ЭКОЛОГИЯ ЧАСТЬ 2
Так, площадь листьев растений
на 1 га составляет 8—10 га и более;
• возможность произвольного перемещения в пространстве,
например, против течения воды, силы тяжести,
ветра и т. п.;
• наличие специфических химических соединений (белков,
ферментов и др.), устойчивых при жизни и быстро
разлагающихся после смерти;
• исключительное разнообразие форм, размеров, составов,
а также высокая способность адаптироваться к условиям
существования, значительно превышающие
274 Глава 7. БИОСФЕРА
контрасты в неживом (косном) веществе. Так, некоторые
организмы существуют при температурах, близких
к абсолютному нулю (-273 °С), а другие — до +250 °С,
иные микроорганизмы встречаются в охлаждающих водах
атомного реактора, в ледовых панцирях планеты,
в бескислородной среде и т. д.;
• феноменально высокая скорость протекания реакций
на несколько порядков (в сотни, тысячи и даже миллионы
раз) быстрее, чем в неживой природе планеты. Косвенно
это свойство можно оценить по скорости переработки
веществ организмами в процессе жизнедеятельности,
например, у наиболее активных организмов —
грунтоедов. Так, весь однометровый слой почвы планеты
проходит через организмы дождевых червей (масса
которых в 10 раз больше массы всего человечества) всего
за 150—200 лет. Организмы с фильтрационным типом
питания проводят колоссальную работу, очищая
весь океан от взвеси каждые четыре года, а веслоногий
рачок — эпишура за год процеживает воду озера Байкал
трижды;
• высокая скорость обновления живого вещества — для
биосферы в среднем она составляет 8 лет, причем для
суши — 14 лет, а для океана, где преобладают организмы
с коротким сроком жизни (например, планктон), —
33 дня. Таким образом, за всю историю существования
жизни общая масса живого вещества, прошедшего
через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу
Земли.
Деятельность живого вещества в биосфере в определенной
степени условно можно свести к нескольким основополагающим
функциям, дополняющим представление о его преобразующей
биосферно-геологической деятельности. В. И. Вернадский
выделял девять функций: газовую, кислородную,
окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную
и др. Позже классификация была несколько видоизменена
(часть функций объединена, часть переименована).
Наиболее современной является классификация А. В. Лапо,
по которой выделяют следующие функции: энергетическую;
газовую; окислительно-восстановительную; концентрационную;
деструктивную; транспортную; средообразующую; рассеивающую.
Свойства живого вещества определяются большой концентрацией
(большими запасами) энергии в нем.
7.3. Живое вещество биосферы 275
7.3.2. Физико-химическое единство
живого
При всем разнообразии живое вещество физико-химически
едино, имеет одни и те же эволюционные корни. В природе
нет такого вида, который бы реагировал на некое химическое
или физическое воздействие качественно иначе, чем организмы
других видов1.
Существует лишь количественная разница, например, в чувствительности
организмов к у-излучению (табл. 7.13).
Таблица 7.13
Величина поглощенной дозы у-излучения,
при которой через 30 дней погибает 50% организмов
Организм
Овцы
Козы
Собаки
Морские свинки
Люди
Обезьяны
Крысы
Поглощенная
доза облучения,
Гр\"
200
350
250—400
400
400
250—600
700—900
Организм
Мыши
Птицы, рыбы
Насекомые
Змеи
Улитки
Амебы
Растения
Поглощенная
доза облучения,
Гр
600—1500
800—2000
10 000
20 000
20 000
100 000
1000—150 000
* Приведенные значения являются в определенной мере завышенными.
Например, доза в 2 Гр убивает эмбрионы многих насекомых, доза
в 50 Гр приводит к полному бесплодию этих животных, и только с 1000 Гр
поглощенная доза становится смертельной для взрослых особей.
Поглощенная доза ионизирующего излучения — это отношение
средней энергии, переданной излучением веществу, находящемуся в элементарном
объеме, к массе вещества в этом объеме. Единица измерения
в системе СИ — грей (Гр); 1 Гр = Дж/кг.
1 Стратегия химической борьбы с «вредителями» изначально основывалась
на неверных исходных рассуждениях. Нет и не может быть пестицида,
гибельного для вредителей полей и безвредного для человека.
Поэтому с самого начала следовало искать быстро разлагающиеся ядохимикаты,
которые бы не попадали в пищу человека и вообще минимально
контактировали с людьми.
276 Глава 7. БИОСФЕРА
Закон физико-химического единства живого вещества
имеет важное практическое значение для человека. Из него
следует:
• нет такого физического или химического агента (абиотического
фактора), который был бы гибелен для одних
организмов и абсолютно безвреден для других.
Разница лишь количественная — одни организмы более
чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора быстрее
приспосабливаются, а другие медленнее (приспособление
идет в ходе естественного отбора, т. е. за счет тех,
что не смогли адаптироваться к новым условиям);
• количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого
геологического периода есть константа
— таков закон константности количества живого вещества
В. И. Вернадского. И действительно, согласно
закону биогенной миграции атомов, живое вещество является
посредником между Солнцем и Землей. Если бы
количество живого вещества колебалось, то энергетическое
состояние планеты было бы непостоянно. Такое за
время эволюции жизни на Земле случалось, но очень
редко;
• общее видовое разнообразие в биосфере есть константа
— число нарождающихся видов в среднем равно
числу вымирающих. Процесс вымирания видов был неизбежен
из-за изменения условий жизни на планете.
Причем вид никогда не исчезает в одиночку, он «тянет
за собой» еще порядка 10 других видов, уходящих вместе
с ним. На их место, согласно правилам экологического
дублирования, приходят другие виды, особенно в
управляющем звене экосистем — среди консументов.
Поэтому во все геологические периоды массового вымирания
организмов наблюдалось и бурное видообразование.
7.3.3. Биогеохимические циклы
Живое вещество по массе составляет 0,01—0,02% от
косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических
процессах.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет
232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же
время на планете фотосинтезируется 115*109т сухого органического
вещества и 123 • 109 т кислорода. Для этого требу-
7.3. Живое вещество биосферы 277
ется, чтобы 170-109 т диоксида углерода прореагировало
с 68 • 109 т воды. В процесс вовлекаются 6 • 109 т азота, 2 • 109 т
фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера,
железо.
Живое вещество является наиболее активным компонентом
биосферы. Оно осуществляет гигантскую геохимическую
работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом
масштабе времени.
Все химические элементы живой материи циркулируют в
биосфере по характерным путям, переходя из внешней среды
в организмы, а затем возвращаясь во внешнюю среду. Эти в
большей или меньшей степени замкнутые пути называют биогеохимическими
циклами (или круговоротами), причем «био»
относится к живым организмам, а «гео» — к горным породам,
воздуху и воде. Термин «биогеохимия» предложен академиком
В. И. Вернадским.
В каждом цикле различают две части или два фонда:
• резервный фонд — большая масса медленно движущихся
веществ, в основном небиологический компонент;
• подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более
активный, для которого характерен быстрый обмен между
организмами и их непосредственным окружением.
Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты
делят на круговорот газообразных веществ с резервным фондом
в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл
с резервным фондом в земле.
На рис. 7.25 показана схема биогеохимического цикла в сочетании
с упрощенной схемой однонаправленного потока энергии,
приводящего круговорот вещества в движение. В природе,
в отличие от данной схемы, элементы никогда не бывают распределены
по экосистеме равномерно и не находятся всюду в
одной и той же химической форме. Резервный фонд (часть круговорота,
физически или химически отделенная от организмов)
обозначен как фонд элементов питания, а обменный фонд изображен
в виде заштрихованного кольца, идущего от автотрофов
к гетеротрофам и затем возвращающегося к автотрофам.
Наличие больших резервных фондов (в виде атмосферы
или океана) в круговоротах углерода, кислорода и азота способствует
быстрой саморегуляции соответствующих биогеохимических
циклов при различных местных нарушениях. Так,
избыток С02 , образовавшийся из-за интенсивного горения, достаточно
быстро рассеивается в атмосфере и, кроме того, усиленное
образование диоксида углерода компенсируется увели-
278 Глава 7.
на 1 га составляет 8—10 га и более;
• возможность произвольного перемещения в пространстве,
например, против течения воды, силы тяжести,
ветра и т. п.;
• наличие специфических химических соединений (белков,
ферментов и др.), устойчивых при жизни и быстро
разлагающихся после смерти;
• исключительное разнообразие форм, размеров, составов,
а также высокая способность адаптироваться к условиям
существования, значительно превышающие
274 Глава 7. БИОСФЕРА
контрасты в неживом (косном) веществе. Так, некоторые
организмы существуют при температурах, близких
к абсолютному нулю (-273 °С), а другие — до +250 °С,
иные микроорганизмы встречаются в охлаждающих водах
атомного реактора, в ледовых панцирях планеты,
в бескислородной среде и т. д.;
• феноменально высокая скорость протекания реакций
на несколько порядков (в сотни, тысячи и даже миллионы
раз) быстрее, чем в неживой природе планеты. Косвенно
это свойство можно оценить по скорости переработки
веществ организмами в процессе жизнедеятельности,
например, у наиболее активных организмов —
грунтоедов. Так, весь однометровый слой почвы планеты
проходит через организмы дождевых червей (масса
которых в 10 раз больше массы всего человечества) всего
за 150—200 лет. Организмы с фильтрационным типом
питания проводят колоссальную работу, очищая
весь океан от взвеси каждые четыре года, а веслоногий
рачок — эпишура за год процеживает воду озера Байкал
трижды;
• высокая скорость обновления живого вещества — для
биосферы в среднем она составляет 8 лет, причем для
суши — 14 лет, а для океана, где преобладают организмы
с коротким сроком жизни (например, планктон), —
33 дня. Таким образом, за всю историю существования
жизни общая масса живого вещества, прошедшего
через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу
Земли.
Деятельность живого вещества в биосфере в определенной
степени условно можно свести к нескольким основополагающим
функциям, дополняющим представление о его преобразующей
биосферно-геологической деятельности. В. И. Вернадский
выделял девять функций: газовую, кислородную,
окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную
и др. Позже классификация была несколько видоизменена
(часть функций объединена, часть переименована).
Наиболее современной является классификация А. В. Лапо,
по которой выделяют следующие функции: энергетическую;
газовую; окислительно-восстановительную; концентрационную;
деструктивную; транспортную; средообразующую; рассеивающую.
Свойства живого вещества определяются большой концентрацией
(большими запасами) энергии в нем.
7.3. Живое вещество биосферы 275
7.3.2. Физико-химическое единство
живого
При всем разнообразии живое вещество физико-химически
едино, имеет одни и те же эволюционные корни. В природе
нет такого вида, который бы реагировал на некое химическое
или физическое воздействие качественно иначе, чем организмы
других видов1.
Существует лишь количественная разница, например, в чувствительности
организмов к у-излучению (табл. 7.13).
Таблица 7.13
Величина поглощенной дозы у-излучения,
при которой через 30 дней погибает 50% организмов
Организм
Овцы
Козы
Собаки
Морские свинки
Люди
Обезьяны
Крысы
Поглощенная
доза облучения,
Гр\"
200
350
250—400
400
400
250—600
700—900
Организм
Мыши
Птицы, рыбы
Насекомые
Змеи
Улитки
Амебы
Растения
Поглощенная
доза облучения,
Гр
600—1500
800—2000
10 000
20 000
20 000
100 000
1000—150 000
* Приведенные значения являются в определенной мере завышенными.
Например, доза в 2 Гр убивает эмбрионы многих насекомых, доза
в 50 Гр приводит к полному бесплодию этих животных, и только с 1000 Гр
поглощенная доза становится смертельной для взрослых особей.
Поглощенная доза ионизирующего излучения — это отношение
средней энергии, переданной излучением веществу, находящемуся в элементарном
объеме, к массе вещества в этом объеме. Единица измерения
в системе СИ — грей (Гр); 1 Гр = Дж/кг.
1 Стратегия химической борьбы с «вредителями» изначально основывалась
на неверных исходных рассуждениях. Нет и не может быть пестицида,
гибельного для вредителей полей и безвредного для человека.
Поэтому с самого начала следовало искать быстро разлагающиеся ядохимикаты,
которые бы не попадали в пищу человека и вообще минимально
контактировали с людьми.
276 Глава 7. БИОСФЕРА
Закон физико-химического единства живого вещества
имеет важное практическое значение для человека. Из него
следует:
• нет такого физического или химического агента (абиотического
фактора), который был бы гибелен для одних
организмов и абсолютно безвреден для других.
Разница лишь количественная — одни организмы более
чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора быстрее
приспосабливаются, а другие медленнее (приспособление
идет в ходе естественного отбора, т. е. за счет тех,
что не смогли адаптироваться к новым условиям);
• количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого
геологического периода есть константа
— таков закон константности количества живого вещества
В. И. Вернадского. И действительно, согласно
закону биогенной миграции атомов, живое вещество является
посредником между Солнцем и Землей. Если бы
количество живого вещества колебалось, то энергетическое
состояние планеты было бы непостоянно. Такое за
время эволюции жизни на Земле случалось, но очень
редко;
• общее видовое разнообразие в биосфере есть константа
— число нарождающихся видов в среднем равно
числу вымирающих. Процесс вымирания видов был неизбежен
из-за изменения условий жизни на планете.
Причем вид никогда не исчезает в одиночку, он «тянет
за собой» еще порядка 10 других видов, уходящих вместе
с ним. На их место, согласно правилам экологического
дублирования, приходят другие виды, особенно в
управляющем звене экосистем — среди консументов.
Поэтому во все геологические периоды массового вымирания
организмов наблюдалось и бурное видообразование.
7.3.3. Биогеохимические циклы
Живое вещество по массе составляет 0,01—0,02% от
косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических
процессах.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет
232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же
время на планете фотосинтезируется 115*109т сухого органического
вещества и 123 • 109 т кислорода. Для этого требу-
7.3. Живое вещество биосферы 277
ется, чтобы 170-109 т диоксида углерода прореагировало
с 68 • 109 т воды. В процесс вовлекаются 6 • 109 т азота, 2 • 109 т
фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера,
железо.
Живое вещество является наиболее активным компонентом
биосферы. Оно осуществляет гигантскую геохимическую
работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом
масштабе времени.
Все химические элементы живой материи циркулируют в
биосфере по характерным путям, переходя из внешней среды
в организмы, а затем возвращаясь во внешнюю среду. Эти в
большей или меньшей степени замкнутые пути называют биогеохимическими
циклами (или круговоротами), причем «био»
относится к живым организмам, а «гео» — к горным породам,
воздуху и воде. Термин «биогеохимия» предложен академиком
В. И. Вернадским.
В каждом цикле различают две части или два фонда:
• резервный фонд — большая масса медленно движущихся
веществ, в основном небиологический компонент;
• подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более
активный, для которого характерен быстрый обмен между
организмами и их непосредственным окружением.
Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты
делят на круговорот газообразных веществ с резервным фондом
в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл
с резервным фондом в земле.
На рис. 7.25 показана схема биогеохимического цикла в сочетании
с упрощенной схемой однонаправленного потока энергии,
приводящего круговорот вещества в движение. В природе,
в отличие от данной схемы, элементы никогда не бывают распределены
по экосистеме равномерно и не находятся всюду в
одной и той же химической форме. Резервный фонд (часть круговорота,
физически или химически отделенная от организмов)
обозначен как фонд элементов питания, а обменный фонд изображен
в виде заштрихованного кольца, идущего от автотрофов
к гетеротрофам и затем возвращающегося к автотрофам.
Наличие больших резервных фондов (в виде атмосферы
или океана) в круговоротах углерода, кислорода и азота способствует
быстрой саморегуляции соответствующих биогеохимических
циклов при различных местных нарушениях. Так,
избыток С02 , образовавшийся из-за интенсивного горения, достаточно
быстро рассеивается в атмосфере и, кроме того, усиленное
образование диоксида углерода компенсируется увели-
278 Глава 7.