Энергия углеводов выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

Дыхание – процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде углеводов, передаётся на универсальную энергонесущую молекулу АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

При дыхании, то есть при разложении одного моль глюкозы, выделяется 686 калорий:

С6Н12О6 + О2 →СО2 + Н2О + 686 кал.

В случае, если бы эта энергия выделялась быстро, произошло бы резкое повышение температуры и свертывание белка и гибель организма. Поэтому природа придумала хитрый механизм выделения энергии частями.

Виды дыхания:

1. Аэробное – дыхание в присутствии кислорода. Аэробное дыхание – процесс, обратный нормальному фотосинтезу, то есть синтезируемое орга - ническое вещество снова разлагается на составные части СО 2 и Н2О, вы - свобождая при этом потенциальную энергию, аккумулированную в этом веществе. Особенности аэробного дыхания:

a. Идёт полное высвобождение энергии, равное потенциальной энергии химических связей (686 кал).

б. Окислителем является кислород.

в. Восстановителем является органическое вещество.

2. Анаэробное – дыхание в отсутствии кислорода. Служит основой жизнедеятельности многих простейших организмов, бактерий, грибов. Осо - бенности анаэробного дыхания:

a. Протекает без участия кислорода:

C6H12O6 + CH3COOH → 4CO2 + 4CH4 + Q

б. Высвобождаемая энергия меньше потенциальной энергии хи - мических связей:

11

Q < Qпот

CH4 + 2O2 →CO2 + 2H2O + q1

Q + q1 = Qпот

Анаэробное дыхание является необходимым условием существования сапро - трофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибов, простейших), но может встре - чаться в тканях высших животных.

Брожение. Основная реакция:

C6H12O6 →C2H5OH + CO2 + Q3.

Q3 < Qпот

C2H5OH + O2 →CO2 + H2O + q3

Q3 + q3 = Qпот

В этом процессе углевод является и окислителем, и восстановителем. Окончательное разложение отмерших животных и растительных остатков

осуществляется редуцентами, которые возвращают в основном неорганические вещества в биосферу в форме, доступной для продуцентов, то есть вещество возвращается в круговорот. Возвращение неорганических веществ в круговорот является основной задачей редуцентов.

Разложение органического вещества есть результат добывания необходимых химических элементов и энергии при преобразовании пищи внутри клеток.

Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических веществ от процесса синтеза. Именно это отставание обусловило накопление в недрах горючих ископаемых, а в атмосфере кислоро - да.

12

Продукция и деструкция В экологии принято рассматривать две группы процессов, соотношение ско -

ростей которых позволяет характеризовать экосистему: Продукция – процесс образования органических веществ. Деструкция – процесс разложения органических веществ.

Именно преобладание скорости продукции над скоростью деструкции явля - ется причиной накопления кислорода в атмосфере (табл.1).

Таблица 1. Атмосферные и температурные условия на Земле и других планетах

Таким образом, соотношение скорости продукции и скорости деструкции определяет баланс скорости автотрофных и гетеротрофных процессов в целом. В автотрофных системах продукция преобладает над деструкцией (тайга). В ге - теротрофных процессах деструкция преобладает над продукцией (город).

13

Лекция 3. Шкала Кэлдера. Живое вещество, его свойства и функции. Эколо -

год приравнивается к 100 млн. лет. Тогда, согласно этой шкале, возраст планеты Земля составляет 46 лет. До 20 лет поверхность Земли была безжизненна и лишь в 45-летнем возрасте ее поверхность покрылась растительностью. Дино - завры вымерли 8 месяцев назад. На прошлой неделе некоторые обезьяны пре - вратились в человека; 4 часа назад люди начали промышлять охотой, а час назад

– земледелием. 30 сек назад человечество стало индустриально-мощным. Всего 3 сек назад было замечено, что человек стал оказывать серьезное влияние на облик Земли.

Эволюция экосферы

Этапы эволюции: добиотическая фаза, в ходе которой химическая эволю - ция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологическая эволю - ция. Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы 4,5 млрд. лет назад. Первичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала H2, N2, пары H2O, CH4, NH3 , инертные газы, возможно, также CO, HCN, формальдегид и другие соединения.

2.Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет

еепостоянного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жид -

кая вода, формируется гидросфера; круговорот воды; водная миграция эле - ментов и многофазные химические реакции в растворах. Благодаря явлению автокатализа происходит отбор и рост молекул.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации соединений C, H, O, N за счет энергии УФ излучения солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических

14

импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений.

4. Возникновение круговорота органических соединений, включающие ре - акции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительных реакций – зародыш биотического круговорота экосферы. Дальнейшее услож -

5.Возникновение жизни на Земле ( 3,5 млрд. лет назад). Структуризация

биопродукция О2 обуславливает постепенный переход к окислительной атмо - сфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов наземных растений и животных приводит к дальнейшему ускоре -

15

8.Появление человека – лидера эволюции. Возникновение и развитие чело - веческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших (по мерам экосферы) потоков вещества и энергии, которые нарушают замкну - тость биотического круговорота, вызывают антропогенные экологические кризисы и становятся неактивными фактором эволюции экосферы.

малых количествах.

Поскольку небольшие потребности в микроэлементах связаны с таким же небольшим содержанием их в окружающей среде, они нередко становятся лимитирующим фактором. Для растений особенно важны 10 микроэлементов:

16

Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V и Co. По функциям эти элементы можно разделить на три группы:

1.необходимы для фотосинтеза – Fe, Mn, Zn, Cl, V;

2.необходимы для азотистого обмена – Fe, B, Mo, Co:

3.необходимы для метаболических функций –Mn, Cu, B, Si, Co.

Все эти элементы, кроме В, требуются также животным. Кроме того, животным могут требоваться Se, Cr, Ni, F, I, Sn и даже As.

Живое вещество. Его свойства и функции по Вернадскому.

Термин «живое вещество» в экологию впервые введен В.И. Вернадским в 30-е годы ХХ века

Живое вещество – совокупность всех живых организмов, выраженная через массу, энергию и химическое вещество.

Доля живого вещества в биосфере составляет около 0,01%. Остальное веще - ство, с точки зрения Вернадского, является косным.

Свойства живых веществ:

1. Всюдность жизни – способность быстро занимать и осваивать всё свободное пространство. Пример: площадь листьев растений состав - ляет 10 гектаров на один гектар почвы для умеренного климатического пояса и до 70-80 для тропических лесов.

2.Движение не только пассивное, но и активное.

3.Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

4.Высокая адаптация к условиям окружающей среды. Функции живого вещества:

1.Энергетическая. Способность создавать запасы энергии.

2.Газовая. Способность поддерживать и изменять качественный и коли - чественный состав атмосферы.

3.Концентрационная. Способность аккумулировать элементы в концен - трациях, превышающих в несколько раз их концентрацию в окружаю - щей среде.

Кчислу основных свойств биосферы следует отнести:

17

1.Непрерывное создание нового органического вещества («ответствен - ными» за это являются автотрофы).

2. Существование механизмов, обеспечивающих неисчерпаемость эле - ментов и веществ в биосфере благодаря их круговороту (редуценты).

Экологические факторы.

Среда обитания – природное окружение живого организма. Слагается из ор - ганических, неорганических и антропогенных (появляющихся в результате че - ловеческой деятельности) компонентов

Экологические факторы – важные для жизни организма компоненты окру - жающей среды, которые могут быть как полезными, так и вредными. Одни и те же экологические факторы могут быть положительными для одних организмов и отрицательными для других. Например, кислород для анаэробных организмов является вредным фактором.

Условия существования – совокупность экологических факторов, обуславли - вающих рост, развитие, выживание и воспроизводство организмов.

Всё многообразие экологических факторов обычно делят на три группы: 1.Абиотические, т.е. совокупность важных для организма свойств неживой при - роды:

a. Химические (состав атмосферы, воды, почв).

б. Физические (температура, давление, влажность и т.д.). Как правило, выделяют главные абиотические факторы:

-климатические (освещенность, температура, влажность и т.д.);

-географические (географическое положение, рельеф);

-гидрогеологические (наличие, количество, вид и состав водоемов); -эдафические (состав и свойства почв).

Все факторы могут влиять на живые организмы непосредственно или косвенно. Например, рельеф местности влияет на освещенность, влажность, скорость и направление ветра.

Климатические факторы − солнечный свет, температура, давление, влаж -

ность

18

Географические факторы − продолжительность дня и ночи, рельеф местно -

сти

19

Экологические факторы

Абиотические Биотические Антропогенные

Неантагонистические

симбиоз (гр. symbiosis − сожительство) мутуализм (лат. mutuus − взаимный)

комменсализм (лат. commensalis − сотрапезник) Рис.7. Классификация экологических факторов.

Гидрологические факторы − течение, волнение, состав и свойства воды

Эдафические факторы (греч. edaphos −почва) − состав и свойства почвы

2.Биотические – совокупность воздействий жизнедеятельности одних орга - низмов на другие. Возможны взаимодействия:

Антагонистические (хищничество, паразитизм, конкуренция).

Неантагонистические (симбиоз, мутуализм, комменсализм).

Антропогенные – совокупность различных воздействий человека на живую и неживую природу.

Экологическая ниша – совокупность территориальных и функциональных

характеристик среды обитания соответствующая требованиям данного вида: Пища. Условия размножения. Отношения с конкурентами.

Правило Гаузе. Два вида, сосуществующие на одной территории, не могут иметь совершенно одинаковых требований к условиям жизни, иначе один из них обязательно вытеснит другой.

"Среда обитания – это адрес, по которому проживает организм, а экологическая ниша - это его профессия" (Пьер Агесс, эколог, 1976).

20