Биология з засадами екології

Биология з основами экологии

Контрольная робота.

Выполнила: ст. ГИГ-99 (заочн.) Колупанова О.А.

Общая характеристика теорій походження життя на Земле

Эволюция протікає всіх рівнях організації живої матерію та кожному рівні характеризується новотвором структур і появою нових функцій. Об'єднання структур і державних функцій рівня супроводжується переходом живих систем більш високий еволюційний уровень.

Проблемы походження і еволюцією життя Землі належали і належать до найбільших проблем природознавства. Ці дві проблеми привертали до собі увагу людського розуму від самих здавна. Вони були предметом інтересу всіх філософських і релігійних систем. Однак у різні епохи й різними щаблях розвитку людської культури проблеми походження і еволюцією життя вирішувалися по-разному.

В основі сучасної теорії еволюції лежить теорія Ч. Дарвіна. Але еволюціонізм існував і по Ч. Дарвіна. Тому, щоб краще розуміти сучасну теорію еволюції, важливо знати про поглядах поширювати на світ до Ч. Дарвіна, у тому, як розвивалися ідеї эволюционизма.

Самыми древніми поглядами на природу були містичні, якими життя пов’язували на силі природи. Але вже в самих витоків культури у Давньої Греції змінюють містичним тлумаченням природи приходять початку інших уявлень. Саме тоді виникла почала розвиватися доктрина абиогенеза і спонтанного самозародження, відповідно до якої визнавалося, що живі організми виникають спонтанно з неживого матеріалу. Тоді ж з’явилися б і еволюційні ідеї. Наприклад, Эмпедокл (490−430 рр. до зв. э.)считал, перші живі істоти виникли з чотирьох елементів світової матерії (вогонь, повітря, вода і Земля) І що для природи характерно закономірне розвиток, виживання тих організмів, які найгармонійніше (доцільно) влаштовані. Ці Думки були дуже важливими для подальшого поширення ідеї про природному походження живих существ.

Демокрит (460−370 рр. до зв. е.) вважав, що складається з багатьох дрібних частинок, що у русі, І що життя не результатом твори, а результатом дії механічних сил саму природу, що призводять до самозарождению. По Демокриту самозародження живих істот відбувається з мулу і води внаслідок поєднання атомів за її механічному русі, коли частинки вологій землі трапляються й дещо поєднано з аналітичними атомами вогню. Самозародження уявлялося випадковим процессом.

Предполагая, що хробаки, кліщі та інші організми творяться з роси, мулу, гною, волосся, поту, м’яса, молюски з вологій землі, а риби з морської твані тощо. буд., Платон (427−347 рр. до зв. е.) стверджував, що живі істоти утворюються у результаті сполуки пасивної матерії з активним початком (формою), які представляють собою душу, які потім рухає организмом.

Аристотель (384−322 рр. до зв. е.) стверджував, що рослин та тварини творяться з неживого матеріалу. Зокрема, він стверджував, деякі тварини творяться з разложившегося м’яса. Визнаючи реальність матеріального світу і сталість його руху, порівнюючи організми між собою, Аристотель дійшов висновку про «драбині природи », що відбиває послідовність організмів, що починається з неорганічних тіл і триваючу через рослини до губкам і асцидиям, та був до вільно котрі живуть морським організмам. Проте, визнаючи розвиток, Аристотель не могла про розвиток нижчих організмів до высшим.

Взгляды Аристотеля вплинули навіки, бо наступні грецькі і римські філософські школи повністю розділили ідею самовільного зародження, дедалі більше і більше наповнювалася містичним змістом. Описание різних випадків самозародження дано Ціцероном, Овідієм, пізніше Сенекою, Плинием, Плутархом і Апулеем. Ідея змінності простежується поглядів древніх філософів Індії, Китаю, Месопотамії, Єгипту. Раннє християнство обосновывало доктрину абиогенеза прикладами щось із Біблії. Підкреслювалося, що самозародження діє від створення світу до відома наших дней.

В протягом середньовіччя (V-XV ст.) віра у мимовільна самозародження була пануючій серед учених на той час, бо філософська думку тоді могла існувати лише як богословської думки. Тому твори середньовічних учених містять численні описи самозародження комах, хробаків, риб. Тоді часто вважали, що й леви виникли із каміння пустелі. Знаменитий лікар середньовіччя Парацельс (1498−1541) наводив рецепт «виготовлення «гомункулуса (людини) шляхом приміщення сперми людини в гарбуз. Як відомо, Мефістофель із трагедії Гете «Фауст «називав себе володарем пацюків, мишей, мух, жаб, клопів і вошей, ніж І. Гете підкреслював надзвичайні можливості самозарождения.

Средневековье не внесло нових ідей у ставлення до розвитку органічного світу. Навпаки, в той період панувало креационистическое уявлення про виникнення живого в результаті акту творіння, про сталості і незмінності існуючих живих форм. Вершиною креаціонізму було визнано створення драбини тіл природи: бог — ангел — людина — тварини, рослини, мицеллы.

Гарвей (1578−1667) допускав, що хробаки, комахи та інші тварини могли зароджуватися внаслідок гниття, але за дії особливих сил. Ф. Бекон (1561−1626) вважав, що мухи, мурахи і жаби можуть спонтанно виникати при гнитті, проте стосовно питання про підходив матеріалістично, заперечуючи нездоланну межа між неорганічним і органічним. Р. Декарт (1596−1650) також визнавав мимовільна зародження, але заперечував участь у ньому духовне начало. По Р. Декарту самозародження — це природний процес, наступаючий за певних (незрозумілих) условиях.

Оценивая погляди видатних діячів минулого, можна сказати, що концепція самозародження не піддавалася сумніву до середини XVII в. Метафізичність поглядів в XVII—XVIII ст. особливо виявлялася у поданнях про незмінність видів тварин і органічної доцільності, які вважалися результатом мудрості Творця і життєвої силы.

Однако всупереч панування метафізичних вистав об XVI-XVII ст. все-таки відбувається ламка догматичного мислення середньовіччя, загострюється боротьба проти духовної диктатури церкви, і його поглиблюється процес пізнання, який привів в XVIII в. до істотною аргументації проти теорії абиогенеза і до порушення інтересу до эволюционизму.

Осуществив в 1665 р. ряд експериментів із м’ясом і мухами, Ф. Реди (1626−1697)пришел до висновку, що личинки, що у гниючому м’ясі, є личинками комах, і такі личинки будь-коли виникнуть, якщо м’ясо розмістити у закритий контейнер, недоступний для комах, т. е. для відкладання ними яєць. Цими експериментами Ф. Реди спростував доктрину самозародження вищих організмів з неживого матеріалу. Однак у матеріалах немає жодного міркуваннях Ф. Реди не виключалася думка про спонтанному самозародженні мікроорганізмів і гельмінтів в кишечнику людини і тварин. Отже, сама ідея самозародження ще продовжувала существовать.

В 1765 р. Л. Спаланцани (1729−1799)во багатьох дослідах показав, що успішний розвиток мікробів в рослинних і м’ясних настоях виключається шляхом кип’ятіння останніх. Він виявив також значення часу кип’ятіння і герметичності судин. Його висновок зводилося до з того що якщо герметичні судини з настоями кип’ятити тривалий час і виключити насичення них повітря, то таких настоях мікроорганізми будь-коли виникнуть. Проте Л. Спаланцани не зумів переконати своїх сучасників про неможливість самозародження мікроорганізмів. Ідею самозародження життя продовжували захищати багато видатні філософи та натуралісти того часу (І. Кант, Р. Гегель, X. Гей-Люссак і др.).

В 1861—1862 рр. Л. Пастер представив розгорнуті докази неможливості самозародження в настоях і розчинах органічних речовин. Експериментально він довів, що джерелом забруднень всіх розчинів є бактерії, перебувають у повітрі. Дослідження Л. Пастера справили величезне вразити сучасників. Англієць Д. Тиндаль (1820−1893) знайшов, деякі форми мікробів дуже резистентны, витримуючи нагрівання до 5 годин. І він розробив метод дробової стерилізації, званий зараз тиндализацией.

Опровержение доктрини абиогенеза супроводжувалося формуванням поглядів на вічності життя. У насправді, якщо самозародження життя неможливо, міркували багато філософи та вчені, тоді життя вічне, автономна, розсіяна у Всесвіті. Але перш ніж вона на Землю? Щоб це питання, шведський учений Арреніус (1859−1927) на початку ХХ століття (1912) сформулював гіпотезу панспермии, відповідно до якої життя існує в всесвіту і переноситься в найпростіших формах з однієї небесного тіла інше, включаючи Землю, під тиском світлових променів. Прибічники цієї гіпотези вважали, що перенесення життя на Землю може бути з допомогою метеоритів. Проте гіпотеза панспермии викликала заперечення тому, що у космічному просторі діють чинники, які згубні для мікроорганізмів і що ці чинники виключають циркуляцію мікроорганізмів поза Земний атмосфери. Ставало дедалі більше ясним, що життя унікальна, що витоки життя слід шукати на Земле.

Еще в XVII-XVIII ст. увагу натуралістів і філософів приваблював низка запитань, обговорення яких розхитував догми про неизменяемости органічного світу. Один з цих питань стосується змінності видів. Тоді багатьом думка про можливій зміні організмів під впливом клімату, їжі, грунту, вправ і неупражнений органів, гібридизації й інших чинників здавалася звісно ж зрозумілою. Наприклад, Ф. Бекон (1561−1626), Д. Рей (1628−1705), Ж. Бюффон (1707−1788), І. І. Лєпєхін (1740−1802), М. Я. Озерецковский (1750−1827) та інших, допускали зміна організмів під впливом клімату й ґрунтів, а Ш. Боннэ визнавав, що паразитичні хробаки походять від вільноживучих хробаків. Навіть До. Лінней не виключав змінності видів під впливом грунтів та клімату, схрещувань організмів різних видів між собою. Думка про змінності видів підтримували Еразм Дарвін (1731−1802), До. Ф. Вольф (1733−1794), французькі философы-материалисты Д. Дідро (1713−1784), Ж.-О. Ламеттри (1709−1751), П. Гольбах (1723−1789). Припущення змінності видів часто супроводжувалося вірою в успадкування організмами придбаних властивостей. Проте думка про змінності видів ще була далекою від ідеї історичну спадкоємність видів, розвитку органічного світу від нижчого до высшему.

Не менше значення тоді мав питання «природному кревність «організмів. Йшлося про угрупованню організмів з урахуванням їх природного кревності, про допущенні, що окремі організми могли статися загальних родоначальників. Наприклад, Ж. Бюффон вважав, що були «загальні родоначальники для кількох сімейств, зокрема на ссавців, їм допускалося 38 загальних родоначальників. У Росії її думка про походження організмів низки видів загальних родоначальників розвивав П. З. Паллас (1741−1811).

Далее, привертав увагу питання чинник часу у зміні організмів. У частковості, значення чинника часу в існуванні Землі та формування на Землі органічних форм при знавали І. Кант (1724−1804), Д. Дідро, Ж. Бюффон, М. У. Ломоносов (1711−1765), А. М. Радищев (1749−1802), А. А. Каверзнев (1748-?). І. Кант визначав вік Землі кілька мільйонів років, а М. У. Ломоносов писав, що час, що необхідно до створення організмів, є великим церковного обчислення. Визнання чинника часу мало безсумнівну значення для історичного розуміння розвитку організмів. Проте уявлення про час у період зводилися тільки в думку про неединовременности появи організмів різних видів, але до визнанню розвитку організмів у времени.

Важное значення тоді мав питання послідовності природних тіл. Значний внесок у формування ідеї послідовності природних тіл належить Ш. Боннэ і Р. Лейбницу. У Росії її згадану ідею підтримував А. М. Радищев. Без достатніх знань про організмах, Ш. Боннэ, Р, Ляйбніц та інші натуралісти на той час відродили аристотелівську «сходи природи ». Розмістивши у ньому організми сходами (на головною щаблі виявився людина), створили «сходи істот, у якій були безперервні переходи від Землі та каменів до Бога. Щаблів в драбині було стільки, скільки є тварин. Відбиваючи думку про єдність та зв’язку живих форм, про ускладненні організмів, «драбина істот «загалом стала породженням метафізичного мислення, оскільки її щаблі відбивали просте сусідство, але з результат історичного развития.

Существенное увагу часи приваблював питання «прототипі «і єдності плану будівлі організмів. Допускаючи існування вихідного істоти, багато визнавали єдиний план будівлі організмів. Дискусії з цього питання мали важливого значення для наступних уявлень про спільність происхождения.

Для багатьох великий інтерес приваблював питання трансформації організмів. Наприклад, французький натураліст Б. де Маїс (1696−1738) вважав, що у море живуть вічні насіння життя, що дають початок морським живим формам, трансформирующимся потім у земні організми. Відзначаючи позитивну роль трансформизма в эволюционизме, слід все-таки зазначити, що він був механічним і виключав думка про розвитку, про историзме.

Наконец, центром уваги той час було питання виникненні органічної доцільності. Багато філософи та натуралісти визнавали, що доцільність не відвічна, що він виник природним шляхом внаслідок браковки дисгармонических організмів. Обговорення цього питання просувало еволюціонізм, але з досягало істотного результату, бо поява однієї форми розглядалося незалежно від появи другой.

Итак, до кінця XVIII в. з’явилися ідеї, суперечать уявленням про неизменяемости видів, але вони склалися до системи поглядів, а метафізичність мислення заважала цілком відкинути релігію й зажадав побачити природу у новій. Першим, хто спеціально звернувся безпосередньо до вивченню проблем еволюції, був французький вчений Ж.-Б. Ламарк (1744−1829). Створене їм вчення стало завершенням попередніх пошуків багатьох натуралістів і філософів, намагалися осмислити виникнення та розвитку органічного мира.

Ж.-Б. Ламарк був деистом, т. до. вважав, що «першопричиною матерію та руху є творець, подальше розвиток завдяки природним причин. По Ламарку творець здійснив лише першим актом, створюючи найпростіші форми, які потім розвивалися, давши початок всьому різноманіттю з урахуванням природних законів. Ламарк був антивиталистом. Вважаючи, що живе виникає з неживого, вона розглядала самозародження як природного закономірного процесу, що є початковим пунктом еволюції. Визнаючи розвиток від простого до складного і спираючись на «сходи істот », Ламарк дійшов висновку про градації, де він побачив відбиток історії життя, розвиток одних форм з деяких інших. Ламарк вважав, що успішний розвиток від найпростіших форм аж до складних становить головний зміст історії всього органічного світу, включаючи і історію людини. Проте, стверджуючи еволюцію видів, Ламарк думав, що вони текучі та між ними немає кордонів, т. е. фактично він заперечував існування видов.

Главными причинами розвитку живої природи по Ламарку є вроджене прагнення організмів до ускладнення через вдосконалення. По Ламарку, еволюція йде основі внутрішнього прагнення до прогресу, а норму закону про вправах і неупражнениях органів прокуратури та про передачу у спадок придбаних під впливом середовища ознак є законами. Як думав Ламарк, чинники середовища впливають на рослини й прості організми прямо, «виліплюючи «їх, що з глини, потрібні форми, т. е. зміни середовища приводять до зміни видів. На тварин чинники середовища впливають косвенно.

Изменения середовища приводять до зміни потреб тварин, зміна потреб веде до зміни звичок, а зміна звичок супроводжується використанням чи невикористанням тих чи інших органів. У обгрунтування цих поглядів Ламарк наводив чимало прикладів. Наприклад, форма тіла змій, як він вважав, є результатом звички цих тварин плазувати землею, а довга шия жирафа зобов’язана необхідності діставати плоди на деревьях.

Использование (вправу) органу супроводжується його подальшим розвитком, тоді як невикористання органу — деградацією. Зміни, індуковані зовнішніми умовами (обставинами), успадковуються нащадками, нагромаджуються і ведуть до переходу жодного виду в другой.

Исторические заслуги Ламарка полягають у тому, що йому вдалося показати розвиток від простого до складного і звернути увагу до нерозривний зв’язок організму зі середовищем. Проте обгрунтувати еволюційний вчення Ламарку навряд чи вдалося, бо йому вдалося з’ясувати справжні механізми еволюції. Як зазначив До. А. Тімірязєв (1843—1920), Ламарку зірвалася пояснити найважливіший питання, що стосується доцільності організмів. Вчення Ламарка містив елементи натурфілософії і ідеалізму, тому вдалося переконати сучасників у цьому, що еволюція справді має місце у природе.

Творцом першої справді наукової теорії еволюції став великий англійський учений Чарлз Роберт Дарвін (1809−1882). Головним працею Ч. Дарвіна є книга «Походження видів шляхом природного відбору чи збереження благоприятствуемых порід у боротьбі життя «(1859), істотним доповненням до котрої я служать книжки «Зміна свійських тварин і культурних рослин «(1869) і «Походження чоловіки й статевої відбір «(1871).

Эволюционное вчення Дарвіна складається з трьох розділів, саме: сукупність доказів у користь те, що історичне розвиток організмів справді має місце; положення про рушійних силах еволюції; ставлення до шляхах еволюційних преобразований.

Доводы на користь те, що еволюція справді має місце, Ч. Дарвін черпав із різних наук. Найпереконливіші докази було взято їм із палеонтології. Наприклад, виявлення в найдавніших шарах копалин залишків організмів, сильно від сучасних, і поступове збільшення подібності копалин залишків організмів з пізніших верств для Ч. Дарвіна було літописом еволюції. Далі, Ч. Дарвін використовував дані ембріології на той час, які свідчили про єдність походження організмів, і навіть даних про закономірності розподілу організмів суші й у води та явною залежності організації тварин і звинувачують рослин та умовами проживання (на материках і островах), що свідчили на користь еволюції і різноманітних напрямів еволюції на материках і островах. Нарешті, він широко використовував досягнення сільськогосподарської практики.

Движущими силами еволюції Ч. Дарвін назвав спадковість, мінливість і природний відбір. Він вважає, що спадковість і мінливість дозволяють фіксувати зміни і трансформувати в поколениях.

Изменчивость викликає розмаїтість, а спадковість передає ці зміни нащадку. Отже, всім живих істот внаслідок змін схрещувань характерна спадкова гетерогенность.

Уделяя увагу мінливості і прагнучи пояснити причини закономірних перетворень живих істот у процесі еволюції, Ч. Дарвін прийшов спочатку до висновку, що у штучних умовах породи тварин та сорти рослин створено штучним отбором.

Что саме стосується природних умов, то пошуках відповіді питання про джерела доцільною організації та життєдіяльності живих істот у природі, про механізмах виникнення нових форм, зберігалися умовах існування й дають початок новим різновидам, потім нових видів і більше великим систематичним підрозділам Ч. Дарвін сформулював ставлення до боротьбі існування й природному отборе.

Поскольку все організми дуже схильні до інтенсивному розмноженню, то межах кожного виду виробляється потомства більше, ніж виживає. Надмірна потомство гине в результаті боротьби за існування, форми який дуже різноманітні. По Ч. Дарвінові боротьба за існування відбувається як між видами, і всередині видів, причому внутрішньовидова боротьба є жорстокої проти міжвидовий, бо особини живуть однієї місцевості, потребують однаковою їжі, піддаються однаковим на небезпеки тощо. буд. Через війну боротьби за існування виживають найбільш пристосовані, т. е. ті організми, які мають будь-яким ознакою, які забезпечують пристосування. Отже, неминучим наслідком боротьби за існування є природний відбір. «Збереження сприятливих індивідуальних розбіжностей змін знищення шкідливих я назвав природним відбором чи переживанням найбільш пристосованих (Ч. Дарвін). Ч. Дарвін вважав, що природний відбір є головний механізм эволюции.

Основу уявлень Ч. Дарвіна про шляхи еволюційних перетворень становила думка про дивергенції (розбіжності) ознак. По Ч. Дарвінові у зв’язку з изменяющимися умовами життя і завдяки природному добору виживали ті форми, які найповніше відхилялися від вихідної, притому у різних напрямах. Це відхилення відбувалося з урахуванням дивергенції (розбіжності) ознак і вело до зменшенню конкуренції, т. до. завдяки дивергенції організми отримували можливість вільно використовувати різнорідні умови існування. Ч. Дарвін вважав, у результаті дивергенції утворюються різновиду, що є зачатком виду, т. е. дивергенція відкриває нові види. По Ч. Дарвінові зміни організмів відбуваються у силу природною закономірності, але водночас вони випадкові стосовно результатам природного відбору. Будучи результатом відбору, органічна доцільність носить відносний характер. Цим Ч. Дарвін подолав метафізичне протиставлення випадковості необхідності, що перед ним нікому не удавалось.

Заслуги Ч. Дарвіна перед природознавством мають невигубне диво. Він всебічно обгрунтував історичний метод стосовно природі, створив теорію еволюції і вигнав із науки креационизм.

Учение Дарвіна стосувалося еволюції великих груп організмів, включаючи всі таксоны, до великих відтинки часу, обчислювані геологічними масштабами і великих територіях. Отже, класичний дарвінізм є вченням про макроэволюции. Проте він виявилося замало розробленим в генетичному плані. Дарвін мав на оці еволюцію особин, але й особини живуть, як тепер відомо, в популяціях. Тому через 8 років після виходу «Походження видів «англієць Ф. Дженкин поставив таке питання: «Якщо відбір залишає живими ті особини, які лише трохи від інших, то вже за часів наступному схрещуванні настає «поглинання «нових ознак, т. до. партнер із схрещування, найімовірніше, немає цієї нової властивості — станеться розчинення при-J знаків в прийдешнім ». Дарвін називавши цей питання кошмаром Дженкина, т. до. не міг дати зрозумілу ответ.

Дарвинизму тривалий час бракувало генетичної основи, але генетика нас дуже швидко сама наблизилась до еволюції. Використовуючи методологію класичного генетичного аналізу, генетики стали аналізувати роль окремих чинників еволюції шляхом вичленування елементарних одиниць і що протікають у яких процессов.

Первый крок на шляху об'єднання дарвінізму і генетики був у законі Дж. Харди-В.Вайнберга, які у 1908 р. показали, що у популяції при вільному схрещуванні, відсутності мутацій даного гена та не відбору у цій ознакою співвідношення генотипів АА, Аа і аа постійний. Це й дозволило їм сформулювати закон, зміст якого зводиться до того що, що генів в нескінченно великий панмиксической популяції без тиску будь-яких зовнішніх чинників стабілізуються вже після однієї зміни поколінь. Проте таких популяцій, як відомо, у природі немає. Тому значення) закону у тому, що накопичені спадкові зміни у генофонді популяцій безслідно не зникають, т. е. частоти генів постоянны.

Исходя з закону Харди-Вайнберга та враховуючи вплив добору, і виникнення нових мутацій, в 1926 р. З. З. Четвериков (1880−1959) показав, у результаті спонтанного мутаційного процесу в всіх популяціях створюється генетична гетерогенність. Інакше кажучи, в популяціях є мутації, здебільшого в малих кількостях. Він довів також, що популяція насичена мутаціями, як губка, І що мутації є основою (матеріалом) еволюційного процесу, йде під впливом природного отбора.

Позднее М. П. Дубинін і Д. М. Ромашов (1932) показали, що коли і популяції малі, у яких відбуваються явища, що отримали назву генетико-автоматических процесів (по М. П. Дубініну, 1931) чи дрейфу генів (по З. Райту, 1932). Через війну генетико-автоматических процесів змінюються частоти народження генів, усуваються гетерозиготы і гомозиготы. Ізольована популяція стає домінантною гомозиготной чи рецессивной гомозиготной. Якщо дрейфує мутантний летальний ген, це веде до вимиранню організмів. Отже, структура популяції залежить тільки від появи нових мутацій, а й від простої зміни частоти народження даного гена. Усі ці генетичні дослідження пов’язали еволюційну теорію з генетикой.

В сучасної теорії еволюції значне останнє місце посідають питання походження життя на Землі, оскільки у рамках теорії еволюції походження розглядають як найпершого (першого) процесу освіти живих форм (необиогенеза) з неорганічних речовин, т. е. як хімічної еволюції. Нині абиогенезу протистоїть концепція поступового виникнення та розвитку живого матеріалу протягом тривалого часу. Ця концепція отримала назва архебиоза чи археогенеза.

Общепризнанной теорією походження життя є теорія, вперше запропонована в 1924 р. А. І. Опариным (1894−1980) у його книзі «Походження життя ». У подальші роки теорія піддавалася неодноразовою уточнениям із боку її автора. Вагомий внесок у її розвиток зробили і багато інших учених. У відповідність до теорією А. І, Опаріна життя є наслідком історичного однобічно спрямованого розвитку на вигляді поступового ускладнення органічних субодиниць та розвитку в складні системи, які мають властивості живого.

Предполагают, що земля сформувалася 4,5—5 млрд років тому з хмар космічному пилу. Вона збільшувалася щодо маси внаслідок тяжіння частинок пилу завдяки дії гравітаційних сил. Щоб осягнути, як виникли найперші живі форми, слід пригадати, якою була давня атмосфера. Нині земна атмосфера полягає на 80% з азоту, інші ж 20% представлені головним чином киснем, двоокисом вуглецю і деякими іншими газами (на вельми малому кількості). Проте давня атмосфера була сформована з водяних парів, водню, аміаку і метану. Водяні пари утворилися із води і концентрувалися у атмосфері через ту причину, що земля ще була гарячої. Принаймні остигання Землі, водяну пару конденсировались, утворюючи хмари, випадали з дощами на Землю, та був вода знову перетворюватися на пар, який порушувалося атмосферу. Процеси випаровування води та конденсації водяних парів мають і до нашого время.

Общая характеристика екологічних систем

Впервые уявлення про екологічних системах сформульовані у 30-ті рр. А. Тенсли (1935). У нашій країні близьке поняття про биогеоценозах сформулював в 1944 р. У. М. Сукачов (1880−1967). Нині під екологічними системами розуміють сукупність живих і неживих елементів на певній території. Екологічні системи складаються з живих організмів (біоценозів) та органічного середовища проживання — косной (атмосфера) і биокосной (грунт, водойму тощо. буд.). Вони іноді відділені одна одної, але часто з-поміж них є переходи. Прикладами екологічних систем є озеро, лісової масив тощо. буд. Від екосистем слід відрізняти биомы, під якими, як показано вище, розуміють значні співтовариства організмів, приурочені певним географічним районам зі своїми кліматичними і грунтовими зонами.

Экологические системи є елементарними одиницями біосфери. У той самий короткий час вони є елементарними одиницями біогеохімічної активності, плинною в біосфері. Будь-яка екологічна система має енергетичний введення, з якого у ній надходить енергія сонячного світла. Світлова енергія, яка надходить екосистему через введення, підтримує лад у в цій системі, попереджаючи підвищення энтропии.

Рассмотрим екологічну систему з прикладу озера. Як і кожна екологічна система, озеро складається з абиотической і біотичної частей.

Абиотическая (нежива) частина екосистеми представлена повітрям, грунтом, водою, розчиненими у питній воді киснем, двоокисом вуглецю, неорганічними солями (фосфати і хлориди натрію, калію і кальцію) і органічними сполуками. Абиотической частиною є й температура, світло, вітер і гравітація, які мають впливом геть живу часть.

Биотическая (жива) частина озера представлена организмами-производителями (продуцентами), организмами-потребителями (коксументами) і организмами-разрушителями (редуцентами). Организмами-производителями є автотрофы — прибережна рослинність, водні багатоклітинні і одноклітинні плавучі рослини (фитопланктон), живуть до глибин, куди ще проникає світло. за рахунок енергії, котра надходить через введення, организмы-производители у процесі фотосинтезу синтезують органічна речовина із води і вуглекислого газу. Основний показник потужності екосистеми є його продуктивність, під якої розуміють масу органічного речовини в тілах организмов-продуцентов. Продуктивність екосистеми залежить кількості світла, води, багатства грунту чи води органічними і мінеральними соединениями.

Организмами-потребителями (коксументами) органічного речовини служать гетеротрофы, серед яких розрізняють споживачів першого і другого порядку. Первинними споживачами служать травоїдні тварини, вторинними — м’ясоїдні, які харчуються первинними споживачами. Организмы-разрушители — це бактерії і гриби, які розкладають «мертву «протоплазму (органічні сполуки) клітин загиблих организмов-производителей і организмов-потребителей до низькомолекулярних органічних і неорганічних сполук. Органічні сполуки потім використовуються самими организмами-разрушителями, тоді як неорганічні — зеленими рослинами. Отже, в екологічної системі у її функціонування відбувається круговорот речовин і энергии.

Мы розглянули в ролі екологічної системи природну систему (озеро), не приділяючи уваги участі у ній людини. Проте оскільки більшість екологічних систем функціонує з участю людини. У зв’язку з цим розрізняють екологію окремих індивідуумів і співтовариств людей. Екологія окремих індивідуумів у тому, кожен індивідуум повинен «підігнати своє внутрішнє фізіологію до мінливим умовам довкілля. Індивідуум отримує енергію з їжею і витрачає її для забезпечення своїх фізичних і інтелектуальних зусиль, метаболічних процесів, що протікають в організмі, розвитку і т. буд. Завдяки нейрогуморальної регуляції в організмі індивідуума підтримується стала температура тіла, оптимальні концентрації води, кисню, двоокису вуглецю, NaCl, вуглеводів, білків та інших важливих соединений.

Проникновению в організм індивідуума патогенних чинників перешкоджає шкіра, антитіла, фагоцити інші чинники захисту. Органи почуттів, нервова система і локомоторные органи дозволяють індивідууму убезпечити їжу, знайти друзів, уникати ворогів, створювати ситуацію, найсприятливішу для виживання. Кожен індивідуум здатний адаптуватися до зміненим кліматичних умов. Усе це призводить до з того що між внутрішньої фізіологією індивідуума та умовами довкілля встановлюється динамічний эквилибриум.

Однако люди об'єднують у співтовариства. До складу цих співтовариств входять також які оточують рослин та тварини, що є джерелом їжі та інших необхідних матеріалів для таких людей. Отже, з урахуванням абіотичних чинників екологічну систему, у якій функціонує людина, становлять співтовариства покупців, безліч середовище їхнього життя. Екологічні системи, за яких людина займає важливе місце, надзвичайно різноманітні за величиною, змісту та молодіжні організації, що надзвичайно утрудняє класифікацію цих систем. Проте, є екологічними системами, у яких центрами є села, міста Київ і інші населених пунктів. Bee елементи екологічних систем становлять єдину сукупність, і це залежить від того, що вони об'єднані між собою так званими ланцюгами харчування, під якими розуміють передачу від организмов-потребителей закладеною у їжі енергії початкового джерела (Сонця) через организмы-потребители (у низці ланцюгів харчування кінцевим ланкою людина) до организмам-разрушителям.

Важнейшей особливістю ланцюгів харчування і те, що їхня кількість у кожному екосистемі обмежена, бо кожному ланці кожної ланцюга харчування відбувається втрата енергії у її передачі. Внаслідок цього продукція речовини знижується на кожному ланці ланцюга. Наприклад, 10 000 кг водоростей достатньо накопичення речовини у кількості 1000 кг водних членистоногих, а 10 кг риби — для накопичення 1 кг речовини людини. Отже, харчова ланцюг представляється в вигляді піраміди, що з кількох трофічних рівнів. Біля основи розташовані фотосинтезирующие бактерії, що є їжею наступного рівня, а ці організми є їжею наступного рівня життя та т. д.

Фотосинтез рослин, його екологічна роль

Фотосинтез — це синтез органічних сполук, у листі зелених рослин із води і вуглекислого газу атмосфери з допомогою сонячної (світловий) енергії, адсорбируемой хлорофілом в хлоропластах. Завдяки фотосинтезу відбувається уловлювання енергії видимого світла, і перетворення їх у хімічну енергію, яка зберігається (запасаемую) в органічних речовинах, утворених при фотосинтезі. Значення фотосинтезу гігантське. Зазначимо лише, що він поставляє паливо (енергію) і атмосферне кисень, необхідних існування всього живого. Отже, роль фотосинтезу є планетарной.

Планетарность фотосинтезу визначається також тим, завдяки круговороту кисню і вуглецю (переважно) підтримується сучасний склад атмосфери, що у свою чергу визначає подальше підтримку життя Землі. Можна сміливо сказати далі, що енергія, яка запасається продукти фотосинтезу, уже є щодо суті основне джерело енергії, яким нині має человечество.

Химию фотосинтезу описують такими уравнениями:

4Н2О- + 40Н- — 4е- + 4Н+? 2Н2О + О2 + 4Н+.

2НАДФ + 4е- + 2Н+? 2НАДФ· Н.

2 М+ + 2 НАДФ· Н + СO2? 2НАДФ + Н2О + СН2О СО2 + Н2О? СН2О + О2.

Как зазначено вище, фотосинтез відбувається у хлоропластах зелених растений.

Фотосинтез починається з уловлювання і поглинання світла пігментом хлорофілом, які містяться в хлоропластах клітин зелених рослин. Коли світло вихоплює молекулу хлорофілу, то із її електронів перебувають у порушену стані. Інакше кажучи, він переходить більш високий енергетичний рівень. Порушені електрони передаються потім іншими молекулами, у результаті підвищується вільна енергія молекулы-акцептора, а «пролом », створена молекулі хлорофілу, заповнюється електроном, що надходять з води. Остання у своїй окислюється, у результаті виділяється молекулярний кисень. Отже, в молекулах хлорофілу світлова енергія переводить електрони більш високий енергетичний рівень. Хлорофіл є проміжним з'єднанням по дорозі електронів від низкоэнергетического рівня молекулах води до высокоэнергетическому рівню у кінцевому акцепторе электронов.

В переході електронів на високий енергетичний рівень беруть участь дві які у хлоропластах фотосистеми, освічені хлорофілом і особливими білками — фотосистема I, активируемая далеким червоним світлом (-700 нм) і фотосистема II, активируемая червоним світлом з вищої енергією (-650 нм), тобто. цей перехід відбувається у два етапу під час використання світла. Реакції, які відбуваються на цих етапах, дістали назву світлових. Обидві фотосистеми пов’язані між собою системою перенесення электронов.

На рівні фотосистеми I молекули хлорофілу передають свої електрони, багаті енергією, через ферредоксин до никотин-ами-даденин-динуклеотидфосфату (НАДФ), які виникли внаслідок цього відновлюється в НАДФЧН й у відновленої формі сам здатний самостійно поставляти електрони, необхідних освіти глюкози шляхом відновлення атмосферної СО2. Після переходу електронів в НАДФЧН з молекули хлорофілу на минулих залишаються своєрідні «проломи » .

На рівні фотосистеми II багаті енергією порушені електрони хлорофілу передаються системі перенесення електронів, а які утворилися в молекулах хлорофілу «проломи «після «минулих «електронів заміщуються бідними енергією електронами, які від води, окисляющейся із заснуванням молекулярного кисню. Пройшовши крізь ряд сполук, складових ланцюг перенесення електронів, електрони з фотосистеми II, багаті енергією, у кінцевому результаті заміщають втрачені електрони в хлорофілі з фотосистеми I.

В ланцюга перенесення електронів здійснюється кілька окисно-відновних реакцій, в кожної у тому числі електрони переходять більш низький енергетичний уровень.

Часть енергії, теряемой під час переходу через ланцюг перенесення електронів, забезпечення синтезу АТФ з АДФ й неорганічного фосфату. Вважають, що синтез молекул АТФ пов’язаний і з фотосистемой I, у якій є циклічний потік електронів, що полягає у цьому, що електрони, захоплені акцептором, повертаються хлорофиллу через цитохром У. У цьому енергія, высвобождающаяся в реакціях систем перенесення електронів, у яких електрони рухаються «вниз, запасається шляхом синтезу молекул АТФ.

В результаті світлових реакцій фотосинтезу утворюються високоенергетичні АТФ і відновлений НАДФ, які забезпечують енергією наступні, звані темновые реакції, які відбуваються без світла, і що призводять, зрештою, до відновленню атмосфертной СО2 до цукрів. Джерелом енергії тут є АТФ, а відновлювало агентом — НАДФ «М, синтезовані в реакціях фотосинтетического перенесення електронів. Процес відновлення СО2 починається з катализируемой рибулозобисфосфаткарбоксилазой фіксації молекул цього сполуки молекулами акцептора і супроводжується вступом атомів вуглецю до кількох послідовних реакцій, що зумовлює освіті на кожні шість фіксованих молекул С02 однієї молекули глюкози, причому зв’язування однієї молекули СО2 забезпечується витратою трьох молекул АТФ і двох молекул НАДФ· Н.

Как зазначено вище, енергія і електрони, необхідних темновых реакцій, поставляються АТФ і відновлених НАДФ, освіченими в світлових реакциях.

Таким чином, хімічна енергія, генерированная світловими реакціями, стабілізується в молекулах глюкози у процесі темновых реакцій. У остаточному підсумку з глюкози утворюється крохмаль, що є її високомолекулярним полімером, у якому виявляються запасенными сутнісно як атоми вуглецю, і енергія. Полимеризуясь, глюкоза утворює також целюлозу. Підраховано, що у листі зелених рослин Землі та в фитопланктоне водойм щорічно синтезується близько 150 млрд тонн органічних речовин й швидко виділяється у повітря близько 200 млрд тонн кислорода.

Фотосинтез має велику давнина. Припускають, що круговорот вуглецю, т. е. фотосинтез, існував вже 3,5×109 років назад.

Абиотические чинники середовища, їх характеристика

Абиотическое зміст середовища визначається кліматичними, грунтовими і водними умовами. Тож у відповідність до одній з популярних класифікацій абіотичні чинники cpeды класифікують на фізичні (температура, світло, вологість, барометричне тиск), хімічні (склад атмосфери, органічні та мінеральні речовини грунту, рН грунтів та ін.) і механічні чинники (рельєф місцевості, руху ґрунту та води, вітер, зсуви та інших.) Значення цих факторів у тому, що вони найістотнішим чином визначають поширення видів, т. е. вони сьогодні визначають ареал видів, під яким розуміють географічну зону, що є місцем проживання (поширення) організмів тієї чи іншої вида.

Для живих організмів характерний діапазон переносимості дії абіотичних чинників, і визначається їхня нормою реакції. Одні організми здатні переносити коливання чинників середовища на вельми межах. Їм назва эврибиотных організмів (від грецьк. eurys — широкий). Інші витримують вплив абіотичних чинників на вельми вузьких межах. Їх називають стенобионтными організмами (від грецьк. stenos — вузький). Эврибионтные і стенобионтные організми зустрічаються як серед рослин, і серед животных.

Физические чинники становлять значну частину абіотичних чинників. Особливого значення належить температурі, оскільки є найважливішим чинником якого, які обмежують життя. Розрізняють термічні пояса — тропічний, субтропічний, помірний і холодний, яких приурочена життя організмів у тих чи інших температурних умовах. Верхній і нижній рівні температурного діапазону легальні для організмів. Температуру, яка сприятлива життю організмів, називають оптимальної. Більшість організмів здатна до життя жінок у діапазоні від 0 до 50 °C.

На основі здібності організмів існувати за умов різних температур їх класифікують на эвритермные організми, які можуть існувати в умовах значних коливань температур, і стенотермные організми, які можуть існувати лише вузькому діапазоні температур. Эвритермными є організми, котрі живуть переважно у умовах континентального клімату. Прикладом їх є тварини багатьох видів, котрі живуть в прісних водоймах та найздібніші витримувати як промерзання води, і її нагрівання до 40−45 градусів. Эвритермные організми витримують найжорсткіші температурні умови. Наприклад, личинки багатьох двукрылых можуть жити у воді за нормальної температури 50 °C. У гарячих джерелах (гейзерах) при 85 «З повагою та більш живуть багатьох видів бактерій, водоростей, гельмінтів. З іншого боку, арктичні види бактерій і водоростей живуть дуже холодної морській воді. Багатьом эвритермных організмів характерна здатність впадати у заціпеніння, якщо дію температурного чинника «посилюється ». У стані різко знижується рівень обміну речовин. Прикладами заціпеніння є заціпеніння комах чи риб зі значним падінні температури. У ссавців (ведмеді, барсуки та інших.) заціпеніння проявляється у вигляді зимової сплячки, коли різко знижується обмін речовин, але температура тіла у своїй падає незначительно.

От заціпеніння слід відрізняти анабіоз (від грецьк. ana — знову, bios — життя, anabiosis — пожвавлення), що є явище, що полягає у цьому, що з організмів під впливом різні причини може різко знижуватися рівень обміну речовин до відсутності видимих ознак життя. Наприклад, рослин висушені насіння зберігають всхожесть багато років. Инцистирование інфузорій дозволяє зберігатися їм живими до 6 років, а яйця Diaptomus sangmres зберігаються понад 300 лет.

Стенотермные організми зустрічаються як серед тварин, і рослин. Наприклад, багато морські тварини здатні витримувати підвищення лише до 30 °C. Деякі корали виживають за нормальної температури води трохи більше 21 °C.

Многие види тварин здатні, або нездатні до власного терморегуляції, т. е. підтримувати постійну температуру. У цій ознакою їх поділяють на пойкилотермных (від грецьк. poikiloi — різний, перемінний і therme — жар) і гомойотермных (від грецьк. homoios — рівний і therme — жар). Першим властива непостійна температура, тоді як другим — стала. Гомойотермными є ссавці і пояснюються деякі види птахів. Вони можуть до терморегуляції, яка забезпечується фізичними і хімічними шляхами. Фізична терморегуляція здійснюється з допомогою нагромадження підшкірного жирового шару, що призводить до збереженню тепла, або прискореного дихання. Хімічний шлях терморегуляції залежить від потоотделении. Пойкилотермными є всі організми, крім ссавців і знання кількох видів птахів. Температура їх тіла наближається до температурі середовища. Лише деяких видів цих тварин здатні до зміни температури свого тіла, притому за певних умов. Наприклад, цієї здатністю мають тунці. Важливим для пойкилотермных організмів є те, що підвищення їх тіла відбувається, коли збільшується їх активність, їх обмін веществ.

В ході еволюції гомойотермные тварини розвинули здатність захищатися від холоду (міграції, сплячка, хутро тощо. д.).

Свет є найважливішим абиотическим чинником, особливо фотосинтезирующих рослин (фототрофов). Рівень фотосинтезу залежить від інтенсивності сонячної радіації, якісного складу світла, розподілу світу в часу. Проте задля інших організмів його значення проти температурою є, оскільки відомі багатьох видів бактерій і грибів, що потенційно можуть довго розмножуватися в умовах темряви. Розрізняють светолюбивые, теплолюбні і тепловыносливые рослини. Багатьом тварин зоопланктону світло є поштовхом до вертикальної міграції, у результаті днем вони на глибинах, тоді як вночі піднімаються в теплі, багаті кормом верхні верстви води. Для тварин, які мають зором, найуспішніше добування їжі у світле время.

У тварин багатьох видів тривалість світлового дня впливає з їхньої статеву функцію, стимулюючи їх у період збільшення світлового дня (фотопериода) і пригнічуючи її за зменшенні світлового дня (восени чи взимку). У птахів фотопериод впливає яйцеклітини. Скорочення світлового дня служить поштовхом до миграции.

Результатом зміни світлового режиму (тривалості світлового дня) є фотопериодизм (від грецьк. photos — світло, periodos — кругообертання), під яким розуміють річні цикли розвитку в багатьох видів рослин та тварин. Наприклад пшениця, овес, ячмінь та інші культури зацвітають при довгому світловому дні північ від, тоді як кукурудза, бавовник — при короткому світловому дні на юге.

Влажность — це комплексний чинник", і представлений кількістю водяних парів у атмосфері та води в грунті. Вологість вимірюють шляхом визначення відносної вологості повітря на вигляді відсоткового відносини тиску водяної пари до тиску насиченого пара при однаковою температурі. Важливість вологості життю організмів залежить від того, що втрата її клітинами веде до гибели.

Обычно рослини поглинають воду з грунту. Що ж до тварин, то потреба у воді вони реалізують шляхом її пиття, або всмоктуванням через покрови тіла, або з їжею, або шляхом окислення жирів. Залежно від вологості відбувається розподіл видів. Наприклад, земноводні, дощові хробаки і пояснюються деякі молюски здатні жити тільки в вологих місцях. Навпаки, багато тварини воліють сухость.

Влажность грунту залежить кількості опадів, глибини залягання ґрунтових вод та інших умов. Вона важлива розчинення у воді мінеральних веществ.

Большое значення як абиотического чинника має комбіноване вплив на організми температури і влажности.

Химические чинники за своїм значенням не поступаються фізичним чинникам. Наприклад, велику роль грає газовий склад атмосфери і водного середовища. Більшість організмів потребує кисні, і деякі організми — в азоті, метані чи сероводороде.

Газовый склад надзвичайно важливий для організмів, що у водному середовищі. Наприклад, у питній воді у Чорному морі дуже багато сірководню, що робить цей басейн невідь що сприятливим не для життя у ньому багатьох організмів. Що ж до наземних організмів, всі вони малочувствительны до газовому складу атмосфери, оскільки вона постоянен.

Соленость дуже важлива й у водної середовищі. Наприклад, у складі водних тварин найбільше видів живе солоних водах (морських і океанічних), менше — в прісної води та ще менше — в солонуватій воді. Здатність підтримувати сольовий склад внутрішнього середовища впливає поширення водних тварин. Істотну роль не для життя організмів, особливо рослин, грає значення рН. Одні рослини здатні жити у кислої середовищі, інші — в лужної, причому зміни у концентрації водневих іонів дуже згубні їм. Серед, рН якої становить 0, життя майже немає. За такої рН ростуть лише окремі види мікроскопічних грибів і водорослей.

Механические чинники, характеризуються тим, що їхня дія супроводжується освітою вільних від життя ділянок, які потім заселяються, але зміст нових «поселенців «надто відрізнятиметься від вихідного до формування нових співтовариств живих существ.

Образование вільних від життя ділянок відбувається внаслідок стихійних лих (пожеж, повеней та ін.), різних геологічних процесів, дій людини у природі й т. буд. Прикладом механічних чинників є обміління Аральського моря. Після цього звільнених від води територіях з’явилися нові види тварин і звинувачують растений.

Характерная особливість видів у тих їхніх стосунків до абиотическим чинникам полягає у цьому, кожен вид має певним діапазоном толерантності (стійкості) до того що чи іншому чиннику, причому толерантність визначається нормою реакції, т. е. детермінується генетично. У разі, якщо дію абиотического чинника відбувається поза межами діапазону толерантності, організм гине. Оптимальними умовами життю виду середня частина діапазону його толерантності до того що чи іншому чиннику. У цій частині діапазону відбувається також розмноження організмів виду. Крайні кордону діапазону толерантності несприятливі не для життя вида.

С інший боку, характерною рисою будь-якого абиотического чинника і те, що може обмежувати як життя, але в чи іншою мірою і чисельність виду, діючи причому у ролі регулюючого чинника. Що Регулює вплив абіотичних чинників особливо зростає і натомість взаємодії організмів між собою (згубний вплив на популяції анабіозу, хижацтва, паразитизму), що саме собі є регулирующим.

Следующей характерною рисою абіотичних чинників був частиною їхнього що обмежує здатність, що полягає у тому, що з оптимальному дії всіх можливих абіотичних чинників на організми недолік однієї з чинників все ж надасть обмежувальне вплив на популяцію. Наприклад, внесення добрив на російський грунт за відсутності будь-якого мікроелемента не призводить до очікуваному поліпшенню (значного підвищення врожаю культури). Отже, даний мікроелемент є які обмежують (лимитирующим) чинником. Розуміння природи обмежують чинників має важливе практичного значення як на сільського хозяйства.

Абиотические чинники перебувають у постійному взаємодії між собою, причому чутливість організмів до залежності одного чинника від іншого також визначається нормою реакції, т. е. контролюється генетично. Наприклад, згубний результат підвищення температури найбільшою мірою проявляється у разі підвищення вологості середовища. Інакше кажучи, при «посиленні жорсткості «дії на організми одного абіогенного чинника звужується діапазон стійкості їх до іншого абиотическому фактору.

В ході історичного поступу організми у відповідь зміну дні й ночі, змінюють часів року, т. е. у відповідь основні ритми Землі, зумовлені її обертанням навколо Сонця, виробили у процесі адаптогенеза спроможність до ритмічною життєдіяльності, що отримало назву біоритмів. Характерна риса біоритмів у тому, що здійснюються одночасно з процесами, що перебігають серед періодично. Розрізняють добові ритми (24-часовые) і околосуточные, які проходять під час від 20 до 28 годині і котрі називають циркадными (від латів. cirka — навколо, близько, dies — день).

В разі людини добові і циркадные ритми зачіпають багато властивостей і фізіологічні процеси (температура тіла, артеріальний тиск, митотическая активність клітин, биоэлектрическая активність мозку, кількість тромбоцитів в периферичної крові й т. буд.). Припускають, що це ритми генетично контролюються, т. до. у нейроспоры і дрозофіли встановлено звані «годинникові «гени, які детермінують циркадные ритми цих організмів. Встановлено також, що циркадный ритм притаманний синтезу мРНК на «вартових «генах І що існують «годинникові «білки, здатні ингибировать експресію «вартових «генов.

Наука, вивчає біоритми, називається хронобиология (отгреч. chronos — час, logos — наука). Знання закономірностей біоритмів має значення в сільському господарстві в профілактичної медицине.

Список литературы

Пехов О.П. «Біологія з засадами екології «, 2000 г.

Протасов В.Ф. і ін. «Екологія, здоров’я та природокористування у Росії «.

Старикова Г. В., Поветкин В. В. «Екологія «.