Проблема сокращения биоразнообразия на планете земля. Сокращение биологического разнообразия на планете. Невозможность жизни без биоразнообразия
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Нас окружает огромный мир живых существ - растений, животных, микроорганизмов, - образующих разнообразные сочетания в различных частях нашей планеты. И сами виды, и их комплексы - биоценозы возникли задолго до появления человека как биологического вида. С каждой эпохой в истории Земли этот мир все более изменялся. На место первых примитивных групп организмов приходили новые, продвинутые в морфофизиологическом отношении группы, обладавшие более широкими эволюционными потенциями, и так продолжается все время, пока на Земле существует жизнь. Все это результат органической эволюции, который можно назвать одним словом - биоразнообразие.
Биологическое разнообразие представляет собой огромную ценность для человечества и имеет экологическое, генетическое, социальное, экономическое, научное, образовательное, культурное, рекреационное и эстетическое значение.
Все виды (какими бы вредными или неприятными они ни были) имеют право на существование. Это положение записано во «Всемирной хартии природы», принятой Генеральной Ассамблеей ООН. Наслаждение природой, ее красотой и разнообразием имеет высочайшую ценность, не выражающуюся в количественных показателях. Разнообразие - это основа эволюции жизненных форм. Снижение видового и генетического разнообразия подрывает дальнейшее совершенствование форм жизни на Земле.
Биологические ресурсы позволяют нам удовлетворять наши потребности в продовольствии и одежде, а также в жилье, медикаментах и духовной пище. Дары природы позволяют существовать самым разнообразным отраслям экономики, таким как сельское хозяйство, косметическая и фармацевтическая, целлюлозно-бумажная промышленности, строительство и утилизация отходов. Потеря биоразнообразия угрожает нашим продовольственным запасам, индустрии отдыха и туризму, а также источникам древесины, лекарств и энергии. Кроме того, утрата биоразнообразия нарушает важнейшие экологические функции, в результате чего условия жизни на планете могут оказаться непригодными для человека. Биоразнообразие имеет огромное значение для борьбы с бедностью: основная часть бедного населения планеты проживает в сельской местности, и их пропитание и заработок напрямую зависят от биоразнообразия. Таким образом, сохранение разнообразия живых организмов на Земле - необходимое условие выживания человека и устойчивого развития цивилизации.
В одном из писем американским корреспондентам еще в 1930 году Е.И. Рерих писала о том, что нет ничего хуже однообразия. Однообразие мысли, однообразие жизни и всего остального обязательно приводит к застою и смерти. Самое главное, это чтобы была постоянная смена форм, постоянная смена жизни. Эти слова были сказаны более 70 лет тому назад, когда самого термина биоразнообразие в научной литературе не существовало. Сейчас это важнейшее направление исследований, важнейшее направление мыслей человечества.
Глобальная проблема сокращения биоразнообразия, причины.
В последние три десятилетия биологическое разнообразие стало привлекать внимание не только специалистов-биологов, но и экономистов, политиков, а также общественность в связи с очевидной угрозой антропогенной деградации биоразнообразия, намного превышающей нормальную, естественную деградацию.
Согласно «Глобальной оценке биологического разнообразия» ЮНЕП (1995), перед угрозой уничтожения стоят более чем 30000 видов животных и растений. За последние 400 лет исчезли 484 вида животных и 654 вида растений.
Причины современного ускоренного снижения биологического разнообразия:
быстрый рост населения и экономического развития, вносящие огромные изменения в условия жизни всех организмов и экологических систем Земли;
увеличение миграции людей, рост международной торговли и туризма;
усиливающееся загрязнение природных вод, почвы и воздуха;
недостаточное внимание к долговременным последствиям действий, разрушающих условия существования живых организмов, эксплуатирующих природные ресурсы и интродуцирующих неместные виды;
невозможность в условиях рыночной экономики оценить истинную стоимость биологического разнообразия и его потерь.
За последние 400 лет основными непосредственными причинами исчезновения видов животных были:
интродукция новых видов, сопровождавшаяся вытеснением или истреблением местных видов (39 % всех потерянных видов животных);
разрушение условий существования, прямое изъятие территорий, заселенных животными, и их деградация, фрагментация, усиление краевого эффекта (36 % от всех потерянных видов);
неконтролируемая охота (23 %);
прочие причины (2 %).
Пути сохранения биоразнообразия.
Академик С.С.Шварц, более 30 лет тому назад ушедший из жизни, на торжествах, посвященных 250-летию Российской академии наук, сделал доклад о проблемах охраны природы и сохранении жизни на Земле. Он говорил о том, что воздействие человека на природу, на окружающую среду, на биосферу будет все время возрастать, и наша главная задача - понять смысл этого явления и сделать так, чтобы уменьшить это отрицательное воздействие.С.С. Шварц подчеркнул, что, согласно концепции В.И. Вернадского, современная биосфера имеет несколько степеней защиты.
Первая степень защиты - это ее ступенчатая, иерархическая организация, от простого к сложному. Если посмотреть на организацию биосферы с точки зрения современной науки, то ее можно представить в виде пирамиды, в основании которой лежат наиболее простые, легко адаптирующиеся к изменению окружающей среды организмы; а завершает эту вершину homo sapiens - человек разумный, который оказывает наиболее сильное влияние на биосферу, или превращая ее в сферу разума - в ноосферу, или окончательно приводя ее к деградации.
Вторая степень защиты биосферы - это необычайное разнообразие живых организмов и их способность адаптироваться, приспосабливаться к самым различным условиям среды. Нижние этажи этой «биосферной пирамиды» сложены миллионами и миллионами различных видов. Чем выше по пирамиде, тем количество видов все меньше и меньше. И это снижение биоразнообразия и упрощение иерархичности биосферы приводит к тому, что наиболее уязвимыми и наиболее легкоранимыми являются ее верхние части, в особенности человек. Академик Шварц подчеркивал, что, какие бы катаклизмы ни происходили на Земле, жизнь уничтожить невозможно, потому что иерархичность и многообразие биосферы приводят к тому, что если исчезают верхние уровни, то всегда сохраняются нижние. Но это вряд ли может нас утешить, потому что именно человек находится на высшей ступени иерархической пирамиды.
Сохранение биоразнообразия уже давно признано глобальной проблемой, требующей совместных действий всех стран мира. В связи с этим к Саммиту Земли, состоявшемуся в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, была разработана Конвенция о биологическом разнообразии (КБР). Эта договоренность вступила в силу в декабре 1993 г., ее сторонами являются 193 государства. В Конвенции предусмотрены меры по устранению угроз, которым подвергаются биоразнообразие. Для осуществления КБР проведена масштабная деятельность, как на международном, так и на национальном уровнях. Однако стремительную утрату биологического разнообразия остановить пока не удалось.
На 32-й Генеральной сессии ЮНЕСКО, прошедшей в октябре 2003 года, среди обсуждавшихся вопросов был специальный проект о сохранении культурного разнообразия. Разрывать биологическое разнообразие и культурное разнообразие, особенно применительно к человеку, невозможно. Потому что человек приспосабливается к изменению в среде, к воздействиям различного рода, в том числе и космическим, не только как биологическое существо, но и как социальное и культурное.
Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 2010 г. Международным годом биоразнообразия. В течение всего года проходят мероприятия по распространению информации, стимулированию защиты биоразнообразия и интенсификации действий для достижения реальных перемен. В поддержку Международного года биоразнообразия Генеральная Ассамблея провела в 2010 г. во время своей 65-й сессии однодневное совещание высокого уровня с участием глав государств, правительств и делегаций.
Учитывая связь биоразнообразия с бедностью, в 2000 г. мировые лидеры приняли Декларацию тысячелетия ООН, в которой определи цели развития в XXI веке в восьми приоритетных областях. Одна из этих целей направлена на сокращение темпов утраты биоразнообразия.
Поскольку торговля может оказывать значительное влияние на состояние биологического разнообразия, организации, занимающиеся торговлей, не могут оставаться в стороне от деятельности по решению этих проблем. Так, в некоторых соглашениях Всемирной торговой организации существуют положения, которые связаны с биоразнообразием (Соглашение по сельскому хозяйству, ТРИПС и другие). Вопросы биоразнообразия рассматриваются и в рамках раунда Доха.
Деятельностью, связанной с биоразнообразием, занимается и Конференция ООН по развитию и торговле (ЮНКТАД). Например, как вклад в Международный год биоразнообразия ЮНКТАД организовала 20-21 января 2010 г. семинар высокопоставленных представителей правительств, международных организаций, косметической промышленности и индустрии моды для выработки срочных действий с целью сохранения биоразнообразия.
Также к основным способам защиты биологического разнообразия относятся охраняемые территории.
В соответствии с классификацией Всемирного союза охраны природы, выделяются 8 видов охраняемых территорий:
1. Заповедник. Цель - сохранение природы и природных процессов в ненарушенном состоянии.
2. Национальный парк. Цель - сохранение природных областей национального и международного значения для научных исследований, образования и отдыха. Обычно это значительные территории, в которых использование природных ресурсов и другие материальные воздействия человека не допускаются.
3. Памятник природы. Это обычно небольшие территории.
4. Управляемые природные резерваты. Сбор некоторых природных ресурсов разрешается под контролем администрации.
5. Охраняемые ландшафты и приморские виды. Это живописные смешанные природные и окультуренные территории с сохранением традиционного использования земель.
В статистику по охраняемым территориям обычно включают земли категорий1-5.
6. Ресурсный резерват, создаваемый чтобы предотвратить прежде-временное использование территории.
7. Антропологический резерват, создаваемый для сохранения традиционного образа жизни коренного населения.
8. Территория многоцелевого использования природных ресурсов, ориентированная на устойчивое использование вод, леса, животного и растительного мира, пастбищ и для туризма.
Имеются еще две дополнительные категории, накладывающиеся на вышеперечисленные восемь.
9. Биосферные заповедники. Создаются с целью сохранения биологического разнообразия. Включают несколько концентрических зон различной степени использования: от зоны полной недоступности (обычно в центральной части заповедника) до зоны разумной, но достаточно интенсивной эксплуатации.
10. Места всемирного наследия. Создаются для охраны уникальных природных особенностей мирового значения. Управление осуществляется в соответствии с Конвенцией по всемирному наследию.
Всего в мире насчитывается около 10000 охраняемых территорий (категорий 1-5) общей площадью 9,6 млн км, или 7,1 % от общей площади суши (без ледников). Цель, которую ставит перед мировой общественностью Всемирный Союз охраны природы, - добиться расширения охраняемых территорий до размеров, составляющих 10 % площади каждой крупной растительной формации (биома) и, следовательно, мира в целом. Это способствовало бы не только охране биоразнообразия, но и повышению устойчивости географической среды в целом.
Стратегия расширения числа и площади охраняемых территорий находится в противоречии с использованием земли для других целей, в особенности имея в виду растущее население мира. Поэтому для охраны биологического разнообразия необходимо, наряду с охраняемыми территориями, в возрастающей степени совершенствовать использование «обычных», заселенных, земель и управление популяциями диких видов, причем не только исчезающих, и местами их обитания на таких землях. Необходимо применять такие приемы, как зонирование территорий по степени использования, создание коридоров, соединяющих массивы земель с меньшим антропогенным давлением, сокращение степени фрагментации очагов биоразнообразия, управление экотонами, сохранение природных переувлажненных земель, управление популяциями диких видов и местами их обитания.
К сожалению, пока можно констатировать, что, несмотря на многочисленные меры, ускоренное сокращения биологического разнообразия мира продолжается. Однако без этих мер защиты степень потери биоразнообразия была бы еще выше.
Заключение
Изучение биоразнообразия из области чисто научных интересов перешло в область необходимых практических действий. Трудами многих биологов удалось показать, что функционирование и само стабильное существование биосферы, в которой протекает жизнь людей, зависят от совершенства регуляции проходящих в биосфере процессов. А оно может осуществляться только через разнообразие. Так что в итоге сохранение биоразнообразия относится к числу наиболее актуальных мировых задач. Осознание этого вывода привело к подписанию Конвенции о биологическом разнообразии и разработке европейской стратегии по биологическому и ландшафтному разнообразию. Это в совокупности с нормативным регулированием природопльзования, воспитанием гуманного рационального отношения к природе поможет в решении проблемы истощения разнообразия жизни на нашей Планете и сохранении ее неповторимости и уникальности.
Литература:
Большаков В.Н. Сохранение биоразнообразия земли как важнейшая проблема XXI века//Космическое мировоззрение - новое мышление XXI века. - № 1.- Т 1.- 2004.- с.92-98.
Конвенция о биологическом разнообразии: Программа ООН по окружающей среде. ЮНЕП, 1992.
Лопатин И.К. Разнообразие животного мира: прошлое, настоящее, проблемы сохранения// Соросовский образовательный журнал, 1997, №7, с. 18-24.
Электронный ресурс: http://ecodelo.org/9158
Электронный ресурс: http://www.ictsd.org/bridges-news
Сокращение биоразнообразия. Причины сокращения и исчезновения видов. Значение биоразнообразия для экосистем и биосферы в целом.
Биоразнообразие - сокращенное от «биологическое разнообразие» - означает разнообразие живых организмов во всех его проявлениях: от генов до биосферы. Вопросам изучения, использования и сохранения биоразнообразия стало уделяться большое внимание после подписания многими государствами Конвенции о биологическом разнообразии (Конференция ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де Жанейро, 1992).
Существует три основных типа биоразнообразия:
- - генетическое разнообразие , отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;
- - видовое разнообразие , отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов). В настоящее время описано около 1,7 млн. видов, хотя их общее число, по некоторым оценкам, составляет до 50 млн.;
- - разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разнообразие экосистем не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу - от микробиогеоценоза до биосферы;
Повышение видового разнообразия увеличивает общий генетический потенциал живых организмов Биосферы. Каждый вид вносит свой вклад в разнообразие - с этой точки зрения не существует бесполезных и вредных видов.
Распределение видов по поверхности планеты неравномерно. Разнообразие видов в естественных средах обитания максимально в тропической зоне и уменьшается с увеличением широты. Самые богатые видовым разнообразием экосистемы - дождевые тропические леса, которые занимают около 7% поверхности планеты и содержат более чем 90% всех видов.
В геологической истории Земли в биосфере постоянно происходило возникновение и исчезновение видов - все виды имеют конечное время существования. Вымирание компенсировалось появлением новых видов, и в результате, общее число видов в биосфере возрастало. Вымирание видов - естественный процесс эволюции, который происходит без вмешательства человека.
В настоящее время под воздействием антропогенных факторов происходит сокращение биологического разнообразия за счет элиминации (вымирания, уничтожения) видов. В последнее столетие под влиянием человеческой деятельности скорость вымирания видов во много раз превысила естественную (по некоторым оценкам в 40000 раз). Происходит необратимое и некомпенсированное разрушение уникального генофонда планеты.
Элиминация видов в результате деятельности человека может происходить по двум направлениям - прямое истребление (охота, промысел) и косвенное (разрушение среды обитания, нарушение трофических взаимодействий). Чрезмерный промысел - наиболее очевидная прямая причина прямого сокращения численности видов, однако он гораздо менее влияет на вымирание, чем косвенные причины изменения среды обитания (например, вследствие химического загрязнения реки или вырубки леса).
Для учета видов, находящихся на грани вымирания, во многих странах создаются Красные Книги - списки редких и исчезающих видов живых организмов. Для сохранения и поддержания биологического разнообразия создаются особо охраняемые природные территории - ООПТ (заповедники, национальные парки и др.), генетические банки данных. Сохранение отдельного вида возможно лишь при условии охраны его среды обитания со всем комплексом входящих в нее видов, климатических, геофизических и других условий. Особую роль играет при этом сохранение средообразующих видов (видов-эдификаторов), которые формируют внутреннюю среду экосистемы. Создание ООПТ направлено на охрану не только отдельных видов, но и целых комплексов и ландшафтов.
Заповедники служат также для оценки и мониторинга состояния биоразнообразия. Единой системы мониторинга состояния биоразнообразия на сегодняшний день в России не существует. Наиболее полный и постоянный контроль за изменением компонентов биоразнообразия осуществляется в заповедниках. Ежегодно заповедники готовят отчеты о состоянии экосистем («Летописи природы») - сводки данных о состоянии заповедных территорий, охраняемых популяций растений и животных. Некоторые заповедники ведут «Летописи природы» более 50 лет, которые включают в себя непрерывные ряды данных по численности животных, биологическому разнообразию, динамике экосистем, а также приводятся данные по климатическим наблюдениям.
Часть заповедников России (18) входит в состав международной сети биосферных заповедников, специально созданных для мониторинга состояния биоразнообразия, климатических, биогеохимических и других процессов в масштабах Биосферы.
Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд человечества (пища, материалы, лекарства и др.), этический и эстетический аспекты (жизнь самоценна) и т.д. Однако главная причина сохранения биоразнообразия состоит в том, что оно выполняет ведущую роль в обеспечении устойчивости экосистем и Биосферы в целом (поглощение загрязнений, стабилизация климата, обеспечение пригодных для жизни условий). Биоразнообразие выполняет регулирующую функцию (см. Концепция биотической регуляции, Горшков В.Г.) в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Каждый вид, каким бы незначительным он не казался, вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только «родной» локальной экосистемы, но и Биосферы в целом.
Читайте также:
|
Преобладающими причинами потери разнообразия видов и деградации биологических ресурсов (а попросту ЖИЗНИ на Земле) являются широкомасштабная вырубка и сжигание лесов, разрушение коралловых рифов, неконтролируемое рыболовство, чрезмерное уничтожение растений и животных, незаконная торговля видами дикой фауны и флоры, использование пестицидов, осушение болот, загрязнение воздуха, использование уголков нетронутой природы под сельскохозяйственные нужды и строительство городов.
Леса населяет большинство известных наземных видов, однако 45% естественных лесов Земли исчезли, главным образом, вырублены за последнее столетие. Несмотря на все усилия площадь мировых лесов стремительно сокращается. До 10% коралловых рифов - одна из богатейших экосистем - разрушено, а 1/3 из оставшихся погибнет в ближайшие 10-20 лет! Прибрежные мангровые заросли - жизненно важная естественная среда обитания для детенышей многих видов животных - также находится под угрозой, а половина их уже исчезла. Истощение озонового слоя приводит к прониканию большего количества ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли, где они разрушают живую ткань. Глобальное потепление приводит к изменению ареалов обитания и распространения видов. Многие из них погибнут, если произойдет повышение среднегодовой температуры на Земле.
3. Решите задачу. У плодовой мухи дрозофилы белоглазость наследуется как рецессивный
признак, сцепленный с Х-хромосомой. Скрестили белоглазую самку с красноглазым
самцом. Определите (в процентах) количество белоглазых самцов в потомстве.
1. Строение и функции хромосом. Хромосомный набор половых и соматических клеток у
разных организмов.
3. Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере (на примере круговорота углерода или других элементов).
Круговорот веществ и превращение энергии как основа существования 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 (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.
В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы - в живые организмы, а из них-в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ - за 200-300 лет.
Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.
Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии. Круговорот воды. Вода - самое распространенное вещество в биосфере. Основные ее запасы (97,1%) сосредоточены в виде солено-горькой воды морей и океанов. Остальные воды - пресные. Воды ледников и вечных снегов (т. е. вода в твердом состоянии) вместе составляют около 2,24% (70% от запасов всей пресной воды), грунтовые воды - 0,61%, воды озер и рек соответственно 0,016% и 0,0001%, атмосферная влага-0,001%. Вода в виде водяного пара испаряется с поверхности морей и океанов и переносится воздушными потоками на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды возвращается в виде дождя в океан, а меньшая - на сушу. С суши вода в виде водяного пара теряется благодаря процессам испарения с ее поверхности и транспирации растениями. Вода переносится в атмосферу и в виде осадков возвращается на сушу или в океан. Одновременно с континентов в моря и океаны поступает речной сток воды. Как видим, основу глобального круговорота воды в биосфере обеспечивают физические процессы, происходящие с участием мирового океана. Роль живого вещества в них, казалось бы, невелика. Однако на континентах масса воды, испаряемая растениями и поверхностью почвы, играет главную роль в круговороте воды. Так, в различных лесных зонах основное количество осадков образуется из водяного пара, поступающего в атмосферу благодаря суммарному испарению, и в результате такие зоны живут как бы на собственном замкнутом водном балансе. Масса воды, транспи-рируемая растительным покровом, весьма существенна. Так, гектар леса испаряет 20-50 т воды в сутки. Роль растительного покрова заключается также в удержании воды путем замедления ее стока, в поддержании постоянства уровня грунтовых вод и др. Круговорот углерода. Углерод - обязательный химический элемент органических веществ всех классов. Огромная роль в круговороте углерода принадлежит зеленым растениям. В процессе фотосинтеза углекислый газ атмосферы и гидросферы ассимилируется наземными и водными растениями, а также циа-нобактериями и превращается в углеводы. В процессе же дыхания всех живых организмов происходит обратный процесс: углерод органических соединений превращается в углекислый газ. В результате ежегодно в круговорот вовлекаются многие десятки миллиардов тонн углерода. Таким образом, два фундаментальных биологических процесса - фотосинтез и дыхание - обусловливают циркуляцию углерода в биосфере. Еще одним мощным потребителем углерода являются морские организмы. Они используют соединения углерода для построения раковин, скелетных образований. В дальнейшем остатки отмерших морских организмов образуют на дне морей и океанов мощные отложения известняков. Цикл круговорота углерода замкнут не полностью. Углерод может выходить из него на довольно длительный срок в виде залежей каменного угля, известняков, торфа, сапропелей, гумуса и др. Человек нарушает отрегулированный круговорот углерода в ходе интенсивной хозяйственной деятельности. За счет сжигания огромного количества ископаемого топлива содержание углекислого газа в атмосфере за XX в. возросло на 25%. Последствием этого может стать усиление парникового эффекта. Круговорот азота. Азот - необходимый компонент важнейших органических соединений: белков, нуклеиновых кислот, АТФ и др. Основные его запасы сосредоточены в атмосфере в форме молекулярного азота, недоступного для растений, так как они способны использовать его только в виде неорганических соединений. Пути поступления азота в почву и водную среду различны. Так, небольшое количество азотистых соединений образуется в атмосфере во время гроз. Вместе с дождевыми водами они поступают в водную или почвенную среду. Небольшая часть азотистых соединений поступает при извержениях вулканов. К прямой фиксации атмосферного молекулярного азота способны лишь некоторые прокариотические организмы: бактерии и цианобактерии. Наиболее активными азотфиксаторами являются клубеньковые бактерии, поселяющиеся в клетках корней бобовых растений. Они переводят молекулярный азот в соединения, усваиваемые растениями. После отмирания растений и разложения клубеньков почва обогащается органическими и минеральными формами азота. Значительную роль в обогащении водной среды азотистыми соединениями играют цианобактерии. Азотсодержащие органические вещества отмерших растений и животных, а также мочевина и мочевая кислота, выделяемые животными и грибами, расщепляются гнилостными {аммонифицирующими) бактериями до аммиака. Основная масса образующегося аммиака окисляется нитрифицирующими бактериями до нитритов и нитратов, после чего вновь используется растениями. Некоторая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с углекислым газом и другими газообразными веществами выполняет функцию удержания тепла планеты. Различные формы азотистых соединений почвы и водной среды могут восстанавливаться некоторыми видами бактерий до оксидов и молекулярного азота. Этот процесс называется денитрификацией. Его результатом является обеднение почвы и воды соединениями азота и насыщение атмосферы молекулярным азотом. Процессы нитрификации и денитрификации были полностью сбалансированы вплоть до периода интенсивного использования человеком азотных минеральных удобрений в целях получения больших урожаев сельскохозяйственных растений. Таким образом, роль живых организмов в круговороте азота является основной. Эволюция биосферы. Современная структура биосферы и границы обитания современных организмов формировались постепенно. Они являются результатом долгой истории Земли, начиная с ее возникновения и до настоящего времени. Доказательства развития биосферы многочисленны и бесспорны. Это прежде всего ископаемые остатки древних организмов. Изучая их, ученые установили главные этапы в истории развития органической жизни планеты. Предполагают, что за всю историю биосферы ее населяли, сменяя друг друга, примерно 500 млн. видов организмов. Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением содержания кислорода в атмосфере и становлением озонового экрана. Древние фототрофные цианобактерии насытили кислородом первичный океан, благодаря которому водные организмы получили возможность осуществлять аэробное дыхание. Поступление кислорода в атмосферу обусловило образование мощного озонового слоя, поглощающего коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Формирование озонового слоя позволило организмам выйти на сушу и заселить ее разнообразные местообитания. Это стало возможным тогда, когда содержание кислорода в атмосфере достигло величины, составляющей 10% от его современной концентрации. К концу палеозоя, в пермском периоде, концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня. Каждый период развития биосферы характеризовался свойственным ему комплексом условий среды и живых организмов. В кайнозойскую эру произошло становление человека, который в начале своей эволюции хорошо вписывался в природу. Перейдя к активной трудовой деятельности, человек вырвался из плена естественной природной зависимости. Человеческое общество с течением времени усиливало свое воздействие на природную среду. В настоящее время в эпоху НТР, совпавшей с бурным ростом численности населения планеты (демографический взрыв), деятельность человека соизмерима по своим последствиям на природную среду с действием самых мощных природных явлений.
3. Решите задачу. У собак черный цвет шерсти доминирует над коричневым. От
скрещивания черной самки с коричневым самцом было получено 4 черных и 3
коричневых щенка. Определите генотипы родителей и потомства.
1. Понятия о гене. Генетический код, его свойства.
Генети́ческий код - это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. В ДНК используется четыре нуклеотида - аденин (А) , гуанин (G), цитозин (С) , тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом - урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе) . В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв. Генетический кодДля построения белков в природе используется 20 различных аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства. Набор аминокислот также универсален для почти всех живых организмов. Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза и РНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на матрице иРНК) . Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп» , означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом. Принятые сокращения, соответствующие аминокислотам и кодонам, изображены на рисунке.
Свойства генетического кода.
Триплетность - значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон) . Непрерывность - между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно. Неперекрываемость - один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов. (Не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки) .
Однозначность - определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. (Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты - цистеин и селеноцистеин) .Вырожденность (избыточность) - одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. Универсальность - генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности - от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии) .
2. История развития эволюционных идей. Оценка работ К. Линнея, Ж.Б. Ламарка,
Ч.Дарвина.
1. Эволюция по Ламарку представлялась как непрерывное поступательное движение от низших форм жизни к высшим. Для объяснения разной степени сложности строения, наблюдаемой среди современных видов, он допускал постоянное самозарождение жизни: предки более высокоорганизованных форм зародились раньше и оттого их потомки ушли дальше по пути прогресса. Механизмом эволюции Ламарк считал изначально заложенное в каждом живом организме стремление к совершенству, к прогрессивному развитию. Как и почему возникло это стремление, Ламарк не объяснял и даже не считал этот вопрос заслуживающим внимания. По Дарвину: Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.
2. Ламарк считал, что изменения, возникающие под влиянием среды, могут передаваться по наследству. Он полагал, что усиленное упражнение органов ведет к их увеличению, а неупражнение - к дегенерации. Так Ламарк объяснял длинный нос муравьеда тем, что его предки из поколения в поколение упражняли нос, принюхиваясь в поисках муравьев. Редукцию глаз у кротов он считал следствием их неупражнения в ряду поколений. Ни Ламарк, ни его последователи не задавались вопросом, а почему, собственно, интенсивное упражнение, использование органа непременно должно вести к его улучшению, усовершенствованию, а не, например, к изнашиванию, как изнашиваются детали машин?
Дарвин утверждал что модификации не наследуются, поскольку не существует и не может существовать механизма, который приводил бы к изменению структуры ДНК половых клеток параллельно и адекватно тем изменениям, которые происходят в органах и тканях (костях, мышцах) в ходе адаптивных модификаций. Экспериментами ни в одном случае не удалось доказать постулированного Ламарком и его последователями устойчивого наследования потомками признаков, приобретенных их предками.
3. Рассмотрите под микроскопом микропрепараты растительной и животной клетки. В чем
состоит сходство и различие этих клеток?
1.Обмен веществ и превращение энергии как свойство организмов. Роль ферментов и АТФ в обмене веществ.
Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде всего для химического синтеза веществ, используемых для построения и восстановления структур клетки и организма. Живые существа способны использовать только два вида энергии: световую (энергию солнечного излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) – по этому признаку организмы делятся на две группы – фототрофы и хемотрофы.
Главным источником структурных молекул является углерод. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две группы: автотрофы, использующие не органический источник углерода (диоксид углерода), и гетеротрофы, использующие органические источники углерода.Процесс потребления энергии и вещества называется питанием. Известны два способа питания: голозойный – посредством захвата частиц пищи внутрь тела и голофитный – без захвата, посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма. Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения в организме. Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции). Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).
1. Значение АТФ в обмене веществ
Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).
2. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ
Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.
У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде, - в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.
Первый этап – подготовительный – заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды). Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.
Второй этап – неполное окисление – осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы, называют гликолизом.
Третий этап – полное окисление – протекает при обязательном участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ.
3. Пластический обмен
Пластический обмен, или ассимиляция, представляют собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул.
Органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) --> пищеварение --> Простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахара) --> биологические синтезы -->
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе автотрофной ассимиляции реакции фото- и хемосинтеза, обеспечивающие образование простых органических соединений, предшествует биологическим синтезам молекул макромолекул:
Неорганические вещества (углекислый газ, вода) --> фотосинтез, хемосинтез --> Простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахара)-----биологические синтезы --> Макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы)
4. Фотосинтез
Фотосинтез – синтез органических соединении из неорганических, идущий за счет энергии клетки. Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты, обладающие уникальным свойством – улавливать свет и превращать его энергию в химическую энергию. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой довольно многочисленную группу белково-подобных веществ. Главным и наиболее важным в энергетическом плане является пигмент хлорофилл а, встречающиеся у всех фототрофов, кроме бактерии-фотосинтетиков. Фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид у эукариот или во впячивания цитоплазматической мембраны у прокариот.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических соединении – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растительные, а точнее – хлорофиллосодержащие, клетки обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
2. Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений,
его оценка.
3. Рассмотрите на гербарных экземплярах видоизменения различных органов у растений (горох, барбарис, акация, боярышник, шиповник). Определите, какие из органов являются гомологичными, а какие – аналогичными. Объясните происхождение этих органов и их функции.
1. Развитие знаний о клетке. Основные положения клеточной теории.
Все живые организмы состоят из клеток. Клетка - элементарная единица строения, функционирования и развития живых организмов. Существуют неклеточные формы жизни - вирусы, однако они проявляют свои свойства только в клетках живых организмов. Клеточные формы делятся на прокариот и эукариот.
Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р. Гуку, который, просматривая под микроскопом тонкий срез пробки, увидел структуры, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками. Позже одноклеточные организмы исследовал голландский ученый Антони ван Левенгук. Клеточную теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн в 1839 г. Современная клеточная теория существенно дополнена Р. Биржевым и др.
Основные положения современной клеточной теории:
клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению; клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологиины) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки; в сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям. Эти положения доказывают единство происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Благодаря клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клетка - самая мелкая единица организма, граница его делимости, наделенная жизнью и всеми основными признаками организма. Как элементарная живая система, она лежит в основе строения и развития всех живых организмов. На уровне клетки проявляются такие свойства жизни, как способность к обмену веществ и энергии, авторегуляция, размножение, рост и развитие, раздражимость.
2. Биологический прогресс и биологический регресс. Причины вымирания видов.
3. Определите взаимоотношения, в которые вступают друг с другом перечисленные
организмы: водоросли и грибы в лишайнике, лисица и заяц, лисица и волк, печеночный
сосальщик и корова.
К какой группе экологических факторов относят эти взаимоотношения?
водоросли и грибы в лишайнике-это симбиоз
лисица и заяц-вид взаимоотношений "хищник-жертва"
Лисица и волк- конкуренция
К биотическим факторам относят эти взаимоотношения биотанические.
1. Закономерности наследственности, установленные Г. Менделем.
Генетика - наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов. Наследственность - это свойство всех живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. Изменчивость - свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки. Элементарные единицы наследственности - гены - представляют собой участки ДНК хромосом. Закономерности, по которым признаки передаются из поколения в поколение, первым открыл великий чешский ученый Грегор Мендель (1822-1884). Грегор Мендель в 25 лет стал монахом, уже после этого он прослушал курс математики и естественных наук в Венском университете. Позднее, с 1868 г. , он был настоятелем августинского монастыря в чешском городе Брно и одновременно преподавал в школе естественную историю и физику. В течение многих лет Мендель как ботаник-любитель проводил опыты в монастырском саду и в 1865 г. опубликовал работу «Опыты над растительными гибридами» , в которой изложил основные законы наследственности. Гибридологический метод. Основой замечательной работы Г. Менделя был так называемый гибридологический метод. Суть этого метода заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга какими-либо признаками, и в последующем анализе характера наследования этих признаков у потомства. Гибридологический метод до сих пор лежит в основе исследований всех генетиков. Ставя опыты, Мендель придерживался нескольких правил. Во-первых, работая с садовым горохом, он использовал для скрещивания растения, которые относились к различным сортам. Так, например, у одного сорта горошины всегда были желтые, а у другого - всегда зеленые. Так как горох самоопыляемое растение, то в природных условиях эти сорта не смешиваются. Такие сорта называют чистыми линиями. Во-вторых, чтобы получить больше материала для анализа законов наследственности, Мендель работал не с одной, а с несколькими родительскими парами гороха. В-третьих, Мендель намеренно упростил задачу, наблюдая за наследованием не всех признаков гороха сразу, а только одной их пары. Для своих опытов он изначально выбрал цвет семян гороха - горошин. В тех случаях, когда родительские организмы различаются лишь по одному признаку (например, только по цвету семян или только по форме семян) , скрещивание называют моногибридным. В-четвертых, имея математическое образование, Мендель применил для обработки данных количественные методы: он не просто замечал, каков цвет семян гороха у потомства, но и точно подсчитывал, сколько таких семян появилось. Надо добавить, что Мендель очень удачно выбрал для опытов горох. Горох легко выращивать, в условиях Чехии он размножается несколько раз в год, сорта гороха отличаются друг от друга рядом хорошо заметных признаков, и, наконец, в природе горох самоопыляем, но в эксперименте это самоопыление легко предотвратить, и экспериментатор может опылять растение пыльцой с другого растения, т. е. перекрестно.
Если пользоваться терминами, появившимися через много лет после работ Менделя, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена только желтой окраски, а гены растений другого сорта - по два гена только зеленой окраски. Гены, ответственные за развитие одного признака (например, цвета семян) , получили название аллелъных генов. Если организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба гена зеленого цвета семян или, наоборот, оба гена желтизны семян) , то такие организмы называют гомозиготными. Если же аллельные гены различны (т. е. один из них определяет желтую, а другой - зеленую окраску семян) , то такие организмы называют гетерозиготными.
Биотические - связи между живыми организмами в экосистеме. Основной вид биотических связей - пищевые связи (цепи питания).
Звенья пищевой цепи:
Производители - растения и некоторые бактерии, создающие органические вещества из неорганических;
Потребители - животные, некоторые растения и бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами;
Разрушители - грибы и некоторые бактерии, разрушающие органические вещества до неорганических.
3. Внутривидовые отношения - биотические связи между особями одного вида. Примеры: конкуренция между самцами из-за самки, борьба особей из-за лидерства в группе, забота родителей о потомстве, охрана самцами молодых животных и самок.
5. Хищничество - прямые пищевые связи между организмами, при которых одни организмы уничтожаются другими организмами. Примеры: поедание лисицей зайцев, синицей - гусениц.
6. Конкуренция - тип взаимоотношений, возникающий между видами со сходными экологическими потребностями из-за пищи, территории и др. Пример: конкуренция между лосями и зубрами, обитающими в одном лесу, из-за пищи. Отрицательное влияние конкуренции на оба конкурирующих вида (например, уменьшение численности лосей и зубров вследствие недостатка корма).
8. Симбиоз - тип межвидовых отношений, при котором оба организма получают взаимную пользу. Примеры симбиоза: рак-отшельник и актиния, клубеньковые растения и бактерии, шляпочные грибы и деревья, лишайники (симбиоз гриба и водоросли).
3. Приготовьте микропрепарат кожицы чешуи лука и рассмотрите его под микроскопом.
Зарисуйте клетку и подпишите видимые части и органоиды клетки.
1. Фенотипическая (ненаследственная) изменчивость.
Модификационная (фенотипическая) изменчивость связана с реакцией одного и того же генотипа на изменение внешних условий, в которых протекает развитие организмов и которые создают различия в формах его проявления. Один и тот же генотип проявляется в разных фенотипах. Генотип и фенотип - важнейшие понятия генетики, они были предложены Вильгельмом Людвигом Иогансеном (1857- 1927) в 1909 г.(датский биолог, профессор Института физиологии растений Копенгагенского университета, член Шведской Академии Наук). Генотип (от греческого - рождение, отпечаток, образ) - это совокупность всех генов организма, его наследственная материальная основа.
Фенотип (от греческого - явление, отпечаток, образ) - совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся на основе генотипа. Любой фенотип организма представляет собой результат реализации генотипа в конкретных условиях внешней среды. В различиях между фенотипами, развивающимися на основе одного и того же генотипа, проявляется модификационная изменчивость. В конкретных формах тех или иных фенотипов выражается взаимодействие между генотипом и внешними условиями, в которых осуществляется развитие организма.Внешние условия оказывают огромное влияние на все признаки и свойства развивающегося организма.
Пример: Белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана. Породы лошадей и коров, завезенных в горы, становятся низкорослыми
Наследственная изменчивость. К наследственной изменчивости относят такие изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Иногда это крупные, хорошо заметные изменения. Например, коротконогость у овец, отсутствие оперения у кур, отсутствие пигмента (альбинизм) или полидактилия (многопалость, наличие лишних пальцев на кисти или стопе).Генотипическая изменчивость - изменчивость, возникающая в результате новых генетических комбинаций, в результате.
Либо полового размножения, кроссинговера (явление обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации1 при мейозе2). и других перестроек на хромосомном уровне;
Либо под влиянием мутаций (мутационная изменчивость).
Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную. Они ведут к увеличению внутривидового разнообразие в природе.
Мутационная изменчивость связана с процессом образования мутаций. Мутации – это внезапные скачкообразные стойкие изменения в структуре генотипа. Организмы, у которых произошла мутация, называются мутантами. Мутационная теория была создана Гуго де Фризом (Гуго Де Фрис, нидерл. Hugo de Vries, 1848-1935 - голландский ботаник, генетик) в 1901-1903 гг. На основных ее положениях строится современная генетика: мутации, дискретные изменения наследственности, в природе спонтанны, мутации передаются по наследству, встречаются достаточно редко и могут быть различных типов.
Классификация мутаций.
1. По способу возникновения. Различают спонтанные и индуцированные мутации Спонтанные происходят в природе крайне редко с частотой 1-100 на миллион экземпляров данного гена. В настоящие время очевидно, что спонтанный мутационный процесс зависит как от внутренних, так и от внешних факторов, которые называют мутационным давлением среды.
Индуцированные мутации возникают при воздействии на человека мутагенами –факторами, вызывающими мутации. Мутагены же бывают трех видов:
* Физические (радиация, электро – магнитное излучение, давление, температура и т.д.).
* Химические (цитостатики, спирты, фенолы и т.д.).
* Биологические (бактерии и вирусы).
2. По отношению к зачатковому пути. Существуют соматические и генеративные мутации. Генеративные мутации возникают в репродуктивных тканях и поэтому не всегда выявляются. Для того, чтобы выявилась генеративная мутация, необходимо, чтобы мутантная гамета участвовала в оплодотворении.
3. По адаптивному значению. Выделяют положительные, отрицательные и нейтральные мутации. Эта классификация связана с оценкой жизнеспособности образовавшегося мутанта.
4. По изменению генотипа. Мутации бывают генные, хромосомные и геномные.
5. По локализации в клетке. Мутации делятся на ядерные и цитоплазматические. Плазматические мутации возникают в результате мутаций в плазмогенах, находящихяс в митохондриях. Полагают, что именно они приводят к мужскому бесплодию. Причем такие мутации в основном наследуются по женской линии.
Комбинативная изменчивость возникла с появлением полового размножения, она связана с различными вариантами перекомбинации родительских задатков и является источником бесконечного разнообразия сочетаемых признаков.
Мутагенные факторы.
Мутаген – фактор, вызывающий мутацию.
Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК. Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс. Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.
1. Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация – рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи.
2. Химические мутагены должны обладать следующими качествами:
Высокой проникающей способностью;
Свойством изменять коллоидное состояние хромосом;
Определенным действием на состояние хромосомы или гена. К химическим веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, формальдегид, пестициды, дефолианты, гербициды, колхицин и др.
3.Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются биологические факторы мутагенеза. Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом.
2. Искусственные сообщества – агроэкосистемы, роль человека в них.
ЖИЗНЬ В АГРО - И УРБОЭКОСИСТЕМАХ. ЖИЗНЬ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ.Жизнь в агроэкосистемах характеризуется загрязнением окружающей среды ядохимикатами, которые применяются в сельском хозяйстве. Так, для уничтожения хозяйственно вредных насекомых используют инсектициды; грибковых заболеваний растений – фунгициды; сорняков – гербициды. При этом происходит воздействие на все уровни жизни в агроэкосистемах – от биогеоценоза в целом до популяций и отдельных индивидуумов. В подобных случаях ученые указывают на возможность ответных реакций природы и ее компонентов на человека и среду его обитания в агроэкосистемах. Причем агроэкосистемы являются, по сути, искусственными с созданием человеком экологического абсурда: агроценоз состоит из одного, реже – двух видов культурных растений, а идеальная для него пищевая цепь – всего из двух звеньев: «растение – человек» или «растение – домашние животные» . В природе такая система из-за своей неустойчивости невозможна. В постоянной борьбе человека с сорняками и вредителями культурных растений часто возникает эффект «экологического бумеранга» . Это совокупность отрицательных, особо опасных явлений, возникающих в окружающей среде в результате неправильной хозяйственной деятельности человека, которые в итоге оказываются вредными для него самого. В частности, при применении ядохимикатов против вредителей сельхозкультур погибают и полезные насекомые-опылители (пчелы, осы, шмели) . Неоспоримы экономические и социальные преимущества городских форм расселения. Однако рост городского населения с созданием урбоэкосистем в последние десятилетия оказался настолько стремительным, а концентрация и интенсификация производственной и непроизводственной деятельности в такой степени высокой, что окружающая среда многих городов мира уже не в состоянии удовлетворить многие биологические и социальные требования современного человека. Чрезмерная плотность населения в городах порождает такие проблемы, как загрязнение окружающей среды, шум, недостаток жилья, школ, больниц, транспорта, зеленых насаждений, хаотичность уличного движения, безработица, преступность, массовые заболевания различных видов и т. д. Жизнь в экстремальных условиях требует от человека больших материальных и энергетических затрат. Это наглядно видно на примере северных городов России, в Заполярье. Для поддержания нормальных условий жизни в этих городах затрачиваются огромные топливно-энергетические ресурсы, при этом происходит загрязнение окружающей среды, и в первую очередь атмосферы, от сжигания топлива в течение долгого холодного периода. Длительное проживание человека в экстремальных условиях негативно сказывается на здоровье. Продолжительность жизни у северян ниже, чем у жителей умеренных широт. В советское время людям, работавшим и жившим в экстремальных условиях, делались надбавки к зарплате, стаж работы при этом шел 1 к 2 или 1 к 1,5 годам, т. е. увеличивался в 1,5-2 раза.
3. Из имеющихся организмов составьте пищевую цепь: беркут, кузнечик, землеройка,
травянистые растения. Определите, к какой функциональной группе относится беркут в
составленной пищевой цепи. Ответ поясните.
1. Причины устойчивости экосистем, их смена. Антропогенные изменения экосистем.
способность экосистемы возвращаться в исходное состояние после временного внешнего воздействия - восстанавливаемость системы (упругая устойчивость, эластичность).
Первые два понятия трактуются как адаптационная устойчивость, третье – как регенерационная. Если та или иная функция экосистемы под воздействием возмущения отклоняется от «нормы», степень этого отклонения показывает относительную устойчивость системы, а время, необходимое для восстановления «нормы», - ее относительную упругость.Существует несколько разных механизмов обеспечения экологической устойчивости:
1) постоянство достигается благодаря действию отрицательных обратных связей, сохраняющих экосистему в устойчивом состоянии (гомеостаз). В этом случае действует принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется;
2) экологическая устойчивость обеспечивается избыточностью функциональных элементов. Напр., если в состав сообщества входят несколько популяций автотрофных организмов, каждая из которых имеет свой оптимум температуры для фотосинтеза, то
фотосинтез сообщества в целом будет слабо изменяться при колебании температуры в определенных условиях. В этом случае устойчивость экосистемы прямо связана с ее видовым разнообразием;
3) адаптация - перестройка структурных элементов системы без существенного изменения ее функций. Перестройка может быть и необратимой, например, в процессе эволюции.
Популяции или виды в целом развиваются в экосистемах в окружении других видов. При изучении палеоботаники «былых биосфер» Вернадский показал, что в процессе эволюции жизни на Земле структура биогеоценозов существенно менялась и усложнялась (вначале хемотрофы, затем фототрофы и т.д.). С появлением первых фототрофов (водорослей) процесс формирования первичных экосистем закончился, и цепь круговорота веществ замыкается, но были избыточные биогенные продукты → появились гетеротрофы и т.д., но эти экосистемы были неустойчивы, быстро появлялись и распадались (т.е. микроорганизмы быстро размножались – быстрая смена поколений) → эволюция ускорялась.Возникновение многоклеточных организмов сопровождалось увеличением устойчивости экосистем. При выходе растений на сушу → много новых местообитаний → быстрая эволюция → огромное количество органического вещества оказывалось не потребленным и выводилось из биотического круговорота в виде дошедших до нас угля, нефти и т.д. пока не появилось достаточное количество консументов. Середина мела – появились травянистые растения и однолетники → разное ускорение кругов биогенных веществ, т.к. было много животных и грызунов. Важным успехом было образование биотического круговорота – создание таких жизненных сред, в которых одна и та же порция вещества может многократно использоваться. Это стало возможным, когда возникла триада: продуцент → консумент → редуцент. Дальнейшее направление эволюции экосистем вело к уменьшению потребления вещества из биотических круговоротов и интенсификации миграции химических элементов (у животных это появление теплокровности, т.к. млекопитающие затрачивают на создание своей биомассы всего 1% потребляемых ими веществ; у растений это – появление однолетников). В процессе развития жизни происходит усложнение экосистем. Основной интегрирующий фактор в жизни биогеоценоза – пищевые взаимоотношения. Определенная сложная структура биогеоценоза оказывается необходимой предпосылкой для поддержания его устойчивости. Наиболее хрупкие и неустойчивые экосистемы с наименьшим числом компонентов (тундра). Наиболее устойчивы экосистемы тропического леса, где потоки вещества и энергии многократно дублируются (очень много видов и малая численность каждого) – выдерживает потерю процента составляющих их компонентов без ущерба для функционирования. Все экосистемы являются реальной средой для межвидовых взаимоотношений, → постоянные взаимодействия всех компонентов биогеоценоза оказываются причиной изменения биогеоценоза и других экосистем → преобразование биосферы.Смена биогеоценозов – сукцессия. Климаксовое сообщество – в равновесии с окружающей средой устойчиво.
Общие черты изменения биогеоценозов:
1) все биотические системы динамичны и подвижны, чутко реагируют на влияние внешней среды;
2) в процессе развития экосистемы наблюдается удлинение цепей питания, увеличение числа трофических уровней → происходит дифференциация потоков вещества и энергии (узкая пищевая специализация видов);
3) в результате удлинения цепей питания увеличивается время удержания вещества и энергии (появляется круг долгоживущих организмов).
2. Размножение, его роль в природе. Половое и бесполое размножение организмов.
Размножение - способность к воспроизведению себе подобных, присущая всем организмам и обеспечивающая сохранение биологического вида, а следовательно, и
жизни на Земле. В природе известны различные формы размножения. Бесполое размножение в широком смысле включает в себя деление, спорообразование, вегетативное размножение, в том числе почкование и фрагментацию. Своеобразными формами полового размножения являются конъюгация (у некоторых водорослей, инфузорий, бактерий), при которой происходит временное соединение двух одноклеточных особей, сопровождаемое обменом некоторых частей ядерного аппарата, и партеногенез. Последний феномен (буквально означающий девственное размножение - греч. parthenos - девственница и genesis - рождение) представляет однополое размножение, при котором развитие зародыша из яйцеклетки происходит без оплодотворения.Половое размножение характерно для большинства обитателей Земли. Конкретные механизмы роли раздельнополости в эволюционном процессе, проливающие свет на ряд проблем клинической сексопатологии, вскрыты в серии работ советского исследователя В. А. Геодакяна. У большинства организмов, размножающихся половым путем, половые клетки (гаметы) дифференцируются от остальных клеток тела, имеющих стандартный набор хромосом (аутосомы, или эухромосомы). У многоклеточных животных как женские гаметы (яйцеклетки), так и мужские (сперматозоиды) вырабатываются в специальных половых железах (гонадах), подразделяемых на женские - яичники и мужские - семенники, а встреча гамет и их слияние (оплодотворение) облегчаются наличием особых половых органов. Цитогенетическими исследованиями установлено, что у высших организмов все соматические клетки обоих полов имеют одинаковый двойной набор аутосом (2А) и разные половые хромосомы. При этом один пол дает только один тип гамет (например, в яичниках человека в норме образуются только половые хромосомы типа X), а другой пол дает два типа гамет (например, в семенниках человека - половые хромосомы типов X и Y). Таким образом, один из полов (у человека - мужской), образуясь из двух разных гамет, имеет гибридную генетическую конституцию (XY) и поэтому называется гетерогаметным. Противоположный пол, определяемый набором из двух гамет одного типа (XX), имеет однородную генетическую конституцию и называется гомогаметным. У большинства видов, в том числе у всех млекопитающих, гетерогаметным является мужской пол. Однако у некоторых видов, в частности у птиц и бабочек, гетерогаметен женский пол. Таким образом, у человека и других млекопитающих пол зародыша определяется сингамно, т. е. при акте оплодтворения. У организмов с мужской гетерогаметностыо оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом, несущим Y-хромосому, приводит к развитию мужского зародыша, а оплодотворение сперматозоидом, несущим Х-хромосому, приводит к развитию женского зародыша. При этом подразумевается, что сперматозоиды, несущие Х- и Y-хромосомы, образуются в гонадах в равных количествах и, следовательно, появление того илм другого пола имеет равную степень статистической вероятности, целиком завися от игры случая.
3. На большой глубине в океане практически нет растительных организмов. Однако здесь обитают различные животные: губки, гидроидные полипы, роговые кораллы, двустворчатые моллюски, кольчатые черви, крабы, донные рыбы и др. Как можно объяснить отсутствие растений и что служит пищей для живущих здесь животных?
1. Трофические уровни организмов в экосистеме, их роль.
2. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. Митоз.
Деление клеток - основа размножения и роста организмов Деление клеток - процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. Основную роль в делении клеток играет ядро. На окрашенных препаратах клетки содержимое ядра в состоянии покоя представлено хроматином, который различим в виде тонких тяжей (фибрилл), мелких гранул и глыбок. Основу хроматина составляют нуклеопротеины - длинные нитевидные молекулы
ДНК (хроматиды), соединенные со специфическими белками-гистонами. В процессе деления ядра нуклеопротеины спирализуются, укорачиваются и становятся видны а световой микроскоп в виде компактных палочковидных хромосом. У каждой хромосомы есть первичная перетяжка (утонченный неспирализованный участок) - центромера, которая делит хромосому на два плеча. Митоз - это непрямое деление клеток, широко распространенное в природе. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками. Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Период жизни клетки между двумя ми-готическими делениями называется интерфазой. Она в десятки раз продолжительнее митоза. В эту фазу происходит синтез молекул АТФ и белков, удваоение ДНК, удваиваются некоторые органоиды клетки.В профазе начинается спирализация ДНК. Утолщенные и укораченные нити ДНК состоят из двух хроматид, К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам, формируется веретено деления. В метафазе происходит окончательная спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору, прикрепляясь к нитям веретена деления. В анафазе центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются
3. Решите задачу. У мышей длинные уши – доминантный признак, а короткие –
рецессивный. Скрестили самца с длинными ушами с самкой с короткими ушами. В
первом поколении все потомство получилось с длинными ушами. Определите генотипы
родителей и потомства.
По 1 закону Менделя все потомство будет длинноухим
Ответ 100% длинноухие гетерозиготы (Аа).
1. Оплодотворение, его значение. Особенности оплодотворения у животных.
Оплодотворение у растений. Значение водной среды для процесса оплодотворения у мхов и папоротников. Процесс оплодотворения у голосеменных в женских шишках, а у покрытосеменных - в цветке. Оплодотворение у животных. Внешнее оплодотворение - одна из причин гибели значительной части половых клеток и зигот. Внутреннее оплодотворение у членистоногих, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих - причина наибольшей вероятности образования зиготы, защиты зародыша от неблагоприятных условий среды (хищников, колебаний
2. Уровни организации живой природы.
Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.
Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии - от момента зарождения до прекращения существования - как живая система. На этом уровне возникают системы органов, специализированных для выполнения различных функций.Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, в которой создается популяция - надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования - процесс микроэволгоции.Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов "и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
3. Распределите по ярусам перечисленные растения дубравы: клен, дуб, лещина, ландыш,
липа, папоротник орляк, калина, яблоня, майник двулистный. Какое значение имеет
ярусное расположение растений в экосистеме?
1. Основные ароморфозы в эволюции растений.
Ароморфозы -крупное эволюционное изменение. Оно обеспечивает повышение уровня организации организмов, преимущества в борьбе за существование, возможность освоения новых сред обитания.
1.Возникновение в клетках хлоропластов с хлорофиллом, фотосинтеза - важный ароморфоз в эволюции органического мира, обеспечивший все живое пищей и энергией, кислородом. Появление от одноклеточных многоклеточных водорослей - ароморфоз, способствующий увеличению размеров организмов.
2.Четырехкамерное сердце, полное разделение артериальной и венозной крови, теплокровность, высокая степень развития коры больших полушарий, внутриутробное развитие зародыша, наличие молочных желез и выкармливание детеныша молоком, наличие диафрагмы
2. Биосфера – глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
(тетрадь)
3. Решите задачу. У гороха нормальный рост наследуется как доминантный признак.
Растение гороха с нормальным ростом скрещено с карликовым. В потомстве произошло
расщепление признаков: половина растений имела нормальный рост, а половина –
карликовый. Определите генотипы родителей и потомков.
А - аллель гена нормального роста,
а - аллель гена карликового роста. Значит, карликовое растение имеет генотип аа, ну, и
т.к. потомки имели как нормальный, так и карликовый рост, следовательно родитель с нормальным ростом был гетерозиготным Аа. Смотри далее.
F1 2Аа (50% нормальный рост) и 2аа (50% карликовый рост)
ОТВЕТ: генотипы родителей (см. Р): Аа и аа, генотипы потомков (см.F1): Аа и аа
1. Основные ароморфозы в эволюции позвоночных животных.
Ароморфоз - крупное эволюционное изменение. Оно обеспечивает повышение уровня организации организмов, преимущества в борьбе за существование, возможность освоения новых сред обитания. Факторы, вызывающие ароморфозы, - наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Основные ароморфозы в эволюции многоклеточных животных:
1) появление многоклеточных животных от одноклеточных, дифференциация клеток и образование тканей;
2) формирование у животных двусторонней симметрии, передней и задней частей тела, брюшной и спинной сторон тела в связи с разделением функций в организме (ориентация в пространстве - передняя часть, защитная - спинная сторона, передвижение - брюшная сторона) ;
3) возникновение бесчерепных, подобных современному ланцетнику, панцирных рыб с костными челюстями, позволяющими активно охотиться и справляться с добычей:
4) возникновение легких и появление легочного дыхания наряду с жаберным;
5) формирование скелета плавников с мышцами, подобных пятипалой конечности наземных позвоночных, позволившими животным не только плавать, но и ползать по дну, передвигаться по суше;
6) усложнение кровеносной системы от двухкамерного сердца, одного круга кровообращения у рыб до четырех камерного сердца, двух кругов кровообращения у птиц и млекопитающих. Развитие нервной системы: паутинообразная у кишечно-полостных, брюшная цепочка у кольчатых червей, трубчатая нервная система, значительное развитие больших полушарий и коры головного мозга у птиц, человека и других млекопитающих. Усложнение органов дыхания (жабры у рыб, легкие у наземных позвоночных, появление у человека и других млекопитающих в легких множества ячеек, оплетенных сетью капилляров) . Возникновение в клетках хлоропластов с хлорофиллом, фотосинтеза - важный ароморфоз эволюции органического мира, обеспечивший все живое пищей и энергией, кислородом. Дальнейшее усложнение растений в процессе эволюции: появление корней, листьев, развитого стебля, тканей, позволивших им освоить сушу (папоротники, хвощи, плауны) . Ароморфозы, способствующие усложнению растений в процессе эволюции: возникновение семени, цветка и плода (переход семенных растений от размножения спорами к размножению семенами) . Спора - одна специализированная клетка, семя - зачаток нового растения с запасом питательных веществ. Преимущества размножения растений семенами - уменьшение зависимости процесса размножения от окружающих условий и повышение выживаемости.
2. Роль живых организмов в биосфере. Влияние человека на биосферу.
Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействие. Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации жизни на нашей планете и самый высокий из них - биосфера.
С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ. Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии. Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями. Учитывая, что в биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей, то, соответственно, по мере усиления давления на окружающую среду, среда, в свою очередь, отвечает увеличением встречного давления. Так, например, человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на человеческую цивилизацию. Пришлось признать, что даже жизненно важные для экономики человека ресурсы оказываются подчас еще важней для сохранения экологического равновесия в биосфере и в конечном итоге - оптимальных природных условий существования и развития человечества, настоящего и будущего поколений. Вот почему актуально на сегодняшний день изучение проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Именно органичное "сотрудничество" этих двух элементов будет способствовать долгому и стабильному существованию биосферы. Цель настоящей работы заключается в следующем: показать, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы, является ее частью и подчиняется ее законам. Для этого необходимо определить место человечества в структуре биосферы; каким образом осуществляется воздействие человека на биосферу и каковы результаты данного воздействия; каким образом биосфера реагирует на любые изменения в протекающих в ней процессах. Только рассмотрев указанные вопросы можно сделать вывод, что человек во всех его проявлениях представляет собой часть биосферы и есть ее определенная функция в определенном пространстве-времени.
3. Рассмотрите несколько типов плодов различных растений (клена, одуванчика, лопуха,
рябины, гороха и др.). Назовите типы плодов и признаки приспособленности к
распространению семян у каждого растения.
1. Основные признаки живого.
Отличительные признаки живых организмов.
Экология
Скорость, с которой исчезают с лица Земли разные виды растений и животных, несомненно, ошеломляет. В 2007 году Зигмар Габриэль (Sigmar Gabriel) , министр по охране окружающей среды Германии, после анализа сообщил о том, что к 2050 году примерно 30 процентов всех существующих сегодня видов просто исчезнет. Ученые также подсчитали, что каждый год мы теряем около 140 тысяч видов. Такие тревожные данные могут привести к тому, что данный период можно будет назвать "Шестым Великим Исчезновением".
Исчезновения видов, в том числе и массовые – не новость. Хотя то, с чем мы сталкиваемся сегодня, является, с одной стороны, прямыми последствиями деятельности человека: браконьерство, нарушение среды обитания, загрязнение и антропогенное изменение климата, существует и ряд других причин, почему исчезают виды и без человеческого вмешательства.
Что же будет с человечеством, если глобальное разнообразие видов значительно снизится? Что потеряет человек вместе c огромным числом живых организмов? Предлагаем узнать о пяти проблемах, к которым это может привести:
1) Экономические потери из-за снижения биоразнообразия
Самой большой проблемой является экономический вопрос. Если экосистемы нарушатся, то есть исчезнут многие виды живых организмов, то некоторые функции, которые сегодня природа может выполнять самостоятельно, человеку придется взять на себя, в том числе опыление, орошение, утилизация отходов. Для этого понадобятся огромные финансовые средства, которые будут исчисляться в триллионах.
2) Снижение безопасности продуктов питания
Исчезновение видов может происходить не только вследствие вырубки лесов или из-за браконьерства. Введение новых видов также повышает конкуренцию среди местных видов и часто приводит к тому, что местные животные начинают просто исчезать. В большинстве стран мира это происходит на фермах, куда привозят чужеземный скот, который вытесняет местный. В результате, поголовье скота в мире теряет разнообразие, что грозит тем, что животные становятся более чувствительны к заболеваниям, засухе и изменениям климата.
3) Повышение количества болезней
Снижение биоразнообразия имеет два серьезных влияния на здоровье человека и распространение болезней. Во-первых, увеличивается число болезней, которые переносят животные одной популяции. Исследования показали, что виды, которые лучше всего адаптируется к выживанию в определенной выделенной местности, являются и самими опасными переносчиками патогенов. Если места обирания разделяются и уменьшаются в размерах, эти животные становятся более распространенными и вытесняют тех животных, которые не переносят болезни. В то же время фрагментация мест обитания заставляет человека чаще и ближе сталкиваться с этими болезнями, которые переносятся живыми организмами.
4) Более непредсказуемая погода
Если для вас предсказания погоды могут всего лишь посоветовать вам взять зонт или нет, то людям, живущим на побережье, или фермерам информация о будущих погодных условиях крайне необходима. Непредсказуемая или экстремальная погода, или погода, которая не соответствует историческим нормам - огромная проблема, которая приводит к засухе, уничтожению урожаев и миграции населения. Исчезновение видов и вытеснение их инвазивными видами, как показывают исследования, приводят к непредсказуемым погодным условиям.
5) Потеря средств к существованию
Для рыбаков и фермеров биоразнообразие, а также здоровье экосистем, в значительной степени помогают выжить. Например, если океанические экосистемы разрушаются, это лишает средств к существованию целых сообществ, которые живут за счет вылова рыбы и морепродуктов. Если причинами исчезновения видов являются загрязнение, чрезмерный отлов рыбы, окисление океана или комбинация этих факторов, человек является главным виновником того, что экосистемы, которые его окружают, начинают исчезать.
Конечно, природа не только предоставляет нам возможности, но и обладает огромной ценностью для человечества. Сокращение материальных ресурсов в значительной степени заставляет наш окружающий мир терять свое величие, а понимание человеком всех природных процессов помогает сохранить это величие. Когда же люди смогут одуматься и понять, куда катится наш мир и как остановить разрушение?
Сохранение биоразнообразия существующих экосистем - одна из приоритетных задач, включенных в «Повестку дня на XXI век», принятую на всемирном саммите в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Там была открыта для подписания заинтересованными странами Конвенция о биологическом разнообразии. Она вступила в силу 29 декабря 1993 г., и сейчас 29 декабря отмечается как День биологического разнообразия. Необходимость сохранения биоразнообразия осознана мировым сообществом. Большинство стран мира присоединилось к Конвенции о биологическом разнообразии. Однако задачи по сохранению исчезающих животных и растений можно было бы решить, если бы государства реально выполняли свои обязательства по конвенциям и договорам, принятым в Рио-де-Жанейро.
Серьезное беспокойство общественности вызывает возрастающее давление на существующие экосистемы и опасность их дальнейшей деградации. Биологические ресурсы Земли находятся иод угрозой. Резко сокращается биологическое разнообразие , под которым понимается множество генов, видов и экосистем, в совокупности образующих природу. Биологическое разнообразие включает разнообразие живых организмов, населяющих нашу планету, и разнообразие экологических комплексов, частью которых эти организмы являются. Ученые говорят о биологическом разнообразии на трех уровнях - генетическом разнообразии внутри видов, разнообразии видов и разнообразии экосистем.
Разнообразие живых организмов, сложившееся в течение длительной эволюции, является важнейшей особенностью биосферы. Его создание и развитие происходило в течение приблизительно 4 млрд лет, а сейчас сокращается ускоренными темпами. Снижение уровня биоразнообразия может привести к дестабилизации и нарушению целостности биосферы, утрате ее способности поддерживать важнейшие характеристики среды. В отличие от других проблем окружающей среды процесс потери биоразнообразия необратим. Вымирание вида - это навсегда.
Воздействие человека на живую природу. С момента своего появления человек непрерывно воздействовал на природу. Сначала это было собирательство (сбор плодов и корней диких растений), истребление животных во время охоты, затем произошел переход к земледелию и осуществлялось выжигание лесов для освобождения земель иод пашни. Таким образом, первые значительные изменения растительного покрова начались еще несколько десятков тысяч лет назад. В дальнейшем шло еще более глубокое вмешательство человека в природу при замене естественной растительности культурной, выведении новых сортов растений и видов животных, акклиматизации растений в новых географических зонах. В результате нарушались состав и структура флоры и фауны. С конца XIX в. влияние человеческого общества на биосферу еще больше увеличивается. Растет население Земли, в хозяйственную деятельность вовлекаются все новые природные ресурсы. Разрушаются естественные экосистемы в результате вырубки лесов, расширения пахотных и пастбищных площадей, строительства городов, прокладки дорог, каналов и других коммуникаций, роста добычи полезных ископаемых и т.д. Продолжается стихийная интродукция живых организмов. Значительный урон растительности наносят эрозионные процессы в почве. Загрязнение вод отрицательно сказывается на состоянии водной растительности и популяции рыб. Применение ядохимикатов в сельском хозяйстве вызывает гибель птиц, а также некоторых видов животных и растений.
Преобладающими причинами потери биоразнообразия и деградации биологических ресурсов являются широкомасштабная вырубка и сжигание лесов, разрушение коралловых рифов, неконтролируемое рыболовство, чрезмерное уничтожение растений и животных, незаконная торговля видами дикой фауны и флоры, использование пестицидов, осушение болот, загрязнение воздуха, использование уголков нетронутой природы под сельскохозяйственные нужды и строительство городов.
Масштабы воздействия человечества на природу характеризуются следующими данными. За последние несколько тысяч лет размеры пустынь увеличились на 9 млн км 2 . Возросла засоленность почвы на территории 0,6 млн км 2 . Развитие городов вызвало уничтожение растительности на площади примерно в 1 млн км 2 . Площадь лесов уменьшилась на 10 млн км 2 в умеренных широтах и несколько меньше - в тропических. В большинстве стран с умеренным климатом лесной покров сократился до таких размеров, что население стало осознавать истинную ценность сохранившихся лесов. Такая же ситуация складывается и в тропической зоне.
Воздействие человека на биосферу продолжается в современном мире со все возрастающей скоростью. В отчете ООН о состоянии окружающей среды перечислено более 11 тыс. видов животных и растений, которым грозит вымирание. Среди них указаны черный носорог, амурский тигр, снежный барс и др. Наиболее сильно влияет на состояние животных появление поселений в прежде безлюдных районах, уничтожение тропических лесов и болот, а также расширение промышленного производства. К настоящему времени в каталоги внесены 1,4 млн исчезнувших видов животных и растений. Под угрозой исчезновения находятся не менее 10% видов растений и еще больше животных. Каждый час исчезает с лица Земли один вид животных. Темпы исчезновения видов в 50-100 раз превышают естественный показатель. Подобная тенденция сохраняется в течение последних 20-25 лет. Они могут возрасти и до 1000 раз, если учесть предполагаемую интенсивность сведения лесов в предстоящие 25 лет.
Добыча исчезающих видов и торговля животными, находящимися под угрозой исчезновения, нарастает в России и странах Центральной Азии отчасти из-за спроса со стороны стран Западной Европы.
Научные сведения о животном и растительном мире Земли являются далеко не полными. Всего лишь 1,2 млн видов животных и растений получили научное описание, а общее их число неизвестно. Большая часть Земли покрыта водой, где обитают различные формы жизни. На дне моря проживают миллионы видов, большинство из которых до сих пор не описаны. В пресноводных озерах Южной Америки 40% всех рыб до сих пор не классифицированы.
Вместе с тем сокращение биологического разнообразия более опасно для человечества, чем изменение климата или сокращение озонового слоя. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Выпадение из экосистемы нескольких, а иногда даже одного биологического вида ведет к нарушению целостности и устойчивости экосистемы, а в некоторых случаях может приводить к ее разрушению.
Важность сохранения видов живых организмов. Человек не всегда осознает опасность сокращения количества видов в живой природе. Однако существование людей и обеспеченность их продовольственными ресурсами напрямую зависят от видового разнообразия, служащего источником генов для разведения растений. Чтобы произвести новые виды, отличающиеся, в частности, более высоким урожаем и устойчивостью к вредителям, необходимо иметь большой запас генов. Нагляден следующий пример.
В середине 70-х гг. XX в. неизвестная болезнь поразила посевы риса в Индонезии. За два года вирусом был уничтожен рис на площади более 1 млн га, что создало угрозу голода для сотен миллионов людей в Юго-Восточной Азии. Причиной быстрого распространения болезни явилось генетическое однообразие выращиваемых сортов риса, которые оказались неспособными противостоять действию патогенных микроорганизмов. Международный научно-исследовательский институт риса проверил на устойчивость к вирусу все 6273 сорта, находящиеся в его коллекции. Устойчивым оказался всего один дикий сорт из южных районов Индии, отличавшийся низкой урожайностью и медленным ростом. На его основе путем скрещивания получили новый устойчивый к вирусу сорт, который стал культивироваться как продовольственная монокультура. Если бы подобного сорта не нашлось, возникла реальная угроза голода для населения. Отсюда следует важность сохранения биоразнообразия в природе, так как она сама является крупнейшим банком генофонда.
Необходимо обратить особое внимание на медицинское использование биоразнообразия, являющегося основой для производства лекарств. Источником таких лекарств могут быть новые дикие растения. Более 60% людей в мире напрямую зависят от растений, из которых получают лекарства. В Китае, например, используют для медицинских нужд более 5 тыс. из 30 тыс. идентифицированных домашних видов растений. Свыше 40% выписываемых в США рецептов содержат одно или более лекарств, получаемых из диких видов (грибков, бактерий, растений и животных).
Биоразнообразие имеет высокую коммерческую ценность. Животные и растения очень важны для промышленности как исходное сырье при получении танина, резины, смолы, масел и других коммерчески ценных компонентов.
Потенциал для создания новых продуктов промышленности из неизвестных или плохо известных видов растений и животных огромен. Например, дерево, которое растот только в северной Бразилии, продуцирует около 20 л сока каждые 6 месяцев. Этот сок может быть использован для получения топлива, применяемого в транспортных двигателях. В Бразилии также производится из зерна метан, который пригоден для использования в автомобилях. Производство метана экономит для страны 6 млн долл, ежегодно.
Существует и экологическая необходимость сохранения биоразнообразия, поскольку все живущие организмы зависят друг от друга и находятся в прямой или косвенной взаимосвязи. Повреждение одного звена в этой цепочке может привести к ослаблению существующей экосистемы. Например, ученые Стэнфордского университета (США) установили, что к 2100 г. погибнет от 6 до 10% существующих ныне видов птиц, с вымиранием которых изменятся экосистемы. Пострадают те растения, которые опыляются птицами, и те, семена которых распространяются с помощью птиц. Кроме того, птицы могут потерять роль борцов с вредителями и падалью. В таком случае расширятся функции крыс и собак, которые имеют более тесный контакт с человеком и могут передавать ему заразные болезни, такие как бубонная чума или бешенство.
Потеря биоразнообразия чревата и тем, что могут исчезнуть организмы-индикаторы, с помощью которых мы получаем от природы ранний предупреждающий сигнал о серьезной опасности для данной экосистемы.
Красота живой природы важна и как источник для созидания и воодушевления людей искусства. Разнообразие видов дает человечеству этический, интеллектуальный и эмоциональный импульс.
Сокращение лесных массивов. Особенно большие опасения вызывает деятельность человека в тропической зоне. Тропические леса раньше покрывали более 14% поверхности Земли, сейчас - всего лишь 6%. Третья часть того, что осталось, находится на территории Бразилии и по 10% приходится на Заир и Индонезию. Лесные массивы, занимающие в тропиках примерно 30 млн км 2 , содержат необычайно богатое разнообразие растений, животных и насекомых, многие из которых еще неизвестны и не изучены. Установлено, что на тропические леса приходится около половины биоразнообразия планеты. Для примера, на одном участке тропического леса острова Борнео площадью 15 га произрастает приблизительно 700 видов деревьев - столько же, сколько видов приходится на всю Северную Америку.
На территориях зоны тропических лесов проживают 140 млн человек. Рост численности населения, климатические условия тропической зоны с характерными жарой и ливнями приводят к выщелачиванию, уплотнению и эрозии почв, что вызывает необратимое уничтожение лесов. Ежегодно исчезает 0,6% площади тропических лесных массивов. Таким образом, кроме обезлесения, интенсивная человеческая деятельность грозит полной деградацией тропических лесов, которая включает в себя утрату способности лесов к самовосстановлению, разрушение почв, сокращение многообразия флоры и фауны и в конечном итоге может привести к глобальному изменению климата.
Для окружающей природной среды и человеческого общества чрезвычайно важны функции, выполняемые лесными массивами (табл. 3.3). Эти функции обобщены в Докладе для Независимой комиссии по международным гуманитарным вопросам 1 .
Таблица 33
Функции лесных массивов
|
для природной среды |
для социальной системы |
|
Защитная функция |
|
|
Защита почвы посредством абсорбции и отражения радиации, осадков и ветра |
Защита сельскохозяйственных культур от засухи, ветра, холода, радиации |
|
Сохранение влаги и диоксида углерода путем снижения скорости ветра |
Сохранение почвы и водных запасов |
|
Защита растений и животных и обеспечение им необходимых условий |
Защита человека от действия раздражающих факторов (однообразия ландшафта, дыма, шумов, запахов) |
|
Регулирующая функция |
|
|
Абсорбция, аккумулирование и отдача диоксида углерода, кислорода и минеральных элементов |
Улучшение атмосферных условий в жилых районах и зонах отдыха |
1 См.: Гибнущие леса: последствия обезлесения для человека. Доклад для Независимой комиссии по международным гуманитарным вопросам. М.: Международные отношения, 1990.
|
Абсорбция аэрозолей и глушение шума |
Улучшение температурного режима в жилых районах |
|
Абсорбция, аккумулирование и отдача воды |
Повышение биотопиой ценности и облагораживание ландшафта |
|
Абсорбция и трансформация лучистой и термальной энергии |
Поддержание благоприятного уровня влажности |
|
Продуктивная функция |
|
|
Эффективное аккумулирование энергии в фито- и зоомассе в виде, обеспечивающем возможность ее использования |
Обеспечение сырьевыми ресурсами хозяйственных потребностей человека |
|
Саморегулирующиеся и регенеративные процессы вое11роизводства древесины, коры, плодов и листьев |
Производство широкого круга химических соединений, таких как смолы, фармацевтические вещества, алкалоиды, эфирные масла, латекс и т.д. Источник занятости |
Леса относятся к возобновляемым ресурсам. По подсчетам ученых, леса могут разрастаться на 5% в год и более. Но вырубка лесов осуществляется в таком темпе, что они не успевают возобновляться. Рост лесов наблюдается только в малонаселенных районах Аляски, Канады и Сибири. В обжитых районах Юго-Восточной Азии и Латинской Америки этого не происходит. Потеря лесов но всему миру является серьезной проблемой, потому что приводит к изменению количества осадков, резкому перепаду температур, изменению скорости ветров. Это также может вызвать нарушения условий существования людей и животных. Сжигание леса загрязняет атмосферу оксидами углерода.
Многие тропические леса выросли почти на бесплодной почве, и их вырубка или сжигание приводят к смыванию дождями тонкого слоя гумуса, в результате чего значительные территории бывшего леса превращаются в пустыню. Леса предохраняют почву от эрозии.