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).

Энергетическая функция. Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных источников энергии она нс имеет и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце. По сравнению с Солнцем, энергетический вклад других поставщиков (внутреннее тепло Земли, энергия приливов, излучение космоса) в функционирование биосферы ничтожно мал (около 0,5 % от всей энергии, поступающей в биосферу). Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99 % этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в вызванных ею физических и химических процессах (движение воздуха и воды, выветривание и др.). Только около 1 % накапливается на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в концентрированном виде. По словам В.И. Вернадского, зеленые хлорофилльные организмы, зеленые растения являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела - своеобразные солнечные консервы, энергия которых в дальнейшем становится источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере - всей земной коры. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование современной биосферы.

Каждый последующий этап развития жизни сопровождался все более интенсивным поглощением биосферой солнечной энергии. Одновременно нарастала энергоемкость жизнедеятельности организмов в изменяющейся природной среде, и всегда накопление и передачу энергии осуществляло живое вещество. Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений

(воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов.

Процесс фотосинтеза протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, содержащегося в хлоропласте зеленого листа, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов. Этот электрон, перемещаясь внутри хлоропласта, реагирует с молекулой АДФ, которая, получив достаточную дополнительную энергию, превращается в молекулу АТФ - вещества, являющегося энергоносителем. Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода, а сама при этом утрачивает часть энергии и превращается вновь в молекулу АДФ.

В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно усваивает около 2 млрд т углекислого газа и выделяет в атмосферу примерно 145 млрд т свободного кислорода, при этом образуется более 100 млрд т органического вещества. Если бы не жизнедеятельность растений, исключительно активные молекулы кислорода вступили бы в различные химические реакции, и свободный кислород исчез бы из атмосферы примерно за 10 тыс. лет. К сожалению, варварское сокращение человеком массивов зеленого покрова планеты являет реальную угрозу уничтожения современной биосферы. В процессе фотосинтеза одновременно с накоплением органического вещества и продуцированием кислорода растения поглощают часть солнечной энергии и удерживают ее в биосфере. На фотосинтез используется около 1 % солнечной энергии, падающей на Землю. Возможно, этот низкий показатель связан с малой концентрацией углекислого газа в атмосфере и гидросфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы суши и океана связывают около 3-10 18 кДж солнечной энергии, что примерно в десять раз больше той энергии, которая используется человечеством.

В отличие от зеленых растений некоторые группы бактерий синтезируют органическое вещество не за счет солнечной энергии, а за счет энергии, выделяющейся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений. Этот процесс именуется хемосинтезом. По сравнению с фотосинтезом, в накоплении органического вещества в биосфере он играет ничтожно малую роль. Внутри экосистемы энергия в виде пищи распределяется между животными. Синтезированные зелеными растениями и хемо- бактсриями органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно переходя от одних организмов к другим в процессе их питания, переносят заключенную в них энергию. Растения поедают растительноядные животные, которые, в свою очередь, становятся жертвами хищников и т.д. Этот последовательный и упорядоченный поток энергии является следствием энергетической функции живого вещества в биосфере.

Энергетическая функция живого вещества заключается в трансформации более 99 % энергии, поступающей на поверхность Земли от Солнца. Преимущественно эта энергия идет на химические и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается и запасается (иногда на довольно продолжительное время) в виде энергии органических соединений, - это фотосинтез. Сжигая уголь, мы используем солнечную энергию, которую запасли растения сотни миллионов лет назад. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, которые образовались в палеозое, мезозое и кайнозое.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород, как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Деструктивная функция. Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых неорганических соединений, химическое разложение горных пород, вовлечение образовавшихся минералов в биотический круговорот определяет деструктивную (разрушительную) функцию живого вещества. Данную функцию в основном выполняют грибы, бактерии. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т.д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов - редуценты (деструкторы).

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. Благодаря живому веществу биотический круговорот пополняется минералами, высвобождаемыми из литосферы. Например, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из вулканической горной породы 3 % содержащегося в ней кремния, 11 % алюминия, 59 % магния, 64 % железа. Сильнейшее химическое воздействие на горные породы растворами целого комплекса кислот - угольной, азотной, серной и разнообразных органических - оказывают бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие элементы - кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы. Общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот только на суше, составляет около 8 млрд т, что в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв - их плодородие.

Редуцентная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит работа по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях - еще и до водорода и углерода. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так, осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений - почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.

Концентрационная функция. Концентрационная (накопительная) функция - избирательное накопление определенных веществ, рассеянных в природе, - водорода, углерода, азота, кислорода, кальция, магния, натрия, калия, фосфора и многих других, включая тяжелые металлы, в живых существах. Раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных - все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов - это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них по сравнению с природной средой содержание марганца увеличено в 1,2 млн раз, железа - в 65 тыс. ванадия - в 420 тыс., серебра - в 240 тыс. раз.

Для построения своих скелетов или покровов морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы. Так, существуют кальциевые (известковые водоросли, моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие и т.п.) и кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии) организмы. Особого внимания заслуживает способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк) и радиоактивные элементы. В теле беспозвоночных и рыб их концентрация может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Вследствие этого морские организмы полезны как источник микроэлементов, но, вместе с тем, употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Концентрационная функция заключается в том, что многочисленные организмы наделены способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на слишком ничтожное содержание их в окружающей среде. Организмы могут концентрировать в себе кальций, кремний, натрий, аммоний, йод и т.д. Отмирая, они образуют сочетание этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.

Средообразующая функция. Живое вещество преобразует физикохимические параметры среды в условия, благоприятные для существования организмов. В этом проявляется еще одна главная функция живого вещества - средообразующая. Например, леса регулируют поверхностный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом. Можно сказать, что средообразующая функция - совместный результат всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота (в ходе фотосинтеза растения выполняют газовую функцию: поглощают углекислый газ и выделяют кислород); деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующис функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эта способность живого вещества к восстановлению благоприятных условий существования заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям, система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы. В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Газовая функция живого вещества связана с тем, что многие газы планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на долю которого приходится 21 %, выделяется в результате фотосинтеза зелеными растениями. Накопление кислорода в атмосфере началось еще до наступления палеозоя, содержание его, по некоторым данным, не превышает 10% современного уровня. Весь имеющийся свободный кислород в атмосфере оценивается в 1,6-10 16 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10000 лет. В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В.И. Вернадского, «словно создает себе сферу жизни».

Углекислый газ является также продуктом дыхания всех живых существ планеты. Современная атмосфера содержит 0,3 % ССЬ. Содержание СОт в атмосфере раннего периода развития жизни был значительно выше. В течение фансрозоя он менялся в достаточно широком диапазоне.

Азот может поступать в атмосферу за счет процесса денитрификации (восстановление окислов азота до свободного азота). Этот процесс происходит под действием микроорганизмов в почвах в анаэробных условиях.

К газам органического происхождения принадлежит также сероводород, метан и множество других летучих соединений, созданных живым веществом. В течение одного дня 1 га елового леса может выделить в атмосферу до 30 кг летучих веществ - фитонцидов. В целом биосфера похожа на гигантский организм, в котором автоматически поддерживаются гомеостаз и существуют различные связи: энергетические, химические, трофические, информационные.

Вследствие выполнения живым веществом газовых биогеохимических функций в течение геологического развития Земли сложился современный химический состав атмосферы с уникально высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислого газа, а также умеренные температурные условия. Однако не весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение: 30 % его поступило в воздушный бассейн в результате дегазации недр. Рассмотрим влияние средообразующей функции организмов на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере.

Повышение концентрации кислорода в атмосфере вызывает «парниковый» эффект и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов - сине-зеленых водорослей - имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосфере появился кислород, что дало импульс быстрому развитию животных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблением кислорода и уменьшением его содержания в атмосфере. Это привело к ослаблению «парникового» эффекта, резкому похолоданию и первому в истории планеты (гуронскому) оледенению.

Все живые существа планеты Земля вступают в тесную связь друг с другом и с окружающей средой, образуя тем самым экосистемы. Эти сообщества взаимодействующих организмов не изолированы одно от другого. Они связаны между собой различными взаимоотношениями, прежде всего пищевыми. Совокупность экосистем образует единую планетарную экосистему, которая называется биосферой. В этой статье будет рассмотрено строение биосферы, ее состав и основные функции.

Наука

Данное понятие было впервые введено в науку Ж. Б. Ламарком в далеком 1803 году и означало совокупность всех живых организмов планеты Земля . В конце девятнадцатого века термин " биосфера" использовал Ж. Зюсе , который включил неживую материю осадочных пород в строение биосферы. Учение о биосфере появилось в 1926 году, когда В. И. Вернадский обобщил огромное количество научных сведений, так или иначе иллюстрирующих взаимосвязь между живым и неживым веществом. Ученый смог показать, что наша планета не только заселена живыми организмами, но и активно ими преобразуется. Кроме того, по мнению Вернадского, вмешательство людей в природные процессы настолько существенно, что возможно говорить о ноосфере - новой фазе развития биосферы. На сегодняшний день наука о биосфере объединяет в себя данные из разных областей знания. Среди них можно отметить биологию, химию, геологию, климатологию, океанологию, почвоведение и прочие.

Строение биосферы таково, что живые организмы могут самостоятельно поддерживать необходимый состав почвы, атмосферы и гидросферы. Они играют ключевую средообразующую роль. На основании этого ученые выдвинули гипотезу о том, что почва и воздух были созданы самими живыми организмами на протяжении сотен миллионов лет эволюции. Изучив сходство в строении геологических пород, залегающих глубже кембрийских, с более поздними породами, Вернадский предположил, что в виде простейших организмов жизнь на планете существовала едва ли не изначально. Позже геологи доказали ошибочность этой гипотезы.

Так как солнце является энергетической основой существования всего живого на Земле, биосферу можно рассматривать как оболочку, структура и состав которой формируются за счет совместной деятельности живых организмов и определяются притоком солнечной энергии. Теперь давайте познакомимся со строением биосферы Земли.

Живое и неживое

Рассматривая состав и строение биосферы, прежде всего стоит отметить, что она состоит из живого и неживого вещества (инертной материи). Основная масса живых организмов сосредотачивается в трех геологических оболочках Земли: атмосфере (воздушный слой), гидросфере (океаны, моря и так далее) и литосфере (верхний слой породы). Однако распределяются эти оболочки в самой большой экосистеме неравномерно. Так, гидросфера представлена в строении биосферы полностью, а литосфера и атмосфера - частично (верхний и нижний слои соответственно).

Неживой компонент биосферы состоит из:

1. Биогенного вещества, которое является продуктом жизнедеятельности живых организмов. К нему относятся: каменный уголь, нефть, торф, природные известняки, газ и прочее.
2. Биокосного вещества, представляющего собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов. Сюда входят: почва, ил, вода водоемов и так далее.
3. Косного вещества, которое входит в но не является продуктом жизнедеятельности живых организмов. К этой группе относятся: вода соли металлов, атмосферный азот и прочее.

Границы биосферы

Такие понятия, как состав, строение и границы биосферы, тесно связаны друг с другом. Несмотря на то что бактерии и споры были обнаружены на высоте до 85 километров, считается, что верхний предел биосферы составляет 20- 25 км. На больших высотах концентрация живого вещества ничтожно мала из-за сильного воздействия солнечного излучения.

В гидросфере жизнь присутствует повсюду. И даже в Марианской впадине, глубина которой составляет 11 км, ученый из Франции Ж. Пикар наблюдал не только беспозвоночных, но и рыб. Под более чем 400-метровой толщей антарктического льда живут бактерии, водоросли, фораминиферы и ракообразные. Бактерии встречаются под километровым слоем ила и в подземных водах. Тем не менее наибольшая концентрация живых существ наблюдается на глубине до 3 км. Таким образом, границы и строение биосферы в разных частях планеты могут быть разными.

Атмосфера, литосфера и гидросфера

Атмосфера состоит главным образом из кислорода и азота. В небольших количествах в ней содержатся аргон, углекислый газ и озон. От состояния атмосферы зависит жизнь как сухопутных, так и водных существ. Кислород необходим для дыхания живых организмов и минерализации отмирающих органических веществ. Ну а углекислый газ используется растениями для фотосинтеза.

Литосфера имеет толщину от 50 до 200 км, тем не менее основное количество видов живых организмов сосредотачивается в ее верхнем слое толщиной несколько десятков сантиметров. Распространение жизни вглубь литосферы ограничено в силу ряда факторов, главными из которых являются: отсутствие света, высокая плотность среды и высокая температура. Таким образом, нижней границей распространения жизни в литосфере является глубина в 3 км, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий. Справедливости ради стоит отметить, что они жили не в грунте, а в подземных водах и нефтеносных горизонтах. Ценность литосферы состоит в том, что она дает жизнь растениям, питая их всеми необходимыми веществами .

Гидросфера является важнейшим компонентом биосферы. Порядка 90 % запаса воды приходится на Мировой океан, который занимает 70 % поверхности планеты. Он содержит 1,3 млрд км 3 , а реки и озера - 0,2 млн км 3 воды. Важнейшим фактором жизнедеятельности организма является содержание в воде кислорода и углекислого газа.

Увлекательные цифры

И состав, и строение, и функции биосферы удивляют своими масштабами. С некоторыми интересными фактами мы с вами сейчас познакомимся. В воде содержится в 660 раз больше углекислого газа, чем в воздухе. На суше преобладает разнообразие растительного мира, а в море - животного. 92 процента всей биомассы на суше приходится на зеленые растения. В океане же 94 % составляют микроорганизмы и животные.

В среднем раз в восемь лет биомасса Земли обновляется. Растениям суши для этого нужно 14 лет, океана - 33 дня. На то, чтобы вся вода земного шара прошла через живые организмы, понадобится 3000 лет, кислород - до 5000 лет, а углекислый газ - 6 лет. У азота, углерода и фосфора эти циклы еще более длительные. Биологический круговорот не замкнут - порядка 10 % живого вещества переходит в осадочные отложения и захоронения.

На биосферу приходится всего 0,05 % от массы нашей планеты. Она занимает порядка 0,4 % от объема Земли. Масса живых существ составляет всего 0,01- 0,02 % от массы косного вещества, тем не менее они играют весьма значительную роль в геохимических процессах.

Ежегодно продуцируется 200 млрд тонн сухого веса органики, а в процессе фотосинтеза поглощается 170 млрд тонн углекислого газа. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов в биогенный круговорот каждый год вовлекается 6 млрд тонн азота и 2 млрд тонн фосфора, а также огромное количество железа, магния, серы, кальция и прочих элементов. За это время человечество добывает порядка 100 млрд тонн полезных ископаемых.

В процессе своей жизнедеятельности организмы делают существенный вклад в круговорот веществ, стабилизируя и преображая биосферу, свойства и строение которой заставляют задуматься о наличии высших сил.

Энергетическая функция

Познакомившись со строением и составом биосферы, переходим к ее функциям. Начнем с энергетической. Как известно, растения поглощают солнечное излучение и насыщают биосферу жизненно необходимой энергией. Примерно 10 % улавливаемого света продуценты используют для своих нужд (в основном для клеточного дыхания). Все остальное через пищевые цепи распространяется по всем экосистемам биосферы. Часть энергии консервируется в недрах земли, насыщая их своей силой (уголь, нефть и т. д.).

Даже рассматривая функции и строение биосферы кратко, всегда выделяют окислительно-восстановительную функцию как подвид энергетической. Будучи продуцентами, могут извлекать энергию из реакций окисления и восстановления неорганических соединений. В процессе окисления сероводорода энергией питаются серобактерии, а железа (из 2-валентного в 3-валентное) - железобактерии. Нитрифицирующие также не сидят без дела. Они окисляют аммонийные соединения до нитратов и нитритов. Именно для этого фермеры удобряют свои поля соединениями аммония, которые сами по себе растениями не усваиваются. При удобрении грунта непосредственно нитратами запасающие ткани растений перенасыщаются водой, что приводит к ухудшению их вкусовых качеств и увеличению опасности возникновения заболеваний пищеварительной системы у тех, кто употребляет их в пищу.

Средообразующая функция

Живые организмы формируют почву, а также регулируют состав воздушной и Если бы на планете не существовало фотосинтеза, запас атмосферного кислорода был бы израсходован за 2000 лет. Кроме того, буквально через один век, из-за увеличения концентрации углекислого газа в воздухе, организмы начали бы гибнуть. За один день лесной массив может поглотить из 50-метрового слоя воздуха до 25 % двуокиси углерода. Дерево среднего размера способно обеспечить кислородом четырех человек. Один гектар лиственного леса, расположенный около города, ежегодно задерживает порядка 100 тонн пыли. Озеро Байкал, которое славится своей кристальной чистотой, является таковым благодаря меленьким рачкам, которые трижды за год «процеживают» его. И это лишь несколько примеров того, как живые организмы регулируют состав веществ в биосфере.

Концентрационная функция

Живые существа, и в особенности микроорганизмы, способны концентрировать множество химических элементов, находящихся в биосфере. Практически 90 % почвенного азота являются результатом деятельности синезеленых водорослей. Бактерии могут концентрировать железо (к примеру, окисляя гидрокарбонат, растворимый в воде, до гидроксида, оседающего в среде их обитания), марганец и даже серебро. Эта удивительная особенность позволила ученым полагать, что именно благодаря микроорганизмам на земле столько месторождений металлов.

В некоторых странах такие элементы, как германий и селен добывают из растений. может накапливать в 10 тысяч раз больше титана, чем содержится в окружающей ее морской воде. В каждой тонне бурых водорослей содержится несколько килограмм йода. Австралийский дуб накапливает алюминий, сосна - бериллий, береза - барий и стронций, лиственница - ниобий и марганец, а торий концентрируется в осине, черемухе и пихте. Кроме того, некоторые растения даже «собирают» драгоценные металлы. Так, в 1 тонне золы полыни может быть до 85 граммов золота!

Деструктивная функция

Химическое строение биосферы Земли и ее окружения предполагает не только созидательные, но и разрушающие процессы. Впрочем, они также играют большую роль в регуляции веществ на планете. При активной жизнедеятельности живых организмов происходит минерализация органических остатков и выветривание горных пород. Бактерии, грибы, синезеленые водоросли и лишайники могут разрушать твердые породы за счет выделения угольной, азотистой и серной кислот. Разъедающие соединения также выделяют корни деревьев. Есть такие бактерии, которые даже могут разрушить стекло и золото.

Транспортная функция

Рассматривая строение и функции биосферы, нельзя упустить из виду перенос масс вещества. Дерево поднимает воду из земли в атмосферу, крот выбрасывает землю наверх, рыба плывет против течения, стая саранчи мигрирует - все это является проявлением транспортной функции биосферы.

Живое вещество может проделывать грандиозную геологическую работу, формируя новый облик биосферы и активно участвуя во всех ее процессах.

Отдельно стоит отметить процесс формирования осадочных пород. Первой стадией этого процесса является выветривание - разрушение верхних слоев литосферы под действием воздуха, солнца, воды и микроорганизмов. Внедряясь в породу, корни растений могут разрушать ее . Вода, которая просачивается в трещины, образованные корнями, растворяет и уносит вещество. Это происходит благодаря разъедающим компонентам растения. Особенно обильно органические кислоты выделяют лишайники. Таким образом, физическое выветривание происходит вместе с химическим.

Благодаря отмиранию организмов планктона на дне мирового океана ежегодно отлагается до 100 млн тонн известняков. Многие из них имеют химическое происхождение, находясь, к примеру, в области контакта кислотных и щелочных подземных вод. При отмирании одноклеточных водорослей и радиолярий формируются кремнийсодержащие илы, которые покрывают сотни тысяч км 2 морского дна.

Почвообразующая функция

Свойства и строение биосферы настолько всеобъемлющи, что все ее функции тесно связаны между собой. Так, почвообразование является одним из ответвлений обмена масс и средообразования, но рассматривается отдельно в силу свое важности. При разрушении и дальнейшей переработки горных пород микроорганизмами образуется рыхлая плодотворная оболочка земли, именуемая почвой. Корни крупных растений извлекают минеральные элементы из глубоких горизонтов, обогащая ими верхние слои грунта и повышая их плодотворность. Почва получает органические соединения из мертвых корней и стеблей растений, а также экскрементов и трупов животных. Эти соединения являются пищей для почвенных организмов, которые минерализуют органику, продуцирую углекислый газ, органические кислоты и аммиак.

Беспозвоночные животные, насекомые, а также их личинки, играют важнейшую структурообразующую роль. Они делают почву рыхлой и пригодной для жизни растений. Позвоночные животные (кроты, землеройки и прочие) разрыхляют землю, способствуя благополучному произрастанию в ней кустарников. Ночью в землю проникает охлажденный сжатый воздух, который необходим для дыхания корней и микроорганизмов.

Такое вот удивительно строение у биосферы.

Биосфера представляет собой многоуровневую систему, включающую подсистемы различной степени сложности. Границы биосферы определяются областью распространения организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере (рис. 24.1). Верхняя граница биосферы проходит примерно на высоте 20 км. Таким образом, живые организмы расселены в тропосфере и в нижних слоях стратосферы. Лимитирующим фактором расселения в этой среде является нарастающая с высотой интенсивность ультрафиолетовой радиации. Практически все живое, проникающее выше озонового слоя атмосферы, погибает. В гидросферу биосфера проникает на всю глубину Мирового океана, что подтверждает обнаружение живых организмов и органических отложений до глубины 10-11 км. В литосфере область распространения жизни во многом определяет уровень проникновения воды в жидком состоянии - живые организмы обнаружены до глубины примерно 7,5 км.

Атмосфера. Эта оболочка состоит в основном из азота и кислорода. 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. км 3 . Около 24 млн. км 3 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. км 3 (из них половина соленые), а рек-0,002 млн. км 3 .

Количество воды в телах живых организмов достигает примерно 0,001 млн. км 3 . 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. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, выделившей за геологическую историю Земли значительный объем водяного пара и так называемых ювенильных (подземных магматических) вод.

Рис. 24.1. Область распространения организмов в биосфере:

1 -уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение, 2- граница снегов, 3- почва, 4- животные, обитающие в пещерах, 5- бактерии в нефтяных скважинах

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы, будучи, по терминологии В.И. Вернадского, биокосным веществом, представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами - продуктами жизнедеятельности организмов.

Живые организмы (живое вещество). В настоящее время описано около 300 тыс. видов растений и более 1,5 млн. видов животных. Из этого количества 93% представлено сухопутными, а 7% - водными видами животных. Суммарная биомасса организмов сухопутных видов образована на 99,2% зелеными растениями (2,4 10 12 т) и на 0,8% животными и микроорганизмами (0,2 10 11 т). В океане, напротив, на долю растений приходится 6,3% (0,2 10 9 т), а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% (0,3 10 10 т) совокупной биомассы. Несмотря на то что океан покрывает немногим более 70% поверхности планеты, в нем содержится лишь 0,13% биомассы всех живых существ, обитающих на Земле.

Расчеты показывают, что растения составляют около 21% всех учтенных видов. Однако на их долю приходится более 99% биомассы, тогда как вклад животных в биомассу планеты (79% видов) составляет менее 1%. Среди животных 96% видов приходится на долю беспозвоночных и только 4% на долю позвоночных, среди которых млекопитающие составляют примерно 10%.

Приведенные соотношения иллюстрируют фундаментальную закономерность организации биосферы: в количественном отношении преобладают формы, достигшие в процессе эволюции относительно низких степеней морфофизиологического прогресса.

Живое вещество по массе составляет 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ. Так как субстраты и энергию, используемые в обмене веществ, организмы черпают из окружающей среды, они преобразуют ее уже тем, что в процессе своего существования используют ее компоненты.

Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,5 млрд. т сухого органического вещества. За это же время в масштабе планеты в процессе фотосинтеза синтезируется 46 млрд. тонн органических углеродсодержащих веществ. Для этого требуется, чтобы 170 10 9 т С0 2 прореагировало с 68 10 9 т Н 2 0.

Таким образом, в результате фотосинтеза ежегодно образуется 115х х 10 9 т сухого органического вещества и 123 10 9 т 02. В течение года в процесс фотосинтеза вовлекаются также 6 10 9 т азота, 2 10 9 т фосфора и другие элементы, например калий, кальций, сера, железо. Приведенные цифры показывают, что живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно производит гигантскую геохимическую работу, способствуя преобразованию других оболочек Земли в геологическом масштабе времени.

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 - потребителями и деструкторами) 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 Н 2 0 (на образование 1 г водяного пара необходимо 2,248 кДж). Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу (рис. 24.2). 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.

Рис. 24.2. Круговорот воды в биосфере

Под влиянием этого процесса происходит постепенное разрушение литосферы, перенос ее компонентов в глубины морей и океанов.

На создание органического вещества расходуется всего 0,1-0,2% солнечной энергии, достигающей поверхности планеты. Благодаря этой энергии осуществляется значительный объем работы по перемещению химических элементов.

В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода и азота в биосфере (рис. 24.3; 24.4). 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 (рис. 24.4). 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 (рис. 24.5).

Рис. 24.3. Круговорот углерода в биосфере

Рис. 24.4. Круговорот азота в биосфере

Благодаря биотическому круговороту биосфере присущи определенные геохимические функции: газовая - биогенная миграция газов в результате фотосинтеза и азотфиксации; концентрационная - аккумуляция в своих телах живыми организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде; окислительно-восстановительная - превращение веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (например, Fе, Mn); биохимическая - процессы протекающие в живых организмах.

Стабильность биосферы. Биосфера представляет собой сложную экологическую систему, работающую в стационарном режиме. Стабильность биосферы обусловлена тем, что результаты активности трех групп организмов, выполняющих разные функции в биотическом круговороте,- продуцентов (автотрофы), потребителей (гетеротрофы) и деструкторов (минерализующие органические остатки) - взаимоуравновешиваются. То, что в биосфере поддерживается постоянство ее главных характеристик (гомеостаз), не исключает способности ее к эволюции.

Рис. 24.5. Темпы циркуляции веществ в биосфере

Понятие биосферы

Земля сформировалась примерно $5-7$ млрд лет назад. Первоначально она была безжизненным объектом, возникшим из газопылевой туманности. Под воздействием распада радиоактивных элементов ее вещество разогрелось и расплавилось. По мере остывания вещества произошло разделение «смеси» на отдельные оболочки:

• гидросферу,
• атмосферу.

Их химический состав несколько отличался от современного.

Примерно $3,5$ млрд лет назад возникла на нашей планете жизнь. О ее происхождении идут споры по сей день. Но за это время Земля оказалась заселенной разнообразными формами и видами живых организмов. По аналогии с литосферой, атмосферой и гидросферой это образование назвали биосферой.

Определение 1

Биосфера – это часть географической оболочки Земли, которая населенна живыми организмами.

Впервые термин «биосфера» был предложен Э. Зюссом в $1875$ году. А учение о биосфере, как особой части Земли, области распространения живых организмов, создал выдающийся отечественный ученый В.И. Вернадский.

Границы биосферы

По мнению Вернадского, впервые к понятию «биосфера» приблизился в своих идеях знаменитый французский ученый Ж.-Б. Ламарк. В отличии от остальных оболочек нашей планеты - литосферы, атмосферы и гидросферы, биосфера не образует отдельную сплошную оболочку. Она являет собой совокупность всех биогеоценозов Земли, единую экосистему высшего порядка.

Границами биосферы служат границы распространения живых организмов. Поэтому считается, что биосфера занимает практически всю гидросферу , верхние слои литосферы и нижние слои атмосферы.

Точно границы не определены. Известно, что некоторые группы бактерий обитают в толще литосферы на глубине около $4$ км. Проникновению в более глубокие слои литосферы препятствует высокая температура (более $100$°С) горных пород и подземных вод на больших глубинах.

Распространение живых организмов в атмосфере ограничено озоновым экраном. Именно озоновый экран защищает все живое от воздействия космического излучения (особенно – ультрафиолетовых лучей). Споры бактерий и грибов были обнаружены на высоте около $22$ км. Но наличие бактерий на остатках метеоритов подтверждает гипотезы некоторых ученых, что споры некоторых живых организмов могут некоторое время выдерживать влияние открытого космического пространства. Поэтому границы биосферы определены лишь условно. Самая высокая плотность организмов наблюдается там, где самые благоприятные и самые разнообразные условия существования организмов – на стыке земных оболочек.

Свойства биосферы

Всю совокупность живых организмов нашей Земли академик Вернадский назвал живым веществом. Основными характеристиками этого живого вещества он назвал суммарную биомассу, химический состав и энергию.

Энергия живого вещества проявляется в способности всех живых организмов к размножению и распространению. Живым организмам для реакций жизнедеятельности необходимы вещество и энергия. Поэтому главным свойством биосферы является постоянный обмен между организмами и окружающей средой. Из нее живые организмы получают все необходимые вещества. В окружающую среду поступают и продукты обмена веществ. Эти процессы обеспечивают функционирование биосферы как целостной системы.

Замечание 1

В процессе своей деятельности продуценты накапливают солнечную световую энергию, затем превращают ее в энергию химических связей. Именно суммарная первичная продукция автотрофов определяет суммарную биомассу биосферы в целом.

Функции биосферы

Живое вещество биосферы выполняет несколько важных функций:

1. Газовая функция состоит в том, что живые организмы способны влиять на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные организмы поглощают во время дыхания кислород, а выделяют углекислый газ. В процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
2. Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов происходят окислительно-восстановительные реакции в почве, воде, воздухе.
3. Концентрационная функция состоит в том, что живые организмы поглощают определенные вещества из окружающей среды и постепенно накапливают их в своих организмах. Например, фораминиферы, моллюски, десятиногие раки накапливают в своих организмах соединения кальция и фосфора, бурые водоросли – йода.