Лабораторная работа №4. Развитие жизни на Земле. Этапы и механизмы.

Теоретическая часть

Гипотезы «биогенеза». Общим для них является постулирование возможности появления живого только из живого. Сама формула «Все живое из живого» (Omne vivum e vivo) известна с XVII века и принадлежит Франческо Реди. Каждое опровержение абиогенеза усиливало позиции сторонников биогенетических гипотез. Логика биогенеза устанавливает вечность и широкую распространенность жизни в Космосе. Наиболее известна из представлений этой группы гипотеза «панспермии», или повсеместности «зародышей жизни», сформулированная С. Арениусом (Швеция) в начале XX века. Ее сторонником был и В.И. Вернадский. Другая разновидность гипотез этой группы – гипотеза «стационарного состояния» – утверждает вечность жизни на вечно существовавшей Земле, но в настоящее время она серьезно не рассматривается. Близкая по форме гипотеза, содержательно граничащая с гипотезами предыдущей группы, высказана Ф. Криком и Л. Оргелом (США): на Землю жизнь попала извне, но не случайно, в виде «семян жизни», а в результате преднамеренного внесения высокоразвитой внеземной цивилизацией. Подобные представления существуют и в ненаучном знании, по крайней мере, касательно происхождения человека. Так, например, люди африканского племени Дагонов считают своими предками «пришельцев» из Сириуса.

Гипотезы третьей группы – гипотезы абиогенеза, или «самозарождения жизни» – появились еще в XV–XVI вв. В XVIII веке идеи самозарождения развивали и пропагандировали Г. Лейбниц (Германия), Ж. Бюффон (Франция), Дж. Нидхэм (Ирландия); в XIX веке – Э. Дарвин (Англия) и Ж.Б. Ламарк (Франция). Главнейшими аргументами в гипотезе признавались факты появления живых организмов на закрытых (как считалось) питательных субстратах. При этом допускалось существование «жизненной силы», возбуждающей жизнь в мертвом субстрате в любое время. Данная гипотеза основывалась на ошибках субъективного восприятия явлений.

Научное обоснование абиогенез получил в 20-е годы прошлого столетия в работах А.И. Опарина. В опытах с концентрированными растворами органических веществ были получены устойчивые сгустки – коацерватные капли, способные поглощать, преобразовывать и выделять некоторые вещества. Коацерваты рассматриваются как аналоги предбиологических систем, давших начало живым телам. Возможность абиогенного синтеза органических веществ в условиях Земли, обоснованная Опариным, была показана в лабораторных экспериментах С. Миллера (США) в 1955 г. Позже, такие эксперименты, с вариациями по исходным условиям, были повторены многократно. Гипотеза «коацерватов» сначала не касалась передачи наследственной информации и потому была дополнена в 1929 году Д. Холдейном гипотетическими механизмами матричных процессов с участием нуклеиновых кислот.

В рамках гипотезы абиогенеза состоялась дискуссия по вопросу о месте появления живого вещества. Обсуждались, причем весьма аргументировано, такие варианты: 1 – жизнь зародилась в океане, в «первичном бульоне»; 2 - жизнь зародилась в океане, на подводных вулканах; 3 - жизнь зародилась на прибрежных глинах; 4 - жизнь зародилась в наземных условиях среди частиц грунта. Во всех этих вариантах предполагалось, что жизнь моложе планеты, на которой она развивается.

По современным представлениям, жизнь на Земле существует, практически, столько же, сколько существует и сама Земля (4,65 млрд. лет). Предполагается, что фотоавтотрофные прокариоты были уже достаточно развитыми около 3,5 млрд. лет назад, а клетки появились не менее чем на 0,4 млрд. лет раньше.

До сих пор наука не располагает сведениями, необходимыми для достоверной реконструкции обстановки на поверхности Земли на начальных этапах ее существования. Первичная атмосфера состояла, по одним расчетам, преимущественно, из диоксида углерода, и выходящих с глубинными газами, воды, серных соединений и азота, а по другим – из метана, аммиака, оксида углерода, воды, возможно, диоксида углерода и азота. В любом случае атмосфера должна была иметь восстановительный или, по крайней мере, нейтральный характер. Хотя отсутствие аммиака, метана или свободного водорода противоречит условиям экспериментов Миллера по абиогенному синтезу органических веществ, это, как доказано, не является препятствием для синтеза органики в естественных условиях.

Предполагается, что основная масса органических соединений образовалась за пределами Земли в период, предшествующий ее формированию. Считается, что образование органических соединений в Солнечной системе, на ранних этапах ее формирования (более 4,5 млрд. лет назад), было обычным явлением. Что же касается нуклеотидов и полимерных белков, то их синтез проходил, скорее всего, уже в специфических условиях Земли. На первом, «химическом» этапе зарождения органического вещества существует множество хаотических реакций абиогенного (фотохимического и др.) эндоэргического синтеза органических молекул и их экзоэргического разложения, что в целом, при дефиците кислорода, ведет к накоплению продуктов синтеза на минеральных адсорбентах. В этих протоциклах участвуют, прежде всего, биоэлементы, в том числе и фосфор, некоторые соединения которого отличаются более легким связыванием и освобождением энергии. На втором этапе пространственно объединенные экзо- и эндоэргические реакции становятся сопряженными и во времени через «цикл фосфора» (некоторые фосфаты становятся энергетическими организаторами) и, кроме того, через общие конечные продукты и исходные вещества различных реакций. Такие сопряженные процессы ведут к увеличению длительности удержания энергии, упорядочению молекулярных комплексов и, следовательно, накоплению информации. Этот этап, характеризующийся становлением в условиях Земли процессов самоорганизации, можно обозначить как «предбиологический». Третий, «протобиологический» этап связывается с абиогенным синтезом пятиуглеродных моносахаридов, которые входят и в состав нуклеотидов и в цикл связывания углерода. Предположительно, на этом этапе энергетическими организаторами становятся нуклеофосфаты, что приводит к увеличению организованности химических процессов, появлению реакций спонтанной полимеризации, по сути - биохимических процессов. Идет оформление органо-минеральных структурных элементов протобиосферы. Первичными организаторами процессов матричного синтеза могли служить некоторые органические вещества, а также твердые и жидкие кристаллы минералов (особенно графит, пирит и силикаты). Конец третьего этапа характеризуется появлением двумерных мономолекулярных органических слоев в форме пленок на границе раздела фаз вода-минералы, способных к автокаталитическому метаболизму и фиксации углерода, а также меланоидинов и протеиноидов, обладающих гидролитической активностью и способностью к переносу электронов. Формируются диффузно организованные предавтотрофный и предгетеротрофный биосферные блоки, пока еще не разделяющиеся на неживое и живое вещество. Общее или локальное накопление органики, при определенных условиях, приводит к появлению трехмерных органических пленок и капель, где разнородные органические молекулы и сформировавшиеся простейшие химические системы получают дополнительные возможности динамического сопряжения. Дифференцировка вещества на «неживое» и «живое» происходит на четвертом, «биологическом» этапе, который почти однозначно связывается с нашей планетой, с земной формой жизни.

В соответствии с рассматриваемой гипотезой бактериальная жизнь на основе термосинтеза появилась на Земле уже через 100 млн. лет после ее образования. Все древнейшие осадочные породы, графит и даже кварциты образовались при участии бактерий и в них часто обнаруживаются формы, не укладывающиеся в современные классификации. Концентрация и мощность различных биогенных соединений, сопутствующих друг другу, свидетельствуют о сгущениях разнообразных форм жизни в первичной биосфере. Из горных пород выделены цианобактерии, перидинеи, жгутиконосцы и, даже, многоклеточные прокариоты. После исчезновения водородной атмосферы биогенное осадконакопление почти прекратилось, в горных породах того времени останков бактериальных клеток мало, а разнообразие их резко снижено. В период 4,1-3,5 млрд. лет назад происходила смена термоавтотрофной жизни на фотоавтотрофную. Другие гипотезы связывают возникновение жизни на Земле именно с этим периодом.

Появление оформленных в клетки дискретных единиц разнородного живого вещества характеризует становление биоты прокариотного типа. На этом этапе биосфера существует как относительно простая, с небольшой информационной емкостью, трехкомпонентная система: продуценты (хемоавтотрофы) – деструкторы (хемогетеротрофы) - неорганическое вещество. С возникновением фотоавтотрофных клеток, высвобождающих свободный кислород, и гетеротрофных аэробных клеток сложность и «работоспособность» живого вещества существенно возрастают. В дальнейшем морфологическое и функциональное объединение аэробных прокариот без цитоскелета и анаэробных прокариот с цитоскелетом позволило: резко увеличить количество энергии используемой для воздействия на внешнюю среду; сформировать группу редуцентов, связывающую разрозненные и неорганизованные вещественно-энергетические циклы; создать условия для становления основных клеточных типов эукариот (животного, грибного, растительного).

Среди биологов общим признанием пользуются две гипотезы происхождения клеток эукариотического типа: аутогенная и симбиотическая гипотезы. Аутогенный путь происхождения эукариот предполагает развитие сети внутренних мембран в крупной прокариотической клетке путем впячивания наружной плазматической мембраны. Эта гипотеза хорошо согласуется с данными о динамической непрерывности клеточных мембран, с гипотезой о монофилии эукариотических организмов, опирается на хорошо аргументированный механизм внутренней дифференцировки клетки на компартменты. В остальном же, аутогенная гипотеза оказывается спорной или неприемлемой.

Симбиотическую гипотезу сформулировала в 1970 году Л. Маргелис, и с тех пор представление об эукариотах как организмах комплексного происхождения широко распространилось в среде биологов. Последовательность событий здесь предложена в следующем виде. Крупная амебовидная гетеротрофная прокариотическая клетка, получающая энергию путем анаэробного окисления органических веществ, на определенном этапе включает мелкую аэробную бактерию - предшественник митохондрии, что в условиях дефицита кислорода оказывается выгодным энергетически; возникает клетка животного типа, захватывающая спирохетоподобные прокариотические клетки, дающие начало жгутикам. Наконец, внедрение в жгутиковую аэробную клетку прокариот, клеток подобных современным цианобактериям, приводит к появлению автотрофной эукариотической клетки.

Уже с начальных этапов своего становления биосфера представляет единство активной (живое состояние вещества) и пассивной (неживое состояние вещества) подсистем. Ее развитие изначально определяется интенсивностью взаимодействия этих подсистем. Но живое вещество, представленное одноклеточными телами, не способно активно трансформировать даже непосредственно прилежащую среду для извлечения из нее новых порций вещества и энергии. Поэтому на определенном этапе эволюции биосферы появляются многоклеточные бестканевые и талломные, а позже и тканевые живые тела. Обладая способностью к ростовому и активному движению, они способствуют резкому расширению и ускорению биогенного круговорота веществ, потока энергии и наращиванию объема информации.

Существуют общепринятые четыре гипотезы происхождения многоклеточности, устанавливающие разные переходные формы между протистами и низшими многоклеточными организмами: гипотеза «гастреи» Э. Геккеля; гипотеза «фагоцителлы» И.И. Мечникова; гипотеза «сидячей колонии» А.А. Захваткина; гипотеза «целлюряризации» И. Хаджи.

Первые три гипотезы связывают возникновение истинно многоклеточных организмов с колониальными жгутиконосцами, а последняя - с многоядерными инфузориями.

Общая постановка задачи

Изучить лекционный материал по данной теме. Составить схему образования жизни на Земле, согласно озвученным теориям. Привести «за» и «против» данным теориям.

Список индивидуальных данных

Индивидуально каждому студенту выдается определенная эпоха и оболочка биосферы.

Пример выполнения работы

1. Записать тему практической работы.

2. По предложенному варианту необходимо описать этап развития планеты.

3. По предложенному варианту необходимо описать состояние флоры и фауны (если таковые уже имеются).

4. Составить общую схему геохрокологической и стратиграфической истории Земли.

Лабораторная работа №5. Взаимоотношения человека с другими элементами биосферы. Химический анализ выхлопов автотранспорта, и определение степени загрязнения исследуемых территорий.

Цель работы:

Изучить некоторые глобальные проблемы экологии, связанные с антропогенным влиянием.

Теоретическая часть

Автомобильный транспорт относится к основным источникам загрязнения окружающей среды. Большинство сортов применяемого ныне бензина содержит в качества антидетонационной присадки тетраэтилсвинец (0,41 – 0,82 г/л). Бензин с такой присадкой называют этилированным. Применение этой присадки позволяет сократить потребление топлива, но загрязняет атмосферу соединениями свинца. Доля отработавших газов автомобилей в загрязнении атмосферного воздуха больших городов изменяется в зависимости от времени и пропорциональна интенсивности движения транспортных средств. Минимальная концентрация вредных веществ наблюдается в ночные часы, когда их содержание в воздухе в несколько раз меньше, чем днем. Максимальная концентрация отмечается в часы пик. Атмосфера улиц самоочищается в результате проветривания. При одной и той же интенсивности движения большее загрязнение воздуха отмечается в районах плотно застроенных высокими зданиями, и вдоль дорог с узкой проезжей частью. В автомобильных двигателях химическая энергия топлива преобразуется в тепловую, а затем в механическую работу. Процесс высвобождения химической энергии реализуется посредством горения, при котором реагенты энергоносителя соединяются с кислородом. В продуктах окислительных реакций содержатся: оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца, бензапирен, оксиды серы, углеводороды и другие побочные продукты горения. По воздействию на организм человека компоненты отработавших газов подразделяются на:

Токсичные - оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, соединения свинца; кКанцерогенные - бензапирен; раздражающего действия - оксиды серы, углеводороды.

Влияние перечисленных компонентов отработанных газов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере и продолжительности действия. Оксид углерода при вдыхании попадает в кровь и образует комплексное соединение с гемоглобином - карбоксигемоглобин. Оксид углерода реагирует с гемоглобином в 210 раз быстрее, чем кислород, что приводит к развитию кислородной недостаточности. Признаками кислородной недостаточности являются нарушения в ЦНС, поражения дыхательной системы, снижение остроты зрения. Увеличенные среднесуточные концентрации оксида углерода способствуют возрастанию смертности лиц с сердечно - сосудистыми заболеваниями. Оксид углерода в воздухе в зависимости от степени концентрации вызывает слабое отравление через 1 ч (концентрация С=0,05 об.%), потерю сознания через несколько вдохов (С=1 об.%). Из оксидов азота наибольшую опасность представляет диоксид азота NO₂. Воздействие оксидов азота на человека приводит к нарушению функций легких и бронхов. Воздействию оксидов азота в большей степени подвержены дети и люди, страдающие сердечно – сосудистыми заболеваниями. Оксиды азота в воздухе в зависимости от концентрации вызывают раздражение слизистых оболочек носа и глаз (С=0,001 об.%), начало кислородного голодания (С=0,001 об.%), отек легких (С=0,008 об.%). Сернистый ангидрид в воздухе даже в относительно низких концентрациях увеличивает смертность от сердечно – сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний. Углеводороды в результате фотохимических реакций с оксидами азота образуют смог. Бензапирен, попадая в организм человека, постепенно накапливается до критических концентраций и стимулирует образование злокачественных опухолей. Сажа не представляет непосредственной опасности для человека. Сажа является адсорбентом канцерогенных веществ и способствует усилению влияния других токсических компонентов, например сернистого ангидрида. Свинец способен накапливаться в организме, попадая в него через дыхательные пути, с пищей и через кожу. Поражает ЦНС и кроветворные органы.

Общая постановка задачи

На основе представленной методики по косвенным показателям определить концентрацию окиси углерода в составе приземного слоя атмосферы. Работа проводится в течение 4 часов, значения коэффициентов рассчитываются для каждого часа. Необходимо построить графики, отражающие количество автотранспорта на разных участках и уровень концентрации СО. По завершению работы необходимо сформулировать мероприятия по возможному улучшению качества атмосферного воздуха на данном участке и в городе, в целом.

Список индивидуальных данных

1. Таблица 1 «Нормы расхода топлива»

2. Таблица 2 «Коэффициенты выброса».

3. Таблица 3 «Коэффициент токсичности по выбросам в атмосферу СО (K_T)

4. Таблица 4 «Зависимость аэрации конкретного участка автодороги от ее типа и типа прилегающих к ней застроек»

5. Таблица 5 «Зависимость загрязнения воздуха окисью углерода от величины уклона дорожного полотна»

6. Таблица 6 «Зависимость изменения в воздухе концентрации окиси углерода от скорости ветра»

7. Таблица 7 «Зависимость изменения в воздухе концентрации окиси углерода от относительной влажности воздуха»

8. Таблица 8 «Зависимость концентрации окиси углерода от типа пересечения дорог»

9. Полученные в ходе работы индивидуальные данные.

Пример выполнения работы

Для проведения данного исследования студенты группами распределяются по местам исследования, указанным преподавателем. При двустороннем движении на дороге, каждый из членов бригады стоит на одной из сторон. Сбор данных проводится в течение 30 минут, все показатели фиксируются в дневнике, при этом обязательно нужно указать дату, время, место и условия проведения замеров. На основании собранных данных в аудитории проводится анализ данных.

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, может быть оценено расчетным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются: число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку автотрассы в единицу времени; нормы расхода топлива автотранспортом (средние нормы расхода топлива автотранспортом при движении в условиях города приведены в таблице 5.1).

Таблица 5.1

Нормы расхода топлива

Тип автотранспорта	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) диз. топливо	Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) бензин
Легковые автомобили	0,09 – 0,11	0,11 – 0,13
Автобусы дизельные	0,38 – 0,41
Автобусы бензиновые	-	0,41 – 0,44
Грузовые автомобили	0,31 – 0,34
Газель	-	0,15 – 0,17

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Коэффициенты выброса

Вид топлива	Значение коэффициента (К)
Вид топлива	Угарный газ	Углеводороды	Диоксид азота
Бензин	0,6	0,1	0,04
Дизельное топливо	0,1	0,03	0,04

Для оценки загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха используется формула (Бергмана и др., 1984):

К_CO=(0,5+0,01N х K_T) х K_Aх K_Yх K_C х K_B х K_П,

где К_CO – концентрация окиси углерода

0,5 – фоновое загрязнение приземного слоя атмосферного воздуха в пределах городской черты

N – суммарная интенсивность движения автомобилей (автомобилей/час)

K_T – коэффициент токсичности определенного типа автомобилей по выбросам в атмосферу СО

K_A – коэффициент, учитывающий аэрацию на данном участке дороги

K_Y – коэффициент, учитывающий величину уклона дорожного полотна (в %)

K_C – коэффициент, учитывающий скорость ветра

K_B– коэффициент, учитывающий влажность воздуха

K_П – коэффициент, учитывающий зависимость концентрацию окиси углерода от типа пересечения дорог.

Значение коэффициента токсичности по выбросам в атмосферу СО (K_T) определяется по формуле: K_T= P_iK_Ti (определяется по табл. 5.3), где P_i – состав движения (в долях от общего количества транспортного потока), K_Ti – токсичности (по выбросу СО) для каждого вида транспорта.

Таблица 5.3

Коэффициент токсичности по выбросам в атмосферу СО (K_T)

Тип автотранспортного средства	Количество автомобилей	Доля от общего количества транспортного потока	K_T
Легкий грузовой (в том числе маршрутные такси «Газель»)			2,3
Средний грузовой (в том числе маршрутные такси - автобусы «ПАЗ»)			2,9
Тяжелый грузовой (дизельные, в том числе маршрутные автобусы)			0,2
Тяжелый грузовой с двигателями внутреннего сгорания			3,7
Легковой			1,0
Всего автомобилей за 1 час

Значение коэффициента, учитывающего аэрацию на данном участке дороги, определяют по таблице 5.4.

Таблица 5.4

Зависимость аэрации конкретного участка автодороги от ее типа и типа прилегающих к ней застроек

Тип участка дороги по степени аэрации	K_A
Транспортные тоннели	2,7
Транспортные галереи	1,5
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с обеих сторон	1,0
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и дороги в выемке	0,6
Городские улицы и дороги с односторонней застройкой, набережные эстакады, виадуки, высокие насыпи	0,4

Значение коэффициента, учитывающего величину уклона дорожного полотна (в %) определяют по таблице 5.5.

Таблица 5.5

Зависимость загрязнения воздуха окисью углерода от величины уклона дорожного полотна

Продольный уклон (%)	K_Y
0	1,00
2	1,06
4	1,07
6	1,18
8	1,55

Значение коэффициента, учитывающего скорость ветра, определяется по таблице 5.6.

Таблица 5.6

Зависимость изменения в воздухе концентрации окиси углерода от скорости ветра

Скорость ветра, м/с	K_C
1	2,70
2	2,00
3	1,50
4	1,20
5	1,05
6	1,00

Значение коэффициента, учитывающего относительную влажность воздуха, определяют по таблице 5.7.

Таблица 5.7

Зависимость изменения в воздухе концентрации окиси углерода от относительной влажности воздуха

Относительная влажность воздуха (%)	K_B
100	1,45
90	1,30
80	1,15
70	1,00
60	0,85
50	0,75
40	0,60

Значение коэффициента, учитывающего зависимость концентрации окиси углерода от типа пересечения дорог, определяется по таблице 5.8.

Таблица 5.8

Зависимость концентрации окиси углерода от типа пересечения дорог

Тип движения и пересечения дорог	K_П
Регулируемое:
-светофорами автоматическими	1,8
светофорами управляемыми	2,1
Нерегулируемое:
- обычный перекресток	1,9
- с круговым движением	2,2
- с обязательной остановкой	3,0

Подставьте коэффициенты, соответствующие условиям Ваших исследований в первоначальную формулу. Если замеры проводятся рядом с остановкой общественного транспорта в будние дни и не в ночное время, то следует применить коэффициент К_O равный 2. При анализе данных следует учитывать, что ПДК оксида углерода в приземном слое атмосферного воздуха в городах РФ равна 3 мг/м³. Работу необходимо провести в течение 4 часов, рассчитав значения коэффициентов для каждого часа.

Постройте графики, отражающие количество автотранспорта на разных участках и уровень концентрации СО.

Контрольные вопросы к защите

1. Из каких источников в атмосферу попадают оксиды серы и азота?

2. В какие химические реакции вступает диоксид серы в атмосфере?

3. Как называется смесь дыма, тумана и пыли?

4. Назовите наиболее распространенные химические вещества, оказывающие токсическое действие на живой организм.

5. Сформулируйте мероприятия по возможному улучшению качества атмосферного воздуха в городе.

6. Бензин, дизельное топливо и газ. В чем преимущества, и в чем недостатки данных видов топлива с экологической точки зрения?

7. На какие виды по воздействию на человека подразделяются компоненты отработавших газов.

Лабораторная работа №6. Биогенный круговорот веществ.

Цель работы:

Изучить круговороты основных биогенных элементов в биосфере.

Теоретическая часть

Циркуляция химических элементов абиотического происхождения, попадающих в организмы, а из организмов, возвращающиеся в окружающую среду получили название биогеохимических циклов. В биосфере постоянно совершаются круговороты всех элементов, входящих в состав живых организмов. К основным относятся биохимические циклы углерода, азота, воды, фосфора и серы.

Круговорот воды осуществляется в основном за счет энергии Солнца. Вода является источником водорода и составной частью живых организмов. Она также является важным климатическим фактором и средой для гидробионтов. Доступная для наземных животных вода составляет малую часть от ее общего количества – всего около 0,01%. Незначительная часть воды, проходящей через тела растений, разлагается при фотолизе воды на кислород, уходящий в атмосферу и водород, включаемый в состав органических веществ. Гораздо больше воды растения расходуют на транспирацию.

Общая постановка задачи

Круговорот углерода и кислорода осуществляется в близко идущих процессах. За 7-8 лет живые организмы пропускают через свои тела весь углерод, содержащийся в атмосфере. Углерод высвобождается и при сжигании ископаемого топлива. Большая доля углерода содержится в осадочных породах.

В атмосфере содержится 79% азота. Он входит в состав аминокислот и белков. В круговорот азот включается при помощи азотфиксации. Возвращается в атмосферу азот в ходе денитрификации. Круговорот азота чаще всего замкнутый и только небольшие количества этого элемента выносится со стоками.

В виде сульфатов растения получают серу. Ее много содержится в земной коре. Животные же получают ее из растений. При интенсификации хозяйственной деятельности человека поступление серы в атмосферу все время возрастает (в виде окислов серы – сернистого газа). Растворяясь в воде, окислы серы превращаются в кислоты. В этом случае происходит выпадение кислотных дождей, что приводит к изменению экологической обстановки.

Менее сложен круговорот фосфора, т.к. его в газообразном состоянии нет. Миграция данного элемента происходит за счет живых организмов и большая часть в конечном итоге попадает в океан, где откладывается в осадочных породах. Фосфор – необходимый компонент нуклеиновых кислот, АТФ, белков и других жизненно важных органических веществ.

Пример выполнения работы 1

1. Записать тему практической работы.

2. Познакомиться с особенностями круговоротов основных биогенных элементов в разных местообитаниях

3. Составить схемы круговоротов данных веществ в индивидуально определенном месте обитания (и разных средах обитания).

4. Определить природные и антропогенные факторы, влияющие на скорость круговорота биогенных элементов в биосфере.

Пример выполнения работы 2

1. Написать тему практической работы.

2. Составить схему пищевой цепи из перечисленных организмов:

а) личинки падальных мух, мертвое животное, лягушка, обыкновенный уж;

б) лиса, трава, кролик;

в) листовая подстилка, дождевой червь, ястреб-перепелятник, черный дрозд;

г) божья коровка, тля, сосна, насекомоядная птица, паук;

д) кулик, береговая улитка, сорока, фитопланктон;

е) землеройка, дождевой червь, опавшая листва;

ж) землеройка, паук, нектар, сова, муха;

з) короед, дятел, древесина;

и) мышь, заяц, семена, гадюка;

к) личинки насекомых, торф, хариус, белый медведь.

3. Обозначить трофические уровни и дать им определения.

4. Указать, к какому типу относится пищевая цепь.

5. Для экосистем, указанных в табл. 3.1 («Годовая продукция в экосистемах, ккал/ м² в год») рассчитать чистую первичную продукцию и продуктивность сообщества. Сравнить экосистемы. Пояснить какие сообщества являются стабильными и почему.

Таблица 3.1

Годовая продукция в экосистемах, ккал/ м² в год

Показатели потока	Экосистемы
энергии в экосистемах	Поле люцерны	Посадки сосны	Сосновый лес	Большой ручей	Дождевой лес	Прибрежный пролив
Валовая первичная продукция	24400	12200	11500	20800	45000	5700
Дыхание автотрофов	9200	4700	6500	12000	32000	3200
Дыхание гетеротрофов	800	4600	3000	6800	13000	2500

6. По данным табл. 3.2 («Показатели трофической деятельности сусликов в полупустыне Прикаспия, кг/га сухой массы») рассчитать количество усвоенной пищи.

Таблица 3.2

Показатели трофической деятельности сусликов

в полупустыне Прикаспия, кг/га сухой массы

Год	Урожай растений	Изъято сусликами	Кормовые остатки	Экскременты	Прирост биомассы популяции
1971	1150	240	121	24	4,2
1972	590	180	101	16	3,0
1973	1940	340	247	13	2,0

7. По данным табл. 3.2 («Показатели трофической деятельности сусликов в полупустыне Прикаспия, кг/га сухой массы») рассчитать часть усвоенной пищи, которая идет на метаболизм и на прирост биомассы. На что расходуется большая часть энергии пищи?

Контрольные вопросы к защите 1

1. Что такое пищевые цепи?

2. Что такое детритные цепи?

3. Что называется биологической продуктивность?.

4. Что является первичная продуктивностью?

5. Что называется валовой первичной продукцией?

6. Как найти чистую первичную продукцию?

Контрольные вопросы к защите 2

1. Дайте общую характеристику круговороту фосфора.

2. Дайте общую характеристику круговороту азота.

3. Дайте общую характеристику круговороту серы.

4. Дайте общую характеристику круговороту кислорода.