно размножаться в условиях полной темноты. Различают светолюбивые, теплолюбивые и тепловыносливые растения. Для многих животных зоопланктона свет является сигналом к вертикальной миграции, в результате чего днем они остаются на глубинах, тогда как ночью поднимаются в теплые, богатые кормом верхние слои воды. Для животных, обладающих зрением, наиболее успешно добывание пищи в светлое время.

У животных многих видов длительность светового дня оказывает влияние на их половую функцию, стимулируя ее в период увеличения светового дня (фотопериода) и угнетая ее при уменьшении светового дня (осенью или зимой). У птиц фотопериод влияет на яйцеклетки. Укорочение светового дня служит сигналом к миграции.

Результатом изменения светового режима (длительности светового дня) является фотопериодизм (от греч. photos — свет, periodos — круговращение), под которым понимают годовые циклы развития у многих видов растений и животных. Например пшеница, овес, ячмень и другие культуры зацветают при длинном световом дне на севере, тогда как кукуруза, хлопчатник — при коротком световом дне на юге.

Влажность — это комплексный фактор и представлен количеством водяных паров в атмосфере и воды в почве. Влажность измеряют путем определения относительной влажности воздуха в виде процентного отношения давления водяного пара к давлению насыщенного пара при одинаковой температуре. Важность влажности для жизни организмов определяется тем, что потеря ее клетками ведет к их гибели.

Обычно растения поглощают воду из почвы. Что касается животных, то потребность в воде они реализуют путем ее питья, либо всасыванием через покровы тела, либо с пищей, либо путем окисления жиров. В зависимости от влажности происходит распределение видов. Например, земноводные, дождевые черви и некоторые моллюски способны жить только в очень влажных местах. Напротив, многие животные предпочитают сухость.

Влажность почвы зависит от количества осадков, глубины залегания почвенных вод и других условий. Она важна для растворения в воде минеральных веществ.

Большое значение в качестве абиотического фактора имеет комбинированное воздействие на организмы температуры и влажности.

Химические факторы по своему значению не уступают физическим факторам. Например, большую роль играет газовый состав атмосферы и водной среды. Большинство организмов нуждается в кислороде, а некоторые организмы — в азоте, метане или сероводороде.

Газовый состав чрезвычайно важен для организмов, обитающих в водной среде. Например, в воде Черного моря очень много сероводорода, что делает этот бассейн не очень благоприятным для жизни в нем многих организмов. Что касается наземных организмов, то они малочувствительны к газовому составу атмосферы, поскольку он постоянен.

Соленость очень важна также в водной среде. Например, из числа водных животных наибольшее число видов обитает в соленых водах (морских и океанических), меньшее — в пресной воде и еще меньшее — в солоноватой воде. Способность поддерживать солевой состав внутренней среды влияет на распространение водных животных. Существенную роль для жизни организмов, особенно растений, играет значение рН. Одни растения способны жить в кислой среде, другие — в щелочной, причем изменения в концентрации водородных ионов очень губительны для них. В среде, рН которой составляет 0, жизни почти нет. При таком рН растут лишь отдельные виды микроскопических грибов и водорослей.

Механические факторы, характеризуются тем, что их действие сопровождается образованием свободных от жизни участков, которые затем заселяются, но содержание новых «поселенцев» будет отличаться от исходного вплоть до формирования новых сообществ живых существ.

Образование свободных от жизни участков происходит в результате стихийных бедствий (пожаров, наводнений и др.), различных геологических процессов, действий человека в природе и т. д. Примером механических факторов является обмеление Аральского моря. Вслед за этим на освобожденных от воды территориях появились новые виды животных и растений.

Характерная особенность видов в контексте их отношений к абиотическим факторам заключается в том, что каждый вид обладает определенным диапазоном толерантности (устойчивости) к тому или иному фактору, причем толерантность определяется нормой реакции, т. е. детерминируется генетически. В том случае, если действие абиотического фактора происходит за пределами диапазона толерантности, организм погибает. Оптимальными условиями для жизни вида является средняя часть диапазона его толерантности к тому или иному фактору. В этой части диапазона происходит также размножение организмов вида. Крайние границы диапазона толерантности неблагоприятны для жизни вида.

С другой стороны, характерной особенностью любого абиотического фактора является то, что он может ограничивать не только жизнь, но в той или иной степени и численность вида, действуя при этом в качестве регулирующего фактора. Регулирующее влияние абиотических факторов особенно возрастает на фоне взаимодействия организмов между собой (губительное воздействие на популяции анабиоза, хищничества, паразитизма), которое само по себе является регулирующим.

Следующей характерной особенностью абиотических факторов является их ограничивающая способность, которая заключается в том, что при оптимальном действии всех возможных абиотических факторов на организмы недостаток одного из факторов все же окажет ограничительное воздействие на популяцию. Например, внесение удобрений в почву при отсутствии какого-либо микроэлемента не приводит к ожидаемому улучшению (значительному повышению урожая культуры). Следовательно, данный микроэлемент является ограничивающим (лимитирующим) фактором. Понимание природы ограничивающих факторов имеет важное практическое значение для сельского хозяйства.

Абиотические факторы находятся в постоянном взаимодействии между собой, причем чувствительность организмов к зависимости одного фактора от другого также определяется нормой реакции, т. е. контролируется генетически. Например, губительный результат повышения температуры в наибольшей мере проявляется в случае повышения влажности среды. Другими словами, при «ужесточении» действия на организмы одного абиогенного фактора сужается диапазон устойчивости их к другому абиотическому фактору.

В ходе исторического развития организмы в ответ на смену дня и ночи, на смену времен года, т. е. в ответ на основные ритмы Земли, обусловленные ее вращением вокруг Солнца, выработали в процессе адаптогенеза способность к ритмической жизнедеятельности, что получило название биоритмов. Характерная особенность биоритмов заключается в том, что они осуществляются синхронно с процессами, протекающими в среде периодически. Различают суточные ритмы (24-часовые) и околосуточные, которые протекают во время от 20 до 28 часов и которые называют циркадными (от лат. cirka — вокруг, около, dies — день).

В случае человека суточные и циркадные ритмы затрагивают многие свойства и физиологические процессы (температура тела, артериальное давление, митотическая активность клеток, биоэлектрическая активность мозга, количество тромбоцитов в периферической крови и т. д.). Предполагают, что эти ритмы генетически контролируются, т. к. у нейроспоры и дрозофилы установлены так называемые «часовые» гены, которые детерминируют циркадные ритмы этих организмов. Установлено также, что циркадный ритм присущ синтезу мРНК на «часовых» генах и что существуют «часовые» белки, способные ингибировать экспрессию «часовых» генов.

Наука, изучающая биоритмы, носит название хронобиология (отгреч. chronos — время, logos — наука). Знание закономерностей биоритмов имеет большое значение в сельском хозяйстве и в профилактической медицине.

Список литературы

Пехов А.П. «Биология с основами экологии», 2000г.

Протасов В.Ф. и др. «Экология, здоровье и природопользование в России»

Старикова Г.В., Поветкин В.В. «Экология»

www.ronl.ru

Реферат - Биология с основами экологии

Содержание

Введение

Потоки вещества и энергии в экосистемах

Деструкционные блоки в экосистемах

Проблемы биологической продуктивности

Пирамиды чисел, биомасс, энергии

Список литературы

Введение

«Любаяединица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическоесообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом,что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговоротвеществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему,или экосистему» (Ю.Одум, 1986)

Главнымпредметом исследования при экосистемном подходе в экологии, становятся процессытрансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т.е. возникающийбиохимический круговорот веществ в экосистеме в целом. Это позволяет дать обобщеннуюинтегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмовмногих видов, так как по биогеохимическим функциям, т.е. по характеру осуществляемыхв природе процессов превращения вещества и энергии, организмы более однообразны,чем по своим морфологическим признакам и строению.

В настоящеевремя концепция экосистемы – это одно из наиболее главных обобщений биологии – играетвесьма важную роль в экологии. Во многом этому способствовали два обстоятельства:во-первых, экология как наука созрела для такого рода обобщений и они стали жизненнонеобходимы, а во-вторых, сейчас как никогда остро встали вопросы охраны биосферыи теоретического обоснования природоохранных мероприятий, которые опираются, преждевсего, на концепцию биотических сообществ – экосистем.

Крометого, распространению идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, таккак к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средойобитания – от пруда до Мирового океана, от пня до обширного лесного массива, например,тайги.

Природныеэкосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.

Запасывеществ, усвояемые организмами и, прежде всего, продуцентами, в природе не безграничны.Если бы эти вещества не использовались многократно, не были бы вовлечены в этотвечный круговорот, то жизнь на земле была бы вообще невозможна. Такой «бесконечный» круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различныхгрупп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемыхими из окружающей среды.

1 Движение вещества и энергии в экосистеме

Деятельностьживых существ в биосфере сопровождается потреблением из среды их обитания большихколичеств разнообразных органических и неорганических веществ. После отмирания организмови последующей минерализации их органических остатков, высвободившиеся неорганическиевещества вновь возвращаются во внешнюю среду. Так осуществляется биогенный (с участиемживых организмов) круговорот веществ в природе, т.е. движение веществ между литосферой,атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Таким образом, под круговоротомвеществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществв природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.

Круговоротвеществ осуществляется при непрерывном потоке солнечной энергии.

В зависимостиот движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можновыделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновениячеловека на земле осуществлялись только первые два. Геологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологическиепроцессы. Геологический круговорот осуществляется без участия живых организмов.Биологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого являетсядеятельность живых организмов. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот(обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можновыделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека,как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей(техногенный круговорот).

Круговоротвеществ — основа бесконечности жизни на нашей планете. В нем принимают участие всеживые организмы, осуществляя процессы питания, дыхания, выделения, размножения.Основой биогенного круговорота является солнечная энергия, которая поглощается фототрофнымиорганизмами и преобразовывается ими в первичное органическое вещество, доступноеконсументам. В ходе дальнейшей трансформации консументами разных порядков энергияпищи постепенно растрачивается, уменьшается. Поэтому устойчивость биосферы напрямуюсвязана с постоянным притоком солнечной энергии.

В круговоротевеществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды однивещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислыйгаз, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают выделенныйрастениями кислород; поедая растения, усваивают синтезированные из воды и углекислогогаза органические вещества и выделяют углекислый газ и непереваренные остатки пищи.При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительноеколичество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные,которые попадают в почву или водоемы и снова усваиваются растениями. Таким образом,химические элементы постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, изпочвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них — в среду их обитания.Эти процессы повторяются бесконечное число раз, весь атмосферный кислород проходитчерез живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200-300 лет.

Непрерывнаяциркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называетсябиогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностьюих запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементыдолжны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента являетсячастью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т.е. все круговороты тесносвязаны между собой.

Круговоротвеществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притокаэнергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, являетсясолнечная энергия. Заключенная в органических веществах энергия, передаваемая поступеням пищевой цепи, уменьшается, потому что значительная ее часть поступает вокружающую среду в виде тепла или же расходуется на осуществление процессов жизнедеятельности(например, мышечная работа, движение крови у животных, передвижение растворов минеральныхи органических веществ, транспирация у растений). Поэтому через структурные единицыбиосферы — биогеоценозы — осуществляется непрерывный поток энергии и ее преобразование.Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговоротавеществ и притока солнечной энергии.

Круговоротводы. Вода — самое распространенноевещество в биосфере. Основные ее запасы (около 95%) сосредоточены в виде солено-горькойводы морей и океанов. Остальные воды — пресные. Воды ледников и вечных снегов (т.е.вода в твердом состоянии) и подземные воды совместно составляют свыше 97% всех запасовпресной воды. Лишь незначительная часть пресных вод заключена в озерах, реках, болотахи атмосфере (в виде водяного пара).

Водаиспаряется с поверхности морей и океанов и переносится от них воздушными потокамина различные расстояния. Большая часть испарившейся воды возвращается в виде дождяв океан, а меньшая — на сушу. С суши вода в виде водяного пара теряется также вследствиепроцессов испарения с ее поверхности и транспирации растениями. Вода переноситсяв атмосферу и в виде осадков возвращается на сушу или в океан. Одновременно с континентовв моря и океаны поступает речной сток воды.

Каквидим, основу глобального круговорота воды в биосфере обеспечивают физические процессы,происходящие с участием Мирового океана. Роль живого вещества в нем, казалось бы,невелика. Однако на континентах масса воды, испаряемая растениями и поверхностьюпочвы, играет главную роль в круговороте воды. Масса воды, транспирируемая растительнымпокровом, весьма существенна. Так, 1 га леса испаряет примерно 20- 50 т воды в сутки.Роль растительного покрова заключается также в удержании воды путем замедления еестока, в поддержании постоянства уровня грунтовых вод и др. В результате такие зонысуши функционируют как бы на собственном замкнутом водном балансе.

Круговоротуглерода. Углерод — обязательныйхимический элемент органических веществ. Огромная роль в круговороте углерода принадлежитзеленым растениям. В процессе фотосинтеза углекислый газ атмосферы и гидросферыассимилируется наземными и водными растениями, а также цианобактериями и превращаетсяв углеводы. В процессе же дыхания всех живых организмов происходит обратный процесс:углерод органических соединений превращается в углекислый газ. В результате ежегоднов круговорот вовлекаются многие десятки миллиардов тонн углерода. Таким образом,два фундаментальных биологических процесса — фотосинтез и дыхание обусловливаютциркуляцию углерода в биосфере.

Ещеодним мощным потребителем углерода являются морские организмы. Они используют соединенияуглерода для построения раковин, скелетных образований. Из остатков отмерших морскихорганизмов на дне морей и океанов образованы мощные отложения известняков.

Циклобращения углерода не полностью замкнут. Углерод может выходить из круговорота надовольно длительный срок в виде залежей каменного угля, известняков, торфов, сапропелей,гумуса и др.

Отрегулированныйкруговорот углерода нарушает человек в ходе интенсивной хозяйственной деятельности.За счет сжигания огромного количества ископаемого топлива содержание углекислогогаза в атмосфере за прошлое столетие возросло на 25% .

Круговоротазота. Азот — необходимыйкомпонент важнейших органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, АТФ и др.Основные его запасы сосредоточены в атмосфере в форме молекулярного азота, недоступногодля растений, так как они способны использовать азот только в виде соединений.

Путипоступления азота в почву и водную среду различны. Так, небольшое количество азотистыхсоединений образуется в атмосфере во время гроз (вместе с дождевыми водами они поступаютв водную или почвенную среду), а также выделяется при извержениях вулканов.

К прямойфиксации атмосферного молекулярного азота способны лишь некоторые прокариотическиеорганизмы: бактерии и цианобактерии. Значительную роль в обогащении азотистыми соединениямиводной среды играют цианобактерии. Они могут развиваться в воде в массовом количестве,вызывая ее «цветение».

Азотсодержащиеорганические вещества отмерших растений и животных, а также мочевина и мочевая кислота,выделяемые животными и грибами, расщепляются гнилостными (аммонифицирующими)бактериям до аммиака. Основная масса образующегося аммиака окисляется нитрифицирующимибактериями до нитритов и нитратов, после чего вновь используется растениями.Некоторая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с углекислыми и другими газамиучаствует в создании парникового эффекта.

Различныеформы азотистых соединений почвы и водной среды могут восстанавливаться некоторымивидами бактерий до оксидов и молекулярного азота. Этот процесс называется денитрификацией.Результатом его является обеднение почвы и воды соединениями азота и пополнениемолекулярным азотом атмосферы.

Процессынитрификации и денитрификации были сбалансированы вплоть до начала интенсивногоиспользования человеком азотных минеральных удобрений в целях получения большихурожаев сельскохозяйственных растений. В настоящее время из-за использования громадныхобъемов таких удобрений наблюдается накопление азотистых соединений в почве, растениях,грунтовых водах.

Такимобразом, роль живых организмов в круговороте азота является основной.

Круговоротфосфора. Большие запасыфосфора содержат горные породы. При разрушении эти породы отдают фосфор наземнымэкосистемам, однако часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в море.Вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются на дно. Одна часть из них используется,а другая теряется в глубинных отложениях. Таким образом, наблюдается несоответствиемежду потреблением фосфора и его возращением в круговорот.

Круговороткислорода. Главным образомкруговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. Свободныйкислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зеленых растений, а потребляетсяв процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами, и при минерализацииорганических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды иозона под воздействием ультрафиолетовой радиации. Большое количество кислорода расходуетсяна окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т. д. основнаядоля кислорода продуцируется растениями суши — почти ¾, остальная часть — фотосинтезирующими организмами Мирового океана. Скорость круговорота — около 2 тыс.лет На промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23% кислорода, которыйобразуется в процессе фотосинтеза, и эта цифра постоянно возрастает.

2Деструкционные блоки в экосистемах

Однаиз важнейших биогеохимических функций на Земле — деструкционная. Она заключаетсяв разложении создаваемой биологической продукции и возвращении биогенных элементовв окружающую среду. В осуществление этого процесса включено огромное разнообразиеживых организмов. Многие органические соединения (целлюлоза, лигнин и др.) обладаютвысокой прочностью и устойчивостью, они не разрушаются в природе в отсутствие редуцентов.На планете постоянно идет гигантская работа по минерализации созданного органическоговещества. Параллельно протекает процесс гумификации: часть промежуточных продуктовраспада в результате деятельности разных групп организмов вступает в новый синтез,образуя гумус — сложный комплекс веществ, богатых энергией. Гумус является основойпочвенного плодородия. Он разлагается определенными микроорганизмами очень медленнои постепенно, обеспечивая постоянство и надежность в снабжении растений биогеннымиэлементами.

Продуктыминерализации органических веществ, растворяясь в природных водах, многократно усиливаютих химическую активность в разрушении горных пород.

Стабильностьбиосферы основывается на биогеохимических круговоротах веществ. Глобальный биогеохимическийкруговорот вещества представляет собой систему сложно переплетенных циклов химическихэлементов. Круговороты планетарного масштаба создаются из бесчисленных циклическихперемещений атомов в процессе жизнедеятельности организмов в отдельных экосистемахи тех перемещений, которые вызываются причинами геологического и ландшафтного характера:поверхностный и подземный сток, ветровая эрозия, вулканизм, горообразование, движениеморского дна и т.п. Различают малые и большие, т.е. локальные и общепланетарные,круговороты.

Биологическиекруговороты характеризует неполная замкнутость. Часть химических элементов и ихсоединений выпадает из общей циркуляции и скапливается вне живых организмов. Такпостепенно накапливались кислород и азот атмосферы, горючие ископаемые, осадочныепороды. Незамкнутость циклов может быть ничтожной, но, помноженная на геологическоевремя, она приводит к глобальным эффектам, к изменениям состояния и структуры биосферы.Современная биосфера сильно отличается от биосферы прошедших времен, когда, например,господствовали только микроорганизмы или когда сложная жизнь была развита тольков океане.

Главнымдля биосферы является цикл органического углерода. Он определяется первичной продукциейорганизмов за счет фотосинтеза растений и цианобактерий (частично — за счет хемосинтезабактерий) и последующей деструкцией созданного органического вещества всеми, какаэробными, так и анаэробными, организмами. Конечный продукт деструкции — углекислыйгаз, связывающий цикл органического углерода с неорганическим и с циклом кислорода.

Основныезапасы углерода находятся в связанном состоянии (в основном в составе карбонатов)в осадочных породах Земли, значительная часть растворена в водах океана, и относительнонебольшая — присутствует в составе воздуха. Отношение количеств углерода в литосфере,гидросфере и атмосфере, по уточненным расчетам, составляет 28 570: 57: 1.

Такимобразом, в биологическом круговороте участвуют лишь доли процента от общего количествауглерода на Земле. Атмосфера и гидросфера представляют собой обменный фонд, откудауглерод черпают зеленые растения. Выделение углерода из недр Земли в составе вулканическихгазов примерно равно скорости погружения его вглубь литосферы в составе осадочныхпород, т.е. большой геологический цикл углерода уравновешен.

Из-занедостаточной скорости деструкционных процессов часть углерода надолго выводитсяиз биологических круговоротов на суше и в океане. Так образуются залежи горючихископаемых, происходит обогащение органическим углеродом осадочных пород и смыканиебольшого и малого круговоротов. Временным резервуаром углерода являются тела долгоживущих организмов, запасы мертвой органики, еще не успевшей разложиться, и почвенногогумуса. Экосистемы могут оказаться накопителями органического углерода даже принизкой продуктивности, всё определяет отставание скорости разложения от скоростисоздания органического вещества. К таким экосистемам относятся, например, болота,моховые тундры, таежные леса с большим запасом подстилки.

Суммарнаябиомасса организмов зависит от количества углерода, участвующего в системе биологическогокруговорота. Известную регуляторную роль играет растительность, которая способнадо некоторых пределов поглощать углекислый газ из воздуха и резервировать углеродв своих телах, увеличивая продуктивность и биомассу. Углекислый газ относится кпарниковым, и даже незначительное увеличение его содержания в воздухе может заметноповлиять на средние температуры и климат Земли. Поэтому уменьшение суммарной массырастительности, особенно лесной, при современных масштабах антропогенного уничтожениялесов грозит нарушить тонкое равновесие в цикле органического углерода, связанномс циклами многих других веществ в биосфере.

Кислород- самый распространенный химический элемент на Земле. Содержится он в основном всоставе воды и минералов. Свободный молекулярный кислород накапливается в биосферекак побочный продукт фотосинтеза и расходуется при дыхании организмов и на окислениевсех недоокисленных веществ на поверхности Земли. Накопление О2 в атмосфереи гидросфере происходит в результате неполной замкнутости цикла углерода. Захоронениеорганики в осадочных породах, углях, торфах послужило основой поддержания обменногофонда О2 в атмосфере.

Припрекращении фотосинтеза резерва кислорода, имеющегося в воздушной среде, хватилобы не более чем на 2 тыс. лет. Современное человечество усиленно «работает» на уменьшениезапасов свободного кислорода в биосфере — за счет сведения лесов и беспрецедентногосвязывания по свои масштабам сжигания топлива промышленностью и транспортом. Количествосвязываемого при этом кислорода достигло уже почти 14 млрд. т в год, что составляетпочти тридцатую часть кислорода, поставляемого растительностью, т.е. вполне сопоставимопо масштабам с биосферными процессами.

Азотвходит в состав важнейших органических молекул — ДНК, белков, липопротеидов, АТФ,хлорофилла и др. Недостаток азота часто является фактором, лимитирующим биологическуюпродукцию. Отношение общего количества азота к количеству углерода в биомассе составляет16: 106.

Молекулярныйазот атмосферы недоступен растениям, ассимиляция его ими возможна только из связанныхформ — аммиака, нитратов, мочевины. Поэтому биологический круговорот азота, целикомподдерживается деятельностью азотфиксирующих бактерий. Аммонифицирующие бактерии,разлагая органическое вещество, переводят азот в аммиачную форму, а продолжающиеэтот процесс нитрификаторы окисляют его до нитритов и нитратов. Денитрифицирующиебактерии завершают цикл, освобождая азот из нитратов и переводя его вновь в молекулярнуюформу.

Независимыйот жизнедеятельности бактерий механизм вовлечения молекулярного азота в биологическиециклы — разряды молний, способствующие возникновению аммиака и нитрата. Однако этипроцессы не восполняют потерь при денитрификации.

Деятельностьчеловека все сильнее влияет на круговорот азота в природе. Современная промышленностьудобрений фиксирует азот атмосферы в количествах, превышающих природную азотфиксацию.Избытки нитратов, поступающих через загрязнение вод и продуктов питания к человеку,угрожают его здоровью.

Фосфорвходит в состав нуклеиновых кислот, «энергетических молекул» АТФ и АДФ, фосфолипидовклеточных мембран, скелетных тканей животных. Отношение количества фосфора к количествуорганического углерода в биомассе составляет 1: 106.

Спецификакруговорота фосфора связана с тем, что он не образует летучих соединений и плохорастворим в воде. Основным процессом перевода фосфора в доступную для растений формуявляется выщелачивание его из подстилающих почвы горных пород. На суше из разлагающейсяорганики соединения фосфора возвращаются в почву, но частично вымываются в водоемыи, в конечном счете, в океан. В воде они почти не остаются в растворенном виде,а захораниваются в осадках, переходя в систему геологического круговорота. В биосфереосуществляется однонаправленный поток фосфора из горных пород суши в глубины океана,и обменный фонд его в гидросфере очень ограничен. Дефицит фосфора в толще океанскихвод — один из главных факторов, ограничивающих продуктивность водорослей.

Промышленноепроизводство фосфорных удобрений повышает поступление этого элемента за счет смывас полей в пресные водоемы и является одной из главных причин их бурной эвтрофикации,а также грозит нарушением природного равновесия в морях.

Всебиогеохимические циклы элементов связаны друг с другом в общую систему, посколькуатомы, имеющие разную «судьбу» в атмосфере, гидросфере и литосфере, вступают другс другом в реакции, объединяясь в разных соотношениях в составе органических молекул.

Всехимические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершаютпостоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно.Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Землепрактически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии. Однакоформы жизни меняются и влияют на геологическую историю.

3 Проблемы биологической продуктивности

Биологическаяпродуктивность,экологическоеи общебиологическое понятие, обозначающее воспроизведение биомассы растений, микроорганизмови животных, входящих в состав экосистемы; в более узком смысле — воспроизведениедиких животных и растений, используемых человеком. Биологическая продуктивностьреализуется в каждом отдельном случае через воспроизведение видовых популяций растенийи животных, идущее с некоторой скоростью. Может быть выражена определенной величиной- продукцией за год (или в иную единицу времени) на единицу площади (для наземныхи донных водных организмов) или на единицу объема (для организмов, обитающих в толщеводы и в почве). Продукция определенной видовой популяции может быть отнесена такжек ее численности или биомассе. Биологическая продуктивность различных наземных иводных экосистем проявляется во многих формах. Соответственно многообразны и используемыечеловеком продукты, воспроизводимые в природных сообществах (например, древесина,рыба, меха и мн. др.). Человек обычно заинтересован в повышении биологической продуктивностиэкосистем, т.к. это увеличивает возможности использования биологических ресурсовприроды. Однако в ряде случаев высокая биологическая продуктивность может приводитьк вредным последствиям (например, чрезмерное развитие в высокопродуктивных водахфитопланктона определенного видового состава — синезеленых водорослей в пресныхводах, токсичных видов перидиней — в морях).

Понятиебиологическая продуктивность во многих отношениях аналогично понятию плодородиепочвы, но по содержанию и объему шире последнего, т.к. может быть отнесено к любомубиогеоценозу, или экосистеме. Изредка термин «биологическая продуктивность»применяется по отношению к культурным сообществам, производительность которых вбольшой мере — результат приложения общественного труда. Однако и природные наземные и водные экосистемынаходятся под прямым или косвенным воздействием человека. Поэтому с ростом численностии научно-технической вооруженности человечества биологическая продуктивность все более разнообразных экосистемотражает не только их исходные естественноисторические особенности, но и результатвлияний человека.

Общейи адекватной мерой биологической продуктивностислужит продукция, но не биомасса сообщества или его компонентов. Биомасса отдельныхвидов или всего населения в целом может служить для оценки продукции и продуктивноститолько при сравнении экосистем одинаковой или сходной структуры и видового состава,но совершенно непригодна в качестве общей меры биологической продуктивности. Например, в результате высокойинтенсивности фотосинтеза одноклеточных водорослей планктона в наиболее продуктивныхучастках океана за год синтезируется на единицу площади примерно столько же органическихвеществ, сколько и в высокопродуктивных лесах, хотя их биомасса в сотни тысяч разбольше биомассы фитопланктона.

Продукциякаждой популяции за определенное время представляет собой сумму приростов всех особей,включающую прирост отделившихся от организмов образований и прирост особей, устраненных(элиминированных) по тем или иным причинам из состава популяции за рассматриваемоевремя. В предельном случае, если нет элиминации и все особи доживают до конца изучаемогопериода, продукция равна приросту биомассы.

Продукциюавтотрофных организмов, способных к фото- или хемосинтезу, называют первичной продукцией,а сами организмы — продуцентами. Основная роль в создании первичной продукции принадлежитзеленым растениям, высшим — на суше, низшим — в водной среде. Продукцию гетеротрофныхорганизмов обычно относят к вторичной продукции, а сами организмы называют консументами.Все виды вторичной продукции возникают на основе утилизации вещества и энергии первичнойпродукции; при этом энергия, в отличие от вещества, многократно возвращающегосяв круговорот, может быть использована для выполнения работы только один раз. Схематическисложные трофические связи можно представить в виде «потока энергии» черезэкосистему, т. е. ступенчатого процесса утилизации энергии солнечной радиации ивещества первичной продукции. Первый трофический уровень утилизации солнечной энергиисоставляют фотосинтезирующие организмы, создающие первичную продукцию, второй — потребляющие их растительноядные животные, третий — плотоядные животные, четвертый- хищники второго порядка. Каждый последующий трофический уровень потребляет продукциюпредыдущего, причем часть энергии потребленной и ассимилированной пищи идет на нуждыэнергетического обмена и рассеивается. Поэтому продукция каждого последующего трофическогоуровня меньше продукции предыдущего (например, выход на основе одной и той же первичнойпродукции растительноядных животных всегда больше, чем живущих за их счет хищников).Часто при переходе от низших трофических уровней к высшим снижается не только продукция,но и биомасса. Однако, в отличие от продукции, биомасса последующего уровня можетбыть и выше биомассы предыдущего (например, биомасса фитопланктона меньше суммарнойбиомассы всего живущего за его счет животного населения океана). Видное место вмеханизме биологической продуктивностизанимают гетеротрофные микроорганизмы, которые утилизируют поступающее со всех трофическихуровней мертвое органическое вещество, частично минерализуя его, частично превращаяв вещество микробных тел. Последние служат важным источником питания для многихводных (фильтраторы и детритофаги бентоса и планктона) и сухопутных (почвенная фауна)животных.

Подругому принципу продукцию делят на промежуточную и конечную. К промежуточной относятпродукцию, потребляемую другими членами экосистемы, вещество которой вновь возвращаетсяв осуществляемый в ее пределах круговорот. К конечной — продукцию, в той или инойформе отчуждаемую от экосистемы, т. е. выходящую за ее пределы. К конечной продукцииотносятся и используемые человеком виды продукции, которые могут принадлежать клюбому трофическому уровню, включая первый, занятый растениями.

Возрастающиепотребности и растущая техническая мощь человечества быстро увеличивают возможностиего влияния на живую природу. Возникает необходимость управления экосистемами. Всесредства влияния на биологическую продуктивностьэкосистем и управления ею, направлены либо на повышение полезной первичной продукции(разные формы удобрения, мелиорации, регулирования численности и состава потребителейпервичной продукции и пр.), либо на повышение эффективности утилизации первичнойпродукции на последующих трофических уровнях в нужном для человека направлении.Это требует хорошего знания видового состава и структуры экосистем и экологии отдельныхвидов. Наибольшие перспективы имеют такие формы хозяйственной эксплуатации живойприроды и управления ею, которые основаны на знании особенностей местных экосистеми характерных для них форм биологическойпродуктивности.

4  Пирамиды чисел, биомасс, энергии

Понятиео трофических уровнях. Трофический уровень — это совокупность организмов,занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежаторганизмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

Так,зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядныеживотные — второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающиетравоядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый(уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когдаучитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней.

Такаяпоследовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней группорганизмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Трофическаяструктура экосистемы. В результате последовательности превращений энергии в пищевых цепях каждоесообщество живых организмов в экосистеме приобретает определенную трофическуюструктуру. Трофическая структура сообщества отражает соотношение между продуцентами,консументами (отдельно первого, второго и т.д. порядков) и редуцентами, выраженноеили количеством особей живых организмов, или ихбиомассой, или заключеннойв них энергией, рассчитанными на единицу площади в единицу времени.

Трофическуюструктуру обычно изображают в виде экологических пирамид. Эту графическуюмодель разработал в 1927 г. американский зоолог Чарльз Элтон. Основанием пирамидыслужит первый трофический уровень — уровень продуцентов, а следующие этажи пирамидыобразованы последующими уровнями — консументами различных порядков. Высота всехблоков одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующемуровне. Различают три способа построения экологических пирамид.

1.Пирамида чисел (численностей)отражает численность отдельных организмов на каждом уровне. Например, чтобы прокормитьодного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог быохотиться; чтобы прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразныхрастений. Иногда пирамиды чисел могут быть обращенными, или перевернутыми. Это касаетсяпищевых цепей леса, когда продуцентами служат деревья, а первичными консументами- насекомые. В этом случае уровень первичных консументов численно богаче уровняпродуцентов (на одном дереве кормится большое количество насекомых).

2.Пирамида биомасс — соотношениемасс организмов разных трофических уровней. Обычно в наземных биоценозах общая массапродуцентов больше, чем каждого последующего звена. В свою очередь, общая массаконсументов первого порядка больше, нежели консументов второго порядка и т.д. Еслиорганизмы не слишком различаются по размерам, то на графике обычно получается ступенчатаяпирамида с суживающейся верхушкой. Так, для образования 1 кг говядины необходимо70-90 кг свежей травы.

В водныхэкосистемах можно также получить обращенную, или перевернутую, пирамиду биомасс,когда биомасса продуцентов оказывается меньшей, нежели консументов, а иногда и редуцентов.Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая массав данный момент его может быть меньше, нежели у потребителей-консументов (киты,крупные рыбы, моллюски).

Пирамидычисел и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количествоили биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информациио трофической структуре экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач,особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем. Пирамида чисел позволяет,например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничийпериод без последствий для нормального их воспроизведения.

3.Пирамида энергии отражаетвеличину потока энергии, скорость про хождения массы пищи через пищевую цепь. Наструктуру биоценоза в большей степени оказывает влияние не количество фиксированнойэнергии, а скорость продуцирования пищи.

Установлено,что максимальная величина энергии, передающейся на следующий трофический уровень,может в некоторых случаях составлять 30 % от предыдущего, и это в лучшем случае.Во многих биоценозах, пищевых цепях величина передаваемой энергии может составлятьвсего лишь 1 %.

В 1942г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий (закон10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевыецепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10 % поступившей напредыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Остальная часть энергии теряетсяв виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессовобмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90 % всей энергии, которая расходуетсяна поддержание их жизнедеятельности.

Еслизаяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже толькона 100 г. У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохоусваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительнобольше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерностьпроцесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходитзначительно меньше, чем через нижние.

Вотпочему цепи питания обычно не могут иметь более 3—5 (редко 6) звеньев, а экологическиепирамиды не могут состоять из большого количества этажей. К конечному звену пищевойцепи так же, как и к верхнему этажу экологической пирамиды, будет поступать такмало энергии, что ее не хватит в случае увеличения числа организмов.

Этомуутверждению можно найти объяснение, проследив, куда тратится энергия потребленнойпищи: часть ее идет на построение новых клеток, т.е. на прирост, часть энергии пищирасходуется на обеспечение энергетического обмена или на дыхание. Поскольку усвояемостьпищи не может быть полной, т.е. 100 %, то часть неусвоенной пищи в виде экскрементовудаляется из организма.

Учитывая,что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровеньи уходит из экосистемы, становится ясным, почему каждый последующий уровень всегдабудет меньше предыдущего.

Именнопоэтому большие хищные животные всегда редки. Поэтому также нет хищников, которыепитались бы волками. В таком случае они просто не прокормились бы, поскольку волкинемногочисленны.

Трофическаяструктура экосистемы выражается в сложных пищевых связях между составляющими еевидами. Экологические пирамиды чисел, биомассы и энергии, изображенные в виде графическихмоделей, выражают количественные соотношения разных по способу питания организмов:продуцентов, консументов и редуцентов.

Списоклитературы

1 Л. В. Передельский Экология Учебник;М.; 2006

2 А. В. Маринченко Экология Учебное пособие;М.; 2009

3 Т.А. Шустанова Биология Теоретическиеосновы; Ростов н/ Д; 2008

4 С.И. Колесников Общая биология; Ростовн/ Д; 2006

5 Л.П. Соколова Экология; М. 2007

6 А.П. Пехов Биология с основами экологии;С.-П. 2000

www.ronl.ru

Доклад - Билеты по биологии с основами экологии

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ КЭКЗАМЕНУ ПО ВСЕМУ КУРСУ

                    «БИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ».

1        1.Методы исследования в биологии.

2.Биогеохимическая функция разных групп живых организмов.

2        1. Уровни организации живого.

2.Ноосфера. Антропогенное влияние человека на биосферу. Коэволюция человека и биосферы.

3        1. Свойства живого. Проявления свойств живого на клеточном уровне.

2.АтмосфераЗемли как часть биосферы. Особенности воздушной среды обитания. Биогенное происхождение химического состава атмосферы.

4        1.Химический состав клетки, Макро- и микроэлементы.

2.Биогеохимические циклы углерода и кислорода. Антропогенное влияние на эти циклы. Не возобновляемые ресурсы.

5        1.Строение и функция основных классов органических веществ

           Клетки.

2.Экология человека и современная теория питания.

6        1.Строение и функция белков. Ферменты. Денатурация белков.

2.Демэкология. Влияние состояния окружающей среды на

демографическую ситуацию и здоровье населения.

7        1.Строение и функция мембранных органелл. Осмос.

 2.Военная деятельность. Радиоактивное, химическое и биологическое загрязнение. Последствия для человека и его среды обитания.

8        1.Энергетический обмен клетки. Клеточное дыхание.

2.Почва — биокосное вещество. Основные типы почв. Почвенное дыхание. Роль почвы в круговороте веществ.

9        1.Структурно-функциональная организация животной клетки.

2.Закон толерантности. Температура как один из основных

абиотических факторов среды. Стенобионты и эврибионты.

10      1.Структурно-функциональная  организация растительной клетки.

          2.Свет. Биологическое действие различных участков спектра     солнечного излучения. Фотосинтетически активная радиация

11      1.Bиpycы. Строение, классификация (РНК-, ДНК-содержащие, бактериофаги). Особенности жизнедеятельности.

            2.Лимитирующие факторы среды. Закон минимума. Закон    незаменимости    факторов среды.

12     1. Ткани животных. Классификация, строение в связи с функциональным назначением.

2.Биоценоз как биологическая система. Устойчивость биосистемы.

13     1.Разнообразие живого мира. Основные систематические группы живых организмов.

2.Гидросфера Земли -колыбель жизни. Пресные и соленые

водоемы. Особенности водной среды обитания. Гидробионты.

14      1.Принципы и методы классификации организмов. Искусственные системы. Естественные системы. Методы классификации.

2.Учение В.И. Вернадского о биосфере.

15     1.Прокариоты. Основные систематические группы, их значение в    природе.

2. Урбанизация. Экологическая ситуация в крупных промышленных центрах на примере Санкт- Петербурга.

16               1.Систематика растений. Принципы классификации. Краткая характеристика основных систематических групп.

 2. Солнечная активность. Электромагнитное загрязнение. Воздействие  этих факторов на здоровье человека.

17               1. Систематика животных. Принципы классификации. Краткая характеристика основных систематических групп.

            2.Факторы среды. Классификация. Закон Ламотта. Примеры его применения в жизнедеятельности растений, животных и человека.

18               1.Деление клетки. Биологический смысл митоза и мейоза. Соматические м половых клетки.

2. Перенос энергии в трофической цепи. Пирамиды чисел, массы и энергии.

19               1. Клеточная инженерия и биотехнология.

2. Продукты питания и пищевые добавки. Пищевая аллергия.

20               1. Влияние климато-географических факторов на здоровье человека.         

               Эндемические заболевания.

           2. Факторы защиты организма. Иммунитет. Виды иммунитета.

www.ronl.ru

Реферат - Биология и глобальные проблемы современности

Реферат

Захаров Евгений Валентинович младший научный сотрудник, соискатель Биолого-почвенного института ДВО РАН

Российская академия наук, Дальневосточное отделение, Кафедра философии

Владивосток

1997

Введение

Ныне, на рубеже двух столетий, человечество вплотную столкнулось с острейшими проблемами современности, угрожающими самому существованию цивилизации и даже самой жизни на планете. Сам термин «глобальный» ведет свое происхождение от латинского слова «глобус», то есть Земля, земной шар, и с конца 60-х годов ХХ столетия получил широкое распространение для обозначения наиболее важных и настоятельных общепланетарных проблем современной эпохи, затрагивающих человечество в целом.

Глобальные проблемы нашей эпохи — закономерное следствие всей современной глобальной ситуации, сложившейся на земном шаре в последней трети ХХ века. Для правильного понимания происхождения, сущности и возможности их решения необходимо видеть в них результат предшествовавшего всемирно-исторического процесса во всей его объективной противоречивости. Будучи результатом (а не просто суммой) предшествовавшего общественного развития человечества, глобальные проблемы выступают как специфическое порождение именно современной эпохи, как следствие крайне обострившейся неравномерности социально-экономического, политического, научно-технического, демографического, экологического и культурного развития в условиях совершенно новой, своеобразной исторической ситуации.

Глобальные проблемы современности порождены в конечном счете именно всепроникающей неравномерностью развития мировой цивилизации, когда технологическое могущество человечества неизмеримо превзошло достигнутый им уровень общественной организации, политическое мышление явно отстало от политической деятельности, а побудительные мотивы деятельности преобладающей массы людей и их нравственные ценности весьма далеки от социального, экологического и демографического императивов эпохи.

Историческое своеобразие и социальная уникальность глобальной ситуации, сложившейся на рубеже двух тысячелетий, властно требует от человечества нового политического мышления, высокой моральной ответственности и беспрецедентных практических действий как во внутренней политике отдельных стран, так и в международных отношениях, как во взаимодействии общества с природой, так и во взаимоотношениях между самими людьми. Современная глобальная ситуация сплела все противоречия нашей эпохи в единый, нерасторжимый «тугой узел», развязать который в состоянии лишь социальное и духовное обновление человеческого общества, новое мышление в соединении с новой практической деятельностью.

Все глобальные проблемы современности тесно связаны друг с другом и взаимно обусловлены, так что изолированное решение их практически невозможно. Так, обеспечение дальнейшего экономического развития человечества природными ресурсами заведомо предполагает предотвращение нарастающего загрязнения окружающей среды, иначе это уже в обозримом будущем приведет к экологической катастрофе в планетарных масштабах. Именно поэтому обе эти глобальные проблемы справедливо называют экологическими и даже с определенным основанием рассматривают как две стороны единой экологической проблемы.

Глобальные проблемы цивилизации требуют для своего разрешения самой широкой коалиции всех социальных сил и общественных движений, заинтересованных в социальном прогрессе, и одновременно создают объективные условия и субъективные предпосылки для их сотрудничества. Диалектика социального прогресса в современную эпоху проявляется в том, что борьба за решение социальных проблем не отдаляет, приближает социальное обновление общества.

Рост научной и технической мощи человечества, обострение глобальных проблем — будь то экологический, энергетический, продовольственный кризис, усилившаяся угроза существования человеческой цивилизации освещена во многих работах [1, 2, 9, 11, 12, 13, 16].

Проявляя преступную беспечность, человек, воздействуя на природу, быстро изменяет естественную среду обитания. Ухудшение состояния окружающей среды влияет на здоровье людей в каждом обществе, несмотря на то, что причины и следствия могут быть весьма различными.

Философия и литература почувствовали неблагополучие раньше, чем наука. Это и естественно: научное познание требует многолетних кропотливых наблюдений, строгого отбора и анализа фактов, разработки методов, не говоря уже о приборах и инструментах науки. Уже поэтому наука медлительнее интуитивного, художественного постижения мира. Руссо, Кант, Гете, а затем и Лев Толстой глубоко и проникновенно показали нравственную сторону (точнее — безнравственную) потребительского отношения к природе.

С нарастанием и усложнением последствий человеческой деятельности экологическая проблема усугубилась, приобрела невиданную остроту. Идеи, ранее высказывавшиеся лишь отдельными провидцами и не находившие отклика в сердцах их современников, становятся сегодня важнейшей частью этики, философии, педагогики и разделяются миллионами людей.

В данной работе мы ставим перед собой цель наметить некоторые возможности осуществления самосовершенствования с точки зрения развития природных, в том числе резервных возможностей человека. Эта тема, несмотря на безусловную актуальность в плане познания и самопознания природы человека, является крайне мало разработанной. Акцентирование внимания на физическом самосовершенствовании в этой работе обусловлено современными условиями углубления противоречий экологического кризиса, в результате которого страдает прежде всего организм человека. Кроме того суть и конкретные пути других видов самосовершенствования, в частности, нравственного, достаточно подробно и основательно представлены в философской, художественной и публицистической отечественной и зарубежной литературе.

Углубление противоречий экологического кризиса

Выявляемые сферы возможного приложения человеком собственных усилий по саморазвитию в современных экологических условиях определены особенностями эволюционного подхода. Эволюционный подход позволяет отвлечься в теории от антропогенной обусловленности происходящего и рассматривать современное биосферное состояние не только как кризис, — кризисом оно представляется только человеку, — но и как природную эволюционную ситуацию. Это тем более оправдано, что позитивные меры, принимаемые сегодня человечеством по предотвращению роста загрязнения окружающей среды, как будет показано, столь незначительны, что процесс современных биосферных изменений, по существу, предоставлен стихии естественного хода событий.

Какова судьба отдельного человека в такой ситуации? Какой вклад в общее дело преодоления кризисной ситуации может внести он и что в его силах сделать для собственного спасения?

Методологической основой исследований вопроса об изменениях природы человека в естественнонаучном аспекте является эволюционный подход. Дарвиновская теория, несмотря на все возрастающий поток возражений против отдельных ее звеньев, сохраняет свой методологический потенциал во многих отношениях, и, в частности, остается незаменимой в вопросах, касающихся человеческой природы и её начал. Если не сформулированы научно-обоснованные опровержения, в силу которых та или иная общая биологическая закономерность или общий принцип не распространяются на биологический вид, то исследователь вправе сделать допущение, что закономерности, общие для всех других биологических видов, действуют и в отношении рассматриваемого вида.

Основополагающий принцип изменчивости биологических видов постоянно обращает естественнонаучную и философскую мысль к проблеме судьбы человечества, ставит вопрос о возможных изменениях природы человека и их признаках, условиях возникновения, характере и значении таких изменений.

Возможность изменения человеческой природы естествоиспытателями в принципе не отрицается. И. И. Мечников, например, был убежден, что человек представляет собой динамически развивающуюся систему, что у него одни органы прогрессируют от поколений к поколению, другие, регрессируют, а третьи, рудиментарные, постепенно отмирают*. При этом даже малейшие изменения связываются с промежутками времени, гораздо большими в сравнении со временем жизни одного поколения. Подобные изменения оказываются настолько малозаметными внешне, что всего несколько десятилетий назад находились ученые, полагавшие, что биологическая эволюция вида полностью завершилась, и человек по своему физическому и психическому облику на века останется таким же, как сегодня. Изменения антропологического плана были отданы на откуп преимущественно писателям-фантастам, которые пугали своих читателей гуманоидами с громадной головой и почти совершенно атрофированными конечностями, ибо такими, по их мнению, должны стать люди грядущих веков. По-видимому, как те, так и другие предположения можно было сделать при условии, если в основе рассуждений лежит убеждённость в неизменяемости окружающей среды, по крайней мере, в обозримом будущем.

Однако условия стали другими, и некоторые исследования показывают, что наблюдаемые тенденции в изменении облика человека ведут к моделированию прямо противоположного портрета людей будущего. Современные акселераты отличаются именно гипертрофированным телом и конечностями и непропорционально маленькой головой. Родители сбиваются с ног в поисках укрепления опорно-двигательной системы непомерно быстро набирающих в росте своих 10-12-летних детей. Увеличивающиеся не привычными темпами размеры тела порождают свои проблемы, например, являясь физиологической предпосылкой для раннего деторождения. Тело ли перестраивается в соответствии с «падением нравов» современной молодежи в силу социальной нестабильности или воспитательных просчетов, или озадачивающие «нравы» порождаются созревающим невиданными темпами телом, ответить непросто. Однако ясно, что необходимо учитывать и противоположную тенденцию, а именно — столь же невиданными в истории человечества темпами растущие в последние 2-3 десятилетия физиологические препятствия к полноценному деторождению в общепризнанном (признаваемом идеальном) для этого возраста. Такие препятствия выступают по существу природными ограничителями детородного возраста сверху. Их рост позволяет констатировать существование тенденции природного снижения возраста нормального деторождения и на этом основании сделать предположение о том, что существует природная необходимость сохранить прежнюю продолжительность периода нормального деторождения, которая сдвигает рамки этого периода в сторону юности.

Показателен при этом тот факт, что обе тенденции отчетливее проявляются в крупных городах с наиболее неблагоприятной экологической ситуацией и менее характерны для сельской местности и «экологических заповедников». Это наводит на мысль о том, что снижение возраста полового влечения — не досужая прихоть «порочного» поколения, а природная необходимость, проявление и следствие закономерных изменений человеческого организма под влиянием и в соответствии с изменениями физических условий окружающей среды. Не природа вообще — для природы вообще наличие или отсутствие человека безразлично, а природа человека, как самоорганизующаяся и саморегулирующаяся система «заботится» о главном: о сохранении человека как вида, о продолжении рода, причем с минимальными из возможных в данных природных условиях генетико-физиологическими потерями. Все изменения в человеке не важны после процесса размножения.

В той же степени, в какой природе вообще безразличен человек как биологический вид, природе человека нет дела до его духовных устремлений; именно их она приносит в жертву плоти, ради удовлетворения жизненно важных витальных потребностей, обеспечивающих выживание и максимально возможную полноценность воспроизводства человека. Их приоритетная важность по отношению к культуре проступает во всей безапелляционности в «моменты истины» — когда встает вопрос о жизни или смерти человека как вида.

В самом деле, к периоду ранней молодости человеческий организм не успевает существенно видоизмениться под воздействием неблагоприятных экологических и социальных (курение, алкоголь, наркотики и т.д.) факторов и способен произвести на свет относительно полноценное в генетическом и физиологическом отношении существо, по сравнению, скажем, с тридцатилетним организмом, на котором разрушающее влияние упомянутых факторов сказывается уже в существенной степени.

Например, помимо несомненного повышения с годами риска наследственной неполноценности предполагаемого ребенка, психосоматика женщины с возрастом оказывается настолько ослабленной, что зачастую в первые же месяцы беременности включаются защитные механизмы иммунной системы, физиологически запрещающие дальнейшее развитие плода, и организм отторгает его, по существу, спасая жизнь матери. Не только эго-природа индивидуального организма, но и видовая природа человека отдает предпочтение взрослому организму, как бы «выжидая» более благоприятного внутреннего состояния. Но последнее находится в прямой зависимости от окружающих условий, и поскольку ясно, что в обозримом будущем их улучшение не предвидится, то сам собой напрашивался бы вывод о приближении заката человеческого рода, о его постепенном физическом вымирании ввиду утрачивающейся способности к воспроизводству[1], если бы не набирающая силу тенденция акселерации, позволяющая сохранить рамки прежней продолжительности детородного периода и, по существу, означающая задействование резервов[2].

Резервные возможности человека

Природа человека пытается уберечься от губительных последствий достижений культуры, в качестве разумного распорядителя которыми человек по сей день остается несостоятельным, и она подспудно (по мимо его воли и сознания) решает эту проблему своими методами

Между тем в качестве общепринятой альтернативы экологической катастрофе в существующей литературе по-прежнему предлагаются различные концепции социальных преобразований, следствием которых было бы формирование «нового мирового сознания», «новой этики», нового отношения к природе, основанного не на борьбе и господстве, а на гармонии, «ощущении тождества с будущими поколениями людей» и т.д. Идея создания Нового общества и Нового Человека остается еще популярной в этой сфере.

Наиболее конструктивная и реалистическая позиция, на мой взгляд, представлена в концепции Э. Фромма, которая изложена в его книгах «Иметь или быть», «Бегство от свободы»; она полностью совпадает с идейной основой этой установки. Он подчеркивает, что экологические проблемы невозможно решить без коренного преобразования внутренней природы человека, без изменения системы мотиваций. При этом он подвергает критике эти взгляды, называем абстрактно механистическими стремления решить проблему без рассмотрения политических, социальных и психологических факторов, стоящих на пути любых изменений. «Бесполезно указывать на общую тенденцию необходимых изменений, — пишет он, — если это не сопровождается серьезной попыткой рассмотреть те реальные препятствия, которые стоят на пути реализации всех их предложений» [14].

Труды Фромма, являясь, по сути, развернутым исследованием этих препятствий в самых различных аспектах, выполняют поставленную им задачу. Однако некоторая абстрактность все же сохраняется.

Результаты исследования и на этой стадии повисают в воздухе, как если ограничиться выявлением препятствий и при этом не выяснить, насколько они реально преодолимы в условиях конкретной социальной действительности.

В самом деле, как подчеркивает сам Фромм, создание нового общества и нового человека, возможно только в том случае, если на смену старым мотивациям извлечения прибыли и завоевания власти придет новая, а именно — быть, отдавать и понимать; если на смену рыночному характеру придет характер продуктивный, любящий, а на смену кибернетической религии — новый, радикально-гуманистический дух [14]. Может ли все это осуществиться? С помощью каких средств, и есть ли у человечества надежда на решение этой проблемы? И Фромм полагает, что шансы на то, что в человеке и обществе произойдут необходимые изменения, весьма малы [14]. «Трудно поверить, — пишет он, — что не предпринимается никаких серьезных усилий, чтобы избежать того, что так похоже на окончательный приговор судьбы. В то время как в личной жизни только сумасшедший может оставаться пассивным перед лицом опасности, угрожающей его существованию, те, кто облачен государственной властью, не предпринимают практически ничего, чтобы предотвратить эту опасность, а те, кто вверил им свою судьбу, позволяют им пребывать в бездействии» [14]. Фромм высказывает предположение, что объяснение этому можно найти в том, что бесконечные конференции, резолюции, переговоры усыпляют сознание и желание выжить как руководителей, так и руководимых, создавая видимость того, что путь к спасению известен и что они находятся на правильном пути, хотя никаких серьезных изменений в действительности не происходит, — т.е. действует своеобразная «магия принятия решений», за исполнение которых никто не ответственен.

Второе возможное решение он связывает с психологической структурой и лидеров и рядовых членов общества, порождаемой самой системой. Никого больше не шокирует, отмечает он, что ведущие политические деятели и представители деловых кругов способны ставить личный успех выше общественного долга и принимать решения, которые служат их личной выгоде, но вредны и опасны для общества. «В то же время рядовые члены общества столь же эгоистично поглощены своими делами и едва ли обращают внимание на все, что выходит за пределы их собственного узкого мирка», а если они и осознают серьезность положения, то необходимые изменения в образе жизни должны быть настолько радикальны, что люди «предпочитают жить под угрозой будущей катастрофы, нежели приносить сегодня те жертвы, которых потребовали бы эти изменения» [14]. По-видимому, здесь нелишне было бы упомянуть и о подчеркиваемой американским публицистом С. Н. Паркинсоном мере мистифицированности сознания большинства людей по отношению ко всей совокупности существующих структур власти; он пишет, что на самом деле «совет благородных мудрецов» существует лишь в воображении, и только «подросткам, учителям и авторам пособий по истории государственных учреждений продолжает казаться, что мир сравнительно разумен» [10].

И последнее из приводимых Фроммом объяснений, которое существует «помимо объяснений фатальной пассивности человека в вопросах жизни и смерти» и которому он придает, по всей вероятности, определяющее значение, состоит в том, что никакими альтернативными моделями корпоративного капитализма, социал-демократического или советского социализма или технократического «фашизма с улыбающимся лицом» мы в настоящее время не располагаем [14].

В конце книги «Иметь или быть?» он приводит собственную альтернативную модель «нового объединенного человечества, живущего в братстве и мире, свободного от экономической детерминации, от войн и классовой борьбы», но сам же относится к ней как к утопии и не видит иного выхода, кроме как «притягательной силе новых идей», что вряд ли можно расценивать как действительный выход, — скорее, это похоже на последнюю надежду обреченного.

Наверное, не со всеми положениями концепции Э. Фромма можно сегодня согласиться, однако некоторые выводы в результате ее анализа сделать можно.

Прежде всего следует отметить бесспорность самой идейной основы: общепризнанная необходимость изменения внутренней природы человека действительно является альтернативной экологической катастрофе.

Самосовершенствование среди экологических альтернатив

Речь об альтернативности может идти только по поводу путей ее решения. Многоуровневая и многоаспектная проблема предполагает многовариантность ее решений, и, стало быть, на самом деле должен существовать целый «веер» разнообразных альтернатив. Между тем и критикуемые Фроммом авторы и он сам рассматривают лишь один, и, по существу, безальтернативный, путь — путь социальных преобразований. Фромм пошел дальше других и показал, что возлагаемые на этот счет надежды могут не оправдаться. Это очень важный вывод. Он не только наводит на мысль о безвыходности человека перед экологической угрозой; нереализованная самим Фроммом, его ценность в том, что он обнаруживает несостоятельность абсолютизации пути социальных преобразований и ориентирует на экстренный поиск дополнительных альтернатив.

Однако из констатации утопичности пути социальных преобразований отнюдь не следует, что он должен быть отброшен как не ведущий к достижению цели. Напротив, «совершенно очевидно, что актуализация тех социальных преобразований, которые имеет ввиду Э. Фромм, самым благотворным образом сказалась бы на состоянии современной экологии и заодно разрешила бы многие сложнейшие проблемы современного социального развития. Поскольку речь идет о созидании разумного и подлинного гуманного общества, целью которого является действительная свобода и прогрессивное развитие человека, то предлагаемая Э. Фроммом программа является реальной исторической перспективой человечества, которую следует всемерно приближать. Но масштабы этих преобразований таковы, что ничтожно мала вероятность их осуществимости в необходимые исторические сроки. С точки зрения потребностей современной экологической ситуации можно говорить об утопичности этого «социоцентричного» пути в качестве единственного и достаточного.

Учитывая, что бытие человека детерминировано не только воздействием социума, но и природными процессами, а также и процессами самодетерминации, рассмотрение лишь социальных детерминант преобразований является недостаточным. Тем более, что «механизм детерминации» целостен и лишь в научном анализе может быть представлен в виде относительно самостоятельных линий развития.

Понятно, что масштабы действия природных, социальных и индивидуальных возможностей изменения и развития несопоставимы, но почему бы не выявить имманентные специфику и роль «механизмов самодетерминации» и не дать шанс человеку испытать свои возможности на пути свободного саморазвития, показав, в чем они могут заключаться, если вообще такие возможности существуют?

Природа человека как биосоциального существа может и должна рассматриваться в двух аспектах: телесном и духовном; однако телесность, как правило, игнорируется, хотя в условиях постоянно меняющейся экологической ситуации страдает прежде всего именно телесность, человеческий организм. Безусловно, не следует умалять силу духа в «попрании скудных законов естества», но, как справедливо замечает Э. Фромм в книге «Бегство от свободы», удовлетворение физиологических потребностей является императивной необходимостью [15], и не может оставаться за пределами внимания исследователей.

Кроме того, поскольку «изменение» — понятие векторное, и его важнейшей характеристикой является направление, то имеет значение о каком направлении развитии природы человека идет речь. «… Все дело — в изменении направления развития», — пишет Э. Фромм, правда, по другому поводу [15]. ибо каждое направление задает свое русло альтернатив.

Обычно же в работах на данную тему этот вопрос не затрагивается, а авторы, хотя и не формулируют этого, но, очевидно, подспудно исходят из того, что само собой разумеющимся является лишь одно — опять же безальтернативное — направление изменений: возвращение к прежним экологическим условиям как спасение от новых, реставрация новых в старые. Но если такая постановка вопроса имела под собой реальную почву лет 30-50 назад, когда попытки сохранить прежние биосферные условия могли оказаться успешными, то со времени обнаружения учеными необратимых процессов в природе[3] она стала утопией. Это не значит, что принимаемые меры (переход к биотехнологии, безотходному производству, социальные реформы и т.д.) бесполезны, но представляется более правильным относиться к ним как к средствам, сдерживающим и замедляющим темпы изменений в условиях внешней среды, а не к кардинальным рецептам возврата к былому, поскольку это уже не во власти человека: это невозможно объективно, физически. Новые необратимые процессы включаются в существующий физический мир и преобразует его структуру; изменяются его картина и действующие в нем законы.

Перед человеком в качестве объекта и объективной реальности условий его существования возникает новый мир как данность. По отношению к нему бесполезны аксиологические оценки: он не патологичен, не нормален; он не зол, не добр, — он объективен; он не лучше и не хуже того мира, который канул в вечность безвозвратно. Он другой. Человеку необходимо осваиваться в своем новом мире.

Главное, как отмечает Ж.‑М. Леге, заключается именно в том, чтобы «раскрыть, проанализировать, объяснить изменения и научиться ими управлять»[4]. Собственно, изменения природных условий происходили всегда, но столь «медленно», что адаптационные механизмы успевали вносить соответствующие коррективы, и это проходило незаметно для человека. Однако приспособительная система не только адаптировала организм к происходящим изменениям среды, но и адаптировалась сама к темпам их протекания, которые на протяжении обозримого периода эволюции оставались относительно постоянными. Темпы современных изменений в этом смысле необычайно высоки, экспоненциальны. Адаптационные механизмы их не выдерживают: они не «сломались», они «захлебываются». Стратегическая задача состоит в снижении темпов происходящих изменений, а тактическая — в поиске средств для этого.

Очевидно, чтобы смягчить трудности, необходимо действовать с двух сторон: с одной стороны, уменьшать количество изменений, вы падающих на время жизни одного поколения; с другой стороны, интенсифицировать действие адаптационных механизмов. То есть преодоление экологического кризиса можно мыслить и как движение не «от», а навстречу грядущим изменениям. И состоять оно должно, как представляется, во встречном, взаимодополняющем движении общественные родовых и индивидуальных усилий.

На рассмотрении того, как возможно последнее, хотя бы тезисно хотелось бы остановиться в этой работе.

Путь возможных преобразований на индивидуальном уровне включает в себя два основных разнокачественных аспекта: духовный и физический. Но если вопросу о необходимости подъема нравственности до уровня современных требований путем самосовершенствования, состоящим в освоении общечеловеческих ценностей во взаимоотношениях с природой и друг с другом, в последнее время уделяется не мало внимания[5], то вопросы физического существования и развития получают гораздо меньшее освещение.

Снижение темпов изменений окружающей средь? — прерогатива социума, в руках отдельного человека — интенсификация, оптимизация действия своей адаптационной системы.

При рассмотрении индивидуальных возможностей человека в развитии собственной телесности следует исходить из того, что резервные физические возможности человека поддаются практическому освоению. Об этом свидетельствуют различные спортивные достижения: растущие год от года мировые рекорды говорят о том, что рамки этих резервов постепенно расширяются. Индивидуальные физические возможности должны быть задействованы настолько, чтобы человек практически не болел, сохраняя бодрость и работоспособность. Это и является показателем того, что его адаптационная система реагирует на среду адекватно.

Эти усилия аналогичны, например, акклиматизации альпинистов в условиях большой высоты: разреженного воздуха, пониженного давления и т.д. Наиболее эффективным здесь признается способ активной акклиматизации, когда участники восхождения ежедневно, а то и несколько раз в день совершают подъемы на промежуточные пункты маршрута для организации на них временных стоянок которые оснащаются необходимым запасом продуктов и снаряжения. Чем активнее действует альпинист в этих физически трудных подготовительных мероприятиях, тем быстрее и эффективнее его организм перестраивается, приспосабливаясь к новым, непривычным условиям среды, тем легче и лучше он чувствует себя во время ответственного восхождения. Активными тяжелыми нагрузками в период подготовки он интенсифицировал действие своего адаптационного механизма, и последний обеспечил человеку осуществление его жизнедеятельности в необходимом режиме в необычных условиях окружающей среды. Подобные примеры можно привести в отношении погружения человека под воду на большие глубины, подготовки космонавтов и т.д. — т.е. при подготовке к жизнедеятельности в экстремальных по сравнению с обычными условиями среды [3].

Интенсифицируя действие адаптационных механизмов, человек тем самым осваивает (делает своими) непривычные для него физические условия существования. Он превращает патологические (и патогенные) по прежним меркам условия существования в норму и функционирует в них полноценно. И если после полной адаптации его резко переместить в прежние условия, считавшиеся ранее нормой, он будет испытывать дискомфорт и болезненные состояния, аналогичные тем, что он испытывал при адаптации к «патологическим» условиям. Потребуется время, чтобы «норма» снова была воспринята организмом как норма. В повседневной жизни это можно наблюдать при перемещении человека из экологически загрязненных районов в экологически чистые и наоборот, а также при резкой смене географических поясов, например, при дальних перелетах.

Вторая возможность, которую пока можно рассматривать лишь в качестве гипотетической, связана с предполагаемыми расширением диапазона физических возможностей человека под воздействием изменений окружающей среды.

Методологической основой здесь может послужить постулат об исторической обусловленности человеческих ощущений, опирающихся на Марксово положение о том, что вся история есть не что иное, как беспрерывное изменение человеческой природы [5], и что образование пяти высших чувств — это работа всей предшествующей всемирной истории [6].

Связь человека с Природой осуществляется посредством его органов чувств. Материя дана человеку в ощущениях. Ощущения — источник знания человека об окружающем мире: его свойства и изменения этих свойств «копируются, фотографируются, отображаются нашими ощущениями», давая нам более или менее верные образы объективных свойств вещей, хотя различные ощущения обладают разной степенью адекватности воспроизведения этих свойств [4].

Существуя в конкретных физических условиях, которые, как известно, в конечном итоге сводятся к различного рода излучениям, человек, однако, чувствителен не ко всему спектру излучений, известному современной науке, а лишь к очень узкой его области, которая отличается чрезвычайной значимостью для жизни. Непосредственно не воспринимаемая человеком область спектра принципиального значения для выживания в данных физических условиях не имеет и регистрируется с помощью специальных технических устройств, являющихся «продолжением» наших органов чувств. По-видимому, образование пяти высших чувств в процессе биосферной эволюции является функцией среды и несет прежде всего чисто сохраняющую нагрузку.

В таком случае, во-первых, не исключено, что на изменившиеся в результате человеческой преобразовательной деятельности условия окружающей среды, угрожающие его существованию, природа человека отреагирует задействованием резервов, и это найдет выражение в частности, в изменениях его сенсорного аппарата; — во-вторых, не исключено также, что человек, хотя и не отдает себе в этом отчета, но реально воспринимает весь спектр природных излучений своими органами чувств, но в условиях жесткого отбора получили развитие те из них, которые имеют абсолютную значимость для выживания, а остальные продолжают существовать как потенциальные возможности в зачаточном, или неразвёрнутом состоянии. Это значило бы; что соответствующие сигналы от них в мозг поступают, но они на столько слабы, что не переводятся в факт сознания; они «не слышны» на фоне более мощных сигналов-раздражителей, поступающих от развитых органов чувств. Интенсификация действия своей адаптационной системы в этом смысле могла бы заключаться в поиске возможностей «усиления» этих сигналов настолько, чтобы они стали «различимы» для сознания как таковые, т.е. чтобы они воспринимались сознанием наряду с «обычными» (привычными) ощущениями. Изменяя мир, — К. Маркс, — человек «изменяет свою собственную природу. Он развивает дремлющие в ней силы и подчиняет игру этих сил своей собственной власти» [7]. И как говорил Ф. Ницше, «… пусть воля к истине означает ..., что всему надлежит преобразоваться в человечески мыслимое, человечески видимое и человечески ощущаемое? И как переносили бы жизнь без этой надежды вы, познающие? Непозволительно вам сродниться с непостижимым и неразумным» [8].

Заключение

В итоге хотелось бы подчеркнуть, что предлагаемые на сей день решения не должны исходить ни из абсолютизации пути социальных преобразований, ни из своеобразной дилеммы — или социоцентризм или антропоцентризм. Социоцентристские модели в качестве исходного пункта (причем нередко трактуемого как единственно возможный) предлагают осуществлять изменения всего «социума», считая, что почти автоматическим следствием изменения «условий» будет изменение «природы человека». «Антропоцентристские» предлагают начинать с человека, по принципу его самосовершенствования, в результате чего столь же автоматически ожидается изменение социума. Если ставить вопрос по принципу «или-или» — какой из этих псевдоальтернативных подходов должен быть принят как единственно возможный — то все-таки придется, по-видимому, признать, что «оба правы», а решение проблемы следует искать в их взаимодействии, в нахождении исторически-конкретной меры согласования потребностей и интересов системы «социум — индивид» в ее отношении к природе как внешней (среде существования), так и собственной, внутренне (духовно-телесной) природе человека, которая и составляет «субстрат» существования как социума, так и человека.

Список литературы

1. Дольник В.Р. Непослушное дитя биосферы. М.,1994, c. 170-188.

2. Кузнецов В.Н. Экологические последствия применения химических средств защиты растений // Методологические проблемы биологии и экологии. Владивосток, 1989. с. 182-194.

3. Лебедев В.И. Личность в экстремальных условиях. М., 1989.

4. Ленин В.И. Полное собрание сочинений, т.18, с.131.

5. Маркс К., Энгельс Ф. соч., т.4, с.142.

6. Маркс К., Энгельс Ф. соч., т.42, с.122.

7. Маркс К., Энгельс Ф. соч., т.46, ч.1, с.476.

8. Ницше Ф. Так говорил Заратустра. М., 1990, с.74.

9. Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М., 1968 г.

10. Паркинсон С.Н. Законы Паркинсона. М., 1989, с.10.

11. Реймере Н.Ф. Природная среда и человек. М., 1988, с.419- 425.

12. Семченко А.Т. Современный апокалипсис. М., 1989, с.102.

13.Фешбах М., Френдли А.- младший. Экоцид в СССР. М..1992, с.308.

14. Фромм Э. Иметь или быть. М..1990. с.18-20; 169-209.

15. Фромм Э. Бегство от свободы. М., 1990, с.207.

16. Ярошенко В. Экспедиция «Живая вода». М., 1989, c.I0- 15.

* Мечников И. И. Этюды оптимизма. М. 1988.

[1] Это опасение нашло отражение в известной формуле А-Печчеи «из­меняться или погибнуть» в книге «Человеческие качества», а также в работах других исследователей современной экологической ситуации. Очевидное физиологическое сокращение детородного пери­ода в сочетании с неблагоприятными социальными факторами, повы­шением избирательности партнера, обусловленным интеллектуальной и культурной развитостью, одухотворением представлений о смысле жизни — все это факторы, осложняющие и затрудняющие процесс сближения мужчины и женщины и длительной совместной жизни, что в свою очередь, снижает вероятность даже простого воспроизводст­ва людей.

[2] Следует отметить, что раннему созреванию способствует и улуч­шение питания в результате объективно возросшего по сравнению с прошлым уровня материального благосостояния людей.

[3] О сущности необратимых процессов см., например, след. работы: Пригожий И. Наука, цивилизация и демократия. — Философия и социо­логия науки и техники. Ежегодник 1988-1989. — М., 1989. С. 17-18; Рузавин Г.И. Организация, самоорганизация, самоорганизация и ко­операция в развитии систем.-Самоорганизация: кооперативные процес­сы в природе и обществе. — М., 1990. 0.14-16; и др.

[4] Леге Ж.-М. Кого страшит развитие науки? М. 1988. С.75.

[5] См., например, применительно к современности работы А. Печчви «Человеческие качества», «Сто страниц для будущего»; в работах Э. Фромма подробно рассматривается не только в чем конкретно сос­тоит такое совершенствование, но и объективные препятствия, стоя­щие на этом пути. Непреходящая ценность остается в этом отношении и за отечественной мыслью (Л. Н. Толстой, Ф. М. Достоевский, Н. А. Бердяев, В. С. Соловьёв и другие).

www.ronl.ru

Реферат - Билеты по биологии с основами экологии

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ КЭКЗАМЕНУ ПО ВСЕМУ КУРСУ

                    «БИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ».

1        1.Методы исследования в биологии.

2.Биогеохимическая функция разных групп живых организмов.

2        1. Уровни организации живого.

2.Ноосфера. Антропогенное влияние человека на биосферу. Коэволюция человека и биосферы.

3        1. Свойства живого. Проявления свойств живого на клеточном уровне.

2.АтмосфераЗемли как часть биосферы. Особенности воздушной среды обитания. Биогенное происхождение химического состава атмосферы.

4        1.Химический состав клетки, Макро- и микроэлементы.

2.Биогеохимические циклы углерода и кислорода. Антропогенное влияние на эти циклы. Не возобновляемые ресурсы.

5        1.Строение и функция основных классов органических веществ

           Клетки.

2.Экология человека и современная теория питания.

6        1.Строение и функция белков. Ферменты. Денатурация белков.

2.Демэкология. Влияние состояния окружающей среды на

демографическую ситуацию и здоровье населения.

7        1.Строение и функция мембранных органелл. Осмос.

 2.Военная деятельность. Радиоактивное, химическое и биологическое загрязнение. Последствия для человека и его среды обитания.

8        1.Энергетический обмен клетки. Клеточное дыхание.

2.Почва — биокосное вещество. Основные типы почв. Почвенное дыхание. Роль почвы в круговороте веществ.

9        1.Структурно-функциональная организация животной клетки.

2.Закон толерантности. Температура как один из основных

абиотических факторов среды. Стенобионты и эврибионты.

10      1.Структурно-функциональная  организация растительной клетки.

          2.Свет. Биологическое действие различных участков спектра     солнечного излучения. Фотосинтетически активная радиация

11      1.Bиpycы. Строение, классификация (РНК-, ДНК-содержащие, бактериофаги). Особенности жизнедеятельности.

            2.Лимитирующие факторы среды. Закон минимума. Закон    незаменимости    факторов среды.

12     1. Ткани животных. Классификация, строение в связи с функциональным назначением.

2.Биоценоз как биологическая система. Устойчивость биосистемы.

13     1.Разнообразие живого мира. Основные систематические группы живых организмов.

2.Гидросфера Земли -колыбель жизни. Пресные и соленые

водоемы. Особенности водной среды обитания. Гидробионты.

14      1.Принципы и методы классификации организмов. Искусственные системы. Естественные системы. Методы классификации.

2.Учение В.И. Вернадского о биосфере.

15     1.Прокариоты. Основные систематические группы, их значение в    природе.

2. Урбанизация. Экологическая ситуация в крупных промышленных центрах на примере Санкт- Петербурга.

16               1.Систематика растений. Принципы классификации. Краткая характеристика основных систематических групп.

 2. Солнечная активность. Электромагнитное загрязнение. Воздействие  этих факторов на здоровье человека.

17               1. Систематика животных. Принципы классификации. Краткая характеристика основных систематических групп.

            2.Факторы среды. Классификация. Закон Ламотта. Примеры его применения в жизнедеятельности растений, животных и человека.

18               1.Деление клетки. Биологический смысл митоза и мейоза. Соматические м половых клетки.

2. Перенос энергии в трофической цепи. Пирамиды чисел, массы и энергии.

19               1. Клеточная инженерия и биотехнология.

2. Продукты питания и пищевые добавки. Пищевая аллергия.

20               1. Влияние климато-географических факторов на здоровье человека.         

               Эндемические заболевания.

           2. Факторы защиты организма. Иммунитет. Виды иммунитета.

www.ronl.ru

Смотрите также

• 
  Проблема войны и мира реферат
• 
  Деятельность человека реферат по обществознанию
• 
  Отличие человека от животного реферат
• 
  Начальная школа рефераты по физкультуре
• 
  Рентгеновское излучение в медицине реферат
• 
  Этикет в культуре общения реферат
• 
  Реферат теория и методика воспитания
• 
  Травмы опорно двигательного аппарата реферат
• 
  Адаптация к физическим нагрузкам реферат
• 
  Реферат по истории 11 век
• 
  О спорт ты мир реферат