Причини виникнення вад розвитку 2 страница

• обміном речовин в організмах;

• ростом;

• розмноженням.

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав В. І. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона, пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери й атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію.

З екологічної точки зору, найважливішими є кругообіги речовин, які є основними компонентами живої речовини:

• кругообіг Оксигену;

• кругообіг Карбону;

• кругообіг Нітрогену;

• кругообіг Сульфуру;

• кругообіг Фосфору;

• кругообіг води.

Кругообіг Оксигену

Оксиген поширений у живих організмах у складі хімічних сполук, а в атмосфері він представлений двома простими речовинами — киснем 0₂ і озоном 0₃. Кисень потрапляє в атмосферу внаслідок фотосинтезу, коли виділяється як побічний продукт фотохімічної реакції. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери внаслідок поглинання киснем ультрафіолетового випромінювання Сонця. Живі організми використовують кисень у процесі дихання для окиснення органічних сполук до карбон(ІV) оксиду й води, які потім знову можуть використовуватися у процесі фотосинтезу.

Кругообіг Карбону

Природні сполуки, до складу яких входить Карбон, постійно зазнають змін, унаслідок яких здійснюється кругообіг Карбону. Важлива роль у кругообігу Карбону належить карбон(ІV) оксиду, який входить до складу атмосфери. Цей газ надходить в атмосферу внаслідок багатьох процесів —виверження вулканів, горіння палива, розкладання вапняку, дихання живих організмів, процесів бродіння і гниття. З повітря С0₂ у значних кількостях поглинається наземними рослинами та фітопланктоном Світового океану. Процес поглинання С0₂ відбувається тільки на світлі — фотосинтез, унаслідок якого утворюються органічні сполуки, що містять Карбон.

Із рослин, які поїдаються тваринами, Карбон переходить у тваринні організми. Тварини виділяють Карбон у вигляді вуглекислого газу під час дихання. Рослини і тварини з часом відмирають, починають гнити, окиснюватись і частково перетворюватися на С0₂, що повертається у повітря й знову поглинається рослинами. А частково рослинні та тваринні рештки у ґрунті перетворюються на горючі копалини — кам'яне вугілля, нафту, природний газ. Горючі копалини використовують як паливо, внаслідок згоряння якого С0₂ знову повертається в атмосферу.

Кругообіг Нітрогену

У природі Нітроген трапляється як у вільному стані, так і у зв'язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря (об'ємна частка N₂ становить 78 %, масова — 75,6 %). Оскільки азоту з повітря витрачається мало, його запаси в атмосфері залишаються сталими. У складі неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в ґрунті. Проте у складних органічних сполуках — білках — він входить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.

Безпосередньо з повітря Нітроген у вигляді азоту засвоюють лише деякі бактерії, а всі інші організми здатні засвоювати Нітроген тільки у складі сполук. Рослини засвоюють Нітроген неорганічних сполук, як і у ґрунті, у вигляді йонів NH₄ і NO₂. У рослинах здійснюється синтез білків. Рослини частково поїдаються травоїдними тваринами, і білкові речовини потрапляють до організму тварин. Під час гниття залишків рослин і тварин під впливом спеціальних бактерій відбуваються складні біохімічні процеси, внаслідок яких органічні сполуки, що містять Нітроген, перетворюються на неорганічні сполуки Нітрогену, які повертаються в ґрунт.

Потік енергії в екосистемах, продуктивність екосистем

У біогеоценозі енергія накопичується у вигляді хімічних зв'язків органічних сполук, синтезованих продуцентами з неорганічних речовин. Далі вона проходить через організми консументів і редуцентів, але при цьому на кожному з трофічних рівнів частково розсіюється у вигляді тепла.

Харчовий (трофічний) ланцюг — узаємини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через низку організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими з більш високих трофічних рівнів. У ланцюзі харчування кожен вид займає певну ланку. Зв'язки між видами в харчовому ланцюзі називаються трофічними. Під час перенесення енергії від ланки до ланки харчового ланцюга переважна її частина (80-90 %) губиться під час виділення теплоти.

Кожен ланцюг живлення складається з певної кількості видів, тобто окремих ланок. При цьому кожен з цих видів займатиме в ланцюзі живлення певне положення, або трофічний рівень. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми. А трофічний рівень консументів (гетеротрофних організмів) визначають тією кількістю ланок, через яку вони дістають енергію від продуцентів.

Так, рослиноїдні тварини займають трофічний рівень, наступний за продуцентами. Тому їх називають консументами І порядку. Далі йде рівень хижаків, які живляться рослиноїдними видами (консументи II порядку) тощо. Якщо консументи споживають різні види їжі, то в різних ланцюгах живлення вони можуть займати різні трофічні рівні. Частина біомаси відмерлих продуцентів (наприклад, листяний опад), яка до цього не була спожита консументами, а також рештки чи продукти життєдіяльності самих консументів (наприклад, трупи, екскременти тварин), є кормовою базою редуцентів. Редуценти дістають необхідну їм енергію, розкладаючи органічні сполуки до неорганічних. Наприкінці ланцюга живлення енергія, яка зберігається в мертвій органіці, остаточно розсіюється у вигляді тепла під час руйнування її редуцентами.

Енергія в біогеоценозах ніби поділяється на два потоки: один починається з живих організмів — продуцентів, другий — від мертвої органіки. Унаслідок цього в біогеоценозах формуються два типи ланцюгів живлення: пасовищного (ланцюги виїдання) і детритного (детрит (від лат. детритус — подрібнений) — подрібнені рештки організмів) (ланцюги розкладання).

Ланцюги живлення пасовищного типу починаються з продуцентів і включають послідовно ланки консументів І, II та інших порядків і завершуються редуцентами. Ланцюги живлення детритного типу починаються зі споживачів мертвої органіки, далі ведуть до видів, які ними живляться, і завершуються також редуцентами. У будь-якому біогеоценозі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а переплітаються між собою. Це відбувається тому, що організми певного виду можуть бути ланками різних ланцюгів живлення. Наприклад, особини одного виду птахів можуть споживати як рослиноїдні (консументи II порядку), так і хижі види комах (консументи III порядку) тощо. Переплітаючись, різні ланцюги живлення формують трофічну сітку біогеоценозу.

Різні біогеоценози відрізняються за своєю продуктивністю. Ви вже знаєте, що є різні ланцюги живлення. Але всім їм властиві певні співвідношення продукції (тобто біомаси з енергією, що витрачаються й запасаються на кожному з трофічних рівнів). Ці закономірності дістали назву правила екологічної піраміди: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси й енергії, які запасаються організмами за одиницю часу, значно більші, ніж на наступному (у середньому в 5-10 разів).

Графічно це правило можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків. Кожен блок такої піраміди відповідає продуктивності організмів на кожному з трофічних рівнів певного ланцюга живлення. Отже, екологічна піраміда є графічним зображенням трофічної структури ланцюга живлення.

Загальна характеристика біосфери.

Вчення В.І.Вернадського про Біосферу

Поняття «біосфера» (від грецьк. біос — життя) запропонував 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс. Учення про біосферу як особливу частину Землі, населену живими організмами, створив український учений В. І. Вернадський, хоча, на його думку, вперше до цієї ідеї наблизився французький біолог Ж. Б. Ламарк.

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною геологічних оболонок земної кулі, заселених живими організмами. Вона займає верхню частину літосфери, всю гідросферу та нижній шар атмосфери. Це сукупність усіх біогеоценозів землі, єдина глобальна екосистема вищого порядку.

В. І. Вернадський ще в першій половині XX століття передбачав, що біосфера розвинеться в ноосферу (термін запропонував 1927 р. французький учений Е. Леруа та П. Тейяр де Шарден). Спочатку В. І. Вернадський розглядав ноосферу (від грецьк. ноос — розум) як особливу «розумову» оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера — це певний стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку. Зокрема, він зазначав, що біосфера переходить у новий етап — ноосферу — під впливом наукової думки й людської праці. Людство все більпіе відрізняється від інших компонентів біосфери як нова біогенна геологічна сила. Завдяки своїй науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина освоює ті частини біосфери, куди вона раніше не проникала.

Для ноосфери, як нового якісного етапу розвитку біосфери, характерний тісний зв'язок законів природи й соціально-економічних чинників суспільства, заснований на науково обґрунтованому раціональному використанні природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність кругообігу речовин і потоку енергії. Характерною рисою ноосфери є екологізація всіх сфер людського життя. До розв'язання будь-яких проблем людина має підходити з позиції екологічного мислення, тобто збереження і поліпшення стану природного середовища.

Отже, ноосфера — це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії з людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи й людини.

В. І. Вернадський докладно аналізував роль живих організмів у перетворенні земної кори: руйнуванні гірських порід, ґрунтоутворенні, формуванні осадових порід, кругообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Роль живих організмів у біосфері. Біомаса

Усю сукупність організмів на планеті Земля В. І. Вернадський називав живою речовиною. Основними її характеристиками є сумарна більшість, хімічний склад та енергія.

Енергія живої речовини біосфери насамперед проявляється у здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на планеті має значну стійкість до змін інтенсивності різних екологічних факторів, що визначає межі біосфери. У стані анабіозу організми можуть витримувати значні коливання температури й тиску. Тож організмів немає лише в товщі льодовиків та у кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з довкіллям. Унаслідок цього через організми проходить значна кількість хімічних елементів. Хоча до складу живих істот входять ті самі хімічні елементи, що й до неживих об'єктів, однак, як відомо, у живих істотах і неживій природі вони знаходяться в різних співвідношеннях. Якщо в неживих об'єктах на нашій планеті за кількістю атомів найбільш поширеними є О (63 %), Si (21,2 %), А1 (6,5 %), Na (2,4 %), Fe (1,9 %) і Са (1,9 %), то в живих перші місця за вмістом посідають Н (64 %), О (25,6 %), С (7,5 %), N (1,25 %), Р (0,24 %),S (0,06%).

Це прямо пов'язано з їхніми хімічними й фізичними властивостями. Так, Оксиген і Гідроген утворюють воду, яка є і універсальним розчинником, і середовищем, у якому відбуваються біохімічні реакції. Наявність Нітрогену вкрай важлива для утворення найважливіших інформаційних молекул — ДНК і РНК. Фосфор бере участь в утворенні макроергічних зв'язків, тобто є найважливішим компонентом систем забезпечення клітин енергією. А Сульфур відіграє важливу роль у формуванні просторової будови біологічних молекул.

Якщо ж узяти, наприклад, Силіцій, якого надзвичайно багато на нашій планеті, то він, як і Карбон, здатен зв'язуватись із чотирма іншими атомами, але, через більший діаметр свого атома, він гірше утворює макромолекулярні ланцюжки.

Живим організмам для здійснення біохімічних процесів необхідні речовина та енергія, які вони дістають з навколишнього середовища, при цьому значно перетворюючи останнє. У результаті постійного й безперервного обміну з довкіллям різні хімічні елементи надходять у живі істоти, можуть у них накопичуватись, виходячи з організму лише через певний час, або зберігаються в ньому протягом усього життя. Постійний кругообіг речовин і потік енергії забезпечує функціонування біосфери як цілісної системи.

У процесі діяльності біосфери жива речовина (продуценти) здатна накопичувати сонячну світлову енергію, перетворюючи її на енергію хімічних зв'язків. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів визначає біомасу біосфери в цілому. Учені підрахували, що завдяки фотосинтезу щорічно жива речовина Землі продукує близько 160 млрд т сухої органічної речовини, з якої приблизно 1/3 синтезується біогеоценозами Світового океану, а 2/3 — біогеоценозами суходолу.

Жива речовина (продуценти) біосфери виконує різноманітні функції: газову, окисно-відновну, концентраційну, які пов'язані з процесами обміну речовин живих істот. Газова функція живої речовини полягає у впливові живих організмів у процесі своєї життєдіяльності на газовий склад атмосфери, Світового океану та ґрунту. Всі аеробні істоти під час дихання поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ, тоді як зелені рослини й ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Життєдіяльність організмів, наприклад бактерій, може впливати на концентрацію інших газів (сірководню, метану, азоту тощо).

Окисно-відновна функція полягає в тому, що з допомогою живих організмів у ґрунті, воді й атмосферному повітрі окислюється ряд речовин. Наприклад, залізобактерії здатні окиснювати сполуки Феруму, сіркобактерії — сполуки Сульфуру тощо. Живі організми здатні також і відновлювати певні сполуки (наприклад, денітрифікуючі бактерії здатні відновлювати нітрати й нітрити до молекулярного азоту або його оксидів).

Концентраційна функція полягає в поглинанні живими істотами певних хімічних елементів з навколишнього середовища й накопичення їх у своїх організмах. Так, молюски, форамініфери, ракоподібні, хребетні тварини можуть накопичувати у своїх організмах неорганічні сполуки Кальцію та Фосфору, радіолярії — Стронцію та Силіцію, бурі водорості — Іоду тощо.

За період історичного розвитку Землі сформувалися такі оболонки, як літосфера, гідросфера й атмосфера. Частина цих оболонок, населена живими організмами, називається біосферою, що являє собою сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдину екосистему вищого порядку. Біосфера займає всю товщу гідросфери, верхні шари літосфери та нижні — атмосфери. В. І. Вернадський створив учення про ноосферу — якісно новий стан біосфери, за якого розумова діяльність людини значною мірою обумовлює її розвиток. Жива речовина біосфери (вся сукупність організмів нашої планети) забезпечує постійний кругообіг речовин і потік енергії на планеті, здійснює значну біогенну роботу з перетворення оболонок Землі.

Вплив діяльності людини на стан біосфери.

Збереження біорізноманіття. Охорона біосфери

1. Вплив діяльності людини на стан біосфери

Перша стадія взаємодії суспільства та природи тривала близько 2,5 млн років від появи на Землі перших людей, які належали до виду Homo habilis, до початку пізньопалеолітичної доби, пов'язаної з поширенням виду Homo sapiens (людина розумна). Хоча більш досконала розумова діяльність, вогонь і досить різноманітні знаряддя праці вже дозволяли адаптуватися до різних типів екосистем, не змінюючи фізичної будови тіла. Нечисленні групи людей, озброєні кам'яними знаряддями, органічно «вписувались» як складові елементи у природні екосистеми, не порушуючи своєю діяльністю їхньої динамічної рівноваги. Тому можна вважати, що на цій стадії людське суспільство та біосфера в сукупності являли собою функціонально незамкнену глобальну соціоекосистему, в якій слабкі антропогенні впливи не могли викликати помітних змін у навколишньому середовищі.

На другій стадії взаємодії суспільства та природи, що тривала близько 40 тисяч років від початку пізнього палеоліту й до кінця. Другої світової війни, тобто до середини XX століття, людство вже відчутно впливало на навколишнє середовище, причому антропогенний тиск на природу неухильно зростав разом із розвитком людського суспільства, з удосконаленням виробничих відносин і знарядь праці.

Людська діяльність спричинила вимирання багатьох видів тварин і рослин, викликала деградацію природних екосистем на значних площах, але ще не порушила природного кругообігу речовин та енергетичних потоків у масштабах усієї планети, тобто динамічної рівноваги біосфери. Негативна діяльність людей почала викликати зворотну реакцію природи (уповільнену й не завжди адекватну), що створювало певні напруження у взаємовідносинах між людським суспільством і навколишнім середовищем. Отже, можна вважати, що на цій стадії глобальна соціоекосистема стала частково функціонально замкненою.

У цій стадії можна виділити три етапи: примітивний, протягом якого людина впливала на природне середовище полюванням і рибальством; агрокультурний, коли основними засобами антропогенного впливу на природу були скотарство й землеробство; машинно-індустріальний, у якому провідним фактором руйнування навколишнього середовища стало промислове виробництво.

Третя стадія взаємодії суспільства та природи почалася в середині XX століття після закінчення Другої світової війни, яка стимулювала різкий стрибок у розвитку науки й техніки, започаткувавши нову науково-технічну революцію. У цей період нераціональна господарська діяльність, багаторазово підсилена здобутками науково-технічного прогресу, призвела до пошкодження і вичерпання природних ресурсів, пошкодження регенераційних механізмів біосфери, деформації складеного протягом багатьох мільйонів років природного кругообігу речовин та енергетичних потоків на планеті, порушення динамічної рівноваги глобальної земної соціоекосистеми. Внаслідок цього почалося прогресуюче руйнування біосфери Землі, що загрожує стати незворотним і призвести в найближчому майбутньому до такого ступеня деградації навколишнього середовища, що воно стане непридатним для подальшого існування людей.

2. Збереження біорізноманіття. Охорона біосфери

За визначенням, даним Всесвітнім фондом дикої природи (1989), біологічне різноманіття — це «все різноманіття форм життя на Землі, мільйонів видів рослин, тварин, мікроорганізмів з їх наборами генів і складних екосистем, що утворюють живу природу». Таким чином, біологічне різноманіття слід розглядати на трьох рівнях. Біологічне різноманіття на видовому рівні охоплює весь набір видів на Землі — від бактерій і найпростіших до багатоклітинних рослин, тварин і грибів. У більш дрібному масштабі біологічне різноманіття включає генетичну різноманітність видів, утворену як географічно віддаленими популяціями, так і особинами всередині однієї й тієї самої популяції. Біологічне різноманіття включає також розмаїття біологічних угруповань та екосистем, сформованих ними, і взаємодії між цими рівнями.

Для безперервного виживання видів і природних угруповань необхідні всі рівні біологічного різноманіття, всі вони важливі й для людини. Різноманітність видів демонструє багатство еволюційних і екологічних адаптацій видів до різних середовищ. Видове різноманіття є для людини джерелом різноманітних природних ресурсів. Наприклад, вологі тропічні ліси з їх найбагатпіим набором видів виробляють чудову різноманітність рослинних і тваринних продуктів, які можуть використовуватися в їжу, у будівництві та медицині. Генетична різноманітність будь-якого виду необхідна для збереження репродуктивної життєздатності, стійкості до захворювань, здатності до адаптації в умовах, що змінюються. Генетична різноманітність домашніх тварин і культурних рослин є особливо цінною для тих, хто працює над селекційними програмами з підтримки й поліпшення сучасних сільськогосподарських видів.

Різноманітність на рівні угруповань являє собою колективний відгук видів на різні умови навколишнього середовища. Біологічні угруповання, характерні для пустель, степів, лісів і затоплюваних земель, підтримують безперервність нормального функціонування екосистеми, забезпечуючи її «обслуговування», наприклад, з допомогою регулювання паводків, захисту від ґрунтової ерозії, фільтрації повітря й води.

Червона книга — затверджений перелік рідкісних видів і таких, що зникають, який містить стислі відомості про їхню біологію, поширення та вжиті заходи з охорони.

Зоологічні музеї — наукові установи, в яких зберігаються колекції тварин, як сучасних, так і тих, що зникли з певної території.

Зоологічні парки (зоопарки) — науково-просвітницькі установи, що, крім освітніх функцій, виконують ще й функції збереження та наукового дослідження рідкісних і зникаючих видів тварин.

Природоохоронні території України

Тип природоохоронних територій	Характеристика
Заповідники	Території, на яких заборонені будь-які види господарської діяльності й туризм
Заказники	Території, на яких охороняються певні види тварин і рослин і допускається обмежена господарська діяльність
Національні парки	Території, на яких в обумовлених межах дозволяються організований туризм і екскурсії
Заповідно-мисливські господарства	Території, на яких створені умови для розмноження промислових тварин і дозволяється полювання за особливими ліцензіями
Пам'ятки природи	Окремі природні об'єкти із заповідним режимом, що мають наукове, культурне, історичне або естетичне значення

Заповідники України

• Державний заповідник Асканія-Нова.

• Державний заповідник Дунайські плавні.

• Канівський державний заповідник.

• Карадазький державний заповідник.

• Карпатський державний заповідник.

• Луганський державний заповідник.

• Державний заповідник Мис Мартьян.

• Поліський державний заповідник.

• Український державний степовий заповідник.

• Чорноморський державний заповідник.

• Ялтинський державний гірсько-лісовий заповідник.

Вид, видоутворення. Мікроеволюція.

Адаптації як результат еволюційного процесу. Макроеволюційний процес. Сучасні уявлення про фактори еволюції

1. Вид, видоутворення. Мікроеволюція

Вид — це сукупність популяцій особин, подібних між собою за будовою, функціями, місцем у біогеоценозі (займають одну екологічну нішу), що населяють певну частину біосфери (ареал), вільно схрещуються між собою у природі (для видів зі статевим розмноженням), дають плідне потомство й не гібридизуються з іншими видами.

У природі трапляються види-двійники, які дуже подібні між собою. Тому, щоб не помилитися, для визначення виду використовують не якусь одну ознаку, а цілий комплекс критеріїв виду.

Критерії виду

Критерій	Що характеризує
Морфологічний	Характеризує схожість зовнішньої і внутрішньої будови організмів одного виду. Критерій не абсолютний, тому що існують види-двійники, статевий диморфізм особин одного виду, породи й сорту, що значно відрізняє їх один від одного
Генетичний	Характеризує кількість і структуру хромосом виду, його каріотип. Кожен вид має чітко визначений набір хромосом. Види-двійники відрізняються за кількістю хромосом. Критерій не абсолютний, тому що в межах одного виду кількість хромосом може змінюватися в результаті мутацій
Фізіологічний	Характеризує схожість процесів життєдіяльності й можливість схрещування. Особини різних видів, як правило, не схрещуються й не дають плідного потомства, однак є винятки. Між деякими різними видами можлива гібридизація
Біохімічний	Характеризує можливість розрізняти види за біохімічними параметрами (будовою білків і нуклеїнових кислот). Однак наявність мутаційної мінливості веде до синтезу різноманітних білків, тому критерій не абсолютний
Географічний	Характеризує область поширення виду. Однак існують види з розірваним ареалом і види з дуже широким ареалом поширення. Різні види можуть займати один ареал
Екологічний	Характеризує умови існування виду, його екологічну нішу, місце існування в біоценозі. Але в одній екологічній ніші можуть існувати різні види. Часто види-двійники займають різні екологічні ніші

Мікроеволюція — це еволюційний процес, що відбувається в межах виду й веде до його зміни й виникнення нового виду. Процес видоутворення починається в популяціях, тому популяція є елементарною еволюційною ланкою. Існує кілька можливих способів утворення нового виду. Найважливішою умовою утворення виду є ізоляція його окремих популяцій. Класифікація способів видоутворення побудована саме на різниці у способах створення ізоляції між різними популяціями виду.

Дата добавления: 2015-05-24