Температура Мирового океана существенно влияет на его биологическое разнообразие. Это означает, что деятельность человека может изменить глобальное распределение жизни в воде, что, по всей видимости, уже происходит с фитопланктоном, численность которого в среднем снижается на 1% в год.
Океанский фитопланктон - одноклеточные микроводоросли - представляют собой основу практически всех пищевых цепей и экосистем в океане. Половина всего фотосинтеза на Земле приходится на долю фитопланктона. Его состояние влияет на количество углекислого газа, которое может абсорбировать океан, на количество рыбы, и, в конечном счете, на благополучие миллионов людей.
Термин «биологическое разнообразие» означает вариабельность живых организмов из всех источников, включая среди прочего наземные, морские и иные водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются; это понятие включает в себя разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем.
Так гласит определение этого термина в Конвенции о биологическом разнообразии. Целями этого документа являются сохранение биологического разнообразия, устойчивое использование его компонентов и совместное получение на справедливой и равной основе выгод, связанных с использованием генетических ресурсов.
Ранее было проведено много исследований биологического разнообразия на суше. Знания же человека о распределении морской фауны существенно ограничены.
Но исследование под названием «Перепись морской жизни» (Census of Marine Life, о котором неоднократно писала «Газета.Ru»), продолжавшееся десятилетие, изменило ситуацию. Человек стал знать об океане больше. Его авторы свели воедино знания о глобальных тенденциях биологического разнообразия по основным группам морских жителей, в том числе кораллов, рыб, китов, тюленей, акул, мангровых лесов, морских водорослей и зоопланктона.
«Хотя мы все больше осознаем глобальные градиенты разнообразия и связанные с ними экологические факторы, наши знания о работе этих моделей в океане существенно отстают от того, что мы знаем про сушу, и настоящее исследование проводилось с целью ликвидировать это несоответствие» , – объяснил Вальтер Джетц из Йельского университета цель работы.
На основе полученных данных ученые сопоставили и проанализировали глобальные структуры биологического разнообразия более 11 тысяч морских видов растений и животных, начиная от крошечного планктона до акул и китов.
Исследователями было обнаружено поразительное сходство между закономерностями распределения животных видов и температурой воды в океане.
Эти результаты означают, что будущие изменения температуры океана могут значительно повлиять на распределение морской фауны.
Кроме того, ученые обнаружили, что положение «горячих точек» разнообразия морской жизни (областей, где в настоящий момент наблюдается большое количество редких видов, которым грозит вымирание: такими «точками», например, являются коралловые рифы) в основном приходится на районы, где зафиксирован высокий уровень воздействия человека. Примерами такого воздействия являются рыболовство, адаптация окружающей среды для своих нужд, антропогенное изменение климата и загрязнение окружающей среды. Вероятно, человечеству стоит задуматься о том, насколько эта деятельность укладывается в рамки Конвенции о биологическом разнообразии.
«Совокупный эффект деятельности человека ставит под угрозу разнообразие жизни в Мировом океане» , – утверждает Камило Мора из Университета Делхаузи, один из авторов работы.
По соседству с этой работой в Nature опубликована другая статья, посвященная проблемам морского биологического разнообразия на Земле. В ней канадские ученые рассказывают о современных колоссальных темпах снижения биомассы фитопланктона в последние годы. Используя архивные данные в совокупности с последними спутниковыми наблюдениями исследователи установили, что в результате потепления океана количество фитопланктона снижается в год на 1%.
У фитопланктона соотношение размера и численности то же, что и у млекопитающих
Фитопланктон – это часть планктона, которая проводит фотосинтез, прежде всего протококковые водоросли, диатомовые водоросли и цианобактерии. Фитопланктон имеет жизненно важное значение, поскольку на его долю приходится примерно половина продукции всего органического вещества на Земле и большая часть кислорода в нашей атмосфере. Помимо существенного сокращения кислорода в атмосфере Земли, что пока все-таки является делом долгосрочным, снижение численности фитопланктона грозит изменениями морских экосистем, что обязательно скажется на рыболовстве.
При изучении проб морского фитопланктона выяснилось, что чем больше размер клеток того или иного вида водорослей, тем ниже их численность. Удивительно, но это снижение численности происходит пропорционально массе клетки в степени –0,75 - точно такое же количественное соотношение этих величин ранее было описано для наземных млекопитающих. А значит, «правило энергетической эквивалентности» действует и для фитопланктона.
Фитопланктон распределен по океану неравномерно. Его количество зависит от температуры воды, освещенности и количества питательных веществ. Прохладные годы умеренных и полярных областей больше подходят для развития фитопланктона, чем теплые тропические воды. В тропической зоне открытого океана фитопланктон активно развивается только там, где проходят холодные течения. В Атлантике фитопланктон активно развивается в районе о-вов Зеленого Мыса (недалеко от Африки), там холодное Канарское течение образует круговорот.
В тропиках количество фитопланктона одинаково в течение года, тогда как в высоких широтах наблюдается обильное размножение диатомей весной и осенью и сильный спад в зимнее время. Наибольшая масса фитопланктона сосредоточена в хорошо освещенных поверхностных водах (до 50 м). Глубже 100 м, куда не проникает солнечный свет, фитопланктона почти нет так как там невозможен фотосинтез.
Азот и фосфор - главные питательные вещества, необходимые для развития фитопланктона. Они скоплены ниже 100 м, в зоне, недоступной фитопланктону. Если вода хорошо перемешивается, азот и фосфор регулярно доставляются к поверхности, питая фитопланктон. Теплые воды легче холодных и не опускаются на глубину - перемешивания не происходит. Поэтому в тропиках азот и фосфор не доставляются к поверхности, и скудость питательных веществ не дает развиться фитопланктону.
В полярных областях поверхностные воды охлаждаются и опускаются на глубину. Глубинные течения несут холодные воды к экватору. Натыкаясь на подводные хребты, глубинные воды поднимаются к поверхности и несут с собой минеральные вещества. В таких областях фитопланктона значительно больше. В тропических зонах открытого океана, над глубоководными равнинами (Северо-Американской и Бразильской котловинами), где не происходит подъема воды, фитопланктона совсем мало. Эти области - океанические пустыни, их обходят даже крупные мигрирующие животные, такие как киты или парусники.
Морской фитопланктон Trichodesmium является важнейшим азотфиксатором в тропических и субтропических районах Мирового океана. Эти крошечные фотосинтетические организмы используют солнечный свет, углекислый газ и другие нутриенты для синтеза органического вещества, которое составляет основу морской пищевой пирамиды. Азот, поступающий в верхние освещенные слои океана из глубинных слоев водной толщи и из атмосферы, служит необходимой подпиткой планктона.
Урок 2. Биомасса биосферы
Анализ зачетной работы и выставление оценок (5-7 мин).
Устное повторение и компьютерное тестирование (13 мин).
Биомасса суши
Биомасса биосферы составляет примерно 0,01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов - около 1%. На континентах преобладают растения (99,2%), в океане - животные (93,7%)
Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99,9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0,1%, а в океане - только 0,04%.
Биомасса различных участков поверхности Земли зависит от климатических условий - температуры, количества выпадаемых осадков. Суровые климатические условия тундры - низкие температуры, вечная мерзлота, короткое холодное лето сформировали своеобразные растительные сообщества с небольшой биомассой. Растительность тундры представлена лишайниками, мхами, стелющимися карликовыми формами деревьев, травянистой растительностью, выдерживающей такие экстремальные условия. Биомасса тайги, затем смешанных и широколиственных лесов постепенно увеличивается. Зона степей сменяется субтропической и тропической растительностью, где условия для жизни наиболее благоприятны, биомасса максимальна.
В верхнем слое почвы наиболее благоприятный водный, температурный, газовый режим для жизнедеятельности. Растительный покров обеспечивает органическим веществом всех обитателей почвы - животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. Бактерии и грибы - редуценты, они играют значительную роль в круговороте веществ биосферы, минерализуя органические вещества. "Великие могильщики природы" - так назвал бактерии Л.Пастер.
Биомасса мирового океана
Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши - реками, озерами - около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках. В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом , планктоном и нектоном .
Бентосные организмы (от греч. benthos - глубина) ведут придонный образ жизни, живут на грунте и в грунте. Фитобентос образован различными растениями - зелеными, бурыми, красными водорослями, которые произрастают на различных глубинах: на небольшой глубине зеленые, затем бурые, глубже - красные водоросли которые встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными - моллюсками, червями, членистоногими и др. Многие приспособились к жизни даже на глубине более 11 км.
Планктонные организмы (от греч. planktos - блуждающий) - обитатели толщи воды, они не способны самостоятельно передвигаться на большие расстояния, представлены фитопланктоном и зоопланктоном. К фитопланктону относятся одноклеточные водоросли, цианобактерии, которые находятся в морских водоемах до глубины 100 м и являются основным продуцентом органических веществ - у них необычайно высокая скорость размножения. Зоопланктон - это морские простейшие, кишечнополостные, мелкие ракообразные. Для этих организмов характерны вертикальные суточные миграции, они являются основной пищевой базой для крупных животных - рыб, усатых китов.
Нектонные организмы (от греч. nektos - плавающий) - обитатели водной среды, способные активно передвигаться в толще воды, преодолевая большие расстояния. Это рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие и другие животные.
Письменная работа с карточками:
1. Сравните биомассу продуцентов и консументов на суше и в океане.
2. Как распределена биомасса в Мировом океане?
3. Охарактеризуйте биомассу суши.
4. Дайте определение терминам или раскройте понятия: нектон; фитопланктон; зоопланктон; фитобентос; зообентос; процент биомассы Земли от массы косного вещества биосферы; процент биомассы растений от общей биомассы наземных организмов; процент биомассы растений от общей биомассы водных организмов.
Карточка у доски:
1. Какой процент биомассы Земли от массы косного вещества биосферы?
2. Какой процент от биомассы Земли приходится на долю растений?
3. Какой процент от общей биомассы наземных организмов составляет биомасса растений?
4. Какой процент от общей биомассы водных организмов составляет биомасса растений?
5. Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза на суше?
6. Какой % солнечной энергии используется для фотосинтеза в океане?
7. Как называются организмы, населяющие толщу воды и переносимые морскими течениями?
8. Как называются организмы, населяющие грунт океана?
9. Как называются организмы, активно передвигающимися в толще воды?
Тестовое задание:
Тест 1 . Биомасса биосферы от массы косного вещества биосферы составляет:
Тест 2 . На долю растений от биомассы Земли приходится:
Тест 3 . Биомасса растений на суше по сравнению с биомассой наземных гетеротрофов:
2. Составляет 60%.
3. Составляет 50%.
Тест 4 . Биомасса растений в океане по сравнению с биомассой водных гетеротрофов:
1. Преобладает и составляет 99,2%.
2. Составляет 60%.
3. Составляет 50%.
4. Меньше биомассы гетеротрофов и составляет 6,3%.
Тест 5 . Использование солнечной энергии для фотосинтеза на суше в среднем составляет:
Тест 6 . Использование солнечной энергии для фотосинтеза в океане в среднем составляет:
Тест 7 . Бентос океана представлен:
Тест 8 . Нектон океана представлен:
1. Активно передвигающимися в толще воды животными.
2. Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
3. Организмами, живущими на грунте и в грунте.
4. Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 9 . Планктон океана представлен:
1. Активно передвигающимися в толще воды животными.
2. Организмами, населяющими толщу воды и переносимыми морскими течениями.
3. Организмами, живущими на грунте и в грунте.
4. Организмами, живущими на поверхностной пленке воды.
Тест 10 . От поверхности вглубь водоросли произрастают в следующем порядке:
1. Неглубоко бурые, глубже зеленые, глубже красные до - 200 м.
2. Неглубоко красные, глубже бурые, глубже зеленые до - 200 м.
3. Неглубоко зеленые, глубже красные, глубже бурые до - 200 м.
4. Неглубоко зеленые, глубже бурые, глубже красные - до 200 м.
Мировой океан покрывает более 70% поверхности Земли. Он содержит около 1,35 миллиарда кубических километров воды, что составляет около 97% всей воды на планете. Океан поддерживает всю жизнь на планете, а также делает ее синей, если посмотреть из космоса. Земля - единственная планета в нашей солнечной системе, которая, как известно, содержит жидкую воду.
Хотя океан является одним сплошным водоемом, океанографы разделили его на четыре основные области: Тихоокеанскую, Атлантическую, Индийскую и Арктическую. Атлантический, Индийский и Тихий океаны объединяются в ледяные воды вокруг Антарктиды. Некоторые специалисты выделяют этот район, как пятый океан, чаще всего называемый Южным.
Чтобы понять жизнь океанов, вы должны сначала узнать ее определение. Фраза «морская жизнь» охватывает все организмы, живущие в соленой воде, которые включают широкое разнообразие растений, животных и микроорганизмов, таких как бактерии и .
Существует огромное разнообразие морских видов, которые варьируются от крошечных одноклеточных организмов до гигантских голубых китов. По мере того как ученые открывают новые виды, больше узнают о генетическом составе организмов и изучают ископаемые образцы, они решают, как группировать океаническую флору и фауну. Ниже приведен список основных типов или таксономических групп живых организмов в океанах:
- (Annelida );
- (Arthropoda );
- (Chordata );
- (Cnidaria );
- Гребневики (Ctenophora );
- (Echinodermata );
- (Mollusca )
- (Porifera ).
Есть также несколько типов морских растений. К самым распространенным относятся Chlorophyta , или зеленые водоросли, и Rhodophyta , или красные водоросли.
Адаптация морской жизни
С точки зрения наземного животного, подобного нам, океан может быть суровой средой. Однако морская жизнь приспособлена для жизни в океане. Характеристики, которые способствуют процветанию организмов в морской среде, включают способность регулировать потребление соли, органы для получения кислорода (например, жабры рыб), противостоять повышенному давлению воды, адаптация к недостатку света. Животные и растения, обитающие в приливной зоне имеют дело с экстремальными температурами, солнечным светом, ветром и волнами.
Существуют сотни тысяч видов морской жизни, от крошечного зоопланктона до гигантских китов. Классификация морских организмов очень изменчива. Каждый приспособлен к своей конкретной среде обитания. Все океанические организмы вынуждены взаимодействовать с несколькими факторами, которые не представляют проблем для жизни на суше:
- Регулирующее потребление соли;
- Получение кислорода;
- Адаптация к давлению воды;
- Волны и изменение температуры воды;
- Получение достаточного количества света.
Ниже мы рассмотрим некоторые способы выживания морской флоры и фауны в этой окружающей среде, которая сильно отличается от нашей.
Солевая регуляция
Рыбы могут пить соленую воду и выводить избыток соли через жабры. Морские птицы также пьют морскую воду, а лишняя соль удаляется через «солевые железы» в носовую полость, а затем вытряхивается птицей. Киты не пьют соленую воду, а получают необходимую влагу их организмов, которыми они питаются.
Кислород
Рыба и другие организмы, которые живут под водой, могут получать кислород из воды либо через их жабры, либо через кожу.
Морские млекопитающие вынуждены всплывать на поверхность, чтобы дышать, поэтому у китов есть дыхательные отверстия сверху на голове, позволяющие вдыхать воздух из атмосферы, сохраняя большую часть тела под водой.
Киты способны оставаться под водой без дыхания в течение часа или более, так как очень эффективно используют свои легкие, наполняя до 90% объема легких с каждым вдохом, а также хранят необычно большое количество кислорода в крови и мышцах при погружении.
Температура
Многие животные океана являются хладнокровными (эктотермическими), и их внутренняя температура тела такая же, как и окружающая их среда. Исключением являются теплокровные (эндотермические) морские млекопитающие, которые должны поддерживать постоянную температуру своего тела независимо от температуры воды. Они имеют подкожный изолирующий слой, состоящий из жира и соединительной ткани. Этот слой подкожного жира позволяет им поддерживать свою внутреннюю температуру тела примерно такой же, как у наземных сородичей, даже в холодном океане. Изолирующий слой гренландского кита может достигать более 50 см в толщину.
Давление воды
В океанах давление воды увеличивается на 15 фунтов на квадратный дюйм каждые 10 метров. В то время как некоторые морские существа редко меняют глубину воды, далеко плавающие животные, такие как киты, морские черепахи и тюлени, за несколько дней путешествуют от мелководья до больших глубин. Как же они справляются с давлением?
Считается, что кашалот способен погружаться более чем на 2,5 км ниже поверхности океана. Одна из адаптаций заключаются в том, что легкие и грудная клетка сжимаются при погружениях на большие глубины.
Кожистая морская черепаха может погружаться более чем на 900 метров. Складные легкие и гибкая раковина помогают им выдерживать высокое давление воды.
Ветер и волны
Животные приливной зоны не нуждаются в адаптации к высокому давлению воды, но должны выдерживать сильное давление ветра и волн. Многие беспозвоночные и растения в этой обладают способностью цепляться за скалы или другие субстраты, а также имеют твердые защитные оболочки.
В то время как крупные пелагические виды, такие как киты и акулы, не подвержены воздействию шторма, их добыча может перемещать. Например, киты охотятся на копепод, которых может раскидать по разным отдаленным областям во время сильного ветра и волн.
Солнечный свет
Организмы, нуждающиеся в свете, такие как тропические коралловые рифы и связанные с ними водоросли, находятся в мелких, прозрачных водах легко пропускающих солнечный свет.
Так как подводная видимость и уровни освещенности могут меняться, киты не полагаются на зрение, чтобы найти пищу. Вместо этого они находят добычу, используя эхолокацию и слух.
В глубине океанской бездны, некоторые рыбы потеряли свои глаза или пигментацию, потому что они просто не нужны. Другие организмы являются биолюминесцентными, используя светоносные или свои собственные светопроизводящие органы, чтобы привлечь добычу.
Распределение жизни морей и океанов
От береговой линии до самого глубокого морского дна океан кишит жизнью. Сотни тысяч морских видов варьируются от микроскопических водорослей до , которое когда-либо жило на Земле, синего кита.
Океан имеет пять основных зон жизни, каждая с уникальными приспособлениями организмов к своей конкретной морской .
Эвфотическая зона
Эвфотическая зона является освещенным солнцем верхним слоем океана, приблизительно до 200 метров в глубину. Эвфотическая зона также известна как фотическая и может присутствовать как в озерах с морями, так и в океане.
Солнечный свет в фотической зоне позволяет осуществлять процесс фотосинтеза. - это процесс, посредством которого некоторые организмы преобразуют солнечную энергию и углекислый газ из атмосферы в питательные вещества (белки, жиры, углеводы и т.д.), и кислород. В океане фотосинтез осуществляется за счет растений и водорослей. Морские водоросли похожи на наземные растения: у них есть корни, стебли и листья.
Фитопланктон - микроскопические организмы, которые включают в себя растения, водоросли и бактерии, также обитают в эвфотической зоне. Миллиарды микроорганизмов образовывают огромные зеленые или синие пятна в океане, которые являются фундаментом океанов и морей. Благодаря фотосинтезу, фитопланктон ответственен за выработку почти половины кислорода, выброшенного в атмосферу Земли. Мелкие животные, такие как криль (тип креветок), рыбы и микроорганизмы, называемые зоопланктоном, все питаются фитопланктоном. В свою очередь, этих животных едят киты, крупная рыба, морские птицы и люди.
Мезопелагическая зона
Следующая зона, простирающаяся до глубины около 1000 метров, называется мезопелагической зоной. Эта зона также известна как сумеречная зона, так как свет в ее пределах очень тусклый. Отсутствие солнечного света означает, что в мезопелагической зоне практически нет растений, но крупные рыбы и киты ныряют туда, чтобы охотиться. Рыба в этой зоне мелкая и светящаяся.
Батипелагическая зона
Иногда животные из мезопелагической зоны (такие как кашалоты и кальмары) ныряют в батипелагическую зону, которая достигает глубины около 4000 метров. Батипелагическая зона также известна как полуночная зона, потому что свет не достигает ее.
Животные, обитающие в батипелагической зоне, небольшие, но у них часто бывают огромные рты, острые зубы и расширяющиеся желудки, которые позволяют им есть любую пищу, которая попадает в пасть. Большая часть этой пищи поступает из остатков растений и животных, спускающихся с верхних пелагических зон. У многих батипелагических животных нет глаз, потому что они не нужны в темноте. Поскольку давление настолько велико, что трудно найти питательные вещества. Рыбы в батипелагической зоне движутся медленно и имеют сильные жабры для извлечения кислорода из воды.
Абиссопелагическая зона
Вода на дне океана, в абиссопелагической зоне, очень соленая и холодная (2 градуса Цельсия или 35 градусов по Фаренгейту). На глубине до 6000 метров давление очень сильно - 11 000 фунтов на квадратный дюйм. Это делает невозможной жизнь для большинства животных. Фауна этой зоны, чтобы справиться с суровыми условиями экосистемы, выработала причудливые адаптивные особенности.
Многие животные этой зоны, включая кальмаров и рыб, являются биолюминесцентными, то есть производят свет через химические реакции в своих телах. Например, рыба удильщик имеет яркий отросток, расположенный перед его огромным зубастым ртом. Когда свет приманивает мелкую рыбешку, удильщик просто щелкает своими челюстями, чтобы съесть свою добычу.
Ультраабиссаль
Самая глубокая зона океана, найденная в разломах и каньонах, называется ультраабиссаль. Здесь живут немногие организмы, например, изоподы - тип ракообразных, родственный с крабами и креветками.
Такие как губки и морские огурцы, процветают в зонах абиссопелагия и ультраабиссаль. Как и многие морские звезды и медузы, эти животные почти полностью зависят от оседающих останков отмерших растений и животных, называемых морским детритом.
Однако не все донные обитатели зависят от морского детрита. В 1977 году океанографы обнаружили сообщество существ на дне океана, питающихся бактериями вокруг отверстий, называемых гидротермальными жерлами. Эти жерла отводят горячую воду, обогащенную минералами из недр Земли. Минералы питают уникальные бактерии, которые, в свою очередь, питают животных, таких как крабы, моллюски и трубчатые черви.
Угрозы для морской жизни
Несмотря на относительно малое представление об океане и его обитателях, человеческая деятельность нанесла этой хрупкой экосистеме колоссальный вред. Мы постоянно видим по телевидению и в газетах, что очередной морской вид оказался под угрозой исчезновения. Проблема может казаться удручающей, но есть надежда и много вещей, которые каждый из нас может сделать, чтобы спасти океан.
Угрозы представленные ниже не имеют какой-либо определенный порядок, поскольку в одних регионах они более актуальны, чем в других, а некоторые обитатели океанов сталкиваются с многочисленными угрозами:
- Окисление океанов - если у вас когда-либо был аквариум, вы знаете, что правильный рН воды является важной частью поддержания здоровья ваших рыбок.
- Изменение климата - мы постоянно слышим о глобальном потеплении, и не зря - оно негативно влияет, как на морскую, так и на наземную жизнь.
- Перелов - это всемирная проблема, которая истощила множество важных промысловых видов рыбы.
- Браконьерство и нелегальная торговля - несмотря на законы принятые для защиты морских обитателей, незаконный вылов процветает по сей день.
- Сети - морские виды от мелких беспозвоночных до крупных китов могут запутаться и погибнуть в заброшенных рыболовных сетях.
- Мусор и загрязнения - различные животные могут запутаться в мусоре, как и в сетях, а разливы нефти наносят огромный ущерб большинству морских обитателей.
- Потеря среды обитания - по мере роста населения мира увеличивается антропогенная нагрузка на береговую линию, водно-болотные угодья, леса водорослей, мангровые заросли, пляжи, скалистые берега и коралловые рифы, которые служат домом для тысяч видов.
- Инвазивные виды - виды введенные в новую экосистему способны нанести серьезный вред родным обитателям, так как из-за отсутствия естественных хищников у них может произойти демографический взрыв.
- Морские суда - корабли могут нанести смертельные повреждения крупным морским млекопитающим, а также создают много шума, переносят на себе инвазивные виды, уничтожают якорями коралловые рифы, приводят к выбросу химических веществ в океан и атмосферу.
- Океанский шум - в океане много естественных шумов являющихся неотъемлемой частью этой экосистемы, но искусственные шумы способны нарушить ритм жизни многих морских обитателей.
Фотосинтез лежит в основе всей жизни на нашей планете. Этот процесс, идущий в наземных растениях, водорослях и многих видах бактерий определяет существование практически всех форм жизни на Земле, преобразуя потоки солнечного света в энергию химических связей, которая затем уже шаг за шагом передается к вершинам многочисленных пищевых цепочек.
Скорее всего, этот же процесс в свое время положил начало резкому увеличению парциального давления кислорода в атмосфере Земли и снижению доли углекислого газа, что в конечном итоге привело к расцвету многочисленных сложно организованных организмов. И до сих пор, по мнению многих ученых, только фотосинтез способен сдержать стремительный натиск СО 2 , выбрасываемого в воздух в результате ежедневного сжигания человеком миллионов тонн различных видов углеводородного топлива.
Новое открытие американских ученых заставляет по-новому взглянуть на фотосинтетический процесс
В ходе «нормального» фотосинтеза этот жизненно важный газ получается в качестве «побочного продукта». В нормальном режиме фотосинтетические «фабрики» нужны для связывания СО 2 и производства углеводов, выступающих впоследствии в качестве источника энергии во многих внутриклеточных процессах. Световая энергия в этих «фабриках» идет на разложение молекул воды, в ходе которого выделяются необходимые для фиксации углекислого газа и углеводов электроны. При этом разложении выделяется и кислород O 2 .
Во вновь открытом процессе для усваивания углекислого газа используется лишь малая часть выделяющихся при разложении воды электронов. Львиная же их доля в ходе обратного процесса идет на формирование молекул воды из «свежевысвобожденного» кислорода. При этом энергия, преобразуемая в ходе вновь открытого фотосинтетического процесса, не запасается в виде углеводов, а напрямую поступает к жизненно важным внутриклеточным энергопотребителям. Впрочем, детальный механизм такого процесса пока остается загадкой.
Со стороны может показаться, что подобная модификация фотосинтетического процесса является пустой тратой времени и энергии Солнца. Трудно поверить, что в живой природе, где за миллиарды лет эволюционных проб и ошибок каждая мелочь оказалась устроена предельно эффективно, может присутствовать процесс со столь низким КПД.
Тем не менее такой вариант позволяет защитить сложный и хрупкий аппарат фотосинтеза от чрезмерного облучения солнечным светом.
Дело в том, что фотосинтетический процесс в бактериях не может быть попросту остановлен в отсутствие необходимых ингредиентов в окружающей среде. До тех пор пока микроорганизмы подвержены воздействию солнечной радиации, они вынуждены преобразовывать энергию света в энергию химических связей. При отсутствии необходимых компонентов фотосинтез может привести к образованию свободных радикалов, губительных для всей клетки, а потому цианобактерии просто не могут обходиться без запасного варианта преобразования энергии фотонов из воды в воду.
Этот эффект пониженного уровня преобразования СО 2 в углеводы и пониженного же высвобождения молекулярного кислорода уже наблюдался в серии недавних работ в природных условиях Атлантического и Тихого океанов. Как оказалось, пониженного содержание питательных веществ и ионов железа наблюдаются почти в половине их акваторий. Следовательно,
примерно половина энергии солнечного света, приходящаяся на обитателей этих вод, преобразуется в обход привычного механизма поглощения двуокиси углерода и высвобождения кислорода.
А значит, вклад морских автотрофов в процесс поглощения СО 2 был прежде существенно завышен.
Как один из специалистов отдела всемирной экологии Института имени Карнеги Джо Бери, новое открытие существенно изменит наши представления о процессах переработки солнечной энергии в клетках морских микроорганизмов. По его словам, ученым еще предстоит раскрыть механизм нового процесса, но уже сейчас его существование заставит по-иному взглянуть на современные оценки масштабов фотосинтетического поглощения СО 2 в мировых водах.
Биосфера (от греч. «биос» - жизнь, «сфера» -шар) как носитель жизни возникла с появлением живых существ в результате эволюционного развития планеты. Под биосферой подразумевается часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Учение о биосфере создано академиком Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945). В. И. Вернадский - основоположник учения о биосфере и метода определения возраста Земли по периоду полураспада радиоактивных элементов. Он впервые раскрыл огромную роль растений, животных и микроорганизмов в перемещении химических элементов земной коры.
Биосфера имеет определенные границы. Верхняя граница биосферы находится на высоте 15- 20 км от поверхности Земли. Она проходит в стратосфере. Основная масса живых организмов находится в нижней воздушной оболочке - тропосфере. Наиболее населена самая нижняя часть тропосферы (50-70 м).
Нижняя граница жизни проходит по литосфере на глубине 2-3 км. Жизнь сосредоточена в основном в верхней части литосферы - в почве и на ее поверхности. Водная оболочка планеты (гидросфера ) занимает до 71% поверхности Земли.
Если сравнить величину всех геосфер, то можно сказать, что наибольшая по массе литосфера, наименьшая - атмосфера. Биомасса живых существ по сравнению с величиной геосфер невелика (0,01%). В разных частях биосферы плотность жизни не одинакова. Наибольшее количество организмов находится у поверхности литосферы и гидросферы. Содержание биомассы изменяется также по зонам. Максимальную плотность имеют тропические леса, незначительную - льды Арктики, высокогорные области.
Биомасса. Организмы, составляющие биомассу, обладают громадной способностью размножения и распространения по планете (см. раздел «Борьба за существование»). Размножение обусловливает плотность жизни. Она зависит от размеров организмов и необходимой для жизни площади. Плотность жизни создает борьбу организмов за площадь, пищу, воздух, воду. В процессе естественного отбора и приспособленности на одной площади сосредоточивается большое количество организмов с наибольшей плотностью жизни.
Биомасса суши.
На суше Земли, начиная от полюсов к экватору, биомасса постепенно увеличивается. Наибольшее сгущение и многообразие растений имеет место во влажных тропических лесах. Количество и разнообразие видов животных зависит от растительной массы и тоже увеличивается к экватору. Цепи питания, переплетаясь, образуют сложную сеть передачи химических элементов и энергии. Между организмами идет жесточайшая борьба за обладание пространством, пищей, светом, кислородом.
Биомасса почвы. Как среда жизни почва имеет ряд специфических особенностей: большую плотность, малую амплитуду колебаний температуры; она непрозрачна, бедна кислородом, содержит воду, в которой растворены минеральные соли.
Обитатели почвы представляют своеобразный биоценотический комплекс. В почве много бактерий (до 500 т/га), разлагающих органическое вещество грибов, в поверхностных слоях живут зеленые и сине-зеленые водоросли, обогащающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Толща почвы пронизана корнями высших растений, богата простейшими - амебами, жгутиконосцами, инфузориями. Еще Ч. Дарвин обратил внимание на роль дождевых червей, которые рыхлят почву, проглатывают и пропитывают ее желудочным соком. В почве, кроме того, живут муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и другие животные. Все обитатели почвы производят большую почвообразовательную работу, участвуют в создании плодородия почвы. Многие почвенные организмы принимают участие в общем круговороте веществ, происходящем в биосфере.
Биомасса Мирового океана.
Гидросфера Земли, или Мировой океан, занимает более 2/3 поверхности планеты. Вода обладает особыми свойствами, важными для жизни организмов. Ее высокая теплоемкость делает более равномерной температуру океанов и морей, смягчая крайние изменения температуры зимой и летом. Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. На океан приходится около 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете.
Взвешенные в воде одноклеточные водоросли и мельчайшие животные образуют планктон. Планктон имеет преимущественное значение в питании животного мира океана.
В океане, кроме планктона и свободноплавающих животных, много организмов, прикрепленных ко дну и ползающих по нему. Обитателей дна называют бентосом.
В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше. Во всех частях Мирового океана имеются микроорганизмы, разлагающие органические вещества до минеральных.
Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Растительные и животные организмы, находясь во взаимосвязи с неорганической средой, включаются в непрерывно происходящий в природе круговорот веществ и энергии.
Углерод в природе находится в горных породах в виде известняка и мрамора. Большая часть углерода находится в атмосфере в виде углекислого газа. Из воздуха углекислый газ поглощается зелеными растениями при фотосинтезе. Углерод включается в круговорот благодаря деятельности бактерий, разрушающих мертвые остатки растений и животных.
При разложении растений и животных азот выделяется в виде аммиака. Нитрофицирующие бактерии превращают аммиак в соли азотистой и азотной кислот, которые усваиваются растениями. Кроме того, некоторые азотфиксирующие бактерии способны усваивать атмосферный азот.
Большие запасы фосфора содержат горные породы. При разрушении эти породы отдают фосфор наземным экологическим системам, однако часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в море. Вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются на дно. Одна часть из них используется, а другая теряется в глубинных отложениях. Таким образом, наблюдается несоответствие между потреблением фосфора и его возвращением в круговорот.
В результате круговорота веществ в биосфере происходит непрерывная биогенная миграция элементов. Необходимые для жизни растений и животных химические элементы переходят из среды в организм. При разложении организмов эти элементы снова возвращаются в среду, откуда опять поступают в организм.
В биогенной миграции элементов принимают участие различные организмы, в том числе и человек.
Роль человека в биосфере. Человек - часть биомассы биосферы - долгое время находился в непосредственной зависимости от окружающей природы. С развитием мозга человек сам становится мощным фактором в дальнейшей эволюции на Земле. Овладение человеком различными формами энергии - механической, электрической и атомной - способствовало значительному изменению земной коры и биогенной миграции атомов. Наряду с пользой, вмешательство человека в природу нередко приносит ей вред. Деятельность людей часто приводит к нарушению природных закономерностей. Нарушение и изменение биосферы вызывают серьезное беспокойство. В связи с этим в 1971 г. ЮНЕСКО (Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры), в состав которой входит и СССР, была принята Международная биологическая программа (МБП) «Человек и биосфера», изучающая изменение биосферы и ее ресурсов под воздействием человека.
В статье 18 Конституции СССР сказано: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды».
| Первый нуклеотид | Второй нуклеотид | Третий нуклеотид |
|||
фенилаланин | |||||
бессмыслен | триптофан |
||||
гистидин | глутамин (глун) | ||||
изолейцин | метионин | ||||
аспарагин (аспн) | |||||
аспарагиновая к-та (асп) | глутаминовая к-та | ||||
Цитологические задачи бывают нескольких типов.
1. В теме «Химическая организация клетки» решают задачи на построение второй спирали ДНК; определение процента содержания каждого нуклеотида и др., например задача № 1. На участке одной цепи ДНК расположены нуклеотиды: Т - Ц - Т-А - Г - Т - А - А - Т. Определить: 1) структуру второй цепи, 2) процент содержания в данном отрезке каждого нуклеотида.
Решение: 1) Структура второй цепи определяется по принципу комплементарности. Ответ: А - Г - А - Т - Ц - А - Т -Т - А.
2) В двух цепочках данного отрезка ДНК 18 нуклеотидов (100%). Ответ: А = 7 нуклеотидов (38,9%) Т=7 — (38,9%); Г =2 - (11,1%) и Ц = 2 — (11,1%).
II. В теме «Обмен веществ и превращения энергии в клетке» решают задачи на определение первичной структуры белка по коду ДНК; структуры гена по первичной структуре белка, например задача № 2. Определить первичную структуру синтезируемого белка, если на участке одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: ГАТАЦААТГГТТЦГТ.
- Не нарушая последовательность, сгруппировать нуклеотиды в триплеты: ГАТ - АЦА - АТГ - ГТТ - ЦГТ.
- Построить комплементарную цепь и-РНК: ЦУА - УГУ - УАЦ - ЦАА - ГЦ А.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
3. По таблице генетического кода определить аминокислоты, кодируемые этими триплетами. Ответ: лей-цис-тир-глун- ала. Сходные типы задач решаются аналогично на основе соответствующих закономерностей и последовательности, происходящих в клетке процессов.
Генетические задачи решают в теме «Основные закономерности наследственности». Это задачи на моногибридное, дигибридное скрещивания и другие закономерности наследственности, например задача № 3. При скрещивании между собой черных кроликов в потомстве получено 3 черных кролика и 1 белый. Определить генотипы родителей и потомства.
- Руководствуясь законом расщепления признаков, обозначить гены, определяющие в этом скрещивании проявление доминантных и рецессивных признаков. Черная масть-А, белая - а;
- Определить генотипы родителей (дающих расщепляющееся потомство в отношении 3:1). Ответ: Аа.
- Используя гипотезу чистоты гамет и механизм мейоза, написать схему скрещивания и определить генотипы потомства.
Ответ: генотип белого кролика - аа, генотипы черных крольчат - 1 АА, 2Аа.
В такой же последовательности, используя соответствующие закономерности, решаются другие генетические задачи.
