![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •В. М. Васюков, а. В. Иванова экология курс лекций
- •Глава 17. Международное сотрудничество в области
- •Глава 18. Концепции устойчивого развития человечества 150
- •Часть I. Учение о биосфере (глобальная экология)
- •Глава 1. Геологические оболочки земли
- •1.1. Атмосфера
- •1.2. Гидросфера
- •1.3. Литосфера и внутреннее строение Земли
- •1.4. Педосфера
- •Глава 2. Живое вещество
- •2.1. Признаки живой материи
- •2.2. Уровни организации живой природы
- •2.3. Химический состав живого вещества
- •2.4. Систематика живых организмов
- •2.5. Типы питания живых организмов
- •2.6. Метаболизм живых организмов
- •2.7. Экологическая характеристика основных систематических групп организмов
- •Глава 3 строение и свойства биосферы
- •3.1. Структура и границы биосферы
- •3.2. Вещество биосферы
- •3.3. Распределение живого вещества в биосфере
- •3.4. Свойства живого вещества
- •3.5. Функции живого вещества
- •3.6. Свойства биосферы
- •3.7. Круговорот веществ в биосфере
- •3.8. Развитие биосферы
- •3.9. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы
- •Часть II. Общая экология
- •Глава 4. Экология организмов (аутэкология)
- •4.1. Среда обитания
- •4.2. Экологические факторы и их классификация
- •4.3. Адаптации организмов к условиям среды
- •4.4. Закономерности действия экологических факторов
- •4.5. Характеристика основных экологических факторов
- •4.6. Биологические ритмы
- •4.7. Жизненные формы организмов
- •Глава 5. Экология популяций (демэкология)
- •5.1. Понятие о популяции
- •5.2. Статические показатели популяции
- •5.3. Динамические показатели популяции
- •5.4. Экологические стратегии выживания популяций
- •5.5. Регуляция численности популяции
- •Глава 6. Экология сообществ (синэкология)
- •6.1. Понятие о сообществах
- •6.2. Структура биоценоза
- •6.3. Местообитание и экологическая ниша
- •6.4. Отношения организмов в биоценозах
- •6.5. Структура и функционирование экосистем
- •6.6. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Биологическая продуктивность экосистем
- •6.7. Динамика экосистем
- •6.8. Природные экосистемы
- •6.9. Антропогенные экосистемы
- •Часть III. Экология человека
- •Глава 7. Экологические особенности человека
- •7.1. Антропогенез. Биосоциальная природа человека
- •7.2. История взаимоотношений общества и природы
- •Глава 8. Экологическая демография
- •8.1.Социально-экологические особенности демографии
- •8.2. Рост численности мирового населения в историческом аспекте
- •8.3. Социально-географические особенности демографии
- •8.4. Демографические перспективы
- •8.5. Рост численности населения и емкость среды
- •8.6. Урбанизация
- •8.7. Окружающая среда и здоровье человека: факторы риска
- •Часть IV. Прикладная экология
- •Глава 9. Рациональное природопользование и охрана природы
- •9.1. Предмет и задачи природопользования и охраны природы
- •9.2. Мотивы рационального природопользования и охраны природы
- •9.3. Правила рационального природопользования и охраны природы
- •9.4. Природная среда: природные ресурсы и природные условия
- •9.5. Классификация природных ресурсов
- •9.6. Виды и степень воздействия человека на природу
- •9.7. Загрязнение окружающей среды
- •9.8. Малоотходные и безотходные технологии
- •Глава 10. Антропогенные воздействия на атмосферу и ее защита
- •10.1. Загрязнение атмосферного воздуха
- •10.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха
- •10.3. Экологические последствия загрязнения атмосферы
- •10.4. Защита атмосферы
- •Глава 11. Антропогенные воздействия на гидросферу и ее защита
- •11.1. Загрязнение гидросферы
- •11.2. Источники загрязнения гидросферы
- •11.3. Экологические последствия загрязнения гидросферы
- •11.4. Экологические последствия истощения вод
- •11.5. Защита гидросферы
- •Глава 12. Антропогенные воздействия на почву и ее защита
- •12.1. Антропогенные воздействия на почву
- •12.2. Защита почв
- •Глава 13. Антропогенные воздействия на биотические сообщества и их защита
- •13.1. Деградация растительного покрова
- •13.2. Деградация животного мира
- •13.3. Защита биотических сообществ
- •Глава 14. Особые виды воздействия на биосферу
- •14.1. Загрязнение отходами производства и потребления
- •14.2. Защита от отходов производства и потребления
- •14.3. Шумовое загрязнение
- •14.4. Защита от шумового загрязнения
- •14.5. Электромагнитное загрязнение
- •14.6. Защита от электромагнитного загрязнения
- •14.7. Биологическое загрязнение
- •14.8. Защита от биологического загрязнения
- •Глава 15. Экологическая безопасность
- •15.1. Понятие о чрезвычайной ситуации
- •15.2. Природные чрезвычайные ситуации
- •15.3. Техногенные чрезвычайные ситуации
- •15.4. Нормирование качества окружающей среды
- •15.5. Система стандартов, сертификатов и паспортов в области охраны природы
- •Глава 16. Организационные, правовые и экономические методы решения экологических проблем
- •16.1. Экологическое законодательство рф
- •16.2. Государственные органы рф в области охраны окружающей природной среды
- •16.3. Управление природопользованием и охраной природы
- •16.4. Экономика природопользования и охраны окружающей среды
- •16.5. Учет состояния природных ресурсов (природные кадастры)
- •16.6. Особо охраняемые природные территории
- •16.7. Экологический мониторинг
- •16.8. Экологическая экспертиза
- •Глава 17. Международное сотрудничество в области экологической безопасности
- •17.1. Международные объекты охраны природной среды
- •17.2. Международное сотрудничество в области природопользования и охраны окружающей среды
- •Глава 18. Концепции устойчивого развития человечества
- •18.1. Глобальные прогностические модели и концепции устойчивого развития
- •18.2. Экологизация сознания
2.5. Типы питания живых организмов
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия – для осуществления процессов жизнедеятельности.
Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное.
Автотрофы (автотрофные организмы) – организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических – углекислого газа, воды, минеральных солей.
В зависимости от источника энергии автотрофы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Фототрофы – организмы, использующие для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии). Хемотрофы – организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).
Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) – организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах.
По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные), осмотрофы поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).
По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов. Биотрофы питаются живыми организмами. К ним относятся зоофаги (питаются животными) и фитофаги (питаются растениями), в том числе паразиты. Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги). Среди них встречаются детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), копрофаги (питаются экскрементами) и др.
Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному питанию. Организмы со смешанным типом питания называются миксотрофами. Миксотрофы – организмы, которые могут как синтезировать органические вещества из неорганических, так и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).
2.6. Метаболизм живых организмов
Метаболизм – совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма – катаболизм и анаболизм.
Катаболизм (энергетический обмен, диссимиляция) – совокупность реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и др. веществ). Катаболические реакции идут обычно с высвобождением энергии.
Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция) – понятие, противоположное катаболизму: совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.
Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.
Энергетический обмен. По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные формы.
Аэробы (облигатные аэробы) – организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).
Анаэробы (облигатные анаэробы) – организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).
Факультативные формы (факультативные анаэробы) – организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).
У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения еще богатые энергией.
Этапы энергетического обмена (катаболизма):
Первый этап – подготовительный – заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот, полисахариды до моносахаридов, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных – в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.
Второй этап – неполное окисление (бескислородный) – заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называется гликолизом. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом синтезируются две молекулы АТФ.
Далее при отсутствии в среде кислорода ПВК перерабатывается либо в этиловый спирт – спиртовое брожение (в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода), либо в молочную кислоту – молочнокислое брожение (в клетках животных при недостатке кислорода).
При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов, то есть включаются в третий этап.
Третий этап – полное окисление (дыхание) – заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях, при обязательном участии кислорода.
Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:
С6Н12О6 + 6О2 + 38Н3РО4 + 38АДФ → 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ
Таким образом, в ходе гликолиза образуются 2 молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания – еще 36 АТФ, в целом при полном окислении глюкозы – 38 АТФ.
Пластический обмен. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул: органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза, происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы: неорганические вещества (СО2, Н2О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Рассмотрим наиболее важные, с точки зрения экологии, метаболические процессы пластического обмена – фотосинтез и хемосинтез.
Фотосинтез (фотоавтотрофия) – синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2
Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Хемосинтез (хемоавтотрофия) – процесс синтеза органических соединений из неорганических (СО2 и др.) за счет химической энергии окисления неорганических веществ (серы, водорода, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). К хемосинтезу способны только хемосинтезирующие бактерии: нитрифицирующие, водородные, железобактерии, серобактерии и др. Они окисляют соединения азота, железа, серы и других элементов. Все хемосинтетики являются облигатными аэробами, так как используют кислород воздуха. Нитрифицирующие бактерии окисляют соединения азота, железобактерии превращают закисное железо в окисное, серобактерии окисляют соединения серы.
Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия запасается бактериями в виде молекул АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы.