Екатерина Захарова - Биология. Общая биология. Базовый уровень. Учебник для 10–11 класс

В естественных экосистемах постоянный круговорот веществ и энергии позволяет сохранять баланс, что обеспечивает системе устойчивость. В процессе существования агроценоза человек изымает из него часть продукции (собирает урожай), поэтому равновесие в этой искусственной системе может быть достигнуто только в том случае, если происходит компенсация изъятых из агроценоза энергии и вещества. Внесение минеральных и органических удобрений, вспашка, полив, прополка, борьба с вредителями – это обязательные действия, без которых агроценоз как система, не способная к самостоятельному существованию, очень быстро погибнет. Хорошо известно, как быстро зарастают поля и пашни, снижают урожайность и вкусовые качества плодов заброшенные сады, парки превращаются в непроходимые заросли.

Современное мировое земледелие, основанное на использовании очень малого количества видов, чрезвычайно нестабильно. Необходимо увеличивать разнообразие сельскохозяйственных культур, применять методы биологической борьбы с вредителями и сорняками. Для рационального использования природных ресурсов необходимо детально знать особенности биологии и экологии всех компонентов используемых экосистем.

Вопросы для повторения и задания

1. Сформулируйте, что такое экологическое нарушение. Приведите примеры подобных явлений.

2. Чем отличаются агроценозы от естественных экосистем? Назовите известные вам агроценозы.

3. Как, по вашему мнению, можно сократить потери энергии в цепях питания в искусственном сообществе организмов – агроценозе?

4. Какая экосистема – естественная или искусственная – характеризуется большим видовым разнообразием?

Вспомните!

Какие вам известны уровни организации живой природы?

Что такое биосфера?

Каковы ее границы?

Многочисленные экосистемы нашей планеты не изолированы друг от друга. Даже между очень разными сообществами происходит постоянный обмен живыми организмами, органическими и неорганическими веществами. Одни и те же виды растений, животных, грибов и микроорганизмов можно встретить в разных экосистемах, а некоторые виды, например перелетные птицы, в зависимости от сезона мигрируют между ними. Процессы, происходящие в одной экосистеме, неизбежно затрагивают события в другой экосистеме. Частицы почвы смываются с поверхности суши и попадают в водоемы; головастик, живущий в пруду, превращается в лягушку, которая становится добычей лесного ежа; бурый медведь во время нереста лосося полностью переходит на рыбную диету и большую часть времени проводит среди бурных речных потоков.

Все экосистемы взаимосвязаны и взаимозависимы. Постоянный обмен веществом и энергией, происходящий между ними, позволяет нам рассматривать все живые организмы Земли и среду их обитания как единую глобальную экосистему – биосферу.

Первые представления о биосфере как «области жизни» принадлежат еще Ж. Б. Ламарку. Термин «биосфера» в 1875 г. предложил австрийский ученый Эдуард Зюсс. Он определял биосферу как тонкую пленку жизни на земной поверхности, которая в значительной степени определяет облик всей планеты. Однако широкое распространение этот термин получил в первой трети XX в., когда российский академик В. И. Вернадский создал учение о биосфере. Он распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на среду их обитания, с которой они составляют неразрывное единство. Вернадский впервые указал на роль живой природы в преобразовании планеты.

Состав биосферы. Биосфера – это особая оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью всех живых организмов.

Биосфера Земли состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества:

– живое вещество – совокупность всех живых организмов (животных, растений, грибов, микроорганизмов);

– биогенное вещество – органоминеральные продукты, созданные в результате жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, газ, торф, известняки и др.);

– косное вещество – вещество, которое образуется без участия живых организмов (горные породы, сформированные в результате извержения вулканов);

– биокосное вещество – создается одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (почва, ил).

Границы биосферы. Границы распространения живого на планете определяются абиотическими факторами (рис. 168). Отсутствие кислорода, высокая или низкая температура, высокое давление и многие другие условия делают невозможным существование жизни.

Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и определяется озоновым слоем, который задерживает ультрафиолетовое излучение. На высоте 16–20 км в атмосфере встречаются споры, пыльца, бактерии, мельчайшие насекомые, которые поднимаются с поверхности воздушными потоками. В гидросфере жизнь существует на всех глубинах, проникая даже, несмотря на чудовищное давление, в 10–11-километровые впадины. В литосфере жизнь встречается до глубины 3,5 км на суше (бактерии в нефтяных месторождениях) и на 1–2 км ниже дна океана, хотя результаты жизнедеятельности организмов в виде осадочных пород прослеживаются гораздо глубже. В основном в литосфере жизнь сосредоточена в верхнем плодородном слое – почве, толщина которой не превышает нескольких метров и которая является биокосным веществом биосферы.

Живое вещество биосферы. В пределах биосферы живое вещество распределено очень неравномерно. В верхних слоях атмосферы, в глубинах океана, в многокилометровой толще литосферы живые организмы встречаются редко. Основная жизнь сосредоточена на поверхности земли, в верхних слоях морей и океанов, в почве.

Биомасса на земном шаре увеличивается от полюсов к экватору, что связано в первую очередь с климатическими факторами. Наиболее продуктивны те экосистемы, которые максимально обеспечены теплом и влагой. Места наибольшей концентрации жизни на планете – это тропические леса, дельты рек в районах с жарким климатом, мелководные зоны морей, коралловые рифы. Здесь наблюдается также и максимальное видовое разнообразие.

Рис. 168. Границы биосферы

В настоящее время общую массу живых организмов оценивают в 2,43×1012 т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена растениями, на 0,8 % – животными, грибами и микроорганизмами. В Мировом океане существует обратная закономерность: 93,7 % биомассы приходится на долю животных и 6,3 % – на долю растений и микроорганизмов. В видовом разнообразии биосферы существует интересная закономерность: 96 % видов животных – беспозвоночные, 4 % – позвоночные, из которых лишь десятая часть – млекопитающие, т. е. преобладают формы, стоящие на более низком уровне развития. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет более 230 млрд т сухого органического вещества.

Масса живого вещества составляет всего 0,01–0,02 % от косного вещества биосферы, однако в геохимических процессах Земли живые существа играют ведущую роль.

Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите о структуре биосферы.

2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, – атмосферу, гидросферу и литосферу.

3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?

4. Как формируется биокосное вещество биосферы?

5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.

Вспомните!

Какое вещество В. И. Вернадский называл живым? Косным?

Что называют круговоротом веществ в природе?

Роль живого вещества в биосфере. Основное внимание в учении о биосфере В. И. Вернадский уделял роли живого вещества. Ученый писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей». Благодаря способности к росту, размножению и расселению, в результате обмена веществ и преобразования энергии живые организмы способствуют миграции химических элементов в биосфере. В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива.

В живой природе обнаружено около 90 химических элементов, т. е. большая часть всех известных на сегодняшний день. Нет никаких специальных элементов, характерных только для живых организмов, поэтому за всю историю существования биосферы атомы большинства элементов, входящих в ее состав, неоднократно прошли через тела живых организмов. Между органическим и неорганическим веществом на планете существует неразрывная связь, совершаются постоянный круговорот веществ и превращение энергии.