Учебное пособие для студентов всех форм обучения Москва 2008 г


Организмы и окружающая среда



бет2/3
Дата27.06.2016
өлшемі245 Kb.
#159975
түріУчебное пособие
1   2   3

Организмы и окружающая среда.

В биосфере виды и роды растительных и животных организмов взаимосвязаны, продолжительность средней жизни есть производное отбора, которое оптимально гарантирует выживание и компенсирует потомство. Величина необходимой поглощаемой энергии у автотрофных и гетеротрофных организмов лимитируется этой основной закономерностью эволюционного процесса. "...В земной коре в результате жизни и всех ее проявлений происходит увеличение действительной энергии" (В.И.Вернадский). "...Это увеличение активной энергии сказывается хотя бы в увеличении сознательности и в росте влияния в биосфере в геохимических процессах единого комплекса жизни. Оно создание, медленно шедшее в геологическом времени, такой геологической силы, какой является характерное для нашей психозойской эры цивилизованное человечество, ясно это показывает" (В.И.Вернадский). "...Организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением" (В.И. Вернадский). Самая существенная особенность биосферы - это биогенная миграция атомов химических элементов вызываемых лучистой энергией Солнца и проявляющихся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. Эта биогенная миграция атомов подчиняется двум биогеохимическим процессам: 1. Стремится к максимальному явлению: возникает "всюдность" жизни. 2. Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов. "Эволюция видов, приводящая к созданию форм, устойчивых в биосфере, должна идти в наплавлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере" (В.И.Вернадский). Предметом экологии является изучение взаимоотношений и взаимосвязей организмов между собой и средой их обитания (окружающей средой), о круговороте веществ и потоках энергии, которые делают возможной жизнь на Земле. Организм характеризуется всеми свойствами жизни. Организмы - это растения, животные (в том числе человек) и микроорганизмы. Все они связаны между собой и не могут существовать друг без друга. Окружающая среда – это все, что окружает организм и на него влияет. К окружающей среде относится вся природная и техногенная среда. Совокупность растений, животных и микроорганизмов, которые совместно проживают в одних и тех же условиях среды, называют биоценозом. Участок земной поверхности (суши или водоема) с одинаковыми условиями среды, на котором существует биоценоз, называют биотопом. Таким образом, биотоп - место существования биоценоза, а биоценоз-это комплекс организмов, который существует в данном биотопе. Живые организмы взаимодействуют не только друг с другом, но и с окружающей средой. Биоценоз и биотоп обмениваются между собой и с окружающей средой веществом, энергией и информацией (сигналами). Совокупность биоценоза и биотопа, которая функционирует как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией, называется биогеоценозом. Единый природный комплекс, который образован живыми организмами и средой их обитания, называется экосистемой. Любая естественная экосистема способна к саморегулированию. Это значит, что в экосистеме во времени и в пространстве поддерживаются основные параметры, и она находится в состоянии динамического равновесия. Способность экосистемы сохранять свою структуру и функции при воздействии внешних и внутренних факторов называют стабильностью экосистемы. Принцип Ле Шателье – Брауна гласит, при любом внешнем воздействии, которое выводит экосистему из состояния равновесия, в системе усиливаются те процессы, которые ослабляют это воздействие, т.е. система стремится вернуться в состояние равновесия. Способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия каких-либо факторов, которые выводят ее из равновесия, называют устойчивостью экосистемы. Существует правило одного процента, т.е. изменение энергии природной экосистемы в среднем на 1% (от 0,3 до 1%) выводит экосистему из состояния равновесия. Из этого правила следует, что относительно безопасный уровень потребления ресурсов биосферы не должен превышать 1%, а сегодня этот показатель составляет около10%, что вызывает тревогу о судьбе биосферы и, следовательно, о судьбе всего человечества.

Пищевые цепи и экологические пирамиды.
Живое вещество-совокупность всех организмов на планете, количество его есть величина постоянная (константа) для данного геологического времени. Сложные химические соединения, из которых состоит живое вещество (белки, углероды, ферменты и др.), устойчивы только в организмах. Все живое вещество в биосфере находится в непрерывном и саморегулируемом движении. Химические реакции в организмах протекают со скоростью в тысячи и миллионы раз большей, чем в неживых веществах.

Живое вещество характеризуется следующими основными функциями: энергетической, деструктивной, концентрационной и средообразующей.

Энергетическая функция выполняется растениями, процесс фотосинтеза.

Все организмы экосистемы связаны пищевыми - трофическими связями. По трофическим связям все организмы делятся на три группы - продуценты, консументы, редуценты.

Продуценты- организмы, которые производят первичные органические вещества из неорганических (это комплекс зеленых растений)

Консументы – организмы, которые потребляют органические вещества (это все животные и большинство микроорганизмов).

Редуценты – организмы, которые разлагают органические вещества и превращают их в неорганические (это бактерии, грибки, и некоторые другие организмы).

Перенос энергии, которая содержится в растениях через ряд других организмов, в результате их поедания друг другом называется пищевой цепью.

Пищевые цепи состоят из трофических уровней. Трофический уровень заполняет совокупность организмов, которые занимают положение в общей цепи питания. Например, зеленые растения занимают первый трофический уровень, (уровень продуцентов), травоядные животные – второй трофический уровень (уровень первичных консументов), хищники, которые поедают травоядных животных, занимают третий трофический уровень (уровень вторичных консументов) и т.д.

Таким образом, в результате взаимодействия в пищевых цепях при переносе веществ и энергии каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру. Эту трофическую структуру изображают с помощью экологической пирамиды. Основанием пирамиды служит первый уровень, последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходят вещество и энергия, причем часть вещества и энергии при этом теряется.

Правило десяти процентов (закон Линдемана) гласит, что с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10%. Это правило объясняет тот факт, что в пищевой цепи обычно содержится не более 4-5 звеньев.

Деструктивная функция живого вещества выполняется редуцентами. Редуценты разлагают мертвое органическое вещество и горные породы до неорганических веществ: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т.д. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается плодородие почвы.

Химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, они переходят из внешней среды в организмы и далее их организмов во внешнюю среду. Этот процесс носит название биогеохимического цикла, или круговорота веществ в биосфере.

Таким образом, в любой экосистеме в биосфере существует непрерывный круговорот веществ. Сегодня человек очень активно воздействует на биосферу и нарушает естественные круговороты веществ, что не может не вызывать опасения о будущем Земли в целом.



Концентрационная функция живого вещества выполняется живыми организмами. Они концентрируют в себе атомы химических элементов, которые рассеяны в природе. Причем многие из микроорганизмов накапливают микроэлементы тяжелых металлов, многие из которых ядовиты и вредны. Средообразующая функция живого вещества также выполняется живыми организмами. Живые организмы преобразуют (приспосабливают) физико-химические параметры биосферы в условиях, которые благоприятны для них. Таким образом, живые организмы создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере и обеспечивают устойчивое существование организмов и человека.
Саморегуляция биосферы

Биосфера - геологическая оболочка, населенная многообразными живыми организмами. Все это многообразие представляет живое вещество, деятельность которого в ней проявляется не хаотически, а под влиянием и контролем регулирующих структур. Под действием общебиологического принципа организации жизнедеятельности в биосфере происходит включение регулирующих систем всех уровней жизни. Это значит, что вышестоящие регулирующие структуры включают в свою деятельность нижестоящие, и механизм регуляции становится глобальной структурой. Его действие придает биосфере устойчивость и целостность, которая непосредственно связана с жизнедеятельностью всей биомассы планеты, проявляющейся на основе биологического круговорота веществ. Каждое вещество включается в свой, определенной сложности, круговорот. Основу любого биологического круговорота, обеспечивающего жизнь на Земле, составляет энергия солнца. С колоссальным количеством энергии, поступающей от нашего светила, связаны, прежде всего, элементы климата (температура, влажность, световой режим), от которых и зависит развитие жизни на Земле. Эти факторы называют жизнеопределяющими и проявляются они не хаотично, а находятся в прямой зависимости от солнечной радиации. Зональная саморегуляция складывается из регуляций составляющих ее биогеоценозов, объединенных действием глобальных факторов, которые дифференцированы по природным зонам планеты. Зональная особенность их действия определяет сочетание живых организмов, деятельность которых тоже влияет на формирование среды их обитания. Под влиянием комплекса действующих факторов и формируются природно-климатические пояса планеты. Таким образом, свет, а точнее освещенность планеты и связанное с этим различное количество поступающего тепла на шарообразную поверхность Земли, является регулирующим фактором не только отдельных биоценозов, но и всей биосферы. Получая энергию Солнца, живая оболочка планеты выполняет гигантскую работу. Зеленый лист использует для фотосинтеза 1 процент попадающей на его поверхность солнечной энергии, а производит ежегодно около 40 млрд. тонн органического вещества. Фотосинтетическая деятельность зеленых растений является глобальным процессом, процессов не одной какой-либо природной зоны, а всей биосферы. Это и есть общебиологический процесс созидания. Параллельно этому процессу на планете действует и противоположный глобальный процесс, направленный на распад органического вещества, высвобождение энергии и химических элементов. Высвободившиеся вещества поступают в окружающую среду и снова включаются в круговорот веществ биосферы. Биогенные процессы способны захватывать химические элементы и включать их в синтетические реакции. Они носят глобальный характер и характерны для всей биосферы, в которой совершается постоянный круговорот активных химических элементов, переходящих из организма в организм, из живой природы в неживую природу и обратно. По мере развития биосферы пополнение атомов идет за счет неживой материи. В течение более 2 млрд. лет произошли очень существенные изменения в биосфере. Живое вещество проникло во все области и среды планеты. Современная биосфера охватывает весь земной шар и объединяет все живое на Земле. Эта грандиозная, могущественная система всего живого вещества и круговоротов химических элементов на планете является открытой системой, так как в нее постоянно вливается поток солнечной энергии. От поступающей энергии зависит существование биосферы и действие ее регулирующих систем. Возможности их исключительно велики, но они не безграничны. В настоящее время хозяйственное вторжение человека в биосферу приводит к разрыву веками сложившихся цепей питания в экологических системах, что ведет к гибели видов, живых организмов и к уменьшению их численности. Человеческая деятельность привела к уничтожению отдельных биогеоценозов и к существенному изменению зональных структур, что, в свою очередь, оказало влияние на изменения в атмосферных процессах. Под влиянием этих изменений нарушается круговорот виды в атмосфере, с которым тесно связано выпадение осадков в различных регионах планеты и расположение природных зон в биосфере. Наметилась устойчивая тенденция к расширению зоны пустынь, основной причиной которой является человеческая деятельность. Еще в прошлом веке Ф. Энгельс предупреждал: "Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит". Такая реакция природы связана с тем, что всякое нарушение в экологической системе ведет, прежде всего, к нарушению регулирующих структур на всех уровнях жизни. Особенно опасны быстрые изменения, которые для большинства организмов являются запредельными. Организмы не могут быстро и в такой широкой норме реакции перестроить свои метаболические процессы, поэтому для многих из них такие изменения являются запредельными.

В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции, но для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере.

С учетом накопленных предшественниками знаний о фундаментальных законах природы современные ученые-экологи установили общие закономерности и принципы взаимодействия человеческого общества с природной средой, которые в литературе часто именуются законами экологии. Значение этих законов состоит в регламентации характера и направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня.

Обобщенную классификацию экологических законов представил известный ученый Н.Ф.Реймерс. Им даны следующие формулировки:

- закон социально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия между давлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);

- принцип культурного управления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учет экологических ограничений);

- правило социально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещения человеческих потребностей);

- закон социально-экологической необратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложных форм к более простым формам);

- закон ноосферы Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли и человеческого труда в ноосферу – геосферу, в которой разум становится доминирующим в развитии системы « человек-природа»).

Соблюдение этих законов возможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержания стабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются только те виды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды.

Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшее развитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации и человечества, создания более справедливой социальной системы, перехода от философии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущим поколениям.
Биосфера и человек.
Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено, прежде всего, функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни, но и на образе мысли.

Но не только природа оказывает влияние на человека, существует и обратная связь. Причем она не поверхностная, отражающая физическое влияние человека на окружающую среду, она гораздо глубже. Это доказывает тот факт, что в последнее время заметно активизировались планетарные геологические силы. «...мы все больше и ярче видим в действии окружающие нас геологические силы. Это совпало, едва ли случайно, с проникновением в научное сознание убеждения о геологическом значении Homo sapiens, с выявлением нового состояния биосферы — ноосферы — и является одной из форм ее выражения. Оно связано, конечно, прежде всего, с уточнением естественной научной работы и мысли в пределах биосферы, где живое вещество играет основную роль». Так, в последнее время резко меняется отражение живых существ на окружающей природе. Благодаря этому процесс эволюции переносится в область минералов. Резко меняются почвы, воды и воздух. То есть эволюция видов, сама превратилась в геологический процесс, так как в процессе эволюции появилась новая геологическая сила. Вернадский писал: «Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы».

Здесь естественно напрашивается вывод о том, что геологической силой является собственно вовсе не Homo Sapiens, а его разум, научная мысль социального человечества. В «Философских мыслях натуралиста» Вернадский писал: «Мы как раз переживаем ее яркое вхождение в геологическую историю планеты. В последние тысячелетия наблюдается интенсивный рост влияния одного видового живого вещества — цивилизованного человечества — на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние — в ноосферу».

Мы являемся наблюдателями и исполнителями глубокого изменения биосферы. Причем перестройка окружающей среды научной человеческой мыслью посредством организованного труда вряд ли является стихийным процессом. Корни этого лежат в самой природе и были заложены еще миллионы лет назад в ходе естественного процесса эволюции. «Человек ... составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, двух миллиардов лет».

Отсюда, кстати, можно заключить, что высказывания о самоистреблении человечества, о крушении цивилизации не имеют под собой веских оснований. Было бы, по меньшей мере, странно, если бы научная мысль – порождение естественного геологического процесса противоречила бы самому процессу. Мы стоим на пороге революционных изменений в окружающей среде: биосфера посредством переработки научной мыслью переходит в новое эволюционное состояние – ноосферу.

Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на государственно-организованную научную мысль и на ее порождение, технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. Причем вместе с расширением области жительства, человечество начинает представлять себя все более сплоченную массу, так как развивающие средства связи – средства передачи мысли окутывают весь Земной шар. «Этот процесс – полного заселения биосферы человеком – обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения всюду на планете».

При этом человек впервые реально понял, что он житель планеты и может и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов, но и в планетном аспекте. Он, как и все живое, может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни — в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно, закономерно связан, и уйти, из которой он не может. Его существование есть ее функция. Он несет ее с собой всюду. И он ее неизбежно, закономерно, непрерывно изменяет.

Похоже, что впервые мы находимся в условиях единого геологического исторического процесса, охватившего одновременно всю планету. Настоящее время характерно тем, что любые происходящее на планете событие связываются в единое целое. И с каждым днем социальная, научная и культурная связанность человечества только усиливается и углубляется.

В.И.Вернадский неоднократно отмечал, что цивилизация «культурного человечества» — поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере,— не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее, геологи чески сложившейся организованности биосферы. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было».

В.И.Вернадский сумел увидеть то, что давно было у всех перед глазами, объединил, казалось бы, несоединимое. В том и заключается великая простота и неожиданность научных открытий. Ученый стал исследовать геологическую деятельность человека в ее сходстве и различиях с другими природными геологическими силами. Геологическая роль человека недооценивалась учеными. В.И.Вернадский выявил некоторые геохимические и общегеологические закономерности деятельности человека на планете. Он совершенно справедливо связывал геологическую мощь человечества с техническим и промышленным пpогpессом: "Вся история техники показывает нам, как постепенно человек научился видеть источник силы в пpиpодных предметах, казавшихся ему мертвыми, инертными, ненужными" (В.И.Веpнадский). В 1938 году В.И.Вернадский писал: "Мы присутствуем и жизненно участвуем в создании в биосфере нового геологического фактора, не бывалого в ней по мощности ...

Нет сомнения, что противоречия между технократическим экологическим подходом человека к Земле и биосфере и конструктивным биосферным подходом будет разрешено в пользу последнего, ибо оно основано на прочной теоретической базе, опирающейся на факты науки, которые Вернадский называл эмпирическими обобщениями. Оказавшись вместе с мыслителем на такой высоте, мы обязаны совершенно иначе относиться к природе: не бороться с ней, как это было в недавнем прошлом, не умиляться и не идеализировать "добродетельное" доцивилизованное равновесие человека с природой, а последовательно улучшать свои взаимоотношения вместе с нею, способствовать совершенствованию механизма этой гигантской машины.

В.И.Вернадский рассматривал биосферу как одну из геосфер, как геологическую оболочку, а не так, как это упрощенно понимают некоторые даже видные ученые - лишь как живую пленку планеты, то есть "свободное" от геологического прошлого и физической среды собрание живых организмов. Важно понять и представлять нерасторжимую сопряженность живого вещества, как выражался Вернадский, со всеми вещественными структурами Земли. Твердая оболочка планеты и сейчас, и всегда была связана с биосферой. Совершенно неверно ее разделение на несколько биосфер, она всегда была единой потому, что биосферный процесс на Земле никогда не прерывался. Нельзя отходить от геологического понимания биосферы и соответственно геологического значения человеческого разума. Это уже совершенно новое понимание управляющей планетарной pоли человечества. Классические научные представления Вернадского и их дальнейшее развитие в современном естествознании со всей ясностью указывают, что человечество становится все более мощной геологической силой, кардинальным образом преобразующей биосферу, поверхность планеты и околоземное космическое пространство. Но тем самым человечество берет на себя ответственность за продолжение и регулирование многих важнейших биосферных процессов и механизмов. На сегодняшний день деятельность человека достигла глобальных масштабов воздействия на биосферу, изменяя круговорот веществ, водный баланс планеты, оказывая сильное влияние на почвы, растительность и животный мир. Антропогенная деятельность создала новые токсические источники загрязнения биосферы, что, в конечном счете, может создать угрозу существования самого человека. Взаимоотношения Человека и Природы носят сложный характер и нуждаются в тщательном и полном изучении. Успехи человечества в потреблении пpиpодных pесуpсов зависят от познания законов Пpиpоды и умелого их использования. Человечество как часть природы может существовать только в постоянном взаимодействии с ней, получая все необходимое для жизни. Человечеству для своего дальнейшего существования необходимо заботиться о сохранении окружающей среды. И для этого требуются обширные знания в области экологии и широкое применение их во всех отраслях своей деятельности. Следует сказать и о значении таких проблем, как укрепление здоровья человека, а также борьба с хроническими заболеваниями, патологическим старением, освоение новых экстремальных районов планеты и космоса, совершенствования существования человека в земных условиях. Сейчас актуальны проблемы пресной воды, чистого воздуха, зеленого покрова планеты, загрязнения окружающей среды, приближение к критическим пределам использования невоспользованных рудных и энергетических ресурсов. В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это, и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление.

Вся история человечества – это история экономического роста и последовательного разрушения биосферы.

Проблема взаимоотношений природы (биосферы) и человека весьма многогранна и имеет разносторонние аспекты: философские, социальные, юридические, политические, экономические и др.

Взаимоотношения общества (человека) и природы характеризуется определенными закономерностями. В истории человечества можно выделить несколько качественно своеобразных этапов взаимодействия природы и общества в зависимости от уровня развития материального производства и, прежде всего средств труда. Раскрыть диалектику этих взаимоотношений – значит показать их внутреннее противоречия, характеризующие особое положение человека в природе. С одной стороны, человек является природным, биологическим существом, с другой – социальным, посредством своей производственной деятельности, противопоставляющим себя остальной природе.

Вместе с тем человек как биологическое существо не может жить без непрерывного обмена веществ с окружающей средой в процессе жизнедеятельности, поэтому, являясь частью природы, человечество обязано развивать свою производственную деятельность, согласуясь с законами природы. Дальнейшее не контролируемое, неуправляемое развитие хозяйственной деятельности людей таит в себе опасность глобальной экологической катастрофы.

Человек – компонент биосферы, поэтому на него, как и на все другие виды, распространяются ее законы. Человек имеет свою экологическую нишу. Экологическая ниша – совокупность требований организма к условиям существования, которые включают:

- пространство, занимаемое организмом;

- функциональную роль организма в сообществе;

- устойчивость организма к биотическим факторам окружающей среды.

Экологическая ниша человека- это система его взаимоотношений с окружающей средой. Нарушение законов развития этих отношений может привести человечество к экологическим кризисам и катастрофам.



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет