При переходе на следующий трофический уровень поток энергии уменьшается в направлении от продуцентов (зеленых растений) к консументам (животным), так как большая часть энергии тратится организмами на обмен веществ с окружающей средой и рассеивается в виде тепла.
Вопрос 1. Многообразие видов в природе, его причины. Влияние деятельности человека на многообразие видов. Биологический прогресс и регресс
Дарвин доказал, что образование новых видов в природе происходит под действием движущих сил эволюции. Если происходит изменение условий существования, внутри вида начинается процесс расхождения признаков, или дивергенция. Из одного вида происходит образование нескольких новых форм. В 30-х гг. XX в. ученые обратили свое внимание на популяцию, как форму существования вида. Многочисленные исследования привели к пониманию начальных этапов эволюционного процесса, или микроэволюции, приводящей к образованию новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов. Микроэволюция легко поддается изучению и наблюдению, так как ее развитие происходит в сравнительно небольшом промежутке времени.
Различают два способа видообразования: географический и экологический. Экологическое видообразование действует, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, однако условия обитания у них различны.
Географическое видообразование – это процесс расширения ареала исходного вида или его разделение на изолированные части физическими преградами, такими как горы, реки и т. д. В этом случае популяции встречаются с новыми почвенно-климатическими условиями, сообществами растений и животных. Постоянно действующий естественный отбор приводит к изменению генного состава популяции – к микроэволюции. Следовательно, эволюция популяции способна привести к постепенному образованию нового вида.
В процессе борьбы за существование и под действием естественного отбора способностью к выживанию обладают лишь особи с полезными, применительно к данной среде обитания, наследственными изменениями. На протяжении длительного времени различия между популяциями становятся более явственными, постепенно возникает биологическая изоляция – неспособность к скрещиванию особей разных популяций одного вида. На разных этапах микроэволюции экологическое и географическое видообразование могут действовать либо совместно, дополняя друг друга, либо попеременно. Поэтому трудно установить границы каждого из способов видообразования.
Деятельность человека несомненно оказывает мощное влияние на видообразование. К примеру, образование некоторых подвидов растений и животных напрямую связаны со сроками проведения сельскохозяйственных работ.
Известно, что начался процесс распада на две группы вида черных дроздов. Одна группа обитает исключительно в глухих лесах, другая же селится возле жилья человека.
В процессе эволюции развитие живой природы происходило от низших форм к высшим, т. е. носило прогрессивный характер, способами достижения которого являются ароморфозы, идиоадаптация и дегенерация. Ароморфоз представляет собой такие эволюционные изменения, которые способствуют общему подъему организации, влияют на повышение жизнедеятельности. Идиоадаптация – это небольшие эволюционные изменения, помогающие особям приспособиться к определенным условиям среды обитания. Дегенерация – это такие эволюционные изменения, которые ведут к упрощению организации. В природе существует и биологический регресс, характеризующийся чертами, противоположными биологическому прогрессу: уменьшением числа особей, сужением ареала, уменьшением числа видов и популяций. Биологический регресс часто приводит к вымиранию видов.
Вопрос 2. Живое вещество и его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере
Совокупность всех живых организмов составляет живое вещество, или биомассу, планеты. Жизнедеятельность биомассы напрямую связана с биологическим круговоротом веществ, оказывает мощное влияние на устойчивость биосферы.
Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов, составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, осуществляемый живыми существами между литосферой, атмосферой и гидросферой. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.
Биомасса Земли задействована во всех химических процессах биосферы, где одновременно происходят поступление и потеря энергии. 42 % поступающего на Землю потока энергии Солнца отражается Землей в мировое пространство, а 58 % поглощается атмосферой и почвой. Из них более 20 % излучается, а 10 % используется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Солнечная энергия аккумулируется зелеными растениями и используется ими в процессе образования органических веществ и выделения кислорода. Вместе с растениями эта энергия поступает в другие организмы.
Зеленые растения, используя энергию Солнца, превращают неорганические вещества в органические. Органические вещества являются первичной продукцией для животных, грибов и бактерий. Животные перерабатывают ее во вторичную животную продукцию. Грибы и бактерии разлагают обе эти продукции до минеральных веществ.
В каждом биогеоценозе растения и животные, связанные между собой сложными цепями питания и обменом веществ с неживой природой, являются составной частью всех круговоротов воды и химических элементов, происходящих в биосфере.
Процесс образования органических веществ называется эндотермическим, процесс их окисления – экзотермическим. Окисление органических веществ происходит в процессе дыхания, брожения и гниения с выделением теплоты, воды и углекислого газа.
В круговороте веществ биомасса выполняет биогеохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и биохимическую.
Газовая функция выполняется зелеными растениями, в процессе фотосинтеза выделяющими кислород; растениями и животными, выделяющими углекислый газ, а так же бактериями, восстанавливающими сероводород, азот и др.
Благодаря газовой функции сформировался современный состав атмосферы, значительно отличающийся от такового в добиосферный период.
Концентрационная функция представляет собой потребление и накопление биомассой различных химических элементов: кислорода, марганца, азота, кальция, калия и др.
Окислительно-восстановительная функция заключается в окислении и восстановлении веществ организмами, населяющими почву и гидросферу. При этом происходит образование солей, оксидов и других соединений.
Биохимическая функция связана с питанием, дыханием, размножением, разрушением и гниением организмов, т. е. с биогенной миграцией атомов. Функция человеческой деятельности и созданный ею промышленный круговорот химических элементов является отдельным подразделением, так или иначе влияющим на прочие процессы.
Вопрос 3. Рассмотреть под микроскопом лист элодеи, найти хлоропласты в клетках и объяснить их роль в фотосинтезе
Хлоропласты – двухмембранные органоиды клетки линзовидной формы, содержащие пигмент хлорофилл, придающий растениям зеленый цвет, а также принимающий непосредственное участие в процессе фотосинтеза.
Энергия света поглощается хлорофиллом и переводит его в возбужденное состояние. Электрон в составе хлорофилла поглощает квант света определенной длины волны и перемещается на более высокий энергетический уровень этой молекулы, запуская механизмы световой фазы фотосинтеза. Под действием солнечного света в хлоропластах происходит расщепление молекул воды – фотолиз, при этом образуются электроны, которые возмещают потери их хлорофиллом, и кислород, как побочный продукт реакции.
В составе хлоропластов имеется фермент рибулезо-1,5-дифосфаткарбоксилаза, катализирующий соединение молекулы углекислого газа с производным рибозы (1,5-рибулезодифосфатом). Этот фермент обеспечивает реакции темновой фазы фотосинтеза, которые сопровождаются превращением неорганического соединения (углекислого газа) в органические (углеводы), в химических связях которых запасается солнечная энергия.
Вопрос 1. Приспособленность организмов к среде обитания, ее причины. Относительный характер приспособленности организмов. Приспособленность растений к использованию света в биогеоценозе
Главным результатом эволюции является совершенствование приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками и совершенствуются самые разные формы приспособленности.
