Introducere

Biosfera (în sensul modern) este un fel de înveliș al Pământului care conține întreaga totalitate a organismelor vii și acea parte a substanței planetei care este în schimb continuu cu aceste organisme. Biosfera acoperă atmosfera inferioară, hidrosfera și partea de sus litosferă. Conceptul de „materie vie” înseamnă totalitatea organismelor vii din biosferă. Zona de distribuție include partea inferioară a învelișului de aer (atmosfera), întreaga înveliș de apă (hidrosferă) și partea superioară a învelișului solid (litosferă). Acest concept a fost introdus de V.I. Vernadsky. El a observat că există un schimb continuu de energie între partea inertă, lipsită de viață a biosferei, corpurile naturale inerte și organismele vii care o locuiesc. Materia vie joacă cel mai important rol în comparație cu alte substanțe din biosferă și îndeplinește o serie de funcții importante.

Funcția energetică

Funcția energetică este îndeplinită în primul rând de plante, care acumulează energia solară sub formă de diferiți compuși organici în timpul procesului de fotosinteză. Pentru ca biosfera să existe și să se dezvolte, are nevoie de energie. Nu are surse proprii de energie și poate consuma doar energie din surse externe. Sursa principală a biosferei este Soarele. În comparație cu Soarele, contribuția energetică a altor furnizori (căldura internă a Pământului, energia mareelor, radiațiile din spațiu) la funcționarea biosferei este neglijabilă (aproximativ 0,5% din toată energia care intră în biosferă). Lumina soarelui pentru biosferă este energie radiantă împrăștiată de natură electromagnetică. Aproape 99% din această energie care intră în biosferă este absorbită de atmosferă, hidrosferă și litosferă și, de asemenea, participă la procesele fizice și chimice cauzate de aceasta (mișcarea aerului și a apei, intemperii etc.). nivelul primar al absorbției sale și este transmis consumatorilor deja în formă concentrată. Potrivit lui Vernadsky, organismele cu clorofilă verzi, plantele verzi, sunt mecanismul principal al biosferei, care captează razele soarelui și creează corpuri chimice prin fotosinteză - un fel de hrană conservată solară, a cărei energie devine ulterior sursa de energie chimică eficientă. a biosferei și în mare măsură - întregul scoarta terestra. Fără acest proces de acumulare și transfer de energie de către materia vie, dezvoltarea vieții pe Pământ și formarea biosferei moderne ar fi fost imposibile.

Fiecare etapă ulterioară a dezvoltării vieții a fost însoțită de o absorbție din ce în ce mai intensă a energiei solare de către biosferă. În același timp, intensitatea energetică a activității vitale a organismelor într-un mediu natural în schimbare a crescut, iar acumularea și transferul de energie a fost întotdeauna realizat de materia vie. Biosfera modernă s-a format ca rezultat al evoluției pe termen lung sub influența unei combinații de factori cosmici, geofizici și geochimici. Sursa originală a tuturor proceselor care au loc pe Pământ a fost Soarele, dar fotosinteza a jucat rolul principal în formarea și dezvoltarea ulterioară a biosferei. Baza biologică a genezei biosferei este asociată cu apariția unor organisme capabile să folosească o sursă externă de energie, în acest caz energia Soarelui, pentru a forma substanțe organice necesare vieții din cei mai simpli compuși.

Fotosinteza se referă la transformarea compușilor simpli (apă, dioxid de carbon și elemente minerale) de către plantele verzi și microorganismele fotosintetice cu participarea energiei luminii și a pigmenților absorbanți de lumină (clorofilă etc.) în substanțe organice complexe necesare vieții tuturor. organisme. Procesul decurge după cum urmează. Un foton al luminii solare interacționează cu o moleculă de clorofilă conținută în cloroplastul unei frunze verzi, rezultând eliberarea unui electron de la unul dintre atomii săi. Acest electron, care se mișcă în interiorul cloroplastei, reacționează cu o moleculă de ADP, care, după ce a primit suficientă energie suplimentară, se transformă într-o moleculă de ATP - o substanță care este un purtător de energie. Excitat molecula de ATPîntr-o celulă vie care conține apă și dioxid de carbon, promovează formarea moleculelor de zahăr și oxigen, în timp ce ea însăși își pierde o parte din energie și se transformă înapoi într-o moleculă ADP.

Ca urmare a fotosintezei, vegetație glob asimilează anual aproximativ două sute de miliarde de tone de dioxid de carbon și eliberează aproximativ o sută patruzeci și cinci de miliarde de tone de oxigen liber în atmosferă, în timp ce se formează mai mult de o sută de miliarde de tone de materie organică. Dacă nu ar fi activitatea vitală a plantelor, moleculele exclusiv reactive de oxigen ar intra în diferite reacții chimice, iar oxigenul liber ar dispărea din atmosferă în aproximativ zece mii de ani. Din păcate, reducerea barbară de către om a acoperirii verzi a planetei reprezintă o amenințare reală de distrugere a biosferei moderne. În timpul procesului de fotosinteză, concomitent cu acumularea de materie organică și producerea de oxigen, plantele absorb o parte din energia solară și o rețin în biosferă. Aproximativ 1% din energia solară care cade pe Pământ este folosită pentru fotosinteză. Poate că acesta rata scăzută asociate cu concentrații scăzute de dioxid de carbon în atmosferă și hidrosferă. În fiecare an, organismele fotosintetice de pe uscat și ocean leagă aproximativ 3 * 1018 kJ de energie solară, care este de aproximativ zece ori mai mult decât energia folosită de umanitate.

Spre deosebire de plantele verzi, unele grupuri de bacterii sintetizează materia organică nu din energia solară, ci din energia eliberată în timpul oxidării compușilor cu sulf și azot. Acest proces se numește chimiosinteză. În comparație cu fotosinteza, acesta joacă un rol neglijabil în acumularea de materie organică în biosferă. În cadrul unui ecosistem, energia sub formă de hrană este distribuită între animale. Substantele organice (zaharuri, proteine ​​etc.) sintetizate de plantele verzi si chimiobacteriile, trecand succesiv de la un organism la altul in procesul de nutritie a acestora, transfera energia continuta in ele. Plantele sunt consumate de animalele erbivore, care la rândul lor devin victime ale prădătorilor etc. Acest flux consistent și ordonat de energie este o consecință a funcției energetice a materiei vii din biosferă.

Perioada lungă de dezvoltare prebiologică a planetei noastre, determinată de acțiunea factorilor fizico-chimici de natură neînsuflețită, s-a încheiat cu un salt calitativ - apariția vieții organice. Din momentul apariției lor, organismele există și se dezvoltă în strânsă interacțiune cu natura neînsuflețită, iar procesele din natura vie de pe suprafața planetei noastre au devenit predominante. Sub influența energiei solare, un fundamental nou ( scara planetara) sistem - biosferă. Biosfera este formată din:

♦ materie vie formată dintr-o colecție de organisme;

♦ o substanță biogenă care este creată în timpul activității de viață a organismelor (gaze atmosferice, cărbune, calcare etc.);

♦ materie inertă, formată fără participarea organismelor vii (roci de bază, lavă vulcanică, meteoriți);

♦ substanță bioinertă, care este un rezultat comun al activității vitale a organismelor și al proceselor abiogene (sol).

Evoluția biosferei este determinată de trei grupuri de factori strâns interrelaționați: dezvoltarea planetei noastre ca corp cosmic și transformările chimice care au loc în adâncurile sale, evoluția biologică a organismelor vii și dezvoltarea societății umane.

Granițele vieții sunt determinate de factori din mediul pământesc care împiedică existența organismelor vii. Limita superioară a biosferei trece la o altitudine de aproximativ 20 km de suprafața Pământului și este delimitată de stratul de ozon, care blochează partea cu unde scurte a radiației ultraviolete de la Soare, care este distructivă pentru viață. În hidrosfera scoarței terestre, organismele vii locuiesc în toate apele Oceanului Mondial - până la 10-11 km în adâncime. În litosferă, viața are loc la o adâncime de 3,5–7,5 km, care este determinată de temperatura din interiorul pământului și de nivelul de penetrare a apei lichide.

Atmosferă.Învelișul de gaz al Pământului este format în principal din azot și oxigen. Conține cantități mici de dioxid de carbon (0,003%) și ozon. Starea atmosferei are o mare influență asupra proceselor fizice, chimice și biologice de pe suprafața Pământului și în mediu acvatic. Următoarele sunt deosebit de importante pentru procesele vieții: oxigen, utilizat pentru respirația și mineralizarea materiei organice moarte; dioxid de carbon, folosit de plantele verzi în fotosinteză; ozon, crearea unui ecran care protejează suprafata pamantului de la radiațiile ultraviolete. Atmosfera s-a format ca urmare a unei puternice activități vulcanice și de construcție a munților, a apărut mult mai târziu ca produs al fotosintezei.

Hidrosferă. Apa este o componentă importantă a biosferei și o condiție necesară pentru existența organismelor vii. De mare importanță au gazele dizolvate în apă: oxigenul și dioxidul de carbon. Conținutul lor variază foarte mult în funcție de temperatură și de prezența organismelor vii. Apa conține de 60 de ori mai mult dioxid de carbon decât atmosfera. Hidrosfera s-a format în legătură cu dezvoltarea procese geologiceîn litosferă, timp în care a fost eliberat număr mare vapori de apă.

Litosferă. Cea mai mare parte a organismelor litosferei se găsește în stratul de sol, a cărui adâncime nu depășește câțiva metri. Solul este format din substanțe anorganice (nisip, argilă, săruri minerale) formate în timpul distrugerii rocilor și substanțe organice - produse reziduale ale organismelor.

Materia vieîn biosferă execută următoarele sunt importante funcții:

1. Funcția energetică - absorbția energiei solare și a energiei în timpul chimiosintezei, transferul suplimentar de energie de-a lungul lanțului trofic.

2. Funcția de concentrare - acumularea selectivă a anumitor chimicale.

3. Funcția de formare a mediului - transformarea parametrilor fizico-chimici ai mediului.

4. Funcția de transport - transportul substanțelor pe direcții verticale și orizontale.

5. Funcția distructivă - mineralizarea materiei nebiogene, descompunerea materiei anorganice nevii.

Întrebarea nr. 2

Existența unui organism viu este imposibilă fără perceperea și prelucrarea informațiilor din mediul extern și intern. Ambele procese sunt efectuate pe baza funcționării sistemelor senzoriale. Sistemele senzoriale transformă stimulii adecvați în impulsuri nervoase și îi transmit sistemului nervos central. Pe diferite niveluriÎn creier, aceste semnale sunt filtrate, procesate și convertite. Acest proces se încheie cu senzații conștiente, idei, recunoașterea imaginilor etc.

Bazat pe informatii senzoriale munca tuturor organelor interne este organizată. Informații senzoriale este factor important comportament, adaptarea omului la condițiile de viață. Este, de asemenea, o condiție importantă pentru activitatea umană activă și o condiție pentru formarea și dezvoltarea unei persoane ca individ. Sistemul senzorial este format din trei secțiuni interconectate: periferică, conductivă și centrală.

Partea periferică a sistemului senzorial (analizatorul) este formată din receptori. Receptorii sunt terminații nervoase sau celule nervoase specializate care răspund la modificările externe sau lumea interioarași le transformă în impulsuri nervoase. În structură, receptorii pot fi simpli (receptori de sensibilitate generală - atingere, presiune, durere, temperatură - sunt mai mulți în organism) și complecși (răspuns la stimuli specifici care acționează pe zone limitate ale corpului uman - receptori ai gustului, miros, vedere, auz, echilibru).

Partea cu fir a sistemului senzorial este formată din celule nervoase care transmit informații de la receptori către cortexul cerebral.

Diviziunea centrală a sistemului senzorial formează diverse zone subcorticale ale creierului care sunt subordonate zonelor cortexului cerebral (secțiuni corticale), care percep informații de la receptori.

Toate părțile analizorului acționează ca un întreg unic; întreruperea activității oricăreia dintre părți duce la perturbarea funcțiilor analizorului.

În corpul uman există sisteme vizuale, auditive, olfactive, gustative, senzoriale vestibulare, precum și sistemul somatosenzorial (ai cărui receptori sunt localizați în principal în piele și percep atingerea, presiunea, căldura, frigul, durerea, vibrația, mișcările articulațiilor și mușchilor) și sistemul senzorial visceral, care percepe informații de la receptorii localizați pe organele interne (adică modificări ale mediului intern al corpului).

Fiecare sistem senzorial are sensibilitate și un prag de iritare. Se poate adapta la acțiunea unui stimul constant. Ea realizează analiza primară a informațiilor la nivelul receptorilor, selectând stimuli semnificativi. Analize ulterioare ale informațiilor verificate în impulsurile nervoase efectuate de regiunile centrale (zonele subcorticale și cortexul cerebral). Pe măsură ce te apropii de cortex, cantitatea de informații scade brusc - este împiedicată trimiterea de semnale false sau neimportante către creier).

Pentru percepția normală a lumii exterioare, este necesar ca informația să intre în toate tipurile de sisteme senzoriale. Schimbarea unui sistem senzorial poate schimba activitatea altor sisteme senzoriale.

Diverse sistemelor senzorialeîncepe să funcționeze în diferite perioade de dezvoltare. De regulă, în momentul nașterii, partea periferică este complet formată. După naștere, secțiunea firului se modifică (mielinizare fibrele nervoase apare în primele luni de viață). Mai târziu, părțile corticale ale sistemelor senzoriale se maturizează. Maturarea lor este cea care determină funcționarea organelor de simț.

Înțelegerea analizorului

Reprezentat de departamentul perceptiv - receptorii retinei ochiului, nervii optici, sistemul de conducere și zonele corespunzătoare ale cortexului din lobii occipitali ai creierului.

O persoană vede nu cu ochii, ci prin ochii, de unde informațiile sunt transmise prin nervul optic, chiasmă, tracturile vizuale către anumite zone ale lobilor occipitali ai cortexului cerebral, unde este imaginea lumii exterioare pe care o vedem. format. Toate aceste organe alcătuiesc analizatorul nostru vizual sau sistemul vizual.

A avea doi ochi ne permite să ne facem viziunea stereoscopică (adică să formăm o imagine tridimensională). Partea dreaptă a retinei din fiecare ochi transmite „partea dreaptă” a imaginii către partea dreaptă a creierului prin nervul optic, iar partea stângă a retinei acționează în mod similar. Apoi creierul conectează două părți ale imaginii - dreapta și stânga - împreună.

Deoarece fiecare ochi percepe „propria” imagine, dacă mișcarea comună a ochilor drept și stângi este perturbată, vederea binoculară poate fi perturbată. Mai simplu spus, veți începe să vedeți duble sau să vedeți două imagini complet diferite în același timp.

Structura ochiului

Ochiul poate fi numit un dispozitiv optic complex. Sarcina sa principală este de a „transmite” imaginea corectă către nervul optic.

Principalele funcții ale ochiului:

· sistem optic care proiectează imaginea;

· un sistem care percepe și „codifică” informațiile primite pentru creier;

· „deservire” a sistemului de susţinere a vieţii.

Corneea este membrana transparentă care acoperă partea din față a ochiului. Nu are vase de sânge și are o mare putere de refracție. Parte a sistemului optic al ochiului. Corneea mărginește stratul exterior opac al ochiului - sclera.

Camera anterioară a ochiului este spațiul dintre cornee și iris. Este umplut cu lichid intraocular.

Irisul are forma unui cerc cu o gaură în interior (pupila). Irisul este format din mușchi care, atunci când sunt contractați și relaxați, schimbă dimensiunea pupilei. Intră în coroida ochiului. Irisul este responsabil de culoarea ochilor (dacă este albastru, înseamnă că există puține celule pigmentare în el, dacă este maro înseamnă mult). Îndeplinește aceeași funcție ca și diafragma dintr-o cameră, ajustând fluxul de lumină.

Pupila este o gaură în iris. Mărimea sa depinde de obicei de nivelul de iluminare. Cu cât mai multă lumină, cu atât pupila este mai mică.

Lentila este „lentila naturală” a ochiului. Este transparent, elastic - își poate schimba forma, aproape instantaneu „focalându-se”, datorită faptului că o persoană vede bine atât aproape, cât și departe. Situat în capsulă, ținut în loc de banda ciliară. Cristalinul, ca și corneea, face parte din sistemul optic al ochiului.

Vitrosul este o substanță transparentă asemănătoare unui gel, situată în partea din spate a ochiului. Corpul vitros menține forma globului ocular și este implicat în metabolismul intraocular. Parte a sistemului optic al ochiului.

Retina – este formată din fotoreceptori (sunt sensibili la lumină) și celule nervoase. Celulele receptoare situate în retină sunt împărțite în două tipuri: conuri și tije. În aceste celule, care produc enzima rodopsina, energia luminii (fotoni) este convertită în energie electrica țesut nervos, adică reacție fotochimică.

Tijele sunt foarte fotosensibile și vă permit să vedeți în lumină slabă, de asemenea, sunt responsabile pentru vederea periferică. Conurile, dimpotrivă, necesită mai multă lumină pentru lucrul lor, dar vă permit să vedeți mici detalii (responsabile pentru vederea centrală) și fac posibilă distingerea culorilor. Cea mai mare concentrație de conuri este localizată în fosa centrală (macula), care este responsabilă pentru cea mai mare acuitate vizuală. Retina este adiacentă coroidei, dar în multe zone este laxă. Aici tinde să se dezlipească în diferite boli ale retinei.

Sclera este stratul exterior opac al globului ocular care se contopește în partea din față a globului ocular în corneea transparentă. De sclera sunt atașați 6 mușchi extraoculari. Conține un număr mic de terminații nervoase și vase de sânge.

Coroida - căptușește partea posterioară a sclerei, retina este adiacentă, cu care este strâns legată. Coroida este responsabilă de alimentarea cu sânge a structurilor intraoculare. În bolile retinei, este foarte des implicată în procesul patologic. Nu există terminații nervoase în coroidă, așa că atunci când este bolnavă, nu există durere, care de obicei semnalează un fel de problemă.

Nervul optic - cu ajutorul nervului optic, semnalele de la terminațiile nervoase sunt transmise la creier.

Ochii, organul vederii, pot fi comparați cu o fereastră către lumea din jurul nostru. Primim aproximativ 70% din toate informațiile prin viziune, de exemplu despre forma, dimensiunea, culoarea obiectelor, distanța până la acestea etc. Analizatorul vizual controlează activitatea motrică și de muncă a unei persoane; Datorită viziunii, putem folosi cărți și ecrane de computer pentru a studia experiența acumulată de umanitate.

Organul vederii este format din globul ocular și un aparat auxiliar. Aparat accesoriu - sprancene, pleoape si gene, glanda lacrimala, canalicule lacrimale, muschi oculomotori, nervi si vase de sange

Sprancenele si genele iti protejeaza ochii de praf. În plus, sprâncenele drenează transpirația de pe frunte. Toată lumea știe că o persoană clipește constant (2-5 mișcări ale pleoapelor pe minut). Dar știu ei de ce? Se dovedește că în momentul clipirii, suprafața ochiului este umezită cu lichid lacrimal, care îl protejează de uscare, în același timp fiind curățat de praf. Lichidul lacrimal este produs de glanda lacrimală. Conține 99% apă și 1% sare. Se secretă până la 1 g de lichid lacrimal pe zi, acesta se adună în colțul interior al ochiului și apoi intră în canalicule lacrimale, care îl deversează în cavitatea nazală. Dacă o persoană plânge, lichidul lacrimal nu are timp să scape prin canalicule în cavitatea nazală. Apoi lacrimile curg prin pleoapa inferioară și curg pe față în picături.

Globul ocular este situat în adâncitura craniului - orbita. Are o formă sferică și constă dintr-un miez interior acoperit cu trei membrane: cea exterioară - fibroasă, cea medie - vasculară și cea interioară - reticulară. Membrana fibroasă este împărțită într-o parte posterioară opacă - tunica albuginea sau sclera și o parte anterioară transparentă - corneea. Corneea este o lentilă convex-concavă prin care lumina pătrunde în ochi. Coroida este situată sub sclera. Partea sa din față se numește iris și conține pigmentul care determină culoarea ochilor. În centrul irisului există o mică gaură - pupila, care în mod reflex, cu ajutorul mușchilor netezi, se poate extinde sau contracta, permițând cantitatea necesară de lumină să intre în ochi.

Coroida însăși este pătrunsă de o rețea densă de vase de sânge care alimentează globul ocular. Din interior, un strat de celule pigmentare care absorb lumina este adiacent coroidei, astfel încât lumina nu este împrăștiată sau reflectată în interiorul globului ocular.

Direct în spatele pupilei este o lentilă transparentă biconvexă. Își poate schimba în mod reflex curbura, oferind o imagine clară pe retină - stratul interior al ochiului. Retina conține receptori: baghete (receptori de lumină crepusculară care disting lumina de întuneric) și conuri (au sensibilitate mai mică la lumină, dar disting culorile). Majoritatea conurilor sunt situate pe retină opusă pupilei, în macula. Lângă acest punct este locul unde iese nervul optic aici nu există receptori, motiv pentru care se numește punct orb.

Interiorul ochiului este plin de umor vitros transparent și incolor.

Percepția stimulilor vizuali. Lumina pătrunde în globul ocular prin pupilă. Cristalinul și corpul vitros servesc la conducerea și focalizarea razelor de lumină pe retină. Șase mușchi oculomotori asigură poziționarea globului ocular astfel încât imaginea unui obiect să cadă exact pe retină, pe macula acesteia.

În receptorii retinieni, lumina este transformată în impulsuri nervoase, care sunt transmise de-a lungul nervului optic către creier prin nucleii mezencefalului (colicul superior) și diencefal (nucleii vizuali ai talamusului) - în zona vizuală a cortexului cerebral. , situat în regiunea occipitală. Percepția culorii, formei, iluminării unui obiect și a detaliilor acestuia, care începe în retină, se termină cu analiza în cortexul vizual. Aici toate informațiile sunt colectate, descifrate și rezumate. Ca urmare, se formează o idee despre subiect.

Deficiență vizuală. Vederea oamenilor se schimbă odată cu vârsta, deoarece cristalinul își pierde elasticitatea și capacitatea de a-și schimba curbura. În acest caz, imaginea obiectelor aflate în apropiere se estompează - se dezvoltă hipermetropie. Un alt defect de vedere este miopia, când oamenii, dimpotrivă, au dificultăți în a vedea obiectele îndepărtate; se dezvoltă după stres prelungit și iluminare necorespunzătoare. Miopia apare adesea la copii varsta scolara din cauza condițiilor necorespunzătoare de lucru, iluminare slabă a locului de muncă. În cazul miopiei, imaginea unui obiect este focalizată în fața retinei, iar în cazul hipermetropiei, este focalizată în spatele retinei și, prin urmare, este percepută ca fiind neclară. Aceste defecte vizuale pot fi cauzate și de modificări congenitale ale globului ocular.

Miopia și hipermetropia sunt corectate cu ochelari sau lentile special selectate.

Întrebarea #3

Adaptarea la mediu este de natură relativă, utilă doar în condițiile în care s-a format istoric: în timpul năpârlirii, racul este neajutorat, apoi gândacul înotător îi poate face față. Racii au o acoperire tare, chitinoasă, care servește în primul rând ca exoschelet.
Pe abdomenul racului sunt cinci perechi de membre cu două ramuri folosite pentru înot.
Racii masculi sunt mult mai mari decât femelele și sunt echipați cu gheare mai voluminoase. Dacă pierzi brusc un membru,
cancerul crește unul nou - imediat după naparlire. Ghearele sunt concepute pentru atac și apărare.

Biletul nr. 23

Întrebarea nr. 1

Utilizare rațională resurse naturale

Rezervele uriașe de resurse naturale sunt de mare importanță pentru viitorul republicii. Cu toate acestea, după cum se știe, dezvoltarea lor este împiedicată de condiții naturale dificile. Problema dezvoltării resurselor naturale aduce în prim plan problemele protecţiei mediului. Greșelile făcute în dezvoltarea resurselor naturale sunt asociate cu utilizarea nerezonabilă a subsolului și resurselor subterane, prevalența opiniei eronate că resursele naturale sunt inepuizabile. Toate acestea luate împreună au dus la o perturbare a echilibrului natural. Să luăm resursele de apă, de exemplu. Pentru republica utilizare rațională resursele naturale sunt de mare importanță, deoarece noile întreprinderi și suprafețele de cultură irigate necesită rezerve semnificative resurse de apă. Poluarea râurilor, utilizarea nerezonabilă a resurselor de apă, modificări ale regimului hidrologic al râurilor ca urmare activitate economică oamenii au dus la schimbări în alte componente ale naturii. Deci, pe irigat câmpuri de orezÎn sudul Kazahstanului, solul își pierde stratul fertil și devine foarte salin. Schimbările din sol au afectat diversitatea și distribuția acoperirii plantelor. Acest lucru a transformat întreaga regiune într-o zonă de dezastru ecologic. În timpul dezvoltării terenurilor virgine și de pânză, solul a fost supus eroziunii vântului și apei.

Anterior, productivitatea solului era mult mai mare, dar în ultimii ani această cifră a scăzut. Ca urmare a eroziunii eoliene, stratul fertil de sol este îndepărtat. Caracteristicile structurii solului teritoriilor virgine nu sunt luate în considerare. Pe terenurile nisipoase și argiloase, după 4-5 ani de utilizare, solurile devin sărate și ies din uz agricol. Stratul fertil de humus scade. Deșerturile și semi-deșerturile republicii ocupă 167 de milioane de hectare. Ca urmare a irigațiilor, aceste zone pot fi folosite ca pășuni. În ultimii ani, ca urmare a irigațiilor estuarelor, aici s-au obținut rezultate bune. Un viitor mare îi revine folosirii apelor arteziene pentru udarea pășunilor.

Resursele naturale ale republicii noastre sunt considerabile. Ele oferă tot ceea ce este necesar pentru a satisface nevoile populației și pentru a dezvolta economia. Dar oricât de grozave ar fi, dacă nu ai grijă de conservarea lor și de utilizarea corectă, se pot epuiza în timp. Prin urmare securitatea resurse naturale este de foarte mare importanţă, potrivit deciziei Uniunea Internațională Pentru protecția naturii și a resurselor naturale, fiecare țară ține evidența speciilor rare și pe cale de dispariție de animale și plante. În țara noastră, „Cartea Roșie” a fost înființată în 1974. Acesta enumeră 21 de specii și subspecii de animale rare și 8 specii de păsări rare, care nu numai că trebuie păstrate, dar și trebuie luate toate măsurile pentru creșterea numărului acestora. Speciile de animale și plante restaurate sunt excluse din Cartea Roșie. Conservarea naturii și utilizarea rațională a resurselor naturale are două direcții - statală și națională. Statul este determinat de semnele corespunzătoare ale reglementărilor guvernamentale, cea națională se realizează prin participarea personală și prin organizații publice este imposibil în prezent să se conducă rațional cutare sau cutare economie fără a ține cont de interconexiunile tuturor componentelor existente în natură. încălcarea acestei conexiuni duce adesea la consecințe grave. Au fost elaborate o serie de măsuri pentru refacerea și îmbogățirea resurselor naturale. Cea mai mare organizație de mediu este Societatea Republicană pentru Conservarea Naturii, care are aproximativ 2 milioane de membri și are filiale în toate regiunile Kazahstanului. Unul dintre evenimente importante pentru conservarea naturii este crearea rezervelor de stat. Ei protejează natura și desfășoară activități de cercetare extinse pentru a studia, restaura și îmbogăți natura Kazahstanul are în prezent șapte rezerve: Aksu-Dzhabaglinsky, Naur-Zumsky, Almaty, Barsakelmessky, Kurgaldzhinsky, Markakolsky, Ustyurtsky. Dezvoltarea proiectului pentru primul Parc Natural Național din Kazahstan a început. Acesta va fi situat în Munții Bayanaul, unul dintre cele mai frumoase locuri republici. Există lacuri minunate, păduri de pini, floră și faună bogată. Pe teritoriul viitorului parc national Peste 40 de specii de animale și 50 de specii de păsări trăiesc, dintre care unele sunt enumerate în Cartea Roșie. Partea centrală a parcului va fi zonă protejată. Pe malul lacurilor Jasybay și Sabyndykul vor exista complexe turistice și de sănătate, pensiuni și tabere de pionieri Rezervația naturală Aksu-Dzhabagly a fost organizată în 1962. Aceasta este cea mai mare vechea rezervaîn Kazahstan. Se întinde pe o suprafață de peste 74 de mii de hectare pe versanții Talas Alatau, creasta Ugam din districtele Tyulkubas și Sairam din regiunea Chimkent. Rezervația acoperă 4 zone de peisaj de mare altitudine. Zona cea mai joasă, până la o altitudine de 1500 m, este o stepă cu vegetație și faună de stepă deosebite. La o altitudine de 1500 - 2300 m există o centură de vegetație de luncă-stepă și arbori-arbusti. Aici cresc ienupăr asemănător copacului, tufe de migdale, struguri sălbatici, meri sălbatici și alți reprezentanți ai plantelor sudice. Printre animalele care trăiesc aici se numără căprioarele, bursucii, căprioarele sălbatice, căprioarele aduse aici și altele.

Peste 2000 şi 2300 m se extind pajişti subalpine şi alpine. Nu există vegetație lemnoasă în această centură, cu excepția ienupărului târâtor de Turkestan. Caprele de munte, leoparzii de zăpadă, marmotele, pika trăiesc acolo, iar păsările includ cocoșii de zăpadă, cintezele, jackdaws alpin și vulturul cu barbă. În rezervație au fost înregistrate 238 de specii de păsări și 42 de specii de mamifere. Cele mai valoroase mamifere protejate sunt: ​​argali, siberian capra de munte(tau-teke), maral, ksulya, prădător - leopardul de zapada, pisică pătată, bursuc.

Zona cea mai sus este alpină, cu vârfuri înzăpezite și ghețari. De acolo încep râuri de munte turbulente cu cascade spumoase și cascade care se încadrează în vale.

organizat în 1934. Este situat în zonele joase din districtul Semiozerny din regiunea Kustanai. Teritoriul său ocupă 83 de mii de hectare. Rezervația păstrează și studiază stepa de iarbă virgină cu pene cu multe lacuri, pe malurile cărora s-au păstrat păduri de pin. Include, de asemenea, pădurea insulară de pini Naurzum-Karagay. Aceasta este cea mai suică zonă de distribuție a pinului rar de mlaștină sărată. În rezervație există o specie de mesteacăn care crește pe soluri verzi. Crește mărul „mamus bakata”, întâlnit în sălbăticie doar în Orientul Îndepărtat.

Întrebarea nr. 2

Plantele mai înalte sunt noua etapa dezvoltarea evolutivă a lumii vegetale Plantele superioare, spre deosebire de cele inferioare, au diviziuni ale corpului în organe vegetative: rădăcină, frunze și tulpină Structura organelor vegetative se bazează pe o varietate de țesuturi.

Toate plantele superioare, de regulă, sunt locuitori ai pământului, dar printre ele există și locuitori ai corpurilor de apă. Conform metodei de nutriție, majoritatea plantelor superioare sunt autotrofe

Dezvoltarea plantelor superioare se caracterizează prin două faze care alternează între ele: gametofit și sporofit. gametofit- generația sexuală, în care se formează organe de reproducere multicelulare - anteridii și arhegonii de anteridii - corpuri ovale sau sferice, al căror perete exterior este acoperit cu unul sau mai multe rânduri de celule sterile Se dezvoltă în anteridiu, din care gameți masculini apar apoi - spermatozoizi mobili -tozoare În timpul maturării, anteridiile se rup, iar apoi spermatozoizii ies și se mișcă activ în apă și înoată până la arhegonii. arhegonie - corpi în formă de balon constând dintr-o parte inferioară expandată - abdomen și o parte superioară îngustată - gâtul extern, arhegoniul este înconjurat de celule sterile care îl protejează de uscare - ovulul se află o celulă tubulară abdominală În timpul maturării ovulului, tubulii celulelor mucus, arhegoniul se deschide prin mucus și spermatozoizii trece în abdomenul arhegonului. fuzioneaza cu oul si are loc fertilizarea.

În procesul de evoluție a plantelor superioare a avut loc o simplificare (reducere) treptată a anteridiilor și arhegoniilor De exemplu, la angiosperme (plante cu flori), din arhegonium a rămas doar celula de ou, care se dezvoltă în sacul embrionar (gametofitul feminin. ).

Sporofit- generatie asexuata in care se formeaza organe reproducere asexuată- sporogonii, în care sporii haploizi se formează prin diviziunea de reducere. Sporii din plantele superioare pot fi formați morfologic în spori de dimensiuni mici identici sau diferiți, numiți microspori, iar din microspori se dezvoltă un gametofit masculin - a gametofit haploid feminin Trecerea de la aploid Starea diploidă are loc în timpul fecundației și formării unui zigot diploid, din care se dezvoltă sporofiterofitul.

Evoluția plantelor superioare, cu excepția briofitelor, se caracterizează printr-o tendință de predominare și îmbunătățire a sporofitului cu reducerea simultană a gametofitului.

Plante superioareîmpărțit în:

Plante cu spori mai mari(fig50):

o departamentul Briofite, sau Mușchi (25 mii specii; în Ucraina - aproximativ 800 specii);

o departamentul Mocopode sau Mușchi (400 specii);

o departamentul Coada-calului sau Coada-calului (32 specii);

o departamentul Pteridofite sau Ferigi (10 mii de specii) Plante cu semințe superioare:

o departamentul Înflorire, sau Floral (250 mii specii)

Caracteristicile plantelor cu spori superiori. Mergând prin pădure, ați observat fără îndoială rozete bazale de frunze mari de ferigă și tulpini verzi delicate de mușchi pe suprafața solului umed. În grădini, printre alte buruieni, crește adesea coada-calului, care arată ca niște pini mici. În apropierea corpurilor de apă sau în mlaștini, printre ierburi puteți găsi tulpini târâtoare de mușchi de club acoperite cu frunze mici.

Dacă te uiți la frunzele de ferigă de jos, vei observa mici tuberculi maro. Ele conțin organe de reproducere asexuată - sporangi (din grecescul spor și angeion - recipient). Sporii se formează și se maturizează acolo. La mușchi, sporii se formează într-o capsulă pe o tulpină, iar în coada-calului și mușchi, sporangiile sunt localizate pe frunzele modificate ale lăstarilor speciali purtători de spori, care seamănă cu spiculeții. Capacitatea acestor plante de a se reproduce prin spori a determinat numele lor - „plante cu spori superioare” (vă amintiți că algele se pot reproduce și prin spori). Spre cel mai înalt plante cu spori includ reprezentanți ai departamentelor Mossy, Moss-shaped, Coada-calului și Fern-shaped.

Caracteristici ale reproducerii și distribuției. ÎN ciclu de viață plante cu spori superiori, precum și unele grupuri de alge, există o alternanță de reprezentanți ai diferitelor generații care se reproduc asexuat și sexual. Ciclul de viață este perioada dintre fazele identice de dezvoltare a două sau mai multe generații identice. Ciclul de viață asigură continuitatea existenței unui anumit tip de organism.

Indivizii din generația asexuată formează spori. Din spori, la rândul lor, se dezvoltă indivizi din generația sexuală, care formează organele genitale feminine și masculine. Ei dezvoltă gameți feminini și respectiv masculin - ouă și spermatozoizi. În timpul fertilizării la plantele cu spori superiori, spermatozoizii mobili pătrund în ouăle imobile. În acest caz, spermatozoizii sunt eliberați în mediul extern. Se deplasează folosind apă și pătrund în interiorul organului genital feminin, unde se află ovulul. Un embrion se dezvoltă dintr-un ovul fertilizat. Germinează și se transformă într-un individ asexuat care se reproduce prin spori. Priviți figurile 37 și 41. După cum puteți vedea, indivizii din generațiile sexuale și asexuate diferă semnificativ unul de celălalt.

Astfel, mușchii, ferigile, coada-calului și mușchii, numite plante cu spori superiori, se dispersează prin spori și se caracterizează prin alternarea generațiilor asexuate și sexuale în ciclul lor de viață.

Plantele cu spori mai mari sunt distribuite în diferite conditiile climatice, dar majoritatea cresc în zonele umede ale pământului deoarece au nevoie de apă pentru reproducerea sexuală. Cu toate acestea, unele specii ale acestor plante se găsesc chiar și în deșerturi.

Subregatul plantelor superioare unește organisme pluricelulare ale plantelor, al căror corp este împărțit în organe - rădăcini, tulpini, frunze. Celulele lor sunt diferențiate în țesuturi, specializate și îndeplinesc funcții specifice.

După metoda de reproducere, plantele superioare sunt împărțite în spori și plante cu semințe. Plantele purtătoare de spori includ mușchi, mușchi, coada-calului și ferigi.

Mușchii sunt unul dintre cele mai vechi grupuri de plante superioare. Reprezentanții acestui grup sunt structurați cel mai simplu, corpul lor este împărțit în tulpini și frunze. Nu au rădăcini, iar cele mai simple - mușchii de ficat - nici măcar nu au o împărțire în tulpină și frunzele; Mușchii se atașează de substrat și absorb apa cu minerale dizolvate în ea cu ajutorul rizoizilor - excrescențe ale stratului exterior de celule. Acestea sunt în principal plante perene de dimensiuni mici: de la câțiva milimetri până la zeci de centimetri (Fig. 74).

Orez. 74. Mușchi: 1 – Marchantia; 2 – in de cuc;
3 – sphagnum

Toți mușchii se caracterizează prin alternarea generațiilor sexuale (gametofit) și asexuate (sporofit), cu gametofitul haploid predominant față de sporofitul diploid. Această caracteristică le deosebește brusc de alte plante superioare.
Pe o plantă cu frunze sau pe talus, celulele germinale se dezvoltă în organele genitale: spermatozoizi și ouă.
Fertilizarea are loc numai în prezența apei (după ploaie sau în timpul apei mari), prin care se deplasează spermatozoizii. Din zigotul rezultat, se dezvoltă un sporofit - un sporogon cu o capsulă pe o tulpină în care se formează sporii. După coacere, capsula se deschide și sporii sunt răspândiți de vânt. Dacă lovit sol umed Sporul germinează și dă naștere unei noi plante.
Mușchii sunt plante destul de comune. În prezent, există aproximativ 30 de mii de specii. Sunt nepretențioși și pot rezista înghețuri severeși căldură prelungită, dar cresc numai în locuri umede, umbroase.
Corpul mușchilor de ficat se ramifică rar și este de obicei reprezentat de un talus în formă de frunză, din spatele căruia se extind rizoizii. Se așează pe stânci, pietre, trunchiuri de copaci.
ÎN păduri de conifere iar în mlaștini găsești mușchi – in de cuc. Tulpinile sale, plantate cu frunze înguste, cresc foarte dens, formând pe sol covoare verzi continue. Inul de cuc este atașat de sol prin rizoizi.
Inul Kukushkin este o plantă dioică, adică unii indivizi dezvoltă celule reproductive masculine, iar alții dezvoltă celule reproducătoare feminine.
După fertilizare, plantele femele produc capsule de spori.

Mușchii albi sau sphagnum sunt foarte răspândiți.
Acumulând cantități mari de apă în corpurile lor, ei contribuie la îndesarea solului. Acest lucru se datorează faptului că frunzele și tulpina sphagnumului, împreună cu celulele verzi care conțin cloroplaste, au celule moarte, incolore, cu pori.
Ei sunt cei care absorb apă de 20 de ori mai mult decât masa lor. Sphagnum nu are rizoizi. Este atașat de sol de părțile inferioare ale tulpinii, care, murind treptat, se transformă în turbă de sphagnum. Accesul oxigenului în stratul de turbă este limitat în plus, sphagnum eliberează substanțe speciale care împiedică proliferarea bacteriilor. Prin urmare, cei prinși turbără diverse articole, animalele și plantele moarte adesea nu putrezesc, dar sunt bine conservate în turbă.
Spre deosebire de mușchi, alți mușchi cu spori au un sistem radicular, tulpini și frunze bine dezvoltate. Cu mai bine de 400 de milioane de ani în urmă, ei au dominat printre organismele arborescente de pe Pământ și au format păduri dese. În prezent, acestea sunt câteva grupuri de plante în principal erbacee. În ciclul de viață, generația predominantă este sporofitul diploid, pe care se formează sporii. Sporii sunt transportați de vânt și, în condiții favorabile, germinează, formând un mic lăstar - un gametofit. Aceasta este o placă verde cu dimensiuni cuprinse între 2 mm și 1 cm gameți masculini și feminini se formează pe protal - spermatozoizi și ouă. După fertilizare, din zigot se dezvoltă o nouă plantă adultă, un sporofit.
Mușchii de mușchi sunt plante foarte vechi. Oamenii de știință cred că au apărut în urmă cu aproximativ 350–400 de milioane de ani și au format păduri dense de copaci de până la 30 m înălțime. În prezent, au rămas foarte puțini dintre ei și sunt plante erbacee perene. La latitudinile noastre, muşchiul club este cel mai faimos (Fig. 75). Poate fi găsit în pădurile de conifere și mixte. Tulpina mușchiului de club care se târăște de-a lungul solului este atașată de sol prin rădăcini adventive.
Frunzele mici în formă de pungă acoperă dens tulpina. Mușchii se reproduc vegetativ - prin secțiuni de lăstari și rizomi.

Orez. 75. Ferigi: 1 – coada-calului; 2 – muschiu;
3 – feriga

Sporangiile se dezvoltă pe lăstari erecți colectați sub formă de spiculete. Sporii mici copți sunt transportați de vânt și asigură reproducerea și răspândirea plantei.
Coada-calului sunt mici plante erbacee perene. Au un rizom bine dezvoltat, din care apar numeroase rădăcini adventive.
Tulpinile articulate, spre deosebire de tulpinile mușchilor, cresc vertical în sus și se extind de la tulpina principală lăstari laterale.
Tulpina conține spirale de frunze solzoase foarte mici. Primăvara, pe rizomii de iernare cresc lăstari bruni de primăvară cu spiculeți purtători de spori, care mor după ce sporii se coc. Lăstarii de vară sunt verzi, ramificați, fotosintetizează și depozitează nutrientiîn rizomi, care iernează şi formează lăstari noi primăvara (vezi Fig. 74).
Tulpinile și frunzele cozii-calului sunt dure și impregnate cu silice, așa că animalele nu le mănâncă. Coada-calului crește în principal în câmpuri, pajiști, mlaștini, de-a lungul malurilor lacurilor de acumulare, mai rar în păduri de pini. Coada-calului, o buruiană greu de eradicat a culturilor de câmp, este folosită ca plantă medicinală. Tulpini diferite tipuri Coada-calului, din cauza prezenței siliciului, sunt folosite ca material de lustruire. Coada-calului este otrăvitoare pentru animale.
Ferigi, ca coada calului și mușchi, în Perioada carboniferă erau un grup înfloritor de plante. Acum există aproximativ 10 mii de specii, dintre care majoritatea sunt distribuite în pădurile tropicale. Dimensiunile ferigilor moderne variază de la câțiva centimetri (ierburi) la zeci de metri (arbori din tropicele umede). Ferigile de latitudinile noastre sunt plante erbacee cu tulpina scurtată și frunze cu pene.
Sub pământ există un rizom - un lăstar subteran. Din mugurii săi, deasupra suprafeței se dezvoltă frunze lungi, complexe, cu pene - fronde.
Au creștere apicală. Numeroase rădăcini adventive se extind din rizom.
Frunzele ferigilor tropicale ating o lungime de 10 m.
În zona noastră, cele mai comune ferigi sunt ferigile, feriga scut mascul etc. Primăvara, de îndată ce solul se dezgheță, din rizom crește o tulpină scurtată cu o rozetă de frunze frumoase. Vara, tuberculii maro apar pe partea inferioară a frunzelor - sori, care sunt grupuri de sporangi. În ele se formează spori.
Frunzele tinere ale ferigă masculă sunt folosite de oameni ca hrană și ca plantă medicinală. Frunzele de ardei sunt folosite pentru a decora buchetele. În țările tropicale, unele tipuri de ferigi sunt cultivate în câmpurile de orez pentru a îmbogăți solul cu azot. Unele dintre ele au devenit plante ornamentale, de seră și de apartament, cum ar fi Nephrolepis.

Întrebarea nr. 3 Răspunsul în biletul nr. 5 Întrebarea nr. 3

Biletul nr. 24

Întrebarea nr. 1

Întrebarea nr. 2

Păsările sunt vertebrate foarte organizate ale căror corpuri sunt acoperite cu pene și ale căror membre anterioare sunt transformate în aripi. Capacitatea de a se mișca în aer, sângele cald și alte caracteristici ale structurii și activității lor de viață le-au oferit oportunitatea de a se răspândi pe scară largă pe Pământ. Speciile de păsări sunt deosebit de diverse în pădurile tropicale. Există aproximativ 9.000 de specii în total.

Aceasta este o clasă foarte specializată și răspândită de vertebrate superioare, reprezentând o ramură progresivă a reptilelor care s-au adaptat zborului.

Asemănarea păsărilor cu reptilele este evidențiată de semne generale:

1) piele subțire, săracă în glande;

2) dezvoltarea puternică a formațiunilor cornoase pe corp;

3) prezența unei cloaci și altele.

Caracteristicile progresive care le deosebesc de reptile includ:

a) mai mult nivel înalt dezvoltarea centrală sistemul nervos, provocând comportament adaptativ păsări;

b) ridicat (41-42 grade) şi temperatura constanta corpul sprijinit sistem complex termoreglare;

c) organe de reproducere perfecte (construirea cuibului, incubarea ouălor și hrănirea puilor).

Datorită capacității lor de a transforma energia solară în energia legăturilor chimice, plantele și alte organisme îndeplinesc o serie de funcții biologice fundamentale la scară planetară.

Funcția de gaz. Ființele vii schimbă constant oxigen și dioxid de carbon cu mediul înconjurător prin procesele de fotosinteză și respirație. Plantele au jucat un rol decisiv în modelarea compoziției atmosferei moderne. Ele controlează strict concentrațiile de oxigen și dioxid de carbon, care sunt optime pentru biota modernă.

Funcția de concentrare. În procesul de evoluție, organismele au învățat să extragă substanțele de care au nevoie dintr-o soluție apoasă diluată și din alte componente ale mediului natural, crescând în mod repetat concentrația lor în organism.

Astfel, prin trecerea unor volume mari de aer și soluții naturale prin corpurile lor, organismele vii efectuează migrarea și concentrarea biogenă. elemente chimiceși legăturile lor.

Funcția redox. Multe substanțe din natură sunt extrem de stabile și nu suferă oxidare în condiții normale. Celulele vii au catalizatori atât de eficienți - enzime - încât sunt capabile să efectueze multe reacții redox de milioane de ori mai rapid decât poate apărea într-un mediu abiotic. Datorită acestui fapt, organismele vii accelerează semnificativ procesele de migrare a elementelor chimice în biosferă.

Funcția de informare. Odată cu apariția primelor ființe vii de pe planetă, au apărut informații active („vii”), care diferă de acea informație „moartă”, care este o simplă reflectare a structurii. Organismele s-au dovedit a fi capabile să obțină informații prin combinarea fluxului de energie cu o structură moleculară activă care joacă rolul unui program. Capacitatea de a percepe, stoca și transmite informații moleculare a suferit o evoluție rapidă în natură și a devenit cel mai important factor de formare a sistemului ecologic.

Funcțiile enumerate ale materiei vii formează o funcție puternică de formare a mediului a biosferei. Activitatea organismelor vii a determinat compoziția modernă a atmosferei. Acoperirea cu vegetație determină semnificativ echilibrul apei, distribuția umidității și caracteristicile climatice ale spațiilor mari. Organismele vii joacă un rol principal în auto-purificarea mediului în aer și apă. Plantele, animalele și microorganismele creează solul și îi mențin fertilitatea. Astfel, biota biosferei modelează și controlează starea mediului.

Ar trebui să se înțeleagă clar că mediul din jurul nostru nu este o poziție fizică fixă ​​și durabilă care a apărut cândva, ci suflarea vie a naturii, creată în fiecare moment prin munca multor ființe vii.

3. Cicluri biogeochimice ale substantelor din biosfera

Ciclul substanțelor este un proces natural de participare repetată a substanțelor la fenomene care au loc în biosfera planetei. Substanța implicată în ciclu nu numai că se mișcă, dar suferă și o transformare și adesea își schimbă starea fizică și chimică. Organismele vii joacă un rol deosebit de activ în accelerarea circulației și transformării.

Energia solară de pe Pământ provoacă două tipuri de cicluri de substanțe:

mare (biogeochimic) - în cadrul biosferei;

mic (biotic) - în cadrul sistemelor ecologice elementare.

Ciclul mare al substanțelor este un proces planetar non-stop al unui ciclic natural, neuniform în timp și spațiu de redistribuire a materiei, energiei și informațiilor, intrând în mod repetat în sistemele ecologice continuu reînnoite ale biosferei.

Ciclul mic de substante se dezvolta pe baza celui mare si consta intr-o circulatie circulara a substantelor intre sol, plante, microorganisme si animale.

Ambele cicluri sunt interconectate și reprezintă un singur proces care asigură reproducerea materiei vii și are o influență activă asupra aspectului biosferei.

Pe planeta noastră a existat întotdeauna un ciclu geochimic al substanțelor, dar odată cu apariția vieții pe Pământ, conexiunile geochimice au devenit biogeochimice - mai complexe și mai diverse. Prin urmare, se vorbește despre circulația biogeochimică a substanțelor sau despre ciclul biogeochimic.

Există trei tipuri principale de cicluri biogeochimice: ciclul apei;

ciclul elementelor în principal în fază gazoasă (oxigen, carbon, azot etc.);

ciclu de elemente în principal în faze solide și lichide (fosfor etc.).

Ciclul carbonului pe uscat începe cu fixarea dioxidului de carbon de către plante în timpul fotosintezei.

Din CO2 și H3O se formează carbohidrații și se eliberează oxigen Carbonul fixat în plante este consumat într-o oarecare măsură de animale. Animalele și plantele moarte sunt descompuse de microorganisme, ceea ce face ca carbonul din materia organică moartă să fie oxidat în dioxid de carbon și eliberat înapoi în atmosferă. În plus, carbonul este parțial eliberat în toate etapele ciclului CO2 în timpul respirației plantelor și animalelor. Un ciclu similar al carbonului are loc în ocean.

Ciclul azotului (Fig. 1). Azotul, care este foarte abundent în atmosferă, este absorbit de plante numai după ce îl combină cu hidrogenul sau oxigenul. Acest lucru apare de obicei ca urmare a diferitelor fenomene fizice care au loc în atmosferă (fixare atmosferică) și producție (fixare industrială), precum și acțiunii bacteriilor sau algelor fixatoare de azot (biofixare). Compușii cu azot sunt folosiți de plante și prin ei ajung la animale prin lanțurile trofice. Deșeurile vegetale și animale și organismele moarte se descompun, iar cu ajutorul bacteriilor denitrificatoare, azotul este restabilit și returnat în atmosferă.

Orez. 1 - Ciclul azotului

În prezent, agricultura și industria furnizează cu aproape 60% mai mult azot fix decât ecosistemele naturale terestre, ceea ce duce la acumularea de nitrați în sol și mai departe în lanțurile trofice.

Ciclurile biogeochimice ale substanțelor și transformările energetice asociate stau la baza echilibrului dinamic și stabilității biosferei. Ciclurile biogeochimice normale, neperturbate, sunt aproape circulare, aproape închise. Aceasta menține o anumită constanță și echilibru în compoziția, cantitatea și concentrația componentelor din biosferă, de exemplu, compoziția aerului atmosferic, concentrația de săruri în apa oceanului etc. La rândul său, o astfel de constanță determină adaptabilitatea genetică și fiziologică a organismelor vii la existența pe Pământ,

Datorită biotei biosferei, are loc partea predominantă a transformărilor chimice de pe planetă. De aici și hotărârea lui V.I. Vernadsky despre rolul geologic transformator enorm al materiei vii. În timpul evoluției organice, organismele vii au trecut prin ele însele, prin organele lor, țesuturi, celule, sânge, întreaga atmosferă, întregul volum al Oceanului Mondial, cea mai mare parte a masei solului, o masă uriașă de o mie de ori (pentru diferite cicluri de la 10 3 până la 10 5). minerale. Și nu numai că au ratat-o, ci au modificat și mediul pământesc în conformitate cu nevoile lor.

Datorită capacității lor de a transforma energia solară în energia legăturilor chimice, plantele și alte organisme îndeplinesc o serie de funcții biogeochimice fundamentale la scară planetară.

Funcția de gaz. Ființele vii schimbă constant oxigen și dioxid de carbon cu mediul înconjurător prin procesele de fotosinteză și respirație. Plantele au jucat un rol decisiv în trecerea de la un mediu reducător la unul oxidant în evoluția geochimică a planetei și în formarea compoziției gazoase a atmosferei moderne. Plantele controlează cu strictețe concentrațiile de O 2 și CO 2, care sunt optime pentru totalitatea tuturor organismelor vii moderne.

Funcția de concentrare. Prin trecerea unor volume mari de aer și soluții naturale prin corpurile lor, organismele vii efectuează migrarea biogenă (mișcarea substanțelor chimice) și concentrarea elementelor chimice și a compușilor acestora. Aceasta se referă la biosinteza materiei organice, formarea insulelor de corali, construcția de scoici și schelete, apariția straturilor de calcar sedimentar, depozite, unele minereuri metalice, acumularea unor noduli de fier-mangan pe fundul oceanului etc. . Stadiile incipiente ale evoluţiei biologice au avut loc în mediul acvatic. Organismele au învățat să extragă substanțele de care au nevoie dintr-o soluție apoasă diluată, crescând în mod repetat concentrația lor în organism.

Funcția redox materia vie este strâns legată de migrarea biogenă a elementelor și concentrația de substanțe. Multe substanțe din natură sunt stabile și nu suferă oxidare în condiții normale, de exemplu, azotul molecular este unul dintre cele mai importante elemente biogene. Dar celulele vii au catalizatori atât de puternici - enzime - încât pot efectua multe reacții redox de milioane de ori mai repede decât pot într-un mediu abiotic.

Funcția de informare materie vie a biosferei. Odată cu apariția primelor ființe vii primitive au apărut pe planetă informațiile active („vii”), care diferă de acea informație „moartă”, care este o simplă reflectare a structurii. Organismele s-au dovedit a fi capabile să obțină informații prin combinarea unui flux de energie cu o structură moleculară activă care joacă rolul unui program. Capacitatea de a percepe, stoca și procesa informații moleculare a suferit o evoluție rapidă în natură și a devenit cel mai important factor de formare a sistemului ecologic. Furnizarea totală de informații genetice a biotei este estimată la 10 15 biți. Puterea totală a fluxului de informații moleculare asociate cu metabolismul și energia în toate celulele biotei globale. Atinge 10 36 biți/s (Gorshkov și colab., 1996).

Componentele ciclului biologic.Ciclul biologic efectuat între toate componentele biosferei (adică între sol, aer, apă, animale, microorganisme etc.). Are loc cu participarea obligatorie a organismelor vii.

Ajungerea în biosferă radiatia solara transportă energie de aproximativ 2,5 * 10 24 J pe an. Doar 0,3% din el este transformat direct în timpul procesului de fotosinteză în energia legăturilor chimice ale substanțelor organice, adică. este implicat în ciclul biologic. Și 0,1 - 0,2% din energia solară care cade pe Pământ se dovedește a fi conținută în producția primară pură. Soarta ulterioară a acestei energii este asociată cu transferul de materie organică a alimentelor prin cascade de lanțuri trofice.

Ciclul biologic conditionat pot fi împărțite în componente interdependente: ciclul substanțelor și ciclul energetic.

Știința modernă a biosferei clasifică funcțiile biosferei în cinci categorii:

• 1) energie (acumularea de energie liberă - legarea și stocarea energiei solare);
• 2) concentrarea (acumularea de elemente chimice în corpurile organismelor vii la scara biosferei (formarea atmosferei, depozite de substanțe organice și anorganice);
• 3) transport (legea migrării biogene a atomilor, cicluri biogeochimice);
• 4) distructiv (descompunerea materiei organice și închiderea ciclurilor, intemperii, distrugerea scoarței terestre, formarea solului);
• 5) formarea mediului.

Aceste cinci categorii sunt unite prin faptul că toate sunt interconectate și formează un ciclu biotic global. Constă în circulația substanțelor între sol, atmosferă, hidrosferă și organismele vii. Datorită ciclului biotic, existența și dezvoltarea pe termen lung a vieții este posibilă cu o aprovizionare limitată de elemente chimice disponibile. Folosind substante anorganice, plantele verzi, folosind energia Soarelui, creează materie organică, care este distrusă de alte ființe vii - heterotrofe, astfel încât produsele acestei distrugeri pot fi folosite de plante pentru noi sinteze organice.

Funcția energetică. Pentru ca biosfera să existe și să se dezvolte, are nevoie de energie, din care nu are surse proprii. Poate consuma doar energie din surse externe. Sursa principală a biosferei este Soarele. Contribuția energetică a altor furnizori (căldura internă a Pământului, energia mareelor, radiațiile din spațiu) la funcționarea biosferei este neglijabilă în comparație cu Soarele (aproximativ 0,5% din toată energia care intră în biosferă).

Lumina soarelui pentru biosferă este energie radiantă împrăștiată de natură electromagnetică. Aproape 99% din această energie care intră în biosferă este absorbită de atmosferă, hidrosferă și litosferă și, de asemenea, participă la procesele fizice și chimice cauzate de aceasta (mișcarea aerului și a apei, intemperii etc.) și doar aproximativ 1% se acumulează la nivelul primar al absorbției sale și transmisă consumatorilor în formă concentrată. Veriga principală în absorbția energiei radiante solare sunt plantele, care o transformă în energie concentrată a legăturilor chimice sau energie alimentară. Fără acest proces de acumulare și transfer de energie de către materia vie, dezvoltarea vieții pe Pământ și formarea biosferei moderne ar fi fost imposibile.

Fiecare etapă ulterioară a dezvoltării vieții a fost însoțită de o absorbție din ce în ce mai intensă a energiei solare de către biosferă. În același timp, intensitatea energetică a activității vitale a organismelor într-un mediu natural în schimbare a crescut, iar acumularea și transferul de energie a fost întotdeauna realizat de materia vie.

Viața este redusă la o secvență continuă de creștere, auto-reproducere și sinteza de compuși chimici complecși. Fără transferul de energie care însoțește aceste procese, nici existența vieții în sine și nici formarea sistemelor supraorganistice la toate nivelurile de organizare nu ar fi posibile. Dacă energia solară de pe planetă ar fi doar disipată, atunci viața pe Pământ ar fi imposibilă. Pentru ca biosfera să existe, trebuie să primească și să acumuleze energie din exterior. Și această muncă este efectuată de organisme. O parte din energia stocată de organisme și neconsumată în biosferă, odată cu moartea lor, este „depozitată” sub formă de turbă, cărbune, șisturi bituminoase și alte minerale utilizate în ingineria energiei termice.

Biosfera modernă s-a format ca rezultat al evoluției pe termen lung sub influența unei combinații de factori cosmici, geofizici și geochimici. Sursa originală a tuturor proceselor care au loc pe Pământ a fost Soarele, dar fotosinteza a jucat rolul principal în formarea și dezvoltarea ulterioară a biosferei. Baza biologică a genezei biosferei este asociată cu apariția unor organisme capabile să folosească o sursă externă de energie, în acest caz energia Soarelui, pentru a forma substanțe organice necesare vieții din cei mai simpli compuși.

Funcția de formare a mediului, conform lui Vernadsky, este o unitate integrală, un sistem planetar, ale cărui elemente sunt interconectate și interacționează. În acest sistem, materia vie joacă un rol central, deoarece toate părțile structurale ale biosferei sunt legate genetic cu ea și s-au format din ea datorită activităților trecute sau prezente ale organismelor vii. Mediul fizic și chimic din jurul materiei vii este modificat datorită funcționării sale într-o asemenea măsură încât procesele biotice și abiotice sunt inseparabile. Ca urmare a influenței lor reciproce, organismele vii își transformă habitatul sau îl mențin într-o stare care le satisface condițiile existenței. Prin îndeplinirea funcțiilor de formare a mediului, organismele vii controlează starea mediului.

Rolul de formare a mediului al materiei vii în biosferă îl are, conform lui V.I. Vernadsky, manifestarea chimică este exprimată în funcțiile biogeochimice corespunzătoare, care indică participarea organismelor vii la procesele chimice de modificare a compoziției materiale a biosferei. Materia vie îndeplinește următoarele funcții biogeochimice: gaz, concentrare, redox, funcții biochimice și biogeochimice asociate activității umane (Vernadsky, 1965).

Funcțiile gazelor implică participarea organismelor vii la migrarea gazelor și la transformările acestora. În funcție de ce gaze vorbim, se disting mai multe funcții ale gazelor.

• 1. Oxigen-dioxid de carbon - crearea majorității oxigenului liber de pe planetă. Fiecare organism verde poartă această funcție. Oxigenul este eliberat numai atunci când lumina soarelui Noaptea, acest proces fotochimic este înlocuit cu eliberarea de dioxid de carbon de către plantele verzi.
• 2. Dioxid de carbon, independent de oxigen - formarea acidului carbonic biogen ca urmare a respirației animalelor, ciupercilor și bacteriilor. Valoarea funcției crește în regiunea troposferei subterane, care nu are oxigen.
• 3. Ozon și peroxid de hidrogen - formarea ozonului (și eventual a peroxidului de hidrogen). Oxigenul biogen, transformându-se în ozon, protejează viața de efectele distructive ale radiațiilor solare. Îndeplinirea acestei funcții a determinat formarea unui ecran protector de ozon.
• 4. Azot - crearea majorității azotului liber în troposferă datorită eliberării acestuia de către bacteriile producătoare de azot în timpul descompunerii materiei organice. Reacția are loc atât în ​​condiții terestre, cât și oceanice.
• 5. Hidrocarbură - implementarea transformărilor multor gaze biogene, al căror rol în biosferă este enorm. Acestea includ, de exemplu, gaz natural, terpene conținute în uleiuri esențiale, terebentină și provocând aroma florilor și mirosul de conifere.

Datorită îndeplinirii funcţiilor biogeochimice gazoase de către materia vie în timpul dezvoltarea geologică Pământul a dezvoltat o chimie atmosferică modernă, cu un conținut unic de oxigen ridicat și un conținut scăzut de dioxid de carbon, precum și condiții de temperatură moderată.

Funcțiile de concentrare sunt asociate cu acumularea de către organismele vii a elementelor chimice din mediul extern - hidrogen, carbon, azot, oxigen, calciu, magneziu, sodiu, potasiu, fosfor și multe altele, inclusiv metale grele. Moartea materiei vii (moarte naturală sau moarte accidentală), mai ales masivă, duce la un conținut anormal de mare al majorității acestor elemente în sol și litosferă până la formarea de roci de compoziție chimică omogenă - turbă, cărbune, calcar, sapropel. , creta, minereuri de fier de origine sedimentara si multe altele.

Datorită îndeplinirii funcțiilor redox, se realizează transformări chimice ale substanțelor care conțin atomi cu valență variabilă. Funcția oxidativă se exprimă în oxidarea, cu participarea bacteriilor și eventual a ciupercilor, a tuturor compușilor săraci în oxigen din sol, crusta de intemperii și hidrosferă. De exemplu, așa se formează minereurile de fier din mlaștină, nodulii feruginoși maro și orizonturile feruginoase. Funcția reducătoare este în esență opusă celei oxidative. Datorită acesteia, ca urmare a activității bacteriilor anaerobe, în treimea inferioară a profilului solurilor mlăștinoase se formează forme de oxid de fier, practic lipsite de oxigen.

Funcțiile biochimice sunt asociate cu activitatea vitală a organismelor vii - nutriția lor, respirația, reproducerea, moartea și distrugerea ulterioară a corpurilor. Ca urmare, are loc o transformare chimică a materiei vii, mai întâi în bioinert, iar apoi, după moarte, în inert. Este necesar să se facă distincția între distrugerea corpurilor organismelor după moartea lor, care are loc peste tot și este cauzată de microbi, ciuperci și unele insecte, și distrugerea asociată cu îngroparea în masă a rămășițelor vegetale și animale după moartea sau moartea acestora. ÎN acest din urmă caz performanța comună sau secvențială a funcțiilor de concentrare și biochimice de către materia vie duce la transformarea geochimică a litosferei.

Funcțiile biogeochimice asociate activității umane au asigurat schimbări mari în procesele chimice și biochimice din biosferă și contribuie la formarea noii sale stări evolutive - noosfera. Deja astăzi, poluarea locală și planetară ca urmare a dezvoltării ingineriei termoenergetice, industriei, transporturilor și agriculturii poate duce la consecințe ireversibile în biosferă, deoarece oamenii se schimbă mai intens decât alte organisme. conditii fizice mediu.

Pe lângă cele indicate, funcțiile materiei vii din biosferă ar trebui să includă și apa, care este asociată cu ciclul biogenic al apei, care este important în ciclul apei de pe planetă.

Un rol important în ciclul global al substanțelor îl revine circulației apei între ocean, atmosferă și straturile superioare ale litosferei. Apa se evaporă și este transportată pe mulți kilometri de curenții de aer. Cazând pe suprafața pământului sub formă de precipitații, contribuie la distrugerea rocilor, făcându-le accesibile plantelor și microorganismelor, erodează stratul superior de sol și frunzele împreună cu dizolvatul în acesta. compuși chimiciși a suspendat particule organice în oceane și mări. Se estimează că aproximativ 1 miliard de tone de apă se evaporă de pe suprafața Pământului în 1 minut. Energia cheltuită pentru evaporarea apei este returnată în atmosferă. Circulația apei între Oceanul Mondial și pământ este cea mai importantă verigă în menținerea vieții pe Pământ și principala condiție pentru interacțiunea plantelor și animalelor cu natura neînsuflețită. (Fig.4)

Fig.4

Ca exemple de ciclu biotic, luați în considerare ciclurile carbonului și azotului din biosferă. începe cu fixarea dioxidului de carbon atmosferic prin procesul de fotosinteză. Unii dintre carbohidrații formați în timpul fotosintezei sunt folosiți chiar de plante pentru a obține energie, în timp ce unii sunt consumați de animale. Dioxidul de carbon este eliberat în timpul respirației plantelor și animalelor. Plantele și animalele moarte se descompun, iar carbonul din țesuturile lor se oxidează și revine în atmosferă. Un proces similar are loc în ocean. (Fig 5)

Fig 5.

acoperă, de asemenea, toate zonele biosferei. Deși rezervele sale în atmosferă sunt practic inepuizabile, plantele superioare pot folosi azotul numai după ce îl combină cu hidrogenul sau oxigenul. Bacteriile fixatoare de azot joacă un rol extrem de important în acest proces. Când proteinele acestor microorganisme se descompun, azotul este eliberat înapoi în atmosferă. (Fig.6)

Fig.6

Un indicator al amplorii ciclului biotic este rata de rotație a dioxidului de carbon, oxigenului și apei. Tot oxigenul atmosferic trece prin organisme în aproximativ 2 mii de ani, dioxidul de carbon - în 300 de ani, iar apa se descompune complet și este restabilită în ciclul biotic în 2 milioane de ani