Биосфера. Основные функции живого вещества

Планета Земля сочетает в себе уникальные компоненты, которые позволили когда-то зародиться и с тех пор получить широкое распространение и разнообразие жизни. В пределах нашей Солнечной системы больше ни на одной планете пока существования такого количества биомассы во всем ее сложном и многогранном проявлении не обнаружено. Это лишний раз подтверждает то, насколько необычна, прекрасна и уникальна наша Земля. Такими качествами ее наделяет оболочка - биосфера. Ее и рассмотрим более подробно в данной статье.

Понятие о биосфере

В общем понимании данным термином принято обозначать все многообразие живых существ на нашей планете и продуктов, ими производимых. Однако структура биосферы строго разграничена, она имеет свои составляющие компоненты, пределы и выполняет определенные функции.

Дословно перевести термин можно как "сфера жизни". Это точно отражает суть. Вообще биосфера, ее структура и функции являются предметом изучения уже не одного поколения ученых. Но целостную теорию, учение сумел создать только В. И. Вернадский, который и определил данное понятие как совокупность всех существующих экосистем и продуктов их переработки.

История термина

Самым первым ученым, высказавшим мысль о том, что живые существа взаимодействуют друг с другом, вырабатывают продукты и тем самым оказывают влияние на окружающую среду и планету в целом, стал Жан Батист Ламарк. Еще в XVIII веке он указал на то, что биомасса принимает активное участие в формировании земной коры.

После него многие ученые, естествоиспытатели занимались изучением этого вопроса и подтверждали данное высказывание. Так, например, понятие биосферы, ее структура были описаны Эдуардом Зюссом в XIX веке. Однако многих фактов им учтено не было, поэтому целостной картины не получилось.

А вот наш русский ученый В. И. Вернадский и француз Тейяр де Шарден сумели создать настоящее объемное учение, давшее полную характеристику данного понятия, пояснившее, что такое биосфера, ее структура и границы. Основополагающую роль сыграл все же Вернадский.

Структура биосферы

К основным элементам, составляющим суть оболочки Земли, можно отнести разные типы веществ, находящиеся в ней. Вернадским выделяется горизонтальная и вертикальная структура биосферы. Первая включает в себя охват живыми существами всех возможных оболочек Земли. Можно рассмотреть структуру горизонтальной биосферы следующим образом:

• Верхняя граница - нижний слой атмосферы (озоновый). От поверхности Земли приблизительно 10 километров. Выше ни один организм не жизнеспособен, так как действуют строгие ограничивающие пределы по концентрации кислорода и ультрафиолетового излучения. На подобной высоте способны к развитию и жизни только споры грибов и бактерий, попадающие туда из литосферы, гидросферы и так далее.
• Нижняя граница - различна для литосферы и гидросферы. Почва (литосфера) может быть заселена представителями живой природы до глубины 7,5 км. Здесь встречаются такие организмы, как бактерии, споры грибов, простейшие. Лимитирующими факторами выступают давление, отсутствие кислорода и света, ограничение содержания воды.
• Состав и структура биосферы также включает в себя гидросферу, причем до глубины 11 км. Все слои имеют важное значение, так как густо заселены живыми существами.

Типы обитателей водной оболочки

Гидросфера - это структура биосферы, которая включает в себя абсолютно все водные источники: океаны, моря, реки, озера, болота и так далее. Организмы по месту распределения в водной среде делятся на:

• планктонные - заселяют поверхностные воды, движение осуществляется без затрат энергии током воды;
• нектон - срединная часть водоемов;
• бентосная часть - ее составляют те существа, которые живут на дне и зарываются в ил.

Структура биосферы, по Вернадскому, в нижней части земной коры ограничивается следами так называемых былых биосфер. Это ископаемые остатки, накопленные в массе, и сформировавшие горные и осадочные породы.

Живое вещество

Владимир Иванович Вернадский выделял несколько типов вещества, составляющего общую массу биосферы в целом. В первую очередь это живое вещество. Оно складывается из всей биомассы. То есть к данной группе можно отнести представителя абсолютно любого царства живой природы, в том числе и вирусы.

Элементарной структурой биосферы является биоценоз, который также включается в состав живого вещества. Человек и вся его деятельность, которая направлена на взаимосвязь с животными, растениями, микроорганизмами, также является частью живого вещества.

Эволюция и структура биосферы складываются таким образом, что распределение биомассы на планете неравномерно. Главная подавляющая часть живых существ находится в верхнем слое почвы, наземной среде жизни и приповерхностном океанском слое. Глубины гидро- и литосферы остаются малозаселенными местами.

Живое вещество, количество которого отражает структура биосферы, кратко можно распределить по массе следующим образом:

1. Подавляющее большинство приходится на беспозвоночных животных, простейших и микроорганизмы.
2. Второе место по распространенности занимают растения.
3. Высшие позвоночные животные - самая малочисленная группа.
4. Человек и вся его деятельность занимает особое положение в составе живого вещества биосферы.

При таком распределении продукция биомассы тем не менее разными группами вырабатывается в неодинаковом количестве. Так, основную часть необходимых веществ дают растения (около 92%). Меньше всего полезной продукции приносят беспозвоночные, хотя по численности и стоят на первом месте.

Вернадский отмечал, что биоценозы - это важная структурная часть биосферы, а все процессы, происходящие внутри них, - определяющие в живой природе и эволюции. Глядя на количественное распределение биомассы, становится очевидным, что преобладают несовершенные виды, те, которые находятся на более низкой ступени эволюции, более просто организованные и лучше всего приспособленные.

В целом же живое вещество биосферы играет определенную роль, которую можно выразить несколькими пунктами.

Функции живого вещества

Постоянная циркуляция атомов, молекул, соединений между элементами живой и неживой природы - это одна из основополагающих характеристик биосферы в целом. Преобразование энергии, сохранение постоянства состава, геологические новшества и преобразования - все это делается биомассой и в итоге является необходимым условием существования и формирования биосферы. Конкретно биомасса выполняет также и ряд других важных функций.

1. Функция газообмена. Структура биосферы затрагивает достаточно значительную часть атмосферы. А она, в свою очередь, формируется под влиянием количества углекислого газа и кислорода. Известно, что газ, поддерживающий жизнь, вырабатывают для всех живых существ, в том числе и для себя, зеленые друзья нашей планеты - растения. Остальные живые организмы являются лишь потребителями и продуцентами углекислого газа. Тем не менее совместно биомасса оказывает значительное влияние на изменение компонентного состава атмосферного воздуха, то есть осуществляет газовую функцию.
2. Концентрационная роль биомассы. Заключается в накоплении тех или иных соединений, атомов и молекул и передаче их в виде продуктов жизнедеятельности или после отмирания в неживую среду.
3. Биохимическая функция. Современная наука в структуре биосферы важное место уделяет роли ноосферы. И она тесно связана с биохимическими преобразованиями, происходящими внутри живых организмов. Сам Вернадский определял ее как сферу разума и человеческих возможностей при действии на живую природу, ее состав и функционирование. То, что человек имеет возможность вмешиваться практически во все биохимические преобразования в живых системах, может управлять ими, подстраивать под себя и получать от этого выгоду, есть высшее достижение разума человека. Это и включают в себя ноосфера, а также любые механические, технические, генетические и мутагенетические воздействия, которые способны оказать люди на живой мир. Особое место ученый отводил способности людей охранять и оберегать живое, находить выходы из сложных ситуаций исчезновения и загрязнения окружающей среды.

Энергетическая, или окислительно-восстановительная функция

Основные продуценты энергии - это растения. Ведь именно они в процессе фотосинтеза способны поглощать солнечную энергию и переводить ее в другую форму, удобоваримую для остальных живых организмов - химические связи в соединениях запасного питательного вещества.

Далее для преобразования энергии подключаются животные, начинают работать экологические цепи питания, пирамиды. Итогом является накопление в геологических породах таких полезных ископаемых, богатых энергией химических соединений, как нефть, газ, уголь, торф и другие. Также часть энергии рассеивается в окружающую среду, создавая определенный атмосферный фон. Определение и структура биосферы сводятся к тому, что именно эта функция является наиболее значимой и важной.

Косное вещество

Еще один элемент, которым характеризуются биосфера, ее структура и функции, - это косное вещество. К такому относятся все соединения, предметы, материалы и так далее, в создании которых не принимали участие живые организмы. Типичным примером могут служить:

• вулканические извержения (магма и ее продукты);
• движения подземных плит и образуемые в результате вещества;
• метеориты и другие космические находки на поверхности Земли.

В совокупности с живыми существами косное влияет на то, как формируется структура биосферы.

Биокосное вещество

К такому продукту следует относить совместный гармоничный результат производства живого и косного вещества. Например, почва, верхний плодородный слой земли, и более глубокие подпочвенные слои. Почва является средой жизни для огромного количества живых существ, но при этом в ее формировании принимают участие и горные породы, и тектонические движения плит, метеоритные остатки, химические соединения и другие компоненты.

Также к таким веществам можно отнести и воду, атмосферу, кору выветривания. Термин "биокосное вещество" ввел в обиход сам Вернадский в 1926 году. Сегодня создано много моделей, на которых отражена структура биосферы. Картинки на эту тему широко распространены.

Неживое биогенное вещество

По названию становится понятно, что в формировании данного материала принимали участие живые организмы, однако впоследствии он стал неживым. К таким биогенным веществам относятся:

• нефть;
• уголь;
• торф;
• сапропель;
• различные руды;
• мел и известняк и другие.

Таким образом, функциональная структура биосферы представлена не только оболочками планеты, но и основными типами веществ в пределах Земли.

Эволюция биосферы по Вернадскому

Конечно, рассмотрена нами структура биосферы кратко. Например, у Вернадского на описание основных ключевых моментов ушел не один год. Поэтому мы рассмотрели только общие черты.

Стоит еще заметить, что эволюционное развитие и формирование биосферы Вернадский описывал как процесс, длящийся с самого возникновения жизни на Земле. Поэтому и возраст ее такой же, как и геологический возраст нашей планеты.

Все мы являемся частью живой оболочки - биосферы. Это уникальная экосистема не только нашей планеты, но и галактики в целом. Конечно, последние исследования подтвердили, что органика была обнаружена и на Марсе, и на различных астероидах, но такое разнообразие жизненных форм присуще только Земле. Если вы готовы немного расширить свой кругозор и выйти за рамки школьной программы, самое время подробнее поговорить о характеристике биосферы, ее структуре и основных функциях.

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера - это условная оболочка Земли, которую заселяют живые организмы. Почему условная? Дело в том, что другие оболочки планеты (земная, водная и воздушная) обрамляют планету непрерывным слоем. Сначала идет земная и (литосфера), затем гидросфера (она объединяет все водные объекты), после - атмосфера (воздушная оболочка, плавно переходящая в космическое пространство). Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя, ведь живые организмы равномерно распределены по всей поверхности Земли и могут обитать во всех трех стихиях.

Сущностные характеристики биосферы уходят в самую древность, но все же это самая "молодая" оболочка нашей планеты. Жизнь на Земле зародилась относительно недавно, всего 3,8 миллиардов лет назад, что, по сравнению с возрастом планеты, сущий пустяк. Существует два понятия биосферы:

• Первое определяет оболочку как совокупность всей органики на планете. Именно оно послужило основой термина, который используется по сей день.
• Второе понятие было предложено В. И. Вернадским, он считал, что биосфера - это неразрывное единство и взаимодействие живой и неживой природы, в широком смысле этих определений.

Тем не менее, основные характеристики биосферы обусловлены именно ее органической составляющей. Ведь это ее принципиальное отличие от других оболочек Земли.

Учение о биосфере и происхождение термина

Концепция живой оболочки была предложена в 19 веке. Жан Батист Ламарк дал краткую характеристику биосфере, в то время как официального названия еще даже не существовало. В 1875 году австрийский палеонтолог и геолог Эдуард Зюсс впервые предложил термин "биосфера", который используется по сей день.

Огромный вклад в изучение всего живого на Земле внес советский философ и биогеохимик В. И. Вернадский, он прославился благодаря созданию целостного учения о биосфере. В его трудах живые организмы выступают как мощнейшая сила, которая непрерывно участвует в преобразовании планеты Земля.

Границы обитания живых организмов

Общая характеристика биосферы начинается с описания границ, в пределах которых могут обитать живые организмы. Некоторые из них довольно живучие, и могут выдержать даже самые критические условия.

Границы биосферы:

• Верхняя граница. Определяется атмосферой, а конкретно озоновым это примерно 15-20 километров. Чем ближе к экватору, тем мощнее защитный экран планеты. Выше озонового слоя жизнь попросту невозможна, ведь ультрафиолетовое излучение несовместимо с жизнедеятельностью клеток организмов. К тому же, с высотой существенно сокращается количество кислорода, а это также губительно для живых существ.
• Нижняя граница. Определяется литосферой, максимально возможная глубина не превышает 3,5 - 7,5 километров. Все зависит от критического повышения температуры, при которой происходит денатурация белковых структур. Однако большая часть живых организмов сосредоточена на глубине всего нескольких метров, это - корневая система растений, грибки, микроорганизмы, насекомые и животные, обитающие в норах.
• Границы в гидросфере. Живые организмы могут существовать в абсолютно любых частях океана: от поверхности воды (планктон, водоросли) до дна глубоководных желобов. К примеру, ученые доказали, что жизнь существует даже в Марианской впадине на глубине 11 километров.

Структура живой оболочки

К основным характеристикам биосферы можно отнести ее структуру. Вернадский выделял несколько типов веществ, которые слагают живую оболочку. Причем они могли иметь как органическое, так и неорганическое происхождение:

1. Живое вещество. Сюда можно отнести все, что имеет клеточную структуру. Однако масса живого вещества в невелика и составляет буквально одну миллионную часть всей оболочки. биосферы сводится к тому, что это самая важная часть нашей планеты. Ведь именно живые организмы постоянно воздействуют на облик Земли, меняя структуру ее поверхности.
2. Биогенное вещество. Это структуры, которые создаются и перерабатываются живыми организмами. Удивительно, но на протяжении миллионов лет, живые существа пропустили через системы своих органов практически весь мировой океан, огромный объем атмосферных газов и большую массу минеральных веществ. В результате этих процессов образуются полезные ископаемые органического происхождения, такие как нефть, карбонатные породы и уголь.
3. Косное вещество. Это продукты неживой природы, которые образовались без непосредственного участия живых организмов. Сюда можно отнести горные породы, минералы и неорганическую часть почвы.
4. Биокосное вещество. Мы помним о том, что живые организмы постоянно воздействуют планету. В результате этого образуются вещества, которые являются продуктами распада и разрушения косных структур. К этой группе можно отнести почву, кору выветривания и осадочные породы органического происхождения.
5. Также в структуру биосферы можно включить вещества, которые находятся в состоянии радиоактивного распада.
6. Отдельную группу составляют атомы, которые непрерывно создаются в процессе ионизации под влиянием космического излучения.
7. С недавних пор в структуру биосферы были включены вещества, имеющие внеземное (космическое) происхождение.

Живое вещество в составе других оболочек Земли

Если подробно останавливаться на характеристике и составе биосферы, то нельзя не рассмотреть особенности жизнедеятельности живых организмов в других оболочках планеты:

• Аэросфера. Живые организмы не могут находиться в атмосферных слоях во взвешенном состоянии, субстратом для жизни аэробионтов служат микроскопические водяные капли, а солнечная активность и аэрозоли выступают в роли источника неиссякаемой энергии. Организмы, обитающие в атмосфере, делятся на три группы. Тропобионты - ведут активную жизнедеятельность в пространстве от верхушек деревьев до кучевых облаков. Альтобионты - организмы, которые способны выжить в условиях Парабионты - случайно попадают в самые высокие слои атмосферы. На такой высоте они теряют способность к размножению, а их жизненный цикл существенно сокращается.

• Геобиосфера. Субстратом и средой обитания для геобионтов служит земная кора. Эта оболочка также включает в себя несколько уровней, на которых обитают специфические формы жизни. Террабионты - организмы которые обитают непосредственно на поверхности суши. В свою очередь, террабиосфера делится еще на несколько оболочек: фитосфера (зона от макушек деревьев до поверхности земли) и ипедосфера (почвенный слой и кора выветривания). Эоловая зона - высокогорные области, к которых невозможна жизнь даже высших растений. Типичными представителями этой зоны являются эолобионты. Литобиосфера - глубинные слои земной коры. Эта зона делится на гипотеррабиосферу (место, где могут обитать аэробные (нуждающиеся в кислороде) формы жизни) и теллуробиосфера (здесь возможно выживание лишь анаэробных (не нуждающихся в кислороде) организмов). Кроме того, в литобиосфере можно встретить литобионтов, которые обитают в подземных водах и порах горных пород.

• Гидробиосфера. Эта область охватывает все водные объекты (кроме подземных вод и влаги атмосферы) нашей планеты, включая ледники. Жители морей и океанов именуются гидробионтами, которые в свою очередь делятся на: Аквабионты - обитатели континентальных вод. Маринобионты - живые организмы морей и океанов. В толще воды выделяется три уровня жизни, в зависимости от количества солнечных лучей, которые проникают внутрь: Фотосфера - самая освещенная зона. Дисфотосфера - всегда сумеречная область океана (не более 1% инсоляции). Афотосфера - зона абсолютной темноты.

От тундры до тропических лесов. Классификация биомов планеты

Характеристика биосферы неразрывно связана с понятием биом. Под этим термином понимаются крупные которые имеют некий преобладающий тип растительности или специфические особенности ландшафта. Всего их девять. Ниже представлена краткая характеристика основных биомов биосферы:

• Тундра. Обширное безлесное пространство, которое занимает северные части Евразии и Северной Америки. Растительность этой зоны не богата, в основном это лишайники, сезонные травы и мхи. Животный мир более разнообразен, особенно в теплые месяцы года, когда начинается сезон миграции многих видов птиц и и животных.
• Тайга. Основной вид растительности этой области - хвойные леса. Биом занимает около 11 % территории всей суши. Несмотря на суровые погодные условия, в тайге чрезвычайно разнообразный растительный и животный мир.

• Листопадные леса. Располагаются в умеренной зоне. Сезонность климата и достаточное количество влаги позволили развиться определенному типу растительности этого биома. В основном это широколиственные породы деревьев. Кроме того, эти леса являются домом для множества млекопитающих, птиц и грибов, не говоря о насекомых и микроорганизмах.
• Степи. представлен азиатскими степями и классическими прериями Северной Америки. Чаще всего это безлесные открытые пространства, так как сказывается существенный дефицит влаги. Но животный мир все так же разнообразен.
• Средиземноморская зона. Территория вокруг одноименного моря отличается жарким и довольно засушливым летом и весьма комфортной прохладной зимой. Типичная растительность представлена жестколистными лесами, колючими кустарниками и травами.
• Пустыни. К сожалению, более 30 % суши занимают области совсем не благоприятные для обитания живых организмов. Пустынные зоны встречаются по всей Африке и Австралии, в Южной Америке, а также на Юге, Юго-Западе и в Центре Евразии. Растительность и животный мир этих регионов довольно скудные.
• Саванны. Этот биом представляет собой открытые пространства, которые полностью покрыты травой и единичными деревьями. Несмотря на то, что это довольно бедные почвы, животный мир этой зоны поражает своим разнообразием. Саванны характерны для Африки, Южной Америки и Австралии.
• Колючее (тропическое) редколесье. Эту зону отличают причудливые формы колючих кустарников и многовековые деревья - баобабы. Из-за неравномерного распределения осадков, растительность этого биома довольно редкая. Тропическое редколесье можно встретить на Юго-Западе Азии и в Африке.

• Тропические леса. Это самая влажная зона нашей Планеты. Растительность этого биома поражает своей масштабностью и разнообразием. Широколиственные дождевые леса располагаются в бассейнах крупных полноводных рек, таких как Амазонка, Ориноко, Нигер, Замбези, Конго. А также покрывают территории полуостровов и архипелагов Юго-Восточной Азии.

Основные функции живой оболочки в природе

Самое время рассмотреть основные функции биосферы и их характеристику:

• Энергетическая. Эту функцию осуществляют растения, которые участвуют в процессе фотосинтеза. Аккумулируя солнечную энергию, они либо распределяют ее между другими компонентами живой оболочки, либо накапливают в отмерших органических частицах. Так появляются горючие полезные ископаемые (уголь, торф, нефть).
• Газовая. Живые организмы участвуют в непрекращающемся газовом обмене.
• Концентрационная. Некоторые формы жизни имеют способность выборочно накапливать биогенные элементы из внешней среды. В последующем они могут служить источником этих веществ.
• Деструктивная. Живые организмы постоянно воздействуют на окружающую среду, разлагая и перерабатывая ее поверхность. Именно так формируется косное и биокосное вещество.
• Средообразующая. Биосфера сохраняет баланс благоприятных и неблагоприятных условий среды, которые необходимы для полноценной жизнедеятельности организмов.

Свойства биосферы

Так как живая оболочка представляет собой очень сложную систему, то характеристика биосферы не может обойтись без основных свойств, которые определяют ее специфику:

1. Централизованность. Все процессы в живой оболочке сосредоточены вокруг живых организмов, они занимают центральное место в учении о биосфере.
2. Открытость. Биосфера может существовать только за счет поступления энергии извне, в данном случае это солнечная активность.
3. Саморегулируемость. Биосфера представляет собой "целостный организм", который, подобно живому существу, обладает способностью к гомеостазу.
4. Разнообразие. На земле обитает огромное количество животных, растений, микроорганизмов и грибов.
5. Обеспечение круговорота веществ. Именно за счет живых организмов осуществляется фотосинтез и круговорот веществ. В характеристике биосферы эти два процесса занимают одно из главных мест.

Эволюция и история развития живой оболочки Земли

Если дать характеристику биосферы с точки зрения эволюции, то можно сказать о том, что это единственная оболочка, которая непрерывно развивается и совершенствуется. Все дело в живом веществе, именно оно постоянно эволюционирует. Неорганическая часть живой оболочки не имеет способности к развитию. Если говорить о характеристике биосферы в будущем, то здесь все немного сложнее. Оболочка становится все более нестабильной, и очень сложно предугадать дальнейшее развитие событий.

Искусственная биосфера

Человек не может существовать вне живой оболочки, очень трудно воспроизвести все то, что она способна нам дать. Характеристики биосферы настолько уникальны, что человечество до сих пор не может в полной мере воссоздать ее условия в искусственной среде. Однако наука не стоит на месте и, возможно, в будущем ученые добьются определенных успехов в этом направлении.

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

Живое вещество в биосфере выполняет следующие важные функции :

1. Энергетическую функцию – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.

2. Концентрационную функцию – избирательное накопление определенных химических веществ.

3. Средообразующую функцию – преобразование физико-химических параметров среды.

4. Транспортную функцию – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.

5. Деструктивную функцию – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.

Вопрос №2

Существование живого организма невозможно без восприятия и обработки информации с внешней и внутренней среды. Оба эти процессы осуществляются на основе функционирования сенсорных систем. Сенсорные системы превращают адекватные раздражения в нервные импульсы и передают их в центральную нервную систему. На разных уровнях головного мозга эти сигналы фильтруются, обрабатываются и преобразуются. Этот процесс завершается осознанными ощущениями, представлениями, узнаванием образов и т.д..

На основе сенсорной информации организуется работа всех внутренних органов. Сенсорная информация является важным фактором поведения, приспособление человека к условиям существования. Она также является важным условием активной деятельности человека и условием формирования и развития человека как личности. Сенсорная система состоит из трех взаимосвязанных отделов: периферического, проводникового и центрального.

Периферический отдел сенсорной системы (анализатора) образуют рецепторы. Рецепторы - это нервные окончания или специализированные нервные клетки, которые реагируют на изменения во внешней или внутреннем мире и превращают их в нервные импульсы. По строению рецепторы могут быть простыми (рецепторы общей чувствительности - прикосновения, давления, боли, температуры - их в организме больше) и сложными (отвечают на специфические раздражители, действующие на ограниченные участки тела человека - рецепторы вкуса, обоняния, зрения, слуха, равновесия).

Проводной отдел сенсорной системы образуют нервные клетки, которые передают информацию от рецепторов к коре больших полушарий головного мозга.

Центральный отдел сенсорной системы образуют различные подкорковые области головного мозга которые подчиняются участкам коры больших полушарий (корковым отделам), которые воспринимают информацию от рецепторов.

Все части анализатора действуют как единое целое, нарушение деятельности любой из частей приводит к нарушению функций анализатора.

В организме человека различают зрительную, слуховую, обонятельную, вкусовую, вестибулярную сенсорные системы, а также соматосенсорной систему, (рецепторы которой расположены преимущественно в коже и воспринимают прикосновение, давление, тепло, холод, боль, вибрацию, движения в суставах и мышцах) и висцеральную сенсорную систему, которая воспринимает информацию от рецепторов, расположенных на внутренних органах (т.е. изменения внутренней среды организма).

Каждая сенсорная система имеет чувствительность и порог раздражения. Она может адаптироваться к действию постоянного раздражителя. Первичный анализ информации она осуществляет на уровне рецепторов, отбирая значимые раздражения. Последующие анализы информации, проверено в нервные импульсы, осуществляемых центральными отделами (подкорковыми зонами и корой больших полушарий головного мозга). По мере приближения к коре количество информации резко уменьшается - предупреждается ссылки в мозг ложных или неважных сигналов).

Для нормального восприятия внешнего мира необходимо, чтобы информация поступала во все типы сенсорных систем. Изменение одной сенсорной системы может изменить деятельность других сенсорных систем.

Различные сенсорные системы начинают функционировать в разные периоды развития. Как правило, на момент рождения полностью сформированным является периферический отдел. После рождения меняется проводных отдел (миелинизации нервных волокон происходит в течение первых месяцев жизни). Позже созревают корковые отделы сенсорных систем. Именно их созревания и определяет особенности функционирования органов чувств.

Понятие об анализаторе

Представлен воспринимающим отделом - рецепторами сетчатой оболочки глаза, зрительными нервами, проводящей системой и соответствующими участками коры в затылочных долях мозга.

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв "правую часть" изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения - правую и левую - головной мозг соединяет воедино.

Так как каждый глаз воспринимает "свою" картинку, при нарушении совместного движения правого и левого глаза может быть расстроено бинокулярное зрение. Попросту говоря, у вас начнет двоиться в глазах или вы будете одновременно видеть две совсем разные картинки.

Строение глаза

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача - "передать" правильное изображение зрительному нерву.

Основные функции глаза:

· оптическая система, проецирующая изображение;

· система, воспринимающая и "кодирующая" полученную информацию для головного мозга;

· "обслуживающая" система жизнеобеспечения.

Роговица - прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза - склерой.

Передняя камера глаза - это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка - по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой - значит, в ней мало пигментных клеток, если карий - много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок - отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик - "естественная линза" глаза. Он прозрачен, эластичен - может менять свою форму, почти мгновенно "наводя фокус", за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело - гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка - состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера - непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка - выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв - при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Глаза - орган зрения - можно сравнить с окном в окружающий мир. Примерно 70% всей информации мы получаем с помощью зрения, например о форме, размерах, цвете предметов, расстоянии до них и др. Зрительный анализатор контролирует двигательную и трудовую деятельность человека; благодаря зрению мы можем по книгам и экранам компьютеров изучать опыт, накопленный человечеством.

Орган зрения состоит из глазного яблока и вспомогательного аппарата. Вспомогательный аппарат - это брови, веки и ресницы, слезная железа, слезные канальцы, глазодвигательные мышцы, нервы и кровеносные сосуды

Брови и ресницы защищают глаза от пыли. Кроме того, брови отводят стекающий со лба пот. Все знают, что человек постоянно моргает (2-5 движений веками в 1 мин). Но знают ли зачем? Оказывается, поверхность глаза в момент моргания смачивается слезной жидкостью, предохраняющей ее от высыхания, заодно при этом очищаясь от пыли. Слезную жидкость вырабатывает слезная железа. Она содержит 99% воды и 1 % соли. В сутки выделяется до I г слезной жидкости, она собирается во внутреннем углу глаза, а затем попадает в слезные канальцы, которые выводят ее в носовую полость. Если человек плачет, слезная жидкость не успевает уйти по канальцам в носовую полость. Тогда слезы перетекают через нижнее веко и каплями стекают по лицу.

Глазное яблоко располагается в углублении черепа - глазнице. Оно имеет шаровидную форму и состоит из внутреннего ядра, покрытого тремя оболочками: наружной - фиброзной, средней - сосудистой и внутренней - сетчатой. Фиброзная оболочка подразделяется на заднюю непрозрачную часть - белочную оболочку, или склеру, и переднюю прозрачную - роговицу. Роговица представляет собой выпукло-вогнутую линзу, через которую свет проникает внутрь глаза. Сосудистая оболочка расположена под склерой. Ее передняя часть называется радужкой, в ней содержится пигмент, определяющий цвет глаз. В центре радужной оболочки находится небольшое отверстие - зрачок, который рефлекторно с помощью гладких мышц может расширяться или сужаться, пропуская в глаз необходимое количество света.

Собственно сосудистая оболочка пронизана густой сетью кровеносных сосудов, питающих глазное яблоко. Изнутри к сосудистой оболочке прилежит слой пигментных клеток, поглощающих свет, поэтому внутри глазного яблока свет не рассеивается, не отражается.

Непосредственно за зрачком находится двояковыпуклый прозрачный хрусталик. Он может рефлекторно менять свою кривизну, обеспечивая четкое изображение на сетчатке - внутренней оболочке глаза. В сетчатке располагаются рецепторы: палочки (рецепторы сумеречного света, которые отличают светлое от темного) и колбочки (они обладают меньшей светочувствительностью, но различают цвета). Большинство колбочек размещается на сетчатке напротив зрачка, в желтом пятне. Рядом с этим пятном находится место выхода зрительного нерва, здесь нет рецепторов, поэтому его называют слепым пятном.

Внутри глаз заполнен прозрачным и бесцветным стекловидным телом.

Восприятие зрительных раздражений . Свет попадает в глазное яблоко через зрачок. Хрусталик и стекловидное тело служат для проведения и фокусирования световых лучей на сетчатку. Шесть глазодвигательных мышц обеспечивают такое положение глазного яблока, чтобы изображение предмета попадало бы точно на сетчатку, на ее желтое пятно.

В рецепторах сетчатки происходит преобразование света в нервные импульсы, которые по зрительному нерву передаются в головной мозг через ядра среднего мозга (верхние бугры четверохолмия) и промежуточного мозга (зрительные ядра таламуса) - в зрительную зону коры больших полушарий, расположенную в затылочной области. Начавшееся в сетчатке восприятие цвета, формы, освещенности предмета, его деталей, заканчивается анализом в зрительной зоне коры. Здесь собирается вся информация, она расшифровывается и обобщается. В результате этого складывается представление о предмете.

Нарушения зрения. Зрение людей меняется с возрастом, так как хрусталик теряет эластичность, способность менять свою кривизну. В этом случае изображение близко расположенных предметов расплывается - развивается дальнозоркость. Другой дефект зрения - близорукость, когда люди, наоборот, плохо видят удаленные предметы; она развивается после длительного напряжения, неправильного освещения. Близорукость часто возникает у детей школьного возраста из-за неправильного режима труда, плохой освещенности рабочего места. При близорукости изображение предмета фокусируется перед сетчаткой, а при дальнозоркости - позади сетчатки и поэтому воспринимается как расплывчатое. Причиной этих дефектов зрения могут быть и врожденные изменения глазного яблока.

Близорукость и дальнозоркость исправляются специально подобранными очками или линзами.

Вопрос №3

Приспособленность к среде обитания носит от­носительный характер, полезна только в тех усло­виях, в которых она исторически сформировалась: во время линьки речной рак беспомощен, с ним может справиться далее жук-плавунец. Речной рак имеет твердый хитиновый покров, служащий в основном в качестве наружного скелета.
На брюшке речного рака присутствует пять пар двуветвистых конечностей, служащих для плавания.
Самцы раков значительно крупнее самок и оснащены более громоздкими клешнями. Если вдруг происходит потеря конечности,
у рака отрастает новая – сразу же по прошествии линьки. Клешни предназначены для нападения и защиты.

Билет №23

Вопрос №1

Рациональное использование природных ресурсов

Большое значение для будущего республики имеют огромные запасы природных ресурсов. Однако, как известно, их освоению препятствуют сложные природные условия. Проблема освоения природных ресурсов выдвигает на первый план вопросы охраны природы. Ошибки, допущенные в освоении природных ресурсов, связаны с неразумным использованием подземных недр и ресурсов, преобладанием ошибочного мнения о том, что природные ресурсы неисчерпаемы. Все это вместе взятое привело к нарушению природного равновесия. Возьмем, к примеру, водные ресурсы. Для республики рациональное использование природных ресурсов имеет огромное значение, так как новые предприятия и орошаемые посевные территории требуют значительных запасов водных ресурсов. Загрязнение рек, неразумное использование водных ресурсов, изменение гидрологического режима рек в результате хозяйственной деятельности человека привели к изменению и других компонентов природы. Так, на орошаемых рисовых полях Южного Казахстана почва теряет свой плодородный слой и становится сильно засоленной. Изменения в почве повлияли на разнообразие и распространение растительного покрова. Это превратило целый регион в зону экологического бедствия. В ходе освоения целинных и залежных земель почва подверглась ветровой и водной эрозии.

Ранее продуктивность почв была намного больше, но в последние годы этот показатель снизился. В результате ветровой эрозии выносится плодородный слой почвы. Не учтены особенности почвенной структуры целинных территорий. На песчаных и глинистых землях после 4-5-летнего использования, почвы становятся засоленными и выходят из сельхозоборота. Уменьшается плодородный гумусный слой. Пустыни и полупустыни республики занимают 167 млн. га. В результате орошения эти площади можно использовать в качестве пастбищ. В последние годы в результате лиманного орошения здесь были достигнуты неплохие показатели. Большое будущее принадлежит использованию артезианских вод для обводнения пастбищ.

Природные богатства нашей республики немалые. Они дают всё необходимое для удовле-творения потребностей населения и развития хозяйства. Но как бы велики они не были, если не заботиться об их сохранении и правильном использовании, они с течением времени могут истощиться. Поэтому охрана природных богатств имеет весьма великое значение.По решению Международного союза охраны природы и природных ресурсов в каждой стране ведётся учёт редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и рас-тений. В нашей стране "Красная книга" учреждена в 1974 году. В ней значится 21 вид и под-вид редких зверей и 8 видов редких птиц, которых надо не только сохранить, но и принять все меры к увеличению их численности. Восстановленные виды животных и растений из "Красной книги" исключаются. Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов имеет два направления - государственное и общенародное. Государственное опре-деляется соответствующими знаками правительственными постановлениями, общенародное - осуществляется личным участием и через общественные организации.Сейчас нельзя рационально вести то или иное хозяйство, не учитывая взаимосвязей всех компонентов, существующих в природе, так как нарушение этой связи часто приводит к пе-чальным последствиям. Разработан ряд мероприятий по восстановлению и обогащению при-родных богатств. Самой массовой природоохранительной организацией является республи-канское Общество охраны природы, которое насчитывает в своих рядах около 2 млн. членов и имеет свои отделения во всех областях Казахстана. Одним из важных мероприятий по охране природы является создание государственных заповедников. В них охраняется природа, ведутся большие научно-исследовательские рабо-ты по изучению, восстановлению и обогащению природы.В Казахстане в настоящее время имеется семь заповедников: Аксу-Джабаглинский, Наур-зумский, Алматинский, Барсакельмесский, Кургальджинский, Маркакольский, Устюртский. Началась разработка проекта первого в Казахстане Национального природного парка. Он разместится в Баянаульских горах, одного из красивейших мест республики. Там находятся замечательные озёра, сосновые леса, богатый животный и растительный мир. На территории будущего национального парка обитает свыше 40 видов животных и 50 видов птиц, некото-рые из которых занесены в "Красную книгу". Центральная часть парка будет заповедной зоной. На берегах озёр Джасыбай и Сабындыкуль разместятся туристско-оздоровительные комплексы, пансионаты, пионерские лагеря.Аксу-Джабаглинский заповедник организован в 1962 г. Это самый старый заповедник в Казахстане. Он раскинулся на площади свыше74 тыс. га на склонах Таласского Алатау, Угамского хребта в Тюлькубасском и Сайрамском районах Чимкентской области. Заповед-ник охватывает 4 высотных ландшафтных пояса. Самый нижний пояс до высоты 1500 м представляет собой степь со своеобразной степной растительностью и животным миром. На высоте 1500 - 2300 м расположен пояс лугостепной и древесно- кустарниковой растительно-сти. Здесь произрастают древовидная арча, кусты миндаля, дикий виноград, дикие яблони и другие представители южных растений. Из животных здесь обитают косули, барсуки, дико-бразы, завезённые сюда маралы и другие.

Выше 2000 и 2300 м простираются субальпийские и альпийские луга. Древесной расти-тельности в этом поясе нет, за исключением стелющейся арчи туркестанской. Живут там горные козлы, снежные барсы, сурки, пищухи, а из птиц - улары, вьюрки, альпийские галки, бородач-ягнятник. На территории заповедника зарегистрировано 238 видов птиц и 42 вида млекопитающих. Наиболее ценными охраняемыми млекопитающими являются: архар, си-бирский горный козёл (тау-теке), марал, ксуля, хищные - снежный барс, пятнистая кошка, барсук.

Самый верхний пояс - высокогорный со снежными вершинами и ледниками. От туда на-чинаются бурные горные реки с пенистыми водопадами, каскадами, низвергающимися в до-лину.

организован в 1934 году. Он раскинулся на низменности в Се-миозёрном районе Кустанайской области. Его территория занимает 83 тыс. га. В заповеднике сохраняется и изучается целинная ковыльная степь с множеством озёр, на берегах которых сохранились сосновые боры. В него входит и островной сосновый бор Наурзум-Карагай. Это самый южный участок распространения редкой сосны солончаковой формы. В заповеднике есть разновидность берёзы, растущей на зелёных почвах. Растет яблоня "мамус баката", встречающаяся в диком виде лишь на Дальнем Востоке.

Вопрос №2

Высшие растения - это новый этап эволюционного развития растительного мира Высшие растения, в отличие от низших, имеют расчленения тела на вегетативные органы: корень, листья и стебель В основе строения вегетат ных органов лежат разнообразные тканейни.

Все высшие растения, как правило, жители суши, но среди них есть и обитатели водоемов По способу питания большинство высших растений - автотрофы

Для развития высших растений характерны две фазы, которые чередуются друг с другом: гаметофит и спорофит гаметофит - половое поколение, на котором образуются многоклеточные половые органы - антеридии "и архегонии антеридиев - овальные или шаровидные тельца, внешняя стенка которых покрыта одним или несколькими рядами стерильной них клеток В антеридии развиваются сперма-генные клетки, из которых затем возникают мужские гаметы - подвижные сперма-тозооны Во время созревания антеридии разрываются, и тогда сперматозоиды выходят наружу и Они активно двигаются в воде и подплывают к архегонииіїв. архегонии - колбообразные тельца, состоящие из нижней расширенной части - брюшка и верхней суженной - шейки Внешне архегоний окружают стерильные клетки, защищающие его от высыхания В брюшке архегония находится неподвижная женская гамета - яйцеклетка Над яйцеклеткой расположена брюшистый канальцевая клетка Во время созревания яйцеклетки канальцах клетки ослизняются, архегоний на верхушке откры ется По слизи сперматозоиды проходит в брюшко архегония, где сливается с яйцеклеткой, происходит оплодотворениенення.

В процессе эволюции высших растений произошло постепенное упрощение (редукция) антеридиев и архегонии Например, у покрытосеменных (цветковых) от архегония осталась только яйцеклетка, которая развивается у в зародышевом мешке (женский гаметофит).

Спорофит - бесполое поколение, на котором образуются органы бесполого размножения - спорогонии, в которых путем редукционного деления образуются гаплоидные споры Споры в высших растений могут быть морфологически в одинаковые или разные мелкие по размерам споры называют микроспоры, а большие - мегаспоры С микроспоры развивается мужской гаметофит, а с мегаспоры - женский гаметофит гаплоидный Переход от г аплоидного состояния к диплоидного происходит во время оплодотворения и образования диплоидной зиготы, из которой развивается спорофитерофіт.

Для эволюции высших растений, кроме мохообразных, характерна тенденция к преобладанию и совершенствование спорофита при одновременной редукции гаметофита

Высшие растения разделяют на:

Высшие споровые растения (рис50):

o отдел Мохообразные, или Мхи (25 тыс. видов; в Украине - около 800 видов);

o отдел Плауновидные или Плауны (400 видов);

o отдел Хвощевидные или Хвощи (32 вида);

o отдел Папоротникообразные, или Папоротники (10 тыс. видов) Высшие семенные растения:

o отдел Цветковые, или Цветочные (250 тыс. видов)

Характеристика высших споровых растений. Прогуливаясь по лесу, вы, несомненно, наблюдали прикорневые розетки из крупных листьев папоротников, а на поверхности влажной почвы – нежные зеленые стебельки мхов. На огородах среди других сорняков часто растет похожий на маленькие сосенки хвощ полевой. Вблизи водоемов или на болотах среди трав можно найти ползучие стебли плаунов, покрытые мелкими листочками.

Если посмотреть на листья папоротника снизу, то можно заметить маленькие коричневые бугорки. В них расположены органы бесполого размножения – спорангии (от греч. спора и ангейон – вместилище). Там образуются и дозревают споры. У мхов споры образуются в коробочке на ножке, а у хвощей и плаунов спорангии расположены на видоизмененных листьях особых спороносных побегов, напоминающих колоски. Способность этих растений размножаться спорами и определила их название – «высшие споровые растения» (вы помните, что водоросли также могут размножаться спорами). К высшим споровым растениям относятся представители отделов Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные и Папоротниковидные.

Особенности размножения и распространения. В жизненном цикле высших споровых растений, как и некоторых групп водорослей, наблюдается чередование представителей разных поколений, размножающихся бесполым и половым способами. Жизненный цикл – это период между одинаковыми фазами развития двух или большего количества одинаковых поколений. Жизненный цикл обеспечивает непрерывность существования определенного вида организмов.

Особи бесполого поколения формируют споры. Из спор, в свою очередь, развиваются особи полового поколения, которые образуют женские и мужские половые органы. В них развиваются соответственно женские и мужские гаметы – яйцеклетки и сперматозоиды. При оплодотворении у высших споровых растений подвижные сперматозоиды проникают в неподвижные яйцеклетки. При этом сперматозоиды выходят во внешнюю среду. Они перемещаются, используя для этого воду, и проникают внутрь женского полового органа, где расположена яйцеклетка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш. Он прорастает и превращается в особь бесполого поколения, размножающуюся спорами. Посмотрите на рисунки 37 и 41. Как вы можете убедиться, особи полового и бесполого поколений значительно отличаются между собой.

Таким образом, мхи, папоротники, хвощи и плауны, называемые высшими споровыми растениями, расселяются с помощью спор и характеризуются чередованием в их жизненном цикле бесполого и полового поколений.

Высшие споровые растения распространены в разных климатических условиях, но большинство произрастает на влажных участках суши, поскольку для полового размножения им необходима вода. Однако некоторые виды этих растений встречаются даже в пустынях.

Подцарство высших растений объединяет многоклеточные растительные организмы, тело которых расчленено на органы – корень, стебель, листья. Их клетки дифференцированы на ткани, специализированы и выполняют определенные функции.

По способу размножения высшие растения разделяют на споровые и семенные. К споровым растениям относят мхи, плауны, хвощи, папоротники.

Мхи – это одна из самых древних групп высших растений. Представители этой группы наиболее просто устроены, их тело расчленено на стебель и листья. Они не имеют корней, а у наиболее простых – печеночных мхов даже отсутствует деление на стебель и листья, тело имеет вид слоевища. Прикрепляются мхи к субстрату и всасывают воду с растворенными в ней минеральными веществами с помощью ризоидов – выростов наружного слоя клеток. Это в основном многолетние растения небольших размеров: от нескольких миллиметров до десятка сантиметров (рис. 74).

Рис. 74. Мхи: 1 – маршанция; 2 – кукушкин лен;
3 – сфагнум

Для всех мхов характерно чередование поколений полового (гаметофита) и бесполого (спорофита), причем гаплоидный гаметофит преобладает над диплоидным спорофитом. Эта черта резко отличает их от остальных высших растений.
На листостебельном растении или слоевище в половых органах развиваются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки.
Оплодотворение происходит только в присутствии воды (после дождялибо в половодье), по которой передвигаются сперматозоиды. Из образовавшейся зиготы развивается спорофит – спорогон с коробочкой на ножке, в которой образуются споры. После созревания коробочка вскрывается, и споры распространяются ветром. При попадании во влажную почву спора прорастает и дает начало новому растению.
Мхи – довольно распространенные растения. В настоящее время их насчитывается около 30 тыс. видов. Они неприхотливы, выдерживают сильные морозы и длительную жару, но растут только во влажных тенистых местах.
Тело печеночных мхов редко ветвится и обычно представлено листовидным слоевищем, с тыльной стороны которого отходят ризоиды. Селятся они на скалах, камнях, стволах деревьев.
В хвойных лесах и на болотах можно встретить мох – кукушкин лен. Его стебельки, усаженные узкими листьями, растут очень густо, образуя на почве сплошные зеленые ковры. К почве кукушкин лен прикрепляется ризоидами.
Кукушкин лен – растение раздельнополое, т. е. у одних особей развиваются мужские, а у других – женские половые клетки.
На женских растениях после оплодотворения образуются коробочки со спорами.

Очень широко распространены белые, или сфагновые, мхи.
Накапливая в своем теле большое количество воды, они способствуют заболачиванию почвы. Это связано с тем, что листья и стебель сфагнума, наряду с зелеными клетками, содержащими хлоропласты, имеют мертвые бесцветные клетки с порами.
Именно они и поглощают воду в 20 раз больше своей массы. Ризоиды у сфагнума отсутствуют. К почве он прикрепляется нижними частями стебля, которые, постепенно отмирая, превращаются в сфагновый торф. Доступ кислорода в толщу торфа ограничен, кроме того, сфагнум выделяет специальные вещества, предотвращающие размножение бактерий. Поэтому попавшие в торфяное болото различные предметы, погибшие животные, растения часто не сгнивают, а хорошо сохраняются в торфе.
В отличие от мхов остальные споровые имеют хорошо развитую корневую систему, стебли и листья. Более 400 млн лет назад они доминировали среди древесных организмов на Земле и образовывали густые леса. В настоящее время это немногочисленные группы в основном травянистых растений. В жизненном цикле преобладающим поколением является диплоидный спорофит, на котором образуются споры. Споры разносятся ветром и при благоприятных условиях прорастают, образуя небольшой заросток – гаметофит. Это зеленая пластинка величиной от 2 мм до 1 см. На заростке образуются мужские и женские гаметы – сперматозоиды и яйцеклетка. После оплодотворения из зиготы развивается новое взрослое растение – спорофит.
Плауны – очень древние растения. Ученые полагают, что они появились около 350–400 млн лет назад и образовывали густые леса из деревьев высотой до 30 м. В настоящее время их осталось очень мало, и это многолетние травянистые растения. В наших широтах наиболее известен плаун булавовидный (рис. 75). Его можно встретить в хвойных и смешанных лесах. Стелющийся по земле стебель плауна крепится к почве придаточными корнями.
Мелкие шиловидной формы листья густо покрывают стебель. Размножаются плауны вегетативно – участками побегов и корневищ.

Рис. 75. Папоротниковидные: 1 – хвощ; 2 – плаун;
3 – папоротник

Спорангии развиваются на прямостоячих побегах, собранных в виде колосков. Созревшие мелкие споры разносятся ветром и обеспечивают размножение и распространение растения.
Хвощи – небольшие многолетние травянистые растения. Они имеют хорошо развитое корневище, от которого отходят многочисленные придаточные корни.
Членистые стебли, в отличие от стеблей плаунов, растут вертикально вверх, от главного стебля отходят боковые побеги.
На стебле расположены мутовки очень мелких чешуйчатых листочков. Весной на зимующих корневищах вырастают бурые весенние побеги со спороносными колосками, которые после созревания спор отмирают. Летние побеги зеленые, ветвящиеся, фотосинтезируют и запасают питательные вещества в корневищах, которые перезимовывают, а весной образуют новые побеги (см. рис. 74).
Стебли и листья хвощей жесткие, пропитаны кремнеземом, поэтому животные их не едят. Хвощи растут в основном на полях, лугах, болотах, по берегам водоемов, реже в сосновых лесах. Хвощ полевой, трудноискоренимый сорняк полевых культур, используется как лекарственное растение. Стебли разных видов хвощей за счет наличия кремнезема используют как полировочный материал. Хвощ болотный ядовит для животных.
Папоротники, как хвощи и плауны, в каменноугольном периоде были процветающей группой растений. Сейчас их насчитывается около 10 тыс. видов, большинство которых распространено во влажных тропических лесах. Размеры современных папоротников колеблются от нескольких сантиметров (травы) до десятков метров (деревья влажных тропиков). Папоротники наших широт – травянистые растения с укороченным стеблем и перистыми листьями.
Под землей находится корневище – подземный побег. Из его почек над поверхностью развиваются длинные, сложные перистые листья – вайи.
Они обладают верхушечным ростом. От корневища отходят многочисленные придаточные корни.
Вайи тропических папоротников достигают в длину 10 м.
В наших краях наиболее распространены папоротники орляк, щитовник мужской и др. Весной, как только оттает почва, от корневища отрастает укороченный стебель с розеткой красивых листьев. Летом на нижней стороне листьев появляются бурые бугорки – сорусы, представляющие собой скопления спорангиев. В них образуются споры.
Молодые листья мужского папоротника используются человеком в пищу, как лекарственное растение. Вайи орляка используют для оформления букетов. В тропических странах некоторые виды папоротников разводят на рисовых полях для обогащения почвы азотом. Некоторые из них стали декоративными, оранжерейными и комнатными растениями, например нефролепис.

Вопрос №3 Ответ в Билете №5 Вопрос №3

Билет №24

Вопрос №1

Вопрос №2

Птицы - высокоорганизованные позвоночные животные, тело которых покрыто перьями, а передние конечности превращены в крылья. Способность передвигаться в воздухе, теплокровность и другие особенности строения и жизнедеятельности дали им возможность широко расселиться на Земле. Особенно разнообразны виды птиц в тропических лесах. Всего насчитывается около 9000 видов.

Это высокоспециализированный и широко распространенный класс высших позвоночных, представляющий собой прогрессивную ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету.

О сходстве птиц с пресмыкающимися свидетельствуют общие признаки:

1) тонкая, бедная железами кожа;

2) сильное развитие на теле роговых образований;

3) наличие клоаки и другие.

К числу прогрессивных черт, отличающих их от пресмыкающихся, относятся:

а) более высокий уровень развития центральной нервной системы, обуславливающий приспособительное поведение птиц;

б) высокая (41-42 градуса) и постоянная температура тела, поддерживаемая сложной системой терморегуляции;

в) совершенные органы размножения (гнездостроение, насиживание яиц и выкармливание птенцов).

Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.

Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.

Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.

Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни

• Наличие CO 2 и кислорода;
• вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
• регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
• обеспечение всего живого продуктами питания;

До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:

1. Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
2. Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
3. Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.

Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.

Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.

Границы

Чем определяются границы распространения биосферы?

Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.

Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.

Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.

Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.

Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.

Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.

Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).

Слои биосферы

Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.

Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.

Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.

В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:

• Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
• геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
• гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).

Структура биосферы и ее состав

Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.

Основные свойства:

• В нем сосредоточено огромное количество энергии;
• скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
• составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
• возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
• отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
• живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.

Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.

Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).

Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).

Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.

Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.

Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.

Функции биосферы

Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.

Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).

Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.

Круговорот вещества в биосфере

Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.

Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.

Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

• - автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
• - гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
• - микотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера. Атмосфера имеет несколько слоев:

• - тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
• - стратосфера;
• - ионосфера - там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода - важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.е. в количественном отношении земная кора - это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и приповерхностном слое океана.

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 только десятая часть - млекопитающие.

Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются.

Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.