Дара организмдер экологиясы. 2 страница

Фотосинтез дегеніміз заттектер мен энергины Жерде жинақтайтын негізгі процесс, оның нәтижесінде СО₂ мен Н₂О – дан органикалық заттектер және оттек түзіледі (келесі формулада глюкоза):

6 СО₂ + 6 Н₂О + күн энергиясы → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Газдық функция. Фотосинтез процесі және дем алу арқылы тірі организмдер қоршаған ортамен оттек пен көмір қышқыл газымен алмасып отырады.

Концентрациялық функция. Тірі организмдер ауаның көп көлемі мен табиғи ерітінділерді өз денелері арқылы өткізіп, химиялық элементтердің және олардың қосылыстарының биогендік миграциясы мен шоғырлануын жүзеге асырып отырады. Бұл жағдай тек органикалық заттектердің биосинтезіне ғана қажетті емес, сонымен бірге әр түрлі құбылыстардың орын алуына да қатысты.

Тірі заттектердің тотығу-тотықсыздану функциясы элементтердің биогентік миграциясымен және заттектердің шоғырлануымен тығыз байланысты. Табиғатта көптеген заттектер тұрақты және олар қалыпты жағдайда тотығу процесіне ұшырамайды, мысалы, өте маңызды биогенді элементтердің бірі – молекулалық азот. Бірақ – та, өте күшті катализатор рөлін атқаратын ферменттердің тірі клеткаларда болуына байланысты көптеген тотығу – тотықсыздану реакциялары абиогенді ортада жүретіндермен салыстырғанда миллиондаған есе артық жылдамдықпен өтеді.

Биосферадағы энергия ағыны. Жердегі негізгі энергия көзі Күн, жылына биосфераға түсетін бұл энергияның мөлшері 2,5*10²⁴ Дж. Осы энергияның тек шамамен 0,3% - і ғана фотосинтез процесінің нәтижесінде органикалық заттектердегі химиялық байланыстың энергиясына ауысады және тек 0,1% таза бірінші өнімге өтіп отырады. Әрі қарай коректі органикалық заттектер арқылы трофикалық тізбекке сәкес таралады. Энергияның пирамида заңына немесе 10% Р.Линдеманның (1942ж.) ережесіне сәйкес, бір коректік деңгейден басқа деңгейге өтетін энергия орташа шамамен 10% - тен аспайды. Осындай деңгейлер көп болған сайын, ең соңғы тұтынушыға жететін энергия үлесі соғұрлым төмен болады.

Фотосинтез

ЖАРЫҚ

Коректі заттектер Оттек Көміртек диоксиді

Су

Жылу

(пайдасыз энергия)

Дем алу

Экожүйедегі энергия ағысы

Биосферадағы биогеохимиялық айналым

Экожүедегі органикалық заттектердің синтезі мен ыдырауына сүйенген биогенді элементтердің айналымын заттектердің биоталық айналымы деп атайды. Биогенді элементтерден басқа биоталық айналымға биотаға өте қажетті минералды және әртүрлі көптеген қосылыстар да тартылады. Сондықтан, тіршілікпен тығыз байланысты, негізінен көміртек, су, азот, фосфор, күкірт және биогенді катиондар сияқты химиялық заттектердің алмасу циклдерінен тұратын биологиялық (биоталық) айналымның бөлігін биогеохимиялық айналым деп атайды.

Көміртек айналымы. Көмірсулардың, майлардың, белоктардың, нуклеин қышқылдарының (ДНҚ,РНҚ) және тіршілікке қажет басқа да органикалық қосылыстардың негізгі «құрылыс материалдарына» жататын көміртек биоталық айналымның негізгі қатысушысы болып табылады. Көміртектің ғаламшарлық айналымы 2.2-ші суретте көрсетілген.

	Жанартау атқылағанда		Минералды заттар: әктас, доломит,т.б.

Адам

дем алу жанғанда

Көміртек айналымы

Азот айналымы. Азот барлық белоктардың құрылымына кіреді және сонымен қатар биогенді элементтердің ішінде ең негізгі организмдердің тіршілік әрекетіне қажет элемент болып саналады. Атмосферадағы бос молекулалық түрдегі азоттың өте аз мөлшері ғана биоталық айналымға қатысады. Табиғатта байланған азот түрінің бос молекулалық азотқа

жалпы қатынасы 1:100000.

Оттек айналымы. Оттек айналымы фотосинтез процесінен басталады. Оның биоталық айналымы 250 Гт/жылына, ал биосферадағы оның жалпы массасы 10¹⁴ т. Жер бетінде ең көп таралған элемент:оның мөлшері (салмақтық процентпен) атмосферада-23,1 (288мг/л); литосферада- 47,2; гидросферада (судың құрамында)- 86,9. Гидросферадағы бос оттектің мөлшері орта шамамен 4,5 мг/л, осы оттекті су организмдері өздерінің тіршілігіне жұмсайды.

Фосфор айналымы. Фосфор азот сияқты шектеуші биогендер қатарына жатады. Ол нуклеин қышқылдарының құрамына, клетка мембраналарының, энергия тасымалдаушы жүйеге (аденозиндифосфат, аденозинтрифосфат), сүйек тканіне, дентинге (тістің негізгі бөлігін құрайтын сүйек тканінің бір түрі) кіреді.

Фосфор жылжымалы элемент, сондықтан оның айналымымен байланысты процестер қоршаған ортаның көптеген факторларына тәуелді, бірінші кезекте антропогендік факторларға.

Су айналымы. Су айналымына кіретін процестер табиғат жағдайында былай жүреді: жауын-шашын атмосферадан жер бетіне түсіп, топыраққа сіңіп, су қоймаларына ағады, су мұхиттардың, құрлықтардың, өзендердің және басқа да су қоймаларының бетінен буланып, ауа арқылы су буы тасымалданып, шықтанып, жауын-шашынмен қайтадан жер бетіне оралып отырады.

Термодинамика. Табиғат заңдарының өлі табиғатқа да тірі табиғатқа да бірдей екені белгілі. Физикалық жетістіктерді биологияда және медицинада ерекше қолданысқа ие болып отыр.

Биофизика әр түрлі сатыдағы биологиялық жүйелерде болып жатқан химиялық және физикалық процестерді зерттейтін ғылым. Биологиялық физиканың зерттеу обьектісі биологиялық материалдар яғни тірі организмдер. Биофизика ғылым болып қалыптасуы үшін физика, химия, физиология, математика, биохимия зор ықпалын тигізді. Осы ғылымдардың негізінде дүниеге келген дүниеге келген биофизиканың өз заңдылықтары, өз әдістері бар. Биофизиканың дамуына ат салысушы ғалымдардың бірі Б.Н.Тарусовтың айтуы бойынша биофизика дегеніміз биологиялық жүйелердің физикалық химиясы және химиялық физикасы.

1961 жылы Стокгольмде өткен бірінші халық аралық биофизикалық конгресте биофизиканы мынадай салаларға бөлуді ұсынды.

1)молекула биофизикасы. Бұл сала организмде түзетін биологиялық молекулалардың құрылысы мен физикалық қасйеттерін қарастырады. Биологиялық процестердің кинетикасымен термодинамикасын қарастырады.

2)клетка биофизикасы. Бұл сала клетканың үльтроқұрылысын, оның физикалық және химиялық ерекшеліктерін және клетканың өтімділігін, биоэлектрлік потенциалын қарастырады;

3)күрделі жүйе биофизикасы (басқару және реттеу процесінің биофизикасы). Бұл сала организмдегі басқару жүйесінің ішкі байланысын зерттеу және оның модельін жасау, олардың физикалық табиғатын анықтау мәселелерімен айналысады.

Биофизика организмдегі физикалық факторлар әсерін, иондалған сәуленің биолдогиялық әсерін, көз оптикасын, қозғалыс, тыныс алу, иіс сезу, есту, қан айналыс органдарының жұмыс әрекетін қамтиды.

Термодинамика пәні және негізігі түсініктер. Термодинамика физиканың бір бөлімі ретінде энергия мен жұмыстың арасындағы қатысты қарастырады. Термодинамиканы кейде жылудың жалпы теориясы деп атайды.

Термодинамикалық дене немесе жүйе деп белгілі бір көлемге ие болатын затты айтады. Мысалы, цилиндр поршенінің астындағы газды термодинамикалық дене десе де болады. Термодинамикалық жүйе (дене) үш параметрмен, температура Т. Көлем V және қысым P - сипатталады. Жүйенің бір күйден екінші күйге өтуін термодинамикалық процесс деп атайды (бір күйден екінші күйге өткенде бұл параметрдің мәні өзгерсе болғаны). Айталық, термодинамикалық жүйе бір күйден (V_1, P_1, T₁) екінші күйге (V_2, P_2, T₂) өтті делік. Онда ол i күйлерді басынан кешірсін. Енді осы жүйе қайтадан кері бағытта 2 күйден 1 күйге қайта келген кезде, барлық күйлерді басынан кешіре отырып жүйенің өзінде де және оны қоршаған ортада да ешқандай өзгеріс байқалмаса, онда ондай процесті қайтымды процесс деп атайды. Егер үйкеліс болмаса, онда маятниктің қозғалысы қайтымды процестің мысалы бола алар еді. Алайда үйкелісті жою мүмкін емес. Олай болса, маятник қозғалысы қайтымды процеске жатпайды. Өмірде қайтымды процесті байқау мүмкін емес. Ал, егер жүйе 2 күйден 1 күйге өткенде жүйенің өзінде, не оны қоршаған ортада өзгеріс болатын болса, ондай процесті қайтымсыз процесс деп атайды. Өмірді болып жататын процестер қайтымсыз процесс болып саналады.

Термодинамиканың 1 – ші заңы былай делінеді: Дене бірі күйден екінші күйге өткенде оның ішкі энергиясының өзгеруі денеге жасалған жұмыс пен тдененің қабылдаған жылу мөлшерінің қосындысына тең екені белгілі

dU=dA′+dQ

Егер сыртқы күштердің денеге жасаған жұмысын дененің сыртқы күштерге қарсы жасаған жұмысымен ауыстырсақ, онда осыны ескерсек (1)формула былай жазылады:

dU = -dA + dQ осыдан dQ = dU + dA (2)

Термодинамиканың бірінші заңы бойынша (2) формуланы былай тұжырымдауға болады: Денеге берілген жылу мөлшері сол дененің ішкі энергиясын өзгертуге және сыртқы күштерге қарсы жұмыс істеуге жұмсалады. Термодинамиканың 1- ші заңын энергияның сақталу және айналу заңының жылу құбылысына байланысты айтылған түрі деп те қарастыруға болады.

Термодинамиканың бірінші заңын изопрцестерге қолдану.

Газ күйін сипаттайтын параметрлердің V_, P_, T екені белгілі. Осы параметрлердің біреуі тұрақты болғанда жүретін процесті изопроцестер деп атайды. Олар Бойль – Мариотт, Гей-Люстермодинамиканың бірінші бастамасын осы процестерге қолданып көрейік.

Изотермиялық процесс. Бұл процесте Т =const болады, қысым мен көлем

Былай байланысады

PV =const (3)

Температура тұрақты болғандықтан бұл процесс кезінде энергия өзгермейді, яғни dQ=0. Олай болса, термодинамиканың бірінші бастамасы изотермиялық процесс үшін былай жазылады:

dQ=dA (4)

Біз екенін білеміз. Осыдан тауып алып оны мына формулағаа қойсақ:

2. Изохоралық процесс. Бұл процесте, қысым мен температура түрінде байланысқан. Изохоралық процесс үшін. Олай болса бұл процесс үшін термодинамиканың бірінші бастамасы былай жазылады

3. Изобаралық процесс. Бұл процесте осы кездегі жұмыс қысымының көлем өзгеруінің көбейтіндісімен анықталады. Денелердің жылулық қасиеттерін сипаттау үшін термодинамикаға жылу сиымдылық деген ұғым енгізіледі.

Термодинамиканың екінші бастамасы (термодинамиканың 2-ші заңы). Қайтымды және қайтымсыз термодинамикалық процестің ПӘК. Градиент анықтамасы.

Термодинамиканың бірінші бастамасы жылу, жұмыс және ішкі энергияның өзгеруі арасындағы байланысты қарастыратынын байқадық.

Термодинамиканың бірінші заңы табиғатта болып жатқан процестердің бағыты жөнініде ешқандай мағұлмат бермейді. Екі дене алайық, сөйтіп оларды бірімен бірін әсерлестірейік (ол екі дене басқа денелермен әрекеттеспейді.) Бір дене Q₁ жылу алада. ал екініші дене Q ₂ жылу берді делік. Сонда Q₁ = Q₂ болады.

Ал, жылу қай бағытта жүреді, бірініші денеден екінші денеге беріле ме, әлде екінші денеден бірінші денеге беріле ме. Бұл жөнінде термодинамиканың бірінші заңы еғшнәрсе айтпайды.

Термодинамиканың екінші заңы өмірде болатын процестердің бағыты жөнініде мағұлмат береді. Бұл заңның негізін салған француз инженері және физигі Сади Карно. 1824 жылы ол жылудың жұмысқа айналуы туралы ғылыми еңбек жазды. Термодинамиканың екінші заңының мәнін түсіну үшін бірнеше мысал қарастырайық. Екі түрлі сұйық (газ) алып, бір ыдысқа құяйық. Сонда диффузияның арқасында бұл екі сұйықтық (газдың молекулалары бірімен бірі араласып, қоспа пайда болады. Бұл қоспа сыртқы күштің әсерінсіз – ақ жүзеге асады. Енді біз қанша уақыт күткенімен бұл қоспа өзінен өзі бастапқы сұйықтыққа (газдарға ажырамайды). Оны бастапқы сұйықтыққа ажырату үшін белгілі бір күш жұмысау керек. Сонымен бірге кері процесс қайталанғанымен ол тура процестегі жағдайларды дәлме дәл қайталап бере алмайды. Екіншіден, кері процесс кезінде со жүйені қоршаған ортада өзгеріс болады. Анығырақ айтқанда, тұз бен су алып, одан қоспа алуға мүмкіндік туады. Ал енді судан ажырату үшін суды буға айналдырып жіберу керек. Оған энергия қажет. Оның үстіне бұл кезде тұзды су қоспасын қоршаған ортаның да жағдайы өзгеріске ұшырайды. Сонымен диффузия бір бағытта жүретін процесс екен. Сол сыртқы жылу алмасу да бір бағытта жүреді. Мысалы, ыстық дене алып, оны суық денемен түйістірсек, онда біраздан кейін ол екі дене температурасының теңесетінін білеміз. Ыстық дене суйды, ал суық дене жылиды. Сонда энергия ыстық денеден суық денеге беріледі. Осыған кері процесс болуы мүмкін емес. Олай болса жылу алмасу да бір бағытта жүретін процесс. Мысалы, көлбеу жазықтықта дене қозғалып келе жатыр делік. Сонда ауырлық күштің әсерінен жасалған барлық жұмыс үйкелісінің арасында жылуға айналады. Бұл тура процесс. Енді біз қанша күткенмен дене мен көлбеу жазықтық өз бетінше суынып, олар суығандағы энергия жылуға айналып, дене жоғары қарай жылжи жөнеледі. Бөл қарастырылған мысалдардан біз осы процестерге тән бағыттылық бар екенін байқаймыз. Осы бағытты және өмірде болатын жылу процестерінің қайтымсыздығы термодинамиканың екінші заңымен анықталады. Бұл заңды сипаттайтын бірнеше анықтама бар, олар біріне – бірі эквивалентті. Соларға тоқталайық.

Бірінші заң. Мәңгі двигательдің бірінші түрін жасау, яғни сырттан энергия алмай жұмыс атқаратын машина жасау мүмкін емес.

Екінші заң. Мәңгі двигательдің екінші түрін жасау, яғни тек бір дененің суу нәтижесінде жұмыс жасайтын машина жасау мүмкін емес.

Биологиялық жүйенің термодинамикасы. Термодинамикалық жүйеге биологияда клетка, организмді айтуға болады. Термодинамиканың ашық және жабық екі түрі болады. Жабық жүйе оқшауланған және тұйық болып екіге бөлінеді. Тірі жүйе өзін қоршаған ортаға энергия бермесе немесе алмаса, онымен зат алмаспаса, онда оны оқшауланған жүйе деп атайды. Яғни оқшауланған жүйе өзімен зат және энергия алмаспайды. Егерде жүйе қоршаған ортамен тек энергия алмасса оны тұйық жүйе деп атайды. Егерде жүйе қоршаған ортаға энергия берсе немесе зат алмасса онда оны ашық жүйе деп атайды. Тірі организм ашық жүйеге жатады. Организм жылу машинасы ретінде емес, химиялық машина ретінде жұмыс жасайды. Бұл мәселе жөнініде көптеген тәжірибелер 18 ғасырда жүргізілінді. Ақыры соңында организмге келіп түскен тамақтан пайда болатын энергияның мөлшері организм жұмыс істегенде кететін энергияның мөлшеріне тең екені анықталады. Соны мына таблицадан көруге болады.

Кіріс	кДж	Шығыс	кДж
Берілген тамақ Белок(56,82) Майлар(140,2) Көмірсулар 79, 92   Барлығы		Бөлінген жылу Газбен Дәретпен Дем алғанда Тері арқылы Әр түрлі Түзетулер

Шаммамен берілген энергия 7854 кДж денеден бөлінген энергияға тең екен. Олай болса организм энергияның жаңа көзі болып саналмайды екен. Осыдан термодинамиканың бірінші бастамасы биологиялық жүйелерге де жарай береді деген қорытындығыа келдік.

Биологиялық жүйенің энергиясын биологиялық колориметр арқылы есептейді.

3. Биоценоздың трофикалық құрылымы. Биоценоздағы организмдер арасында тұрақты қоректік байланыстар қалыптасқан. Біріншісі - продуценттер немесе өндірушілер. Бұнда автотрофты жасыл өсімдіктер органикалық заттар түзіп, алғашқы биологиялық өнімділікті түзеді және күн энергиясын жұмсайды (сіңіреді). Екіншісі - консументтер, бұған жануарлар жатады.Үшіншісі - редуценттер немесе қайта қалпына келтірушілер. Оларға микроорганизмдер жатады. Олардың ролі ерекше. Биоценозда әр түрлі түрлер арасында белгілі бір қарым-қатынастар қалыптасады. Оның негізі қоректік тізбектерге байланысты екені белгілі. Десе де, организмдер арасындағы кеңістік қарым-қатынастар да негізгі роль атқарады. Қоректік тізбектер өсімдік, құстар мен жануарлар арасында

Экологиялық пирамида. Биоценоздағы қоректік тізбектегі қоректің (азық) барлығы бірдей организмнің өсуіне немесе биомассаның жинақталуына жұмсалмайды. Оның біразы организмнің энергия қуатына: тыныс алу, қозғалу, көбею, дене температурасын ұстап тұруға жұмсалады. Сондықтан бір тізбектің биомассасы екіншісіне дейін толық өңделмейді. Егер ондай болған жағдайда табиғатта қор ресурсы таусылған болар еді. Осыған байланысты әрбір келесі қоректік тізбекке өткен сайын азықтың биомассасы азайып отырады. Нәтижесінде, бір трофикалық деңгейден екіншісіне өткен сайын биомасса, сандық құрамы және энергия қоры азайып отыратыны анықталған. Бұл зандылықты кезінде эколог Ч. Элтон зерттеп өзінің есімімен "Элтон пирамидасы" деп атаған.

Бәсекелестік. Бәсекелестік дегеніміз бір немесе бірнеше түрге жататын организмдердің өзара қорек, тұрағы, т.б. ресурстардың жетіспеушілік жағдайындағы қарым-қатынастарының көрінісі.

Жыртқыштық. Жыртқыштық түрлер арасында болатын қарым-қатынастардың ең жоғарғы формасы. Ол кейде қорек, аумақ, т.б. ресурстар үшін бірін-бірі өлтіру, қуу, жеу арқылы көрініс береді.

Паразитизм. Паразитизм - бір түр өкілінің екінші бір түр өкілін қорек немесе тіршілік ортасы ретінде пайдалану арқылы тіршілік ету.

Симбиоз. Екі түрге жататын организмдердің кеңістікте бір-біріне ешбір зиянын тигізбей керісінше селбесіп пайдалы тіршілік етуі. Мәселен, құмырска мен өсімдік биті, отшельник шаяны мен актиния арасындағы селбесіп тірішілік ету осы қарым-қатынасқа жатады. Өсімдіктер арасындағы қыналар - балдыр мен саңырауқұлактың селбесіп тіршілік етудің көрінісі болып табылады.

Комменсализм. Немесе арамтамақтық құбылыс. Бұл симбиоздың бір формасы ретінде белгілі. Яғни, бір түрдің қоректік қалдығымен екінші организм қоректене отырып оған ешбір зиян келтірмейді. Ал, кейде екінші организм біріншісін қозғау құралы немесе қорғанысы ретінде де пайдаланады. Мәселен, ірі балықтардың желбезегінде ұсақ балықтар еркін тіршілік етуге бейімделген. Егерде комменсалдар бір-біріне зиян келтіре бастаса оның біреуі паразиттік немесе бәсекелестік жолға түседі.

Мутуализм. Әр түрге жататын организмдер бір-біріне қолайлы жағдай туғыза отырып селбесіп тіршілік етуде. Мәселен, отшельник шаяны мен актиния арасындағы қарым-қатынас немесе құмырсқа мен өсімдік биті арасындағы байланыс осының мысалы.

Дәріс №6.

Тақырыбы: Биосфера және оның тұрақтылығы

1.Биосфера туралы концепцияның қалыптасуы.

2.Биосфера және ноосфера туралы В.И.Вернадскийдің ілімі, тірі зат концепциясы.

3.Тірі заттың әлемдік ролінің анықталуы. Антропогендік әрекеттік концепциясы күшті геологиялық және геохимиялық факторлар ретінде.

4. Экожүйедегі адамның орны мен ролі. Казіргі кезең биосферасы.

5.Биосферадағы заттар айналымы. Әлемдік биогеохимиялық циклдар.

6.В.И.Вернадскийдің негізгі биогеохимиялық заңдары. Өндірістің дамуы және қоршаган ортаға түсетін салмак

Тірек сөздер: атмосфера, гидросфера, литосфера, жер қабығы, ноосфера, ақыл-ой сферасы, ғылым жетістігі, табиғат пен қоғамның гармониялық дамуы, биофильді заттар, көмірсулары, липидтер, белоктар, нуклеин қышқылдары.

1. Биосфера және ноосфера туралы В.И.Вернадскийдің ілімі. Жердің ғаламдық экожүйелерінің ең ірісі - биосфера (тіршілік қабығы). Оның даму эволюциясы, болашағы тек жермен байланысты. Биосфераны жан-жақты ғылыми тұрғыда толық зерттеп оның теориялық негізін салушы академик В.И.Вернадский (1863-1945). Оның биосфера туралы ілімі - жаратылыстану ғылымдары бойынша осы күнге дейін маңызын жоймаған теориялық еңбек. В.И.Вернадский 1926 жылы жарық көрген "Биосфера" - деген еңбегінде биосферадағы тіршіліктің дамуын, қалыптасуы мен болашағын зерттей келіп: "Биосферадағы тіршіліктің негізгі, қозгаушы күші күн энергиясы мен химиялық элементтердің (биогендік) тірі және өлі заттар арасындағы миграциясы (ауысуы) жүзеге асатын зат алмасу процесі, яғни организмдердің көбеюі мен дамуы" - деп тұжырым жасайды. Шын мәнінде биосферадағы жалпы тіршіліктің пайда болуы бейорганикалық элементтер негізінде органикалық заттардың пайда болуы түрғысынан қарастырылады.

Дата добавления: 2014-11-07