3. Нарушение перемещения органов в онтогенезе

- болезнь Шпренгеля – гетеротопия пояса верхних конечностей (высоко лопатки)

- крипторхизм – неопущение яичка

Чем определяется уровень здоровья человека?

Адекватностью окружающей среды условиям нормальной жизнедеятельности.

Лекция № 15 биосфера как система, обеспечивающая жизнь человека

План:

1) Структра , функции и границы биосферы

2) Свойства живого вещества

3) Закономерности адаптивных приспособлений

4) Функции живого вещества биосферы

5) Круговорот веществ в природе

Биосфера-часть геологических оболочек планеты, в границах которых распространены живые организмы.

Более 70 лет назад академик В.И.Вернадский разработал учение о биосфере - оболочке Земли, населенной и преобразуемой живыми организмами.

В.И.Вернадский высказалт предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

Рассматривались следующие варианты появления жизни:

1) жизнь возникла до образования Земли и была занесена на неё;

2) жизнь зародилась после образования Земли;

3) жизнь зародилась вместе с образованием Земли.

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни, и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями. Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев:

· тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

· стратосфера;

· ионосфера - “живое вещество” отсутствует.

Химсостав чистого воздуха:

Азот – 78,08%

Кислород – 20,94 %

Углекислый газ – 0,03%

Аргон – 0,93%

Озон– 0,0005%

Неон, гелий, метан

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах. Свыше 96% объема гидросферы составляют моря и океаны, около 2% - подземные воды, около 2% - льды и снега, около 0,02% - поверхностные воды суши.

Гидроосфера:

1. Не сплошная оболочка планеты

2. Полностью заселена живыми организмами

3. Населена неравномерно (граница распространения жизни – 3-4 км)

4. Марианская впадина – 11 034 м (рыбы 7,5 км, беспозвоночные )

5. Лимитирующий фактор – отсутствует

6. Состоит из соленой и пресной воды

В океане различают: Планктон- взвешенные в воде одноклеточные растения и мельчайшие животные; Нектон – активно плавающие животные, способные противостоять течению; Бентос- прикрепленные ко дну организмы или ползающие по нему.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Литосфера:

1. Состоит из осадочных пород, гранита, базальта и почвы

2. Граница – 3-4 км

3. Лимитирующий фактор – высокая температура

В литосфере в результате деятельности живых организмов возникла почва. Это наиболее заселенная часть литосферы. Почва объединяет между собой биологический и геологический круговороты

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

. Магнитосфера – внешняя оболочка, состоящая из протонов и других ядерных части

Границы биосферы совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни (благоприятный температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа).

Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом океане организмы - на глубине 10 - 11 км. Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона (03). Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16 - 20 км.

Плотность жизни в биосфере

• Распределение жизни в биосфере носит резко неравномерный характер.

• Наибольшая плотность жизни наблюдается на границах сред обитания. Эти сгущения жизни принято называть, пользуясь терминологией В. И. Вернадского, "пленками жизни".

• Одна из таких пленок жизни на границе контакта почвы и воздуха - 2-3 см толщины.

• Вторая отмечена в зоне контакта воздушной, почвенной и морской сред жизни - это прибрежная зона и зона апвеллинга (достигаемая морскими брызгами).

• Третья - эуфотическая зона океана (до 200 м), т. е. зона свободного проникновения солнечного луча. Даже в эуфотической зоне выделяют еще более насыщенный жизнью слой в 2-3 см зону контакта водной и воздушной сред. Это настоящий инкубатор жизни.

Основные свойства биосферы:

• открытая система; централизованная система; саморегулирующаяся система; система с большим разнообразием составляющих компонентов

Структура биосферы:

• Косное вещество Оно сформировалось без участия живых организмов: вода, гранит, базальт и т.д.

• Биогенное вещество – создано в процессе жизнедеятельности организмов: Кислород, каменный уголь, известняк

• Биокосное вещество- Совместный результат деятельности организмов и небиологических процессов: почва

Типы веществ по В.И. Вернадскому:

1. Живое вещество

2. Биогенное вещество

3. Косное вещество

4. Биокосное вещество

5. Радиоактивное вещество

6. Вещества космического происхождения. Метеориты

7. Рассеянные атомы

Свойства живого вещества

1. Всему живому веществу присуща подвижность :

   1. пассивная

   2. активная

2. Живое вещество имеет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, нежели неживое.

3. Живое вещество представлено в виде дисперсных систем

4. Способно к эволюционному процессу

4. Высокая скорость обновления и феноменально высокая - протекания химических реакций

5. Высокие приспособительные возможности

Закономерности адаптивных приспособлений

Правило Алена у животных по направлению с севера на юг увеличиваются размеры придатков

Правило Бергмана- из двух близких видов более крупные обитают в холодном климате, более мелкие- в теплом.

Правило Глогера (правило окраски)-у животных близких видов пигмент выражен сильнее у особей, обитающих в теплом влажном климате и более тускло у особей в сухом холодном климате.

Закономерности адаптивных приспособлений Для тропического типа характерно:

1. удлиненная форма тела,

2. уменьшенная грудная клетка,

3. длинные конечности,

4. повышенное потоотделение,

5. снижен основной обмен и синтез жиров.

АРКТИЧЕСКИЙ ТИП

• Воздух и почва в Антарктиде и Заполярье содержит мало микроорганизмов. Пища животного происхождения (богата белками, но бедная углеводами).

• В Арктике почти не встречаются люди с астеническим телосложением. Для этого типа характерно:

1. сильное развитие костно-мышечной системы,

2. большие размеры грудной клетки,

3. высокий уровень гемоглобина,

4. высокое содержание в крови белков, холестерина,

5. повышенная способность окислять жиры.

ГОРНЫЙ АДАПТИВНЫЙ ТИП

• Основным экологическим фактором высокогорья является гипоксия. У жителей высокогорья наблюдается:

• повышенный уровень основного обмена,

• удлинение длинных трубчатых костей скелета,

• расширение грудной клетки,

• повышенное содержание эритроцитов и гемоглобина.

Функции живого вещества биосферы

Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции.

Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование.

• Энергетическая функция живого вещества заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. Часть Е вместе с остатками организмов "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

• Газовая функция живого вещества заключается в осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

• Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая энергию для жизненных процессов.Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серо-бактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

• Концентрационная функция живого вещества заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Биомасса-это масса сухого вещества, отнесенного к единице площади или объема (кг/га, т/м³ )

Трофические цепи и перенос энергии

Трофическая цепь- последовательность живых существ, передающих друг другу вещество и энергию,т.о. объединяя экосистему в единое целое.

Биогенный круговорот веществ

• Круговоротом веществ называют постоянный обмен веществ между оболочками земного шара.

• С появлением живых организмов пути перемещения веществ, ранее определяемые абиотическими факторами, существенно изменились.

• Появление ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ в тысячи раз ускорила протекание химических превращений. Поэтому живое вещество стало самодостаточным системообразующим фактором на планете

Круговорот веществ в природе

• круговорот углерода

Углерод — обязательный химический элемент органических веществ всех классов.Огромная роль в круговороте углерода принадлежит зеленым растениям. В процессе фотосинтеза углекислый газ атмосферы и гидросферы ассимилируется наземными и водными растениями, а также цианобактериями и превращается в углеводы.

В процессе же дыхания всех живых организмов происходит обратный процесс: углерод органических соединений превращается в углекислый газ. В результате ежегодно в круговорот вовлекаются многие десятки миллиардов тонн углерода.

• Таким образом, два фундаментальных биологических процесса — фотосинтез и дыхание — обусловливают циркуляцию углерода в биосфере. Общее кол-во углерода в живых организмах – 550 Гт

• В атмосфере – 750 Гт

• Деятельность человека – 5.5 Гт/год

• Основные потребители СО₂ – растения – «зеленые легкие планеты»

• Дыхание планеты – вариабельность интенсивности фотосинтеза в различные периоды года

• Круговорот кислорода

• Круговорот азота

Азот — необходимый компонент важнейших органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, АТФ и др. Основные его запасы сосредоточены в атмосфере в форме молекулярного азота, недоступного для растений, так как они способны использовать его только в виде неорганических соединений.

Пути поступления азота в почву и водную среду различны. Так, небольшое количество азотистых соединений образуется в атмосфере во время гроз. Вместе с дождевыми водами они поступают в водную или почвенную среду. Небольшая часть азотистых соединений поступает при извержениях вулканов.

• Круговорот воды

Последствия

• Ледовый покров Арктики сократился на 15%

• Угроза наводнений

• Переле тные птицы прилетают на север раньше и остаются надольше

• Глобальное потепление способствует распространению смертельно опасных заболеваний

Проблемы биосферы

• Увеличение населения Земли

• Эрозия и загрязнение почв

• Загрязнение водоемов

• Урбанизация

• Уничтожение лесов

• Использование энергоресурсов

• Климатические изменения

• Уменьшение озонового экрана

• Исчезновение видов

Стратегия выживания человечества

• Регуляция численности населения

• Уменьшение загрязнения окружающей среды

• Использование альтернативных источников энергии

• Безотходные технологии

ЗАКОН НООСФЕРЫ (В.И.Вернадский)

• На современном этапе развития цивилизации Биосфера должна неминуемо превратиться в ноосферу.

• Ноосфера – сфера обитания, где человеческий разум в развитии природы играет основную роль.

123