Большой и малый биогенные круговороты

БЕЛКИ

ЛИПИДЫ

УГЛЕВОДЫ

БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП ОРГАНИЗМОВ

Биохимическая составляющая биогеохимических циклов отдельных элементов выражается вовлечением неорганических веществ в органический синтез, многократной трансформацией органических веществ в процессе метаболизма и разложения их до минеральных веществ по ходу цикла редукции. Вместе эти звенья составляют биологический круговорот вещества.

Основные трофические уровни, составляющие базу круговорота, представлены конкретными видами продуцентов, консументов и редуцентов, различающимися между собой по типу метаболизма и соответственно, по конкретной функции, выполняемой на данном трофическом уровне.

Пищевая специализация в наиболее в общей форме выражается в подразделении все живых организмов на автотрофов и гетеротрофов. Первые в циклах биогенного круговорота составляют уровень продуцентов, вторые - консументов и редуцентов. Автотрофы, используя энергию солнечной радиации (фотосинтетики) или химических связей (хемосинтетики), из углекислого газа, воды и минеральных элементов синтезируют основные классы органического вещества:

· углеводы

· жиры (липиды)

· белки

· нуклеиновые кислоты

· и другие

Значение этих веществ для жизни организмов не одинаково.

n эти вещества представляют собой соединение углерода, водорода и кислорода с принципиальной формулой С (Н О)(моно - и дисахариды, а также полисахариды). Особенности: используя для питания клетчатку подавляющее большинство растительноядных животных должны иметь симбиотических бактерий, обладающих специфическими ферментами. Основная функция углеводов в организме - обеспечение энергией различных процессов метаболизма.

n (жиры), содержат те же элементы, что и углеводы, но в несколько ином соотношении. По своей функции жиры - наиболее распространенные энергетические вещества. Их использование для получения энергии идет путем расщепления молекулы жира на глицерин и жирные кислоты и последующее окисление последних.

n это вещества со сложно структурированной молекулой, содержащей большое число атомов углерода, водорода, кислорода и азоте с включением ряда других элементов (сера, фосфор и др.).

Структурные единицы белковой молекулы - аминокислоты. В процессе метаболизма молекула белка гидролизуется до отдельных аминокислот, из которых может быть синтезирована новая белковая молекула.

Основные функции белка: структурная (белки - основные структурные компоненты клеток всех живых организмов), метаболическая (ферменты), регуляторная (гормоны), транспортная (транспорт кислорода, гормонов, питательных веществ и других), защитная (участие в иммунной системе).

Дальнейшее преобразование синтезированных продуцентами органических веществ происходит на уровне организмов - гетеротрофов, которые специализированы по использованию различного рода пищи.

В разных таксонах органического мира соотношение форм по их пищевой специализации может быть различным. Чрезвычайно разнообразны по этим показателям прокариоты (бактерии, архебактерии, цианобактерии).

Одна из важнейших функций прокариот в биосфере заключается в вовлечении в круговорот элементов из косной (неживой) природы.

Следующая функция прокариот противоположна первой - это возвращение неорганических веществ в окружающую среду путем разрушения (минерализации) органических соединений.

Третья функция - концентрационная - способность извлекать из окружающей среды определенные элементы даже при низкой их концентрации.

Четвертая функция - прокариоты (в первую очередь цианобактерии) представляют собой "пионерский отряды" жизни, заселяющие не освоенные места.

Царство грибов -отличается относительным единообразием типа питания и места в глобальном круговороте вещества. Все грибы гетеротрофы. По характеру питания большинствоиз них паразиты или сапрофаги, хотя есть и хищные грибы, улавливающие и употребляющие в пищу мелких почвенных беспозвоночных животных. Основная биосферная роль грибов:

1. Разложение мертвых органических веществ

2. Возврат зольных элементов в биологический круговорот

3. Способность разлагать и горные породы, что содействует вовлечению в круговорот ряда минеральных элементов.

Царство растения -содержит большое количество современных автотрофов фотосинтетиков. Отсюда их ведущая роль в биосфере как в процессах первичной продукции, так и в высвобождении молекулярного кислорода. Помимо автотрофов среди высших растений известны гетеротрофы-паразиты и даже хищники; некоторые виды сочетают фотосинтез с гетеротрофным питанием, являются таким образом микситрофам.

Царство животных -исключительно гетеротрофы. Основные функции: создания многообразия живого вещества, миграция его в пространстве биосферы и регуляция потоков вещества и энергии в системе круговорота, средообразующая деятельность животных (фильтрационная функция многих гидробионтов, значение видов-концентраторов в создании органогенных осадочных пород, роль роющих животных в изменении структуры почвы, участие их в первом этапе разложения почвенной органики).

Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ, большой, или биосферный (охватывающий всю биосферу), малый, или биологический (внутри экосистемы).

Биосферному круговороту веществ предшествовал геологический, связанный с образованием и разрушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения - обломочного материала и химических элементов. Значительную роль в этих процессах играли и играют термические свойства поверхности суши и воды: поглощение и отражением солнечных лучей, тепло проводимость и теплоемкость. Вода больше поглощает солнечной энергии, а поверхность суши в одних и тех же широтах больше нагревается. Неустойчивый гидротермический режим поверхности Земли вместе с планетарной системой циркуляции атмосферы обуславливал геологический круговорот веществ, которые на начальном этапе развития Земли, был связан с формированием континентов, океанов и современной геосферы. О геологическом проявлении его говорит и перенесение воздушными массами продуктов выветривания, а водой - растворенных в ней минеральных соединений. Со становлением биосферы большой круговорот включились продукты жизнедеятельности организмов. В результате он приобрел новые черты: стал начальным этапом биосферного перемещения вещества. Именно он поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Большой круговорот в биосфере характеризуется двумя важнейшими моментами:

1. Осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли.

2. Представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

На современно этапе развития человека в результате большого круговорота на большие расстояния перемещаются загрязняющие вещества: оксиды серы и азота, пыль, радиоактивные примеси.

Малый, или биологический, круговорот вещества развертывается на фоне большого, геологического, охватывающего биосферу в целом. Он происходит внутри экосистем, но не замкнут, что связано м поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот.

Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - созидания органического вещества и разрушения. Начальный этап возникновения органического вещества обусловлен фотосинтезом зеленных растений, то есть образованием этого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, кальций, калий, магний, алюминий, медь и другие элементы. Растительноядные животные поглощают уже соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники питаются растительноядными животными, потребляют пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и другие. В процессе разрушения микроорганизмами органического вещества отмерших растений и остатков животных в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениями и начинается следующий виток биологического круговорота.

В отличии от большого круговорота малый имеет различную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот вещества в биосфере, не является полностью обратимыми. Одна часть веществ в повторяющихся процессах превращения и миграции рассеивается или связывается в новых системах, другая возвращается в круговорот, но уже с новыми качественными и количественными признаками. Часть веществ может также извлекаться из круговорота, перемещаясь вследствие физико-геологических процессов в низшие слои литосферы или рассеиваться в космическом пространстве.

Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ различна. Время, достаточное для полного оборота углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляют около 300 лет, кислорода - 2000-2500.

В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью человека: круговорот углерода, серы и азота (их оксиды главные загрязнители атмосферы), а также фосфора (фосфаты - загрязнители воды и суши). Большое значение имеют круговороты токсичных элементов - ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина). Кроме того, из большого круговорота в биологический поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и т.д.), которые причиняют вред биоте и здоровью человека.

Дата добавления: 2015-07-13