Биосфера и ее организованность. Экологические основы рационального использования биологических ресурсов

СОДЕРЖАНИЕ 1. Биосфера и ее организованность 2 2. Экологические основы рационального испо льзования биологических ресурсов 7 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 10 1. Биосфера и ее организованность Живые организмы обогащают окружающую среду кисло родом, регулируют количество углекислого газа, солей различных металло в и целого ряда других соединений — словом, поддерживают необходимый дл я жизни состав атмосферы, гидросферы и почвы. Во многом благодаря живым о рганизмам биосфера обладает свойством саморегуляции — способностью к поддержанию на планете условий, созданных Творцом. Огромная средообразующая роль живых организмов позволила ученым выдви нуть гипотезу о том, что атмосферный воздух и почва созданы самими живым и организмами за сотни миллионов эволюции. Согласно Писанию, и почва, и воздух уже присутствовали на Земле в день сотворения первых живых суще ств. Академик Вернадский на основе сходства строения геологических пород, л ежащих глубже кембрийских, с более поздними предположил, что жизнь в вид е простых организмов присутствовала на планете "практически изначальн о". Ошибочность этих научных построений стала впоследствии очевидна гео логам. Несомненной заслугой В. И. Вернадского является твердая убежденность в т ом, что жизнь появляется только от живых организмов, но ученый, отвергая б иблейское учение о сотворении мира, полагал, что "жизнь вечна, как вечен ко смос", и попала на Землю с других планет. Фантастическая идея Вернадского не подтвердилась. Гипотеза эволюционного происхождения организмов пла неты от простейших форм сегодня еще более противоречива, чем во времена Вернадского. Энергетической основой существования жизни на Земле является Солнце, п оэтому биосферу можно определить как пронизанную жизнью оболочку Земл и, состав и структура которой формируется совместной деятельностью жив ых организмов и определяется постоянным притоком солнечной энергии. Вернадский указывал на главное отличие биосферы от других оболочек пла неты — проявление в ней геологической деятельности живых существ. По сл овам ученого, "все бытие земной коры, по крайней мере, по весу массы ее веще ства, в своих существенных, с геохимической точки зрения, чертах обуслов лено жизнью". Живые организмы Вернадский рассматривал как систему преоб разования энергии солнечного света в энергию геохимических процессов. В составе биосферы различают живое и неживое вещество — живые организм ы и инертную материю. Основная масса живого вещества сосредоточена в зон е пересечения трех геологических оболочек планеты: атмосферы, гидросфе ры (океаны, моря, реки и пр.) и литосферы (поверхностный слой пород). К неживо му веществу биосферы относится составная часть этих оболочек, связанна я с живым веществом циркуляцией вещества и энергии. В неживом компоненте биосферы различают: биогенное вещество, являющеес я результатом жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, торф , природный газ, известняки биогенного происхождения и пр.); биокосное вещ ество, формирующееся совместно организмами и небиологическими процесс ами (почвы, илы, природная вода рек, озер и пр.); косное вещество, не являющее ся продуктом жизнедеятельности организмов, но входящее в биологически й круговорот (вода, атмосферный азот, соли металлов и пр.). Границы биосферы можно определить лишь приблизительно. Хотя известны ф акты обнаружения бактерий и спор на высоте до 85 км, концентрация живого вещества на больших высотах столь н ичтожна, что биосферу считают ограниченной на высоте 20- 25 км озоновым слоем, защищающим живые существа о т разрушительного воздействия жесткого излучения. В гидросфере жизнь распространена повсюду. В Марианской впадине на глуб ине 11 км, где давление 1100 атм и темпер атура 2,4°С, французский ученый Ж. Пикар наблюдал в иллюминатор голотурий, других беспозвоночных и даже рыб. Под толщей антарктического льда более 400 м обитают бактерии, диатомовые и с инезеленые водоросли, фораминиферы, ракообразные. Бактерий обнаружива ют под слоем морского ила в 1 км, в не фтяных скважинах на глубине до 1,7 км , в подземных водах на глубине 3,5 км . Глубины 2-3 км считаются нижней границей биосферы. Общая мощность биосферы, таким образом, в разных част ях планеты изменяется от 12-15 до 30-35 км. Атмосфера в основном состоит из азота и кислорода. В небольших количеств ах входят аргон (1%), углекислый газ (0,03%) и озон. От состояния атмосферы зависи т жизнедеятельность как организмов суши, так и водных существ. Кислород используется в основном для дыхания и минерализации (окисления) отмираю щего органического вещества. Углекислый газ необходим для фотосинтеза. Гидросфера. Вода — один из самых необходимых компонентов биосферы. Окол о 90% воды находится в мировом океане, занимающем 70% поверхности нашей плане ты и содержащем 1,3 млрд. км3 воды. Реки и озера включают всего 0,2 млн. км3 воды, а живые организмы — около 0,001 млн. км3. Существенное значение для жизнедеяте льности организмов имеет концентрация в воде кислорода и углекислого г аза. Содержание двуокиси углерода в воде в 660 раз больше, чем в воздухе. В мо рях и океанах различают пять типов сгущений жизни: 1. Шельфовые прибрежные. Эта зона богата кислородом, органикой и другими п итательными веществами, поступающими с суши (например, с речной водой). Зд есь на глубине до 100 м процветает пла нктон и его донный "напарник" бентос, перерабатывающий отмирающие органи змы планктона. Океанический планктон составляют два сообщества: а) фитопланктон — водоросли (70% из них микроскопические диатомовые) и бак терии; б) зоопланктон — первичные консументы фитопланктона (моллюски, рачки, п ростейшие, оболочники, различные беспозвоночные). Жизнь зоопланктона протекает в постоянном движении, он то поднимается, т о опускается на глубину до 1 км, избе гая своих пожирателей (отсюда и название: греч. plankton блуждающий). Зоопланктон — основная пища усатых к итов. Фитопланктон составляет всего 8% от массы зоопланктона, но, быстро ра змножаясь, продуцирует в 10 раз больше биомассы, чем вся остальная океанич еская жизнь. Фитопланктон дает 50% кислорода (остальные 50% производят леса). Организмы бентоса — крабы, головоногие и двустворчатые моллюски, черви , морские звезды и ежи, голотурии ("морские огурцы" или другое название — т репанги), фораминиферы (морские корненожки), водоросли и бактерии приспо соблены к жизни почти без света. Перерабатывая органику и превращая ее в минеральные вещества, восходящими потоками доставляющиеся в верхние с лои, бентос питает планктон. Чем богаче бентос, тем богаче планктон, и наоб орот. За пределами шельфа количество обоих резко падает. Планктон и бентос формируют в океане мощный слой известковых и кремнезе мных илов, образующих осадочные породы. Карбонатные осадки способны пре вращаться в камень всего за несколько десятков лет. 2. Апвелинговые сгущения образованы на местах восходящих потоков, вынося щих к поверхности продукцию бентоса. Известны Калифорнийский, Сомалийс кий, Бенгальский, Канарский и особенно Перуанский апвелинг, дающий около 20% мирового промысла рыбы. 3. Рифовые — известные всем коралловые рифы, изобилующие водорослями и м оллюсками, иглокожими, сине-зелеными , кораллами и рыбой. Растут рифы необыкновенно быстро (до 20- 30 см в год) не только за счет коралло вых полипов, но и за счет жизнедеятельности моллюсков и иглокожих, конце нтрирующих кальций, а также зеленых и красных водорослей с известковым с келетом. Основной продуцент рифовых экосистем — микроскопические фототрофные водоросли, поэтому рифы находятся на глубинах не более 50 м, им требуется прозрачная теплая вода с определ енной соленостью. Рифы — одна из самых продуктивных систем биосферы, об разующая ежегодно до 2 т/га биомассы. 4. Саргасовые сгущения — поля плавающих на поверхности бурых и багрянни ковых водорослей с множеством воздушных пузырьков. Распространены в Са ргасовом и Черном морях. 5. Абиссальные рифтовые придонные сгущения формируются на глубине до 3 км вокруг горячих источников на р азломах океанической коры (рифтах). В этих местах выносится из земных нед р сероводород, ионы железа и марганца, соединения азота (аммиак, оксиды), п итающие хемотрофные бактерии — продуценты, потребляемые более сложны ми организмами — моллюсками, крабами, раками, рыбами и огромными сидячи ми червеобразными животными рифтиями. Эти организмы не нуждаются в солн ечном свете. В рифтовых зонах существа растут примерно в 500 раз быстрее и д остигают внушительных размеров. Двустворчатые моллюски вырастают до 30 см в диаметре, бактерии — до 0,11 мм! Известны галапагосские рифт овые сгущения, а также у острова Пасхи. В море преобладает разнообразие животных, а на суше — растений. Только п окрытосеменные составляют 50% видов, а морские водоросли — всего 5%. Общая б иомасса на суше представлена на 92% зелеными растениями, а в океане 94% состав ляют животные и микроорганизмы. Биомасса планеты обновляется в среднем каждые 8 лет, растения суши — за 14 лет, океана — за 33 дня (фитопланктон — ежедневно). Вся вода проходит через живые организмы за 3 тыс. лет, кислород — за 2-5 тыс. лет, а углекислый газ атмо сферы — всего за 6 лет. Существенно более длительны циклы углерода, азота и фосфора. Биологический круговорот не замкнут, около 10% вещества уходит в виде осадочных отложений и захоронений в литосферу. Масса биосферы составляет всего 0,05% массы Земли, а ее объем — около 0,4%. Обща я масса живого вещества составляет 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, но р оль живых организмов в геохимических процессах весьма значительна. Еже годная продукция живого вещества составляет около 200 млрд. т сухого веса о рганики, в процессе фотосинтеза 70 млрд. т воды реагирует с 170 млрд. т углекис лого газа. Ежегодно жизнедеятельность организмов вовлекает в биогенны й круговорот 6 млрд. т азота, 2 млрд. т фосфора, железо, серу, магний, кальций, к алий и др. элементы. Человечество, используя многочисленную технику, доб ывает около 100 млрд. т полезных ископаемых в год. Жизнедеятельность организмов вносит существенный вклад в планетарный круговорот веществ, осуществляя его регуляцию, жизнь служит мощным геол огическим фактором, стабилизирующим и преображающим биосферу. 2. Экологические основы рационального использо вания биологических ресурсов В ответ на масштабное разрушение местообитаний мы можем наблюдать всплеск эволюционных изменений. Если численность особ ей фрагментированных популяций оказывается значительной, а смена поко лений быстрой, антропогенное влияние может быть причиной убыстрения вы работки новых приспособлений к сложившимся условиям и в результате к но вому расцвету популяции. Эти процессы часто наблюдаются при распростра нении видов, подавляемых человеком. Отмечается появление резистентных к ядохимикатам насекомых вредителей сельского хозяйства, многих видов сорных растений, приближение некоторых видов животных к поселениям люд ей (зайцы, каменные куницы, некоторые виды птиц и др.) Отдельные виды легко приспосабливаются к новой для них среде, другие не могут и оказываются п од угрозой исчезновения. Как отмечает Р.Левонтин (1981,с.242), "вид всегда остает ся позади, немного не достигая идеальной приспособленности; в конце конц ов, если вид отстает от изменений среды из-за недостаточной генетической изменчивости, на основе которой работает естественный отбор, вид элимин ируется." Неустойчивость, несбалансированность многих антропогенных б иоценозов, их неестественно высокий динамизм являются причинами выпад ения аборигенных видо в . Иссле дования показывают, что в результате утраты местообитаний, во-первых, ис ключается часть фауны, особенно редкие виды с пятнистым распределением и, во-вторых, увеличивается скорость вымирания оставшихся видов из-за ум еньшения размеров популяции. Степень устойчивости природных популяций к антропогенным воздействия м в значительной степени связана с сохранением и поддержанием ее структ урированности. Антропогенные влияния затрагивают пространственную, ге нетическую, возрастную и половую структуры популяции. Все эти параметры находятся в сбалансированном состоянии лишь в больших по численности п опуляциях и занимающих значительные ареалы. Изменение возрастной стру ктуры популяции сопровождается изменением ее генетической структуры. Если по каким-либо причинам смертность особей (особенно у животных) разн ого возраста будет различной, то это приведет к существенному изменению генетической структуры популяции. У многих видов животных определяетс я генетическое своеобразие разных генераций (Шварц,1980). В относительно ст абильных условиях изменение генетической структуры популяции, связанн ое с динамикой ее возрастного состава, имеет характер колебаний около не которой многолетней средней. При изменении условий среды возрастной от бор может явиться фактором быстрых эволюционных преобразований. Измен ение роли различных возрастных групп в поддержании численности популя ции определяется не только селективной смертностью, но и изменением в ха рактере размножения. Сложная пространственная структура популяции лиш ь в особых случаях приводит к дифференциации популяции и к последующему формообразованию. Но в большинстве случаев она является мощным факторо м эволюции единой популяции. Большинство межпопуляционных отличий име ет полигенную природу (Шварц,1980). При этом один и тот же признак может иметь различную генетическую основу, а совместное действие разных генов оказ ывает взаимно усиливающий эффект. Если действие генов суммируется (адди тивный эффект), то в результате объединения микропопуляций в единую сист ему, возникнут новые генотипы, обладающие более сильным фенотипическим выражением. В большинстве случаев происходит обогащение общего генофо нда популяции, ее возможности более полного и быстрого приспособления к среде увеличиваются. Определением минимальной численности, при которой популяция могла бы д лительное время сохраняться и эволюционировать, занимаются многие исс ледователи (Сулей, 1983, Яблоков, 1987, Стойко, 1999). Для решения этой задачи имеет зн ачение не общее число живущих особей, а число размножающихся особей, обе спечивающих устойчивое воспроизведение популяции. Это эффективная чис ленность популяции (Ne), которая по подсчетам Яна Франклина (1983) составляет о т 60 до 85% реального числа особей в локальной популяции. Минимальная числен ность популяции должна быть такой, чтобы никакая "волна жизни" (характерн ое явление для любых панмиктических популяций) не привела численность о собей одного из полов к нулю или не сократила ее настолько, что существен но затруднится встреча партнеров по спариванию в природе. К сожалению, о чевидно, в современных услови ях такое положение для отдельных популяций, особенно малоподвижных вид ов, вполне реально. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учебное пособие. М.: Из-во МНЭПУ, 1998. Ч 1. 208 с. 2. Одум Г. Основы э кологии. - М.: Мир, 1975. 3. Новиков Г.А. Осн овы общей экологии и охраны природы, Л.: Высшая школа, 1979. 4. http://www.portal-slovo.ru/ 5. http://eco.priroda.ru/