О. О. Созінов (Інститут агроекології та біотехнології уаан)

Вид материала

Документы

Содержание У чому полягає мета соціально-екологічних досліджень? Кількість живої речовини. Основні властивості живої речовини Ш Біосфера та її межі. Простір нашої планети, в якому існує й «працює» жива речовина, називають біосферою Гпава 2 Біоекологія Перша фаза. Формування ранньої земної кори, атмосфери та гідросфери. Виникнення геологічного кругообігу речовин. 57 Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля Глава 2

Подобный материал:

• О. О. Созінов (Інститут агроекології та біотехнології уаан), 10486.5kb.
• «Інститут харчової біотехнології та геноміки нан україни» Новітні технології біоенергоконверсії, 191.08kb.
• Технічний регламент, 1714.19kb.
• Конспект лекцій дисципліни «основи біотехнології рослин», 768.55kb.
• Щодо виконання науково-дослідних, 847.87kb.
• Державна установа „Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії, 21.57kb.
• Національний технічний університет україни “київський політехнічний інститут” Факультет, 11.38kb.
• Опис модуля назва модуля, 15.02kb.
• Кропивко Максим Михайлович. Інвестиційне забезпечення селянських (фермерських) господарств:, 154.06kb.
• Текст роботи: інститут аграрної економіки української академії аграрних наук сук петро, 536.56kb.

51


Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля




Контрольні запитання й завдання

1. Коли людина завдала першого удару
   по природі й у чому він полягав?
   

1. До яких наслідків для довкілля
   призвів активний розвиток земле­
   робства й скотарства?
   

1. У чому полягали особливості роз­
   витку глобальної екологічної кризи
   другої половини XX cm. ?
   

1. Назвіть головні причини розвитку
   глобальної екологічної кризи.
   

1. Які два «вибухи» стали причиною
   різкого погіршення екологічної та
   соціально-економічної ситуації на
   нашій планеті?
   

1. Яка роль урбанізації в розвитку
   цивілізації і біосфери?
   

1. Наведіть кілька прикладів на під­
   твердження факту наростання гло­
   бальної екологічної кризи.
   

1. Наведіть приклади спустелювання,
   деградаци ґрунтів і зникнення лісів
   на континентах, укажіть причини
   цього.
   

1. Що таке надзвичайні екологічні си­
   туації?
   

10. Як класифікують природні та ан­
    тропогенні катастрофи?
    

10. Які райони України належать до
    сейсмічно небезпечних?
    

12. Укажіть екологічні наслідки військо­
    вої діяльності та воєн.
    

12. Які промислові об'єкти належать до
    екологічно небезпечних?
    

12. Які наслідки іригаційних робіт для
    довкілля?
    

12. До чого призводить будівництво на
    великих річках гребель і водосховищ?
    

12. У чому проявляється криза людсько­
    го духу в наш час?
    

12. Якою має бути поведінка людини в
    довкіллі, аби не деградувала біо­
    сфера?
    

12. Розтлумачте поняття «екологічна
    культура».
    

12. Які основні принципи нової — еко­
    логічної— філософи?
    

12. Що означає термін «екостійкий роз­
    виток»?
    

12. Які основні відмінності старої й
    нової філософи життя ?
    

12. Які предмет і завдання сучасної
    екологи?
    

12. Опишіть структуру сучасної еко­
    логії.
    

12. У чому полягає мета соціально-
    екологічних досліджень?
    

БІОЕКОЛОГІЯ

Біосфера та людина, а не людина та біосфера.

М. В. Тимофєєв-Ресовський,

видатний

російський

генетик

§ 2.1. І Загальне уявлення про біосферу

На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому.

В. І. Вернадський,

основоположник біогеохімії, радіогеології, творець учень про біосферу та ноосферу, перший президент Академії наук України

речовина. Що принципово відрізняє нашу планету від будь-якої іншої планети Сонячної системи? Наявність життя. «Якби на Землі не було життя, — писав академік В. І. Вернадський, — обличчя її було б так само незмінним і хімічно інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил». Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку часто називають також біотою. Поняття «жива речовина» ввів у науку В. І. Вернадський і розумів під ним сукупність усіх живих організмів планети. Образно кажучи, всі організми — від бактерій, що потрапили на цю сторінку, до останнього дерева й тварини, до автора й читача цих рядків — становлять живу речовину. Вона виконує над-

53

Розділ

Сучасні підходи в науці про довкілля

Глав а 2

Біоекологія


звичайно важливу роль у процесах, що відбуваються в усіх сферах Землі.

Функції живої речовини. Жива речовина протидіє хаосові та ентропії. Використовуючи прямо й непрямо сонячну енергію, жива речовина створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетично впорядкованіші сполуки — вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та інші — або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окиснює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки. «Можна без перебільшення стверджувати, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, цілком перебуває під впливом життя, визначається живими організ­мами», — писав В. І. Вернадський.

♦ Наприклад, бактерії однієї з груп — залізобактерії — дістають необхідну для життя енергію за рахунок окиснення двовалентного заліза до тривалентного. При цьому в процесі утворення 1 г біомаси цих бактерій відбувається окиснення до 500 г солей двовалентного заліза. Кінцеві продукти — солі тривалентного заліза — відкладаються навколо бактеріальної клітини й утворюють так звану болотну руду. Саме з болотної руди за часів Київської Русі виплавляли чавун.

На прикладі залізобактерій ми простежуємо кілька функцій живої речовини: • окиснення; • концентрація; • перерозподіл хімічних елементів.

Кількість живої речовини. Суха маса живої речовини оціню­ється в 2—3 трлн т — приблизно в мільярд разів менше за масу Землі. Проте жива речовина відрізняється від неживої надзвичай­но високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса, тобто маса рослин, — щодня. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між біотою та зовнішнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу живих організмів. Образно кажучи, ми п'ємо воду, що колись входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо по­вітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.

Основні властивості живої речовини: • високоорганізована внутрішня структура;

54

65535. здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансфор­
       мувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї
       життєдіяльності;
       

65535. здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середо­
       вища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього,
       якщо ці коливання сумісні з життям;
       

65535. здатність до самовідтворення шляхом розмноження.
       

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць — організмів (індивідів), які, своєю чергою, групуються в більш або менш дискретні одиниці існування матерії — види.

Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця про­грама реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, шо визначаються генотипом, називається фенотипом. За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармоній­них відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Отже, втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.

Ш Біосфера та її межі. Простір нашої планети, в якому існує й «працює» жива речовина, називають біосферою (від грец. біос — життя та сфера — куля). Перші уявлення про біосферу як «зону життя» дав відомий французький природознавець Ж.-Б. Ламарк, а термін «біосфера» ввів у науку австрійський геолог Е. Зюсс (1875 p.). Проте цілісне вчення про біосферу створив наш видатний співвітчизник, засновник і перший президент Академії наук України В. І. Вернадський.

Біосфера охоплює три геологічні сфери — частини атмосфери й літосфери та всю гідросферу. Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини.

Верхня межа біосфери в атмосфері, надумку одних учених, проходить на висоті вершин Гімалаїв (10 км над рівнем моря), на думку інших, — досягає нижніх шарів стратосфери (30 км), де ще трапляються в досить великій кількості спори й

55

Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля

Гпава 2

Біоекологія


навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Іноді верхньою межею біосфери вважають озоновий шар (25—30 км над поверхнею планети), вище від якого живе зазвичай гине під дією космічних випромінювань.

Межа біосфери в літосфері також чітко не окреслена. Починаючи з глибин 0,5—2 м від земної поверхні кількість живої речовини зменшується в логарифмічній послідовності. На глибинах понад 10 м породи, як правило, вже стерильні. Та навіть у товщі стерильної породи іноді трапляються острівці життя. Найбільші глибини, де знайдено живу речовину, — 2—3 км. У нафтових родовищах на цих глибинах виявлено свою, «нафтову», мікрофлору. Нафта залягає також і на значно більших глибинах — до 5—7 км. Припускають, що й у таких глибинних родовищах можна знайти «нафтові» бактерії. Деякі дослідники нижньою межею біосфери вважають глибини, на яких темпе­ратура літосфери починає перевищувати 100 °С: близько 10 км на рівнинах і 7—8 км у горах.

Межі біосфери в гідросфері окреслені чітко: біосфера охоплює всю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км, де існує значна кількість глибоководних видів.

У цілому екологічний діапазон поширення живої речовини досить великий.

65535. У 1977 р. в океані на глибині кількох кілометрів було
       знайдено гарячі вулканічні зони, в яких за температури 350 °С
       існують численні термофільні бактерії (вода там не кипить через
       високий тиск і велику концентрацію солей).
       

65535. В експериментах американського дослідника Р. Камерона
       синьозелені водорості протягом кількох місяців не втрачали
       життєздатності в умовах, що відповідали марсіанським.
       

65535. Жива речовина не гине в рідкому азоті (на цій властивості
       грунтуються методи кріоконсервації всіляких живих організмів).
       

65535. Деякі види, наприклад ті ж таки синьозелені водорості, не
       гинуть під дією потужного іонізуючого випромінювання й
       оселяються в епіцентрі ядерного вибуху вже через кілька днів
       після його здійснення.
       

65535. Жива речовина здатна зберігатися навіть в умовах відкри­
       того Космосу. Так, третя експедиція американських астронавтів
       забула на Місяці телекамеру. Коли через півроку її повернули на
       Землю, на внутрішньому боці кришки було виявлено земні
       

56

бактерії, котрі без будь-яких шкідливих наслідків пережили тривале перебування за межами рідної планети.

Проте слід пам'ятати, що, незважаючи на свої великі потенційні можливості, «працює» жива речовина лише в межах біосфери.

§2.2. j Походження й еволюція біосфери

Довго-довго, весну й літо, творила Земля. Коли вона втомилася від цього пекучого щастя, тихими безмовними піснями підступила до неї осінь. У розкішний холодний танок сплела вона останні барви Землі, й безживно, але яскраво й смалко палали вони кілька тижнів... Адже життя на Землі почалося лише в найостанніший період її буття, коли достатньо знизилася температура, згустилися пари води й утворилися моря.

О. С. Серебровський,

російський біолог,

один з основоположників генетики

Біосфера має довгу й багато в чому драматичну історію, тісно пов'язану з еволюцією Землі. Еволюцію Землі можна умовно поділити на кілька фаз.

її Перша фаза. Формування ранньої земної кори, атмосфери та гідросфери. Виникнення геологічного кругообігу речовин. Згідно з найпоширенішою серед астрономів і астрофізиків гіпотезою, Всесвіт виник близько 20 млрд років тому внаслідок Великого вибуху. Потім утворилася наша Галактика (8 млрд років тому).

Близько 6 млрд років тому у віддаленій частині одного з рукавів Галактики розтягнута на трильйони кілометрів газо­пилова хмара під дією гравітаційних сил поступово ущільнилася й перетворилася на водневий диск, що повільно обертався. З його центральної частини утворилося Сонце, де за надзвичайно високих температури й тиску почалися реакції ядерного синтезу, в ході яких водень перетворювався на гелій і виділялася величезна кількість енергії. Периферичні залишки диска також

57

Розділ І Сучасні підходи в науці про довкілля

Глава 2

Біоєкологія


І І

зближувалися під дією сил взаємного притягання, поступово ущільнювалися, доки не перетворилися на суцільні сфери — планети Сонця. Потім поверхні таких сфер тверднули, утво­рюючи первинну планетарну кору.

Первинна кора нашої планети — Землі — утворилася при­близно 4,6 млрд років тому. Відтоді на її поверхні осідали метеорити й космічний пил. Завдяки ізотопному аналізові таких метеоритних залишків (метеоритного свинцю) вдалося визначити час виникнення земної кори, тобто дату народження нашої планети. З тріщин тонкої кори неперервно вивергалася розжа­рена лава, а разом із нею — гази. Втримувані гравітаційними силами, ці гази утворили первинну атмосферу планети. Вона складалася з метану, аміаку, водяної пари, вуглекислого газу, сірководню, ціанистого водню й практично не містила кисню та озону.

Коли поверхня планети охолола, водяна пара почала конден­суватися в атмосфері й випадати першими дощами, розчинюючи численні мінерали земної кори. Поступово вода накопичувалася, утворюючи океани. На планеті сформувалася гідросфера. Цирку­ляція атмосферних мас, води й розчинених у ній мінералів, переміщення магматичних продуктів на поверхню планети й знову в її надра породили великий, або геологічний, кругообіг речовин. Закінчувалася перша фаза еволюції нашої планети.

Ш Друга фаза. Передбіологічна (хімічна) еволюція. Протя­гом цієї фази (4,6—3,8 млрд років тому) на Землі відбувалися процеси синтезу й накопичення простих органічних сполук, необхідних для існування життя: амінокислот і простих пептидів, азотистих основ, простих вуглеводів. 'Ці сполуки, «цеглинки життя», виникли внаслідок процесів абіотичного синтезу.

Гіпотезу про можливість виникнення таких сполук абіотич­ним шляхом, тобто без участі живої речовини, висловив у 1923 р. російський біохімік, академік О. І. Опарін, а вперше експери­ментально перевірив у 1953 р. американський аспірант С. Міллер. У своїх дослідах С Міллер зімітував умови давньої Землі: в стерильний реактор він помістив водень, метан, аміак та воду, і крізь цю суміш пропускав електричні розряди, імітуючи блискав­ки в первинній атмосфері. За тиждень у реакторі було виявлено кілька амінокислот, деякі прості вуглеводи, інші органічні сполуки, які входять до складу живої речовини. Експерименти

58

С. Міллера, повторені й підтверджені в багатьох інших лабора­торіях, довели: майже всі мономери біополімерів могли синтезу­ватись абіотичним шляхом. Цікаво, що в зразках місячного реголіту (поверхневої породи, яка не має аналогів на Землі) також знайдено «цеглинки життя»: деякі амінокислоти й прості вуглеводи, пурини й піримідини — одні з основних компонентів нуклеїнових кислот. Органічні речовини нагромаджувалися в океані, утворюючи так званий «первинний бульйон».

Одні вірять у біблійну історію створення, інші — в доводи сучасного природознавства, але всі згодні, що життя зародилося в океані. Ні Бог, ні природа не могли б створити людину з безживної вулканічної породи. Довгий і складний розвиток, вінцем якого стала людина, починався в товщі океану, коли енергія Сонця вперше перетворила гази й продукти вивітрювання гірських порід на протоплазму п живі клітини.

Т. Хейсрдал,

норвезький етнограф, географ, археолог, мандрівник

Релігія розглядає виникнення життя на Землі як акт творіння Господа, даючи часом досить витончені тлумачення опису цього акту Книгою Буття й різко критикуючи наукові гіпотези природного походження життя.

Деякі вчені (в тому числі видатні — В. І. Вернадський, Ф. Крик) вважають, що живі організми були занесені на Землю з Космосу або з метеоритами й космічним пилом (гіпотеза панспермії), або «зародки життя» розсилалися на зорі геологічної історії Землі якоюсь космічною надцивілізацією для запліднення безживних, але потенційно придатних для життя планет (спря­мована панспермія).

Проте більшість біологів та еволюціоністів вважають, що життя на Землі виникло природним шляхом, у результаті проце­сів абіогенного синтезу. Сьогодні на основі цього припущення висунуто цілу низку наукових гіпотез, які, конкуруючи між собою, все ж мають спільні принципові позиції: а) виникненню життя передувало нагромадження в Світовому океані органічних речовин, синтезованих абіогенним шляхом; б) у зонах концент­рації цих речовин виникли молекули, здатні до самокопіювання (стосовно живого цей процес називають реплікацією, отже Р. Докінз запропонував називати такі молекули реплікаторами); в) на основі реплікаторів сформувалися реакції й механізми