Біологія 11 клас

РОЗДІЛ ІІ НАДОРГАНІЗМОВІ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

 

ТЕМА 1. ПОПУЛЯЦІЯ. ЕКОСИСТЕМА. БІОСФЕРА

 

§ 34. БІОСФЕРА ТА її МЕЖІ

 

Терміни і поняття: жива речовина; ґрунт; ноосфера.

Що таке біосфера. Вивчення різноманітності форм організації живого, з’ясування закономірностей його розвитку не повне без розуміння місця і ролі організмів на нашій планеті.

Біосфера є екосистемою найвищого порядку. Її ще називають глобальною екосистемою, живою оболонкою Землі. Виникла вона мільярди років тому в процесі еволюції живого. Останнім часом дедалі частіше використовують й інше визначення біосфери: область поширення життя на будь-якій планеті. При цьому зовсім не обов’язково, щоб життя на інших космічних тілах мало таку саму розвинену форму, як нині на Землі. Воно може нагадувати життя на нашій планеті у час його зародження, тобто 3—4 млрд років тому, й бути представлене протоорганізмами (від грец. протос — перший

 

 

Maл. 140. В. І. Вернадський.

 

і організми), що заселяють невеликі порожнини у твердому субстраті або ховаються від сонячної радіації під щільним покривом льодових океанів (пригадайте: життя на Землі від згубного випромінювання захищає озоновий шар атмосфери).

Термін біосфера увів у науковий обіг французький зоолог і еволюціоніст Ж. Б. Ламарк на початку XIX століття. Уперше застосував його у 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс. Цілісне вчення про біосферу створив наш співвітчизник, перший президент Національної академії наук України Володимир Іванович Вернадський (1863— 1945). Він є основоположником нової науки — біогеохімії, що пов’язує хімічні процеси, які відбуваються на Землі, з хімічними процесами у живих організмах. Саме В. І. Вернадський довів роль живих організмів у перетворенні земної поверхні.

Межі біосфери. Біосфера — особлива геологічна оболонка, населена живими організмами. Саме тут відбувається діяльність живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) і людства. Біосфера займає всю поверхню Землі. До неї входить верхня частина літосфери (від грец. літос — камінь і сфеіре), уся гідросфера й нижня частина атмосфери (від грец. атмос — пар і сфеіре) — тропосфера (від грец. тропе — зміна і сфеіре). Межі біосфери визначають умови, що підходять для життя. Верхня межа життя окреслена інтенсивною концентрацією ультрафіолетових променів у атмосфері; нижня — високою температурою (понад 100 °С) у літосфері. На краях меж біосфери трапляються тільки бактерії. Спори аеробних бактерій і деяких грибів знаходять на 20-кілометровій висоті; анаеробних бактерій — на понад 3-кілометровій глибині (мал. 141).

Найбільша концентрація живої маси у біосфері перебуває в зонах зіткнення різних геологічних шарів: літосфери і атмосфери, гідросфери і атмосфери, гідросфери і літосфери. Саме на поверхні суходолу й океану створюються найбільш сприятливі для життя умови: оптимальна температура, висока вологість, насиченість киснем та іншими хімічними елементами, потрібними для живлення і життєдіяльності організмів.

Що таке жива речовина. До складу біосфери входять такі основні типи речовин.

1. Жива речовина — сукупність тіл живих організмів у біосфері. Маса живої речовини порівняно з масою земної кори оцінюється десятками трильйонів тонн, що, незважаючи на значність цифр, становить не більше однієї мільйонної частки маси інших оболонок Землі. Проте, незважаючи на свій скромний внесок у загальну масу Землі, жива речовина, за словами В. І. Вернадського, є однією «з найбільш могутніх геохімічних сил нашої планети», оскільки багато змін земної кори зумовлено саме цією речовиною. Розподілена вона у межах біосфери дуже нерівномірно.

Живу речовину характеризують певні фізичні та хімічні особливості. Вона володіє величезною вільною енергією, яка у кількісному відношенні порівнянна з потоками гарячої лави, що стікає схилами вулканів. Саме тому у живій речовині хімічні реакції проходять у тисячі й мільйони разів швидше, ніж у неживій. Основу живої речовини складають особливі

 

 

Мал. 141. Межі біосфери проходять від літосфери до стратосфери.

органічні сполуки, серед них білки, ферменти і нуклеїнові кислоти (пригадайте, які ще групи органічних речовин є обов'язковими компонентами клітин).

2.  Біогенні речовини — продукти діяльності живих організмів. До них відносять природний газ, нафту, кам’яне й буре вугілля, торф.

3. Біокісна речовина — ґрунт на суходолі та мул на дні водойм, які утворюються у ході геологічних процесів за участі живих організмів. (Кісна речовина — хімічні продукти, що утворюються без участі живих організмів: пісок, граніт, вода тощо).

Розподіл живої речовини на поверхні Землі. На суходолі жива речовина розподілена дуже нерівномірно. Її маса збільшується від полюсів до екватора. Оскільки основну біомасу в екосистемах формують рослини, не випадково, що в напрямі до екватора кількість видів організмів збільшується у десятки разів. У тундрі, де в основному ростуть мохи і лишайники, рослин не більше 500 видів; у хвойних, широколистяних лісах і степу їх кількість доходить до 2 тис.; у субтропіках їх уже понад 3 тис. Найвища біомаса і різноманітність рослин у вологих тропічних лісах. Тут кількість видів сягає 8 тисяч. Завдяки тому, що у тропіках тепло й волого, висота дерев у лісах зазвичай становить 110—120 м (для порівняння: сосни, як правило, досягають 50 м заввишки), що допомагає сформувати багатоярусні високопродуктивні екосистеми.

Очевидно, що кількість видів і біомаса тварин, які є консументами, також збільшуватиметься від полюсів до екватора пропорційно масі й кількості видів рослин. Причому, чим більше видів входить до складу біоценозу, тим складнішими стають трофічні ланцюги, тим більш спеціалізованими — види й тим вужчі екологічні ніші вони займають.

Подібним чином розподілена жива речовина й у Світовому океані. Ближче до екватора, особливо на коралових рифах, спостерігається найвища продуктивність екосистем. Тут же зосереджена найвища різноманітність живих організмів.

Жива речовина суходолу. Поверхневий пухкий і родючий шар землі, у якому ростуть рослини й живе безліч тварин, грибів і бактерій, називають ґрунтом.

Вода від дощів і танення снігів збагачує ґрунт киснем і розчиняє мінеральні солі, що перебувають у ньому. Частина розчинених речовин утримується в ґрунті, частина виноситься у Світовий океан. Ґрунт випаровує воду, що піднімається його капілярами. Завдяки цьому відбувається рух води у ґрунті й випадання солей у різних його шарах.

 

 

Мал. 142. Майже увесь суходіл Землі вкритий живою речовиною.

 

 

Мал. 143. Риби, корали, губки, водорості та багато інших організмів утворюють живу речовину Світового океану.

 

У ґрунті відбувається газообмін. Уночі під час охолодження в нього проникає повітря. Кисень повітря поглинають ґрунтові тварини і коріння рослин. Азот, що проник у ґрунт із повітрям, уловлюють азотфіксуючі бактерії. Удень під час нагрівання ґрунту відбувається процес виділення з ґрунту вуглекислого газу, сірководню й аміаку.

Саме в ґрунті та на його поверхні відбувається утворення живої речовини суходолу (мал. 142). Особливе значення у підвищенні родючості ґрунту має присутність у ньому перегною. У бідних підзолистих ґрунтах його товщина становить приблизно 5—10 см, а в чорноземі досягає 1—1,5 метра.

Ґрунт густо заселений живими організмами. Біомаса самих лише дощових червів, наприклад, у глинистих ґрунтах досягає 1,2 т на 1 га, або 2,5 млн особин. Кількість бактерій в 1 г ґрунту вимірюється сотнями мільйонів.

Жива речовина Світового океану. Основною речовиною будь-якого організму є вода. Не випадково водне середовище дуже сприятливе для життя (мал. 143) і, як не без підстав вважають, стало колискою життя. До складу води Світового океану входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів, у ній розчиняються кисень і вуглекислий газ, що надходять з повітря. Крім того, водорості у процесі фотосинтезу також збагачують воду киснем, а водні тварини під час дихання виділяють вуглекислий газ.

Світовий океан займає понад 2/3 поверхні планети. Тим не менше, водні продуценти синтезують тільки 1/3 усієї органічної речовини планети. Біомаса Світового океану в 1 000 раз менша, ніж біомаса суходолу. Використання енергії сонячного випромінювання на поверхню океану становить 0,04 % (використання енергії сонячного випромінювання на поверхню суходолу — 0,1 %). Фотосинтез відбувається головним чином у верхньому шарі води — до 100 м і його здійснюють мікроскопічні водорості, що утворюють фітопланктон — основу водних ланцюгів живлення. Водоростями й найпростішими живляться різні рачки, яких поїдають риби. Вони, у свою чергу, йдуть у їжу хижим рибам і рибоїдним птахам. Планктоном живляться найбільші тварини, що будь-коли жили на планеті, — вусаті кити. Крім планктону і вільно плаваючих тварин, в океані чимало організмів, які прикріплюються до дна і плазують по ньому.

Оскільки померлі організми осідають на дно, то там, так само, як і на поверхні суходолу, утворюється детрит, у якому живуть бактерії, що перетворюють органічні залишки в неорганічні речовини. У свою чергу, вони є основою ланцюгів розкладання.

Що таке ноосфера. Біосфера постійно розвивається. У період зародження життя вона була представлена живою речовиною мікроорганізмів і біогенною речовиною — результатом їх життєдіяльності. У міру виникнення багатоклітинних організмів жива оболонка ставала потужнішою, включала у себе всі живі організми, що населяли Світовий океан. Близько 600 млн років тому, коли життя проникло на суходіл, біосфера поширилася на всю поверхню Землі. Але на цьому її розвиток не припинився. Наступною, як вважають, вищою стадією еволюції біосфери, становлення якої пов’язане з розвитком людського суспільства, стала ноосфера (від грец. ноос —розум і сфеіре) — частина планети і навколопланетного простору зі слідами діяльності людини. На стадії розвитку біосфери, коли людина як вид набуває планетарного значення, фактором, що визначає існування і розвиток біосфери, стає розумна людська діяльність. В. І. Вернадський вважав, що людський розум є силою геологічного й, навіть, космічного рівня.

Термін ноосфера запропонував французький математик Едуард Леруа (1870—1954).

Біосфера — жива оболонка Землі — є глобальною екологічною системою, частини якої так само залежать одна від одної, як компоненти одного біогеоценозу. Ключовим поняттям у вченні про біосферу є поняття живої речовини — сукупності всіх організмів, що живуть на нашій планеті.

Біосфері, як і будь-якому іншому біологічному об’єкту, властивий розвиток. Вершиною розвитку біосфери є становлення ноосфери — частини планетарного і навколопланетного простору, фактором існування і розвитку якої є розумна людська діяльність.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити