На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Экология и ее виды

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 11.06.13. Сдан: 2013. Страниц: 64. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


    Экология  как наука. Структура и задачи современной экологии.
Введение
Экология - один из сравнительно молодых и бурно развивающихся  разделов биологии - изучает взаимоотношения  организмов между собой и со средой обитания. Взаимодействие организмов со средой рассматривает каждая биологическая  наука. Экология затрагивает лишь ту его сторону, которая обусловливает  развитие, размножение и выживание  особей, структуру и динамику популяций, и сообществ. На определённом этапе  развития наших представлений о  природе произошло идейное сближение  экологии с другими биологическими, да и не только биологическими, науками. Особенно тесные связи установились между экологией и физиологией. В результате выделилось и успешно  развивается новое направление - экологическая физиология. Экологические  и физиологические методы исследований взаимно пронизывают обе эти  науки. Произошло сближение экологии и морфологии. Такие понятия, как  «экологическая морфология», «экологическая эмбриология», стали уже привычными.
 
1. Экология как биологическая  наука
 
 
Экология связана с  систематикой. Последняя не может  обойтись без экологического критерия, как и экология без объективной  системы организмов для точного  определения изучаемых видов. Существует взаимосвязь современной экологии с эволюционным учением и генетикой. Сейчас уже не вызывает сомнения тот  факт, что в природе имеют место  экологические механизмы эволюции, исследование которых возможно лишь при совместной работе экологов, генетиков  и эволюционистов. На базе экологии развиваются биогеография, молодая  наука этология (наука о поведении  животных), палеоэкология и т.д. Экологическая  трактовка необходима и при решении  определенных задач в области  физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, поскольку любые биологические  исследования в той или иной степени  изучают жизнь животных и растений в природных условиях. Выясняя  характер влияния физических факторов седы на организмы и ответные реакции  последних, экология не обходится без  таких небиологических наук, как  климатология, метеорология, ландшафтоведение (физическая география). Геоморфология  и почвоведение также сблизились с экологией, поскольку многие процессы образования и разрушения почв происходят под влиянием деятельности сообществ  животных и растений.
 
В настоящее время, в век  научно-технического прогресса, когда  у человека появляются неограниченные возможности воздействия на природу, экология приобретает особенно важное значение. Достижения её успешно применяются в сельском и охотничье-промысловом хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном использовании её ресурсов. В Декларации Верховного Совета Республики Беларусь о государственном суверенитете указывается, что наше государство самостоятельно устанавливает порядок организации на своей территории охраны природы, использования природных ресурсов и обеспечение народу республики экологической безопасности. Очевидная роль экологии и в разработке ряда теоретических проблем, в частности тех, которые связаны с общими закономерностями миграции вещества и энергии в биосфере, с механизмами эволюционного процесса, с изменением структуры и организации живой материи. Сегодня на повестке дня стоит проблема формирования экономической экологии, или экологической экономики, - науки о биологических ресурсах, биоэкономики Мирового океана и суши. Успешно развивается и инженерная экология (прикладная биогеоценология), решающая вопросы устранения отрицательных последствий вмешательства человека в природные сообщества. Актуальные проблемы взаимоотношений человека, общества и природы в эпоху научно-технического прогресса разрабатывает интенсивно развивающаяся социальная экология (экология человека). Несмотря на то, что существует немало классификаций биологических наук, каждая из них, хотя и не охватывает все биологические науки, даёт возможность определить место экологии среди других дисциплин.
 
В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни  организмов. Поэтому в них значительно  глубже и шире развиваются экологические  идеи, доминирует экологический подход при изучении конкретных явлений. Например, гидробиология изучает систематику, морфологию, физиологию (общие науки) животных, растений и микроорганизмов (частные науки), обитающих только в водной среде. Следовательно, экология как общая биологическая наука также может быть расчленена на составные части: на экологию животных, экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д. но если для других наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он - мельчайшая единица исследований. Экология - вполне самостоятельный раздел биологии, имеющий свои содержание, предмет, задачи и методы исследования.
 
2. Содержание, предмет и  задачи экологии
 
Термин «экология» (от греч. oikos - жилище, место обитания и logos - наука) предложил Э. Геккель в 1866 г. для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. С того времени представление о содержании экологии претерпело ряд уточнений, конкретизаций. Однако до сих по нет достаточно чёткого и строгого определения экологии, и все ещё идут споры о том, что такое экология, следует ли её рассматривать как единую науку или же экология растений и экология животных - самостоятельные дисциплины. Не решён вопрос, относится ли биоценология к экологии или это обособленная область науки. Не случайно почти одновременно появляются руководства по экологии, написанные с принципиально разных позиций. В одних экология трактуется как современная естественная история, в других - как учение о структуре природы, в котором конкретные виды рассматриваются лишь как средства трансформации вещества и энергии в биосистемах, в третьих - как учение о популяции и т.д. Нет необходимости останавливаться на всех существующих точках зрения относительно предмета и содержания экологии. Важно лишь отметить, что на современном этапе развития экологических представлений все более чётко вырисовывается её суть. Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Из этой формулировки можно сделать вывод, что все исследования, изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях, открывающие законы, по которым организмы объединяются в биологические системы, и устанавливающие роль отдельных видов в жизни биосферы, относятся к экологическим.
 
Однако приведенное определение  слишком пространно и недостаточно конкретно, хотя на первых этапах развития экологии один из вариантов его (экология - это наука об отношениях организмов друг с другом и со средой, наука  о приспособлениях и т.п.) не только был принципиально верным, но и  мог служить ориентиром при постановке ряда исследований. В последнее время  экологи пришли к принципиально  важному обобщению, показав, что  условия среды осваиваются организмами  на популяционно-биоценотическом уровне, а не отдельными особями вида. Это  привело к интенсивному развитию учения о биологических макросистемах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах), что оказало громадное влияние  на развитие биологии в целом и  всех её разделах в частности. В результате стали появляться всё новые и  новые определения экологии. Её рассматривали  как науку о популяциях, о структуре  природы, о динамике численности  и т.д. Но все они, несмотря на некоторую  специфичность, определяют экологию как  науку, исследующую законы жизни  животных, растений и микроорганизмов  в естественной среде обитания с  учётом роли антропических факторов.
 
Основные формы существования  видов животных, растений и микроорганизмов  в естественной среде обитания - это внутривидовые группировки (популяции) или многовидовые сообщества (биоценозы). Поэтому современная экология изучает  взаимоотношения организмов и среды  на популяционно-биоценотическом уровне. Конечной целью экологических исследований является выяснение путей, с помощью  которых вид сохраняется в  постоянно меняющихся условиях среды. Процветание вида заключается в  поддержании оптимальной численности  его популяций в биогеоценозе. Следовательно, основным содержанием  современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с  другом и со средой на популяционно-биоценотическом  уровне и изучение жизни биологических  макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.
 
Отсюда очевидно, что предметом  исследования экологии являются биологические  макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к  изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию  жизненных ресурсов. Поэтому главная  теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы  вскрыть законы этих процессов и  научиться управлять ими в  условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.
 
3. Структура современной  экологии
 
 
В процессе развития экологические  исследования в ботанике и зоологии шли довольно специфическими путями, что и привело к искусственному и не вполне обоснованному их разделению. В ботанике предметом экологии часто  считаются только взаимоотношения  растений с мёртвой седой, т.е. воздействия  физико-химических факторов на отдельные  виды растений. Взаимоотношения же между растениями, а, следовательно, и их сообществами рассматриваются  специальной наукой - фитоценологией. Изучением отношений в животно-растительных сообществах занимается биогеоценология. Кроме того, экологию обычно подразделяют на аутэкологию (экологию особей) и  синэкологию (экологию сообществ). Однако такое подразделение не отображает специфики современной экологии, изучающей жизнь на уровнях различных  биологических макросистем. Поэтому  Ю. Одум, к примеру, выделяет экологию видов, экологию популяций, экологию сообществ и экологию экосистем. Н.П. Наумов предлагает три подразделения: экологию особей, экологию популяций и экологию сообществ. Г.А. Новиков, также выделяя в экологии три подразделения, первое называет экологией видов. Есть и другие мнения.
 
Нет необходимости подробно анализировать все существующие точки зрения относительно структуры  современной экологии. Очевидно, чёткое расчленение её - задача ближайшего будущего. Важно, что в экологии объективно выделяются подразделения, изучающие органический мир на уровне особи (организма), популяции, вида, биоценоза, биогеоценоза (экосистемы) и биосферы. В связи с этим уже можно чётко выделить: аутэкологию (экология особей), демэкологию (экология популяций), эйдэкологию (экология видов) и синэкологию (экология сообществ). Задачей аутэкологии (от греч. autos - сам) является установление пределов существования особи (организма) и тех пределов физико-химических факторов, которые организм выбирает из всего диапазона их значений. Изучение реакций организмов на воздействия факторов среды позволяет выявить не только эти пределы, но и физические, а также морфологические изменения, характерные для данных особей.
 
Демэкология (от греч. demos - народ) изучает естественные группировки особей одного вида, т.е. популяции - элементарные надорганизменные макросистемы. Важнейшей задачей её является выяснение условий, при которых формируются популяции, а также изучение внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, организации (структуры), динамики численности популяций.
 
Эйдэкология (от греч. eidos - образ, вид), или экология видов, - наименее разработанное подразделение современной экологии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная биологическая макросистема еще не стал объектом экологических исследований. Это объясняется тем, что по мере развития экологии внимание и интерес исследователей с организма, т.е. с аутэкологии, переключились на популяцию - дэмэкологию, а затем на биоценоз, биогеоценоз и биосферу в целом.
 
Синэкология (от греч. syn - вместе), или экология сообществ (биоценология), изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, пути формирования и развития последних, структуру и динамику, взаимодействие их с физико-химическими факторами среды, энергетику, продуктивность и другие особенности. Базируясь на аут-, дем-, и эйдэкологии, синэкология приобретает чётко выраженный общебиологический характер. В основе аут-, дем-, и эйдэкологических исследований лежат особь (организм), популяция и вид конкретной группы живых существ (животные, растения, микроорганизмы). Синэкологические же исследования направлены на изучение сложного многовидового комплекса взаимосвязанных организмов (биоценоз), существующего в строго определённой физико-химической среде, на рассмотрение с качественной и количественной точки их соотношения.
 
На базе этих направлений  формируются новые: глобальная экология, которая разрабатывает проблемы биосферы в целом, и социоэкология, которая изучает проблемы взаимоотношений природы и общества. При этом границы между направлениями и разделами довольно размыты: постоянно возникают направления на стыке таких отраслей экологии, как популяционная экология и биоценология, или физиологическая и популяционная экология. Все эти направления тесно связаны с классическими отраслями биологии: ботаникой, зоологией, физиологией. При этом пренебрежение традиционными натуралистическими направлениями экологии чревато негативными явлениями и грубыми методологическими ошибками, может привести к затормаживанию развития всех остальных направлений экологии.
 
4. Методы экологических  исследований
 
 
Полевые, лабораторные и экспериментальные  исследования. Экология, как было отмечено, имеет свою специфику: объектом её исследования служат не единичные особи, а группы особей, популяции (в целом или  частично) и их сообщества, т.е. биологические  макросистемы. Многообразие связей, формирующихся  на уровне биологических макросистем, обусловливает разнообразие методов  экологических исследований. Для  эколога первостепенное значение имеют  полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ  в естественной обстановке, непосредственно  в природе. При этом обычно используются методы физиологии, биохимии, анатомии, систематики и других биологических, да и не только биологических наук. Наиболее тесно экологические исследования связаны с физиологическими. Однако между ними имеется принципиальная разница. Физиология изучает функции организма и процессы, протекающие в нём, а также влияние на эти процессы различных факторов. Экология же, используя физиологические методы, рассматривает реакции организма как единого целого на констелляцию внешних факторов, т.е. на совместное воздействие этих факторов при строгом учёте сезонной цикличности жизнедеятельности организма и внутрипопуляционной разнородности.
 
Полевые методы позволяют  установить результат влияния на организм или популяцию определённого  комплекса факторов, выяснить общую  картину развития и жизнедеятельности  вида в конкретных условиях. Однако наблюдения не могут дать вполне точного ответа, например, на вопрос, какой же из факторов среды определяет характер жизнедеятельности особи, вида, популяции или сообщества. На этот вопрос можно ответить только с помощью эксперимента, задачей которого является выяснение причин наблюдаемых в природе отношений. В связи с этим экологический эксперимент, как правило, носит аналитический характер. Экспериментальные методы позволяют проанализировать влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных условиях и таким образом изучить всё разнообразие экологических механизмов, обусловливающих его нормальную жизнедеятельность. На основе результатов аналитического эксперимента можно организовать новые полевые наблюдения или лабораторные эксперименты. Выводы, полученные в лабораторном эксперименте, требуют обязательной проверки в природе. Это даёт возможность глубже понять естественные экологические отношения популяций и сообществ. Эксперимент в природе отличается от наблюдения тем, что организмы искусственно ставятся в условия, при которых можно строго дозировать тот или иной фактор и точнее, чем при наблюдении, оценить его влияние.
 
Эксперимент может носить и самостоятельный характер. Например, результаты изучения экологических  связей насекомых дают возможность  установить факторы, влияющие на скорость развития, плодовитость, выживаемость ряда вредителей (температура, влажность, пища). В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но изучить влияние  отдельных факторов на вид, популяцию  или сообщество вполне возможно. Примером экологических экспериментов широких  масштабов могут служить исследования, проводимые при создании лесозащитных полос, при мелиоративных и различных  сельскохозяйственных работах. Знание при этом конкретных экологических  особенностей многих растений, животных и микроорганизмов позволяет  управлять деятельностью тех  или иных вредных или полезных организмов. В современных условиях экологические исследования играют существенную роль в решении ряда теоретических и практических задач. Динамика численности организмов, сезонное развитие, расселение и акклиматизация полезных и вредных видов, прогнозы размножения и распространения - вот основные в настоящее время  экологические проблемы. Разработка их требует рационального сочетания  полевых, лабораторных и экспериментальных  исследований, которые должны взаимно  дополнять и контролировать друг друга.
 
Математические методы и  моделирование. При экологическом  исследовании, которое обычно поводится  на определённом количестве особей, изучаются  природные явления во всём их разнообразии: общие закономерности, присущие макросистеме, её реакции на изменение условий  существования и др. Но каждая особь, индивидуум неодинаковы, отличны друг от друга. Кроме того, выбор особи  из всей популяции носит случайный  характер. И лишь применение методов  математической статистики даёт возможность  по случайному набору различных вариантов  определить достоверность тех или  иных результатов (степень отклонения их от нормы, случайные отклонения или  закономерности) и получить объективное  представление о всей популяции. Однако как только было установлено, что все биологические системы, в том числе и надорганизменные макросистемы, обладают способностью к саморегуляции, ограничиваться методами математической статистики стало невозможно. Поэтому в современной экологии широко применяются методы теории информации и кибернетики, тесно связанные с такими областями математики, как теория вероятности, математическая логика, дифференциальные и интегральные исчисления, теория чисел, матричная алгебра.
 
В последнее время широкое  распространение получило моделирование  биологических явлений, т.е. воспроизведение  в искусственных системах различных  процессов, свойственных живой природе. Так, в «модельных условиях» были осуществлены многие реакции, протекающие  в растении при фотосинтезе. Примером биологических моделей может  служить и аппарат искусственного кровообращения, искусственная почка, искусственные лёгкие, протезы, управляемые  биотоками мышц, и др. В различных  областях биологии широко применяются  так называемые живые модели. Несмотря на то что различные организмы отличаются друг от друга сложностью структуры и функции, многие биологические процессы у них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более простых существах. Они то и становятся живыми моделями. В качестве примера можно привести зоохлореллу, которая служит моделью для изучения обмена веществ; моделью для исследования внутриклеточных процессов являются гигантские растительные и животные клетки и т.д. Основной задачей биологического моделирования является экспериментальная проверка гипотез относительно структуры и функции биологических систем. сущность этого метода заключается в том, что вместе с оригиналом, т.е. с какой-то реальной системой, изучается его искусственно созданное подобие - модель. В сравнении с оригиналом модель обычно упрощена, но свойства их сходны. В противном случае полученные результаты могут оказаться недостоверными, не свойственными оригиналу.
    Учение В.И. Вернедского о бисофере. Структура биосферы.
Введение
 
 
Имя Владимира Ивановича  Вернадского широко известно в нашей  стране и за рубежом. В Москве имеется  проспект Вернадского.1 «Его имя носит  один из крупнейших в Академии наук институт геохимии и аналитической  химии. При президиуме Академии наук существует комиссия по разработке научного наследия академика В.И. Вернадского, которая издает свой «Бюллетень». Отделения  этой комиссии работают в Санкт-Петербурге и Киеве. В Московском, Санкт-Петербургском, Киевском и Симферопольском университетах учреждены стипендии имени В.И. Вернадского. Общественные научные центры по изучению творчества этого выдающегося мыслителя и применению его учения к решению задач сегодняшнего дня существую в разных городах России и СНГ - Ростове-на-Дону, Иванове, Одессе, Ереване, Симферополе, а за рубежом - в Праге, Ольденбурге и Берлине» . Когда его избирали почетным членом научных учреждений, то это было почетно и для самого Вернадского, однако не в меньшей мере и для тех учреждений, которые его избирали. Со времени расцвета его научного творчества прошло уже более полувека, срок очень большой, однако в течение его не было ни одного ученого, который мог бы сравняться с ним. Стать новым Вернадским очень трудно, но тем не менее нашим молодым ученым падать духом не следует. Дорога для них открыта широко. Если поставить вопрос, будет ли кто-нибудь из них вторым Вернадским, то положительный ответ дать трудно. Конечно, в природе все бывает, и надежды терять не надо. Самое важное это то, что каждый из нас может повысить качество своей работы, может добиться новых, необходимых результатов, следуя примеру Вернадского, изучая методику его работы, применяя особенности этой работы”.
 
Так говорил выдающийся геолог нашего времени, лауреат Ленинской  премии академик Дмитрий Васильевич Наливкин на 100-летнем юбилее Вернадского  в 1963 году.
Понятие о биосфере
 
 
Существуют два  основных понятия «биосфера», одно из которых известно со времени появления  данного термина. Это понимание  биосферы как совокупности всех живых  организмов на земле. В.И. Вернадский, изучивший  взаимодействие живых и неживых  систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу  единства живого и неживого.
 
Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения  жизни. Из нескольких вариантов.
 
1) жизнь возникла  до образования Земли или была  занесена на нее; 
 
2) жизнь зародилась  после образования Земли;
 
3) жизнь возникла  вместе с формированием Земли  - В.И. Вернадский придерживался  последнего и считал, что нет  убедительных научных данных, что  живое когда-либо не существовало  на нашей планете. 
 
Жизнь оставалась в  течение геологического времени  постоянно, менялась только ее форма. Иными  словами, биосфера была на Земле всегда.
 
Понятие биосфера вошло  в науку до некоторой степени  случайно. Около ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках  земного шара, впервые употребил  этот термин в последней главе  своей небольшой книги о происхождении  Альп. Однако эта концепция не сыграла  заметной роли в развитии научной  мысли до тех пор, пока в 1926 году не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича  Вернадского. Концепция биосферы, которую  мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые  к понятию биосферы подошел французский  натуралист Жан Батист Ламарк, в  чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных.
 
Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако такое  определение порождает ряд вопросов и требует уточнений. Пропуская  через фильтр воздух, взятый на больших  высотах, можно найти в нем  споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной» областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или скафандре. Такие искусственные места обитания можно рассматривать как участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос.
 
Что же характерно для  биосферы как особой оболочки земного  шара?
 
Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя  особенностями:
 
во-первых, в ней  в значительном количестве содержится жидкая вода;
 
во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии;
 
в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между  веществами,
 
находящимися в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. Биосфера - главная арена жизни и хозяйственной деятельности человека.
 
Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-третьих, в биосфере имеются  поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и  газообразном состояниях.
 
Учение В.И Вернадского  о биосфере
 
 
Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению протекающих  в биосфере процессов, был академик В.И. Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.
 
До появления работ  В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле представлялась ученым очень  скромной. Действительно, казалось бы, какое может быть сравнение последствий  их жизнедеятельности с мощью  внутренних сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские  пучины, перемещающих целые континенты.
 
В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка  времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (в сотни миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке теоретических основ учения о биосфере принадлежит отечественным ученым.
 
По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд. лет. Наиболее древние следы  живых организмов найдены в Южной  Африке (Восточный Трансвааль), в  толще горных пород, возраст которых  равен 3,2 млрд. лет. Эти организмы  напоминали современных нитчатых бактерий. Ученые даже дали им название - эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать, что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад.
 
Наземные организмы  появились около 400 млн. лет назад. Это были первые примитивные растения. С появлением на суше живых организмов и возникновением растений начинается важнейший этап в истории развития биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение по планете, и в настоящее время Землю  населяет огромное количество разнообразнейших растительных и животных организмов.
 
В 19 веке в России постепенно складывалось представление о единстве человека и природы, о тех проблемах, с которыми неизбежно столкнется человечество при необузданном стремлении всецело подчинить себе природу.
 
Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни, принадлежит русской  философии. Она легла в основу направления общественной жизни, получившего  название «русский космизм». Именно тогда в научной среде засверкали имена психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И. Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э. Циолковского. К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И. Вернадский.
 
В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу  под названием «Биосфера», которая  ознаменовала рождение новой науки  о природе, о взаимосвязи с  ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая  жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера - организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная  с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и  биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических  и биологических циклах.
 
В.И. Вернадский впервые  показал, что химическое состояние  наружной коры нашей планеты всецело  находится под влиянием жизни  и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива  в биосфере и должна идти в направлении  увеличения биогенной миграции атомов.1«Она исходит из солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а главное, длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением, размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы»
 
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими  в совокупности живое вещество. Это  самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.
 
Решающее отличие  живого вещества от косного заключается в следующем:
 
* изменения и процессы  в живом веществе происходят  значительно быстрее, чем в  косных телах. Поэтому для характеристики  изменений в живом веществе  используется понятие исторического,  а в косных телах геологического  времени. Для сравнения отметим,  что секунда геологического времени  соответствует примерно ста тысячам  лет исторического;
 
* в ходе геологического  времени возрастают мощь живого  вещества и его воздействие  на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И.) Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";
 
* только в живом  веществе происходят качественные  изменения организмов в ходе  геологического времени. Процесс  и механизмы этих изменений  впервые нашли объяснение в  теории происхождения видов путем  естественного отбора Ч. Дарвина  (1859 г.);
 
* живые организмы  изменяются в зависимости от  изменения окружающей среды, адаптируются  к ней и, согласно теории  Дарвина, именно постепенное накопление  таких изменений служит источником  эволюции. В. И. Вернадский высказывает  предположение, что живое вещество, возможно. “Имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.”. Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы, в какой когда-нибудь была раньше.
 
Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется  как геохимический фактор планетарного масштаба.
 
Биосфера по вертикали  разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу (в которой происходит фотосинтез), и нижнюю, «темную», - меланобиосферу (в которой фотосинтез невозможен). На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. вернадский биосфера
 
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25км), верхнюю  часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных  слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования  жизни». На развитие жизни, а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.
 
Ограничивают область  распространения жизни и слишком  высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также  влияют на развитие жизни. К ограничивающему  фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.
 
В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими  и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100C0 в литосфере (по данн. Вернадского и других исследователей, внесших большой вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее формы:
 
· формы биологической  систематики, включающие популяции, виды, роды, семейства и др., принятые в  ботанике и зоологии;
 
· биогеографические  формы - территории, характеризующие  географическое распространение и  распределение растений и животных, специфику флоры и фауны. Это  биогеографические зоны, области  и т.д. Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие представление о составе  и характере флоры и фауны;
 
· экологические формы, известные под названием экосистем (биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп - это участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными биоценозами, экотоп - это место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды. Это совокупность абиотических условий неоргым сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким.
 
На основе работ  В. океанической среды данного участка, представляющего собой местообитание  конкретного сообщества. Экологические  формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах.
 
Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:
 
А) живое вещество;
 
Б) биогенное вещество - рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);
 
В) косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);
 
Г) биокосное вещество - косное вещество, преобразованное живыми организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);
 
Д) вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового  ряда);
 
Ж) рассеянные атомы  земного вещества и космических  излучений;
 
З) вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.
 
В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):
 
1. слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;
 
2. педосфера, или почвенный покров;
 
3. ландшафтно-экологические  системы - функциональные системы,включающие живые организмы и среду их обитания;
 
4. кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования  горных пород, их минерально-геохимических  изменений в верхней части  земной коры под воздействием  различных факторов;
 
5. древняя биосфера (палеобиосфера) - комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;
 
6. многочисленные минералы  верхней части земной коры  и биосферы: глины, известняки, бокситы  и т. д.;
 
7. природные воды  осадочной оболочки;
 
8. миллионы органических  и органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;
 
9. минеральные ресурсы  биосферы и земной коры, распространенные  в форме свободных элементов:  меди, серебра, золота, висмута, платины  и т. д. Все они - главный  источник сырья для металлургии,  химической промышленности и  многих других отраслей. Их добыча  и использование в экономике  растут год от года.
 
Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом  сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного  и биогенного вещества. С одной  стороны, это среда жизни, а с  другой - результат жизнедеятельности. Главная специфика современной  биосферы - это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный  с деятельностью живых существ) круговорот веществ.
 
Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к  выводу, что главным трансформатором  космической энергии является зеленое  вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения  и синтезировать первичные органические соединения. Для объяснения большой  суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты, которые действительно  показали огромное значение фотосинтезирующих  растений в создании общей органической массы. Ученый подсчитал, что поверхность  Земли составляет меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь  трансформационного аппарата зеленых  растений в зависимости от времени  года составляет уже от 0,86 до 4,2% площади  поверхности Солнца. Разница колоссальная. Этот зеленый энергетический потенциал  и лежит в основе сохранения и  поддержания всего живого на нашей  планете.
 
Результаты своих  исследований В.И. Вернадский изложил  в своих многочисленных статьях, в книге «Биосфера», которая впервые  была опубликована в 1926 г.; а потом  несколько раз переиздавалась, и  в фундаментальном труде «Химический  состав биосферы Земли и ее окружения», который был впервые опубликован  уже после кончины ее автора, в 1965 г. В связи с возросшим вниманием  к задачам охраны природы в  российской и зарубежной печати появились многочисленные статьи брошюры и книги, посвященные учению В.И. Вернадского о биосфере, его подробному изложению, его комментированию и, к сожалению, только отчасти, развитию. Очень важно подчеркнуть, что сначала В. И. Вернадский рассматривал человеческую деятельность как процесс, наложенный на биосферу, чуждый ей по своему существу. Можно предполагать, что к такой мысли его подталкивал техногенный характер этой человеческой деятельности, во многом нарушавший естественный ход природных процессов, им противоречащий.
 
Последнее десятилетие  своей жизни В.И. Вернадский стал приходить к неизбежному выводу об эволюции биосферы Земли, о количественном и качественном изменении ее главной  составной части - живого вещества, об этапах развития биосферы. Такой  ход мыслей привел его к выводу, что появление человека и влияние  его деятельности на окружающую природную  среду представляют собой не случайность, не «наложенный» - на естественный ход  событий процесс, но определенный закономерный этап эволюции биосферы. Этот этап должен привести к тому, что под влиянием научной мысли и коллективного  труда объединенного человечества, направленных на удовлетворение всех его материальных и духовных потребностей биосфера Земли должна перейти в  новое состояние.
 
Каждый живой организм в биосфере - природный объект - есть живое природное тело. Живое вещество биосферы есть совокупность живых организмов, в ней живущих.
 
«Живое вещество», так определенное, представляет понятие, вполне точное и всецелое охватывающее объекты изучения биологии и биогеохимии. Оно простое, ясное и никаких  недоразумений вызвать не может. Мы изучаем в науке только живой  организм и его совокупность. Научно они идентичны понятию жизни.
 
Человек как всякое живое природное (или естественное) тело неразрывно связан с определенной геологической оболочкой нашей  планеты - биосферы, резко отличной от других ее оболочек, строение которой  определяется ее своеобразной организованностью  и которая занимает в ней как  обособленное часть целого закономерно  выражаемое место.
 
Живое вещество, также  как и биосфера, обладает своей  особой организованностью и может  быть рассматриваема как закономерно  выражаемая функция биосферы.
 
В.И. Вернадский так  же, как и Ламарк 140 лет назад  попытался дать главные исчерпывающие  признаки каждого царства живого. И чем больше он вникал в проблему, тем более ясно становилось, что  вырисовывается новый разрез мира. В.И. Вернадский составил таблицу из 16-ти пунктов, где рассмотрел несходство живого и неживого в физическом, химическом и термодинамическом  смысле.
 
Анализ таблицы  показывал, что в природе нет  никаких переходов от неживого к живому: они настолько противоречивы, что живое ни при каких условиях не может происходить от неживого. Организм и косную материю разделяет непроходимая стена. Принцип итальянского естествоиспытателя и врача Франческо Реди, гласящий, что живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом проходит резкая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие, - получил свое подтверждение . 1”Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.”
 
Структура и функции  биосферы
 
Атмосфера.
 
Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота  и кислорода; нет атмосферы. Исторически  развитие атмосферы связано с  геохимическими процессами, а также  достигает мощности до 20000 км. В меньших  концентрациях она содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы  оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности  и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов  имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации  омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при  фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового  излучения. Вне атмосферы существование  живых организмов невозможно. Это  видно на примере лишенной жизни  Луны, у которой нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы  связано с геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере) вулканической активности, а кислород - в результате фотосинтеза.
 
Гидросфера.
 
Вода является важной составной частью всех компонентов  биосферы и одним из необходимых  факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) заключена в  Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного  шара. Общая масса океанических вод  составляет свыше 1300 млн. км3. Около 24 млн. км3 воды содержится в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной  покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землей. Поверхностные  воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км3 (из них половина соленые), а рек - 0,002 млн. км3.
 
Количество воды в  телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км3. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют  кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах  изменяется в широких пределах в  зависимости от температуры и  присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.
 
Литосфера.
 
Основная масса  организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном  слое, глубина которого обычно не превышает  нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися  при разрушении горных пород, и органическими  веществами - продуктами жизнедеятельности  организмов.
 
Биотический круговорот.
 
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический  круговорот осуществляется при участии  всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ  между почвой, атмосферой, гидросферой  и живыми организмами. Благодаря  биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных  химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами - гетеротрофами - разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.
 
Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой.
 
В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты  углерода и азота в биосфере. Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе  углеводов используют сами растения для получения энергии, часть  потребляется животными. Углекислый газ  выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и  животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане.
 
Круговорот азота  также охватывает все области  биосферы. Хотя его запасы в атмосфере  практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после  соединения его с водородом или  кислородом. Исключительно важную роль в этом процессе играют азотфиксирующие  бактерии. При распаде белков этих микроорганизмов азот снова возвращается в атмосферу.
 
Показателем масштаба биотического круговорота служат темпы  оборота углекислого газа, кислорода  и воды. Весь кислород атмосферы  проходит через организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый газ - за 300 лет, а вода полностью разлагается  и восстанавливается в биотическом  круговороте за 2 млн. лет.
 
 
Эволюция биосферы
 
 
Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который  называется эволюционной экологией. Следует  отличать эволюционную экологию от эко  динамики (динамической экологии). Последняя  имеет дело с короткими интервалами  развития биосферы и экосистем, в  то время как первая рассматривает  развитие биосферы на более длительном отрезке времени. Так, изучение биогеохимических круговоротов и сукцессии-- задача эко динамики, а принципиальные изменения в механизмах круговорота веществ и в ходе сукцессии--задача эволюционной экологии.
 
Одним из важнейших  направлений в изучении эволюции является изучение форм жизни. Здесь  можно отметить несколько этапов.
 
1. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают  нынешние бактерии и сине-зеленые  водоросли. Возраст таких самых  древних организмов около 3 млрд. лет. Их свойства: 1) подвижность; 2) питание и способность запасать  пищу и энергию; 3) защита от  нежелательных воздействий; 4) размножение; 5) раздражимость; 6) приспособление  к изменяющимся внешним условиям; 7) способность к росту.
 
2. На следующем этапе  (приблизительно 2 млрд. лет тому  назад) в клетке появляется  ядро. Одноклеточные организмы с  ядром называются простейшими.  Их 25-30 тыс. видов. Самые простые  их них -- амебы. Инфузории имеют еще и реснички. Ядро простейших окружено двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие -- радиолярии и форами-ниферы -- основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.
 
3. Примерно 1 млрд, лет тому назад появились многоклеточные организмы. В результате растительной деятельности--фотосинтеза --из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом, создавалось органическое вещество. Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород, который не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.
 
Л. Пастером выделены следующие две важные точки в  эволюции биосферы: 1) Момент» когда  уровень содержания кислорода в  атмосфере Земли достиг примерно 1% от современного. С этого времени стала возможной аэробная жизнь. Геохронологически это архей. Предполагается, что накопление кислорода шло скачкообразно и заняло не более 20 тыс. лет. 2) Достижение содержания кислорода в атмосфере около 10% от современного. Это привело к возникновению предпосылок формирования озокосферы. В результате жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше.
 
Палеонтология, которая  занимается изучением ископаемых остатков, подтверждает факт возрастания сложности  организмов. В самых .древних породах встречаются организмы немногих типов, имеющих простое строение. Постепенно разнообразие и сложность растут. Многие виды, появляющиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, затем исчезают. Это истолковывают как возникновение и вымирание видов.
 
В соответствии с данными  палеонтологии можно считать, что  в протерозойскую геологическую  эру (700 млн лет назад) появлялись бактерии, водоросли, примитивные беспозвоночные; в палеозойскую (365 млн лет назад) -- наземные растения, амфибии; в мезозойскую (185 млн лет назад)--млекопитающие, птицы, хвойные растения; в кайнозойскую (70 млн лет назад) -- современные группы. Конечно, следует иметь в виду, что палеонтологическая летопись неполна.
 
Эмпирические обобщения  В.И. Вернадского
 
 
1. Первым выводом  из учения о биосфере является  принцип целостности биосферы. «Можно  говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы» Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный механизм. «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерно стройного космического механизма».
 
Узкие пределы существования  жизни--физические постоянные, уровни радиации и т. п.-- подтверждают это. Как будто кто-то создал такую среду, чтобы жизнь стала возможна. Какие условия и константы имеются в виду? Гравитационная постоянная или константа всемирного тяготения, определяет размеры звёзд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакции. Если она будет чуть меньше, звезды станут недостаточно горячими для протекания термоядерного синтеза; если чуть больше, звёзды превзойдут « критическую массу» и обратятся в черные дыры, Константа сильного взаимодействия определяет ядерный заряд в звёздах. Если её изменить, цепочки ядерных реакций не дойдут до азота я электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических делает Вселенную мертвой. Это находится в соответствии с антропным принципом, по которому при создании следует учитывать реальность существования человека.
 
Экология также  показала, что живой мир -- единая система множеством цепочек питания и взаимозависимостей. Если даже небольшая часть ее погибнет, разрушится и все остальное.
 
2. Принцип гармонии  биосферы и ее организованности. В биосфере «все учитывается  и все приспособляется с той  же точностью, с той же механичностью  и с тем же подчинением мере  и гармонии, какую мы видим  в стройных движениях небесных  светил и начинаем видеть в  системах атомов вещества и  атомов энергии».
 
3. Роль живого в  эволюции Земли. «На земной  поверхности нет химической силы, более постоянно действующей,  а потому и более могущественной  по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые  в целом. Все минералы верхних  частей земной коры--свободные алюмокремневые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси Ге и А1 (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других -- непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни»). Лик Земли фактически сформирован жизнью.
 
4. Космическая роль  биосферы в трансформации энергии.  Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.1. «Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли».
 
5. Космическая энергия  вызывает давление жизни, которое  достигается размножением. Размножение  организмов уменьшается по мере  увеличения их количества. Размеры  популяции возрастают до тех  пор, пока среда может дальнейшее  увеличение, после чего достигается  равновесие. Численность колеблется  вблизи равновесного уровня.
 
6.Растение жизни  есть проявение ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается поземной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
 
7. Понятие автотрофности. Аатотрофными нааывают организмы, которые берут всё нужные им жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих зеленых автотрофных организмов определяется областью проникновения солнечных лучей.
 
8. Жизнь целиком  определяется полем устойчивости  зеленой растительности, а пределы  жизни -- физико-химическими свойствами соединений, Строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал В 433° С (от минус 252° С до плюс 180° С) является предельным тепловым полем.
 
9. Биосфера в основных  своих чертах представляет один  и тот же химический аппарат  с самых древних геологических  периодов. Жизнь оставалась в  течение геологического времени  постоянной, менялась только ее  форма. Само живое вещество  не является случайным созданием.
 
10. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности входе времени.
 
11. Формы нахождения  химических элементов: а) горные  породы и 
 
минералы; б) магмы; в) рассеянные элементы; г) живое вещество. Закон бережливости в использовании  живым веществом простых химических тел; раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.
 
12. Постоянство количества  живого вещества в биосфере. Количество  свободного кислорода в атмосфере  того же порядка, что и количество  живого вещества (1,5 х 10" г и 10го ^-- 10"г). Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество является посредником между Солнцем к Землей и стало быть либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.
 
3. Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах
 
Питание — основной способ движения веществ и энергии.
 
 Организмы в  экосистеме связаны общностью  энергии и питательных веществ,  которые необходимы для поддержания  жизни. Главным источником энергии  для подавляющего большинства  живых организмов на Земле  является Солнце. Фотосинтезирующие  организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — углекислый газ, вода и неорганические вещества — могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне (рис. 14.5).
 
 
 
Рис. 14.5. Сулммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме.
 
 Таким образом,  основу экосистемы составляют  автотрофные организмы —продуценты (производители, созидатели), которые в процессе фотосинтеза создают богатую энергией пищу — первичное органическое вещество. В наземных экосистемах наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, образуя органические вещества, дают начало всем трофическим связям в экосистеме, служат субстратом для многих животных, грибов и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа. В водных экосистемах главными производителями первичного органического вещества являются водоросли.
 
 Готовые органические  вещества используют для получения  и накопление энергии гетеротрофы,  или консументы (потребители). К гетеротрофам относятся растительноядные животные (консументы I Порядка), плотоядные, живущие за счет растительноядных форм (консументы II порядка), потребляющие других плотоядных (консументы Ш порядка) и т. д.
 
 Особую группу консументов составляют редуценты (разрушители, или] деструкторы), разлагающие органические остатки продуцентов и консументов до простых неорганических соединений, которые зат-ем используются продуцентами. К редуцентам относятся главным образом микрорганизмы — бактерии и грибы. В наземных экосистемах особенно важное значение имеют почвенные редуценты, вовлекающие в общий круговорот органические вещества отмерших растений (они потребляют до 90% первичной продукции леса). Таким образом, каждый живой организм в составе экосистемы занимает определенную экологическую нишу (место) в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и абиотическими условиями среды.
 
Пищевые цепи (сети) и  трофические уровни. Основой любой  экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие  им энергетические связи. В них постоянно  происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной  преимущественно растениями.
 
 Перенос потенциальной  энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем  поедания одних видов другими  называется цепью питания или  пищевой цепью, а каждое ее  звено —трофическим уровнем (рис. 14.6).
 
 
 
Рис. 14.6. Цепи питания  африканской саванне.
 
 Первый трофический  уровень образуют продуценты (растения), второй — первичные консументы (растительноядные животные), третий — вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например человек, медведь, воробей, потребляют как продуцентов, так и консументов, т. е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети (рис. 14.7).
 
 
 
Рис. 14.7. Сети питания  в экологической системе.
 
 Существуют два  основных типа пищевых цепей  — пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер —>кролик —> волк; фитопланктон (водоросли) —> зоопланктон (простейшие) —>плотва —> щука —> скопа.
 
Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных — детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям — хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка —> дождевой червь —> черный дрозд—> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.
 
Экологические пирамиды. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов — биомассой — на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых  цепей характерно увеличение плотности  популяций, скорости размножения и  продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10—15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды (рис. 14.8).
 
 

Рис, 14.8. Упрощенная экологическая  пирамида.
 
 Различают три  способа составления экологических  пирамид: 
 
1. Пирамида численностей  отражает численное соотношение  особей разных трофических уровней  экосистемы. Если организмы в  пределах одного или разных  трофических уровней сильно различаются  между собой по размерам, то  пирамида численностей дает искаженные  представления об истинныхсоотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консумен-тов могут питаться органами одного дерева — продуцента.
 
2.   Пирамида  биомасс показывает количество  живого вещества, или биомассы, на  каждом трофическом уровне. В  большинстве наземных экосистем  биомасса продуцентов, т. е.  суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого  последующего трофического уровня  меньше предыдущего. Однако в  некоторых сообществах биомасса  консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.
 
3.   Пирамида  энергии отражает величину потока  энергии в цепи питания. На  форму этой пирамиды не влияют  размеры особей, и она всегда  будет иметь треугольную форму  с широким основанием внизу,  как это диктуется вторым законом  термодинамики. Поэтому пирамида  энергии дает наиболее полное  и точное представление о функциональной  организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии —динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3—5 звеньев (трофических уровней).
 
 Знание законов  продуктивности экосистем, возможность  количественного учета потока  энергии имеют важное практическое  значение, поскольку продукция природных  и искусственных сообществ (агроиенозов) является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.
4. Взаимоотношения организма и среды. Класификацтя факторов среды.
1. Понятие о среде обитания  и экологические факторы
 
Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания. Среда - это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания. Знание особенностей взаимодействия организма  и среды является достаточно важным вопросом в изучении экологии и без  наличия достаточной информации по этой тематике невозможно представить  наше с вами отношение к природе  и ее организмам.
Термин  среда обитания применяют, когда  хотят обозначить характерные для  какого-нибудь вида растений или животных естественные условия жизни. А широко используемое понятие окружающая среда  соответствует той части экологической  среды, с элементами которой организм непосредственно взаимодействует. Чаще всего это понятие используют применительно к человеку, имея в  виду окружающую человека среду.
На нашей  планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого  организма, используемое паразитами и  полу паразитами.
Воздействие среды воспринимается организмами  через посредство факторов среды, называемых экологическими.
Экологические факторы - это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное воздействие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и с особями других популяций.
Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям (рис. 1) Внешние факторы  воздействуют на организм, популяцию, экосистему, но не испытывают непосредственного  обратного действия: солнечная радиация, атмосферное давление, скорость течения, ветер. В отличие от них внутренние факторы связаны со свойствами самой  экосистемы и образуют ее состав: численность  популяций, пища, концентрации веществ  и т.п.
 
Рис. 1 Классификация  Экологических факторов (по Ю. Одуму, 1975).
  Биотические факторы
Абиотические факторы
  Природная среда
 
       
   
а
температура
а
а
Факторы взаимодействия между особями одного и того же вида
а
а
групповой и массовый эффект
а
       
               
  свет
        Внутривидовая конкуренция
 
       
               
  вода
    Физические  и химические факторы
    нейтрализм
 
       
               
  влажность
        Межвидовая конкуренция
 
       
               
  Биогенные вещества
          мутуализм
 
       
                 
  Атмосферные газы
    Факторы взаимодействия между особями различных видов
    симбиоз
 
       
               
  течения и ветры
        комменсализм
 
       
                 
  пожары
        аменсализм
 
       
             
  почвы
    Эдафические факторы
    паразитизм
 
       
               
  Экологические факторы почв
        хищничество
 
       
 

 

Часто важно  оценить значимость факторов, выделить главные и второстепенные. Те из них, без которых невозможны жизнь и развитие организма - пространство, пища, вода, тепло, свет, кислород, - определяются как условия существования. Количественная оценка условий существования, характеризующая их доступность для организмов и подчиняющаяся законам сохранения, позволяет квалифицировать их как ресурсы. Другие факторы, действующие не обязательно постоянно, но влияющие на различные проявления жизнедеятельности и распространение организмов, называют факторами воздействия.
По происхождению  и характеру действия экологические  факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия  живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).
Абиотические  факторы делят на физические, или  климатические (свет, температура воздуха  и воды, влажность воздуха и  почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).
Однако  не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые  ресурсы, за обладание определёнными  пастбищами или территорией охоты, т.е. вступать в конкретную борьбу между  собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.
Биотические факторы — разнообразные формы  влияния одних организмов на жизнедеятельность  других. При этом одни организмы  могут служить пищей для других (например, растения — для животных, жертва — для хищника), быть средой обитания (например, хозяин —для паразита), способствовать размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители — для цветковых растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.
Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов внутривидовой  конкуренции. Групповой и массовый эффекты – термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.
Межвидовые  взаимоотношения значительно более  разнообразны. Два живущих рядом  вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможны типы комбинаций и отражают различные  виды взаимоотношений:
нейтрализм  – оба вида независимы и не оказывают  никакого действия друг на друга;
конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;
мутуализм – виды не могут существовать друг без друга;
протокооперация (содружество) – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;
комменсализм  – один вид, комменсал, извлекает  пользу от сожительства, а другой вид  – хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);
аменсализм – один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения;
паразитизм  – паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина  и даже может вызвать его гибель;
хищничество – хищный вид питается своей жертвой.
Межвидовые  отношения лежат в основе существования  биотических сообществ (биоценозов).
Антропогенные (антропические) факторы — это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.
Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер  и др.) и гидрографические – факторы  водной среды (вода, течение, солёность  и др.).
Большинство факторов качественно и количественно  изменяются во времени. Например, климатические  – в течение суток, сезона, по годам ( температура, освещённость и др.).
Факторы, изменение которых во времени  повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические – приливы и отливы, некоторые  океанские течения. Факторы, возникающие  неожиданно (извержение вулкана, нападение  хищника и т.п.) называются непериодическими
Подразделение факторов на периодические и непериодические  имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.
Большинство экологических факторов — температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени  и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.
Один  и тот же фактор среды имеет  разное значение в жизни совместно  обитающих организмов. Например, солевой  режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании  растений, но безразличен для большинства  наземных животных. Интенсивность освещения  и спектральный состав света исключительно  важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.
Экологические факторы действуют на организмы  по-разному. Они могут выступать  как раздражители, вызывающие приспособительные  изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие  невозможность существования тех  или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические  и анатомические изменения организмов.
 
 

2. Основные представления  об адаптации организма
 
Адаптация (от лат. «приспособление») – приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов.
Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного  отбора (равно как и искусственно – осуществляемого человеком).
Основные  адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно  обусловлены. Они формировались  на историко-эвалюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированные к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.
Первичные – это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения  жизни: т
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.