Реферат
з дисципліни: «Концепції сучасного природознавства».
На тему: «Різноманіття живих організмів -
основа організації та стійкості біосфери ».
Зміст
Введення
1. Основа організації і стійкості біосфери
2. Розподіл живої речовини
3. Класифікація живої речовини
4. Міграція та розподіл живої речовини
5. Сталість біомаси живої речовини
6. Функції живої речовини в біосфері Землі
Висновок
Список літератури
Введення
Величезне видове різноманіття живих організмів забезпечує постійний режим біотичного кругообігу. Кожен з організмів вступає у специфічні взаємини з середовищем і грає свою роль у трансформації енергії. Це сформувало певні природні комплекси, що мають свою специфіку в залежності від умов середовища в тій чи іншій частині біосфери. Живі організми населяють біосферу і входять в той чи інший біоценоз - просторово обмежені частини біосфери - не в будь-якому поєднанні, а утворюють певні співтовариства з видів, пристосованих до спільного проживання. Такі співтовариства називаються біоценозами.
Важливе екологічне правило полягає в тому, що чим різнорідні і складніше біоценози, тим вище стійкість, здатність протистояти різним зовнішнім впливам. Біоценози відрізняються великою самостійністю. Одні з них зберігаються протягом тривалого часу, інші закономірно змінюються. Озера перетворюються на болота - йде утворення торфу, а в підсумку на місці озера виростає ліс.
Процес закономірного зміни біоценозу називається сукцесій. Сукцесія - це послідовна зміна одних угруповань організмів (біоценозів) іншими на певній ділянці середовища. При природному перебігу сукцесія закінчується формуванням сталої стадії спільноти. У ході сукцесії збільшується різноманітність входять до складу біоценозу видів організмів, внаслідок чого підвищується його стійкість.
Підвищення видового різноманіття обумовлено тим, що кожен новий компонент біоценозу відкриває нові можливості для вселення. Наприклад, поява дерев дозволяє проникнути в екосистему видів, що живуть в підсистемі: на корі, під корою, що будують гнізда на гілках, у дуплах.
У ході природного відбору у складі біоценозу неминуче зберігаються лише ті види організмів, які можуть найбільш успішно розмножуватися саме в цій спільноті. Формування біоценозів має істотну сторону: «змагання за місце під сонцем» між різними біоценозами. У цьому «змаганні» зберігаються лише ті біоценози, які характеризуються найбільш повним поділом праці між своїми членами, а отже, більш багатими внутрішніми біотичними зв'язками.
Так як кожен біоценоз включає в себе всі основні екологічні групи організмів, він за своїми можливостями прирівнюється біосфері. Біотичний кругообіг в межах біоценозу - своєрідна зменшена модель біотичного кругообігу Землі.
1. Основа організації і стійкості біосфери
Термін "біосфера" був введений для позначення загального вигляду поверхні Землі, обумовленого наявністю на ній всієї маси живих організмів. Два головних компоненти біосфери - живі організми і середовище їх проживання (включаючи нижні шари атмосфери, водне середовище) - співіснують у постійній взаємодії, утворюючи цілісну систему. Окремі популяції живих організмів не є ізольованими від оточення. У ході еволюції утворюються біоценози - співтовариства тварин, рослин, мікроорганізмів, У сукупності із середовищем проживання біоценози утворюють біогеоценози. У них відбувається безперервний обмін речовиною і енергією, які реалізуються безліччю трофічних ланцюжків і біогеохімічних циклів. Біогеоценози служать елементарними осередками біосфери, які, взаємодіючи між собою, встановлюють динамічна рівновага в ній. Жива речовина виконує системоутворюючу роль у суперсистеми життя - біосфері. Високий ступінь узгодженості всіх видів життя в біосфері є результат спільно протікає еволюції взаємодіючих біологічних систем - коеволюції. Коеволюційний розвиток проявляється у тонкій взаємної пристосовності видів, у взаємодоповненні живих систем. У кінцевому підсумку коеволюція призводить до збільшення різноманітності і складності в природі. У цьому поданні полягає суть концепції коеволюції. Відповідно до неї різноманіття живих організмів - це основа організації і стійкості біосфери. Кожен біологічний вид виконує свою функцію в біосферному циркулювання речовини, енергії, в обміні інформацією і здійсненні зворотних зв'язків. У зв'язку з цим очевидна небезпека зменшення чисельності видів живих організмів і скорочення генофонду, які безперервно відбуваються під тиском людської цивілізації на природу.
Таким чином
1. Стійкість біосфери в цілому, її здатність еволюціонувати визначається тим, що вона являє собою систему відносно незалежних біоценозів. Взаємозв'язок між ними обмежується зв'язками за допомогою неживих компонентів біосфери: газів, атмосфери, мінеральних солей, води і т.д.
2. Біосфера є ієрархічно побудована єдність, що включає такі рівні життя: особина, популяція, біоценоз, біогеоценоз. Кожен з цих рівнів має відносною незалежністю, і тільки це забезпечує можливість еволюції всієї великої макросистеми.
3. Різноманіття форм життя, відносна стійкість біосфери як середовища проживання і життя окремих видів створюють передумови для морфологічного процесу, важливим елементом якого є вдосконалення реакцій поведінки, пов'язаних з прогресивним розвитком нервової системи. Збереглися лише ті види організмів, які в ході боротьби за існування стали залишати потомство, незважаючи на внутрішні перебудови біосфери і мінливість космічних і геологічних факторів.
2. Розподіл живої речовини
«Бути живим, - зазначав В.І. Вернадський, - значить, бути організованим ». Протягом мільярдів років існування біосфери організованість створюється і зберігається завдяки діяльності живих організмів.
Жива природа є основною рисою прояви біосфери, вона різко відрізняє її тим самим від інших земних оболонок. Будова біосфери насамперед і найбільше характеризується життям. Ця сама потужна геологічна сила, жива речовина планети, являє собою сукупність дуже крихких і ніжних живих організмів, за масою складових мізерну частину створеної ними біосфери.
Якщо жива речовина рівномірно розподілити по поверхні нашої планети, то воно покриє її шаром всього в 2 см завтовшки.
Хімічний склад елементів живої речовини нашої планети характеризується переважанням небагатьох елементів: водень, вуглець, кисень, азот є головними елементами земної живої речовини і тому названі біофільнимі. Атоми їх створюють в живих організмах складні молекули в поєднанні з водою і мінеральними солями.
Живі речовини нашої планети існують у вигляді величезної кількості організмів із своїми індивідуальними ознаками, різноманітних форм і розмірів. Серед живих організмів зустрічаються найдрібніші за формою мікроорганізми і багатоклітинні тварини та рослини великих розмірів. Розміри коливаються від мікрометрів (малі бактерії, інфузорії) до десятків метрів.
Населення біосфери у видовому і морфологічному відношенні так само надзвичайно різноманітно. Підрахунки кількості видів, що населяють нашу планету, проводилися різними авторами, але їх все ж можна вважати тільки наближеними.
Згідно з сучасними оцінками, на Землі існує близько 3 млн видів організмів, з яких на частку рослин припадає 500 тисяч видів, а на частку тварин - 2,5 млн видів. Весь органічний світ нашої планети з часів Аристотеля традиційно поділяється на рослини і тварин. В даний час, завдяки вивченню структури організації живих істот, можна провести більш досконалу класифікацію, ніж це було раніше.
Жива речовина, по В.І. Вернадському, «розтікається по земній поверхні і надає певний тиск на навколишнє середовище, обходить перешкоди, що заважають його просуванню, або ними оволодіває, їх покриває». Внутрішня енергія, вироблена життям, виявляється в переносі хімічних елементів і в створенні з них нових тел. На думку В.І. Вернадського, геохімічна енергія життя виражається в русі живих організмів шляхом розмноження, що йде в біосфері безперервно. Розмноження організмів виробляє «тиск життя», або «натиск життя». У зв'язку з цим між організмами виникає боротьба за площу, харчування і особливо «за газ», потрібний для дихання вільний кисень.
При цьому відбувається біогенна міграція атомів: атоми, захоплені рослинами, переходять до травоїдним тваринам, потім - до хижаків, які харчуються травоїдними. Мертві рослини і тварини служать їжею для мікроорганізмів, а виділяються мікроорганізмами в результаті життєдіяльності мінеральні речовини знову споживаються рослинами. З цього біологічного кругообігу випадає лише невеликий відсоток атомів. Ці вийшли з життєвого процесу біогенні атоми потрапляють у відсталу (неживу) природи, тим самим граючи величезну роль в історії біосфери.
Процес розмноження завмирає тільки при нестачі кисню в навколишньому середовищі, дії низьких температур і відсутності місця для проживання нових організмів.
В.І. Вернадський обчислив час, необхідне різним організмам для «захоплення» поверхні планети.
Таким чином, він зробив висновок про те, що дрібні організми розмножуються швидше великих, а домашні тварини розмножуються швидше диких.
3. Класифікація живої речовини
Весь світ живих істот в даний час поділяють на дві великі систематичні групи: прокаріоти і еукаріоти.
Прокаріоти (від лат. Pro - вперед, замість і грец. Кагуоп - ядро) - організми, що не володіють, на відміну від еукаріотів, оформленим клітинним ядром і типовим хромосомним апаратом. Спадкова інформація у них реалізується і передається через ДНК, типовий статевий процес відсутній. До них відносяться бактерії, наприклад, синьо-зелені водорості. У системі органічного світу прокаріоти складають над-царство.
Еукаріоти (від грец. Еu - добре, повністю і karyon - ядро) - організми, що володіють на відміну від прокаріотів, оформленим клітинним ядром, відокремленим від цитоплазми ядерною оболонкою. Генетичний матеріал у них полягає в хромосомах, характерний статевий процес. До них відноситься все, крім бактерій.
Самими нізкоорганізованних живими організмами є ті, у яких відсутній справжнє ядро клітини, ДНК розташовується у клітці вільно, не відділяючись від цитоплазми ядерною мембраною. Ці організми дістали назву прокаріоти. Всі інші організми називаються еукаріоти.
Саме прокариотам зобов'язана наша планета появою атмосфери. Прокаріоти могли існувати в абсолютно немислимих умовах, які склалися на нашій планеті 3 млрд років тому - інтенсивна ультрафіолетова радіація, не утримувана озоновим шаром, найактивніший вулканізм - і були одними з найбільш пристосованих живих істот. Їхні нащадки, наприклад, синьо-зелені водорості і зараз володіють незвичайною живучістю.
Величезний крок в еволюції живої речовини був зроблений, коли з'явилися еукаріоти з їх кисневим диханням. На перехід від прокаріотів до еукаріотів, що викликала грандіозну перебудову біосфери, пішло ще близько мільярда років. За здобуття кисневого голодування прокаріоти заплатили тим, що вони стали смертні в звичайному сенсі слова, на відміну від еукаріотів, які, мабуть, не мали природної смерті. Але разом з цим вони придбали та значно більший, ніж у прокаріотів, ефективність використання енергії, завдяки чому змогли набагато швидше еволюціонувати і стали здатні до самовдосконалення.
4. Міграція та розподіл живої речовини
У зв'язку з дією сонячної енергії і внутрішньої енергії Землі в біосфері відбуваються постійні процеси руху та перерозподілу речовини. У ній здійснюється масове перенесення твердих, рідких і газоподібних тіл при різних температурах і тисках. На Землі щорічно зруйнуються жовтні 1912 тонн живої речовини із загального запасу жовтня 1913 тонн. Такий інтенсивний кругообіг речовин, який створив біосферу і визначає її стійкість і цілісність, пов'язаний з життєдіяльністю біомаси планети. На відміну від мертвої, матерії жива речовина здатна до акумуляції енергії, розмноження і володіє величезною швидкістю реакцій. На Землі немає сили більш постійно діючої, а відтак і більш могутньої за своїми наслідками, ніж живі організми, взяті разом. Життя на Землі неможлива без кругообігу речовин. Акумуляція і мінералізація відбувається в біоценозах. Основний круговорот вуглецю полягає в перетворенні СO 2 в жива речовина, з якого при розкладанні бактеріями і диханням знову утворюється СО 2
Кругообіг азоту пов'язаний з перетворенням в нітрати молекулярного азоту атмосфери за рахунок діяльності деяких бактерій і енергії грозових розрядів. Нітрати засвоюються рослинами. У складі їх білків азот потрапляє до тварин, а після відмирання рослин і тварин - в грунт, де гнильні бактерії розкладають органічні залишки до аміаку, який потім окислюється бактеріями в азотну кислоту. Таким чином, накопичення хімічних елементів у живих організмах і звільнення їх у результаті розкладання мертвих - характерна особливість біогенної міграції.
Оновлення біомаси на суші відбувається в середньому за 15 років, причому для лісової рослинності ця величина значно більше, а для трав'янистої - значно менше. В океані загальна маса живої речовини оновлюється в середньому через кожні 25 днів. Оновлення всієї біомаси Землі здійснюється за 7-8 років.
5. Сталість біомаси живої речовини
Кількість біомаси живої речовини здобуває тенденцію до певного постійності. Це досягається тим, що в природі є протилежна спрямованість процесів.
Найважливішою ланкою біохімічного кругообігу є фотосинтез - потужний природний процес, що залучає щорічно в круговорот величезні маси речовини біосфери і визначає її високий кисневий потенціал. Цей процес виступає як регулятор основних геохімічних процесів у біосфері і як чинник, що визначає наявність вільної енергії верхніх оболонок земної кулі. За рахунок вуглекислоти і води синтезується органічна речовина і виділяється вільний кисень. Фотосинтез відбувається на всій поверхні Землі і створює величезний геохімічний фактор, який може бути виражений кількістю маси вуглецю, щорічно залучається до побудова органічного живої речовини всієї біосфери. Продуктивність планетарного фотосинтезу може бути виражена у кількості мас вуглекислоти і води, що споживаються всіма рослинами земної кулі протягом року. Враховуючи те, що води світового океану пройшли через біогенний цикл, пов'язаний з фотосинтезом, не менше 300 разів, вільний кисень атмосфери оновлювався не менше одного мільйона разів.
При загибелі організму відбувається зворотний процес - розкладання органічної речовини шляхом окислення, гниття і т.п. з утворенням продуктів розкладу.
Напруженість життя виражається у зростанні і розмноженні організмів. За весь час розвитку біосфери енергія Сонця перетворювалася в біохімічну енергію розмноження живих організмів. При цьому поглинена енергія поділялася на два компоненти: компонент зростання, що призводить до певної масі даного тіла, і компонент розмноження, що визначає збільшення числа організмів даного виду.
6. Функції живої речовини в біосфері Землі
Функції живої речовини в атмосфері Землі досить різноманітні. В.І. Вернадський виділяв п'ять таких функцій:
1. Газова функція. Здійснюється зеленими рослинами. Для синтезу органічних речовин рослини використовують вуглекислий газ, виділяючи при цьому в атмосферу кисень. Весь інший органічний світ використовує кисень з процесі дихання і поповнює при цьому запаси вуглекислого газу в атмосфері. У міру збільшення біомаси зелених рослин змінюється газовий склад атмосфери: знижується вміст вуглекислого газу і збільшується концентрація кисню. Таким чином, жива речовина якісно змінило склад атмосфери - геологічної оболонки Землі.
2. З газовою функцією тісно пов'язана окислювально-відновна функція. У процесі своєї життєдіяльності і після своєї загибелі організми, що мешкають в різних водоймах, регулюють кисневий режим і тим самим створюють умови, сприятливі для розчинення ряду металів, що призводить до утворення осадових порід.
3. Концентраційна функція проявляється у здатності живих організмів накопичувати різні хімічні елементи, наприклад, у таких рослинах-накопичувачах, як осока, хвощ, міститься багато кремнію. Завдяки здійсненню концентраційної функції живі організми створили багато осадові породи: поклади крейди, вапняку і т.п.
4. Біохімічна функція пов'язана з ростом, розмноженням і переміщенням живих організмів у просторі. Розмноження призводить до швидкого поширення живих організмів і розповзання живої речовини в різні географічні області.
5. Біохімічна діяльність охоплює дедалі зростаючу кількість речовини земної кори для потреб промисловості, транспорту, сільського господарства та побутових потреб людини.
Висновок
«Бути живим, - писав В.І. Вернадський, - значить, бути організованим ». Протягом мільярдів років існування біосфери організованість створюється і зберігається завдяки діяльності живих організмів.
Список літератури
1. Дягілєв Ф.М. Концепції сучасного природознавства. - М.: Изд. ІЕМПЕ, 2008.
2. Недільський Н.Ф., Олейников Б.І., Тулін В.Ф. Концепції сучасного природознавства. - М: Изд. Думка, 2006.
3. Грушевіцкая Т.Г., Садохін А.П. Концепції сучасного природознавства .- М.: Изд. ЮНИТИ, 2005.
3. Карпенків С.Х. Основні концепції природознавства. - М.: Изд. ЮНИТИ, 2004.