Популяционно-видовой уровень живых систем - это совокупность особей одного вида, объединенных общей территорией и генофондом.

Вид - основная структурная единица в системе живых организмов. Под видом понимается совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических свойств, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал. Особи одного вида имеют общее происхождение и единый генофонд. Вид характеризуется практически полной нескрещи- ваемостью с другими видами в природных условиях.

Виды отличаются друг от друга по многим признакам - критериям, среди которых различают морфологический, генетический, физиологический, географический и экологический.

Морфологический критерий базируется на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида.

Генетический критерий - это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размер и форма; генетический критерий - главный видовой признак.

Физиологический критерий - это сходство всех процессов жизнедеятельности, и прежде всего сходство размножения. Особи одного вида способны скрещиваться в природных условиях и давать жизнестойкое потомство.

Географический критерий - это определенный ареал (территория, акватория), занимаемый видом в природе. Он может быть большим или маленьким, прерывистым или сплошным. Есть виды, распространенные повсеместно, и нередко - в связи с деятельностью человека (насекомые-вредители - мухи, тараканы и др., виды сорных растений).

В процессе эволюции у каждого вида сформировались приспособления к определенной среде обитания. Это определяет деление видов на популяции.

Экологический критерий - совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

Только совокупность указанных критериев характеризует принадлежность особей к одному виду.

Целостность вида обусловлена связями между его особями.

В настоящее время зарегистрировано около 2 млн видов организмов (примерно 1,5 млн видов животных и 0,5 млн видов растений). Существуют основания считать, что за счет большого числа неиден- тифицированных низших форм организмов фактическое число видов может быть в 2-3 раза больше.

Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (особей), имеющих свои отличительные черты.

Популяция - форма существования вида; совокупность особей одного вида, которая длительно существует и занимает определенную часть ареала, относительно обособленную от других совокупностей того же вида. Популяция является структурной единицей вида и элементарной единицей эволюционного процесса. Примеры популяций: у людей - национальности, расы; у животных - породы.

Популяция - динамическая группа организмов, адаптированная к изменяющимся условиям окружающей среды путем изменения численности возрастных групп и генетического состава.

Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функциями. Ей свойственны рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях. В популяции постоянно возникают наследственные изменения: в ней происходят борьба за существование, а также естественный отбор, благодаря которым выживают и дают потомство лишь особи с полезными в данных условиях свойствами. Популяция обладает многими признаками, которые характеризуют группу как целое. Основными характеристиками популяции являются плотность, численность, рождаемость, смертность, возрастной состав, характер распределения на территории.

Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема. Каждому виду присуща определенная оптимальная плотность популяции, отклонения от которой в ту или другую сторону отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.

Численность популяции различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов (критической численности). Падение численности ниже критической может привести к исчезновению популяции. Численность популяции может резко меняться по сезонам и годам.

Возрастной состав популяции имеет большое значение для ее существования и процветания. При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. Возрастной состав популяции зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости, числа генераций.

Характер распределения особей популяции в пространстве может быть равномерным, случайным и скученным.

На уровне популяций экология решает вопросы, связанные с количеством отдельных видов, изменениями и колебаниями численности отдельных популяций.

Простейшей формой существования вида в природе является популяция. В этой статье мы разберёмся, что включает в себя данное понятие, узнаем какова роль популяции в эволюционном процессе.

Структура популяции

В биологии популяция – это целостность всех имеющихся особей одного вида, обитающих на одной территории и обладающих общим генофондом с возможностью свободно скрещиваться. Один вид живых организмов может в себя включать сразу несколько экосистем, которые чаще всего изолированы друг от друга.

В случае размещения в одинаковых условиях особей одного вида, взятых из разных экосистем, можно наблюдать сохранение их различий. Однако для получения плодовитого потомства такое скрещивание даёт лучшие результаты.

Рис. 1. Примеры популяций.

Популяции обеспечивают процесс микроэволюции и делятся на:

• половую;
• возрастную;
• экологическую;
• генетическую;
• пространственную структуру.

Рис. 2. Структура популяций.

Половая структура

Подразумевает процентное соотношение особей разного пола. Определяется оно различием хромосомных наборов. Однако часто случается так, что некоторые самки рождают только особей женского либо только мужского пола. В таком случае соотношение полов отклоняется от показателей 1:1.

Причиной тому могут стать не только генетические нарушения, но и экологические условия.

Возрастная структура популяции

Включает соотношение особей разного возраста, которые представляют приплоды одного или разных поколений. Поколение может включать представителей одного или нескольких приплодов. Возраст влияет на интенсивность процесса размножения, быстроту смены поколения, уровень смертности.

ТОП-1 статья которые читают вместе с этой

Генетическая структура

Определяется разнообразием и изменчивостью генотипов. Свойством экосистем является наличие определённого уровня разнообразия признаков, которые зависят от экологии и генетического предрасположения. Другими словами, один генотип способен дать множество вариаций фенотипов. Разнообразие зависит от численности особей и экологической ситуации. Изменение частоты генов может привести к вымиранию вида.

Пространственная структура

Определяется плотностью размещения и распределения на определённой местности членов экосистемы. Все особи имеют как индивидуальное, так и групповое пространство. Таким способом образуются стаи, колонии, стада. В зависимости от способа размещения в группе различают случайное, равномерное и скученное распределение.

Каждая особь играет свою роль в группе, при этом формируется социальная иерархия.
Она может быть:

• линейной (подчинение по рангам, когда последующий главенствует над предыдущим);
• параллельной (у самцов и самок отдельные вожаки).

Такая система взаимоотношений позволяет согласовывать поведение, которое будет выгодно для всех членов группы.

Экологическая составляющая

Экологической единицей является вид. Данная структура подразумевает распределение членов на группы в зависимости от взаимодействия с окружающими факторами природы.

Экологическая ниша включает в себя питание, места размножения и укрытия, а также другие факторы окружающей среды, которые необходимы для существования вида. Характеризуя экологическую нишу, используют два показателя: ширина и степень перекрытия другими нишами.

Динамика популяций

Динамика и рост численности экосистем зависит от внешних и внутренних факторов, таких как наличие пищи, враги, климат.

Основателем популяционной генетики является С.С. Четвериков, который назвал рост численности “волнами жизни”.

Точно определить среднее число особей можно при условии искусственной полной изоляции группы. В природе такое возможно при изучении островных экосистем. Определить численность можно соотношением рождаемости и смертности.

“Волны жизни” помогают иногда выдвигать вперёд редкие генотипы, проверяя их естественным отбором. Так, например, после холодной зимы в живых остаются более сильные, холодоустойчивые организмы.

Рис. 3. Пример динамики популяций.

Значение

С помощью функционирования популяций создаются условия необходимые для поддержания жизни на нашей планете. Своей жизнедеятельностью живые организмы влияют на окружающую среду ареала. Именно от экосистем зависит круговорот веществ в природе, создаются определённые условия, происходит взаимообмен между живой и неживой природой. Совместная работа популяций определяет характеристику биотических конгломераций и экологических условий.3.9 . Всего получено оценок: 114.

Рассмотренные ранее биологические явления и механизмы, относящиеся к молекулярно-генетическому, клеточному и онтогенетическому уровням организации жизни, в пространственном отношении ограничивались отдельно взятым организмом (многоклеточным или, одноклеточным, прокариотическим или эукариотическим), а во временном - его онтогенезом, или жизненным циклом. Популяционно-видовой уровень организации относится к категории надорганизменных.

Жизнь представлена отдельными видами, являющимися совокупностями организмов, которые обладают свойствами наследственности и изменчивости.

Эти свойства становятся основой эволюционного процесса. Механизмами, обусловливающими такой результат, являются избирательная выживаемость и избирательное размножение особей, принадлежащих к одному виду. В природных условиях особенно интенсивно размножение происходит в популяциях, которые являются минимальными самовоспроизводящимися группами особей внутри вида.

Каждый "из некогда существовавших или ныне живущих видов представляет собой итог определенного цикла эволюционных преобразований на популяционно-видовом уровне, закрепленный изначально в его генофонде. Последний отличается двумя важными качествами. Во-первых, он содержит биологическую информацию о том, как данному виду выжить и оставить потомство в определенных условиях окружающей среды, а во-вторых, обладает способностью к частичному изменению содержания заключенной в нем биологической информации. Последнее является основой эволюционной и экологической пластичности вида, т.е. возможности приспособиться к существованию в иных условиях, меняющихся в историческом времени или от территории к территории. Популяционная структура вида, приводящая к распаду генофонда вида на генофонды популяций, способствует проявлению в исторической судьбе вида в зависимости от обстоятельств обоих отмеченных качеств генофонда - консервативности и пластичности.

Таким образом, общебиологическое значение популяционно-видового уровня состоит в реализации элементарных механизмов эволюционного процесса, обусловливающих видообразование.

Значение происходящего на популяционно-видовом уровне для здравоохранения определяется наличием наследственных болезней, заболеваний с очевидной наследственной предрасположенностью, а также выраженными особенностями генофондов разных популяций людей. Процессы, происходящие на этом уровне, в сочетании с экологическими особенностями различных территорий составляют основу перспективного направления современной медицины - эпидемиологии неинфекционных болезней.

ГЛАВА 10

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВИД.

ПОПУЛЯЦИОННАЯ СТРУКТУРА ВИДА

ПОНЯТИЕ О ВИДЕ

Видом называют совокупность особей, сходных по основным морфологическим и функциональным признакам, кариотипу, поведенческим реакциям, имеющих общее происхождение, заселяющих определенную территорию (ареал), в природных условиях скрещивающихся исключительно между собой и при этом производящих плодовитое потомство.

Видовая принадлежность особи определяется по соответствию ее перечисленным критериям: морфологическому, физиолого-биохимическому, цитогенетическому, этологическому, экологическому и др. Наиболее важные признаки вида - его генетическая (репродуктивная ) изоляция, заключающаяся в нескрещиваемости особей данного вида с представителями других видов, а также генетическая устойчивость в природных условиях, приводящая к независимости эволюционной судьбы.

Со времен К. Линнея вид является основной единицей систематики. Особое положение вида среди других систематических единиц (таксонов) обусловливается тем, что это та группировка, в которой отдельные особи существуют реально. В составе вида в природных условиях особь рождается, достигает половой зрелости и выполняет свою главную биологическую функцию: участвуя в репродукции, обеспечивает продолжение рода. В отличие от вида таксоны надвидового ранга, такие, как род, отряд, семейство, класс, тип, не являются ареной реальной жизни организмов. Выделение их в естественной системе органического мира отражает результаты предшествующих этапов исторического развития живой природы. Распределение организмов по надвидовым таксонам указывает на степень их филогенетического родства.

Важнейшим фактором объединения организмов в виды служит половой процесс. Представители одного вида, скрещиваясь друг с другом, обмениваются наследственным материалом. Это ведет к перекомбинации в каждом поколении генов (аллелей), составляющих генотипы отдельных особей. В результате достигаются нивелировка различий между организмами внутри вида и длительное сохранение основных морфологических, физиологических и прочих признаков, отличающих один вид от другого. Благодаря половому процессу происходит также объединение генов (аллелей), распределенных по генотипам разных особей, в общий генофонд (аллелофонд)1 вида. Этот генофонд заключает в себе весь объем наследственной информации, которым располагает вид на определенном этапе его существования.

Определение вида, приведенное выше, не может быть применено к размножающимся бесполым путем агамным (некоторые микроорганизмы, синезеленые водоросли), самооплодотворяющимся и строго партеногетическим организмам. Группировки таких организмов, эквивалентные виду, выделяют по сходству фенотипов, общности ареала, близости генотипов по происхождению. Практическое использование понятия «вид» даже у организмов с половым размножением нередко затруднено. Это обусловлено динамичностью видов, проявляющейся во внутривидовой изменчивости, «размытости» границ ареала, образовании и распаде внутривидовых группировок различного объема и состава (популяций, рас, подвидов). Динамичность видов является следствием действия элементарных эволюционных факторов (см. гл. 11).

ПОНЯТИЕ О ПОПУЛЯЦИИ

В природных условиях организмы одного вида расселены неравномерно. Имеет место чередование участков повышенной и пониженной концентрации особей (рис. 10.1). В результате вид распадается на группировки или популяции, соответствующие зонам более плотного заселения. «Радиусы индивидуальной активности» отдельных особей ограничены. Так, виноградная улитка способна преодолеть расстояние в несколько десятков метров, ондатра -в несколько сотен метров, песец - в несколько сотен километров. Благодаря этому размножение (репродуктивные ареалы) в основном приурочено к территориям с повышенной плотностью организмов.

Рис. 10.1. Неравномерное расселение особей по ареалу вида.

А- ленточный; Б- пятнистый; В- островной типы

Вероятность случайных скрещиваний (панмиксии), обусловливающих из поколения в поколение эффективную перекомбинацию генов, внутри «сгущений» оказывается выше, чем в зонах между ними и для вида в целом. Таким образом, в репродуктивном процессе генофонд вида представлен генофондами популяций.

Популяцией называют минимальную самовоспроизводящуюся группу особей одного вида, населяющих определенную территорию (ареал) достаточно долго (в течение многих поколений). В популяции фактически осуществляется сравнительно высокий уровень панмиксии, и она в определенной степени отделена от других популяций той или иной формой изоляции1.

Популяционно-видовой уровень - это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция.

Популяция - совокупность особей одного вида, относительно изолированных от других групп этого же вида, занимающих определенную территорию, воспроизводящую себя на протяжении длительного времени и обладающую общим генетическим фондом.

В отличие от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие собой генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.

В условиях реальной природы особи не изолированы друг от друга, а объединены в живые системы более высокого ранга. Первой такой системой и является популяция.

Термин «популяция» был введен одним из основоположников генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов, отличную от однородной совокупности - чистой линии. Позднее этот термин приобрел более

Целостность популяций, проявляющаяся в возникновении новых свойств по сравнению с онтогенетическим уровнем жизни, обеспечивается взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетической информацией в процессе полового размножения. У каждой популяции есть количественные границы. С одной стороны, это минимальная численность, обеспечивающая самовоспроизводство популяции, а другой - максимум особей, которые могут прокормиться в ареале (месте обитания) данной популяции. Популяция как целое характеризуется такими параметрами, как волны жизни - периодические колебания численности, плотность населения, соотношение возрастных групп и полов, смертность и т.д.

Популяции - генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.

Для популяционного уровня организации жизни характерна активная или пассивная подвижность всех компонентов популяции. Это влечет постоянное перемещение особей - членов популяции. Необходимо отметить, что никакая популяция не бывает абсолютно однородной, она всегда состоит из внутрипопуляционных группировок. Также следует помнить о существовании популяций разных рангов - есть постоянные, относительно независимые географические популяции, и временные (сезонные) местные популяции. При этом высокая численность и устойчивость достигаются только в тех популяциях, которые имеют сложную иерархическую и пространственную структуру, т.е. являются неоднородными, гетерогенными, имеют сложные и длинные пищевые цепи. Поэтому выпадение хотя бы одного звена из этой структуры ведет к разрушению популяции или потере ею устойчивости.

Биоценотический уровень

Популяции, представляющие первый надорганизменный уровень живого, являющиеся элементарными единицами эволюции, способными к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизменного уровня - биоценозы.

Биоценоз - совокупность всех организмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни, например лес, луг, болото и т.д. Иными словами, биоценоз - это совокупность популяций, проживающих на определенной территории.

Обычно биоценозы состоят из нескольких популяций и являются составным компонентом более сложной системы - биогеоценоза.

Адаптация человека на популяционно-видовом уровне

На ранних этапах развития вида Человек разумный (одни ученые полагают, что это произошло на стадии неандертальцев, другие – еще на более ранних стадиях) в процессе расселения людей по разным географическим средам обитания появились генетически закрепленные специфические адаптации к ландшафтно-климатическим условиям, что привело к образованию рас. Под расами понимают исторически сложившиеся группы популяций людей разной численности, занимающих общую территорию и имеющих общие специфические признаки, отличающие их от других рас (рис. 8).

Наиболее отчетливо выделяются три расовые группы : европеоидная, негроидная и монголоидная. Некоторые выделяют 4-ю расу – австралоидную.

Помимо расовых признаков, на популяционно-видовом уровне у человека появляются адаптивные признаки, которые не зависят от генетического родства и расовой принадлежности. Они лежат в основе формирования так называемых экологических адаптивных типов людей.

Выделяют 6 адаптивных типов людей : арктический, тропический, зоны умеренного климата, высокогорный, аридный и континентальный (рис. 9).

Арктический тип. Характерен для холодного климата и питанием преимущественно животной пищей. Арктическому комплексу признаков свойственны относительно сильное развитие костно-мускульного компонента тела, большие размеры грудной клетки, высокий уровень гемоглобина, относительно большое пространство, занимаемое костным мозгом, повышенное содержание минеральных веществ в костях, высокое содержание в крови белков, холестерина, повышенная способность окислять жиры. Среди аборигенов Арктики почти не встречаются лица с астеническим телосложением.

Арктический тип характеризуется усиленным энергетическим обменом, который отличается стабильностью показателей в условиях переохлаждения. Имеют свои особенности и механизмы терморегуляции. При одинаковой степени охлаждения у канадских индейцев резко падает температура кожи, но уровень обмена веществ меняется незначительно, а у пришлого белого населения наблюдается меньшая степень снижения кожной температуры, но появляется сильная дрожь, т.е. интенсифицируется обмен.

Тропический тип. Является для человека самым древним, весьма разнообразным по климато-географическим условиям.

Для тропиков и субтропиков характерны: высокая температура воздуха, высокая солнечная активность, высокая влажность воздуха, рацион с относительно низким содержанием животного белка.

В тропической области наблюдается исключительно широкая вариабельность групп населения в расовом, этническом и экономическом отношениях. К характерным признакам тропического типа относят: преобладание роста в длину над ростом в ширину, сниженную мышечную массу, относительное уменьшение массы тела при увеличении длины конечностей, уменьшение окружности грудной клетки, более интенсивное потоотделение за счет повышенного количества потовых желез на 1см кожи, низкие показатели основного обмена и синтеза жиров, повышенную пигментацию кожных покровов (уменьшает канцерогенное и мутагенное воздействие солнечных лучей), преобладание углеводной пищи, что привело к снижению концентрации холестерина в крови.

Богатство и разнообразие животного мира обеспечивает существование огромного количества промежуточных и окончательных хозяев биогельминтов и переносчиков возбудителей трансмиссивных заболеваний.

Почва, воздух и вода содержат большое количество микроорганизмов, яиц гельминтов и цист патогенных простейших.

Адаптивный тип зоны умеренного климата. По соматическим показателям, уровню основного обмена население умеренного пояса занимает промежуточное положение между коренными жителями арктического и тропического регионов. Это соответствует условиям биогеографической среды в зоне умеренного климата. Для нее характерны неравномерное распределение районов, отличающихся по количеству тепла и влаги, типу растительности (от сухих степей и полупустынь до тайги), богатству животного мира. Вместе с тем, температура и влажность воздуха здесь не достигают экстремальных величин, хорошо выражен сезонный ритм биоклиматических условий.

Высокогорный тип. Является по происхождению самым молодым. Условия высокогорья для человека во многих отношениях экстремальны. Их характеризуют низкое атмосферное давление, сниженное парциальное давление кислорода, холод, относительное однообразие пищи. Для данного экологического типа основным неблагоприятным экологическим фактором является гипоксия. В связи с этим формируются такие функциональные адаптационные изменения как: увеличение объема легких; повышение кислородной емкости крови за счет увеличения количества эритроцитов и содержания гемоглобина, относительной легкости его перехода в оксигемоглобин; гипертрофия сердечной мышцы за счет повышения вязкости крови; расширение грудной клетки.

Воздействие холода в горах приводит к изменению функции щитовидной железы из-за дефицита йода в воде и продуктах питания.

В условиях высокогорья в целом менее интенсивно идут процессы роста и развития, позднее наступает старость, продолжительность жизни выше.

Аридный тип (зоны пустынь). Для пустыни характерно воздействие сухого воздуха, круглогодичное тепловое воздействие. В этих условиях отмечается тенденция к линейности телосложения (астеники с уплощенной грудной клеткой), мускульный и жировой компоненты развиты слабо. Снижены уровни основного обмена, холестерина крови, минерализации скелета. Жители пустыни, за исключением тропических, отличаются крупными размерами тела.

Континентальный тип. Для жителей континентальной зоны Сибири характерны укороченные пропорции тела, уплощенная грудная клетка, в среднем повышенное жироотложение и явное увеличение массы тела, пониженное содержание минеральных веществ в скелете.

Таким образом, формирование и сохранение полиморфизма разных популяций человека объясняется тем, что на ранних этапах своей эволюции человечество в большей степени подвергалось непосредственному воздействию абиотических и биотических факторов, чем происходит в настоящее время. В каждой экологической нише население имеет специфические приспособительные черты, которые формируются на протяжении жизни нескольких поколений и представляют собой результат приспособления человека к экологическим условиям.

121.Биосфера как естественно-историческая система. Состав и границы.

Термин «биосфера» (греч.»биос» -жизнь, «сфера» - шар) ввел в 1975 году австрийский ученый Эдуард Зюсс для оюозначения оболочки земли, населенной живыми организмами.

Основоположником современного учения о биосфере является В.И.Вернадский (1853-1945). Опираясь на работы Ж.Б.Ламарка по гидрологии, идеи К.А.Тимирязева о способности хлорофилла фиксировать энергия Солнца, а также работы Докучаева по почвообразованию, В.И.Вернадский выдвинул гипотезу о преобразующем влиянии живого вещевтва как совокупности всех житвых организмов, населяющих нашу планету, на геологические оболочки Земли в масштабах глобального пространства и времени. По В.И.Вернадскому. биосфера – поверхностная оболочка Земли, глубоко переработанная живым веществом былых геологических эпох и перерабатываемая в настоящее время разными формами живых организмов, возникающих в ходе эволюции на планете Земля.

По В.И.Вернадскому биосфера возникла одновременно с появлением жизни на Земле, и ее основу составляет непрерывный биотический круговорот веществ, осуществляющийся при участии всех населяющих планету организмов. Он выражается в том. что зеленые растения создают из неорганических веществ органические вещества, а животные и микроорганизмы потребляют и разрушают его. Из минеральных соединений, полученных от распада органического вещества, зеленые растения строят новое органическое вещество и так без конца.

Биосфера по В.И.Вернадскому – это устойчивая динамическая система. Со времен архейской эры устойчивость биосферы проявляется в постоянстве ее общей массы, а также массы живого вещества и энергии. связанной с живым веществом.

Несмотря на постоянство этих показателей видовой состав биосферы в ходе эволюции изменился до неузнаваемости. как полагал В.И.Вернадский. эволюционный процесс в биосфере вначале привел к вовлечению в живое вещество максимального количества химических элементов из окружающей среды. а затем к увеличивающейся биогенной миграции атомов и разнообразию новых форм живых организмов, устойчивых в биосфере.

Вернадский указывал также, что биосфера. будучи целостной и организованной системой, связана с Космосом. Электромагнитные лучи солнечного и космического происхождения играют важную роль в регуляции пространственно – временной организации биосферы. Кроме того, солнечная энергия является основным источником энергии для биосферы. И в этом отношении биосфера является открытой системой.

В.И.Вернадский считал, что после возникновения человека биосфера стала постепенно переходить в новое состояние. преобразованное человеческой деятельностью. – в ноосферу. то есть сферу разума. Под ноосферой Вернадский понимал новый этап в развитии биосферы. а именно, этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы

С учетом современных представлений биосферу можно охарактеризовать как целостную, термодинамически открытую. саморегулирующуюся устойчивую систему. в основе функционирования которой лежит непрерывный круговорот вещества и энергии, поддерживающий в состоянии равновесия входящие в нее компоненты.

ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

Границы биосферы совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни. Биосфера охватывает всю поверхность суши, а также океаны, моря и ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные в процессе жизнедеятельности живых организмов.

Для существования живых организмов необходимы следующие условия:

1) достаточное количество жидкой воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа,

2) наличие ряда химических биогенных элементов,

3) поступление солнечной энергии,

4) температура в диапазоне от −50º С до +50ºС с различным температурным оптимумом для каждого вида организмов,

5) оптимальный уровень радиации и др.

По Вернадскому, к биосфере относятся нижние слои стратосферы, вся тропосфера, верхняя часть литосферы, сложенная осадочными породами, и гидросфера, заселенная живым веществом.

Над поверхностью литосферы и гидросферы вверх до 100 км простирается атмосфера . Нижний слой атмосферы в среднем высотой 15 км называют тропосферой , которая включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемещающиеся при неравномерном нагреве поверхности Земли. Над тропосферой различают стратосферу – слой высотой до 100 км. У границы ее возникают северные сияния. Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном. На высоте от 10 до 50 км расположен слой озона, с максимальной его концентрацией на высоте 20-25 км (озоновый экран ). Роль озонового экрана, представляющего собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона (О 3) в биосфере велика: он задерживает губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи солнечного света.

Нижняя граница биосферы очень изрезана. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом океане организмы проникают на глубину 10-12 км.

Таким образом, границы биосферы (рис. 8) включают все 15 км тропосферы, 5-10 км стратосферы, всю гидросферу суши и Мировой океан, которые простираются до глубины 11 км, на материках биосфера проникает в среднем в земную кору до глубин 5 км. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей; нижний – высокой температурой земных недр (свыше 100° С). Крайних пределов ее достигают только низшие организмы – бактерии. Споры аэробных бактерий и грибов залетают на высоту
20 км, а анаэробные – находят в земной коре на глубине свыше 3км, в водах месторождений нефти.

Нижняя граница на суше связана с областями "былых биосфер" – так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических эпох (накопления осадочных пород, углей, горючих сланцев и др.). "Былые биосферы" служат доказательством длительной эволюции биосферы Земли.

Ученый отмечал, что живое вещество распределено в биосфере неравномерно (рис. 9). В биосфере существуют «пленка жизни» и «сгустки жизни», в которых концентрация живого вещества максимальна. Это поверхность суши, почвы и верхние слои вод Мирового океана. Кверху и книзу от нее количество живого вещества в биосфере Земли резко убывает. Основная его масса сконцентрирована в приповерхностном слое суши толщиной 50-100 м и в приповерхностной толще воды (10-20 м). Здесь находится более 90% биомассы Земли. Но и в приповерхностном слое имеются пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики, теплые моря), и менее заселенные территории (пустыни, высокогорья, арктические и антарктические области). Для остальных территорий биосферы характерно, по словам В.И. Вернадского, "разрежение живого вещества".

Тем не менее, в пределах биосферы нет абсолютно безжизненных пространств. Даже в самых суровых условиях обитания можно найти бактерии и другие микроорганизмы. В.И. Вернадский высказал идею о "всеюдности жизни", живое вещество способно "растекаться" по поверхности планеты; оно с огромной скоростью захватывает все незанятые участки биосферы, что обусловливает "давление жизни" на неживую природу.

СТРУКТУРА БИОСФЕРЫ

В.И. Вернадский определяет биосферу как одну из геосфер, которая коренным и необратимым образом изменена под влиянием живых существ, их современной и ранее протекавшей жизнедеятельности.

В биосфере можно выделить следующие основные компоненты (рис. 5):

1) живое вещество (живые организмы),

2) косное (неживое) вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.),

3) неживое биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов),

4) биокосное вещество (совместный результат живых организмов и абиогенных процессов неживой природы),

5) радиоактивное вещество,

6) рассеянные атомы,

7) вещество космического происхождения(метеориты, космическая пыль).

Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету (рис. 6).

Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей лик Земли.

Много внимания в своих работах по биосфере В.И. Вернадский уделял зеленому живому веществу растений, потому что только оно автотрофное, только оно способно захватывать лучистую энергию Солнца и с ее помощью создавать первичные органические соединения. Рассмотрев объем и энергетические коэффициенты различных групп растительности, В.И. Вернадский пришел к выводу, что «зеленые просторы океана являются главными трансформаторами солнечной энергии нашей планеты». Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.

Количество живого вещества в биосфере (биомасса ) – величина постоянная или мало изменяющаяся с течением времени. Во все геологические эпохи на Земле количество живого вещества было практически одинаковым. Ученый подчеркивал, что современное живое вещество генетически родственно живому веществу прошлых геологических эпох.

В современном мире насчитывается огромное количество видов живых организмов, все они составляют ИМПЕРИЮ – клеточные формы жизни (организмы).

В 1982 г. Маргелис и Шварц (Margulis, Schwartz) предложили систематику, предусматривающую наличие пяти царств – одно царство в НАДЦАРСТВЕ прокариот и четыре царства в НАДЦАРСТВЕ эукариот (рис. 7). Система Маргелиса и Шварца получила широкое признание, и именно ее теперь рекомендуют использовать.

Самая противоречивая группа – это протисты, возможно, потому, что это не естественная группа.

Царство Монера (Дробянки) представлено прокариотическими организмами, которые распределяются между тремя подцарствами: Архебактерии, Настоящие бактерии, Цианобактерии (Сине-зеленые водоросли);

Царство Протисты – одноклеточные эукариотические организмы, напоминающие предков растений, животных и грибов, сюда относятся одноклеточные водоросли, простейшие, слизевики и оомицеты (ранние грибы);

Царство Растения, образованное многоклеточными автотрофными организмами;

Царство Грибы, занимающее промежуточное положение между растениями и животными;

Царство Животные – многоклеточные гетеротрофные организмы.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами, породы магматического и метаморфического происхождения.

Неживое биогенное вещество , которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озерный ил – сапропель, осадочные породы, например, известняки). Значительная часть энергии «живого вещества» идет на образование в пределах биосферы новых вадозных минералов, вне биосферы не известных, а часть захороняется в виде самого органического вещества, образуя в конечном счете залежи бурых и каменных углей, горючих сланцев, нефти и газа. «Мы имеем здесь дело, – пишет В.И. Вернадский, – с новым процессом – с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли. Этим путем «живое вещество» меняет биосферу и земную кору. Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая огромные толщи неведомых, помимо его, вадозных минералов или пронизывая тончайшей пылью своих остатков косную материю биосферы».

Биокосное вещество , которое создавалось одновременно и живыми организмами, и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоемов, глинистые минералы).

Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов – уран, торий, радий и др.

Все живые существа на Земле постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации от естественных (космическое излучение и природные радиоактивные вещества) источников ионизирующих излучений. Радионуклиды широко распространены в природе; они рассеяны в земной коре, воде, воздухе, растениях и теле животных. К радионуклидам естественного происхождения относят те, которые образовались на Земле без участия человека. Это долгоживущие изотопы I, U, Ra, Th, K и др. Совместно с космическим излучением они и создают природный радиоактивный фон, постоянно облучая все живые организмы на Земле.

Рассеянные атомы – отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Zn, Au, Hg и др.). Создаются из земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения – вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).

122.Современные концепции биосферы.

Организованность биосферы – явление многоплановое, и по мере изучения этого вопроса шесть концепций, отражающих основные принципы структурной организации биосферы: биогеоценотическая, биогеохимическая, геофизическая, термодинамическая, кибернетическая исоциально-экономическая.