Лекция Биосферный подход в биоэкологи.

Цель: выявить особенности самоподдерживающейся и саморегулирующейся биосистемы - биосферы

План.

1. Понятие биосфера.
2. Основные аспекты биосферного подхода.
3. Живое вещество.

1. Начало учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого натуралиста Ж.Б. Ламарка, который предложил термин «биосфера». Это понятие было использовано геологами, в частности Э.Зюссом (1875 г.), Гумбольдтом и другими. Однако наиболее полное, широкое, глубокое представление о биосфере мы встречаем у Владимира Ивановича Вернадского. Будучи весьма разносторонним человеком (геолог, ботаник, почвовед), он сформулировал учение о биосфере. В Сорбонне он читает лекции по биосфере, что вызвало широкий отклик у его слушателей. Именно он сформулировал идею о экосистемной организации биосферы, создал геохимическую концепцию биосферы, где важно было отмечена геохимическая роль живого. В настоящее время экологи дополняют определение биосферы, отмечая, что тесная функциональная связь биосистем различного уровня превращает дискретные формы жизни в интегративную систему. Биосфера - это саморегулирующаяся, самоподдерживающаяся, кибернетическая система, обладающая свойством гомеостаза.

Биосфера выступает как целостная система и обладает свойством функциональной связи всех систем, которая реализуется через энергетические связи и химические связи.

Биосфера (по Вернадскому) – вся живая оболочка планеты, которая включает в себя жизнь хемотрофов, продуцентов, консументов, редуцентов прошлого, настоящего и бущего. Он рассматривал биосферу как область жизни, основа которой взаимодействие живого и косного вещества.

Согласно современным представлениям: биосфера- это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

2.В своем учении В.И. Вернадский выделил ряд аспектов:

1.Разработал представление об организованности биосферы, отмечая взаимосвязь живого и неживого в биосфере.

Биосфера имеет границы: -вверх (наземно-воздушная среда) до 22 км (в тропосфере встречаются еще споры растений, грибов, бактерии);

-вниз: а)почвенная среда обитания- до 4 км в нефти встречаются бактерии,

Б) в водной среде обитания –до 12 км (например Марианская впадина встречаются живые организмы).

Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал пленками жизни.

Биосфера состоит из: атмосферы (воздух), литосферы (горные породы), гидросферы (вода), педосферы (почва), живого вещества (растения, животные, человек, бактерии, грибы и т.д.)

2. Выделил живое вещество и определил его функции.

Под живым веществом В.И. Вернадский понимал всю совокупность организмов на планете (растения, животные, микроорганизмы, биогенные вещества- продукты жизнедеятельности организмов).

Различал 5 функций живого вещества:

А)энергетическая: состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с излучением Космоса;

Б)газовая: заключается в миграции газов и их превращении с участием живого, формируется газовый состав биосферы;

В)концентрационная: проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды;

Г)окислительно-восстановительная- заключается в химическом превращении веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления;

Д)деструкционная- связанна с процессами разложения остатков мертвых организмов.

Таким образом, живое вещество трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот.

3. Вернадский В.И. обосновал представление о превращении и миграции веществ с участием живого.

4. Вернадский В.И. предложил гипотезу о возникновении и развитии биосферы. Биосфера возникла в результате эволюции и продолжает формироваться.

5. Вернадский В.И. разработал учение о ноосфере- сфере разума. Ноосфера- сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становиться главным определяющим фактором развития. Эта необходимость появилась в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Суть учения: развитие человеческой деятельности должно идти не вопреки, а в унисон с организованностью биосферы.

Постулаты В.И Вернадского:

1. биосфера - не случайное образование, она определенным образом организована и олицетворяет собой устойчивую динамическую систему;

2. биогеохимические функции биосферы очень разнообразны, так как она была структурирована на совокупности организмов;

3. морфологические эволюционные преобразования не отражались на их геохимической активности, т.е. «монолита жизни» - биосферы;

4. биогеохимические функции организмов - следствие их жизнедеятельности, их трофических потребностей и особенностей метаболизма;

5. разнообразие живых организмов в биосфере возникло изначально и одновременно; появились совокупности многих видов, принадлежащих к разным систематическим группам;

6. все без исключения геохимические функции живых организмов в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными;

7. космическая роль биосферы в трансформировании энергии не подлежит сомнению;

8. жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленых растений, а пределы жизни - физико-химическими свойствами соединений, строящих организм;

9. система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равна нулю, когда вся работа в системе произведена.

Результаты последних лет показывают, что строение, эволюция биосферы и ее устойчивость предопределены начальными условиями:

1. магнитным полем Земли;
2. озоновым слоем;
3. высоким биоразнообразием организмов в биосфере;
4. редуцентным звеном («невидимые хранители жизни»).

Однако человек оказывает существенное воздействие на биосферу.

2. Живое вещество организует биосферу. Организованность живого вещества Вернадский определил как «динамичное, вечно изменчивое, в каждый момент времени меняющееся и никогда не возвращающееся к прежнему образу равновесия».

Понятиями, характеризующими организованность биосферы, является существование основных структурных уровней биосферы: биогеоценотической, почвенной, ландшафтно-геохимической, витасферной. Витасферный уровень - уровень «области жизни», это слой биосферы ныне населенный живыми организмами. Витасфера - понятие не только биологического, но и геологического характера.

В витасфере особое внимание обращается на биоэнергетический аспект, а в понятии географическая оболочка - на абиотические компоненты. Для витасферы Лавренко выделил составную часть фитосферу, так как она играет занчительную роль в энергетическом обмене.

Границы витасферы определяются свойствами живого:

n споры грибов остаются живыми при температуре в 180 ⁰С;

n бактерии могут выносить температуру в -252 ⁰С;

n давление от 10 мм и до 9 тысяч атмосфер выносят споры дрожжей и их клетки;

n бактерии есть в водах атомных реакторов, где они облучаются мощностью в 3 млн. Радов;

При всем разнообразии живого вещества в витасфере оно физико-химически едино, имеет одни и те же эволюционные корни. Основными выводами для существования живого вещества в витасфере являются:

1. нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и безвреден для других;

2. количество живого вещества в витасфере есть константа для определенного геологического периода;

3. общее видовое разнообразие в витасфере есть константа;

4. между живыми и косными компонентами существует непроходимая граница, хоты и имеется постоянное взаимодействие.

Живое вещество - все живые организмы, населяющие биосферу, это естественное природное тело. В состав живого вещества входят:

n совокупность живого на планете;

n часть окружающей природной среды, необходимая для поддержания их жизнедеятельности;

n все выделения организмов, находящиеся в земной коре;

n все трупы организмов, остатки их жизнедеятельности.

Живые организмы составляют 1/11 000 000часть массы всей земной коры. Общая масса ЖВ на планете на Земле была подсчитана Вернадским и составляет 10²¹ г. на континентах зеленые растения составляют 99,2 %, животные - 0,8 %; в море на долю зеленых растений приходится 6,3 %, животных - 93,7 % организмов. Ежегодно воспроизводится около 10 % биомассы, если ЖВ выделить в чистом виде, то равномерно на поверхности Земли это будет слой в 2 см.

Свойствами живого вещества считаются:

1. Стремление заполнить собой все окружающее пространство;

2. Возможность произвольно перемещаться в пространстве: активно или пассивно;

3. наличие специальных химических соединений, устойчивых при жизни и разлагающихся после смерти;

4. исключительное разнообразие форм, составов, способность адаптироваться к условиям существования;

5. высокая скорость обновления;

6. «всюдность жизни»;

7. «давление» организмов на среду;

8. значительная скорость протекания химических реакций.

Скорость обновления живого вещества за всю историю существования жизни значительна: общая масса ЖВ, прошедшего через биосферу, в 12 раз превышает массу Земли.

Академики Лапо и Ферсман дополнили и расширили представления Вернадского о функциях живого. Они выделили две крупнейших функции: средообразующую и энергетическую. В состав энергетической функции входят газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, биохимическая, транспортная, информационная.

Все царства живых организмов выполняют эти функции, создавая общий облик биосферы.

Рекомендуемая литература по курсу «Биоэкология»

Основная литература:

1. Общая экология /Автор-составитель А.С. Степановских. Учебное пособие для студентов вузов. - М.: ЮНИТИ, 2000. - 510 с.

2. Одум Ю. Экология: Пер. с англ. В 2-х томах. - М.: Мир, 1986.

3. Чернова Н.М. Лабораторный практикум по экологии: Учебное пособие для пединститутов. - М.: Просвещение, 1986. - 96 с.

4. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология: Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Просвещение, 1981. - 255 с.

5. Анищенко Л.Н. Лекционный курс по общей экологии и учению о биосфере. - Брянск: Изд - во БГУ, 2004. – 100 с.

Дополнительная литература:

1. Андерсон Дж. М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек: Пер.с англ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 166 с.

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для ВУЗов. - М.: ЮНИТИ, 1998. - 455 с.

3. Бигон М., Харпер Дж, Экология. Особи, популяции и сообщества: В 2-х томах. - М.: Мир, 1989.

4. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем /Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 350 с.

5. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: Учебное пособие. - СПб: Деан, 2000. - 224 с.

6. Воронков Н.А. Основы общей экологии. (Общеобразовательный курс): Учебное пособие. - М.: Агат, 1997. - 87 с.

7. Гиляров А.М. Популяционная экология. - М.: Издат-во МГУ, 1990.-191 с

8. Дажо Р. Основы экологии. - М.: Прогресс, 1975. - 415 с.

9. Дылис Н.В. Осноны биоценологии. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - 172 с.

10. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.

11. Никаноров А.М., Хоружая Т.А. Экология: Для ВУЗов и специалистов экологов. - М.: Приор, 2000. - 304 с.

12. Общая экология. В 2-х частях/ Под ред. Н.И. Николайкина. - М.: МГТУ ГА, 200-2001.

13. Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы. СПб.: Химия, 1997. - 352 с.

14. Пианка Э. Эволюционная экология. - М.: Мир, 1981. - 399 с.

15. Пономарева И.Н. Общая экология. - СПб, 1996. - 215 с.

16. Радкевич В.А. Экология. - Минск: ВШ, 1998. - 348 с.

17. Реймерс Н.Ф. Природопользование: словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990. - 637 с.

18. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, принципы, гипотезы). - М.: Россия молодая, 1994. - 367 с.

19. Риклефс Р. Основы общей экологии. - М., 1979. - 424 с.

20. Хрестоматия по общей экологии (развитие идей) /Составитель Н.А. Кузнецова. - М.: Издат-во МНЭПУ, 2001. - 292 с.

21. Шилов И.А. Экология: Учеб. пособие. - М.: Высшая школа, 1997.-512 с.

22. Экология: Учебное пособие для вузов/ Ред. В.В. Денисов. - Ростов н/Дону: МарТ, 2002. - 640 с.