Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Лекция 1. Дефекты внутреннего строения кристаллической решетки металлов

До того как атмосфера стала аэробной, существовали только лишенные ядерных оболочек прокариотические клетки, генетический материал которых не организован в сложные хромосомы. Прокариот называют также «бактериями». Все виды организмов, жившие на Земле ранее примерно 1,5 млрд. лет назад, были гетеротрофами или автотрофными бактериями. Согласно палеонтологическим данным, увеличение концентрации свободного кислорода сопровождалось появлением первых эукариотических клеток, имеющих ядерные оболочки, особо устроенные хромосомы и ограниченные мембранами органеллы. Эукариотические организмы, отдельные клетки которых обычно значительно крупнее бактериальных, возникли около 1,5 млрд. лет назад, а многочисленными и разнообразными стали примерно 1 млрд. лет назад. Все живые существа, кроме бактерий, состоят из одной или многих эукариотических клеток.

Во-вторых, увеличение количества свободного кислорода дало возможность более эффективно использовать богатые энергией углеродсодержащие молекулы, образованные в ходе фотосинтеза, позволив организмам расщеплять и окислять их в процессе дыхания. А дыхание дает значительно больше энергии, чем любое анаэробное (бескислородное) разложение.

На заре эволюционной истории основные фотосинтезирующие организмы представляли собой микроскопические клетки, плавающие под освещенной солнцем поверхностью воды. Энергетические ресурсы в виде углерод-, водород-, и кислородсодержащих молекул были в избытке, однако по мере размножения клеточных колоний другие минеральные компоненты открытого океана быстро истощались (именно недостаток необходимых минеральных веществ считается ограничивающим фактором во всех современных проектах использования морской биомассы). В результате жизнь начала более интенсивно развиваться у берегов, где вода обогащалась нитратами и минеральными солями, которые приносились с суши реками и смывались с нее прибойными волнами.

У скалистого побережья действует гораздо больше экологических факторов, чем в открытом море, и под влиянием новых условий организмы эволюционировали в сторону все большего усложнения своей струтуры и увеличения разнообразия. У скалистого побережья действует гораздо больше экологических факторов, чем в открытом море, и под влиянием новых условий организмы эволюционировали в сторону все большего усложнения своей структуры и увеличения разнообразия. Не менее 650 млн.лет назад возникли существа, состоящие из множества клеток, объединенных в единое многоклеточное тело. Эти примитивные организмы соответствуют ранним стадиям эволюции растений, грибов и животных. Их ископаемые остатки обнаружить значительно легче, чем в случае более простых существ, поэтому история жизни на Земле после появления первых многоклеточных изучена гораздо лучше.

Заселение суши растениями изменило облик континентов. В зонах с умеренным климатом растительные сообщества господствуют на суше, определяя ее характер. Фактически они в значительной степени образуют саму сушу. Дождевой тропический лес, луг, степь, тундра – эти слова вызывают представление об определенных ландшафтах, основными признаками которых являются растения. Только при описании соответствующих биомов, т.е. природных сообществ большой протяженности, характеризующихся определенными, обусловленными климатом сочетаниями растений и животных.

Как возникли обширные растительные сообщества, занимающие нередко значительные материковые площади? Даже обобщая все накопленные знания, мы еще только начинаем догадываться о несравненно более сложном развитии составляющих различные сообщества целых систем оргнизмов. Вместе с окружающей их неживой средой они называются экосистемами. Экосистемы - устойчивые общности сменяющихся поколений особей. (позже мы подробнее рассмотрим эту тему). Некоторые их компоненты, например крупные деревья живут до несколько тысяч лет (секвоя в Северной Америке), другие, в частности микроорганизмы, лишь несколько часов или даже минут, однако экосистемы в целом тяготеют к удивительной стабильности (не статичности!) и, достигнув равновесия, не меняются веками.

Экосистема функционирует как единое целое несмотря на то, что многие входящие в ее состав организмы конкурируют за ресурсы. Фактически каждое живое существо, даже мельчайшая бактериальная клетка или спора гриба, служит пищей для других организмов. В результате солнечная энергия, поглощенная зелеными растениями, прежде чем рассеяться, переносится по тонко отрегулированным цепям, включающим разные группы организмов. Более того, взаимодействие их с друг другом и с неживой природой приводит к упорядоченному круговороту элементов, например азота и фосфора. Энергия должна постоянно подводиться к экосистеме, а элементы, входящие в состав организмов, возвращаются с их остатками в почву и после разложения их обитающими там грибами и бактериями вновь вступают в цикл. Перенос энергии и круговорот элементов включают сложную последовательность событий, в которой каждая группа организмов играет строго определенную роль, поэтому невозможно изменить ни одной составляющей экосистемы без риска нарушить равновесие, от которой зависит ее стабильность.

Существует примерно полмиллиона автотрофных видов и в 8-10 раз больше полностью о них зависящих гетеротрофов. Животные, включая человека, могут получать многие вещества, в том числе и незаменимые аминокислоты, витамины и минеральные компоненты только от растений или других фотосинтезирующих форм. Люди появились в ходе органической эволюции сравнительно недавно. Если всю прошлую историю Земли представить в виде истекших суток (с началом в полночь), то клетки возникли в теплых морях перед рассветом, первые многоклеточные организмы – много позже захода солнца, а первый человек – всего полминуты назад (примерно 2 млн лет тому назад). Однако он успел больше, чем любое другое животное, и почти так же, как сухопутные растения, изменить облик планеты, перестроив биосферу в соответствии со своими потребностями.

 

Циферблат биологической эволюции. Жизнь в истории Земли возникла довольно рано (до 6 часов утра по 24-часовой шкале). Многоклеточных организмов не было вплоть до сумерек этих «суток», а Homo sapiens появился менее чем за минуту до полуночи.

 

Список литературы

Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. М.: Мир, 1990. Т.1. 348 с.

 

Что такое живое и чем оно отличается от неживого?

Жизнь — организованная система химических реакций, происходящих в ограниченном пространстве, обычно в клетке. Это самоподдерживающаяся цепь химических

реакций и самоорганизующаяся динамическая система. Живые организмы получают энергию из основных питательных веществ (аминокислот, сахаров и жиров) в результате процесса, называемого метаболизмом. Место внутри клетки, где это происходит, отделено от окружающей среды мембраной. Благодаря этому химические реакции происходят внутри клетки абсолютно независимо от внешнего мира.

Клеточная мембрана обеспечивает взаимосвязь с внешним миром и как швейцар охраняет от него, регулируя, что впускать, а что нет.

Живые системы должны были хранить информацию в форме диоксирибонуклиновой кислоты (ДНК). Чтобы обеспечить будущее, любая форма жизни должна быть способна восстанавливать ДНК в случае ее повреждения.

 

Живые организмы могут выживать в широком диапазоне — от очень высоких до очень низких — температур, но им необходима жидкая вода. Некоторые из наиболее примитивных форм живых организмов называются гипертермофилами (Archaea и Bacteria): они в полном смысле слова получают удовольствие от обитания в воде 80–110°С

и даже выше и могут выдерживать давление до 265 атмосфер.

Возможно, жизнь, которая существовала 3,8 млрд лет назад, возникла в результате деятельности этих бактерий и сначала развивалась вокруг горячих источников или кратеров протяженных океанических хребтов, через которые внутреннее вещество Земли поднималось наверх и соединялось с океанской водой.

 

С развитием фотосинтеза, который «изобрели» цианобактерии, образовался кислород. В результате его взаимодействия с углеродными цепочками появились

сахара, жиры, белки и строительные блоки для органического вещества. Как только живые организмы научились производить кислород, они смогли покинуть свои ужасные

гидротермальные тюрьмы. Земля начинает выглядеть все более знакомо К началу протерозоя 2,5 млрд лет назад вид Земли, скорее всего, уже показался бы нам знакомым. Кислород, выделяемый цианобактериями, стал накапливаться. По мере его взаимодействия с солнечным светом Земля начала покрываться озоновым покрывалом, который защитил генетический материал живых систем, существенно уменьшив мутации.

Океаны тоже изменились. Протерозойские океаны Земли удерживали на поверхности гораздо больше кислорода, чем кислородные пустыни в глубине. Они стали промежуточной стадией между бескислородными архейскими морями и современными океанами, насыщенными кислородом. Уровни углекислого газа и метана, вероятно, были выше, чем сегодня, а Солнце светило менее ярко. Несмотря на это, Земля начала охлаждаться, и это продолжалось до первого глобального оледенения, самого сурового в истории нашей планеты.

 

Роль вирусов в биосфере

 

Вирусы являются одной из самых распространённых форм существования органической материи на планете по численности: воды мирового океана содержат колоссальное количество бактериофагов (около 1011 частиц на миллилитр воды), их общая численность в океане — около 4 х 1030, а численность вирусов (бактериофагов) в донных отложениях океана практически не зависит от глубины и всюду очень высока. В океане обитают сотни тысяч видов (штаммов) вирусов, подавляющее большинство которых не описаны и тем более не изучены. Вирусы играют важную роль в регуляции численности популяций животных.

 

Архе́и (Archaea, старое название — архебактерии, Archaebacteria) — особый домен (по трёхдоменной системе Карла Вёзе наряду с эубактериями и эукариотами). Оценки учёных позволяют утверждать, что суммарная биомасса архей на планете (1014 тонн) превышает посчитанную до этого биомассу всех остальных форм жизни[1] — 2,4×1012 тонн.

 

Археи — одноклеточные прокариоты, на молекулярном уровне заметно отличающиеся как от бактерий, так и от эукариотов. Отличия наблюдаются в компонентах синтеза белка, структуре клеточной стенки, биохимии (только среди архей есть метаногены) и устойчивости к факторам внешней среды (большая часть — экстремофилы).

 

Большая их часть — хемоавтотрофы. Среди архей по состоянию на 2003 год был известен лишь один паразитический организм — Nanoarchaeum equitans.

Различия архебактерий и остальных бактерий были открыты в 1977 году группой американских учёных во главе с Карлом Вёзе при сравнительном анализе 16s рРНК. При обычном микроскопировании невозможно выделить какие-либо отличия архей от эубактерий, они близки к их грамположительным формам, размножаются, как и эубактерии, бинарным делением, почкованием и фрагментацией.

 

Археи широко распространены в окружающем мире, занимая, в том числе, и такие экологические ниши, которые недоступны другим живым организмам. В горячих источниках живут археи-термофилы, устойчивые к температурам +45..+113 °С; психрофилы способны к размножению при сравнительно низких температурах (-10… +15 °C); ацидофилы живут в кислотных средах (pH 1—5); алкалифилы, наоборот, предпочитают щелочи (pH 9—11). Барофилы выдерживают давление до 700 атмосфер, галофилы живут в соляных растворах с содержанием NaCl 25—30 %. Ксерофилы выживают при минимальном уровне влаги.

 

Археи распространены в горных породах под морским дном до глубины 1000—1600 м (там обитают как гетеротрофные виды, для которых, возможно, источником углерода служат углеводороды, так и хемоавтотрофные метаноокисляющие археи)[3] [4]. По имеющимся оценкам, их биомасса значительно выше, чем биомасса всех организмов океанического планктона и нектона.

 

Одним из важных факторов, влияющих на спектр отраженного планетой света, может быть процесс фотосинтеза. Но возможно ли это в других мирах? Вполне! На Земле фотосинтез служит основой практически для всего живого. Несмотря на то, что некоторые организмы и научились жить при повышенной температуре в среде метана и в океанских гидротермальных источниках, богатством экосистем на поверхности нашей планеты мы обязаны именно солнечному свету.

 

Звезды спектрального класса М (красные карлики) светят слабо, поэтому растения на землеподобных планетах вблизи них должны быть черными, чтобы поглощать как можно больше света (первая панель). Молодые М-звезды опаляют поверхность планет ультрафиолетовыми вспышками, поэтому там организмы должны быть водными (вторая панель). Наше Солнце относится к классу G (третья панель). А вблизи звезд класса F растения получают слишком много света и должны отражать значительную его часть (четвертая панель).

 

 

Энергетический спектр солнечного света имеет пик в сине-зеленой области, почему же растения не поглощают наиболее доступный зеленый свет, а напротив — отражают его? Оказалось, что процесс фотосинтеза зависит не столько от общего количества солнечной энергии, сколько от энергии отдельных фотонов и числа фотонов, составляющих свет.

 

Каждый синий фотон несет больше энергии, чем красный, но Солнце преимущественно излучает красные. Растения используют синие фотоны из-за их качества, а красные — из-за их количества. Длина волны зеленого света лежит как раз между красным и синим, но зеленые фотоны не отличаются ни доступностью, ни энергией, поэтому растения их не используют.

 

Фотосинтетические пигменты не встречаются в виде отдельных молекул. Они образуют кластеры, состоящие как бы из множества антенн, каждая из которых настроена на восприятие фотонов определенной длины волны. Хлорофилл в основном поглощает красный и синий свет, а каротиноидные пигменты, придающие осенней листве красный и желтый цвет, воспринимают другой оттенок синего. Вся собранная этими пигментами энергия доставляется к молекуле хлорофилла, находящейся в реакционном центре, где и происходит расщепление воды с образованием кислорода.

 

 

 
 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Растворы дубильных веществ | Логические операции над высказываниями
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 633; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.027 сек.