92.Паразитизм как обитание в среде второго порядка. Биологические выгоды паразитизма и адаптация экто- и эндопаразитов.

Паразитизм – такая форма взаимоотношений между организмами разных видов, при котором один организм (паразит) использует другой (хозяина) в качестве постоянной или временной среды обитания и источника питания. В силу того, что хозяин обеспечивает паразиту не только пищу, но и защиту, микроклимат, хорошая приспособленность паразита к особенностям организма хозяина является определенной гарантией его успеха при размножении и оставлении потомства. Паразиты используют в пищу организм хозяина постепенно, сохраняя жизнь жертвы до окончания своего жизненного цикла.

Выгода паразитов состоит в том, что не надо самому искать добычу и тратить энергию на ее овладение. Но невыгодное для паразитов то, что без хозяина они существовать не могут, для их размножения нужны определенные условия, и сложно находить промежуточного хозяина.

Паразиты могут жить на теле хозяина (вши, клещи, грибы) – это эктопаразиты. Другие обитают в тканях или полости тела (бактерии, глисты), внутри клетки (вирусы, малярийный плазмодий) – это эндопаразиты. Среди них имеются облигатные и факультативные. Облигатные ведут только паразитический образ жизни, вторые могут питаться и отмершими остатками организмов. Паразиты могут быть временными и постоянными. Временные лишь периодически посещают хозяина (комары, мошки, слепни), а постоянные проводят на теле хозяина или внутри его всю жизнь.

Характерной особенностью паразитов является редукция у них некоторых органов (например, пищеварительной системы, органов чувств, конечностей у животных, корней, стебля, листьев) или усложнения других (половая система, органов прикрепления). С развитием паразитических свойств возрастает специализация паразита, сужает круг его хозяев.

Паразитизм широко распространен в мире живых существ. Известны многие виды паразитирующих бактерий, грибов, животных и цветковых растений. Существуют отряды, и даже классы животных, целиком представленные паразитами (например, из простейших – споровики, из плоских червей – сосальщики, ленточные, из насекомых – блохи, вши). Паразитами являются все вирусы, а среди мхов папоротников и голосеменных паразитов нет.

94.Метагенез и гетерогония как типы жизненных циклов беспозвоночных животных.

Метагенез – чередование поколений, размножающихся различным способом, а и. половым и бесполым. Такое чередование поколений можно наблюдать при размножении гидроидных полипов, когда происходит чередование 2 поколений, различных по строению и способу размножения. Одно поколение, полиплоидное, ведет сидячий образ жизни и размножается только бесполым способом, производя посредством почкования полипов и медуз. Медузы (второе поколение) отрываются от колоний полипов, размножаются половым путем и снова дают начало поколению полипов.

БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ. Сами полипы способны лишь к бесполому размножению почкованием; в гидрантах половые железы не образуются. Они формируются в специальных, возникающих на колонии тоже путем почкования половых особях, медузах, переходящих к свободноплавающему образу жизни. Сначала на известных местах стебля колонии появляется вырост, напоминающий собой зачаток гидранта. Этот вырост сильно вытягивается и превращается в полый столбик, видоизмененный полип – бластостиль, по бокам кот. выпочковываются зачатки медуз. Каждый зачаток постепенно превращается в молодую медузу, кот. отрывается от бластостиля и уплывает.

ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ. Медуза растет, развивает в себе половые клетки и приступает к половому размножению. Половые клетки после созревания выходят наружу ч/з небольшие разрывы наружной стенки тела. Оплодотворение и все дальнейшее развитие яиц протекает вне материнского организма. Яйцо испытывает полное, равномерное дробление, в результате кот. формируется продолговатая бластула. Затем путем иммиграции происходит гаструляция и образуется личинка – планула, нек. время она свободно плавает с помощью ресничек, кот. покрывают ее тело, потом садится на дно и с их же помощью прикрепляется и → в молодой полип, кот. растет, почкуется и дает начало гидроидным полипам. Метагенез встречается и у сцифоидныз медуз, у кот. наиболее разв. медузоидное поколение, тогда как бесполое полипоидное – кратковременно и переходящее.

Гетерогония – правильное чередование нескольких партеногенетических и одного типичного полового гермафродитного полоколения, т.е. закономерная смена отличающихся др. от др., но обязательно половых поколений (раздельнополого и гермафродитного, раздельнополого и партеногенетического, гермафродитного и партеногенетического). У трематод – последний тип гетерогонии. Она ведет к повторному умножению числа зародышей, могущих попасть в окончательного хозяина. Жизненный цикл у трематод весьма сложен, т.к. связан со сменой хозяев и чередованием поколений. Гермафродитный половозрелый сосальщик (марита) паразитирует в кишечнике / в др. внутр. органах позвоночного животного. Откладываемые им яйца выводятся из организма хозяина наружу с экскрементами. Яйца должны попасть в воду, где они открываются, и из них выходят личинки (мирацидии), сплошь покрытые мерцательным эпителием. В задней ее части лежат т.н. зародышевые клетки / партеногенетические яйца (м. разв. без оплодотворения). Нек. время она плавает в воде, потом должна попасть в промежуточного хозяина – улитку (пробуравливает хоботком и попадает во внутр. органы). Внутри улитки мирацидий сбрасывает реснички и превращается в спороцист – бесформенный, неподвижный мешок. Это половозрелая стадия, способная к размножению. Т.о. мирацидий представляет собой не что иное, как личинку спороцисты. Партеногенетические яйца начинают дробиться, давая начало зародышевым мешкам, к. из кот. превращается в зародыша следующего, дочернего, поколения (редию). Спороцист лопается и редии выходят наружу, но остаются в улитке. В редиях, как и в спороцисте, из отдельных зародышевых кл. равз. новое поколение – церкарии. Это личинка гермафродитной особи (мариты). Ч/з спец. отверстие они выходят из редии и из улитки и нек. время свободно плавают в воде с помощью хвоста. Должны попасть в тело второго промежуточного хозяина – личинки водных насекомых, рыбы, головастики. С помощью острой иглы (стилета) они разрушают покровы хозяина, проникают во внутр. органы, где сбрасывают хвост и стилет, и одеваются тонкой прозрачной оболочкой – инцистируются. Это покоящаяся стадия – метацеркарий. Должны быть съедены окончательным хозяином, позвоночным животным, в кишечнике кот. метацеркарий высвобождается от оболочки и заканчивает свое развитие.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ. Гермафродит половозрелый (марита) в кишечнике позвоночного животного → из ее яиц в воде мирацидий с партеногенетическими яйцами → в улитке в половозрелый спороцист → из партеногенетических яиц редия – зародыш дочернего поколения → из отдельных партеногенетических яиц церкарий (новое поколение) – личинка мариты → в рыбе инцистируются – метациркарий (ст. покоя) → в окончательного хозяина – конец развития.

У коловраток наблюдается несколько партеногенетических поколений самок → половой период → мелкие яйца с самцами → спариваются с самками полового (материнского) поколения → крупные с плотными оболочками яйца (ст. покоя) → партеногенетические самки.

Прямое развитие происходит так: яйцо → взрослая особь (маленькая) → взрослая особь (большая). Речной рак, паук-крестоносец.

Непрямое (с метаморфозой) развитие так: яйцо → непохожая личинка → взрослая особь.

Метагенез – чередование в цикле развития полового и бесполого поколений. Кишечнополостные (полип (бесполое) → медуза (половое) → расселение).

Гетерогамия – чередование бисексуального поколения (самцы и самки) и партеногенетического. Партеногенез – быстрый рост поколения с захватом территорий и пищеварительных ресурсов.

- тля – женская особь перезимовывает, откладывает яйца без оплодотворения 2 женские особи, когда их достигает критическая масса, образуются яйца с мужскими и женскими особями. Зимуют только женские.

- печеночный сосальщик: взрослые особи обоеполые, личинка – женский партеногенез.

95. Биогеоценозы и экосистемы. Трофические пирамиды, пищевые цепи и сети, эффективность перехода энергии с одного трофического уровня на другой.

Биогеоценоз – это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и определенными условиями среды обитания (биотоп), которые объединений обменом веществ и энергией в единый природный комплекс. Во многих странах мира такие природные комплексы называют экосистемами.

Биогеоценоз и экосистема понятия сходные, но не одинаковые. Биогеоценоз отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности – от капли до биосферы в целом, то биогеоценоз – это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема является биогеоценозом.

Основу экосистемы составляют автотрофные организмы – продуценты (производители), которые в процессе фотосинтеза создают богатую энергией пищу – первичное органической вещество. В наземных условиях наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые дают начало всем трофическим связям в экосистеме, служат субстратом для многих животных, грибов и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа. В водных экосистемах таковыми являются водоросли.

Готовые органические вещества используют для получения и накопления энергии гетеротрофы, или консументы (потребители). К ним относятся растительноядные животные (консументы 1 порядка), плотоядные, живущие за счет растительноядных форм (консументы 2 порядка), потребители других плотоядных (консументы 3 порядка). Особую группу консументов составляют редуценты (разрушители), разлагающие органические остатки продуцентов и консументов до простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами.

Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетический связи. Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растением, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем.

Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищеварительной цепи или даже из разных, цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложный пищевые сети.

Существует два основных типа пищевых цепей – пастбищные (цепи выедания) и детритные (цепи разложения). Пример пастбищных: клевер → кролик → волк;

фитопланктон → зоопланктон → плотва → щука → скопа. Типичным примером детритной пищевой цепи наших лесов является: листовая подстилка → дождевой червь → черный дрозд → ястреб перепелятник.

С одного уровня на следующий переходит 10% энергии

96. Основные типы межвидовых отношений.

Связь биотических взаимодействий с этапами биологических сукцессий.

Конкуренция – это взаимоотношения, возникающие между особями или популяциями одного и того же вида (внутривидовая конкуренция) или разных видов (межвидовая конкуренция), соревнующихся за одни и те же ресурсы среды при их ограниченном количестве. Формы конкурентных взаимоотношений могут быть самыми различными: от прямой физической борьбы до мирного совместного существования. Однако если два вида с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, то рано или поздно более сильный конкурент вытеснит более слабого – закон конкурентного исключения. Конкурентные взаимоотношения являются одними из самых важнейших механизмов формирования видового состава сообщества, пространственного распределения особей и регуляции их численности.

Хищничество – способ добывания пищи и питания животных (редко грибов и растений), когда они ловят, умерщвляют и поедают других животных. Хищничество весьма распространенный тип межвидовых отношений, связанный с активным поиском и энергичными способами овладения сопротивляющейся и убегающей добычей. Для него характерно наличие разнообразных экологических адаптаций как у хищника (быстрота реакции, скорость бега ил полета, хорошее развитие нервной системы), так и у жертвы (покровительственная окраска, инстинкты затаивания и др.). Среди млекопитающих типичными хищниками являются представители отряда хищных (кошачьи, волки, тюлени, моржи). Существует множество хищных птиц, рыб, рептилий, насекомых грибов и насекомоядных растений (росянка, жирянка).

Симбиоз – различные формы совместного существования разных видов организмов. Симбиоз бывает факультативным, когда каждый из организмов при отсутствии партнера может жить самостоятельно. И облигатный, когда один из организмов (или оба) оказываются в такой зависимости от другого, что самостоятельное существование невозможно. Симбиоз разделяют на несколько типов.

Комменсализм – такой тип симбиотических взаимоотношений между организмами двух видов, когда деятельность одного из них доставляет пищу или предоставляет убежище другому. При этом комменсалы односторонне используют другой вид, не принося ему выгоды или заметного вреда. Например, гиены доедают остатки недоеденной пищи львов. В норах животных и гнездах птиц живет много членистоногих, лишайников, грибов т.к. там более благоприятный и стабильный микроклимат.

Паразитизм – такая форма взаимоотношений между организмами разных видов, при котором один организм (паразит) использует другой (хозяина) в качестве постоянной или временной среды обитания и источника питания. В силу того, что хозяин обеспечивает паразиту не только пищу, но и защиту, микроклимат, хорошая приспособленность паразита к особенностям организма хозяина является определенной гарантией его успеха при размножении и оставлении потомства. Паразиты используют в пищу организм хозяина постепенно, сохраняя жизнь жертвы до окончания своего жизненного цикла. Выгода паразитов состоит в том, что не надо самому искать добычу и тратить энергию на ее овладение. Но невыгодное для паразитов то, что без хозяина они существовать не могут, для их размножения нужны определенные условия, и сложно находить промежуточного хозяина. Паразиты могут жить на теле хозяина (вши, клещи, грибы) – это эктопаразиты. Другие обитают в тканях или полости тела (бактерии, глисты), внутри клетки (вирусы, малярийный плазмодий) – это эндопаразиты.

Мутуализм – форма облигатного взаимовыгодно сожительства организмов двух или более видов. Примерами мутуализма: в пищеварительном тракте тараканов, термитов, жвачных животных живут бактерии, инфузории и жгутиковые одноклеточные, которые помогают животному хозяину переваривать растительную пищу, вырабатывая целлюлозолитические ферменты.

Сукцессия смена одних биогеоценозов другими.

97. Основные классы веществ в биосфере.

Живое вещество и его биогеохимические функции.

Биосфера – не только область жизни, но ее особенность заключается в наличии семи классов веществ:

1. Живое вещество – совокупность всех существующих в данный момент живых организмов планеты, непрерывно умирающих и умирающих, обладающие биогеохимической энергией и связанных с другим веществом биосферы только биогенной миграцией атомов.

2. Биогенные вещества, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами, обладающие мощной потенциальной энергией (каменный уголь, горючие газы, торф, известняк, нефть).

3. Костное (неживое) вещество, образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует. Это твердой, жидкое или газообразное вещество, причем газообразное и жидкое – носители свободной энергии на поверхности биосферы.

4. Биокостное вещество – неживое вещество, преобразованное животными организмами и представляющее собой динамически равновесные системы тех и других. Таковые океанические и почти все виды естественных вод биосферы, приземная атмосфера, осадочные породы, глинные минералы, почва.

5. Вещество, находящееся в радиационном распаде.

6. Вещество рассеянных атомов, которое непрерывно создается из всякого рода земного вещества под валянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения – это отдельные атомы, возможно даже молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля солнца и из космического пространства.

Глобальными биогеохимическими функциями живого вещества являются:

1. Энергетическая функция заключается в усвоении живым веществом преимущественно солнечной энергии и передаче ее по трофическим цепям. В основе этой функции лежи фотосинтетическая деятельность зеленых растений, образующих 98% всей первичной продукции планеты, что составляет около 150 – 200 млрд. т сухого органического вещества в год.

2. Газовая функция осуществляется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза выделяют кислород, растениями и животными, выделяющими при дыхании углекислый газ, а так же многими бактериями, восстанавливающими азот, сероводород и др. Благодаря этой функции сформирован современный состав атмосферы.

3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать разные химические элементы, из внешней среды. Бурые водоросли концентрируют йод, диатомовые водоросли и злаки – кремний, фиалки – цинк.

4. Окислительно-восстановительная функция выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В почве, водной и воздушной среде образуются соли, окислы, новые вещества как результат ОВР.

5. Биохимическая функция осуществляется в процессе обмена веществ в живых организмах (питание, дыхания, выделения) и разрушения отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности до простых неорганических веществ.

98. Состав и строение биосферы, роль человека в ее эволюции. Техносфера.

Биосферой называется та часть земного шара и околоземного пространства, в пределах которого существует жизнь. Живая оболочка планеты. Главным компонентом биосферы является живое вещество – совокупность всех существующих в данный момент живых организмов планеты, численно выраженная в элементарном химическом составе, в массе, в энергии. Количественной мерой живого вещества на планете является биомасса – выраженное в массе количество живого вещества, приходящееся на единицу площади или объема местообитания.

Элементарной функциональной и структурной единицей биосферы является биогеоценоз. В биогеоценозе организмы и среда тесно взаимодействуют и взаимно приспосабливаются друг к другу, благодаря чему возможно осуществлять круговорот веществ и энергии – основы бесконечности жизни на планете.

3 основные черты биосферы:

1. Наличие большого количества жидкой воды.

2. Мощный поток энергии солнца.

3. Есть поверхности раздела между веществами в жидком, твердом и воздушном состоянии.

Биосфера состоит из:

Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли имеет мощность на равнинах 30 – 40 км, в горах 50 км, в пределах морей и океанов обычно от3 до 10 км. Она состоит из двух слоев: верхнего – с гранитом и нижнего – базальта. Живое вещество расположено в основном в ее верхних нескольких десятках метрах. Распространение жизни в более глубокие области литосферы ограничено высокими температурами земных недр. Область биосферы в литосфере, видимо, не опускается ниже 4 – 5 км (это глубина, на которой обнаружены нефтебактерии).

Атмосфера – воздушная оболочка Земли. Воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20, 94 %), аргона (0, 93 %), углекислого газа (0,03%) и незначительно количества других газов. Область биосферы присутствует лишь в нижнем слое атмосферы – тропосфере. Высота этого слоя изменяется от8 – 10 км в полярных широтах до 16 – 18 км в экваториальной зоне. Верхней границей биосферы считают зону 15 км, над которой располагается озоновый слой стратосферы в области 15 – 25 км. Озоновый экран поглощает губительные для живых организмов коротковолновые ультрафиолетовые излучения Солнца.

Гидросфера представляет собой совокупность вод океанов, морей, озер, рек, подземных, ледяных покровов планеты. Она образует ее прерывистую оболочку. Средняя глубина океана составляет 3,8 км, максимальная – 11,034 км. Около 97 % составляют соленые океанический воды, 2,2 % воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерный и речные водоемы. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые слои почвы, а также прибрежные воды.

Зона непосредственного контакта и активного взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы плотнее всего заселена живыми организмами, т.к. в этих областях создаются наиболее благоприятные условия для жизни – оптимальная температура, влажность, освещенность, содержание кислорода и необходимых химических соединений.

Техносфера – глобальная совокупность орудий, объектов, материальных процессов в общественном производстве. Площадь суши занятой под техносферу в начале 20 века составляла 20%, в конце 20 – 60 %. Энергетическая мощность увеличилась в 14 раз, а численность населения в 4,5 раза.

С появлением современного человека в эволюции биосферы стал действовать новый фактор – антропический. Получая из природной среды все жизненные ресурсы (воздух, воду, пищу, энергию, строительные материала и т.д.), человек возвращает в биосферу бытовые и промышленные отходы, большая часть которых не в состоянии включаться в биологический круговорот из-за чужеродности и токсичности. Происходит быстрое истощение природных ресурсов, вымирание многих видов живых организмов, загрязнение и отравление среды ядохимикатами и радионуклидами.

99. Экология популяций. Пространственное распределение, динамические характеристики (рождаемость, смертность, типы роста). Регуляция численности популяций. Факторы зависимые и независимые от плотности.

Группировки особей одного вида, в течение длительно времени населяющие определенную часть ареала, свободно скрещивающиеся и относительно обособленные от других совокупностей того же вида, называется популяцией. Структуру популяции отражают некоторые показатели.

Численность – общее количество особей в популяции. Эта величина характеризуется широким диапазоном изменчивости, однако она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности популяции по сравнению с этими пределами может привести к вымиранию популяции. Рождаемость перестанет покрывать смертность, и оставшиеся особи в течение сравнительно короткого времени вымрут.

Пространственная структура популяции характеризуется особенностями размещения особей на занимаемой территории. Она определяется свойствами местообитания и биологическими особенностями вида. Наряду со случайным и равномерным распределением в природе наиболее часто встречается групповое распределение. Группа животных, прилагая совместные усилия, может легче защищаться от хищников, искать и добывать корм. Жизнь в семьях, стадах, гаремах и т.д. приводит так же к групповому распределению особей. Пространственная структура может изменяться во времени; она зависит от сезона года, от численности популяции, возрастной и половой структуры.

Теоретически любая популяция способна к неограниченному росту, если нет лимитирующего фактора среды. Но разные виды имеют разную величину биотического потенциала (теоретически возможное число потомков от одной пары за определенный промежуток времени). Рост численность популяции с постоянной скоростью называется экспоненциальным ростом. В природных условиях экспоненциальный рост наблюдается очень редко (вспышка численности саранчи). При увеличении плотности популяции, обычно наблюдается замедление роста численности, поскольку популяция оказывается в условиях с ограниченными ресурсами. Например, животным при высокой плотности популяции может не хватать пищи.

Общие изменения численности популяции определяются такими процессами, как рождаемость, смертность и миграции особей.

Рождаемость характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают абсолютную и удельную рождаемость.

Абсолютная рождаемость – количество особей, родившихся (вылупившихся, отпочковавшихся) в популяции за единицу времени. Удельная рождаемость – количество особей, родившихся в популяции за единицу времени в расчете на одну особь. Показатель удельной рождаемости позволяет сравнивать скорость рождаемости в популяции с разной численностью. Величина рождаемости тем выше, чем больше доля особей, принимающих участие в размножении, чем выше плодовитость, чем чаще следует друг за другом репродуктивные циклы.

Смертность характеризуется скоростью убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, паразитов, генетической и физиологической неполноценности, старости. На численность популяции так же влияют миграции.

Миграции – закономерные перемещения животных между существенно различными, пространственно разобщенными средами обитания. Подобные переселения вызывают изменение условий существования в местах обитания или изменением требований животного к этим условиям на разных стадиях развития. Массовое перемещение особей между популяциями может изменить их структуру и основные свойства. Например массовое выселение оседлых животных (белок) при внезапном ухудшении условий (засуха, пожары), перенаселении часто заканчивается их массовой гибелью.

100. Общие понятия о среде обитания как целостной системе жизненно-важных условий. Принципы классификации факторов среды. Лимитирующие факторы.

Среда обитания – части природы (совокупность биотических и абиотических факторов), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост, развитие, размножение, выживаемость. На нашей планете организмы освоили 4 основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого организма.

Условия существования – совокупность жизненно необходимых факторов, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва).

Экологический фактор – элементы окружающей среды, которые вызывают у животных организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации). Различают биотические, биотические и антропогенные факторы.

К абиотическим факторам относят: свет, температуру воздуха и воды, ветер, влажность, состав почвы, особенности рельефа, соленость и рН воды.

К биотическим факторам относят: разнообразные формы влияния одних организмов на других (жертва – хищник, паразит - хозяин)

Антропогенные факторы – это все формы деятельности человека, изменяющие природу как среду обитания живых организмов.

Экологические факторы взаимодействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют остальные факторы. Эта закономерность называется взаимодействие факторов (жару и морозы легче переносить если влажность воздуха будет ниже). В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилиями другого (увядание растения можно прекратить как увеличением количества влаги, так и снижением температуры воздуха, уменьшающей транспирации). Вместе с тем, ни один из факторов необходимых организму не может мыть замене полностью. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на остальной идеальные условия. Поэтому, если значение хотя ба одного из жизненно необходимых факторов приближается к критической величине, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются лимитирующими.

101. Основные биогеохимические циклы (углерод, азот, фосфор). Нарушение глобального баланса углерода и его возможные последствия. Влияние человеческой деятельности на биогеохимические циклы в биосфере.

Углерод – первостепенный биогенный элемент. В природе он содержится в двух формах.

В форме известняка биогенного происхождения, но главным образом в виде СО₂ (циркулирующая форма). В атмосфере содержится 0, 032 углерода, но на фотосинтез хватает. Круговорот идет по 2 циклам: океаническому и континентальному, которые объединены в атмосферную углекислоту.

На суше начинается с фиксации СО₂ растениями в процессе фотосинтеза с образованием разнообразных веществ и побочным выделением О₂. Затем происходит перемещения по трофическим уровням. В результате дыхания, разложения трупов, гноения, горения и брожения органическое вещество преобразуется в СО₂ (но часть веществ может откладываться в виде гумуса, торфа – они являются основой каменного угля, горючего, газов).

В океане роль фиксаторов углерода играет фитопланктон и бентическая растительность (40 млрд. тонн изымается из атмосферы и растворяется в океане). С повышением концентрации СО₂ в атмосфере избыток его растворяется в океане, поддерживая определенную концентрацию его в воздухе.

Ежегодно в фотосинтез вовлекается около 110 млрд. т СО₂, т.е. примерно 5 % всего атмосферного запаса текущего года. Расход СО₂ уравновешивается поступлением его аз счет процессов окисления. В норме количество СО₂ и О₂ в атмосфере из года в год сохраняет приблизительное равновесие.

Деятельность человека играет большую роль в круговороте углерода. Каждый год сжигается около 2 млрд. т ископаемого топлива, а это значит, что в атмосферу поступает почти 5,5 млрд. т углекислого газа. Еще примерно 1,7 млрд. т его поступает туда же за счет сведения и вырубки тропических лесов и окисления органического вещества почвы (гумуса). В результате концентрация углекислого газа в атмосфере в начале 20 века составляла 0, 029 %, а к настоящему времени составляет 0, 035 %, что на 20 % выше.

Азот. Атмосфера на 78 % состоит из азота. Азот – это инертные газ, и для того чтобы он начал участвовать в процессах жизнедеятельности его надо связать в соединения NO₂, NO₃, NH₄. Связывание азота происходит следующими путями:

1. В процессе вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе ионизации, при сгорании метеоритов. Вместе с дождевыми водами в почву попадает от 4 до 10 кг окислов азота на 1 га в год. При извержении вулканов поступает 5 – 8 кг азота на 1 га в год.

2. Гораздо большую роль играют прокариотические микроорганизмы как свободно живущие, так и обитающие в корнях и на листьях растений (Azotobacter). Количество фиксируемого ими азота составляет от 2-3 до 5-6 кг/га в год. Аналогичную функцию выполняют живущие в воде цианобактерии.

3. В водной среде главная роль принадлежит многочисленным видам фотосинтезирующих цианобактерий, среди которых наиболее известны бактерии рода Anabaena и Nostoc. На востоке они играют большую роль в продуктивности рисовых полей, поставляя за вегетационный сезон до 200 кг/га азота.

Самым крупным вмешательством человека в круговорот веществ в природе является промышленная фиксация азота. Вводимые в избытке в почву нитраты не полностью денитрифицируются и равновесие между процессами нитрификации и денитрификации нарушается. Избыток нитратов ежегодно достигает 9 млн. тонн.

Фосфор – один из основных составляющих живого вещества, в котором он содержится в большом количестве. Запасы фосфора, доступные живым существам, полностью находятся в литосфере (апатиты, фосфориты). Минеральный фосфор – редкий элемент биосферы. В земной коре его содержание не превышает 1 %. Круговорот фосфора характеризуется отсутствием газовых фаз.

В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают океан фосфатами, что способствует развитию в океане фитопланктона и живых организмов. В конечном итоге растворимые фосфаты попадают в донные отложения или выносятся на сушу (через потребление рыб птицами). Каждый год с суши выносится 1 млн. т фосфора. Это очень много, а возвращается только 60 тыс. т. Остальные безвозвратно потеряны. С удобрениями каждый год вносится около 70 тыс. фосфатов.

125