Биосфера – арена жизни живых существ, а также жизни и хозяйственной деятельности человека.
Лекции.ИНФО


Биосфера – арена жизни живых существ, а также жизни и хозяйственной деятельности человека.



При изучении биосферы следует учитывать пять феноменов.

Первый феноменжизнь. Тайна ее возникновения до сих пор остается неразгаданной. В.И. Вернадский признавал справедливость «принципа Гюйгенса» – жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи. Если предположить, что вся масса и энергия Вселенной, а также время и пространство возникли в результате Большого взрыва, то, возможно, именно в этот момент произошло образование двух субстанций – живой и косной. Сущность живого заключена в присущей ему жизненной силе (энтелехии), направляющей эволюцию по восходящей линии.

Энтелехия(греч. – осуществленная цель) – действительность в противоположность возможности, осуществление того, что заложено в материи, как возможность. Душа есть, по Аристотелю, первая энтелехия организма, в силу которой тело, располагающее лишь «способностью» жить, действительно живет, пока оно соединено с душою.

Второй феномен – организм. Живое вещество дискретно, оно представлено множеством отдельных особей организмов. В.И. Вернадский высказывал предположение, что жизнь на Землю была занесена извне. Согласно концепции панспермии, в космическом пространстве присутствует огромное количество зародышей живого вещества. Возможно, они «заразили» Землю и простейшие формы организмов появились с самого начала геологической истории в готовом виде.

Третий феномен – биоразнообразие. Многообразие видов возникло как результат присущей организмам изменчивости, микро- и макроэволюционных процессов. Дарвин заключает свою теорию происхождения видов словами: «Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм».

Четвертый феномен – экосистема. Экосистема – первичная ячейка биогенного механизма круговорота вещества, осуществляемого продуцентами, консументами и редуцентами. Циклы биогенных элементов – необходимое условие устойчивости экосистем. Следует отметить принципиальную независимость биогеохимических функций живого вещества от биологического разнообразия и таксономического положения организмов на макроэволюционной лестнице.

Пятый феномен – биосфера. Особенность биосферы состоит в том, что с самого начала геологической истории все пять феноменов сосуществовали в неразрывной связи друг с другом: жизнь на Земле была представлена популяциями множества организмов, которые эволюционировали в условиях экосистем и единой биосферы.

Вернадский четко обозначает верхний и нижний пределы распространения жизни. Верхний предел обусловливается лучистой энергией, приходящей из космоса, губительной для живых существ. Речь идет о жестком ультрафиолетовом излучении; оно задерживается озоновым экраном, нижняя граница которого проходит на высоте около 15 км. Это верхняя граница биосферы. Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах. На глубине 3–3,5 км температура достигает 100ºС. Наибольшую протяженность по вертикали биосфера имеет в океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа.

Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя особенностями:

во-первых, на нее падает мощный поток солнечной энергии;

во-вторых, в ней в значительном количестве содержится жидкая вода;

в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах – твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы.

Функции живого вещества. Чтобы раскрыть сущность процессов, протекающих в биосфере, рассмотрим основные постулаты концепции Вернадского (Вернадский, 1967):

Постулат первый: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Смысл сказанного однозначен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.

Постулат второй: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте...». И далее: «Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».

Третий постулат: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Смысл приведенных постулатов таков: первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований, а морфологические изменения компонентов этих «совокупностей» не отражались на их «химических функциях».

Постулат четвертый: «Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».

И пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».

Какие же именно «геохимические функции» имел в виду Вернадский? Он определил их такими терминами: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Функций этих было достаточно, чтобы «былая биосфера» сыграла свою определяющую роль в становлении оболочек Земли – атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы. Современная наука о биосфере те же функции классифицируетпо пяти категориям: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная.

Энергетическая функциявыполняется, прежде всего, растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. По словам 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 является источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере – всей земной коры.

Энергия, аккумулируемая растениями, распределяется внутри экосистем между животными в виде пищи. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых, служащие в настоящее время энергетической базой для жизни и работы людей. Растения – главный источник пищи для людей и сельскохозяйственных животных.

Деструктивная (разрушительная) функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот.

Мертвое органическое вещество разлагается продуцентами до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т.д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота.

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород (косное вещество). Благодаря живому веществу биотический круговорот пополняется минералам, высвобождаемым из литосферы. Пионеры жизни на скалах – бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники – оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот – угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы – кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы. Например, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождает из базальта 3% содержащегося в нем кремния, 11% алюминия, 59% магния, 64% железа.

Общая масса зольных элементов, вовлекаемых ежегодно в биотический круговорот только на суше, составляет около 8 млрд т. Это в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв – их плодородие.

Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. 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 1 200 000 раз, железа – в 65 000, ванадия – в 420 000, серебра – в 240 000 раз и т.д.

Морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы для построения своих скелетов и покровов. Существуют, например, кальциевые организмы (моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, известковые водоросли и т.д.), кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии).

Особо следует обратить внимание на способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. Их концентрация в теле беспозвоночных и рыб может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской
воде. Благодаря этому 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.

Средообразующая функция состоит в трансформации физико-хими­ческих параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствует извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают в равновесии 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 антропогенных воздействий. Эту способность живого вещества к регенерации экологических условий выражает принцип Ле Шантелье.

Принцип Ле Шантелье: изменение любых переменных в системе в ответ на внешнее возмущение происходит в направлении компенсации производимых возмущений.

В теории управления аналогичное явление носит название, как мы уже знаем, отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Таким образом, гомеостаз, устойчивость экосистемы, оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Лекция 4

Экология человека

Общие законы взаимоотношения человека (или группы людей) и биосферы, влияние на человека (или группы людей) природной и социальной сред изучает наука экология человека.

В настоящее время человека выделяют как биосоциальное существо, генетически связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них благодаря способности производить орудия труда, к речи, сознанию и творчеству. Биосоциальная природа человека отражается в том, что его жизнь определяется единой системой условий, в которую входят как биологически, так и социальные элементы. Это вызывает необходимость не только его биологической, но и социальной адаптации, то есть приведения межиндивиндуального и группового поведения в соответствие с господствующими в данном обществе нормами. Биологическая адаптация человека весьма отличается от таковой в животном мире, так как стремиться сохранить не только его биологические, но и социальные функции.

В эволюции живого вещества на планете есть ряд поворотных пунктов, последним из которых в этой эволюционной сукцессии является появление человека. Э то произошло совсем недавно (3,5-5 млн. лет назад), что по сравнению с 4 млрд. лет развития животного мира – ничтожно малая его часть.

Человек современного типа возник уже в последнюю ледниковую эпоху (40-50 тыс. лет тому назад). За этот период он занимался охотой, собирательством, позднее – скотоводством, земледелием и ремеслами, и только последе 2-3 века получило бурное развитие промышленное производство. На протяжении всей этой истории постепенно снижалось роль природной и возрастала роль искусственной среды в жизни человека. При этом изменялись величина и качественный характер давления естественного отбора. Благодаря социальным преобразованием и развитию медицины в развитых странах давление естественного отбора значительно снизилось.

Человек сам создатель и регулятор развития городских (урбанистических) систем. Характер и интенсивность его хозяйственной деятельности и способность поддерживать качество окружающей среды зависит от его биологических особенностей и социальных факторов. До сих пор идут споры о соотношении социального и биологического в человеке, и хотя мы не знаем этого соотношения, но при рассмотрении экологии человека необходимо учитывать оба этих начала. Наиболее наглядно эти проблемы видны при изучении эволюции и адаптации человека к городской среде. Благодаря этому можно констатировать, что человек, в отличие от животных, поставил вид в условия широчайшей экологической ниши, характеризующейся общей направленностью адаптаций.

Человек не только адаптируется, но и прочно «привязывается» к своей среде, как индивидуальном, так и в видовом отношениях. Материалы космической биологии показывают, что человек, адаптируясь к новым условиям в Космосе, вернувшись на Землю, вынужден снова вырабатывать у себя прежние навыки, то есть деадаптироваться. В условиях городской среды он может находиться дома, затем на производстве, а затем выехать загород на отдых. Эти изменения окружающих человека условий вызывают процессы реадаптации, то есть адаптация к ставшим уже для него новым условием ранее привычной среды. Но если эти изменения происходят быстро и мощно, то эволюционные процессы, механизмы отбора, как очень инерционные, не успевают, отстают, и адаптация становится невозможной. Такой резкий дисбаланс системы вызывает стрессы, приводящие к болезням человека, вплоть до генетических нарушений.

В городской среде к обычным экологическим факторам добавляются такие, как десинхроноз (несоответствие адаптации географическим зонам при широких транспортных миграциях), транспортная усталость, радиационные поля, различные инфекции, информационные пресс и другие.

Особое напряжение на всю человеческую популяцию оказывает перенаселенность, обусловленная так называемым «демографическим взрывом». Если около 9 тыс. лет назад на Земле проживало около 10 млн. человек, в начале нашей эры – порядка 200 млн., в 1900 г. 1,7 млрд., то в настоящее время (на 2012 год) уже 7,2 млрд. человек.

Озабоченность ростом населения еще 2 века назад заставило Т. Мальтуса написать труд в котором он математически доказал что этот рост происходит по экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского хозяйства увеличивается только в арифметической прогрессии. Он считал, что если не прекратится бесконтрольное деторождение, то не считая голод погубит человечество. Уже в настоящее время проблемы контроля численности населения вошли в различные программы ООН, которые дали ограниченные эффект.

Лекция 5









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 135;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная