Онтогенез

Онтогене́з (від грец. οντογένεση: ον — буття й γένηση — походження, народження) — індивідуальний розвиток організму з моменту утворення зиготи до природноїсмерті.

У багатоклітинних тварин у складі онтогенезу прийнято розрізняти фази ембріонального (під покровом яйцевих оболонок) і постембріонального (за межами яйця) розвитку, а у живонародних тварин — пренатальний (до народження) і постнатальний (після народження) онтогенез.

У багатоклітинних рослин до ембріонального розвитку відносять процеси, які відбуваються в зародковому мішку насіннєвих рослин.

Термін «онтогенез» вперше був введений Ернстом Геккелем в 1866 році. В ході онтогенезу відбувається процес реалізації генетичної інформації, отриманої від батьків.

Періоди онтогенезу[ред. • ред. код]

Онтогенез ділиться на періоди:

1. Ембріональний (зародковий) — від утворення зиготи до народження або виходу з яєчних оболонок;

2. Постембріональний (післязародковий), або до репродуктивний — від виходу з яєчних оболонок або від народження до набуття організмом здатності до розмноження.

3. Репродуктивний — період, коли організм здатен до розмноження.

4. Пострепродуктивний — від втрати здатності до розмноження і до смерті. У деяких видів цей період відсутній (горбуша після розмноження гине).

Ембріональний період (ембріогенез) у тварин[ред. • ред. код]

Докладніше: Ембріогенез

У ембріональному періоді виділяють три основні етапи: дроблення, гаструляцію і первинний органогенез. Ембріональний, або зародковий період онтогенезу починається з моменту запліднення і триває до виходу зародка з яєчних оболонок. У більшості хребетних він включає стадії (фази) дроблення, гаструляції, гісто- і органогенеза.

Запліднення[ред. • ред. код]

Початкова стадія розвитку, триває від кількох хвилин до кількох годин. У зиготі людини до початку наступної стадії ембріогенезу відбувається диференціювання і переміщення ділянок цитоплазми, що призводить до двобічної симетрії.

Дроблення[ред. • ред. код]

Докладніше: Дроблення (біологія)

Дроблення — ряд послідовних мітотичних поділів заплідненого або ініційованого до розвитку яйця. Дроблення є в онтогенезі всіх багатоклітинних тварин і призводить до утворення зародка, званого бластулою (зародок одношаровий). При цьому маса зародка і його об'єм не змінюються, тобто вони залишаються такими ж, як у зиготи, а яйце поділяється на все дрібніші клітини — бластомери. Після кожного поділу клітини зародка стають все дрібнішими, тобто змінюються ядерно-плазмові співвідношення: ядро залишається таким самим, а об'єм цитоплазми зменшується. Процесс протікає до тих пір, поки ці показники не досягнуть значень, характерних для соматичних клітин. Тип дроблення залежить від кількості жовтка і його розташування в яйці.

Якщо жовтка мало і він рівномірно розподілений в цитоплазмі (ізолецитальні яйця: голкошкірі, плоскі черви, ссавці), то дроблення протікає за типом повного рівномірного: бластомери однакові за розмірами, дробиться все яйце.

Якщо жовток розподілений нерівномірно (телолецитальні яйця: амфібії), то дроблення протікає за типом повного нерівномірного: бластомери — різної величини, ті, які містять жовток, — більше, яйце дробиться цілком. При неповному дробенні жовтка в яйцях настільки багато, що борозни дроблення не можуть розділити його повністю.

Дроблення яйця, у якого дробиться тільки сконцентрована на анімальному полюсі «шапочка» цитоплазми, де знаходиться ядро зиготи, називається неповним дискоїдальним (телолецитальні яйця: плазуни, птахи).

При неповному поверхневому дробленні в глибині жовтка відбуваються перші синхронні, ядерні ділення, що не супроводжуються утворенням міжклітинних меж. Ядра, оточені невеликою кількістю цитоплазми, рівномірно розподіляються в жовтку. Коли їх стає достатньо багато, вони мігрують в цитоплазму, де потім після утворення міжклітинних меж виникає бластодерма (центролецитальні яйця: комахи).

Гаструляція[ред. • ред. код]

Докладніше: Гаструляція

Один з механізмів гаструляції — інвагінація (вкладання частини стінки бластули всередину зародка).

Гаструляція — процес розділення зародка на зародкові листки. В ході гаструляції клітини зародка практично не діляться і не ростуть. Відбувається активне пересування клітинних мас (морфогенетичні рухи). В результаті гаструляції формуються зародкові листки (пласти кліток). Гаструляція призводить до утвореня зародка, званогогаструлою.

Первинний органогенез[ред. • ред. код]

Первинний органогенез — процес утворення комплексу осьових органів. У різних групах тварин цей процес характеризується своїми особливостями. Наприклад, ухордових на цьому етапі відбувається закладання нервової трубки, хорди і кишкової трубки.

В ході подальшого розвитку формування зародка здійснюється за рахунок процесів зростання, диференціювання і морфогенезу. Зростання забезпечує накопичення клітинної маси зародка. В ході процесу диференціювання виникають різно спеціалізовані клітини, що формують різні тканини і органи. Процес морфогенезу забезпечує придбання зародком спеціальної форми

Постембріональний розвиток[ред. • ред. код]

Докладніше: Постембріональний розвиток

Постембріональний розвиток буває прямим і непрямим.

1.Прямий розвиток — розвиток, при якому організм, що з'явився, ідентичний по будові дорослому організму, але має менші розміри і не володіє статевою зрілістю. Подальший розвиток пов'язаний із збільшенням розмірів і придбанням статевої зрілості. Наприклад: розвиток рептилій, птахів, ссавців.

2.Непрямий розвиток, або розвиток з метаморфозами — організм, що з'явився, відрізняється за будовою від дорослого організму, зазвичай влаштований простіше, може мати специфічні органи, такий зародок називається личинкою. Личинка живиться, росте. Із часом личинкові органи замінюються органами, властивими дорослому організму (імаго). Наприклад: розвиток жаби, багатьох комах, різних черв'яків.

Ембріональний розвиток супроводжується ростом.

45.Організм і навколишнє середовище.Основні середовища істування

Закон єдності організм-середовище — закон, згідно з яким між живими організмами і навколишнім середовищем існують тісні взаємовідносини, взаємозалежності і взаємовпливи, які зумовлюють їхню діалектичну єдність. Постійний обмін речовиною, енергією та інформацією між організмом і середовищем матеріалізує і робить пластичною цю єдність. Біологічні системи на будь-якому ієрархічному рівні є відкритими системами, вони одержують для свого існування з навколишнього середовища речовини (хімічні елементи), енергію (сонячну і хімічну) та інформацію і віддають до довколишнього середовища трансформовані речовини, енергію та інформацію, таким чином активно впливаючи (кількісно) на нього, змінюючи його. У системі організм-середовище найактивнішим є саме організм ( жива речовина ) — закономірність вперше виявлена і сформульована (у формі біогеохімічних принципівВ. І. Вернадським. Існування людини, як і будь-якого іншого живого організму, неможливо поза місця його існування.

Середа проживання живих організмів — це та частина простору, яка оточує даний організм або групу організмів і впливає на нього певним чином різними факторами.

Будь-який організм відчуває вплив неорганічних і органічних складових природи і пристосовується до цих впливів. Так, деякі тварини пристосувалися до низьких температур і можуть нормально існувати в районах Крайньої Півночі (песці, білі ведмеді), а інші здатні жити тільки в тропіках. На певній території, в однакових кліматичних умовах проживають певні групи організмів, пристосовані до існування в даному середовищі проживання. На планеті Земля розрізняють такі види середовищ існування: наземно-повітряна, водна, наземна, наземно-водна, грунтова (едафіческіе), живий організм, які характеризуються специфічними ознаками.

Названі вище середовища проживання розрізняються за агрегатним станом, щільності, наявності та різному вмісту кисню та іншими параметрами. Розглянемо коротку характеристику цих середовищ.
Наземно-повітряне середовище характеризується тим, що вона є газоподібної (її повітряна частина) і твердої (наземна частина). На поверхні землі організми зміцнюються (рослини, деякі гриби) або будують притулку (тварини). У повітрі організми знаходять їжу і кисень. Це аеробне середовище, в якому здійснюється інтенсивний обмін газів і води, а воду, необхідну для життєдіяльності живих істот, необхідно добувати і зберігати. Тому що живуть в цьому середовищі організми пристосовані до добування і збереженню вологи, а тварини мають здатність до досить швидкого і активного переміщення. У цьому середовищі живуть птахи, багато видів членистоногих (наприклад комахи), ссавці, різні види покритонасінних і т. д.

Водне середовище характеризується рідким агрегатним станом і залежно від глибини може бути як аеробного (поверхневі шари різних водойм), так і анаеробної (на великих глибинах океану, у водоймах з високою температурою). Це середовище щільніше, ніж повітряна, але більш сприятлива з позицій видобутку організмом води та її збереження в ньому. Водне середовище більш багата харчовими ресурсами. У ній в далекому геологічному минулому зародилося життя (за образним висловом «океан є колискою життя»), У цьому середовищі форми організмів різноманітні, і існують організми, які дихають як розчиненим у воді киснем, так і киснем, що містяться в атмосфері; живуть у цій середовищі анаеробні організми. У водному середовищі живуть різні найпростіші, водорості, риби, членистоногі, молюски, голкошкірі і представники інших типів і класів тваринного і рослинного світу.
Водно-наземна (наземно-водна) середовище є прикордонної середовищем і поєднує в собі властивості наземної і водного середовища. Вона змішана і за агрегатним станом, будучи твердої (наземна) і рідкої (водна). Ця середу з’явилася причиною виникнення особливої форми організмів (амфібій або земноводних), які поєднують ознаки і водних, і наземних тварин. Ці тварини здатні дихати і атмосферним повітрям, і киснем, розчиненим у воді, цикл їхнього життя тісно пов’язаний з водним середовищем. Деякі організми, що живуть в цьому середовищі, дихають тільки атмосферним киснем, але добувають їжу у водному середовищі. Дана середовище є «комфортною» з точки зору видобутку води організмом. У цьому середовищі живуть різноманітні види і тварин, і рослин. До них відносяться рослини-гігрофіти, які належать до різних класів. Серед тварин в цьому середовищі мешкають різні види ссавців, птахів, членистоногих, амфібій і ін

Наземна середовище характеризується тим, що тварини живуть на поверхні землі в нижній частині повітряного океану, як правило, далеко від водойм. Це середовище характеризується твердим агрегатним станом субстрату, але газоподібним станом місцеперебування, різноманітним водним режимом, тобто умови цього середовища дуже різноманітні, що визначає різноманіття пристосувань організмів до цього середовища. У ній проживають численні види найпростіших, грибів, лишайників, водоростей, вищих рослин, птахів, звірів і т. д. Умови життя в наземній середовищі часто нагадують такі для повітряно-наземної середовища, але відрізняються від останньої тим, що організми все своє життя проводять на поверхні землі, а не в повітрі.

Специфічною місцем існування є едафіческіе — грунт і більш глибокі шари заселеної організмами літосфери. Це середовище тверда, важка для переміщення, характеризується відсутністю світла, насичена молекулярним киснем, може містити капельножидкими воду, здатну бути середовищем існування найпростіших, багата мінеральними солями і різними органічними речовинами. Це середовище дуже сприятлива для життєдіяльності різних організмів, тому є щільно заселеної середовищем проживання. У ній живуть різноманітні представники типу найпростіших, різні водорості, гриби, різноманітні види хробаків, молюсків, різні представники вищих тварин. Грунт є субстратом різних видів вищих рослин, для яких характерна наземна середу.

Живий організм як середовище проживання інших організмів являє собою специфічну середовище проживання для паразитичних організмів. Це, як правило, середа, позбавлена молекулярного кисню, тому в ній живуть переважно анаеробні організми. Паразитичні організми можуть жити і всередині, і поза організмом, умови їх життя можуть бути дуже різноманітними, тому форми таких організмів також різноманітні. У даній середовищу немає необхідності добувати і відшукувати поживні речовини, що накладає певний відбиток на будову подібних організмів. У цьому середовищі живуть різні хвороботворні організми, а також деякі організми, які вступають з організмом-господарем у взаємно-корисне співжиття (прикладом останніх є бульбочкові бактерії, що мешкають в кореневих системах бобових рослин).

46.Екологічні фактори і їх класифікація

Екологічний фактор — будь-який фактор середовища, що здатен тою чи іншою мірою, прямим або непрямим способом впливати на живі організми, в період хоча б однієї фази індивідуального розвитку.

Саме у визначенні екологічного фактора і знаходимо системний, комплексний підхід до вивчення закономірності функціонування як організму, так і їх сукупності. Так, відсутність якогось фактора у визначений період існування може гальмувати процес відтворення (відомо, що відсутність належних умов може призупинити розвиток понад і, отже, організм не розмножується) або ріст (рослини проростають тільки при визначеній сукупності факторів). Опосередкованість впливу екологічного фактора визначається залежністю одного організму від іншого. На перший погляд, важко уявити залежність хижака від екологічного фактора Сонця, але вивчення трофічних взаємовідносин засвідчило, що хижак непрямим чином залежить від даного екологічного фактора, позаяк кількість їжі, яку він споживає, залежить від кількості та якості організмів, що споживає його жертва.

Екологічні фактори середовища, що ними зв'язаний будь-який живий організм, поділяють на дві категорії: абіотичні (фактори неживої природи) та біотичні (фактори живої природи). Існує певна умовність поділу і взаємовпливу абіотичних та біотичних факторів, оскільки живі організми здатні призвести до змін, які ведуть за собою і зміни абіотичних факторів (ліс знищений шкідниками, активна риюча діяльність норників на схилах може призвести до початку процесу ерозії). Отже, сучасна екологічна наука розглядає наступні фактори навколишнього середовища, які впливають на функціонування як живих організмів, так і систем в цілому.

Абіотичні фактори — сукупність кліматичних, ґрунтових (едафічних), а також топографічних факторів. Сюди також відносять потоки, хвилі і т.д.

Біотичні фактори — сукупність взаємовпливу життєдіяльності одних організмів на інші. Біотичний компонент можемо поділити на автотрофні та гетеротрофні організми. Перші з них самі автономно під впливом складних біохімічних процесів здатні продукувати органічну речовину, другі — тільки споживають накопичене.

В останні десятиліття деякі вчені відокремлюють ще одну групу екологічних факторів, які можуть і змінюють умови існування та функціонування екосистем, — антропогенні фактори. З огляду на сучасний вплив людини на процеси, що відбуваються в навколишньому середовищі, таке відокремлення є виправданим, хоча, з точки зору біоекології, людина є таким самим організмом, як і всі інші. Фізіологічно, фізично, хімічно, біологічно людина не відрізняється від інших живих організмів, тому виділення даної групи є скоріше визначенням ролі людини як екологічного фактора стосовно до інших живих організмів та середовища існування.

Існує декілька класифікацій екологічних факторів, де до уваги беруться або умови існування (класифікація Ніколсона — Швертфегера), або реакції живих організмів, що були під впливом різних екофакторів (класифікація Мочадського), або

розподіл екофакторів до простих фізичних, кліматичних, трофічних та біотичних умов існування живого (класифікація Р. Дажо).

Усі класифікації екологічних факторів, поряд з певними відмінностями між собою, мають і певну єдність, зокрема в тому, що сукупність фізичних та хімічних параметрів середовища творять кліматичні умови існування живих організмів. Для спрощення розуміння факторів неживої природи їх поділяють на кліматичні, або кліматоутворюючі, едафічні, орографічні, гідрологічні, геологічні

Серед кліматичних факторів особливе місце займають екофактори, що мають концентрований вплив і серед інших виділяються екологами як головні кліматоутворюючі екофактори.

До таких належать: енергія сонця; освітленість; температура; вологість; газовий склад атмосфери; тиск.

Розглянемо ці екофактори більш докладно, а також проаналізуємо пристосувальні реакції організму на дію того чи іншого кліматичного фактора.

47.Біосфера та жива речовина.

Біосфера (від дав.-гр. βιος — життя та σφαῖρα — куля) — природна підсистема географічної оболонки, що являє собою глобальну планетарнуекосистему (населена живими організмами ). Маса біосфери — близько 0,05% маси Землі.

Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі. Вважається, що бактеріальні біосфери або подібні до них можуть існувати наМарсі, Венері, Європі, Титані і ймовірно інших малих планетах.

Біосфера охоплює нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, всю гідросферу і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км на і й 0,5-1,0 км під дном океану. Товщина біосфери на полюсах Землі близько 10 км, на екваторі — 28 км [3].

Атмосфера Землі — найбільш легка оболонка Землі, що межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом. Переважні елементи хімічного складу атмосфери: азот — N2 (78%), кисень — O2 (21%), аргон — Ar (1%), вуглекислий газ — CO2 (0,03%)[3].

Гідросфера — водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найчистіші атмосферні води містять від 10 до 50 мг/л розчинних речовин. Переважні елементи хімічного складу гідросфери окрім власне води: йони натрію — Na+, магнію — Mg2+, кальцію Ca2+, хлору — Cl−,сірка — S, вуглець — C. Найважливіша роль в житті живих організмів належить таким елементам, як азот — N, фосфор — P, калій — K, магній — Mg та сірка — S, що засвоюються ними. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану[3].

Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових і магматичних порід. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральною (неорганічною), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази. Педосфера — ґрунтова оболонка планети, повністю просякнута живими організмами та складається з продуктів їх життєдіяльності. Переважні елементи хімічного складу літосфери: кисень — O, кремній — Si, алюміній — Al, залізо — Fe, кальцій — Ca, магній — Mg, натрій — Na, калій — K[3].

Жива́ речовина́ — вся сукупність тіл живих організмів в біосфері, незалежно від їх систематичної приналежності.

Це поняття не слід плутати з поняттям «біомаса», яка є частиною біогенної речовини.

Термін введений В. І. Вернадським[1].

Значення живої речовини[ ред. • ред. код ]

Робота живої речовини в біосфері досить різноманітна. За Вернадським, робота живої речовини в біосфері може проявлятися у двох основних формах:
а) хімічній (біохімічній) — I рід геологічної діяльності;
б) механічній — II рід транспортної діяльності.

Біогенна міграція атомів I роду проявляється в постійному обміні речовини між організмами і навколишнім середовищем в процесі побудови тіла організмів, перетравлення їжі. Біогенна міграція атомів II роду полягає в переміщенні речовини організмами в ході їх життєдіяльності (при будівництві нір, гнізд, при заглибленні організмів в грунт), переміщення самої живої речовини, а також пропускання неорганічних речовин через шлунковий тракт грунтоїдів, мулоїдів, фільтраторів.

Для розуміння тієї роботи, яку здійснює жива речовина в біосфері дуже важливими є три основні положення, які В. І. Вернадський назвав біогеохімічними принципами:

1.Біогенна міграція атомів хімічних елементів в біосфері завжди прагне до максимального свого прояву.

2.Еволюція видів у ході геологічного часу, що призводить до створення стійких в біосфері форм життя, йде в напрямі, що підсилює біогенну міграцію атомів.

3.Жива речовина перебуває в безперервному хімічному обміні з космічним середовищем, що його оточує, створюється і підтримується на нашій планеті променистою енергією Сонця.

Виділяють п'ять основних функцій живої речовини:

1. Енергетична. Полягає в поглинанні сонячної енергії при фотосинтезі, а хімічної енергії — шляхом розкладання енергонасичених речовин і передачі енергії по харчових ланцюгах різнорідної живої речовини.

2. Концентраційна. Вибіркове накопичення в ході життєдіяльності певних видів речовини. Виділяють два типи концентрацій хімічних елементів живою речовиною: а) масове підвищення концентрацій елементів у середовищі, насиченою цими елементами, наприклад, сірки і заліза багато в живій речовині в районах вулканізму; б) специфічну концентрацію того чи іншого елемента незалежно від середовища.

3. Деструктивна. Полягає в мінералізації необіогенної органічної речовини, розкладанні неживої неорганічної речовини, залученні речовин, що утворилися, в біологічний кругообіг.

4. Середовищеутворююча. Перетворення фізико-хімічних параметрів середовища (головним чином за рахунок необіогенної речовини).

5. Транспортна. Харчові взаємодії живої речовини приводять до переміщення величезних мас хімічних елементів і речовин проти сил тяжіння і в горизонтальному напрямку.

Жива речовина охоплює і перебудовує всі хімічні процеси біосфери. Жива речовина є найпотужнішою геологічною силою, що зростає з ходом часу. Віддаючи належне пам'яті великого основоположника вчення про біосферу, наступне узагальнення О. І. Перельман запропонував назвати «законом Вернадського»:

48.Колообіг речовин у біосфері

Утворення живої речовини та її розклад - це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Життя - це кругообіг елементів між організмом і середовищем. Причина біологічного кругообігу - обмеженість ресурсів елементів, з яких будуються тіла організмів.

Процеси кругообігу речовин у біосфері прийнято розділяти на великий (геологічний) та малий (біологічний) кругообіг.

Рушійною силою великого (геологічного) кругообігу є тектонічні процеси і сонячна енергія. Його потужність - 2 o 1016 т на рік, а тривалість існування - понад 4 млрд. років. Малий (біологічний) кругообіг речовин пов'язаний з діяльністю живої речовини. Його сукупна потужність перевищує 5 o 10й т на рік. Обидва кругообіги протікають одночасно та пов'язані між собою. Вони утворюють єдиний біогеохімічний цикл - циклічне постійне перетворення речовин та зміну потоків енергії з просторовим масоперенесенням за рахунок сукупної дії біотичних та абіотичних трансформацій речовини. В межах єдиного біогеохімічного циклу біосфери найбільше значення мають кругообіги 6 елементів: водню, кисню, вуглецю, азоту, фосфору і сірки (рис. 1.1).

Кругообіг вуглецю. Маса вуглецю в біосфері перевищує 12000 млрд. т. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою

речовиною та двоокисом вуглецю (С02). У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, двоокис вуглецю (вуглекислий газ) і вода за допомогою енергії сонячного світла перетворюються на складні органічні сполуки. Щорічно зелені рослини поглинають 200 млрд. т вуглецю. Більша його частина повертається в атмосферу завдяки процесам дихання. Відмерлі рослинні і тваринні організми розкладаються грибами та мікроорганізмами, що супроводжується виділенням С02, який теж повертається в атмосферу. Загальний запас вуглецю в атмосфері становить 711 млрд.т. Ще більше його містить так звана "карбонатна система" Світового океану - 390 трлн. т. Карбонатну систему океанів складають різноманітні живі організми - найпростіші, водорості, корали, молюски тощо, які нагромаджують вуглекислий кальцій у своїх тілах. Повний цикл обміну біосферного вуглецю здійснюється протягом 300 - 1000 років.

Кругообіг води

Вода вкриває поверхні Землі. За одну хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується 1 млрд. т води. Внаслідок конденсації водяної пари утворюються хмари, випадають атмосферні опади. Опади проникають у ґрунт, ґрунтові води повертаються на поверхню землі через джерела. Загальний запас води в гідросфері становить 138 -1016 т. Маса водної пари в атмосфері - 130 o 10м т. Швидкість циркуляції води дуже велика: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтові води - за рік, річкові - за 12 діб, водна пара в атмосфері - за 10 діб. Щорічно для створення первинної продукції біосфери в процесах фотосинтезу використовується близько 1% води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина для побутових і промислових потреб використовує вже близько 2,5% загальної кількості опадів за рік.

Кругообіг кисню

Природними продуцентами вільного молекулярного кисню на Землі є зелені рослини, що утворюють його в процесі фотосинтезу. Атмосфера містить 1,2 - 2,0 o 1015 т кисню. Щорічно цей запас поповнюється на 70 - 100 млрд. т за рахунок фотосинтезу зелених рослин, при цьому 55 млрд. т кисню виробляють лісові масиви. Для абсолютної більшості живих організмів кисень є життєво необхідним. Він забезпечує здійснення окислювальних реакцій, під час яких вивільнюється необхідна для життєдіяльності організмів енергія. У природі відбувається постійний кругообіг цього газу в результаті збалансованих процесів використання атмосферного кисню для дихання, окислювальних процесів і виділення його у вільному вигляді при фотосинтезі. За розрахунками, повний кругообіг кисню у біосфері здійснюється за 2000 років.

Кругообіг азоту

Атмосфера є найбільшим резервуаром газоподібного азоту (3,9 o 1019т, або 78 % за об'ємом). Для більшості організмів він є нейтральним газом. Лише для великої групи мікроорганізмів азот є фактором життєдіяльності. Засвоюючи молекулярний азот, такі мікроорганізми після відмирання забезпечують корені вищих рослин доступними формами цього елементу, який включається в склад амінокислот, білків та пігментів. Кругообіг азоту здійснюється за допомогою двох взаємно збалансованих процесів - нітрифікації (послідовне окислення вільного азоту до нітратів, що поглинаються коренями рослин) і денітрифікації (відновлення азотовмісних сполук до вільної форми). Обидва процеси здійснюються бактеріями. Біологічна фіксація азоту становить приблизно 126 млн. т в рік. За рахунок абіогенної фіксації (наприклад, при розрядах блискавок чи виверженнях вулканів) у біосферу додатково поступає 26 млн. т азоту в нітратній формі.

Кругообіг фосфору

Цей важливий і необхідний для живих організмів елемент циркулює, поступово переходячи з органічних сполук у фосфати, які знову можуть використовуватись рослинами. На відміну від азоту, резервуаром фосфору служить не атмосфера, а гірські породи та інші відклади, що утворились у минулі геологічні епохи. Ці породи поступово піддаються ерозії, вивільнюючи фосфати в екосистеми, але велика кількість фосфатів попадає в море, де частково відкладається у мілководних осадах, а частково губиться у глибоководних. Механізми повернення фосфору в кругообіг вірогідно недостатньо ефективні і не поповнюють втрат. Діяльність людини призводить до посиленої втрати фосфору за рахунок ерозії ґрунтів. З іншого боку, активне використання фосфору в добривах призводить до евтрофікації ("надудобрення") вод, що супроводжується бурхливим розмноженням водоростей ("цвітіння води"), які поглинають розчинений у воді кисень і виділяють токсичні продукти обміну. Сформовані природні екосистеми при цьому руйнуються.

Кругообіг сірки

Охоплює повітря, води і ґрунти, де відбуваються процеси окислення і відновлення, завдяки яким відбувається обмін сірки між фондом доступного для рослин сульфату (SO4) та фондом сульфідів заліза, що знаходяться глибоко в ґрунті і в осадах. Ці хімічні реакції виконують спеціалізовані мікроорганізми - сіркобактерії.

Кругообіги азоту й сірки все більше підпадають під вплив промислового забруднення повітря. Окиси азоту (N2O і NO2) і сірки (SO2) на відміну від нітратів і сульфатів токсичні. Основне джерело SO2 - спалювання вугілля, а NO2 - вихлопні гази та інші промислові викиди. Двоокис сірки реагує з водною парою повітря, утворюючи капельки сірчаної кислоти, котрі випадають на землю з кислим дощем. Кислі дощі стали серйозною проблемою, оскільки спричиняють всихання дерев і закислення озер на величезних територіях Європи і Північної Америки.

Промислові викиди в атмосферу вуглекислого газу і паралельне збільшення споживання кисню, яке до того ж супроводжується зведенням лісових масивів, загрожує руйнуванням балансу O2 - СO2 в атмосфері, що може стати причиною глобальних кліматичних катаклізмів.

Необережне втручання людини в природний перебіг біогеохімічних циклів, які формувалися протягом десятків і сотень мільйонів років еволюції біосфери, може мати катастрофічні наслідки.

Трансформація енергії в біосфері

Живі організми постійно споживають енергію. Первинне джерело енергії в біосфері - Сонце. Живий світ Землі складається з організмів трьох основних типів: автотрофів (продуцентів), гетеротрофів-консументів і гетеротрофів-редуцентів. Потік енергій в біосфері має один напрямок - від Сонця через рослини (автотрофи) до тварин (гетеротрофів), або від продуцентів до консументів і редуцентів.

49.діяльність людини і стан біосфери Сучасні екологічні проблеми
Вплив діяльності людини на стан біосфери

У процесі історичного розвитку людина поступово втрачала зв'язки з природою. На певному етапі розвитку цивілізації людина почала активно перетворювати природу і її вплив на довкілля зростав із кожним сторіччям, поки не став провідним екологічним фактором. Ці проблеми поставили людство на межу всеосяжної біосферної кризи, яка загрожує його існуванню.

Протягом останніх 10 тис. років під впливом діяльності людини площа лисів на нашій планеті скоротилася не менш ніж на третину. Людина вирубує ліси, звільняючи площі під рілля, пасовища, поселення та використовуючи деревину для власних потреб. І навіть нині, коли людство почало усвідомлювати катастрофічні наслідки цих процесів, площа лісів щорічно скорочується, насамперед за рахунок тропічних лісів, які відіграють велику роль у підтриманні екологічної рівноваги на нашій планеті.

Також великий вплив на забруднення атмосфери мають викиди шкідливих для здоров'я людини та інших організмів відходів промислових підприємств тощо.

Особливу небезпеку для довкілля становлять кислотні дощі, спричинені забрудненням атмосфери сірчастим газом. Кислотні дощі призводять до тяжких наслідків. Зокрема прісні водойми стають мертвими, гинуть ліси та багато інших проблем.

Іншою небезпекою для здоров'я людини може стати послаблення озонового екрану. Це відбувається внаслідок надходження в атмосферу хлорфторвуглецевих сполук.

Діяльність людини негативно впливає і на різноманітні водойми, забруднення промисловими та побутовими відходами, пестицидами та добривами, які змиваються з полів, зміна екологічних умов, осушення, тощо. Порушення санітарного стану водойм, а також виснаження водних ресурсів загострює проблему питної води.

Надходження неочищених або недостатньо очищених стічних вод у природні водойми унеможливлює використання їх для відпочинку людей, рибальства.

До вимирання цілих водних екосистем також призводять аварії танкерів, нафтовидобувних платформ, унаслідок яких плівка з нафти вкриває значні площі морів.

До змін гідрологічних режимів водойм призводять створення штучних водойм, водосховищ, що згубно впливають на водні біогеоценози та популяції окремих видів.

На мою думку, людям слід задуматися над своїми вичинками, обережніше ставитися до природних багатств, тоді в світі запанує гармонійність, зменшиться кількість природних катаклізмів, які зараз мають досить великий вплив на людей. Розвитокцивілізаціїнеможливийбезраціональноївзаємодіїзприродою, якарозвиваєтьсяіфункціонуємільйонироків. Людинаотримуєвіднеївсенеобхіднедляжиття: енергію, продуктихарчування, матеріали, атакож, щонеменшважливо, емоційнутаестетичнунаснагу.

Цілеспрямованість дії людини на природу зумовлює не тільки позитивний вплив, а й призводить до негативних наслідків. Своєю діяльністю людина настільки розбалансувала природні зв'язки всієї глобальної екосистеми, що вона почала активно деградувати, втрачаючи здатність до самовідновлення. Цей вплив посилюватиметься із зростанням глобалізації світової економіки.

Екологічний фактор почав реально лімітувати добробут людей: а це погіршує знати здоров'я, збільшує ризик генетичних збоїв, скорочує тривалість життя. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), суспільне здоров'я на 50 % залежить від способу життя і на 25 % від стану навколишнього середовища.

Основними складовими природного середовища є: атмосфера, гідросфера, літосфера, біосфера. Кожна з них має складові елементи, структуру та особливості. Три з них — атмосфера, гідросфера і літосфера — утворені неживими речовинами і є аріолом функціонування живої речовини біоти — головного компонента четвертої складової довкілля — біосфери. Розглянемо детальніше кожну з них.

Особливе місце в структурі природного середовища займає біосфера.

Біосфера (біос — життя, сфера — діяльність) — зовнішня оболонка Землі, у межах якої існує життя. Основним елементом біосфери є людина. Людина — вищий ступінь розвитку живих організмів на Землі, суб'єкт суспільно-історичної діяльності та культури.

Тенденція еволюції біосфери така: поступове збільшення її загальної біомаси і продуктивності; нагромадження акумульованої сонячної енергії в поверхневих оболонках планети; зростання інформаційної ємності біосфери, яка проявляється в збільшенні життєвих форм; підсилення певних біогеохімічних функцій живого і продуктів життєдіяльності та поява нових функцій; зростання ролі живої речовини в геологічних, геохімічних та фізико-географічних процесах; ускладнення структури біотичного кругообігу. Необхідно додати також трансформуючий вплив господарської діяльності людини, що викликає еволюційну заміну певних біоелементів. Іноді така заміна на регіональному рівні супроводжується повним їх зниженням. Швидке вилучення видів із структури екосистеми спричиняє тенденції, зворотні до вищезазначених, — знижується біомаса, продуктивність та інформаційність біосфери, змінюється характер фіксації сонячної енергії. Отже, еволюція може йти не лише прогресивним шляхом, а й регресивним.

Проблема "людина — біосфера" має два основних аспекти:

1. Техніко-економічний, пов'язаний із зростаючим виснаженням природних ресурсів планети, що ставить перед ученими чимало проблем щодо пошуку нових джерел енергії тощо.

2. Соціально-екологічний, пов'язаний із забрудненням навколишнього середовища і порушенням біологічної рівноваги у системі "людина — біосфера".

Але якщо соціально-екологічний процес спрямований, як уся еволюція, то в який бік? На це питання відповідає закон, сформульований В. Вернадським: біосфера неминуче перетвориться в ноосферу, тобто сферу, де розум людини буде відігравати домінуючу роль у розвитку системи "людина — природа". Іншими словами, хаотичний саморозвиток, заснований на процесах природної саморегуляції, буде замінено розумною стратегією, що ґрунтується на прогнозно планових принципах та регулюванні процесів природного розвитку.

Основоположники цього вчення (Б. Леруа, П. Тейяр де Шарден, В. Вернадський, П. Флоренський) вкладали в це поняття "розум людини" і божественне начало (сходження до людей божественного розуму), що випливало з їхнього світогляду. У наведеному формулюванні закон ноосфери здається логічним, оскільки людство як частина природи, перетворившись на руйнівну загальносвітову "геологічну силу", може або остаточно зруйнувати біосферу, і тим самим знищити себе, або зберегти її і власне існування. Але, за образним висловлюванням російського геолога М. Вассоєвіча, "біосфера — це є і мешканці, і дім, і ми в нім".

Відмінною особливістю сучасного світу є постійне збільшення антропогенних і технологічних навантажень на біосферу. Це є причиною збільшення розмірів техносферних регіонів, в яких проживає більшість населення планети. Ці регіони характеризуються високим рівнем концентрації промислових об'єктів і щільністю населення.

На планеті сформувалися регіони, де рівень забруднення біосфери сягнув загрозливих розмірів.

Наукові дані свідчать, що катастрофічні зміни в біосфері траплялися досить регулярно ще незадовго до появи людини. Але відбувалися вони впродовж досить тривалих періодів. Відомо, що суттєві зміни умов середовища спричинили зникнення цілої низки видів організмів, але в цьому вбачали прискорення еволюційних Пристосувань. Це відбулося за принципом катастрофічного поштовху, згідно з яким катастрофа завжди викликає суттєві еволюційні перебудови, що можна трактувати як прогресивне явище. Етап прискорення змінюється етапом уповільнення еволюції, тобто діє принцип перервності та неперервності розвитку біосфери.

У наш час антропогенні впливи на біосферу відбуваються інтенсивно й регулярно, і варто чекати нового прискорення еволюційних перебудов, наслідки яких нам навіть важко уявити. Насамперед постає проблема поінформованості людства не лише про стан біосфери, а також про її інформаційно-управлінські мережі. Усвідомлення людством кризової ситуації в біосфері і реакція на глобальну екологічну кризу, що вже розпочалася, характеризується надмірною повільністю. А це загрожує людству фізичним знищенням. За деякими підрахунками, нам залишилося 40—100 років.

---

Дата добавления: 2015-07-17