Основы экологии - Людмила Ющенко

Массовое количество живого вещества в биосфере называют биомассой. Скорость образования биомассы, т. е. количество живого вещества в единицу времени, характеризуется ее продуктивностью. В табл. 3.2 представлены данные по количеству биомассы живого вещества в биосфере.

Таблица 3.2. Распределение биомассы растений и животных в океане и на суше по сухому веществу

Живое вещество планеты в основном сосредоточено в зеленых растениях суши. Это связано со способностью экосистем вырабатывать валовую (общую) первичную продукцию и их продуктивностью. Валовая первичная продукция – суммарное количество органического вещества и энергии, фиксируемое автотрофными организмами за определенный промежуток времени. Продуктивность определяется скоростью образования органического вещества за принятую единицу времени. Общая первичная продуктивность биосферы оценивается в 61 млрд т органического вещества в год.

Живое вещество обладает рядом присущих только ему особенностей, которые собственно и делают его живым. Особенности живого Б. М. Медников (1982) сформулировал в виде аксиом теоретической биологии:

• все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающимся по наследству из поколения в поколение (аксиома А. Вейсмана);

• генетическая программа образуется матричным путем. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения, используется ген предшествующего поколения (аксиома Н. К. Кольцова);

• в процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате различных причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной среде (1-я аксиома Ч. Дарвина);

• случайные изменения генетических программ при становлении фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н. В. Тимофеева-Ресовского);

• многократно усиленные изменения генетических программ подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома Ч. Дарвина).

Из данных аксиом можно вывести все основные свойства живой природы, и в первую очередь такие, как дискретность и целостность — два фундаментальных свойства организации жизни на Земле. Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций и видов. Эта уникальность проявления дискретности и целостности основана на явлении конвариантной редупликации.

Конвариантная редупликация (самовоспроизведение с изменениями) осуществляется на основе матричного принципа (сумма трех первых аксиом). Это, вероятно, единственное специфическое для жизни, в известной для нас форме ее существования на Земле, свойство. В основе его лежит уникальная способность к самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом, генов). Редупликация определяется матричным принципом (аксиома Н. К. Кольцова) синтеза макромолекул. Обладая способностью к самовоспроизведению по матричному принципу, молекулы ДНК смогли выполнить роль носителя наследственности исходных управляющих систем (аксиома А. Вейсмана).

Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству дискретных отклонений от исходного состояния (мутаций), предпосылки эволюции жизни.

В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Как уже было отмечено, водород, углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются главными химическими элементами земного вещества и их называют биогенными. Их атомы создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные постройки представлены углеводами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами. Перечисленные части живого вещества находятся в организмах в тесном взаимодействии. Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных организаций:

• молекулярный (генетический) – самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул – белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях;

• клеточный — уровень, на котором биологически активные молекулы соединяются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные;

• тканевый — уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций;

• органный — уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган;

• организменный – уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов;

• популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом;

• биоценоз и биогеоценоз (экосистема) – более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами;

• биосферный — уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

3.3.3. Антропогенные факторы

В настоящее время особое значение приобретают несвойственные естественному развитию мира антропогенные факторы среды, обусловленные непосредственной хозяйственной деятельностью человека, точнее, совокупностью разнообразных его воздействий на окружающую среду и биосферу в целом.

Антропогенные факторы среды чаще всего проявляются в форме разного рода загрязнений биосферы: механического, химического, биологического, физического, биоценотического и ландшафтного[2].

Вмешательство человека в естественные процессы изменяет состав биосферы и ее свойства. Изменение условий среды обитания влияет не только на растения и животных, но и изменяет природу человека.

Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. До определенного уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Начинаются необратимые процессы, приводящие к экологическим катастрофам.

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. Поэтому в настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время. Наиболее значимыми являются следующие:

• изменение климата в результате загрязнения атмосферы промышленными и транспортными выбросами;

• общее ослабление стратосферного озонового экрана на 1–2 % в год, образование «озоновых дыр» над рядом регионов, чреватое усилением интенсивности жесткого ультрафиолетового излучения;

• загрязнение океана и внутренних водоемов за счет захоронения ядовитых и радиоактивных отходов, смыва минеральных удобрений, нефтепродуктов и ядохимикатов с суши, насыщения оксидами серы, азота и углерода из загрязненной атмосферы, что изменяет скорость и эффективность биогеохимического круговорота веществ и приводит к снижению фотосинтетической активности гидросферы;

• локальное радиоактивное загрязнение за счет эксплуатации атомных устройств, АЭС и испытаний ядерного оружия;