Биосфера и генетика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1.   Введение

2.   Биосфера

2.1. Структура биосферы................................................................................….4

2.2. Эволюция биосферы...................................................................................5

2.3. Устойчивость биосферы............................................................................. 7

2.4. Биопродуктивность экосистем.................................................................. 10

2.5. Биосфера и человек.  Ноосфера................................................................. 15

2.6. Роль человеческого  фактора в развитии биосферы................................ 16

2.7. Экологические проблемы  биосферы.........................................................

3.Генетика………………………………………………………………………17

3.1. история развития генетики…………..………………………………..…..17

3.2. Генетический код………………………………………………………… 18

3.3.Молекулярная генетика…………………………………………………….19

4.   Используемая литература………………………………………………..…25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

       В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

 

       Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

 

       Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Биосфера (в современном  понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в  непрерывном обмене с этими организмами.Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды  и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых  организмов обуславливает возможность  существования всевозможных форм организмов и самого различного образования  их жизни.

Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную  систему. Выделяют несколько уровней  организации живой материи.

 

1.Молекулярный. Любая живая  система проявляется на уровне  взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов,  а также других важных органических  веществ.

2. Клеточный. Клетка - структурная  и функциональная единица размножения  и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных  форм жизни нет, а существование  вирусов лишь подтверждает это  правило, т.к. они могут проявлять  свойства живых систем только  в клетках.

3.Организменный. Организм  представляет собой целостную  одноклеточную или многоклеточную  живую систему, способную к  самостоятельному существованию.  Многоклеточный организм образован  совокупностью тканей и органов,  специализированных для выполнения  различных функций.

4.Популяционно-видовой. Под  видом понимают совокупность  особей, сходных по структурно-функциональной  организации, имеющих одинаковый  кариотип и единое происхождение  и занимающих определенный ареал  обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.

Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию  как систему надорганизменного  порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

5.Биогеоценотический. Биогеоценоз  - сообщество, совокупность организмов  разных видов и различной сложности  организации со всеми факторами  конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы  и литосферы.

6.Биосферный. Биосфера - самый  высокий уровень организации  жизни на нашей планете. В  ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество  и биокосное вещество (почва).

 

 

1. Структура биосферы.

        Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

Косное вещество биосферы.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые  делают невозможным существование  живых организмов. Верхняя граница  проходит примерно на высоте 20 км от поверхности  планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные  для жизни коротковолновую часть  ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы  могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В  гидросфере земной коры организмы проникают  на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.

      Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в  их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы  встречаются относительно редко. Жизнь  сосредоточена главным образом  на поверхности Земли, в почве  и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными  и микроорганизмами. Напротив, в  океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена  главным образом на суше. Суммарная  биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих  на Земле.

В распределении живых  организмов по видовому составу наблюдается  важная закономерность. Из общего числа  видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых  десятая часть - млекопитающие. Масса  живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических  процессах. Вещества и энергию, необходимую  для обмена веществ, организмы черпают  из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются. Ежегодно, благодаря  жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

                                          

                                             2. Эволюция биосферы.

      Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

     По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

           С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

      Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых  растений, образовался современный  газовый состав атмосферы, в ней  появился кислород. В свою очередь  на активность фотосинтеза существенно  влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и  тепла.

       В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой.

   Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

      Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах приполярья, и в горячих водах источников вулканических районов.

Такую способность к распространению  живого вещества В.И.Вернадский назвал «всюдностью жизни».

       Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который  как биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму  отображения окружающего мира), но и способность изготавливать  и использовать в своей жизни  орудия труда.

Посредством орудий труда  человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор  эволюция биосферы вступила в новую  фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

 

                                   

                                         

                                              3. Устойчивость биосферы.

        Какова устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий? Она очень велика. Биосфера существует уже около 3,8 миллиардов лет (Солнце и планеты – около 4,6 миллиарда) и за это время ее эволюция не прерывалась: это следует из того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. И как бы не были велики возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду глобальных катастроф, приводивших к исчезновению многих видов, в биосфере всегда находились внутренние резервы для восстановления и развития.

Только за последние 570 миллионов  лет отмечено шесть крупных катастроф. В результате одной из них число  семейств морских животных уменьшилось  более чем на 40%. Крупнейшая катастрофа на границе пермского и триасового периодов (240 миллионов лет назад) привела к вымиранию около 70% видов, а катастрофа на границе мелового и третичного периодов (67 миллионов  лет назад) -  вымиранию почти  половины видов (тогда-то вымерли и  динозавры).