Решебник по биологии 11 класс Пасечник | Страница 193

Несмотря на огромную биопродуктивность, живое вещество не накапливается бесконечно, потому что в природе действует механизм разложения органических веществ. Когда организмы умирают, их тела разлагаются редуцентами (грибами, бактериями), а содержащиеся в них элементы вновь вовлекаются в круговорот веществ. Этот процесс обеспечивает поддержание динамического равновесия в биосфере. Кроме того, геологические процессы, такие как осаждение органических остатков в осадочных породах, приводят к захоронению части биомассы.

Биосфера объединяет все живые организмы на планете и их среды обитания, формируя единую систему обмена веществ и энергии. Она охватывает сушу, водные экосистемы, атмосферу, а также взаимодействует с косным веществом планеты. Являясь саморегулирующейся системой, которая поддерживает устойчивость жизни в глобальном масштабе, она считается глобальной экосистемой.

Биосфера включает в себя:

1) совокупность всех живых организмов (микроорганизмы, растения, животные);

2) органико-минеральные или органические продукты, которые создаются живым веществом (каменный уголь, нефть, торф);

3) биокосное вещество, которое создается живыми организмами вместе с неживой природой (водой, горными породами, атмосферой) – почвенный покров;

4) косное вещество, которое образовано в результате абиогенных процессов (космическая пыль, изверженные горные породы и т.д.).

Биосфера включает аэробиосферу (нижняя часть атмосферы до озонового экрана – 16 – 20 км), гидробиосферу (вся гидросфера), литобиосферу (верхние горизонты твердой земной оболочки 2 – 3 км ниже поверхности).

В. И. Вернадскому принадлежит заслуга создания целостного учения о биосфере. Ученый первым определил биосферу как общепланетарную оболочку Земли, где существует или существовала жизнь, и которая подвергается или подвергалась ее воздействию.

Важной частью его учения являются представления о возникновении и развитии биосферы. Ученый выделил три этапа ее эволюции:

1) возникновение жизни и первичной биосферы (движущие факторы – геохимические и климатические изменения на Земле);

2) усложнение структуры биосферы в результате появления разнообразных и многочисленных эукариотических организмов – одноклеточных и многоклеточных (движущий фактор – биологическая эволюция);

3) возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу (движущий фактор – биосоциальная эволюция).

Живое вещество участвует в биогеохимических циклах, изменяя химический состав атмосферы, гидросферы и литосферы. Организмы создают кислородную среду, накапливают биомассу, способствуют почвообразованию, а также принимают участие в формировании осадочных пород и углеродного цикла. Благодаря живым веществам происходят долгосрочные изменения в составе биосферы, способствующие ее эволюции.

Ноосфера – это новое состояние биосферы, при котором деятельность человека становится главным фактором, обуславливающим ее развитие. С появлением науки, техники и индустриального производства человечество получило способность преобразовывать биосферу в глобальном масштабе, что и привело к появлению этого термина. Данное понятие было введено французским математиком Эдуардом Леруа и палеонтологом и философом Пьером Тейяром де Шарденом, которые охарактеризовали ноосферу, как особый, надбиосферный «мыслительный пласт, который окутывает планету».

Учение о биосфере и его предпосылки

Учение о биосфере было сформулировано В. И. Вернадским в начале ХХ века, но его основы закладывались задолго до этого. Еще древнегреческие философы, такие как Аристотель и Гераклит, рассматривали природу как единую систему, в которой все элементы взаимосвязаны между собой. Позже Карл Линней разработал систему классификации организмов, которая помогла понять разнообразие и многочисленность живых организмов на нашей планете, а Жан-Батист Ламарк первым выдвинул гипотезу о развитии видов под влиянием окружающей среды и заложил основу понимания динамичности природы.

Чарлз Дарвин разработал теорию эволюции путем естественного отбора. Он доказал, что живые организмы изменяются под влиянием окружающей среды, подтвердил связь между всеми живыми существами и показал, что организмы и среда существуют в едином процессе развития.

В 1875 году австрийский геолог Эдуард Зюсс впервые использовал термин «биосфера», определяя ее как область распространения жизни на Земле. И только В.И. Вернадский объединил знания предшественников и смог создать научную концепцию биосферы, выделив ее ключевые свойства:

1) биосфера – это глобальная система, в которой живые организмы активно преобразуют среду;

2) живые существа участвуют в круговороте веществ и определяют химический состав Земли;

3) развитие человечества приводи к появлению ноосфера – сферы разума, где деятельность человека становится главным фактором изменений в природе.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов – беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть – млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01 – 0,02% от косного вещества биосферы.

Выводы:

1) преобладание растений в биомассе – из общего объема живого вещества 99% приходится на растения. Это свидетельствует о том, что фотосинтезирующие организмы играют ключевую роль в формировании биомассы планеты. Они служат основным источником органического вещества и энергии для остальных звеньев пищевых цепей;

2) различие в биомассе суши и океана. На суше основная биомасса сосредоточена в растениях (99,2%), тогда как в океане их доля составляет всего 6,3%. В океане доминируют животные и микроорганизмы (93,7%). Это связано с тем, что водные растения имеют короткий жизненный цикл и небольшую массу, но они обеспечивают основу для океанических систем;

3) малый вклад позвоночных в биомассу. Позвоночные, несмотря на свое эволюционное развитие, составляют лишь 4% видов животных, а млекопитающие – всего 0,4% от общего количества. Это доказывает, что беспозвоночные (насекомые, моллюски и другие) играют ключевую роль в биоразнообразии Земли;

4) небольшая масса живого вещества по сравнению с косным веществом. Общая масса живых организмов составляет всего 0,01 – 0,02% от косного вещества биосферы. Это подтверждает, что живое вещество активно перерабатывает окружающую среду, но не накапливается в больших количествах благодаря разложению органики и биохимическим циклам;

5) важность биоразнообразия для устойчивости биосферы. Несмотря на то, что растения составляют лишь 215 всех видов, их вклад в биомассу огромен. Это говорит о том, что экосистемы зависят не только от численности видов, но и от их функций в круговороте веществ и энергии.

Современное человечество изменяет биосферу в таких масштабах, что эти изменения можно сравнить с геологическими процессами. Это выражается в добыче полезных ископаемых, изменении состава атмосферы (увеличение СО₂), разрушении природных экосистем, строительстве плотин, изменении течений рек, урбанизации и загрязнении окружающей среды. Влияние человека на биосферу сегодня сопоставимо с природными силами, что делает его геологическим фактором.

Теоретически люди могут способствовать улучшению биосферы, разрабатывая и внедряя экологически устойчивые технологии, восстанавливая леса, сокращая загрязнение и защищая биоразнообразие. Однако бесконтрольное вмешательство может привести к разрушительным последствиям. Поэтому очень важно научное управление биосферными процессами, которое было бы основано на принципах ноосферы – осознанном взаимодействии человечества с природой.

В экосистеме происходит постоянный обмен веществ и энергии между живыми организмами и окружающей средой. Однако потоки энергии и вещества различаются по своей природе. Энергия поступает в экосистему в основном от Солнца и превращается в процессе фотосинтеза в химическую энергию, которая затем передается по пищевым цепям. Этот процесс односторонний: энергия рассеивается в виде тепла и не возвращается в систему. В отличие от энергии, вещество в экосистеме циркулирует по замкнутым биогеохимическим круговоротам, многократно переходя из одной формы в другую.

Круговорот веществ в экосистеме обеспечивает поддержание жизни на Земле, так как он возвращает необходимые элементы в доступные для организмов формы. Благодаря этому процессы разложения органического вещества, минерализации, фотосинтеза и дыхания формируют сбалансированную систему, в которой элементы не исчезают, а постоянно распределяются между компонентами экосистемы. Без круговорота веществ ресурсы быстро истощались бы, что сделало бы жизнь невозможной.

Основную роль в круговороте веществ в экосистемах играют три группы организмов:

1) продуценты (растения, водоросли и некоторые бактерии, которые фиксируют солнечную энергию и преобразуют неорганические вещества в органические);

2) консументы (животные и другие организмы, которые питаются органическим веществом);

3) редуценты (бактерии и грибы), которые разрушают мертвые организмы и органические остатки, возвращая элементы обратно в почву, воду и атмосферу.

Биогенными называют химические элементы, которые необходимы для жизнедеятельности организмов. Они участвуют в метаболических процессах и входят в состав белков, нуклеиновых кислот и различных органических соединений, из которых состоят организмы. Например, кислород, водород, азот, железо и т.д.