Биология - Ярыгин В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
На создание органического вещества расходуется всего 0,1—0,2% 'солнечной энергии, достигающей поверхности планеты. Энергия биотического круговорота мала по сравнению с энергией, расходуемой в абиотических геохимических процессах. Благодаря ей осуществляется значительный объем работы по перемещению химических элементов.
В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода и азота в биосфере (рис. 160). Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферной двуокиси углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаю 1ся, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане.
Дис'.ипация атомов водорода е кос,мо<
1
Рис. 159. Круговорот воды в биосфере.
Рис. 160. Круговорот углерода в биосфере.
азот
Атмосферная
фиксация
//1Ми,"//
Овенипь-/^ Ром^|и|Пе»
„и йикси7/?_нав *ИКСа юванный» |г\ *^ии }v азот |Г"ъ jtc
Белон
Денитри I финацин
"\а:ад*л Биологичесная \ фиксация
Восстановление
нитратов
Растительные и животные отходы мертвые организмы
Изверженные*
породы
Занись азота у
Аммиак
Нитриты
В подземные воды
Нитраты.
Рис. 161. Круговорот азота в биосфере.
Рис. 162. Темны циркуляции веществ в биосфере.
Круговорот азота также охватывает все области биосферы (рис. 161). Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после соединения его с водородом или кислородом. Исключительно важную роль е этом процессе играют азотфиксирующие бактерии. При распаде белков этих микроорганизмов азот снова возвращается в атмосферу.
Показателем масштабов биотического круговорота служат темпы оборота углекислого газа, кислорода и воды. Из рис. 162 видно, что весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за
2 тыс. лет, углекислый газ — за 300 лет, а вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2000 лет.
Благодаря биотическому круговороту биосфере присущи определенные геохимические функции: газовая — биогенная миграция газов в результате фотосинтеза и азотфиксации; концентрационная —аккумуляция живыми организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде; окислительно-восстановительная —превращение ве-
Атмосфера
Гидросфера 2000000 лет
ществ, содержащих атомы с переменной валентностью (например, железо, марганец); биохимическая — процессы, протекающие в живых организмах.
Стабильность биосферы. Биосфера представляет собой сложную экологическую систему, работающую в стационарном режиме. Стабильность биосферы обусловлена тем, что результаты активности трех групп организмов, выполняющих разные функции в биотическом круговороте — продуценты (автотрофы), потребители (гетеротрофы) и деструкторы (минерализующие органические остатки) — взаимо-уравновешиваются. Гомеостатическое состояние биосферы не исключает способности ее к эволюции.
9.3. ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
Эволюция биосферы на протяжении большей части ее истории осуществлялась под влиянием двух главных факторов: естественных геологических и климатических изменений на планете и изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции. На современном этапе в третичном периоде к ним присоединился третий фактор — развивающееся человеческое общество.
Этапы возникновения жизни, пути и механизмы эволюционного процесса рассмотрены выше (см. главу 7). Жизнь зародилась на Земле свыше 3 млрд. лет назад. Первыми живыми существами были анаэробы, которые получали энергию путем брожения. Так как брожение представляет собой относительно малопродуктивный способ энергообеспечения, примитивная жизнь не могла эволюционировать далее одноклеточной формы организации. Питание таких примитивных организмов зависело от опускавшихся на дно водоемов органических веществ, синтезируемых в поверхностных слоях воды абиогенным способом.
Недостаток органических веществ создал давление отбора, приведшее к возникновению фотосинтеза. Прогрессивное увеличение кислорода в воде за счет жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и его диффузия в атмосферу вызвали изменения в химическом составе оболочек Земли, и прежде всего атмосферы, что, в свою очередь, сделало возможным быстрое распространение жизни по планете и развитие более сложно организованных живых форм. По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере формируется достаточно мощный слой озона, который защищает поверхность Земли от проникновения жесткого ультрафиолетового излечения. В таких условиях жизнь смогла продвинуться к поверхности моря. Развитие механизма аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. Примечательно, что первые такие организмы появились после того, как концентрация кислорода в атмосфере планеты достигла примерно 3%, что произошло около 600 млн. лет назад (начало кембрия).
