Основы организации и устойчивости биосферы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Современная биосфера представляет собой сложную систему, которая включает всю живую и неживую (среду обитания) природу - часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.

Устойчивость биосферы. Стабильность биосферы основана на большом разнообразии живых организмов, которые выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, во взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласовании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров.

Живое вещество выполняет функцию космического значения, связывая и перераспределяя на поверхности Земли космической энергии,

Комплексное отрицательное воздействие человечества на биосферу увеличивается значительно интенсивнее прироста самого человечества, которое привело к масштабному загрязнению воды, воздуха, почвы в 20 веке.

2. Структура биосферы. Функции и свойства живого вещества. В.И. Вернадский считал, что вещество биосферы состоит из семи глубоко разнородных частей, но геологически не случайных: живое вещество, биогенное, косное, биокосное, вещество в радиоактивном распаде, вещество рассеянных атомов и вещество космического происхождения. Наиболее важными являются первые четыре.

Живое вещество ( В.И. Вернадский) - совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав. Живое вещество биосферы химически и геологически является чрезвычайно активным.

Биогенное вещество (уголь, нефть, известняки, торф, сланцы и др.) - органические и органоминеральные вещества, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории Земли.

Косное вещество - субстрат или среда обитания живых организмов.

Биокосное вещество образовано в результате синтеза живого и неживого (косного) вещества (кора выветривания, почвы, илы, природные воды, осадочные породы и другие).

3. Функции и свойства живого вещества. Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции:

- газовые (миграция газов и их превращения);

- концентрационные (аккумуляция организмами химических элементов из внешней среды);

- окислительно-восстановительные (химические превращения веществ, содержащих соединения железа, марганца, микроэлементов и т.д.);

- биохимические и биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека (техногенез, форма созидания и превращения вещества в биосфере, стимулирующая переход биосферы в новое состояние - ноосферу).

Совокупность этих функций определяет все химические превращения в биосфере

В учении о биосфере выделяют следующие основные аспекты:

- энергетический. Это связь биосферно-планетарных явлений с космическими излучениями и радиоактивными процессами в земных недрах;

- биогеохимический; отражает роль живого вещества в распределении и поведении атомов в биосфере и её структурах;

- информационный; изучает принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе в связи с исследованием влияния живого вещества на структуру и состав биосферы;

- освещающий; изучает формирование и эволюцию различных структур биосферы в геологическом времени в связи с особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в биосфере;

- ноосферный; изучает глобальные эффекты воздействия человечества на структуру и химию биосферы.

Существенный момент учения о биосфере - представления о взаимосвязях (прямых и обратных связях) и сопряжённой эволюции всех структур биосферы.

Коэволюция атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Неразрывная связь живого и минерального миров в биосфере вызвана тем, что любое проявление жизни не может существовать без обмена веществ с окружающей средой, т.е. вне биологических круговоротов.

Условие существования биосферы - функционирование глобального цикла органического углерода. Энергетическую основу его составляет фотосинтез. Важнейшая характеристика цикла - масса выпадающего из него и захороненного в осадочных породах органического вещества. Для эволюции биосферы, стратосферы и земной коры, основной закономерностью является их эвтрофикация и сопутствующая ей оксигенизация.

Существенные изменения биосферы выразились в прохождении ею нескольких стадий: эмбриональной, юной, зрелой и, возможно, уже вхождении в старческую. Во всех причинно-следственных связях живого и минерального миров функционирование живого вещества является основной причиной изменений в системах различного масштаба. Таким образом, биосфера - очень сложная, саморегулирующаяся открытая система, в которой действует принцип Ле Шателье, обусловливающий устойчивость ее существования.

Эволюция биосферы состоит из двух фаз:

А. . Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд. лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру, резко восстановительная, содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы, окись углерода, формальдегид и другие простые соединения.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере в результате остывания и энергии солнечного излучения. Формируется гидросфера, возникает водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений углерода, азота, водорода, кислорода за счет энергии ультрафиолето-вого излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и др. энергетических импульсов.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, зарождается биотический круговорот биосферы.

Б. Биотическая эволюция:

5. Возникновение жизни (около 3,5 млрд. лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живого вещества.

6. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода обусловливает постепенный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.

7. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете.

8. Появление человека. Вовлечение в техногенез непропорционально больших потоков вещества и энергии нарушает замкнутость биотического круговорота, вызывает антропогенные экологические кризисы и становится негативным фактором эволюции.

Ресурсы биосферы — все то, что человек использует для обеспечения своего существования — продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное пространство, воду, объекты для удовлетворения эстетичных потребностей.

Биологические ресурсы - промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты и т.п.

Минеральные ресурсы относятся к невозобновляемым: уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы. Через быструю деградацию ряда экосистем биосферы в последнее время ресурсы живого вещества - биомассы - тоже перестали восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.

Поскольку биосфера планеты есть замкнутая система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние и её способность восстанавливать свою биомассу, истощаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования.

4. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, состоящую из живого и неживого. Живое вещество, составляя 0,01-0,02%, охватывает всю биосферу, ее создает и изменяет, но геологически является самой большой силой в биосфере.

Биосфера поддерживает в состоянии динамического равновесия все протекающие в ней процессы, благодаря непрерывному круговороту атомов из косной материи через живое вещество снова в неживую природу.

На основе учения Вернадского биосферу определяют как активную оболочку Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Появление интеллекта, как высшей познавательной способности живого организма, радикальным образом ускорило темпы практически всех процессов, протекающих во внешней оболочке Земли - биосфере.

Человек - одна из бесчисленного множества возможных реализаций самооpганизации материи во Вселенной - естественного космического объективного процесса и никаких особых привилегий нарушать или развиваться вопреки объективным законам и процессам не имеет. Он просто будет навсегда уничтожен "породившей" его Вселенной, в которой будут реализовываться все новые и новые формы самоорганизации материи, но вид Homo Sapiens уже никогда не повторится. Поэтому, мысля космическими категориями, у человека нет другого выхода и выбора, как действовать в согласии с планетарными объективными законами эволюции. Об этом уже в первые годы ХХ столетия начал говорить В.И. Вернадский. Он отмечал, что воздействие человека на окружающую природу растет столь быстро, что скоро он превратится в решающую геологическую силу и он должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Развитие окружающей среды и общества сделаются неразрывными. Биосфера перейдет однажды в сферу разума - в ноосферу. Произойдет объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным - направляемым силой разума. Термин "ноосфера" предложил французский исследователь Леруа в 1924 г., впоследствии он широко использовался П.Т. де Шарденом. В.И. Вернадский стал употреблять этот термин только в последние годы своей жизни. С термином ноосфера до сих пор не все просто, поскольку однозначное его толкование отсутствует. В.И. Вернадский, создавая свое учение о ноосфере, закладывал в него гораздо более глубокий, философский смысл.

ТЕМА 6. КОНЦЕПЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА.

Современная биосфера. Концепция и функции живого вещества в биосфере. Распространение живого вещества в биосфере. Границы биосферы. Человек с точки зрения законов эволюции. Экология человека. Экологические ниши человека. Коэволюционный характер развития общества и природы на современном этапе развития биосферы.

Концепция и функции живого вещества в биосфере. Живое вещество обладает специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции. Живое вещество характеризует:

- большой запас энергии.

- реакции в живом веществе идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее;

- слагающие его химические соединения – белки, ферменты и др. – устойчивы только в живых организмах;

- произвольное движение является общим признаком всякого живого вещества;

- обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое.

Границы биосферы. Верхняя граница биосферы в атмосфере определяется высотой 20-25 км - слоем озона. В гидросфере границы доходят до максимальных глубин, жизнь встречается на дне океанических впадин, до 10-11 км от поверхности, где температура около 0°С. В литосфере жизнь ограничивается температурой горных пород. Биосфера - чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Человек с точки зрения законов эволюции. Сегодня существуют три основные теории антропогенеза.

2. Эволюционная теория - человек произошел от обезьяноподобных предков в процессе длительного развития под воздействием законов наследственности, изменчивости и естественного отбора. Основоположник этой теории – Ч. Дарвин (1809-1882).

3. Космическая теория - человек имеет внеземное происхождение. Он — или прямой потомок инопланетных существ, или плод экспериментов внеземного разума.

Этапы эволюции человека. Археологические и биологические данные.

Австралопитек наиболее близкий к предковой форме человека; жил на территории Африки 4,2-1 млн. лет назад. По внешнему виду ближе к обезьяне, чем к человеку, ходил на двух ногах и пользовался разными предметами как орудиями. Объем его мозга был меньше человеческого, но больше, чем у современных человекообразных обезьян.

Человек умелый (Homo habilis) жил 2,4-1,5 млн. лет назад в Африке и назван из-за умения изготовлять простейшие каменные орудия. Его мозг на треть превосходил мозг австралопитека, а биологические особенности мозга свидетельствуют о возможных зачатках речи.

Человек прямоходящий (Homo erectus) расселился 1,8 млн. — 300 тыс. лет назад по Африке, Европе и Азии. Он делал сложные орудия и уже умел использовать огонь. Его мозг по объему близок к мозгу современного человека, что позволяло ему организовывать коллективную деятельность (охоту на крупных животных) и использовать речь.

В период от 500 до 200 тыс. лет назад происходил переход от человека прямоходящего к разумному человеку (Homo sapiens).

Экология человека – это наука, изучающая закономерности взаимодействия человека как биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим миром, с динамичной, постоянно усложняющейся средой обитания, проблемы сохранения и укрепления здоровья.

Экология человека изучает антропосистемы различного уровня – от глобального до локального и микролокального. В рамках экологии человека выделяются разделы экология города (урбоэкология), техническая экология, экологическая этика, психологическая экология, этноэкология, палеоэкология, медицинская экология и т.п.

Будучи составной частью биосферы, человек сильно зависит от окружающей среды и в ходе эволюционного развития адаптировался к действию широкого спектра природных условий, в том числе и ритмичности природных явлений.

В соответствии с теорией биоритмов человек со дня рождения находится в трех биологи-ческих ритмах: физическом, эмоциональном и интеллектуальном. Физический цикл (23 дня) определяет энергию человека, его силу, выносливость, координацию движения. Эмоциональный цикл (28 дней) обусловливает состояние нервной системы и настроение. Интеллектуальный цикл (33 дня) определяет творческую способность личности (регулирует память, бдительность, восприимчивость к знаниям, логические и аналитические функции мышления).

Экологическая ниша — место, занимаемое видом в биоценозе, включающее комплекс его биоценотических связей и требований к факторам среды. Термин введён в 1914 году Дж. Гриннеллом и в 1927 году Ч. Элтоном. В настоящее время доминирует модель гиперобъёма Дж. Э. Хатчинсона. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:

- фундаментальной — определяемой сочетанием условий и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популяцию;

- реализованной — свойства которой обусловлены конкурирующими видами.

Коэволюционный характер развития общества и природы на современном этапе развития биосферы. Термин коэволюции, т.е. гармоническое развитие природы и общества, обеспечивает стабильное развитие окружающей человека среды.

Понятие коэволюции впервые было употреблено биологами для описания ситуации совместного развития, например, бабочки и цветка, т.е. по сути, оно выражало идею взаимного приспособления биологических видов. Н.Н. Моисеев под коэволюцией понимает совместное развитие элементов одной системы, сохраняющей свою целостность и естественный, эволюционный, канал развития.

Применительно к природе и обществу коэволюция предлагает такое их развитие, которое не разрушает стабильности окружающей среды (биосферы) и создает необходимые условия развития общества, в рамках определенной системы экологических запретов и императивов. В свою очередь, деятельность общества должна быть максимально приближена (адаптирована) к естественным процессам, происходящим в биосфере. Человеку следует считаться с законами развития природы, иначе она же отомстит за каждую допущенную по отношению к ней ошибку.

Коэволюционное развитие природы и общества являются необходимым условием устойчивого развития, как самой природы, так и социальной среды.

Историческое сочинение по периоду истории с 1019-1054 г.: Все эти процессы связаны с деятельностью таких личностей, как.

Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации энергии. Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий среды в той или иной части биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биоценоз — пространственно ограниченные части биосферы — не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных к совместному обитанию. Такие сообщества называются биоценозами.

Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценозы, тем выше устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Озера превращаются в болота — идет образование торфа, а в итоге на месте озера вырастает лес.

Процесс закономерного изменения биоценоза называется сукцессией. Сукцессия — это последовательная смена одних сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке среды. При естественном течении сукцессия заканчивается формированием устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.

Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для вселения. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.

Так как каждый биоценоз включает в себя все основные экологические группы организмов, он по своим возможностям приравнивается биосфере. Биотический круговорот в пределах биоценоза — своеобразная уменьшенная модель биотического круговорота Земли.

1. Основа организации и устойчивости биосферы

Термин "биосфера" был введен для обозначения общего облика поверхности Земли, обусловленного наличием на ней всей массы живых организмов. Два главных компонента биосферы — живые организмы и среда их обитания (включая нижние слои атмосферы, водную среду) — сосуществуют в постоянном взаимодействии, образуя целостную систему. Отдельные популяции живых организмов не являются изолированными от окружения. В ходе эволюции образуются биоценозы - сообщества животных, растений, микроорганизмов, В совокупности со средой обитания биоценозы образуют биогеоценозы. В них происходит непрерывный обмен веществом и энергией, которые реализуются множеством трофических цепочек и биогеохимических циклов. Биогеоценозы служат элементарными ячейками биосферы, которые, взаимодействуя между собой, устанавливают динамическое равновесие в ней. Живое вещество выполняет системообразующую роль в суперсистеме жизни - биосфере. Высокая степень согласованности всех видов жизни в биосфере есть результат совместно протекающей эволюции взаимодействующих биологических систем — коэволюции. Коэволюционное развитие проявляется в тонкой взаимной приспособляемости видов, во взаимодополнении живых систем. В конечном итоге коэволюция приводит к увеличению разнообразия и сложности в природе. В этом представлении состоит суть концепции коэволюции. Согласно ей многообразие живых организмов — это основа организации и устойчивости биосферы. Каждый биологический вид выполняет свою функцию в биосферном циркулировании вещества, энергии, в обмене информацией и осуществлении обратных связей. В связи с этим очевидна опасность уменьшения численности видов живых организмов и сокращение генофонда, которые непрерывно происходят под давлением человеческой цивилизации на природу.

Таким образом

1. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы: газов, атмосферы, минеральных солей, воды и т.д.

2. Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее следующие уровни жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих уровней обладает относительной независимостью, и только это обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы.

3. Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды обитания и жизни отдельных видов создают предпосылки для морфологического процесса, важным элементом которого является совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы. Сохранились лишь те виды организмов, которые в ходе борьбы за существование стали оставлять потомство, несмотря на внутренние перестройки биосферы и изменчивость космических и геологических факторов.

Живая природа является основной чертой проявления биосферы, она резко отличает ее тем самым от других земных оболочек. Строение биосферы прежде всего и больше всего характеризуется жизнью. Эта самая мощная геологическая сила, живое вещество планеты, представляет собой совокупность весьма хрупких и нежных живых организмов, по массе составляющих ничтожную часть созданной ими биосферы.

Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной.

Химический состав элементов живого вещества нашей планеты характеризуется преобладанием немногих элементов: водород, углерод, кислород, азот являются главными элементами земного живого вещества и поэтому названы биофильными. Атомы их создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями.

Живые вещества нашей планеты существуют в виде огромного множества организмов со своими индивидуальными признаками, разнообразных форм и размеров. Среди живых организмов встречаются мельчайшие по форме микроорганизмы и многоклеточные животные и растения крупных размеров. Размеры колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров.

Население биосферы в видовом и морфологическом отношении так же чрезвычайно разнообразно. Подсчеты количества видов, населяющих нашу планету, проводились различными авторами, но их все же можно считать только приближенными.

Согласно современным оценкам, на Земле существует около 3 млн видов организмов, из которых на долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных — 2,5 млн видов. Весь органический мир нашей планеты со времен Аристотеля традиционно разделяется на растения и животных. В настоящее время, благодаря изучению структуры организации живых существ, можно провести более совершенную классификацию, чем это было раньше.

При этом происходит биогенная миграция атомов: атомы, захваченные растениями, переходят к травоядным животным, затем — к хищникам, которые питаются травоядными. Мертвые растения и животные служат пищей для микроорганизмов, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности минеральные вещества снова потребляются растениями. Из этого биологического круговорота выпадает лишь небольшой процент атомов. Эти вышедшие из жизненного процесса биогенные атомы попадают в косную (неживую) природы, тем самым играя огромную роль в истории биосферы.

Процесс размножения замирает только при недостатке кислорода в окружающей среде, действии низких температур и отсутствии места для обитания новых организмов.

Таким образом, он сделал вывод о том, что мелкие организмы размножаются быстрее крупных, а домашние животные размножаются быстрее диких.

3. Классификация живого вещества

Весь мир живых существ в настоящее время подразделяют на две большие систематические группы: прокариоты и эукариоты.

Прокариоты (от лат. pro — вперед, вместо и греч. кагуоп — ядро) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация у них реализуется и передается через ДНК, типичный половой процесс отсутствует. К ним относятся бактерии, например, сине-зеленые водоросли. В системе органического мира прокариоты составляют над-царство.

Эукариоты (от греч. еu — хорошо, полностью и karyon — ядро) — организмы, обладающие в отличие от прокариотов, оформленным клеточным ядром, отделенным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал у них заключается в хромосомах, характерен половой процесс. К ним относится все, кроме бактерий.

Самыми низкоорганизованными живыми организмами являются те, у которых отсутствует истинное ядро клетки, ДНК располагается в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Эти организмы получили название прокариоты. Все остальные организмы называются эукариоты.

Именно прокариотам обязана наша планета появлением атмосферы. Прокариоты могли существовать в совершенно немыслимых условиях, которые сложились на нашей планете 3 млрд лет назад — интенсивная ультрафиолетовая радиация, не удерживаемая озоновым слоем, активнейший вулканизм — и были одними из самых приспособленных живых существ. Их потомки, например, сине-зеленые водоросли и сейчас обладают необыкновенной живучестью.

Огромный шаг в эволюции живого вещества был сделан, когда появились эукариоты с их кислородным дыханием. На переход от прокариотов к эукариотам, вызвавшем грандиозную перестройку биосферы, ушло еще около миллиарда лет. За обретение кислородного голодания прокариоты заплатили тем, что они стали смертны в обычном смысле слова, в отличие от эукариотов, которые, по-видимому, не имели естественной смерти. Но вместе с этим они приобрели и значительно большую, чем у прокариотов, эффективность использования энергии, благодаря чему смогли гораздо быстрее эволюционировать и стали способны к самосовершенствованию.

В связи с действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли в биосфере совершаются постоянные процессы движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. На Земле ежегодно разрушатся 10 12 тонн живого вещества из общего запаса 10 13 тонн. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи живое вещество способно к аккумуляции энергии, размножению и обладает огромной скоростью реакций. На Земле нет силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые вместе. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ. Аккумуляция и минерализация происходит в биоценозах. Основной круговорот углерода состоит в превращении СO₂ в живое вещество, из которого при разложении бактериями и дыханием вновь образуется СО₂

Круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы за счет деятельности некоторых бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания растений и животных — в почву, где гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака, который затем окисляется бактериями в азотную кислоту. Таким образом, накопление химических элементов в живых организмах и освобождение их в результате разложения мертвых — характерная особенность биогенной миграции.

Обновление биомассы на суше происходит в среднем за 15 лет, причем для лесной растительности эта величина значительно больше, а для травянистой — значительно меньше. В океане общая масса живого вещества обновляется в среднем через каждые 25 дней. Обновление всей биомассы Земли осуществляется за 7—8 лет.

Количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству. Это достигается тем, что в природе есть противоположная направленность процессов.

Важнейшим звеном биохимического круговорота является фотосинтез — мощный естественный процесс, вовлекающий ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Этот процесс выступает как регулятор основных геохимических процессов в биосфере и как фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Фотосинтез происходит на всей поверхности Земли и создает огромный геохимический фактор, который может быть выражен количеством массы углерода, ежегодно вовлекаемой в построение органического живого вещества всей биосферы. Продуктивность планетарного фотосинтеза может быть выражена в количестве масс углекислоты и воды, потребляемых всеми растениями земного шара в течение года. Учитывая то, что воды мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный кислород атмосферы обновлялся не менее одного миллиона раз.

При гибели организма происходит обратный процесс — разложение органического вещества путем окисления, гниения и т.п. с образованием продуктов разложения.

Напряженность жизни выражается в росте и размножении организмов. За все время развития биосферы энергия Солнца превращалась в биохимическую энергию размножения живых организмов. При этом поглощенная энергия разделялась на два компонента: компонент роста, приводящий к определенной массе данного тела, и компонент размножения, определяющий увеличение числа организмов данного вида.

Функции живого вещества в атмосфере Земли довольно разнообразны. В.И. Вернадский выделял пять таких функций:

1. Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями. Для синтеза органических веществ растения используют углекислый газ, выделяя при этом в атмосферу кислород. Весь остальной органический мир использует кислород с процессе дыхания и пополняет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменяется газовый состав атмосферы: снижается содержание углекислого газа и увеличивается концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество качественно изменило состав атмосферы — геологической оболочки Земли.

2. С газовой функцией тесно связана окислительно-восстановительная функция. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения ряда металлов, что приводит к образованию осадочных пород.

3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы, например, в таких растениях-накопителях, как осока, хвощ, содержится много кремния. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы: залежи мела, известняка и т.п.

4. Биохимическая функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов и расползанию живого вещества в разные географические области.

5. Биохимическая деятельность охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.

Список литературы

1. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. - М.: Изд. ИЭМПЭ, 2008.

2. Недельский Н.Ф., Олейников Б.И., Тулинов В.Ф. Концепции современного естествознания. – М: Изд. Мысль, 2006.

3. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания.- М.: Изд. ЮНИТИ, 2005.

3. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. – М.: Изд. ЮНИТИ, 2004.

Отношения к среде отдельно взятого вида имеют односторонне необратимый характер. Вид извлекает из среды необходимые ему вещества и энергию, но возвращает их в иной, обычно измененной и непригодной для повторного использования форме. Этим вид истощает и засоряет свою среду, не восстанавливая причиненных нарушений. И если бы результаты его деятельности не ликвидировались противоположно направленной… Читать ещё >

Многообразие живых организмов. Основа организации и устойчивости биосферы ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

• Введение
• 1. Единство и многообразие живых организмов
• 2. Значение многообразия живых организмов для поддержания устойчивости экосистем
• 3. Негативное влияние человека на структуру биоразнообразия
• 4. Видовое разнообразие России
• 5. Приоритетные направления сохранения многообразия живых организмов в Российской Федерации
• Заключение
• Библиографический
• список

Биологическое разнообразие − главный природный и генетический ресурс России и всей планеты, обеспечивающий возможность их устойчивого развития. Это − непреходящая ценность, имеющая ключевое экологическое, социальное, экономическое и эстетическое значение. Оно является потенциалом самоорганизации биосферы, обеспечивающим ее регенерацию, устойчивость к негативным природным и антропогенным воздействиям, ресурсом для компенсации потерь отдельных биотических элементов .

В Национальной стратегии сохранения биоразнообразия России авторы более расширительно трактуют уровни анализа биоразнообразия организменный, популяционный, видовой, биоценотический, экосистемный, территориальный (ландшафтный) и биосферный. Суммируя эти подходы А. А. Тишков дает такое определение биоразнообразию: биоразнообразие разнообразие живого на всех уровнях его проявления, формирующееся в результате действия эволюционных, экологических, а в последние тысячелетия и антропогенных факторов. Цель нашего исследования − выяснить, почему многообразие живых организмом является основой организации и устойчивости биосферы.

1. Единство и многообразие живых организмов

Многообразие органического мира не ограничивается числом различных видов. Виды, в свою очередь, состоят из молодых и взрослых идивидуумов, многие − из самцов и самок, у некоторых общественных насекомых имеются матки, трутни, рабочие и солдаты, и, наконец, у большинства видов есть разновидности, географические расы и экологические формы. Для них характерны определенные строения и образ жизни .

При всем многообразии органический мир − не что-то разрозненное и хаотичное. Напротив, он представляет собой единое целое. Единство живой природы, как и мира в целом, выражается в ее материальности. Все виды животных и растений представляют собой различные формы существования живой материи. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорганизмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гормональных систем и др.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции. Одним из выражений такой близости служит, например, сходство химического состава растительного пигмента хлорофилла с животными кровяными пигментами − гемоглобинами и гемоцианинами, обеспечивающими дыхание. Близки химически ферменты растений и животных и одинакова общая роль белков и нуклеиновых кислот; у всех животных, от простейших до человека, основные ферменты сходны. Есть и много других признаков удивительной биохимической общности всех отделов органического мира. В то же время имеются и специфические особенности биохимизма, отличающие животных от растений, бактерии от вирусов, а порой даже одну разновидность от другой.

Сходность основных биохимических и физиологических особенностей животных, растений и микроорганизмов дополняется едиными чертами их строения и особенно тем, что клетка является основой структуры всех организмов. Существенным моментом, характеризующим единство органического мира, является наличие общих законов, по которым живут и развиваются все виды животных и растений. Таков закон единства живого тела и условий жизни, закон естественного отбора, закон взаимосвязи индивидуального и исторического развития организмов и т. д.

Органический мир представляет собой единое целое, но в то же время он дискретен, т. е. состоит из отдельно существующих частей. Эти части соподчинены и образуют целостную систему, каждая часть обладает самостоятельностью, т. е. в определенных отношениях является и целым.

Обладая известной автономией, части входят в состав более крупных структурных единиц, образуя разные ступени организации от клетки до органического мира как целого.

Как и всякое вещество, живая материя построена из молекул и атомов. Их взаимодействие, обуславливающее обмен веществ или проявление жизни на молекулярном уровне, изучает биохимия и биофизика. Следующей по величине частью живого являются клетки, образующие ткани и органы. Отличаясь высокой степенью интеграции частей, организмы обладают неизмеримо большей автономностью по отношению друг к другу, нежели составляющие их органы и части.

Но автономность организмов (особей, индивидуумов) тоже относительна, они существуют лишь как составные части популяций. Популяции представляют собой совокупности свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определенные территории − биотопы. Совокупность таких территориальных популяций составляет вид, распространенный на определенной части земной поверхности, к условиям которой он приспособился.

Почти каждый вид состоит из различающихся по строению, но в то же время кровно родственных групп индивидуумов; у многих животных личинки не только отличаются по внешнему виду, строению и физиологии, но и живут в других местах либо питаются иной пищей и имеют многие другие особенности. Также отличаются самцы и самки, а у многих видов насекомых, паразитических червей и других известны пищевые расы, живущие за счет разных кормов или по-разному размножающиеся, например, озимые и яровые расы рыб. Вид, таким образом, представляет не простое собрание одинаковых индивидуумов, а сложную систему группировок, соподчиненных, тесно связанных друг с другом и тем поддерживающих существование друг друга. Объединение разнородных индивидуумов в популяции, а различных популяций в виды создаст много преимуществ в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида к среде, поскольку здесь возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существование географических рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное значение для успеха его борьбы с другими видами. Наконец, популяции разных видов образуют сообщества (биоценозы), занимающие отдельные участки земной поверхности. В каждый биоценоз, где бы он ни находился, входят хлорофиллоносные растения, питающиеся ими растительноядные животные, хищники и паразиты, живущие за счет растительноядных животных, и, наконец, микроорганизмы, минерализующие трупы животных и растений. Такие сообщества представляют собой достаточно целые системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмен веществ приспособлен друг к другу и одни виды используют продукты метаболизма других видов или их самих в качестве пищи. В биоценозах на основе взаимодействия составляющих их видов возникают новые формы отношений живых существ с неживой природой. Биоценозы отдельных биотопов и природных зон на основе общего круговорота веществ объединяются в единую систему − органический мир.

Все части единого органического мира отличаются не только степенью самостоятельности и автономности, но и тем, что по мере их усложнения возникают на каждой ступени качественно новые, все более сложные проявления жизни, при этом углубляется и расширяется взаимодействие живого с неорганической средой.

Единство многообразной и сложно организованной живой природы выражается во взаимосвязях и взаимодействии качественно различных видов животных, растений и микроорганизмов. Эти взаимоотношения и служат основой возникновения и развития сообществ, состоящих из разных видов. Такова структура органического мира, покоящаяся на основном свойстве живой материи − обмене веществ и энергии со средой.

Будучи единым целым, живая природа не представляет собой какой-то замкнутой автономной системы. Она находится в тесном единстве и взаимодействии с окружающей ее неживой природой. Тела животных и растений состоят из тех же химических элементов, в них действуют те же химические и физические законы, которые присущи неживой природе. Неживая природа не только породила живое на определенной ступени своего развития, но и является необходимым условием его существования и развития. Существование жизни обеспечивается взаимодействием каждой особи с окружающей ее абиотической и биотической средами, а также взаимоотношениями всего органического мира как целого с неживой природой. Первое исторически обусловило строение индивидуумов, их приспособленность к определенным условиям. Второе осуществляется посредством определенной организации видов и образованием сообществ различных форм животных, растений и микроорганизмов.

Единство, тесная взаимосвязь организмов с окружающими абиотической и биотической средами нашли яркое выражение в трудах русского биолога К. Рулье, русского физиолога И. М. Сеченова . Углубил эти представления о единстве организмов и среды И. В. Мичурин . «Каждый организм, каждое свойство, каждый член, все внутренние и наружные части всякого организма, − писал он, − обусловлены внешней обстановкой его существования. Если организация растения такова, какова она есть, то это потому, что каждая ее подробность исполняет известную функцию, возможную и нужную только при данных условиях «.

Разнообразные формы животных, растений и микроорганизмов отличаются друг от друга величиной, формой, строением, функциями (характером жизнедеятельности), местами обитания (географическим распространением), органическим веществом, синтезируемым с помощью хлорофилла. Помимо растений это делают бактерии − хемосинтетики, использующие при синтезе энергию химических превращений. За счет растений живут другие организмы. Животные питаются готовыми органическими веществами и являются его потребителями (консументами). Наконец, значительная часть микроорганизмов (большая часть бактерий и низших грибов − актиномицетов) существует за счет мертвого органического вещества (трупов животных и растений), разлагая его и возвращая к исходному неорганическому состоянию. Поэтому их называют разрушителями (редуцентами) органического вещества. Другие микроорганизмы ведут паразитический образ жизни, существуя за счет живых растений и животных ("https://referat.bookap.info", 23).

Таким образом, животные, растения и микроорганизмы не просто сосуществуют, а живут за счет друг друга, находятся в необходимой связи, без которой их жизнь невозможна. Эти связи сложились исторически в ходе развития органического мира в результате противоречий, с одной стороны, между живой и неживой природой, с другой − между организмами, каждый из которых для своих партнеров представляет часть окружающей его среды, причем часть относительно более важную, нежели неорганическая природа.

2. Значение многообразия живых организмов для поддержания устойчивости экосистем

Все организмы прямо и косвенно связаны как с неживой природой, ее климатическими, географическими и другими физическими и химическими факторами, так и со своими партнерами по сообществу. В этом многообразии отношений находит выражение взаимосвязь и взаимообусловленность абиотических и биотических факторов среды, воздействующих на всякий организм как целостная система, хотя каждый из перечисленных элементов среды в то же время самостоятелен и в определенных пределах может меняться независимо от других.

В результате объединения отдельных видов сложной системы − биоценоза − образуется единая структура органического мира; она обладает высокой степенью слаженности, чем и объясняется ее устойчивость. Но эти связи одновременно и противоречивы, что определяется характером отношений каждого со средой.

Отношения к среде отдельно взятого вида имеют односторонне необратимый характер. Вид извлекает из среды необходимые ему вещества и энергию, но возвращает их в иной, обычно измененной и непригодной для повторного использования форме. Этим вид истощает и засоряет свою среду, не восстанавливая причиненных нарушений. И если бы результаты его деятельности не ликвидировались противоположно направленной восстановительной деятельностью других видов, его существование в скором времени стало бы невозможным. Так, растения, извлекая из почвы питательные вещества, обедняют ее, и, если бы не существовали почвенные микроорганизмы, разлагающие мертвые тела погибших растений и животных, растительность очень скоро погибла бы.

Односторонний характер воздействия любого вида на окружающую среду и невозможность его непрерывного существования без восстановления другими видами использованных ресурсов объсняют неизбежность возникновения и развития жизни как общего и единого круговорота веществ в биосфере. Биосфера представляет собой те части газообразной, жидкой и твердой оболочек земного шара − атмосферы, гидросферы и литосферы, − которые заселены и преобразованы живыми существами.

Еще на заре жизни наметились два основных звена биогенного круговорота веществ − гетеротрофного и автотрофного питания. Гетеротрофное питание означает усвоение организмами уже существующих органических веществ, а автотрофное − их синтез из веществ неживой природы. Круговорот веществ замкнулся при появлении сапрофитов, минерализующих мертвое органическое вещество и возвращающих его в исходное неорганическое состояние. Последующий рост многообразия органического мира приводил к расширению и углублению биологического круговорота веществ. В ходе эволюции не только увеличилось многообразие форм живой материи − росло число видов, усложнилось строение организмов. Одновременно усложнилась общая структура живого покрова Земли и занимающих отдельные участки земной поверхности сообществ животных, растений и микроорганизмов. Эволюция видов была неразрывно связана с развитием их сообществ и тем самым − с усложнением и расширением их связей с неживой природой.

Эволюция биосферы

Глубокая фундаментальная взаимосвязь компонентов био­сферы делает ее похожей на единый живой организм, кото­рый, родившись практически одновременно с Землей, не­прерывно эволюционирует. Планетарные масштабы этой эво-люционизирующей системы и одновременно ее схожесть с живым организмом определяют место биосферы как особого уровня организации живой материи.

Эволюция биосферы предстает как процесс самоорганизации в открытой неравновесной системе планетарного масштаба,а источником упорядоченности в биосфере Земли служит отри­цательный энтропийный баланс при непрерывном обмене ве­ществом и энергией с окружением.

Источником энергии в биосфере является, прежде всего, Солнце. Мощность излучения Солнца достаточно стабильна. Однако в истории Земли известны глобальные ритмические изменения климата. Так, за последний миллион лет было несколько оледенений. Одной из основных причин измене­ний климата считают небольшие вариации земной орбиты и наклона земной оси. Они меняют количество солнечной энер­гии, поступающей на Землю, и ее распределение по сезонам и широтам. Этого оказывается достаточно для заметных последствий в нелинейнойсистеме атмосфера-океан. Малые ас­трономические факторы являются источником значительных пе­риодических перестроек в климате планеты, а вместе с этим — и в биосфере.Эти глобальные циклические процессы имеют периоды сотни и десятки тысяч лет. Механизмы их влияния на эволюцию биосферы изучены пока слабо. Есть и другие механизмы космического влияния, связанные с потоком ча­стиц (электронов, протонов, ионов и др.), поступающих к Земле от Солнца. Этот поток называют солнечным ветром. Его интенсивность многократно возрастает при периодических выбросах вещества и излучения с поверхности Солнца —. вспышках на Солнце.

Величины потоков энергии и космических частиц, воз­действующих на биосферу и на ее биологические компоненты являются сложными периодическими функциями, имеющими характерные для Земли космические циклы.

Циклы, связанные с солнечной активностью, длятся при­мерно 11 лет. Максимумы солнечной активности проявляются на Земле в виде магнитных бурь и других явлений планетарно­го масштаба. Влияние солнечной активности на земные про­цессы носит название солнечно-земных связей. Статистически установлена связь между уровнем солнечной активности и хо­дом ряда процессов в биосфере Земли (динамикой популяции, эпидемий, количеством сердечно-сосудистых кризов и др.). Известный русский ученый А. Л. Чижевский, выполнив со­поставительные исследования в области солнечной астроно­мии, биологии и истории, пришел к выводу о весьма значи­тельном влиянии периодичности солнечной активности не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле.Этот вывод послужил основой его концепции зависимости биоло­гической и общественной жизни от космических ритмов и на­чалом нового направления в биологии — гелиобиологии.

• Для учеников 1-11 классов и дошкольников
• Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Выяснить в чём состоят причины
и границы устойчивости биосферы к воздействию деятельности людей.

Введение
Биосфера. Учения В. И. Вернадского.
Человек и биосфера.
Влияние природы на человека.
Влияние человека на природу.
Глобальные экологические проблемы человека.

Введение
Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью её видоизменить. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой земли. Носитель земного разума – человек – с нарастающим темпом воздействует на биосферу, активно захватывая всё занимаемое ею пространство, меняя облик земной поверхности.

Биосфера.
Учение В. И. Вернадского.

2. Человек и биосфера

Человек, вне всякого сомнения, является частью биосферы. Его связи с биосферой многочисленны и многофункциональны. Однако его появление как вида Homo sapiens (человека разумного) качественным образом изменила облик биосферы. Переход человека от прстого биологического приспособления к условиям среды обитания, присущего всем без исключения живым организмам к целенаправленному изменению окружающей природной среды обусловил то, что антропогенная деятельность превратилась в основной фактор, определяющий направления эволюции биоферы.

3. Влияние природы на человека.

4. Влияние человека на природу.

5. Глобальные экологические проблемы человечества.

Читайте также:

  
• Добывающая промышленность энергетика реферат
  
• Ответственность за нарушение прав человека реферат
  
• Уголовная ответственность за хулиганство и вандализм обж 10 класс реферат
  
• Реферат по обж на тему факторы разрушающие здоровье
  
• Советская пропаганда в годы великой отечественной войны реферат