§ 59. БІОСФЕРА ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА

Основні поняття й ключові терміни: БІОСФЕРА. Жива речовина. Біологічний колообіг речовин й перетворення енергії.

Пригадайте! Що таке геологічні оболонки Землі?

Знайомтеся!

Володимир Іванович Вернадський (1863-1945) - геніальний український науковець, засновник біогеохімії, творець вчення про біосферу. Він писав: «На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті загалом». На вашу думку, чому?

ЗМІСТ

Які особливості біосфери?

БІОСФЕРА - особлива оболонка Землі, населена живими істотами (іл. 165). Перші уявлення про біосферу як «зону життя» дав Ж. Б. Ламарк, термін запропонував австрійський вчений Е. Зюсс (1875), а цілісне вчення про біосферу створив наш видатний співвітчизник В. І. Вернадський («Біосфера», 1926). Дослідженнями біосфери займається біосферологія.

Іл. 165. Біосфера

Які ж особливості біосфери як біологічної системи найвищого рівня організації живої матерії?

1. Біосфера охоплює три геологічні оболонки - літосферу, атмосферу та гідросферу. Межами біосфери є нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, вся гідросфера і верхній шар літосфери до глибини 3-11 км.

2. У структурі біосфери виокремлюють абіотичний та біотичний компоненти, що пов’язані переміщенням елементів. Живі організми концентрують, перерозподіляють хімічні елементи, синтезують з них й розкладають хімічні сполуки. У науці ця закономірність називається законом Вернадського, або законом біогенної міграції хімічних елементів: міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, або ж в середовищі, особливості якого зумовлені живою речовиною.

3. Структурними елементами біосфери є 7 типів речовини: 1) жива (сукупність усіх організмів на Землі); 2) біогенна (речовина, утворена й перероблювана організмами: вугілля, нафта, кисень атмосфери тощо); 3) косна (абіотична речовина, утворена без участі живого - лава, попіл вулканів; 4) біокосна (біогенно-абіотична речовина, продукти розкладу і переробки косної речовини організмами - ґрунт); 5) радіоактивна; 6) космічна; 7) розсіяні атоми.

4. Елементарними одиницями біосфери є екосистеми в усій своїй різноманітності, об’єднані біологічним колообігом речовин й перетворенням енергії. Через те біосферу розглядають як єдину глобальну складну екосистему планети Земля.

5. Біосфера існує з часу появи життя на Землі й на сучасному етапі свого розвитку поступово переходить у ноосферу - стан біосфери, за якого визначальними чинниками стає розумова діяльність й праця людини, а характерною рисою - екологізація всіх сфер життя.

Отже, біосфера є найвищою та найскладнішою біологічною системою Землі.

Які функції живої речовини зумовлюють їх значення?

Жива речовина (біота) - вся сукупність живих організмів на планеті. На її частку припадає всього 0,01 % від маси всієї біосфери (97 % - рослини і 3 % - тварини та інші організми), проте саме з нею пов’язані найважливіші процеси, що відбуваються в усіх оболонках Землі. «Можна без перебільшення стверджувати, що стан планети, біосфери цілком перебуває під впливом життя і визначається живими організмами», - писав В. І. Вернадський. Якими ж є функції живої речовини?

• Газова - вплив живих організмів на газовий склад атмосфери (наприклад, утворення кисню під час фотосинтезу, виділення вуглекислого газу під час дихання).

• Концентраційна - поглинання живими організмами певних хімічних елементів і їх накопичення (наприклад, накопичення молюсками у черепашках Кальцію, діатомовими водоростями, хвощами, злаками - сполук Силіцію, морськими водоростями - Йоду);

• Окисно-відновна - живі організми окиснюють та відновлюють певні сполуки (наприклад, залізо-, сіркобактерії перетворюють сполуки Феруму та Сульфуру).

• Біохімічна - синтез і розщеплення білків, ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, яких у природі до появи живого не існувало.

Основними властивостями живої речовини, від яких залежить реалізація цих функцій, є: обмін речовин, ріст, самовідтворення, здатність нагромаджувати і передавати енергію по ланцюгах живлення, зміна абіотичного середовища, адаптивність та ін.

Жива речовина на Землі розподілена нерівномірно. Найбільше скупчення організмів спостерігається на межі трьох оболонок: атмо-, гідро- і літосфери (у тропічних лісах і тропічній літоралі). На суходолі різноманітність життя є вищою, ніж у воді через різноманітніші умови середовища життя та більшу ефективність використання сонячної енергії на суходолі, що становить 0,1 %. У Світовому океані життя має більшу біомасу, але різноманітність його менша через стабільність умов водного середовища та менший ККД використання сонячної енергії в океані (0,04 %).

Отже, саме жива речовина охоплює й перебудовує процеси в біосфері та є найпотужнішою геологічною силою, що зростає з плином часу.

Як відбувається біологічний колообіг й перетворення енергії в біосфері?

Біологічний колообіг речовин - це переміщення, розподіл і концентрація хімічних елементів і речовин у біосфері, що відбуваються за допомогою живих організмів. Біологічний колообіг речовин у природі, на відміну від геологічного, є швидким і розімкненим (частина елементів відкладається у вигляді порід органічного походження). За участі мікроорганізмів, рослин, тварин, грибів й людини колообіг речовин здійснюється через повітря (≈ 98 %) і через воду (≈ 2 %). У загальному біологічний колообіг речовин в біосфері, як і в екосистемах, має циклічний характер.

На сьогодні спостерігаються порушення колообігу речовин у біосфері, балансу між біологічним та геологічним колообігами, головними причинами яких є штучне прискорення вивітрювання порід і прискорені темпи загибелі біоти, а також створення людиною речовин, які надалі не можуть бути використані організмами. Серед найважливіших циклів виокремимо колообіг Н2О, СО2, Оксигену, Нітрогену і Фосфору (іл. 166).

Іл. 166. Колообіг СО2 в біосфері

Біологічне перетворення енергії — це перетворення сонячної енергії у біосфері, що відбуваються за допомогою живих організмів. Біосфера більшу частину енергії одержує у вигляді променистої енергії Сонця, і незначна частка є тепловою енергії процесів у земній корі. Лише 0,1 % сонячної енергії, що потрапляє на Землю, вловлюється продуцентами, використовується в процесі фотосинтезу й запасається у вигляді хімічної енергії вуглеводів. Ця зв’язана енергія далі використовується консументами й редуцентами в ланцюгах живлення, і за її рахунок жива речовина виконує внутрішню роботу - концентрує, трансформує, акумулює й перерозподіляє хімічні елементи в земній корі. У процесі цих перетворень частина енергії втрачається у вигляді теплоти, тому перетворення енергії у біосфері має лінійний характер.

Отже, біосфера є біологічною системою, що поглинає енергію космосу та спрямовує її на внутрішню роботу, яка забезпечує існування та розвиток природи Землі.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Наведіть приклади організмів, які беруть участь у перетворенні оболонок Землі та доведіть планетарну роль живої речовини.

Значення живої речовини для Землі

Біологія + Хімія

Нітроген входить до складу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот, АТФ тощо і разом з тим він є найбільш лімітуючим з усіх інших біогенних елементів. Розгляньте ілюстрацію, визначте сутність процесів, що становлять основу колообігу Нітрогену в біосфері. Підготуйте презентацію «Колообіг Нітрогену в біосфері та його особливості». Які хімічні властивості нітрогену?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

В. І. Вернадський дуже багато зробив для відродження України. Він був першим президентом Академії наук, його ім’ям названо Національну бібліотеку України. На думку вченого, неминучим єдино правильним є підхід до біосфери як до цілісної глобальної екосистеми, єдиного живого організму. Таке розуміння біосфери особливо важливе тепер, коли вплив людини на природу досягнув небувалих й загрозливих масштабів. Зробіть висновок про значення природних угруповань для збереження рівноваги у біосфері й розвитку ноосфери.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Біологія 9 клас Соболь (нова програма)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)