Химический состав живых организмов

является предметом такой биологической науки как биохимия. Как мы уже знаем, все живые организмы состоят из клеток. Клетки, в свою очередь состоят из химических элементов. Химические элементы, без которых была бы невозможна жизнь на Земле, называются биогенными элементами.

Биогенные элементы – это химические элементы, которые входят в состав клеток организма, а также те элементы, без которых невозможна жизнедеятельность клеток: органические и неорганические вещества, полимерные и низкомолекулярные. Каждый из нас с детства знает, что человек более чем наполовину состоит из воды. Соответственно, первым и самым главным биогенным веществом является вода.

Основные химические элементы организмов:

- водород;

- кислород;

- фосфор;

- сера;

- азот;

- углерод.

Неорганические соединения в составе живых организмов:

- карбонаты;

- фосфаты;

- соли аммония;

- сульфаты.

Также к биогенным элементам можно отнести следующие неметаллы:

1) Йод и йодные соединения очень важны для организма, играют большую роль в обменных процессах. Йод входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы.

2) Хлор. Анионы этого элемента поддерживают солевую среду организма на уровне, необходимом для правильной жизнедеятельности. Также входит в состав некоторых органических соединений.

3) Кремний. Входит в состав связок и хрящей (ортокремниевая кислота), служит в качестве связки в некоторых полисахаридных цепях.

4) Селен и его производные. Входят в состав некоторых ферментов (селеноцестеин).

Другие органические вещества, входящие в состав живого организма:

• Уксусный альдегид;
• Уксусная кислота;
• Этанол – является продуктом и субстратом биохимических реакций.

Не менее важными являются следующие соединения:

- ГЕМ – это соединение железа с молекулой парафина;

- кобаламин – кобальтовое соединение (витамин В12).

Кальций и магний – основные металлы, которые наряду с железом чаще всего встречаются в биологических системах. Магний и его ионы играют важную роль для функционирования клетки, точнее, рибосом и синтеза белка в клетке. Также магний является частью хлорофилла. Кальций в живом организме может присутствовать в виде нерастворимых солей:

- карбонат кальция – вещество, из которого состоят раковины моллюсков;

- фосфат кальция – участвует в построении скелета.

В состав ферментов входят многие металлы 4 периода периодической системы:

1) Железо участвует в процессе насыщения клеток кислородом, являясь частью гемоглобина.

2) Ионы цинка содержатся почти во всех ферментах.

3) Марганец также входит в состав некоторых ферментов, но более важную роль играет для поддержания нормальной внешней биосферы: обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, а также участвует в фотохимическом восстановлении воды.

4) Молибден является составной частью нитродиназа - фермента азотфиксирующих бактерий, который способствует восстановлению азота извне до аммиака.

5) Кобальт – как мы уже сказали, является частью кобаламина или витамина В12.

Низкомолекулярные соединения, которые входят в состав живых организмов:

• Аминокислоты – из них состоят белки.
• Моно и алигосахариды – из них состоят структурные ткани организмов.
• Нуклеамиды – из них состоят нуклеиновые кислоты.
• Липиды – составляющие клеточных оболочек.

Также существует множество других веществ, которые активно участвуют в жизнедеятельности живых организмов: коферменты, терпены и многие другие.

Химический состав живых организмов

Основу живого составляют два класса химических соединений - белки и нуклеиновые кислоты. Причем в живых организмах, в отличие от неживого вещества, эти соединения характеризуются так называемой хиральной чистотой. В частности, белки построены только на основе левовращающих (поляризующих свет влево) аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят исключительно из правовращающих сахаров. Эта хиральная чистота сложилась на самых начальных этапах эволюции живого вещества. Считается, что минимальное время глобального перехода от полного хаоса к хиральной чистоте составляет от 1 до 10 млн. лет. Следовательно, в этом смысле зарождение жизни могло произойти на Земле относительно мгновенно за отрезок времени, в 5 тыс. раз меньший предполагаемого возраста планеты.

Белки ответственны прежде всего за обмен веществ и энергии в живой системе, т.е. за все реакции синтеза и распада, осуществляющиеся в любом организме от рождения и до смерти. Нуклеиновые кислоты обеспечивают способность живых систем к самовоспроизведению. Они - основа матрицы, удивительного "изобретения" природы. Матрица представляет своего рода чертеж, т. е. полный набор информации, на основе которого синтезируются видоспецифические молекулы белка.

Помимо белков и нуклеиновых кислот, в состав живых организмов входят липиды (жиры), углеводы и очень часто аскорбиновая кислота.

В живых системах найдены многие химические элементы, присутствующие в окружающей среде, однако необходимы для жизни лишь около 20 из них. Эти элементы получили название биогенных. В среднем около 70% массы организмов составляет кислород, 18% - углерод, 10% - водород (вещества-органогены). Далее идут азот, фосфор, калий, кальций, сера, магний, натрий, хлор, железо. Эти так называемые универсальные биогенные элементы, присутствующие в клетках всех организмов, нередко называют макроэлементами.

Часть элементов содержится в организмах в крайне низких концентрациях (не выше тысячной доли процента), но они также необходимы для нормальной жизнедеятельности. Это биогенные микроэлементы. Их функции и роль весьма разнообразны. Многие микроэлементы входят в состав ряда ферментов, витаминов, дыхательных пигментов, некоторые влияют на рост, скорость развития, размножение и т. д.

Присутствие в клетках целого ряда элементов зависит не только от особенностей организма, но и от состава среды, пищи, экологических условий, в частности от растворимости и концентрации солей в почвенном растворе. Резкая недостаточность или избыточность биогенных элементов приводит к ненормальному развитию организма или даже к его гибели. Добавки биогенных элементов в почву для создания их оптимальных концентраций широко используются в сельском хозяйстве.

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

1. Макроэлементы – О, С, Н, N (в сумме около 98-99%, их еще называют основные), Са, К, Мg, Р, S, Nа, Сl, Fе (в сумме около 1–2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов.

2. Микроэлементы – Mn, Со, Zn, Сu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 %.

3. Ультрамикроэлементы – Se, U, Ra, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке – вода (75–85 % от сырой массы живых организмов) и минеральные соли (1–1,5 %), важнейшие органические вещества – углеводы (0,2–2,0 %), липиды (1–5 %), белки (10–15 %) и нуклеиновые кислоты (1–2 %).

. Углеводы – органические соединения, содержащие в своем составе углерод, водород и кислород. Они подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Углеводы являются основным источником энергии всех форм клеточной деятельности. Они участвуют в построении прочных тканей растений (в частности, целлюлозы) и играют роль запасных питательных веществ в организмах. Углеводы являются первичным продуктом фотосинтеза зеленых растений.

2. Липиды – это жироподобные вещества, плохо растворимые в воде (состоят из атомов углерода и водорода). Липиды участвуют в построении клеточных перегородок (мембран), плохо проводят тепло, выполняя тем самым защитную функцию. Кроме того, липиды являются запасными питательными веществами.

3. Белки представляют собой сочетание протеиногенных аминокислот (20 штук) и на 30-50% состоят из АК. Белки имеют большие размеры, являясь по своей сути макромолекулами. Белки выполняют роль естественных катализаторов протекания химических процессов. В состав белков также входят металлы, такие как железо, магний, марганец.

4. Нуклеиновые кислоты (НК) формируют ядро клетки. Различают 2 основных вида НК: ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота и РНК - рибонуклеиновая кислота. НК регулируют процесс синтеза, осуществляют передачу наследственной информации из поколения в поколение.

Среди живых организмов только вирусы не имеют клеточного строения. Все остальные организмы представлены клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. К прокариотам относят бактерии и цианобактерии (сине-зеленые), к эукариотам — растения, грибы и животных.

Прокариотические клетки устроены сравнительно просто, они не имеют ядра. Область расположения ДНК в цитоплазме называется нуклеоид. Единственная молекула ДНК — кольцевая и не связана с белками; клетки меньше эукариотических, в состав клеточной стенки входит гликопептид — муреин; мембранные органоиды отсутствуют, их функции выполняют впячивания плазматической мембраны (мезосомы); рибосомы мелкие, микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру.

Эукариотические клетки имеют ядро, в котором находятся хромосомы — линейные молекулы ДНК, связанные с белками, в цитоплазме расположены различные мембранные органоиды.

Растительные клетки отличаются наличием толстой целлюлозной клеточной стенки, пластида, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. Запасным углеводом является крахмал.

Клетки грибов имеют клеточную стенку, содержащую хитин; в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным углеводом является гликоген.

Животные клетки не имеют клеточной стенки, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.

В зависимости от количества клеток, из которых состоят организмы, их делят на одноклеточные и многоклеточные.

Одноклеточные организмы состоят из одной-единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшие, некоторые зеленые водоросли и грибы.

Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединенных в ткани, органы и системы органов. Клетки многоклеточного организма специализированы для выполнения определенной функции и могут существовать вне организма лишь в микросреде, близкой к физиологической (например, в условиях культуры тканей).

Клетки в составе многоклеточного организма различаются по размерам, форме, структуре и выполняемым функциям. Несмотря на индивидуальные особенности все клетки построены по единому плану и имеют много общего.

11.2. Среды жизни, экологические факторы

Все разнообразие природных условий, которое встречается на Земле, называют средой жизни. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее выделяют продукты своего обмена веществ. На нашей планете живые организмы освоили четыре среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Организмы ведут свое существование в одной или нескольких средах жизни. Первой средой обитания на Земле стала вода. Затем живые организмы освоили наземно-воздушную среду, создали и заселили почву. Организменную среду освоили паразиты и симбионты (табл. 9.1).

Таким образом, своеобразие условий каждой среды жизни обусловило своеобразие живых организмов, свойственное разным средам. У всех организмов в процессе эволюции выработались специфические, морфологические, физиологические, поведенческие и другие приспособления к обитанию в своей среде. Все среды жизни, обеспечивая необходимыми условиями живущие в них организмы, постоянно претерпевают существенные изменения от жизнедеятельности этих организмов.

Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдельные факторы. Под экологическими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями или адаптациями. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. Все многообразие экологических факторов подразделяют на три группы – абиотические, биотические и антропогенные. Абиотические факторы – компоненты неживой природы. К ним относят: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.), геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.), эдафические или почвенные (плотность, структура, состав почвы), гидрологические (вода, течение, соленость, давление) и другие. Биотические факторы – факторы живой природы. В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на фитогенные (влияние растений), зоогенные (животных), микробогенные (микроорганизмы), микогенные (грибы). Влияние биотических факторов вызывает рядприспособительных реакций со стороны растений и животных. Антропогенные факторы – факторы человеческой деятельности. Человек вызывает серьезные изменения в биогеоценозах. При этом изменения, производимые им, создают для одних видов благоприятные условия развития, а для других – неблагоприятные. В результате между видами возникают новые численные отношения, перестраиваются пищевые цепи, появляются приспособления, необходимые для существования организмов в измененной среде.

Сравнительная характеристика сред жизни и адаптации к ним живых организмов

Экологические факторы могут оказывать на организм прямое действие и косвенное, положительное и отрицательное; они обладают различной изменчивостью во времени и в пространстве. Одни из них относительно постоянны (солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (температура и влажность воздуха). Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Экологические факторы оказывают на живые организмы различные воздействия: ограничивающее (делают невозможным существование в данных условиях), раздражающее (вызывают биохимические и физиологические адаптации), модифицирующее (вызывают морфологические и анатомические изменения организмов), сигнальное (информируют об изменениях других факторов среды). Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями (силой и диапазоном действия). Диапазон определяется как отрезок (амплитуда) в действии фактора, конкретный для каждого организма. Поэтому фактор имеет начальную границу действия, то есть порог включения фактора, и конечную, «верхнюю» границу действия фактора. Благоприятная сила воздействия называется оптимальной зоной экологического фактора или оптимумом. Угнетающее действие (максимальное или минимальное) называется зоной пессимума. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. При этом действие одного какого-либо фактора зависит от уровня действия других. Необходимо отметить, что совокупность факторов действует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую экологическую валентность – минимальную способность к приспособлению.

Типы отношений между организмами

Отношения могут быть как внутри-, так и межвидовые.

Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие:

Положительное (+) — один организм получает пользу за счёт другого.

Отрицательное (−) — организму причиняется вред из-за другого.

Нейтральное (0) — другой никак не влияет на организм.

Таким образом, возможны следующие варианты отношений между двумя организмами по типу влияния их друг на друга:

Симбиоз[править | править вики-текст]

Подразделяется на факультативный и облигатный.[1]

+ + Облигатный симбиоз[1] — форма симбиоза, при которой в естественных условиях популяции не могут существовать друг без друга (пример: симбиоз гриба и водоросли в лишайнике).[2] Разновидностью облигатного симбиоза является:

Мутуализм — форма облигатного взаимовыгодного сожительства организмов двух и более видов.[1]

+ + Факультативный симбиоз[1] (Протокооперация (англ.)) — форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно, но не обязательно для сожителей. (например, взаимоотношения краба и актинии: актиния защищает краба и использует его в качестве средства передвижения)

0 + Комменсализм — форма симбиоза, при которой одна популяция извлекает пользу от взаимоотношения, а другая не получает ни пользы, ни вреда. Выделяют следующие типы комменсализма: зоохорию, паройкию, синойкию (квартирантство), энтойкию, эпибиоз, эпиойкию (эпойкию, нахлебничество), форезию.

− + Паразитизм — форма симбиоза, при которой один организм (паразит) использует другой (хозяин) в качестве источника питания или/и среды обитания, возлагая при этом (частично или полностью) на хозяина регуляцию своих отношений с внешней средой. Паразитизм так же бывает облигатным, когда паразит не может существовать без хозяина (типичный пример — вирусы) и факультативным (вши, блохи, паразитические черви и т. д.).

Инквилинизм — одно животное, проникая в чужое жилище, уничтожает хозяина, после чего использует жилище в своих целях.

Хищничество[править | править вики-текст]

− + Хищничество — явление, при котором один организм питается органами и тканями другого (при этом умерщвление жертвы не обязательно), при этом не наблюдается симбиотических отношений. Но в современной экологии часто используется общее понятие хищничества, в которое также входят паразитизм и растительноядность (фитофагия).

Нейтрализм[править | править вики-текст]

0 0 Нейтрализм — обе популяции не оказывают никакого воздействия друг на друга, например волк и дождевой червь.

Антибиоз[править | править вики-текст]

− 0 Аменсализм— форма антибиоза, при которой одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает ни отрицательного, ни положительного влияния. Типичный пример — высокие кроны деревьев, угнетающие рост низкорослых растений и мхов, за счет частичного перекрывания доступа солнечного света.

− − Аллелопатия — форма антибиоза, при которой организмы оказывают взаимно вредное влияние друг на друга, обусловленное их жизненными факторами (например, выделениями веществ). Встречается, в основном, у микроорганизмов, растений, грибов. При этом вредное влияние одного организма на другой не является необходимым для его жизнедеятельности и не приносит ему пользы.

− − Конкуренция — форма, при которой два вида организмов являются биологическими врагами по своей сути (как правило, из-за общей кормовой базы или ограниченных возможностей для размножения). Например, между хищниками одного вида и одной популяции или разных видов, питающихся одной пищей и обитающих на одной территории. В этом случае вред, причиняемый одному организму, приносит пользу другому, и наоборот.

Экосистемы. Функциональные группы организмов в экосистемах

Биология (Экология)

Биотоп — участок территории, однородный по условиям жизни для определенных видов растений или животных.

Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность популяций различных организмов, населяющих одну территорию.

Экосистема, или биогеоценоз, — совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих устойчивую систему жизни.

Экосистема = биотоп + биоценоз

Автор термина «экосистема» — английский эколог А. Тенсли.

Автор термина «биогеоценоз» — академик В. Н. Сукачев.

В биогеоценозе В. Н. Сукачев выделял два блока: экотоп (совокупность условий абиотической среды) и

биоценоз (совокупность всех живых организмов).

В соответствии с определениями, между понятиями «экосистема» и «биогеоценоз» нет никакой разницы, биогеоценоз можно считать полным синонимом термина «экосистема».

Экосистема — основная функциональная единица в экологии.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде. Исключение — глубоководные экосистемы: «черные» и «белые» курильщики, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

Основные свойства экосистемы:

• самовоспроизведение;
• саморегуляция;
• устойчивость.

Искусственные экосистемы — это экосистемы, созданные человеком, например агроценозы.

Биом — совокупность экосистем со сходным типом растительности, расположенных в одной природно-климатической зоне (тундровый биом, степной биом и т. п.).

Биосфера — экосистема высшего порядка, объединяющая все остальные экосистемы и обеспечивающая существование жизни на Земле.

Термин «биосфера» был введен Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. Однако создание целостного учения о биосфере принадлежит русскому ученому Владимиру Ивановичу Вернадскому.

компоненты экосистемы

Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

• Продуценты — автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.
• Консументы — гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
• Редуценты — гетеротрофные организмы, потребляющие мертвое органическое вещество, переводя его вновь в неорганические соединения.

Классификация эта относительная, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов в течение жизни, выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.

Круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов — за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например на тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов.

Биогеоценоз: функциональные группы организмов

Механизм взаимодействия живого и косного вещества состоит в вовлечении неорганической материи в сферу жизни, в ее превращениях в живом веществе и возвращении в прежнее состояние косного вещества. В связи с этим в любой экосистеме можно выделить по типу питания три функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они способны аккумулировать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создавать органические вещества.

Консументы, или потребители, - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную.

Редуценты - грибы и бактерии, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Продукты минерализации вновь используются продуцентами.

Продуценты, консументы и редуценты существуют во всех наземных (хвойные и лиственные леса, тундры, степи, пустыни, луга) и водных (океаны, моря, реки, озера, пруды) экосистемах. Например, экосистемы леса и пруда различаются средой обитания, видовым составом популяций, но содержат все три функциональные группы. Продуценты в лесу - это деревья, кустарники, травы, мхи, а в пруду - водные растения, водоросли, синезеленые. В состав консументов леса входят звери, птицы, насекомые, беспозвоночные животные, населяющие лесную подстилку и почву. В пруду к консументам относятся рыбы, земноводные, ракообразные, насекомые. Редуценты представлены в лесу наземными, в пруду - водными формами.

Таким образом, в экосистеме пищевые и энергетические связи идут в следующем направлении: продуценты - консументы - редуценты.

В каждую функциональную группу входит множество популяций и только тесное взаимодействие всех трех групп обусловливает функционирование экосистемы.

Основоположником учения о биогеоценозах является отечественный эколог, ботаник и лесовод В.Н. Сукачев (1880-1967).

Пищевая цепь

Пищева́я ('трофи́ческая) цепь — ряд взаимоотношений между группами организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов), при котором происходит перенос вещества и энергии путем поедания одних особей другими.[1][2]

Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80–90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4–5.

Структура пищевой цепи[править | править вики-текст]

Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища — потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов.

Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциальная энергия пищи переходит к её потребителю. При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80–90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4–5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.

Трофическая сеть[править | править вики-текст]

Обычно для каждого звена цепи можно указать не одно, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища — потребитель». Так, траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы являются пищей не только для человека. Установление таких связей превращает пищевую цепь в более сложную структуру — трофическую сеть.

Трофический уровень[править | править вики-текст]

Трофический уровень — условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы.

В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем.

Типы пищевых цепей[править | править вики-текст]

Существуют 2 основных типа трофических цепей — пастбищные и детритные.

В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные, консументы 1-го порядка (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом консументы (консументы) 2-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), консументы 3-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.

В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространённых в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоёмах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Наземные детритные цепи питания более энергоёмки, поскольку большая часть органической массы, создаваемой автотрофными организмами, остаётся невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасённых автотрофами, 90 же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.

1.Цепи питания

Живые организмы в экосистеме, мертвые их остатки и их отбросы являются пищей для других организмов. Питательные вещества1 таким образом переходят из одного организма в другой, образуя непрерывные пищевые цепи.

Начало пищевым цепям дают продуценты. Они усваивают из окружающей среды воду, неорганические(минеральные) соли, углекислый газ, кислород и с помощью фотосинтеза строят свое тело.

Следующие звенья цепи питания составляют консументы, которые поедают как продуцентов, так и себе подобных.

Консументы, которые питаются продуцентами, называются консументами I порядка - травоядные или растительноядные животные.

Консументы, которые поедают травоядных I порядка, называются консументами II порядка - плотоядные животные (хищники).

Хищников, питающихся вторичными консументами, называют консументами III порядка и т.д.

Организмы, употребляющие один тип пищи, принадлежат к одному трофическому уровню2.

Продуценты относятся к первому трофическому уровню, консументы I порядка - ко второму, консументы II порядка - к третьему уровню и т.д.

Дополнительные звенья в пищевой цепи составляют дедритофаги, которые питаясь отходами и трупами, могут стать добычей хищников (напр., муравьед питается муравьями). И так органическое вещество возвращается в органический круговорот3.

В конце пищевой цепи находятся редуценты(деструкторы), которые превращают отмершее органическое вещество в неорганические соединения.

Простые и сложные пищевые цепи связаны между собой, образуя обширную сеть. Она так и называется пищевая сеть.

2.Правило экологической пирамиды

Итак, в основе цепей питания лежат зеленые растения. Зелеными растениями питаются и насекомые, и позвоночные животные, которые, в свою очередь, служат источником энергии и вещества для построения тела потребителей второго, третьего и т.д. порядков. Общая закономерность заключается в том, что количество особей, включенных в пищевую цепь, в каждом звене последовательно уменьшается и численность жертв значительно больше численности их потребителей. Это происходит потому, что в каждом звене пищевой цепи, на каждом этапе переноса энергии 80-90% ее теряется, рассеиваясь в форме теплоты. Это обстоятельство ограничивает число звеньев цепи (обычно их бывает от 3 до 5). В среднем из 1 тыс.кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы4, а вторичные хищники - только 1кг. Следовательно, живая биомасса в каждом последующем звене цепи прогрессивно уменьшается. Эта закономерность носит название Правила экологической пирамиды 5.

Природная экосистема - биологическая система, которая состоит из живых организмов, сред их обитания, систем связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.

Примеры природных экосистем: лиственные леса, тундра, пруды и т. п. В каждой из таких экосистем можно найти все три группы организмов, необходимых для жизнеспособной экосистемы: это - продуценты, зеленые растения, макроконсументы - травоядные и хищные животные, микроконсументы - редуценты - это грибы, бактерии, питающиеся мертвыми растительными и животными остатками.

Примеры искусственных экосистем: аквариум, биологические очистные сооружения. Искусственные экосистемы являются гетеротрофными, т. е. Потребляющими готовую пищу. Примером искусственной гетеротрофной экосистемы может служить город (см.рис.1.4 в ПРИЛОЖЕНИИ 2).

Город, как экосистема отличается тем, что для него очень большую роль играют среда на входе и среда на выходе. От природных экосистем город отличается:

1) большим притоком концентрированной энергии извне (горючее, ископаемые, электроэнергия),

2) большей потребностью в поступлении веществ извне,

3) более мощным и более ядовитым потоком отходов, многие из которых синтетические, т. е. более токсичны, чем исходное сырье.

Биосфера – крупнейшая экосистема

Крупнейшей экосистемой является биосфера нашей планеты. Биосфера — область существования живого вещества (Вернадский В.И.) — самая крупная экосистема на Земле. Биосфера включает в себя как живое вещество, так и неживое ("косное" по Вернадскому). Биосфера возникла 3,4 — 4,5 млрд. лет назад. Она есть результат взаимодействия живого вещества с неживым (биоты с абиотой).

Строение биосферы: литосфера — верхняя часть твердой поверхности земной коры; гидросфера — водная оболочка Земли (моря, океаны, реки, озера): тропосфера — нижние слои земной атмосферы.

Верхняя граница биосферы располагается на высоте ~ 20—-25 км, там, где наиболее плотен озоновый слой, защищающий живое вещество, жизнь от УФ излучения. Нижняя граница биосферы находится приблизительно в 2—3 км вглубь на суше и на 1—2 км ниже дна океана. За время своего существования биосфера прошла сложный путь развития — эволюцию. Главным этапом явилось возникновение жизни на Земле. Существуют различные гипотезы, объясняющие факт появления жизни. Например:

1. Жизнь возникла на Земле в результате случайного сочетания веществ и подходящих условий (метан, водород + высокая температура, УФ-излучение).

2. Гипотеза внеземного происхождения жизни — т. н. теория панспермии, по которой жизнь была занесена на Землю из Космоса и др.

Примерно 1,5 млн. лет назад на Земле появился человек, происхождение которого тоже оспаривается различными теориями, как-то:

— человек сформировался в результате эволюции;

— человек пришел из Космоса и т. д.

С появлением человеческого общества появилась мощная природная сила, которая сознательно, целенаправленно, закономерно и необратимо изменяет всю природу, всю биосферу. В каком же направлении? В. И. Вернадский, множество трудов которого посвящено будущему нашей планеты, видел это так: "Закономерным и неизбежным - этапом развития биосферы является этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы. На этом периоде эволюции биосферы развитие ее пойдет по пути ноогенеза. Главная задача этого периода — исправление нарушений и вреда, который человечество нанесло природе, предотвращение подобных нарушений в будущем.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: