Понятие о пластическом обмене. Фотосинтез, общая характеристика

    Схема действия  естественного отбора в системе  вида, по Дарвину, сводится к следующему:

1. Изменчивость свойственна  любой группе животных и растений, и организмы отличаются друг от друга во многих различных отношениях.

2. Число организмов каждого  вида, рождающихся на свет, больше  того числа, которое может найти  пропитание и выжить. Тем не  менее, поскольку численность каждого вида в естественных условиях постоянна, следует предполагать, что большая часть потомства гибнет. Если бы все потомки какого-либо вида выживали и размножались, то весьма скоро они вытеснили бы все другие виды на земном шаре.

3. Поскольку рождается  больше особей, чем может выжить, происходит борьба за существование, конкуренция за пищу и место  обитания. Это может быть активная  борьба не на жизнь, а на  смерть или менее явная; но  не менее действенная конкуренция, как, например, при переживании растениями  засухи или холода.

4. Среди множества изменений, наблюдающихся у живых существ, одни облегчают выживание в борьбе за существование, другие же приводят к тому, что их обладатели гибнут. Концепция «выживания наиболее приспособленных» представляет собой ядро теории естественного отбора.

5. Выживающие особи дают  начало следующему поколению, и  таким образом «удачные» изменения передаются последующим поколениям. В результате каждое следующее поколение оказывается все более приспособленным к среде обитания; по мере изменения среды возникают дальнейшие приспособления. Если естественный отбор действует на протяжении многих лет, то последние отпрыски могут оказаться настолько несхожими со своими предками, что их можно будет выделить в самостоятельный вид.

     Может также  случиться, что некоторые члены  данной группы особей приобретут одни изменения и окажутся приспособленными к окружающей среде одним способом, тогда как другие ее члены, обладающие другим комплексом изменений, окажутся приспособлены иначе; таим путем от одного предкового вида при условии изоляции подобных групп может возникнуть два и более видов.

     Главным результатом  эволюции является совершенствование  приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Дарвин приводит множество доказательств повышения приспособленности организмов, обусловленной естественным отбором. Это, например, широкое распространение среди животных покровной окраски (под цвет местности, в которой обитают животные, или под цвет отдельных предметов. Многие животные, имеющие специальные защитные приспособления от поедания их другими животными, имеют, кроме того, предупреждающую окраску (например, ядовитые или несъедобные животные). У некоторых животных распространена угрожающая окраска в виде ярких отпугивающих пятен. Многие животные, не имеющие специальных средств защиты, по форме тела и окраске подражают защищенным (мимикрия). У многих из животных имеются иглы, колючки, хитиновый покров, панцирь, раковина, чешуя и т. п. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, обеспечивая существование вида в определенных условиях. Среди растений широко распространены самые разнообразные приспособления к перекрестному опылению, распространению плодов и семян. У животных большую роль в качестве приспособлений играют различного рода инстинкты (инстинкт заботы о потомстве, инстинкты, связанные с добыванием пищи, и т. д.).

     Вместе с  тем Дарвин отмечает, что приспособленность  организмов к среде обитания (их  целесообразность), наряду с совершенством, носит относительный характер. При резком изменении условий полезные признаки могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, у водных растений, поглощающих воду и растворенные в ней вещества, всей поверхностью тела, слабо развита корневая система, но хорошо развиты поверхность побега и воздухоносная ткань – аэренхима, образованная системой межклетников, пронизывающих все тело растения. Это увеличивает поверхность соприкосновения с окружающей средой, обеспечивая лучший газообмен, и позволяет растениям полнее использовать свет и поглощать углекислый газ. Но при пересыхании водоема такие растения очень быстро погибнут. Все их приспособительные признаки, обеспечивающие их процветание в водной среде, оказываются бесполезными вне ее.

    Другой важный  результат эволюции – нарастание  многообразия видов естественных групп, т. е. систематическая дифференцировка видов. Общее нарастание многообразия органических форм весьма усложняет те взаимоотношения, которые возникают между организмами в природе. Поэтому в ходе исторического развития наибольшее преимущество получают, как правило, наиболее высокоорганизованные формы. Тем самым осуществляется поступательное развитие органического мира на Земле от низших к высшим. Вместе с тем, констатируя факт прогрессивной эволюции, Дарвин не отрицает морфофизиологического регресса (т. е. эволюции форм, приспособления которых к условиям среды идут через упрощение организации), а также такого направления эволюции, которое не приводит ни к усложнению, ни к упрощению организации живых форм. Сочетание различных направлений эволюции приводит к одновременному существованию форм, различающихся по уровню организации.

3.  Понятие о биогеоценозе

    Человеку в своей повседневности постоянно приходится иметь дело с конкретными участками окружающих его природных комплексов: участками поля, луга, болота, водоема. Любой участок земной поверхности, или природный комплекс, должен рассматриваться как определенное природное единство, где вся растительность, фауна и микроорганизмы, почва и атмосфера тесно взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом. С этим взаимосвязями необходимо считаться при всяком хозяйственном использовании природных ресурсов (растительных, животных, почвенных и др.).

Природные комплексы, в которых полностью сформировалась растительность, и которые могут существовать сами по себе, без вмешательства человека, а если человек или что-то другое, нарушит их, то они будут восстанавливаться, причем по определенным законам. Такие природные комплексы и есть биогеоценозы (рис. 1 и 2).

    Самые сложные и важные природные биогеоценозы – лесные (рис. 3). Ни в одном природном комплексе, ни в одном типе растительности эти взаимосвязи не выражены так резко и так многогранно, как в лесу.

    Лес  представляет собой наиболее мощную «пленку жизни». Лесам принадлежит доминирую-щая роль в сложении растительного покрова Земли. Они покрывают почти третью часть суши планеты – 3,9 млрд. га. Если учесть, что пустыни, полупустыни и тундры занимают около 3,8 млрд. га, а более 1 млрд. га приходится на бросовые, застроенные и другие непродуктивные земли, то становится очевидным, насколько велико значение лесов в формировании природных комплексов и выполняемой им функции живого вещества на Земле. Масса органического вещества, сосредоточенного в лесах, составляет 1017–1018 т, что в 5–10 раз превышает массу всей травянистой растительности.

Именно поэтому особое значение придавалось и придается биогеоценологическим исследованиям лесных систем и термин «биогеоценоз» был предложен академиком В.Н. Сукачевым в конце 30-х гг. 20 в. применительно к лесным экосистемам. Но оно правомерно по отношению к любой природной экосистеме в любом географическом районе Земли.

    Определение биогеоценоза по В.Н.Сукачеву (1964: 23) считается классическим – «... это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществ и энергией: между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении и развитии …".

     В этом определении отражаются все сути биогеоценоза, черты и особенности, присущие только ему: биогеоценоз должен быть однородным по всем параметрам: живого и неживого вещества: растительности, животному миру, почвенному населению, рельефу, почвообразующей породе, свойствам почвы, глубине и режимам грунтовых вод; каждому биогеоценозу присуще наличие особого, только ему присущего типа обмена веществ и энергии, всем компонентам биогеоценоза свойственно единство жизни и ее среды, т.е. особенности и закономерности жизнедеятельности биогеоценоза определяются средой его обитания, таким образом, биогеоценоз представляет собой географическое понятие.

Кроме того, каждый конкретный биогеоценоз должен:

- быть однородным по  своей истории;

- быть достаточно долговременным  сложившимся образованием;

- ясно отличаться по  растительности от соседних биогеоценозов  и эти отличия должны быть закономерными и экологически объяснимыми.

Примеры биогеоценозов:

- дубняк разнотравный  на подножье делювиального склона  южной экспозиции на горной буро-лесной среднесуглинистой почве;

- луг злаковый в лощине  на суглинистых оторфованных  почвах,

- луг разнотравный на  высокой пойме реки на пойменной  дерново-глееватой среднесуглинистой  почве,

- лиственничник лишайниковый  на Al-Fe-гумусово-подзолистых почвах,

- лес смешанный широколиственный  с лиановой растительностью на  северном склоне на бурых лесных почвах и др.

    Более простое определение: "Биогеоценоз – это вся совокупность видов и вся совокупность компонентов неживой природы, определяющих существование данной экосистемы с учетом неизбежного антропогенного воздействия". Последнее добавление с учетом неизбежного антропогенного воздействия – дань современности. Во времена В.Н. Сукачева не было необходимости относить антропогенный фактор к основным средообразующим, каковым он является сейчас.

Область знаний о биогеоценозах называется биогеоценологией. Чтобы управлять природными процессами, надо знать закономерности, которым они подчинены. Эти закономерности изучает ряд наук: метеорология, климатология, геология, почвоведение, гидрология, различные отделы ботаники и зоологии, микробиология и др. Биогеоценология же обобщает, синтезирует результаты перечисленных наук под определенным углом зрения, обращая основное внимание на взаимодействия компонентов биогеоценозов между собой и вскрывая общие закономерности, управляющие этими взаимодействиями.

Объектом изучения биогеоценологии является биогеоценоз.

Предмет изучения биогеоценологии – взаимодействия компонентов биогеоценозов между собой и общие законы, управляющие этими взаимодействиями.

4.  Угроза глобального потепления

     В последнее время в обществе широко обсуждается проблема глобального потепления, которое волнует не только ученых, но и политиков и простых граждан. Практически каждый день мы видим телевизионные репортажи и ток-шоу или читаем в газетах статьи на эту тему. Для тех, кто следит за темой, очевидно, что не все ученые имеют одну и ту же точку зрения, не все политики готовы объединять усилия разных стран для предотвращения глобальной угрозы.

   Глобальное потепление  несет несколько конкретных опасностей  для человечества:

1) Увеличение частоты  климатических катастроф: тайфунов, ураганов, наводнений (рис. 3), засух — которые сопровождаются большим количеством человеческих жертв. Наиболее уязвимы будут побережья океанов и морей, дельты крупных рек, небольшие острова, жители которых, чтобы избежать гибели, должны будут переселяться ближе к центру материков (7). Из-за расширения площадей, подверженных опустыниванию и засухам, миллионы людей станут «экологическими мигрантами», вынужденными покидать родные места, лишенные еды и воды. Уже сейчас во всем мире численность таких мигрантов достигает 10 млн. человек и с каждым годом эта цифра растет (4). Очень сильно увеличится дефицит водных ресурсов в тропических и субтропических регионах, жители которых уже сейчас испытывают острую нехватку воды.

2) Сокращение территорий, пригодных для ведения высокоэффективного  сельского хозяйства, что несет  угрозу продовольственной безопасности  человечества. Наибольшее снижение урожайности ожидается в большинстве тропических и субтропических регионах (7), одних из наиболее продуктивных в настоящее время, и где проживает значительная доля населения Земли. Если же среднегодовая температура станет больше на несколько градусов, снижение урожайности охватит и средние широты, в результате проблемы с продовольствием возникнут и у развитых стран. Кроме того, из-за увеличения температуры морской воды сократиться численность промысловых видов рыб, особенно в высоких и средних широтах.

3) Усиление непрогнозируемости  погоды — станет еще сложнее  предсказывать погоду на среднесрочную и даже краткосрочную (несколько дней) перспективу, что очень опасно для сельского хозяйства, транспорта, энергетики, ЖКХ и т.д. Широко известно, к каким проблемам приводят в Москве неожиданные ураганы, ливни или снегопады, порой парализующие жизнь мегаполиса на несколько дней. Сейчас такие события происходят 1–3 раза в год, а при глобальном изменении климата их вероятность может возрасти на порядок. Это чрезвычайно усложнит жизнь крупных городов, приведет к увеличению числа техногенных катастроф. Возрастет и число аварий на транспорте, особенно авиационном и железнодорожном, поскольку они особенно чувствительны к капризам погоды.

4) Повышение уровня океана  приведет к затоплению многих  прибрежных городов, чаще всего крупных, важных для экономики портов и даже полному исчезновению небольших островных государств. Увеличение уровня мирового океана только за счет термального расширения воды при увеличении ее температуры составит всего 0,88 м. Однако даже это приведет к разрушению значительной части береговой инфраструктуры, затоплению практически всех пляжей (где же тогда отдыхать в отпуск?!), засолению питьевой воды в прибрежных городах, необходимости вложения значительных средств в создание защитных сооружений. Если же подъем уровня океана за счет таяния ледников окажется еще больше, то и масштаб проблем возрастет. Для России это чревато также затоплением обширных прибрежных низменностей Сибири, где добывается основная часть нефти и газа, что сильно усложнит и удорожит их добычу.

5) Еще очень важная  проблема, которая появится у  стран расположенных в северных  широтах, — разрушение вечной  мерзлоты. Сейчас на ней стоят  заводы, жилые дома, железные дороги, нефте- и газопроводы, методика строительства которых давно отработана. Особенно много городов и объектов, стоящих на вечной мерзлоте, расположено в России. Разрушение вечной мерзлоты повлечет за собой разрушение этих строений, что станет причиной значительного числа техногенных катастроф — разрушения домов, аварий на нефтепроводах, железных дорогах и др. (Рис.4).