Биология_с_основами_экологии. Адельшина. Уч. пос., 2011

80

Сезонная динамика обусловлена сезонной цикличностью явлений природы (смена времен года). Она оказывает влияние на жизнедеятельность организмов (спячка, зимний сон, миграции, периоды цветения, активного роста, листопада и зимнего покоя у растений).

Многолетняя периодичность зависит, например, от количества осадков в различные года и чередование засушливых лет с многолетними периодами обильных дождей.

Поступательные изменения приводят в конечном итоге к смене одного биоценоза другим, с иным набором господствующих видов.

Причинами этой смены могут быть загрязнение водоемов, иссушение болотных почв, усиленный выпас скота и др.

Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией (с лат. “ последовательность”, “ смена”). В основе сукцессии лежит не полнота биологического круговорота в данном биоценозе. Появившийся ряд закономерно сменяющих друг друга сообществ называется сукцессионной серией.

В зависимости от первоначального состояния субстрата, различают первичную и вторичную сукцессию. Первичная сукцессия наблюдается тогда, когда формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате. Первичная сукцессия позволяет проследить формирование сообществ с самого начала. Например - зарастание мхом или лишайником оползня после обвала, или на образовавшейся мели после отступления моря или изменения русла реки.

Вторичная сукцессия представляет собой последовательную смену одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий. Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека.

Сукцессионные изменения происходят обычно до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема. Такое самовозобновляющееся,

устойчивое и находящееся в равновесии со средой сообщество называется

81

климаксным. Оно представляет собой заключительную стадию развития биоценоза.

5. Биосфера как специфическая оболочка Земли.

Биосфера- это живая оболочка Земли (от греч. “bios” - жизнь, “sphaira”

- пленка, шар). Термин “ биосфера” впервые был использован в 1875 г.

австрийским геологом Эдуардом Зюссом.

На рубеже XIX-XX веков идея о глобальном влиянии жизни на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего русского ученого-почвоведа В.В. Докучаева. Он создал учение о почве как своеобразной оболочке Земли, являющейся единым целым, которое включает в себя живые и неживые компоненты.

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был русский академик Владимир Иванович Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу учения о биосфере.

Таким образом, можно сказать, что биосфера - оболочка Земли, состав,

структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов, которая проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и

верхние горизонты литосферы. Таким образом, область распространения жизни на Земле невелика: всего несколько десятков метров почвенного слоя,

около 11 км океанских глубин и 10-15 км атмосферы. В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы. Они отличаются геологическими, географическими, экологическими,

биологическими, физическими и другими условиями.

Вещественный состав биосферы по Вернадскому включает 7

разнородных, но геологически не случайных частей:

82

1)живое вещество - совокупность всех живых организмов;

2)биогенное вещество - рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (например, известняки и др.);

3)косное вещество - образуется без участия живых организмов

(твердое, жидкое, газообразное);

4)биокосное вещество - костное вещество, преобразованное живыми организмами (например, вода, почва, ил);

5)вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового и актиноуранового ряда);

6)рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

7)вещество космического происхождения в форме метеоритов,

космической пыли и др.

По В.И. Вернадскому биосфера является самой крупной (глобальной)

экосистемой Земли, то есть областью системного взаимодействия живого и костного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Все живое вещество в биосфере выполняет следующие основные функции: энергетическую, окислительно-восстановительную, газовую,

концентрационную, деструктивную, средообразующую.

В.И. Вернадский подразделил биосферу на тропосферу (то есть нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана, то есть 20-25 км),

литосферу (кору выветривания, то есть верхнюю часть твердой поверхности Земли) и гидросферу.

Воздушная, водная и почвенная оболочка земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью. Они выступают как основные среды жизни, активно формирующие ее состав и биологические свойства.

Современная атмосфера Земли (газовая оболочка) по химическому составу относится к азотно-кислородному типу. Азота в ней содержится около 78,09%, а кислорода20,95% от газового состава атмосферы Земли.

83

Этим она качественно отличается от всех известных ныне небесных тел,

включая планеты Солнечной системы. Углекислого газа в атмосфере мало

(приблизительно 0,036%), но небольшое его увеличение приводит к парниковому эффекту – опасному повышению температуры Земли.

Атмосфера состоит из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Свойства газовой оболочки Земли неодинаковы по вертикали. В частности,

большое значение имеет высотное падение атмосферного давления: на высоте 6200м его величина уменьшается вдвое по сравнению с уровнем моря. Этот фактор важен для фотосинтеза, так как он зависит от парциального давления СО2, а также для аэробных организмов, так как процесс газообмена прямо зависит от величины парциального давления кислорода.

В атмосфере различают несколько слоев (рис.23), расположенных на разных высотах (снизу вверх): тропосфера (9 – 16 км), стратосфера (16 -50

км), мезосфера (50 – 80 км), ионосфера (80 – 1000 км), экзосфера (свыше

8000 км). В разных слоях атмосферы происходят разные процессы. В

биосферу входит часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового

слоя).

Рис. 23. Схема геосфер Земли по Н.Ф. Реймерсу, 1980.

84

Воздушная (наземно-воздушная) среда жизни обладает

определенными особенностями, которые направляют общие пути эволюции обитателей этой среды: высокое содержание, низкая и изменчивая влажность атмосферного воздуха, низкая плотность воздуха.

Жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков вещества и энергии, формирующих биологический круговорот.

Многообразие жизненных форм в наземной среде более определяется зональными климатическими и ландшафтными факторами.

Литосфера - это “ каменная оболочка” Земли, верхняя часть земной коры. Толщина ее от 6 км под океанами до 80 км (горные системы) и плюс мантия Земли. Почвенный покров (как среда жизни) представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу. Толщина почвы в среднем составляет 18-20 см, но в некоторых районах суши может колебаться от нескольких см до 1,5-3 м.

Почва характеризуется плотностью и включает три фазы: твердую

(минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы.

Соотношение этих трех фаз определяет основные физические свойства почвы как среды обитания живых организмов.

Почвенными или эдафическими факторами является вся совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы. К физическим факторам относятся водный, воздушный и тепловой режимы, плотность и мощность почвы, ее структура и пористость и т.п. К химическим факторам относятся реакция почвы, солевой режим, элементарный химический состав и др.

Биологическими факторами являются растения и животные, населяющие почву.

Почва как среда жизни характеризуется следующими основными

особенностями:

1) химические свойства почвы зависят от соотношения минеральных

почвенных элементов и органического вещества;

85

2) состав и размеры минеральных частиц (твердая фаза) определяют механические свойства почвы;

3) различные формы влаги (гравитационная, капиллярная и прочносвязанная) на фоне определенного типа структуры почвы определяют конкретные водные свойства почвы, то есть ее водоудерживающую способность, водопроницаемость и водоподъемные свойства;

4)состав воздуха почвы (газообразной фазы ее) качественно близок к составу атмосферного воздуха, но отличается более широкими колебаниями соотношения различных газов;

5)в почве нет резких колебаний света и температуры;

6)органическое вещество почвы образуется в результате разложения мертвых организмов, входит в состав экскретов. Часть органического вещества образуется в самой почве, а значительная часть его попадает в почву из наземных экосистем (например, из лесной подстилки).

По целому ряду экологических особенностей почва является средой,

промежуточной между водной и наземно-воздушной. В почве имеет место вертикальная структурированность трофических процессов, связанных с биологическим круговоротом веществ.

Гидросфера – это водная оболочка Земли, в которой выделяют поверхностную и подземную части. В состав поверхностной ее части входят воды мирового океана, включающего прибрежные моря и континентальные водоемы (озера, реки, болота и т.д.). Поверхностная часть гидросферы составляет примерно 96,53% от всех вод и на 70,8% покрывает Землю.

Подземная часть гидросферы - воды верхней части земной коры (1,69% от всех вод). Ее количество и границу проследить невозможно, т.к. она глубоко проникает в толщу земной коры. Кроме того, огромные массы воды находятся в виде льда (приблизительно 1,65% от всех вод). Только 2% от общего объема гидросферы составляют пресные воды, остальные 98%

гидросферы - соленые воды океанов, морей и т.д. Причем пресные воды в основном сосредоточены в ледниках, которые пока используются мало, а на

86

долю остальных пресных вод, которые и используются для водоснабжения,

приходится всего 0,3% объема гидросферы. К биосфере можно отнести практически всю гидросферу, т.к. везде обнаружена жизнь.

Для гидросферы как среды жизни характерен ряд свойств, основные

из которых следующие:

1) сходство состава и количества химических элементов и отдельных

ионов в тканях живых организмов и в соленой воде;

2)способность воды растворять воздух и обеспечивать определенный кислородный режим водоема;

3)определенная активная реакция среды (рН);

4)химизм и особенно соленость воды;

5)высокая вязкость и плотность воды (примерно в 800-1000 раз выше плотности воздуха);

6)удельная масса воды соизмерима с таковой тела живых организмов;

7)по температурному режиму различают три группы водоемов

(тропические - температура никогда не бывает ниже 40С, полярные -

температура не выше 40С и водоемы умеренного пояса - вода на небольшой промежуток времени прогревается выше 40С);

8)прозрачность воды;

9)вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде.

Комплекс свойств водной среды определил многие черты строения и биологии размножения растений и животных. В гидросфере имеется вертикальная структурированность трофических процессов, связанных с круговоротом веществ.

По структуре водоемы подразделяются на толщу воды или

пелагеаль и область дна или бенталь.

В соответствии с таким делением все организмы-гидробионты

подразделяются на виды, связанные с дном - бентос, и формы, обитающие в

пелагиали - пелагос.

87

Пелагические сообщества включают пассивно парящие в толще воды формы - планктон и активно плавающих животных - нектон. Особую группу составляет нейстон, т.е. пелагические виды, обитающие на границе водной и воздушной сред (например, личинки комаров, водомерки, личинки плавунцов и др.).

Группа обитателей “ пограничной” зоны гидросферы называется

плейстон. Эта группа организмов характеризуется тем, что часть тела обитателей находится в воде, а часть - в воздухе (например, ряски,

сифонофоры и др.).

Понятие о ноосфере.

Эволюция биосферы связывалась В.И. Вернадским с эволюцией жизни на Земле. В связи с этим В.И. Вернадский пришел к необходимости анализа роли Человека разумного во всем этом процессе. Венцом творчества Вернадского стало его учение о ноосфере, т.е. сфере разума. В дальнейшем в разработке идеи ноосферы принимали участие французы Леруа и Тейяр де Шарден. Позже эта идея захватила умы многих известных во всем мире ученых (например, А.Г. Спиркин, В.А. Зубков, Л.Н. Гумилев и др.)

Термин ноосфера происходит от греческого noosразум, то есть мыслящая оболочка, или сфера разума, как ее назвал французский ученый Е.

Ле-Руа. По В.И. Вернадскому “ ноосфера - это новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупной геологической силой. Вернадский подчеркивал необходимость разумной организации взаимодействия общества и природы, отвечающей интересам человека, всего человечества и окружающего его мира. Он также отмечал, что человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может, его существование есть ее функция, которую он несет с собой всюду, неизбежно изменяя ее.

Воздействие человека принципиально отличается от результатов жизнедеятельности остальных организмов: оно связано в первую очередь не с биологической, а с производственной деятельностью. Человек не просто живет в природе, а замещает в ней естественное искусственным, как бы

88

создает вторую природу. Именно поэтому появились техногенная среда,

техногенные ландшафты. На развитие биосферы, ее изменение и трансформацию оказывают воздействие природные факторы и процессы,

техногенные социально-экономические факторы и техногенная деятельность человека.

В целом учение Вернадского о биосфере заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы. Практическое значение учения о биосфере огромно.

89

Литература:

1.Адельшина Г.А. Наследственные заболевания у человека: Уч. пособ.- Волгоград:

ВГАФК, 2002.-56 с.

2.Адельшина Г.А., Адельшин Ф.К. Генетика в задачах: Уч. пособ. по курсу биологии. –

М.: «Глобус», 2009.-174.

3.Адельшина Г.А., Полеткина И.И. Методы генетических исследований человека: Уч. пособ. - Волгоград: ВГАФК, 1999. - 53 с.

4.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1999. - 455 с.

5.Билич Г.Л., Крыжановский В.А. Биология. Полный курс. В 3-х т. - М.: «ОНИКС 21

век», 2002.

6.Биология. / Под ред. Ярыгина В.Н. В 2-х кн.: Учебник для мед. спец. вузов. - М.: Высш.

шк., 2007.

7.Георгиевский А.Б. Дарвинизм: Уч. пособ. для биол. и хим. спец. пед ин-тов. - М.: Просвещение, 1985. - 271 с.

8.Горелов А.А. Экология: Уч. пособ. – М.: Центр, 2000 – 240 с.

9.Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3-х томах. - М.: Мир, 1993.

10.Заяц Р.Г., Рачковская И.В. Общая и медицинская генетика. Лекции и задачи /Серия «Учебники, учебные пособия» – Ростов н/Дону: «Феникс», 2002 – 320 с.

11.Зубарева Е.В., Полеткина И.И. Генетические критерии спортивного отбора: Уч. пособ. - Волгоград: ВГАФК, 2000. - 34 с.

12.Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов-на-Дону: Изд-во “ Феникс”, 2000. - 576 с.

13.Москатова А.К. Отбор юных спортсменов: генетические и функциональные критерии.

ГЦОМИФК, М., 1992 - 60 с.

14.Медицинская генетика: Учебник/ Н.П. Бочков, А.Ю. Асанов, Н.А. Жученко и др.; Под ред. Н.П. Бочкова.- М.: Мастерство, 2002-192 с.

15.Полеткина И.И., Адельшина Г.А. Общая биология (лекционный курс): Уч. пособ. - Волгоград: ВГАФК, 1999. - 83 с.

16.Слюсарев А.А., Жукова С.В. Биология. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 415 с. 17.Сологуб Е.Б., Таймазов В.А. Спортивная генетика: Уч.. пособ. д/высш. уч. завед. физ.

культ. - М.: Терра-спорт, 2000. - 124 с.

18.Степановских А.С. Общая экология. - Курган: ГИПП “ Зауралье”, 1999. - 512 с. 19.Чебышев Н.В., Гринева Г.Г., Козарь М.В., Гуленков С.И. Биология (Учебник).–

М.:ВУНМЦ, 2000.–592 с.

20.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – М.:ООО «Издательство Новая Волна»: Издатель Умеренков, 2004.- 336с.

21.Шевченко В.А., Топорнина Н.А., Стволинская Н.С. Генетика человека: Учебник для студ. вузов – М.: «Владос», 2002. – 240 с.

22.Шилов И.А. Экология: Учебник для студ. вузов. – 2- е изд., испр. – М.: Высш.шк.,2000.

– 512 с.

23.Экология/ под ред. проф. В.В. Денисова.-М.:ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Изд. Центр

«МарТ», 2006.-768 с.

24.Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение (Дарвинизм): Учебник для вузов – 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Высш.шк., 1989 – 335 с.