Таким образом, в результате мейоза одна диплоидная клетка дает 4 гаплоидных (половых) клетки с измененными в результате кроссинговера хромосомами

Второе мейотическое деление.

Интерфаза 2. Происходит только в животных клетках, короткая; репликации ДНК не происходит.

Профаза 2. Ядрышки, ядерные мембраны разрушаются, хроматиды укорачиваются. Образование веретена деления.

Метафаза 2. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора.

Анафаза 2. Центромеры делятся, две сестринские хроматиды направляются к противоположным полюсам. Отделившиеся хроматиды называются хромосомами, на каждом полюсе формируется гаплоидный набор.

Телофаза 2. Хромосомы деспираллизуются. Нити веретена деления исчезают. Вокруг хромосом формируется ядерная оболочка. Образуются клетки с гаплоидным набором хромосом nс.

Биологическое значение мейоза: создает возможность для возникновения новых генных комбинаций, что ведет к изменениям в генотипе и фенотипе потомства, т.е. является основой генотипической изменчивости (три механизма – кроссинговер, независимое расхождение бивалентов в первом мейотическом делении, расхождение гомологичных хромосом и аллельных генов в разные гаметы). В результате получаются особи, генетически отличные от обоих родителей. Так обеспечивается разнообразие особей одного вида, создаются предпосылки к освоению разнообразных условий обитания, большей приспособленности к изменяющимся условиям среды.

5.4 Особенности гамет. Стадии гаметогенеза

Гаметы - одно из направлений дифференцировки клеток многоклеточного организма, в сравнении с другими клетками (эпителиальными, нервными, мышечными и т.п.) характеризуются рядом отличий:

- имеют гаплоидный набор хромосом (у всех остальных, соматических – диплоидный);

- необычное ядерно-цитоплазматическое соотношение – в яйцеклетке снижено, много питательного материала в цитоплазме, в сперматозоидах завышено;

- низкий уровень обменных процессов, близкий к состоянию анабиоза, сперматозоиды вообще не вступают в митотический цикл, яйцеклетки восстанавливают эту способность после оплодотворения;

- сложное строение оболочек, особенно в яйцеклетках, выполняют много функций – защита, обмен, внедрение зародыша в стенку матки, участие в формировании зародыша;

- цитоплазаматическая сегрегация, т.е. разные участки цитоплазмы имеют разный состав и выполняют разные функции, что играет роль в развитии зародыша;

- мужские гаметы имеют орган движения – жгутик.

Гаметогенез – процесс образования половых клеток: женских – овогенез, мужских – сперматогенез. Специализированные диплоидные соматические клетки, из которых образуются гаметы, называются сперматогониями и овогониями. Гаметогенез включает несколько стадий.

1. Стадия размножения – ряд последовательных митотических делений клеток, их количество существенно возрастает. У человека мужские гаметы образуются на протяжении всего периода половой активности, женские – в первые месяцы внутриутробного развития, процесс их формирования завершается к 3 годам.

2. Стадия роста - увеличение размеров клетки и превращение в сперматоциты и овоциты 1 порядка, накопление питательных веществ и энергии для деления, редупликация ДНК (интерфаза 1).

3. Стадия созревания – два последовательных деления, редукционное и эквационное, которые вместе составляют мейоз. После первого деления – сперматоциты и овоциты 2 порядка, после второго – сперматиды, зрелая яйцеклетка и редукционные (полярные) тельца.

4. Стадия формирования ( только у мужских гамет) – изменения в строении сперматид (ядро уплотняется, появляется жгутик, у основания концентрируется митохондрии, перераспределение цитоплазмы), образуется сперматозоид.

Долгое время соматические и половые клетки противопоставлялись друг другу, считалось, что только половые могут передавать свойства жизни и участвовать в оплодотворении. В настоящее время экспериментально доказана возможность развития полноценного организма на основе наследственной информации ядра дифференцированной соматической клетки (первые эксперименты проводились на лягушках, сейчас реальностью стало клонирование овцы, коровы и др. животных).

Митоз и мейоз – это универсальные механизмы передачи биологической информации. Однако в природе существуют и другие пути, случайные, с положительными или отрицательными последствиями для эволюции вида.

Так, например, в клетках пищеварительного тракта одного из видов брюхоногих моллюсков сохраняются хлоропласты поедаемой водоросли, организм приобретает способность к фотосинтезу. Некоторые черви используют в качестве защиты стрекательные капсулы полипов, которых поедают (клептогенез, эволюция путем воровства).

Вирус опухоли кролика переносит в клетки человека ген синтеза фермента, который катализирует обмен аргинина. Если человек научится управлять этим и подобными процессами, можно будет лечить заболевания, связанные с нарушением метаболизма.

6 Онтогенез. Тканевый, органный, организменный уровни организации живой материи

6.1 Основные концепции онтогенеза – индивидуального развития организма.

Независимо от способа размножения начало новому организму дает клетка (оплодотворенная при половом размножении), содержащая гены - наследственные задатки, но не обладающая всеми признаками и свойствами организма. Развитие организма (онтогенез) заключается в постепенной реализации наследственной информации, полученной от родителей.

Каким образом генотип реализуется в фенотип? Ученые давно задумывались об этом. В результате сформировались 3 основных концепций онтогенеза.

Первая - преформизм – учение о том, что организм полностью сформирован (преформирован) в половых клетках в уменьшенном виде, а после оплодотворения начинается его рост. Возникло в античности, Гиппократ – основоположник. Отрицание развития, метафизическое учение. Наиболее популярно в 17-18 веках. Овисты отдавали предпочтение яйцеклеткам, анималькулисты – мужским половым клеткам.

Вторая - эпигенез – противоположное преформизму учение, признающее только развитие и отрицающее рост; яйцеклетка бесструктурна и однородна, все органы возникают как новообразование.

В 1828 году Карл Бэр доказал, что содержимое яйца неоднородно (учение о зародышевых листках) и степень неоднородности возрастает с развитием зародыша, выявил преемственность развития у разных классов животных и предложил рассматривать онтогенез как преобразование структур (третья концепция). Это основа современных представлений об онтогенезе как единстве роста и развития.

Особое внимание следует обратить на следующие понятия. Рост – это увеличение количества, размеров и массы клеток (т.е. количественные изменения). Развитие – качественные изменения в организме, обусловленные дифференцировкой клеток (разделением по морфологическим, биохимическим, функциональным признакам) и их ростом.

Онтогенез – целостный и непрерывный процесс, в котором отдельные события увязаны между собой в пространстве и времени. Онтогенез контролируется генами, т.е. детерминирован генетически, и тесно связан со средой.

6.2 Типы и периодизация онтогенеза.

Различают два типа онтогенеза: прямой и непрямой.

Прямой – неличиночный (рыбы, птицы, пресмыкающиеся, яйцеклетки богаты питательными веществами, значительная часть онтогенеза в яйце во внешней среде) и внутриутробный (млекопитающие, обеспечение жизненных функций и развития зародыша материнским организмом через плаценту, роль провизорных органов).

Непрямой – когда организм проходит через стадию личинки – зародыша, способного к самостоятельному существованию (насекомые, амфибии, иглокожие), для этого типа онтогенеза характерен метаморфоз – превращение в зрелую особь.

Этапы онтогенеза:

- пренатальный (дородовой, эмбриональный) – организм не способен к самостоятельному существованию, развивается внутри материнского организма и полностью зависит от него;

- постнатальный (послеродовой, постэмбриональный) – самостоятельное питание, передвижение и т.д.

Важнейшим событием онтогенеза является возможность осуществления размножения, по этому признаку выделяют следующие периоды онтогенеза:

- дорепродуктивный (особь не способна к размножению) подразделяют на эмбриональный и ювенильный;

- репродуктивный (наиболее стабильное состояние);

- пострепродуктивный – связан со старением, характерно прекращение участия в размножении, устойчивость снижается. Различают внешние признаки старости (снижение эластичности кожи, поседение волос, развитие дальнозоркости) и внутренние (обратное развитие органов, снижение эластичности кровеносных сосудов, нарушение кровоснабжения мозга, деятельности сердца и др.). Все это приводит к снижению жизнеспособности и повышению вероятности гибели.

Смерть как биологическое явление – универсальный способ ограничить участие многоклеточного организма в размножении, обеспечить смену поколений и эволюционный процесс. Скорость нарастания и выраженность изменений в процесс старения зависит от генотипа, условий жизни, образа жизни, в т.ч. питания

Существуют десятки гипотез, объясняющие механизмы старения. В настоящее время ученые рассматривают в качестве основных 2 причины старения:

· износ биологических структур вследствие возрастного накопления ошибок в клеточных механизмах под действием мутаций;

· генетически предопределенное разрушение.

В основе онтогенеза лежат определенные клеточные механизмы.

6.3 Механизмы онтогенеза.

1. Деление клеток – протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер (все клетки являются потомками одной родоначальной клетки), подвержено мутационным изменениям.

2. Миграция – перемещение клеток (особая роль – миграция клеток мезенхимы, способных к амебоидным движениям) и пластов клеток (формирование эпителия).

3. Сортировка – образование скоплений клеток с определенными свойствами, зависит от степени подвижности клеток и особенностей строения цитоплазматических мембран (обеспечивают адгезию).

4. Гибель клеток – разрушение провизорных органов, образование полостей; в центральной нервной системе образуется больше нервных клеток, чем сохраняется.

5. Дифференцировка – процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические, функциональные особенности; это процесс возникновения и нарастания структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша.

Для объяснения механизма дифференцировки существует несколько теорий. Все клетки, происходящие от исходной зиготы, идентичны по своему генотипу и поэтому должны иметь одинаковую структуру и функции. Очевидно, что в многоклеточном организме это не так. Почему? Либо клетки утрачивают некоторые гены, либо они могут включаться и выключаться. В настоящее время общепризнанной является теория, в основе которой предположение Моргана о том, что дифференцировка является результатом последовательных взаимных влияний цитоплазмы и меняющихся продуктов активности ядерных генов.

6. Эмбриональная индукция – взаимодействие частей развивающегося зародыша, когда один участок влияет на формирование другого, т.е. является индуктором. Различают гетерономную и гомономную индукцию. Гетерономная – один кусочек зародыша индуцирует другой орган (например, хордомезодерма индуцирует появление нервной трубки). Гомономная – индуктор побуждает окружающий материал к развитию в том же направлении, что и он сам.

7. Генетический контроль развития. Каким образом гены осуществляют контроль? Сложный и центральный вопрос, к ответу на который ученые лишь начинают подходить. Главный прием изучения – использование мутаций.

Кроме генетического контроля на регуляцию онтогенеза влияют также межклеточные взаимодействия, у высших животных – гормоны и нервная система (внутренние факторы). Кроме того, на рост и развитие организма существенно влияют условия внешней среды: пища (в т.ч. наличие микроэлементов и витаминов), свет (фотосинтез, синтез витамина Д), температура, облучения (мутагенез) и др.

6.4 Тканевый и органный уровни организации живого. Особенности тканей и органов животных и растений

В процессе онтогенеза - развития сложного многоклеточного организма - из эмбриона образуются клетки с разным химическим составом, биохимическими и морфологическими свойствами, которые предопределяют выполнение разных функций. Однотипные клетки формируют определенные ткани.

Ткань – это филогенетически (исторически) сложившаяся система клеток и неклеточных структур, обладающая общностью строения, функции, развития. Наука, изучающая закономерности развития, строения и функционирования тканей в историческом и индивидуальном развитии многоклеточных организмов, называется гистологией.

Органом называют исторически сложившуюся специализированную систему тканей, характеризующуюся отграниченностью, постоянством формы, локализации, развитием в онтогенезе и специфическими функциями. Группу сходных по происхождению органов, объединяющихся для выполнения сложной функции, называют системой.

Каждый тип ткани обеспечивает организму одно из его четырех основных свойств во взаимоотношении с внешней средой: пограничность (отделение от внешней среды), внутренний обмен (поддержание гомеостаза), раздражимость или подвижность. В соответствии с этим у животных различают четыре типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную.

Функции эпителиальной ткани: защита организма от воздействий внешней среды (покрывает всю наружную поверхность тела, поверхность ЖКТ, дыхательных путей, все слизистые оболочки); обмен веществ между организмом и внешней средой.

Общие черты эпителиальных тканей:

· представляют собой пласт клеток, нарушение целостности приводит к нарушению функций и ослаблению организма;

· эпителиальные клетки лежат на базальной мембране, которая играет большую роль в питании эпителия, связывая его с соединительной тканью;

· эпителиальные клетки обладают полярностью (базальная и апикальная верхушечная части различаются по строению, в базальной – ядро, в апикальной – органеллы и включения запасных питательных веществ);

· обладают высокой способностью к регенерации.

Эпителий делится на покровный и железистый. Покровный эпителий может быть однослойным (эпителий желудка, кишечника, сердечной сумки, легких) и многослойным (кожа, ротовая полость, роговица глаза). Форма клеток плоская, цилиндрическая, кубическая, шиповатая. Особенность железистого эпителия – способность синтезировать особые вещества – секреты (различные гормоны, ферменты, слизь; слюнные, потовые, молочные железы).

Функции соединительной ткани (или ткани внутренней среды для метаболических реакций): трофическая (участие в обмене веществ); защитная (участвует в иммунных реакциях, заживлении ран). Соединительные ткани являются производными мезенхимы, отличаются аполярностью клеток, большим количеством межклеточного вещества.

Ткани с опорно-механической функцией: плотные волокнистые соединительные, в зависимости от характера расположения коллагеновых волокон делятся на неоформленные (сетчатый слой кожи), оформленные (сухожилия); хрящевые (гиалиновая, эластическая, волокнистая) и костные (грубоволокнистые - зародыш, дентиноидные - зубы, пластинчатые - кости). Особые виды ткани – кровь, лимфа.

Ткани с двигательной функцией: мышечные ткани. Различают:

Ø гладкую мышечную ткань (оболочки кровеносных сосудов, различных внутренних органов);

Ø поперечнополосатую (скелетная мускулатура, мышцы рта, языка, мимическая мускулатура и др),

Ø мышечную ткань сердечной мышцы,

Ø специализированные виды (миоэпителиальные клетки, окружающие железы; глазные мышцы и т.д.)

Функции нервных тканей: участие в получении, хранении и переработке информации из внешней и внутренней среды, регуляция и интеграция деятельности всех органов и систем. Различают: ткань коры головного мозга, спинного мозга, ствола мозга, вегетативных ганглиев, гипоталамуса и др. Состоит из двух компонентов – нервных клеток нейроцитов (нейронов, способны воспринимать раздражение, возбуждаться, вырабатывать и проводить нервный импульс) и нейроглии (межклеточное вспомогательное вещество, выполняет опорную, трофическую, секреторную и защитную функции). Составляют основу центральной (спинной и головной мозг) и периферической (соматической и вегетативной) нервной системы.

Основные системы и примеры органов животных:

· наружные покровы (кожа, чешуя, перья и т.п.);

· опорно-двигательный аппарат (скелет, мышцы);

· пищеварительная система (пищевод, желудок, кишечник);

· дыхательная система (легкие, бронхи, трахея);

· кровеносная система (кровь, сердце, сосуды);

· мочеполовая система (почки, мужские и женские половые органы);

· центральная нервная система (головной и спинной мозг, органы зрения, вкуса, слуха, обоняния);

· эндокринная система (железы внутренней секреции).

У растений выделяют следующие системы тканей:

· образовательные ткани или меристемы;

· основные (в т.ч. хлорофиллоносные, запасающие, дыхательные, водоносные);

· пограничные (защитная и барьерные функции);

· проводящие (ксилема, флоэма);

· механические (опорные, скелетные);

· выделительные (наружные и внутренние).

К основным органам высших растений относят: корень (отвечает за снабжение водой и минеральными солями, закрепление в почве), стебель (транспортная и механическая функции), лист (фотосинтез), цветок, семя, плод (размножение).

7. Биогеоценотический и биосферный уровни организации жизни

7.1. Общая характеристика биогеоценозов.

Биогеоценоз – система взаимодействующих живых существ (биоценозов) и окружающей их неживой природы (гидросферы, литосферы, атмосферы). Биоценоз (биотическая часть, главный компонент биогеоценоза) – целостная, саморегулирующаяся биологическая система, в состав которой входят живые организмы, обитающие на одной территории (растения, животные, бактерии, грибы, вирусы).

Биогеоценоз – открытая система, в которую поступают энергия Солнца, газы атмосферы, вода, минеральные вещества почвы, а выделяются теплота, кислород, углекислый газ, биогенные органические вещества.

Энергия, поступающая в Биогеоценоз, затрачивается на обеспечение постоянного круговорота веществ, поддержание целостности системы и на ее развитие (эволюцию). Энергия проходит через ряд трофических уровней, являющихся звеньями цепей питания. Цепи питания – ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему. Общая закономерность состоит в том, что в основе любой пищевой цепи – зеленые растения, в конце – плотоядные (хищники). Количество особей и биомасса последовательно уменьшается в каждом следующем звене цепи - это правило экологической пирамиды, пример которой показан ниже.

Почему? Т.к. объем энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятельности организма, растет с повышением уровня морфофизиологической организации, то количество биомассы на более высоких уровнях уменьшается. Например, зообиомасса составляет около 3% от всей биомассы, причем около 95% в ней – беспозвоночные.

Обязательные компоненты биогеоценоза:

1. Абиотические неорганические и органические вещества среды.

2. Организмы – продуценты органических веществ (автотрофы, синтез из неорганических веществ, используется энергия Солнца или химических реакций)

3. Организмы – консументы (потребители готовых органических веществ), могут быть первого порядка – растительноядные, второго порядка – плотоядные, третьего и т.д.

4. Организмы – редуценты (разрушители), разлагающие органические вещества до неорганических.

Организмы, входящие в состав биогеоценозов, испытывают влияние неживой природы (абиотических факторов) и находятся под воздействием других живых организмов (биотические факторы).

7.2 Абиотические факторы внешней среды

При оценке влияния абиотического фактора используют характеристику интенсивности его действия на живую материю. Наиболее важные – ограничивающие (лимитирующие) факторы среды. Различают оптимум (наиболее благоприятная интенсивность) и пределы выносливости, за которыми следует гибель организма.

К основным ограничивающим абиотическим факторам среды относятся:

- температура (большинство видов приспособлено к узкому диапазону температур, существуют различные приспособления для предотвращения отрицательного воздействия неблагоприятных температур, например, теплокровность, снижение интенсивности обмена, зимняя спячка (стадия покоя), накопление питательных веществ, испарение влаги при перегревании и т.д.);

- свет (солнечная радиация), имеет значение интенсивность, продолжительность (фотопериод) и длина волны (особое значение для продуктивности растений; но оказывает влияние и на животных – синтез витамина Д, пусковой механизм физиологических процессов, обеспечивающих миграцию и размножение у птиц и млекопитающих);

- влажность (вода – необходимый компонент клетки, огромное влияние на жизнедеятельность растений и животных, различные приспособления к засухе от колючек у кактусов до спячки некоторых грызунов; для некоторых организмов – среда обитания);

- ионизирующее излучение (радиоактивные вещества горных пород, космическое, результаты человеческой деятельности – атомные стации, взрывы, накопление радиоактивных веществ в организмах, электромагнитные волны; к фоновому природному излучению живые существа адаптированы; чем сложнее устроен организм, тем более губительное влияние оказывает на него радиация, вызывает вредные мутации, причем наиболее чувствительна кроветворная ткань – костный мозг);

- загрязняющие вещества (антропогенный фактор, оказывают отрицательное воздействие на развитие организмов, обедняют структуру и функции биогеоценозов, вплоть до полного уничтожения).

7.3. Биотические факторы среды

Каждый живой организм живет в окружении множества других, вступая с ними в самые разнообразные отношения, как с положительными (пища, помощь), так и с отрицательными (гибель) для себя последствиями. Все эти многообразные связи обеспечивают возможность существования единой системы живых существ – биоценоза как стабильного саморегулирующегося сообщества.

Основные типы взаимоотношений между живыми организмами:

Ø позитивные - симбиоз,

Ø негативные – антибиоз (антагонизм),

Ø безразличные, индифферентные - нейтрализм.

Р азличают разные формы взаимоотношений, например, симбиотических:

- мутуализм – идеальный симбиоз, взаимополезное сожительство; вместе лучше, чем отдельно, вплоть до невозможности отдельного существования; лишайники как сожительство грибов и водорослей, термиты и жгутиковые простейшие, разлагающие целлюлозу; клубеньковые бактерии и бобовые растения и др);

- кооперация – взаимопомощь, временный симбиоз, могут жить и отдельно, животные – чистильщики (избавляют от паразитов, самим легче добыть пищу);

- комменсализм – один вид получает пользу от сожительства, а другой это безразлично (рыбы – прилипалы, гиены – львы).

Формы антагонистических взаимоотношений:

- хищничество – поедание одних животных другими видами (редко – растениями или грибами), частный случай – каннибализм как поедание особей своего вида;

- паразитизм – один вид получает питательные вещества от другого, часто нанося ему вред (паразиты растений, животных, даже бактерий – фаги);

- конкуренция – возникает у видов со сходными питательными потребностями, способы подавления других разные (прямое физическое воздействие, перехват солнечных лучей более мощной кроной, выработка антибиотиков и др.).

7.4. Устойчивость и эволюция биогеоценозов.

Структура биогеоценозов складывается в процессе эволюции, каждый вид приспосабливается и занимает свое место (нишу) или погибает и исключается из данного биогеоценоза. Состояние взаимоприспособленности видов (коадаптация) – обязательное условие существования биогеоценозов (БГЦ).

Показатели структуры и функционирования БГЦ:

- видовой состав;

- плотность популяций;

- число трофических уровней;

- общая биомасса;

- первичная продуктивность (энергия, накопленная в растительной биомассе);

- интенсивность потока энергии и круговоротов веществ.

Стабильность БГЦ зависит от многих факторов, как абиотических (изменение климата), так и абиотических. Появление нового вида по цепи может разрушить стабильность целого биогеоценоза.

Наиболее устойчивыми являются БГЦ, характеризующиеся:

· большим видовым разнообразием (если один вид исчезает, другие близкие могут заменить его в цепях питания);

· наличием неспециализированных видов (с разными источниками питания, способных существовать в меняющихся условиях среды); способность вида осваивать разные среды обитания выражается величиной экологической валентности;

· слабой степенью отграниченности от соседних экосистем (возможен обмен видами);

· большой биомассой (обеспечивает буферность при длительном действии неблагоприятных факторов).

Любая территория, пригодная для жизни по набору абиотических факторов, заселяется. При этом происходит смена биогеоценозов, т.е. идет процесс сукцессии. Первостепенная роль в освоении новых территорий принадлежит растениям и микроорганизмам, затем в сукцессию вовлекаются животные. Цепи питания постепенно усложняются, взаимоотношения совершенствуются. Для установления равновесия и стабильности БГ требуются сотни и тысячи лет. Состояние устойчивого равновесия называется климаксом. В этом состоянии БГЦ способен противостоять кратковременным внешним воздействиям. Глобальное изменение (смена климата) приводит к эволюции БГЦ. В настоящее время мощным фактором изменения БГЦ (до полного разрушения) является антропогенный.

7.5. Структура биосферы.

Термин биосфера был впервые введен австрийским геологом Зюссом в 1875 году для обозначения особой, живой оболочки Земли. Основы современных представлений о биосфере разработал академик В.И.Вернадский. Он впервые показал роль живых организмов в геохимических и энергетических превращениях минеральных оболочек природы, т.е. неживой природы.

Биосфера – оболочка Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами. Структурно состоит из биогеоценозов и включает следующие основные элементы:

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки)

3. Косное вещество, к. образуется без участия организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты)

4. Биокосное вещество – результат жизнедеятельности и абиогенных процессов (почвы).

Биосфера – многоуровневая система. Граница биосферы определяется областью распространения в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница – около 20 км на высоте, лимитирующий фактор – радиация, защита – озоновый слой. Нижняя граница в гидросфере на всей глубине мирового океана (10-11 км), в литосфере зависит от уровня проникновения воды (около 7,5 км).

Общая характеристика живого вещества: растения около 300 тыс видов, 99% биомассы, животные около 1,5 млн видов, 1% биомассы, из них 93% сухопутные, 7% водные; (95% - беспозвоночные, правило экологической пирамиды). Живое вещество – наиболее активный компонент биосферы, производит гигантскую геохимическую работу, способствуя преобразованию всех других оболочек земли в геологическом масштабе времени. Так, например, в результате фотосинтеза за год образуется 115 ·10⁹ млрд. т сухого органического вещества, 123 ·10⁹ т кислорода.

7.6 Круговорот веществ как главная функция биосферы

Благодаря круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов.

Важнейшие круговороты: воды, кислорода, углерода, азота, серы, фосфора.

Круговорот воды. Полный цикл биотического круговорота 2,5 млн лет. Испарение с поверхности водоемов, перенос воздушными течениями на многие километры, выпадение в виде осадков на поверхность суши и океанов, разрушение горных пород, растворение минеральных веществ, которые становятся доступными для растений и микроорганизмов; вода обеспечивает все биохимические процессы, по цепи питания для всех организмов, стекает в водоемы, испаряется и т.д.

Круговорот углерода. Полный цикл 300 лет. Вся органика содержит С. Начинается с фиксации атмосферного СО₂ растениями в процессе фотосинтеза, образуются углеводы и др. органика, использующаяся растениями и животными, которые в процессе дыхания выделяют СО₂, при разложении мертвых организмов происходит окисление органики тоже с выделением СО₂, т.е. происходит возвращение углерода в атмосферу.

Круговорот азота: в фиксации атмосферного азота большую роль играют азотфиксирующие микроорганизмы и водоросли. Нитраты поступают в растения и используются для синтеза белка, который затем попадает к консументам. После отмирания живых организмов белок разлагается гнилостными микроорганизмами до аммиака, затем до нитратов, часть которых в результате деятельности денитрифицирующих бактерий разлагается до газообразного азота.

7.7 Основы учения о ноосфере

Ноосфера (noos - древнегреч. разум) – сфера человеческого разума, мыслящий пласт, оболочка, существующая в биосфере самостоятельно. Учение о ноосфере было разработано академиком В.И.Вернадским. Он считал, что с появлением человека начался качественно новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.

Положительные последствия воздействия человека: выведение новых пород домашних животных, сортов с/х растений, создание культурных биогеоценозов, разработка новых штаммов микроорганизмов для целей биотехнологии, сохранение исчезающих видов в заповедниках, в будущем – восстановление исчезнувших путем клонирования.

Отрицательные: потребление (часто нерациональное) природных ресурсов, которые делятся на восполняемые (леса, водные, животные, растения) и невосполняемые (полезные ископаемые – нефть, уголь, руды); загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами, радиоактивными веществами, истребление видов растений и животных (сейчас около 600 видов позвоночных на грани полного истребления, например, киты, кенгуру, бегемоты); разрушение биогеоценозов.

8. Эволюция биосферы

8.1. Основные концепции эволюции. История развития эволюционного учения.

В истории развития эволюционного учения можно выделить несколько основных концепций, по-разному объясняющих происхождение и целесообразное устройство живого мира.

1. Креационизм – жизнь возникла в результате акта творения, все существующее в этом мире постоянно и неизменно.

2. Трансформизм – допускает некоторую изменчивость отдельных особей, но целесообразность – изначальное свойство организмов, данное богом.

3. Эволюционная теория Ламарка – признание исторического развития живого, но целесообразность – свойство, данное творцом.

4. Дарвинизм – эволюционная теория, изучающая общие закономерности развития органического мира; целесообразность в строении живых существ – результат борьбы за существование и естественного отбора.

5. Современная эволюционная теория как синтез дарвинизма и генетики.

Мыслители древности задумывались о происхождении и развитии жизни на Земле. Например, Фалес из Милета (5 век до нашей эры) считал, что общий источник всего живого – вода; Гераклит считал основой мира движение: «Все течет и ничто не остается постоянным»; Эмпедокл писал, что в основе всего существующего 4 физических принципа: огонь, воздух, вода и земля, ими управляют две силы – объединяющая (любовь) и разъединяющая (ненависть).

Доктрина абиогенеза (спонтанного самозарождения жизни) возникла в Древней Греции и господствовала вплоть до 18 века. Сущность: неживая материя, соединяясь с атомами огня (Демокрит) или с божественным активным началом (душой, Платон), образует живые существа. Аристотель высказывал идею о «лестнице существ», но без идеи о развитии от низшего к высшему.