Теория А.Опарина, Дж.Холдейна о возникновении жизни на Земле
В соответствии с теорией Опарина-Холдейна возникновение жизни на Земле происходило в несколько этапов.
1. Формирование восстановительной атмосферы Земли, характеризующейся наличием в ее составе метана, водорода, аммиака, цианистого водорода и других легко вступающих в химические реакции газов.
2. Синтез простых органических веществ (аминокислот, нуклеотидов, органических кислот) из газов восстановительной атмосферы. Источником энергии для подобных синтезов могли служить ультрафиолетовое и радиоактивное излучение, электрические процессы в атмосфере, извержения вулканов.
3. Полимеризация мономеров (аминокислот, нуклеотидов) с образованием полимеров - белков и нуклеиновых кислот.
4. Образование фазовообособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами. Такие системы органических веществ имели вид сферических образований различного размера. Они были названы коацерватами (А.Опарин) или микросферами (Дж.Холдейн). Коацерваты окружались липидными молекулами, которые создавали подобие биологической мембраны.
5. Возникновение пробионтов и протоклеток – первичных живых существ, характеризуется установлением кодовых отношений между внутриклеточной ДНК и синтезируемым по ее плану белком. На данном этапе химическая эволюция сменяется биологической эволюцией.
6. Появление первых живых организмов. Такими организмами были, вероятно, прокариотические анаэробные гетеротрофы, для которых были характерны все свойства живого, в том числе способность к размножению и передаче наследственной информации потомству. Дальнейшее развитие жизни связано с появлением автотрофных организмов и созданием условий для последующей эволюции.
|
|
|
Антропогенез
По критериям биологической систематики современный человек относится к царству животных, типу Хордовых, подтипу Позвоночных, классу Млекопитающих, подклассу Плацентарных, отряду Приматов,семейству Гоминид, роду Человек (Homo), виду Человек разумный (Homo sapiens sapiens).
Черты строения, общие для человека и приматов:
1. Конечности приматов и человека пятипалы, большой палец более или менее противопоставлен остальным. Пальцы длинные и подвижные. Кисть способна к пронации и супинации. Хорошо развита ключица. При ходьбе почти все приматы опираются на всю стопу.
2. Зубная система неспециализированная.
3. Прогрессивно развиты органы чувств, в первую очередь слух и зрение. Большое значение имеет осязание.
4. Малая плодовитость, отсутствие сезонности размножения.
Черты строения, отличные от приматов:
1. Особенности опорно-двигательного аппарата человека: высокий свод стопы в отличие от плоской стопы обезьян, у человека мощные кости голени, развита икроножная мускулатура, разгибатели бедра, S-образно изогнутый позвоночник, укрепление связи позвоночного столба с тазом и существенное расширение таза.
|
|
|
2. Прогрессивное развитие головного мозга: высокая относительная масса головного мозга, более развитые теменная и лобная доли коры больших полушарий.
3. Гортань человека обладает существенными отличиями: большая величина щитовидного хряща; наличие выступа гортани, низкое расположение надгортанника, четкая обособленность отдельных мышц гортани, мощные голосовые связки.
4. Строение черепа: мозговой отдел черепа преобладает над лицевым, развит подбородочный выступ.
5. Редукция волосяного покрова на большей части поверхности тела.
Современная теория антропогенеза.
В настоящее время антропогенез рассматривается как становление вида Человек разумный в процессе формирования общества (социогенеза). Древние приматы возникли, вероятно, в конце мелового периода. Их предками были древние плацентарные насекомоядные животные.
Антропогенез условно можно разделить на 5 стадий.
1. Понгидно-гоминидная стадия, стадия развития общей ветви человекообразных обезьян и человека (30 - 6 млн лет назад). Древнейшим и самым примитивным представителем гоминоидов является парапитек (~30 млн лет назад, Египет). Его ближайшие потомоки – проплиопитек и египтопитек. От египтопитека ведет начало группа дриопитековых. Наибольший интерес среди них представляет проконсулы, особенно проконсул (дриопитек) африканский, обнаруженный в районе оз. Виктория. Время существования этих обезьян 23–16 млн лет назад. Предполагается, что это были относительно малоспециализированные полуназемные-полудревесные человекообразные обезьяны, общая исходная группа для африканских понгид и человека. Завершилась стадия ~ 6-5 млн. лет назад разделением на 2 ветви: понгидную (человекообразных обезьян) и гоминидную (человека).
|
|
|
2. Прегоминидная стадия антропогенеза (5,0 - 2,0 млн. лет назад). Стадия представлена австралопитеком. Самая яркая отличительная черта австралопитеков — прямохождение. Австралопитеки имели относительно крупные размеры тела (масса - 20-30 кг, рост 100-120 см). Пропорции туловища и конечностей, положение головы было сходно с таковыми у человека. В отличие от всех обезьян, клыки небольшие. Зубы расположены в виде широкой дуги, а не узкой, вытянутой как у обезьян. Объем мозга был близок к 550 см3.
|
|
|
В одной из периферийных популяций ранних австралопитековых могли сформироваться первые представители рода Homo, сосуществовавшие с австралопитековыми на большом временном промежутке. Первым представителем р. Homo был Homo habilis – человек умелый. Ископаемые остатки ранних Homo (древностью около 2 млн. лет) обнаружены в ряде районов Африки (Олдовайское ущелье). Объем головного мозга около 750 см3. Вместе с остатками Homo habilis были найдены галечные орудия, таким образом Н. habilis стал создателем самой ранней культуры – галечной (олдовайской).
3. Архантропная стадия или стадия древнейших людей (2,0 - 0,5 млн. лет тому назад). Около 1,5 млн. лет тому назад Человек умелый сменился другим видом - Человеком прямоходящим (Homo erectus). В этот период, вероятно, началось быстрое расселение представителей р. Homo, что привело к вытеснению австралопитековых. Расселяясь и попадая в новые условия существования, архантропы образовывали отдельные изолированных формы. Среди них наиболее известные: питекантроп (Ява), синантроп (Китай), гейдельбергский человек (Средняя Европа). Последнюю форму ряд авторов относят к отдельному виду (Человек гейдельбергский), промежуточному между архантропами и палеоантропами. Внешне архантропы были похожи на современного человека, но имели мощно развитый надбровный валик, низкий покатый лоб, плоский небольшой нос, отсутствовал настоящий подбородочный выступ. Объем мозга достигал 1300 см3. Судя по размеру мозга, архантропы должны были обладать настоящей речью. Основным направлением эволюции было продолжающееся увеличение головного мозга, развитие общественного образа жизни, совершенствование в изготовлении орудий (ашельская культура), расширение использования огня.
4. Палеоантропная стадия или стадия древних людей (0,5 - 0,035 млн. лет тому назад) представлена неандертальцем(Homo sapiensneanderthalensis). Ряд авторов относит неандертальцев к отдельному виду и даже роду. Классический неандерталец из Европы при общем сходстве с современным человеком отличался низким сводом черепа, покатым лбом и тяжёлым сплошным надглазничным валиком, нависающим затылком, к которому прикреплялись развитые мышцы шеи, недоразвитием подбородочного выступа. В целом размах объема мозга составлял 1000-1700 см3. В культуре неандертальцев появляются новые элементы (мустьерская техника). Важные изменения происходили в психике древних людей, зарождалась символическая деятельность. Возможно, у неандертальцев была речь, однако она сильно отличалась от современной, поскольку гортань неандертальцев все еще сильно отличалась от современной.
5. Неоантропная стадия или стадия новых людей (началась около 0,2-0,05 млн. лет тому назад и длится по настоящее время). Процесс возникновения человека современного вида Homo sapiens sapiens называют сапиентацией. Он заключается как в биологической перестройке - увеличении мозга, округлении черепа, уменьшении размеров лица, появлении подбородочного выступа, - так и в социокультурных изменениях - возникновении искусства, символического поведения, техническом прогрессе, развитии языков. Люди современного облика (кроманьонцы) известны со времени около 40 тыс. лет назад. Кроманьонцы отличались высоким ростом (до 180 - 190 см), их кости были тоньше, чем у неандертальцев. Голова была относительно высокая, укороченная в направлении лицо - затылок, а черепная коробка была более округлая, средний объем головного мозга составлял 1400 см3. Лицевая часть черепа прямая и не выступает вперед, надглазничные валики отсутствуют или развиты слабо, нос и челюсти сравнительно невелики, зубы расположены теснее, подбородочный выступ хорошо развит.
Факторы антропогенеза.
Биологические факторы антропогенеза: мутационный процесс, изоляция, популяционные волны, дрейф генов, естественный отбор. Социальные факторы антропогенеза: трудовая деятельность, общественный образ жизни, мышление и речь.
Экология
Экология - наука, изучающая взаимоотношения организмов друг с другом и средой их обитания.Термин «экология» был введен в употребление в 1866 г. Эрнстом Геккелем. Экология изучает различные уровни организации жизни: отдельные особи, популяции, биогеоценозы, биосферу в целом.
Экологические факторы
Экологические факторы – элементы среды, прямо или косвенно воздействующие на развитие, строение и жизнедеятельность организма.
Для организмов любого вида существует оптимальное значение (оптимум) показателя каждого экологического фактора, которое обеспечивает наиболее благоприятные условия существования вида. Значение фактора, отклоняющееся от оптимума, но не нарушающее жизнедеятельность организмов, называется зоной нормы (зона оптимума).
Сдвиг в любую сторону от зоны оптимума (увеличение или уменьшение интенсивности действия фактора) неблагоприятно сказывается на развитии и жизнедеятельности особей. Значение фактора, при котором наступает нарушение жизнедеятельности организма (приостановка роста, размножения), называется зоной угнетения организмов (зоной пессимума). За пределами зоны угнетения наступает гибель организмов. Диапазон между максимальным и минимальным значением фактора, при котором возможна жизнедеятельность организмов, называется пределом выносливости (границей толерантности) (рис. 31А).
А Б
Рис. 31. Влияние факторов среды на жизнедеятельность организмов:
А – общая схема действия экологического фактора, Б – бочка Либиха
Однако на организм действует, как правило, комплекс факторов, причем, если интенсивность даже одного фактора выходит за пределы выносливости, организм погибает. Фактор, значение которого выходит за пределы выносливости, Ю.Либих назвал лимитирующим, или ограничивающим фактором. Для наглядности этот фактор часто сравнивают с самой короткой дощечкой в бочке: именно она определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой (рис. 31Б).
Приспособительные возможности вида получили названиеэкологической валентности.Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Виды с большой экологической валентностью, переносящие значительные изменения определённого фактора, обозначаются какэврибионтные,виды с малой экологической валентностью - какстенобионтные. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 C (от +30 до –55 C), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°C (от +23 до +29°C).
Экологические факторы подразделяются:
1. Абиотические факторы –факторы неживой природы, влияющие на организм.
а) климатические (физические) факторы: свет, температура, влажность, направленность и сила ветров.
б) почвенные факторы: химический состав и рН почвы, содержание воды в почве, воздушный режим почвы, плотность почвы.
в) топографические: условия рельефа.
Совокупность абиотических факторов в пределах однородного участка называется экотопом.
По требовательности к интенсивности света растения подразделяют:
· светолюбивые (гелиофиты) – растения хорошо освещенных, открытых местообитаний (адаптации к яркому свету: листья мелкие или рассеченные, светло-зеленые, часто ориентированы вертикально, толстые за счет хорошо выраженного столбчатого мезофилла, устьица на нижней стороне листа);
· тенелюбивые (сциофиты) – растения, не выносящие прямого солнечного света и хорошо развивающиеся в условиях затенения (приспособления к недостатку света: темно-зеленые, широкие и тонкие листья, ориентированные к свету, устьица на обеих сторонах листа, характерна листовая мозаика).
· теневыносливые (сциогелиофиты) – растения, хорошо развивающиеся при ярком освещении, но способные выносить и затенение. У теневыносливых древесных пород и кустарников (дуба черешчатого, липы сердцевидной, сирени обыкновенной) листья, расположенные по периферии кроны, имеют структуру, сходную со структурой листьев гелиофитов, и называются световыми, а в глубине кроны – теневые листья, сходные с листьями сциофитов.
Реакция организмов на продолжительность светового дня – фотопериодизм. С фотопериодизмом связаны сезонные изменения организмов. В зависимости от реакции на длину светового дня выделяют:
· растения длинного дня (цветение наступает при продолжительности светового периода 12 ч и более – рожь, овес, ячмень, редис);
· растения короткого дня (цветение наступает, когда день становится менее 12 ч – соя, просо, рис, лук);
· нейтральные (цветение не зависит от длины светового дня – горох, гречиха).
Приспособления растений к высоким температурам: усиление транспирации, опушение листьев, вертикальное положение листьев. Низкие температуры растения переносят благодаря листопаду, отмиранию наземных частей, утолщению пробкового слоя, формирование карликовых форм. Животные в зависимости от механизмов поддержания температуры тела подразделяются на холоднокровных (пойкилотермных) и теплокровных (гомойотермных).
По отношению к воде растения подразделяют:
· гигрофиты – растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и почвы (растения тропических лесов, болот, прибрежные растения), характеризуются тонкими листьями, высоким уровнем транспирации, развитыми межклетниками;
· ксерофиты – растения засушливых местообитаний (степей, пустынь, полупустынь) включают две группы: суккуленты запасают воду в листьях или стеблях (алоэ, кактусы); склерофиты характеризуются сильным развитием механических тканей (верблюжья колючка, ковыль);
· мезофиты – растения, населяющие места с умеренной влажностью почвы и воздуха (растения лугов, лесов, большинство культурных растений).
2.Биотические факторы - многообразные взаимоотношения организмов при совместном обитании. Различают несколько форм межвидовых взаимодействий, они могут быть безразличными (0), полезными (+) или вредными (-) для партнеров.
1) Нейтрализм (0/0) – совместно обитающие виды не оказывают видимого влияния друг на друга (например, белки и лоси в одном лесу).
2) Конкуренция (-/-) – это взаимоотношения видов со сходными экологическими требованиями и существующих за счет общих ресурсов, имеющихся в недостатке (например, растения конкурируют за свет, плотоядные животные – за жертву).
3) Симбиоз (+/+) – взаимовыгодное сожительство организмов разных видов.
а) мутуализм - обязательные отношения взаимовыгодного сотрудничества, при котором один организм не может существовать без другого (например, микориза, бобовые растения и клубеньковые бактерии, термиты и кишечные симбионты – жгутиковые простейшие).
б) протокооперация – факультативные (необязательные) взаимовыгодные отношения между организмами (растения и насекомые-опылители).
4) Комменсализм (+/0) – одностороннее использование одного вида другим без принесения ему вреда.
а) нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина (например, акулы и рыбы-прилипалы, львы и гиены).
б) сотрапезничество – потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса (например, взаимоотношения между почвенными бактериями, перерабатывающими органические вещества, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли).
б) квартирантство – использование одними видами других в качестве убежища или жилища (например, в гнездах птиц и норах грызунов обитает много видов членистоногих, мальки рыб прячутся под зонтиками крупных медуз).
5) Паразитизм (+/-) – форма взаимоотношений организмов, при которой один организм (паразит) питается за счет другого организма (хозяина), причиняя ему вред. Часто паразит использует хозяина и как место постоянного или временного обитания (вирусы, некоторые бактерии, черви).
6) Хищничество (+/-) – прямое уничтожение одним организмом другого (жертвы). Встречается во всех крупных группах организмов. Частным случаем хищничества служит каннибализм - поедание особей своего вида. Хищники являются регуляторами численности жертв, с которыми у них устанавливается динамическое равновесие. Хищничество встречается и у растений, особенно произрастающих на бедных питательными веществами почвах (венерина мухоловка, росянка).
7) Аменсализм (-/0) – форма взаимодействия, при котором один вид угнетает рост и размножение другого – аменсала (ели и светолюбивые травянистые растения).
3. Антропогенные факторы – влияние человека на другие живые организмы или среду их обитания.
- положительные воздействия человека: посадка лесов, парков, создание заповедников, создание новых сортов и пород.
Заповедник – участок территории или акватории, на котором сохраняется в естественном состоянии весь его природный комплекс. На территории заповедника запрещена любая хозяйственная деятельность человека. В отличие от заказников заповедники, как правило, закрыты для посещения туристами.
Заказник – охраняемая природная территория, на которой под охраной находится не природный комплекс, а некоторые его части: только растения, только животные или их отдельные виды.
Национальный парк – территория, где в целях охраны окружающей среды ограничена деятельность человека. В отличие от заповедников, где деятельность человека практически полностью запрещена, на территорию национальных парков допускаются туристы, в ограниченных масштабах допускается хозяйственная деятельность.
- отрицательные воздействия человека: вырубка лесов, осушение болот, загрязнение воздуха промышленными выбросами, сброс сточных вод в реки, озера и другие водоемы, интенсивная добыча природных ресурсов.
Основные среды жизни
1. Водная среда обитания имеет ряд специфических свойств: большая плотность, сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей. Водные организмы (гидробионты) разделяют на следующие экологические группы:
а) планктон – взвешенные, парящие в воде организмы (водоросли, простейшие, медузы, мелкие рачки). Для планктонных организмов характерны адаптации, повышающие их плавучесть и препятствующие оседанию на дно: уменьшение размеров тела, увеличение относительной поверхности тела за счет развития многочисленных выростов, уменьшение плотности за счет редукции скелета, накопления в теле жиров, пузырьков газа.
б) нектон – активно плавающие животные, преодолевающие силу течения (рыбы, дельфины). Характерны обтекаемая форма тела и сильно развитая мускулатура.
в) бентос – организмы, обитающие на дне водоемов (моллюски, раки).
Адаптациями к недостатку кислорода в водной среде являются: низкий уровень процессов жизнедеятельности, непостоянная температура тела, способность впадать в анабиоз.
2. Наземно-воздушная среда жизни характеризуется низкой плотностью, низкой сопротивляемостью движению, широкими колебаниями температуры и влажности. Наземные обитатели должны обладать собственной опорной системой: растения – механическими тканями, животные – твердым скелетом.
3. Почвенная среда отличаетсянезначительными температурными колебаниями по сравнению с воздушной средой, наличием запасов влаги, относительно высокой концентрацией органических и минеральных веществ. Приспособлениями к почвенной среде обитания являются компактное тело, способность изменять толщину и изгибать тело, копательные конечности, слабо развитые органы зрения.
4. Живые организмы как среда обитания предоставляют паразитам практически неограниченные пищевые ресурсы, защищенность от непосредственного воздействия факторов внешней среды. Однако это сочетается с трудностями распространения, сложностью снабжения кислородом. Приспособления к паразитическому образу жизни: наличие специальных органов прикрепления (присоски, крючья) и защитных покровов (кутикулы), высокая плодовитость, размножение на личиночной стадии, сложные жизненные циклы со сменой хозяев, упрощение строения.
Морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма.
Популяции
Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.
Основными характеристиками популяции являются:
- численность (общее количество особей на конкретной территории),
- плотность (среднее число особей на единицу площади или объема),
- рождаемость (число появившихся новых особей при размножении за единицу времени),
- смертность (число особей, погибших за единицу времени),
- прирост особей (разница между рождаемостью и смертностью),
- темп роста (средний прирост биомассы за единицу времени),
- возрастная структура – количественное соотношение особей разного возраста,
- половая структура - соотношение мужских и женских особей,
- скорость иммиграции – число особей, появившихся в данной популяции из других популяций,
- скорость эмиграции – число особей, покинувших данную популяцию.
Природные сообщества
Биоценоз – совокупность совместно обитающих и взаимно связанных видов. Термин «биоценоз» предложен в 1877г. К. Мёбиусом.
Важными характеристиками биоценозов являются:
1. Видовое разнообразие. Виды, преобладающие по численности, называют доминантамисообщества. Виды, которые своей жизнедеятельностью создают среду для всего сообщества и без которых существование большинства других видов невозможно, называют эдификаторами (например, в еловом лесу – ель, в степях – дерновинные злаки). Видовой состав зависит от длительности существования биоценозов, истории каждого биоценоза.
2. Вертикальная структура – ярусность. Особенно хорошо заметна в лесах умеренного пояса, позволяет растениям более полно использовать свет.
3. Горизонтальная структура – мозаичность – определяется неравномерным распределением живых организмов.
По значению в биоценозе межвидовые отношения организмов подразделяются на четыре типа:
· трофические связи возникают, когда один вид питается другим (или продуктами его жизнедеятельности);
· топические связи заключаются в создании одним видом среды для другого (квартиранство);
· форическиесвязи – участие одного вида в распространении другого (перенос животными семян, спор, пыльцы растений);
· фабрическиесвязи заключаются в том, что один вид использует для построения своих сооружений продукты выделения, либо мертвые остатки другого вида (птицы используют для постройки гнезд траву, ветви деревьев).
Экологическая ниша – положение вида в биоценозе, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Если два вида с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, то один конкурент вытесняет другого. Это экологическое правило было сформулировано Г.Ф. Гаузе и получило название закона конкурентного исключения. В упрощенной форме может быть выражено следующим образом: два вида не уживаются в одной экологической нише. Разделение совместно живущими видами экологических ниш – один из механизмов устойчивости природных биоценозов. Например, копытные африканских саванн по-разному используют пастбищный корм: зебры обрывают верхушки трав, антилопы гну кормятся тем, что оставляют им зебры, выбирая при этом определенные виды растений, газели выщипывают самые низкие травы, а антилопы топи питаются высокими сухими стеблями, оставшимися после других травоядных.
Экосистема – любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. Термин был предложен в 1935г. А. Тенсли. Позже (1942) В.Н. Сукачев ввел понятие «биогеоценоз». Экосистема и биогеоценоз – близкие понятия, но не тождественные. Экосистема охватывает пространство любой протяженности – от капли воды до биосферы в целом. Биогеоценоз – понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты определенными единицами растительного покрова – фитоценозами. В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока: экотоп – совокупность условий абиотической среды и биоценоз – совокупность всех живых организмов.
В экосистемах выделяют три экологические группы организмов:
1) продуценты – автотрофные организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических (растения);
2) консументы – гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества продуцентов или других консументов (животные).
3) редуценты (деструкторы) – это организмы, которые в ходе жизнедеятельности превращают органические остатки в неорганические вещества (бактерии и грибы).
Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей каждому последующему, получил название пищевой цепи.Каждое звено такой цепи представляет трофический уровень. Первый трофический уровень – это продуценты, создатели органической массы; второй уровень – растительноядные консументы; третий и последующие уровни – плотоядные консументы.
Различают два типа пищевых цепей:
а) пастбищные начинаются с фотосинтезирующих организмов – растений (трава → заяц → лисица; фитопланктон → зоопланктон → окунь → щука);
б) детритные начинаются с мертвых органических веществ (опавший лист → дождевой червь → скворец → сокол).
Поскольку большинство организмов могут использовать в пищу организмы разных видов, то в реальных экосистемах функционируют не пищевые цепи, а пищевые сети. Формирование пищевых сетей – один из факторов повышения устойчивости экосистем.
Общая закономерность пищевых цепей - количество особей последовательно уменьшается на каждом трофическом уровне. При переходе от одного звена пищевой цепи к другому большая часть энергии (90%) теряется: расходуется на процессы жизнедеятельности и рассеивается в виде тепла. Эта закономерность носит название правила экологической пирамиды(правила Линдемана или правила 10%).Это ограничивает возможное число звеньев пищевой цепи (3-5). Различают экологическую пирамиду чисел, биомассы и энергии (отражают соответственно численность организмов, биомассу и поток энергии в цепях питания).
Сукцессия – процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой. Различают:
а) первичную сукцессию – формирование биоценозов на ранее не заселенных местах (скалы, застывшая лава, песчаные дюны). Например: лишайники – мхи – однолетние травы – многолетние травы – кустарники – деревья. Постепенно происходит увеличение видового разнообразия и ярусности биоценоза.
б) вторичную сукцессию – естественное восстановление сообщества на месте погибшего по каким-либо причинам биогеоценоза (после пожара, вырубки). Примером вторичной сукцессии может быть восстановление луговой растительности на заброшенном поле, образование торфяного болота на месте лесного озера.
Смена биогеоценозов происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым. Итогом сукцессии является формирование относительно устойчивой стадии – климаксового сообщества (климакс-формация по Ф. Клементсу). Климаксовое сообщество может поддерживать себя неопределенно долго, все внутренние его компоненты уравновешены друг с другом, и оно находится в равновесии с физической средой.
Способность экосистем сохранять свою структуру и функции при воздействии внешних факторов называется стабильностью экосистем (резистентная устойчивость по Ю. Одуму). Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов характеризует устойчивость экосистем (упругая устойчивость по Ю. Одуму). Например, калифорнийский лес из секвойи достаточно устойчив к пожарам (для секвойи характерна толстая кора), но если этот лес все же сгорит, то восстанавливается он очень медленно или не восстанавливается совсем (экосистема стабильная, но не устойчивая). С другой стороны, заросли кустарника легко выгорают (низкая стабильность), но быстро восстанавливаются в течение нескольких лет (высокая устойчивость).
Агроценозы (сельскохозяйственные экосистемы) – искусственно созданные и поддерживаемые человеком экосистемы (поля, сады). Агроценозы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей:
· низкое видовое разнообразие (на полях обычно культивируют один вид растений);
· короткие цепи питания;
· кроме солнечной энергии нуждаются в дополнительной энергии (в виде работы человека, удобрений, пестицидов, орошения);
· действует искусственный отбор;
· незамкнутый круговорот веществ (первичная продукция – урожай – удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания).
Биосфера
Термин «биосфера» предложил австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г. для обозначения оболочки Земли, населяемой живыми организмами. Целостное учение о биосфере создал русский ученый В.И. Вернадский (1926).
Живые организмы обитают в следующих оболочках Земли:
1. Атмосфера – воздушная оболочка Земли. Жизнь возможна в нижнем слое атмосферы – тропосфере (споры бактерий поднимаются до 20 км). На высоте 25-27 км расположен озоновый слой, защищающий поверхность земли от ультрафиолетовых лучей. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Ограничивающими факторами распространения жизни в атмосфере являются излучение, низкая температура, дефицит кислорода и воды.
2. Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жизнь распространена на всех глубинах и встречается даже на дне океанических впадин в 10-11 км от поверхности. Ограничивающими факторами являются давление толщи воды, отсутствие света, снижение содержания кислорода.
3. Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли. Жизнь сосредоточена ближе к поверхности, но по трещинам, пустотам может распространяться вглубь на несколько километров (анаэробные бактерии обнаруживаются до глубины 5-7 км). Ограничивающими факторами служат высокое давление и температура, снижение содержания кислорода.
В.И. Вернадский выделил в биосфере 7 типов веществ: 1) живое вещество - совокупность организмов; 2) биогенное вещество - результат деятельности живых организмов (горючие ископаемые, известняки); 3) косное вещество образуется процессами, в которых живые организмы не участвуют (горные породы); 4) биокосное вещество - создаётся одновременно живыми организмами и абиогенными процессами неживой природы (почва); 5) радиоактивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения.
Функции живого вещества:
· энергетическая функциязаключается в связывании и запасании солнечной энергии, которая далее передается по пищевым цепям;
· газовая функция обеспечивается круговоротом газов в процессе дыхания и фотосинтеза;
· концентрационная функциязаключается в поглощении, накоплении химических элементов и, после отмирания организмов, возвращении их (часто в концентрированном виде) в окружающую среду;
· окислительно-восстановительная функция заключается в окислении и восстановлении веществ в живых организмах (например, в процессе фотосинтеза СО2 восстанавливается до углеводов, в процессе дыхания органические вещества окисляются до СО2 и Н2О);
· средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических характеристик среды (например, заболачивание почвы после поселения сфагнума).
Литература
1. Биология. Пособие для поступающих в вузы. В 2-х томах / Н.В. Чебышев, С.И. Гуленков, С.Г. Зайчикова и др.; под ред. Н.В. Чебышева. – М.: Новая волна, 2016.
2. Богданова Т.Л., Солодова Е.А. Биология: справочник для старшеклассников и поступающих в вузы. – М.: АСТ-ПРЕСС ШКОЛА, 2016. – 816с.
3. Заяц Р.Г., Бутвиловский В.Э., Давыдов В.В., Рачковская И.В. Биология для поступающих в вузы. – Минск: Вышэйшая школа, 2017. – 640с.
4. Кириленко А.А., Колесников С.И. Биология. 10-11 классы. Тематический тренинг. Все типы заданий. – Ростов н/Д: Легион, 2015. – 384с.
5. Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология для поступающих в вузы. Учебное пособие. – Минск: Книжный дом, 2017. - 496 с.
6. Соловков Д.А. ЕГЭ по биологии. Практическая подготовка. – СПб: БХВ-Петербург, 2017. – 560с.
7. Ярыгин В.Н., Мустафин А.Г. Биология. Для выпускников школ и поступающих в вузы. Учебное пособие / под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: КноРус, 2017. – 584с.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 515; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!