22. Закон биологического накопления.

Принцип биологического накопления

В круговорот веществ в экосистеме часто добавляются вещества, попадающие сюда извне. Они концентрируются в трофических цепях и накапливаются в них, т. е. происходит их биологическое накопление. Это явление наглядно видно на примере концентрирования радионуклидов и пестицидов в трофических цепях. Наиболее известна способность к биологическому накоплению у ДДТ — вещества, ранее широко применявшегося для борьбы с вредными насекомыми и запрещенного к применению в настоящее время. Ю. Одум (1975) приводит пример того, как недоучет закономерностей биологического накопления, обусловленного экологическими процессами, привел к гибели птиц, питающихся гидробионтами, хотя опыляли комаров на болотах Лонг-Айленда (п-ов Флорида), давая концентрацию ДДТ значительно ниже дозы, смертельной для рыб и других животных. Он объясняет это тем, что ядовитые осадки адсорбировались на детрите, концентрировались в тканях редуцентов (детритофагов) и мелкой рыбы, а дальше — в хищниках, таких как рыбоядные птицы. Благодаря многократному поглощению с начала детритной цепи, яд накапливался в жировых отложениях рыб и птиц. И даже если его доза ниже смертельной и птицы не погибали сами, то ДДТ препятствовал образованию яичной скорлупы: тонкая скорлупа лопалась еще до того, как разовьется птенец. Такие явления могут привести к уничтожению целых популяций хищных птиц, например скопы. Таким образом, принципы биологического накопления надо учитывать при любых поступлениях загрязнении в среду.

23.Учение Верданского о биосфере. Геологическая роль живого вещества Земли.

Вернадский писал, что возникновение биосферы на Земле — это объективный результат развития общего космического процесса. При этом биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, состоящую из живого и неживого. Вернадский подчеркивал, что для строения биосферы характерны физико-химическая и геометрическая разнородности. Разнородность строения является господствующим фактором, резко отличающим биосферу от всех других оболочек земного шара. Живое вещество охватывает всю биосферу, ее создает и изменяет.

«Живые вещества, — писал Вернадский, — являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей».

Под «живым веществом», как мы уже отмечали, В.И. Вернадский понимал все живые организмы. Все живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара.

По современным вероятностным оценкам, общее количество массы живого вещества составляет около 2420 млрд т. Таким образом, все живое вещество нашей планеты составляет -1/10000000 часть массы земной коры. Однако в качественном отношении живое вещество представляет собой наиболее высокоорганизованную часть материи Земли.

Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода. Живые организмы избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей. В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Атомы углерода соединяются с

другими атомами и формируют полимеры и другие сложные органические высокомолекулярные соединения.

По оценкам разных источников, биосфера возникла 3,5-4,5 млрд лет назад. Ее эволюция длительное время осуществлялась под влиянием двух главных факторов:

1) геологических и климатических изменений на планете;

2) количества и видового разнообразия живых существ в процессе биологической эволюции.

В третичном периоде к ним присоединился третий фактор — развивающееся человеческое общество.

Эволюцию биосферы Земли ученые рассматривают как последовательную смену трех этапов.

I. Первый этап — восстановительный — начался еще в космических условиях и завершился появлением на Земле первой гетеротрофной биосферы.

Именно на этом этапе происходили сложные реакции синтеза органических соединений, давших начало жизни на Земле.

II. Второй этап — слабо-окислительный — отмечен появлением фотосинтеза. Он продолжался в интервале 4-1,8 млрд лет тому назад. Аэробный фотосинтез начался предками цианобактерий и продолжал осуществляться сине-зелеными водорослями планктона.

Возникновение биосинтеза изменило состав первичной атмосферы Земли существенным образом. Появление кислорода в биосфере нашей планеты определило ход многочисленных процессов окисления в пределах атмосферы, гидросферы, коры выветривания. В то же время это сопровождалось вымиранием массы анаэробных организмов и развитием аэробов, вскоре занявших ведущее значение в биогеохимическом круговороте.

III. Третий этап эволюции биосферы — окислительный — выразился в развитии фито-автотрофной биосферы.

В ходе развития биосферы на этом этапе из-за распространения растительного покрова на континентах и повышения общей продукции фотосинтеза появилось достаточно большое количество кислорода.

Следовательно, появились и стали развиваться животные, потребляющие кислород при дыхании. Произошел быстрый переход от господства прокариот к господству эукариот. Завоевание континента живым веществом сопровождалось резким увеличением его массы.

Многоклеточные растения и животные появились почти одновременно в раннем палеозое. К началу третичного периода животные вышли на сушу и заселили материки. У животных появились твердые части тела и скелет, что значительно ускорило биогенную миграцию химических элементов. Ускорились биогеохимические круговороты кальция, фосфора, фтора, углекислоты. Организмы в целом приобрели повышенную прочность, необходимую в ходе естественного отбора.

Завершающим этапом эволюции позвоночных животных в конце кайнозоя было появление человека.

В сокращенном виде идеи самого В.И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера как основа окружающей среды, а после появления жизни на суше образовалась биосфера (в целом).

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не было азойных (лишенных жизни) геологических эпох. Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы являются главным фактором миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» (В.И. Вернадский, 1934).

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества. Живое вещество в ходе эволюции биосферы приобрело ряд важнейших биогеохимических функций , которые продолжает выполнять и сейчас для поддержания нормального строения современной биосферы.

Таким образом, химические процессы в биосфере протекают либо при непосредственном участии живых организмов, либо в среде, чьи физико-химические свойства в значительной мере определяются деятельностью различных организмов на протяжении длительного времени геологической истории Земли.