Относительный характер адаптаций. Эволюционное учение

Стр. 62. Вспомните.

1. Что такое вид?

Вид – совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).

2. Какие виды древних растений и животных вам известны?

Ровно 75 лет назад у берегов южной части Африки была обнаружена самая древняя рыба в мире – латимерия, которая существовала на Земле ещё сотни миллионов лет назад. В честь этого события предлагаем вам узнать о ней и других древних животных и растениях, которые населяют нашу планету и сегодня. Ранее считалось, что эти рыбы вымерли в позднем мелу (100,5 – 66 миллионов лет назад), однако в декабре 1938 года куратор Ист-Лондонского музея (ЮАР) Марджори Кортни-Латимер в улове местных рыбаков обнаружила рыбу с жесткой чешуей и необычными плавниками. Впоследствии выяснилось, что эта рыба жила ещё сотни миллионов лет назад, и представляет собой живое ископаемое.

Поскольку эта латимерия была обнаружена в реке Чалумна, её назвали Latimeria chalumnae. А в сентябре 1997 года в водах возле города Манадо, расположенного на северном побережье острова Сулавеси, ученые заметили второй вид этих рыб – Latimeria menadoensis. Согласно генетическим исследованиям, эти виды разделились 30-40 миллионов лет назад, но различия между ними небольшие.

Гинкго двулопастный. В дикой природе это растение произрастает только на востоке Китая. Однако 200 миллионов лет назад оно было распространено по всей планете, особенно в Северном полушарии, в районах с умеренным климатом и высокой влажностью. В Сибири юрского и раннего мелового периода растений класса гинкговых было так много, что их остатки встречаются в большинстве отложений тех периодов. По убеждению исследователей, осенью того времени земля была буквально покрыта листьями гинкго, словно ковром.

Малый оленёк, или канчиль, – это не только самый маленький (его рост в холке не больше 25 сантиметров, а максимальный вес около 2,5 килограмма), но и самый древний вид парнокопытных на Земле. Эти животные существовали ещё 50 миллионов лет назад, как раз тогда, когда только начали формироваться отряды древних копытных. С того времени канчиль почти не изменилась и больше других видов напоминает своих древних предков.

Миссисипский панцирник. Похожая на аллигатора рыба, миссисипский панцирник – одна из самых древних рыб, живущих сегодня на Земле. В мезозойскую эру её предки населяли многие водоемы. Сегодня миссисипский панцирник обитает в долине нижнего течения реки Миссисипи, а также в некоторых пресноводных озерах США.

Щитни. Эти небольшие пресноводные ракообразные считаются самыми древними существами, живущими сегодня на Земле. Представители этого вида почти не изменились с триасового периода. В то время ещё только появились динозавры. Сегодня эти животные обитают почти на каждом материке, кроме Антарктиды. Однако щитни вида Triops cancriformis наиболее распространены в Евразии.

Метасеквойя глиптостробоидная. Эти хвойные растения были широко распространены по всему Северному полушарию с мела по неоген. Однако сегодня в диком виде метасеквойю можно увидеть лишь в центральной части Китая, в провинциях Хубэй и Сычуань.

Акула-гоблин. О роде Mitsukurina, к которому принадлежит этот вид акул, впервые стало известно благодаря окаменелостям, которые датируются средним эоценом (около 49-37 миллионов лет назад). Единственный ныне существующий вид этого рода, акула-гоблин, обитающая в Атлантическом и Индийском океанах, сохранила некоторые примитивные черты своих древних сородичей, и сегодня является живым ископаемым.

3. Какую роль играет изоляция в процессе эволюции?

Разделение единого вида на несколько изолированных популяций и их дальнейшее существование в разных условиях является основным механизмом видообразования. При этом прекращается обмен генами между популяциями и постепенно накапливаются межпопуляционные различия, приводящие со временем к образованию новых видов. Особое значение имеют различия, изменяющие брачные ритуалы. Они предотвращают скрещивание особей, принадлежащих к разным популяциям, даже при случайной встрече.

Стр. 65–66. Вопросы для повторения и задания.

1. Сравните три основных способа видообразования.

Видообразование в типичных случаях заключается в разделении первоначально единого вида на два или более новых. Это связано с возникновением межпопуляционных изоляционных барьеров и углублением различий между генофондами популяций под действием естественного отбора вплоть до генетической изоляции. Видообразование может происходить за счет постепенного превращения исходного вида в новый либо за счет гибридизации двух видов (например, терн алыча = слива). Однако гораздо чаще видообразование связано с расхождением (дивергенцией) признаков в популяциях. В итоге вид, ареал которого был разделен на несколько популяций (например, каждая обитает на своем острове), может в итоге образовать несколько новых видов. Этой способ наблюдается, если изменения условий захватывают весь ареал. Еще выделяют гибридогенное видообразование (синтезогенез или сингенез). Этот тип видообразования обычен у растений: по некоторым подсчетам, более 50% видов растений представляют собой гибридогенные формы – аллополиплоиды. Например, культурная слива с 2n = 48 возникла путем гибридизации терна 2n = 32 с алычой 2n= 16 с последующим удвоением числа хромосом. Некоторые виды пикульника, малины, табака, брюквы, полыни, ириса и других растений – такие же аллополиплоиды гибридогенного происхождения.

2. Охарактеризуйте механизмы основных путей видообразования.

Существуют аллопатрический и симпатрический пути образования видов. При,аллопатрическом видообразовании, называемом также географическим, препятствия к скрещиванию первично обусловлены пространственным разобщением популяций. пространственная изоляция приводит к разделению ареала вида на отдельные изолированные зоны (и, как следствие, на изолированные популяции). Если условия обитания в этих зонах будут разные, могут постепенно сформироваться новые виды. Генетическая изоляция развивается вторично. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых.

При симпатрическом видообразовании (экологическое видообразование) новый вид образуется внутри ареала исходного вида. С самого начала изоляция является генетической. Такое положение создается в результате полиплоидии вследствие нарушений нормального хода мейоза при крупных хромосомных перестройках или межвидовой гибридизации. Аллопатрическое (географическое) видообразование происходит медленно и дает виды, как правило, отличающиеся по морфофизиологическому критерию от вида-родоначальника. Симпатрический (экологический) путь относительно быстрый и дает виды, близкие к исходному по морфофизиологическим показателям.

3. Какую роль играет изоляция в процессе видообразования?

Разделение единого вида на несколько изолированных популяций и их дальнейшее существование в разных условиях является основным механизмом видообразования. При этом прекращается обмен генами между популяциями и постепенно накапливаются межпопуляционные различия, приводящие со временем к образованию новых видов. Особое значение имеют различия, изменяющие брачные ритуалы. Они предотвращают скрещивание особей, принадлежащих к разным популяциям, даже при случайной встрече.

4. Приведите примеры географического и экологического видообразования.

Примером географического видообразования может служить появление различных видов ландыша в результате разделения единого древнего ареала исходного вида ледником на несколько изолированных зон. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых. Другой пример – знаменитые галапагосские вьюрки. В качестве примера экологического видообразования можно привести различные виды дубов, которые растут на разных почвах: одни – на известняковых, другие – на магматических, третьи – на черноземных. Форели озера Севан распадаются на шесть отдельных популяций, нерестящихся в разных реках и ручьях, впадающих в озеро. Экологическая изоляция может быть следствием воздействия человека: на сенокосных лугах сохраняются лишь те растения, которые успевают отцвести и дать семена либо до сенокоса, либо после. Таким образом, из одной популяции формируются две: одна с раннецветущими растениями, другая – с позднецветущими.

5. Каково значение пространственной изоляции для образования новых видов?

Пространственная изоляция является важнейшей предпосылкой, способной привести к географическому видоообразованию. В качестве факторов пространственной изоляции чаще всего выступают горные массивы и обширные водные пространства. Ими могут также являться пустыни, области с какимилибо специфическими отклонениями в составе почвы (засоление, закисление) и др. Пространственная изоляция может происходить и в отсутствие видимых географических барьеров. Причины ее в таком случае кроются в ограниченных «радиусах индивидуальной активности». Так, у «береговой» рыбы бельдюги Zoares viiparus от устья у конца фьорда уменьшается число позвонков и лучей некоторых плавников. Сохранение изменчивости объясняется оседлым образом жизни бельдюги. Такая изменчивость наблюдается и у подвижных видов животных, например перелетных птиц с гнездовым консерватизмом. Молодь ласточек, например, возвращается с зимовки на место своего рождения и гнездится в радиусе до 2 км от материнского гнезда. Скрещивания у ласточек ограничиваются группой близко селящихся особей. В отличие от разделения барьерами эту разновидность географической изоляции обозначают как разделение расстоянием.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, почему в природе чаще встречаются гибриды разных видов растений, чем разных видов животных.

Первая причина меньшего числа гибридов у животных – высокая избирательность оплодотворения, обеспечиваемая целым рядом этологических механизмов изоляции, системой видовых сигналов, используемых для опознания подходящего полового партнера («брачные танцы», запахи, специфические позы и окраска и др.) . В то же время у ветроопыляемых, а частично и у насекомоопыляемых растений опыление может осуществляться в значительной мере неизбирательно, в результате встреча разновидовых половых клеток у растений более вероятна, чем у животных. Вторая причина большего числа гибридов у растений – чаще встречающаяся у растений полиплоидия, что позволяет размножаться межвидовым гибридам (гибрид редьки и капусты, например) . В принципе гибриды растений, даже если они окажутся неспособными к половому размножению, могут выжить за счет вегетативного размножения. Третья и наиболее важная причина – степень канализированности онтогенеза. У растений эволюция пошла по пути увеличения пластичности онтогенеза (очень широкая норма реагирования) , что связано с прикрепленным образом жизни. У животных онтогенез гораздо жестче и «встроиться» в него чужим генам гораздо труднее. Кстати, проще всего соединить разные геномы в культуре клеток, где онтогенез вообще отсутствует. При этом можно соединить самые различные организмы.

Стр. 68. Вспомните.

1. Приведите примеры вымирания видов растений и животных.

Дарвинизм объясняет вымирание в соответствии с фактами истории органического мира. Ч. Дарвин показал, что вымирание органических форм вызывается изменениями условий окружающей среды, причем громадное значение имеют изменения не только абиотических факторов внешней среды (относящихся к неорганическому миру), но и биотических факторов (межвидовые отношения). Быстрое изменение среды может быть непосредственной причиной вымирание видов, занимающих ограниченную территорию или акваторию. Формы же и группы форм, имеющие обширное распространение (например, живущие одновременно во всех океанах или на большинстве материков земного шара), не вымирают повсеместно. Окончательное вымирание некоторых видов часто затягивается, так как они могут сохраняться на ограниченных участках благодаря местным благоприятным условиям (обычно – биотическим). С этим связано существование реликтовых форм. В. О. Ковалевский развил и углубил дарвиновскую концепцию вымирание на основе фактов палеонтологии, показав, что одно из важнейших условий вымирание – инадаптивная эволюция. В связи со стремительным техническим прогрессом и неуклонным ростом народонаселения одним из важнейших биотических факторов, обусловливающих прямо или косвенно вымирание многих видов, становится деятельность человека.

Стр. 71. Вопросы для повторения и задания.

1. Что такое биологический прогресс?

Для биологического прогресса характерно: повышение общего уровня организации, увеличение численности особей, увеличение числа подвидов, расширение ареала.

2. Что является показателями биологического прогресса; регресса?

Показатели биологического прогресса:

1. увеличение количества представителей соответствующей группы;

2. расширение ареала распространения;

3. активизация видоообразования в роде, увеличение количества родов в семействе, семейств в отряде и т.д.

Показатели биологического регресса:

1. уменьшение численности особей таксона;

2. сужение ареала обитания;

3. уменьшение числа подчиненных системаических групп. В настоящее время основным фактором, вызывающим биологический регресс множества видов, является антропогенное воздействие, т. е. влияние человека на биосферу. В состоянии же биологического прогресса находятся преимущественно виды, чье существование неразрывно связано с человеком (домашние животные и культурные растения, паразиты и сорняки, виды-квартиранты вроде тараканов и др.).

Биологический регресс – свидетельствует об угасании филогенетической группы, ведущем к ее вымиранию. Так же как и биологический прогресс, состояние регресса может длиться очень долго.

3. Как можно объяснить существование на Земле живых организмов разной степени сложности?

Вершинами эволюции на нашей планете, кроме человека, являются высшие растения, членистоногие, теплокровные позвоночные. Однако существует множество других гораздо проще организованных таксонов. Причина этого связана с тем, что усложнение строения вовсе не является обязательной целью эволюции. Цель состоит в достижении максимальной приспособленности к условиям окружающей среды, которая может наступить и на относительно низком уровне организации. Этому способствуют стабильные, «монотонные» условия обитания, наличие постоянного, не очень интенсивного источника энергии (пищи). Примерами служат многие организмы-редуценты (бактерии, черви, грибы), кишечнополостные и губки, бактерии-хемосинтетики.

4. Какое направление биологической эволюции поднимает группу организмов на более высокую ступень организации?

Основные направления эволюции охарактеризованы в классических работах российских ученых А. Н. Северцова и И. И. Шмальгаузена. Они выделили основные пути биологической эволюции – это ароморфоз, идиоадаптация и общая дегенерация.

Ароморфозом (морфофизиологическим прогрессом) называется эволюционное преобразование строения и функций организма, повышающее общий уровень его организации, но не имеющее приспособительного значения к условиям окружающей среды. Наиболее крупными ароморфозами были возникновение фотосинтеза, появление многоклеточных организмов и полового размножения. В числе крупных ароморфозов можно назвать также развитие гомойотермии (поддержания постоянной температуры тела) у птиц и млекопитающих, возникновение живорождения и выкармливания детенышей молоком у млекопитающих, переход к размножению семенами у семенных растений и т.п. Ароморфозы имеют широкое приспособительное значение и предоставляют широкие возможности для освоения новой среды обитания. Так, появление у пресмыкающихся яйца в яйцевых оболочках позволило им обитать далеко от воды и освоить даже засушливые места, тогда как их предки, земноводные, должны были по крайней мере на период размножения уходить в воду. За ароморфозами следуют идиоадаптации.

5. Каковы причины вымирания видов?

Вымирание видов может происходить по нескольким причинам. Во-первых, вид может не выдерживать конкуренции со сходными видами (бычок ротан вытесняет других рыб из водоемов средней полосы России). Во-вторых, в результате адаптации вид может стать высокоспециализированным (приспособиться к экстремальным условиям обитания или строго определенной пище). При быстром изменении условий он может не успеть измениться, что особенно справедливо по отношению к видам-эндемикам. Вымирание может быть также результатом эпидемии или глобальных природных катаклизмов. В настоящее время основной фактор вымирания – антропогенные воздействия, приводящие как к изменению условий обитания, так и к прямому истреблению вида (дронт, морская корова).

6. Объясните, что такое генетическая эрозия.

Генетическая эрозия – это сокращение и обеднение генофонда вида. Она приводит к тому, что вид теряет возможность быстро реагировать на изменение условий окружающей среды. Кроме того, растет вероятность близкородственного скрещивания, а значит, проявления неблагоприятных рецессивных мутаций. В результате малочисленные изолированные популяции и даже целые виды могут исчезать.

Подумайте и выполните.

1. Приведите примеры видов, находящихся на пути биологического прогресса; биологического регресса.

В состоянии биологического регресса находятся многие виды, например крупные млекопитающие, такие как уссурийский тигр, гепард, белый медведь и др. Эта последняя группа пошла по пути завоевания суши, конечно, в пределах возможного. Примеры эволюции видов по пути прогресса: заяц-русак (около 20 подвидов) , виды круглых паразитических червей. Деятельность человека – мощный фактор биологического прогресса и регресса. Примеры прогресса: появление устойчивых к ядохимикатам.

2. Поясните на конкретных примерах, как упрощение строения может способствовать биологическому прогрессу.

Змеи (потеря конечностей).

Киты (потеря задних конечностей, превращение передних в плавники).

Птицы (очень сильное упрощение строения передних конечностей).

Стр. 75. Вспомните.

1. Что такое эволюция?

Термин «эволюция» (от лат. evolutio – развёртывание) был введён в науку в XVIII в. швейцарским зоологом Шарлем Бонне. Под эволюцией в биологии понимают необратимый процесс исторического изменения живых существ и их сообществ. Эволюционное учение – это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях преобразования живых существ во времени. Теория эволюции занимает особое место в изучении жизни. Ей принадлежит роль объединяющей теории, которая образует фундамент для всей биологической науки.

2. Какие вы знаете доказательства существования эволюции?

Процесс эволюции идёт с самого рождения Вселенной со времени Большого взрыва. Эволюция живой природы лишь часть общей эволюции мира.

Стр. 82. Вопросы для повторения и задания.

1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.

Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. (закон зародышевого сходства К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, то есть зародыш в индивидуальном развитии повторяет историю развития своего вида. Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.

2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.

Палеонтологические доказательства. К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.

3. Какие органы называют гомологичными, какие – аналогичными?

Гомологичные органы формируются в процессе эмбрионального развития из одних и тех же зачатков и выполняют сходные функции. Примером гомологичных органов являются конечности всех наземных позвоночных.

Аналогичные органы имеют разное происхождение и строение, но характеризуются внешним сходством и выполняют одинаковые функции. В качестве примера можно привести конечности собаки и конечности муравья, крыло бабочки и крыло летучей мыши.

4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.

Примером может являться развитие крыльев у организмов, освоивших воздушную среду обитания. Крылья бабочек и стрекоз не родственны крыльям птиц и летучих мышей, хотя и выполняют те же функции. Другие примеры: хвостовые плавники акулы, дельфина и ихтиозавра; «стреляющие» языки лягушки и хамелеона; глаз осьминога и глаз человека.

5. Объясните, каковы причины существования рудиментов и появления атавизмов. Почему они служат доказательствами процесса эволюции?

Рудименты – это органы, утратившие в процессе эволюции свое значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Причиной наличия рудиментов является то, что у предковых форм была необходимость в соответствующих органах, однако затем она исчезла, и органы подверглись дегенерации. Наличие рудиментов – доказательство процесса эволюции, как изменения строения органов при изменении условий окружающей среды. Примерами рудиментов являются третье веко и ушные мышцы человека, остатки тазового пояса у змей и китообразных, «глаза» пещерных и подземных животных.

Атавизмы – это появляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для предковых форм, но утраченные в процессе эволюции. Причиной возникновения атавизмов является активация обычно заблокированных генов, ответственных за развитие таких признаков. В норме эти гены, доставшиеся организму от предков, не проявляются. Например, у современной лошади может развиться трехпалая конечность вместо однопалой. Атавизмы встречаются и у человека, например дополнительная пара молочных желез, хвост, волосяной покров на лице.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, почему в природе в процессе эволюции у разных видов организмов, далеко отстоящих друг от друга, появляются аналогичные органы.

В систематических группах, далеко отстоящих друг от друга, мы тоже можем обнаружить структуры, выполняющие одинаковые функции и имеющие внешнее сходство, например крылья насекомых и птиц. Однако в отличие от гомологичных органов эти структуры имеют разное происхождение и строение, их называют аналогичными органами. Наличие у разных видов похожих, но не гомологичных органов подтверждает отсутствие у этих видов близкого родства.

2. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, выясните, почему расположенный у восточного берега Африки остров Мадагаскар является местом огромного скопления эндемичных видов. К какой группе доказательств существования эволюции можно отнести этот факт?

Мадагаскар – удивительный и неповторимый остров, отличающийся уникальностью и разнообразием видов флоры и фауны. 90% всех видов живых организмов – эндемики, т.е. они кроме Мадагаскара нигде не встречаются. Благодаря уникальным природным условиям на острове смогли выжить и развиваться виды, которые вымерли в других частях света.

3. Опираясь на знания, полученные на уроках зоологии, докажите, что малая берцовая кость у птиц является рудиментом.

У птиц малая берцовая кость именно утратила свое значение, так как основной ее функцией является поворот влево или вправо голеностопного сустава. Так как птице необходимо, чтобы при сгибании голени сгибались и пальцы (для обхвата ветки) сухожилия соединяющие пальцы с мышцами голени проходят по задней стороне голени. Для данной конструкции необходимо ограничить подвижность голеностопа и потому он движется только вверх вниз. Следовательно так как функция выполняемая данной костью не нужна, она и рудиментируется, что опять же птице играет в плюс, так как уменьшается общий вес тела.

Стр. 85

Вспомните.

1. Что такое жизнь?

Жизнь – это особый вид материального взаимодействия генетических объектов, которые осуществляют синтез (производство) себе подобных генетических объектов.

2. Назовите основные свойства живого.

1. Большинство живых организмов имеют почти одинаковый химический состав элементов и веществ.

2. Во всех живых организмах происходит обмен веществ и энергии, правда происходит это по-разному.

3. Живые организмы способны расти.

4. Живые организмы (почти все) способны к движению.

5. Всё живое питается. Получает продукты питания.

6. Живые организмы могут дышать.

7. Живые организмы способны реагировать на раздражимость.

8. Живые организмы могут плодиться и размножаться.

9. Все они умирают через какое-то время.

Стр. 8. Вопросы для повторения и задания.

1. Какие условия необходимы для возникновения живых организмов по мнению древнегреческих философов?

Древнегреческие философы считали, что живые организмы возникают из неживых путем самозарождения. По мнению Аристотеля, должно существовать некое «активное начало», которое способно, используя неживую материю, создать живой организм. Он считал, что такое активное начало присутствует в оплодотворенном яйце, солнечном свете и гниющем мясе.

2. В чем заключается смысл опытов Ф. Реди?

В начале XVII в. было распространено убеждение, что личинки мух самопроизвольно зарождаются из гнилого мяса. Франческо Реди (1626—1698) в своих опытах решил опровергнуть это заблуждение. Он помещал мясо в сосуды и часть из них закрывал марлей. В сосудах, закрытых марлей, куда не могли попасть мухи, личинки не появлялись, а в открытых через несколько дней обнаруживалось множество личинок. Опыты Ф. Реди нанесли серьезный удар по теории самозарождения и подтвердили концепцию биогенеза, согласно которой жизнь может возникнуть только из уже существующей жизни.

3. Опишите опыты Л. Пастера, доказывающие возможность самозарождения жизни в обычных условиях.

Сторонники теории абиогенеза («виталисты», лат. вита – жизнь) считали, что существует «жизненная сила», с помощью которой неживое может стать живым. Опровержением этой точки зрения послужили опыты Луи Пастера, доказавшие невозможность самопроизвольного зарождения жизни; в 1862 г. Пастер за эти опыты получил премию Французской Академии наук.

Луи Пастер в своих опытах пользовался колбами собственного изобретения с длинным тонким горлышком в форме буквы S. Он наливал в колбу питательный бульон и кипятил его на огне, оставляя горлышко открытым. Это было важно, поскольку считалось, что причиной отсутствия самозарождения жизни в закрытых сосудах является невозможность проникновения в них «жизненной силы», необходимой для самозарождения. Пастер в своих опытах не препятствовал возможному проникновению «жизненной силы» в колбу, однако не давал попасть туда микроорганизмам (они оседали на изгибах трубки). В итоге бульон мог храниться долгое время, оставаясь стерильным. Если же горлышко отламывали, то бульон очень быстро мутнел из-за появления в нем бактерий.

4. Что вам известно о гипотезе вечности жизни?

Гипотеза вечности жизни, или гипотеза стационарного состояния, утверждает, что жизнь на Земле никто не создавал, поскольку она существует вечно. Виды тоже никогда не возникали, они были и есть, а эволюции не существует. Может происходить лишь изменение численности видов или их вымирание. Гипотеза вечности жизни была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Он предполагал, что даже раскаленные области внутри земного шара могут являться скоплением живых организмов со своим обменом веществ.

5. Какие вы знаете материалистические теории возникновения жизни?

Существует несколько основных концепций возникновения жизни:

1. жизнь была создана Творцом в определенное время (креационизм);

2. жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества (этой точки зрения придерживался, в частности, Аристотель);

3. жизнь существовала всегда – концепция стационарного состояния (выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г.);

4. концепция панспермии – внеземного происхождения жизни (была выдвинута шведским физиком и химиком, создателем теории электролитической диссоциации и гипотезы о парниковом эффекте Сванте Аррениусом (1859—1927));

5. концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.

Полностью идеалистической является только первая из этих концепций, полностью материалистической – только последняя. Правильность ее основных положений была подтверждена в дальнейшем многими учеными.

6. Что вы думаете о гипотезе занесения жизни на Землю из космоса? Приведите возможные доводы «за» и «против» гипотезы панспермии.

Гипотеза панспермии, или занесения жизни извне, была выдвинута шведским физиком и химиком, создателем теории электролитической диссоциации и гипотезы о парниковом эффекте Сванте Аррениусом (1859—1927). Он утверждал, что жизнь попала на нашу планету из космоса вместе с метеоритами или космической пылью, перемещающимися под давлением лучей света. Примером, свидетельствующим в пользу этой гипотезы, является способность некоторых организмов переносить крайне неблагоприятные условия. Споры и семена растений способны длительное время находиться в жидком кислороде и азоте и при этом не терять всхожести. Сперматозоиды, находившиеся десятки лет в замороженном состоянии, сохраняют способность к оплодотворению. Споры бактерий выдерживают колебания температур от -273 до 140oС. Данная гипотеза не лишена права на существование, однако она не решает проблему собственно возникновения жизни.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, чем опыты Л. Пастера принципиально отличались от опытов Л. Спалланцани и М. М. Тереховского.

Эти «факты» считались весьма убедительными до тех пор, пока итальянский врач Франческо Реди (1626—1697) не подошел к проблеме возникновения жизни более строго и не подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. В 1668 году Реди проделал следующий опыт. Он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змеях в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Таким образом, Реди доказал, что белые черви, появляющиеся в мясе змей, – личинки флорентийской мухи и что если мясо закрыть и предотвратить доступ мух, то оно не «произведет» червей. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Подобных взглядов придерживался и голландский ученый Антони ван Левенгук (1632—1723), который, используя микроскоп, открыл мельчайшие организмы, невидимые невооруженным глазом. Это были бактерии и протисты. Левенгук высказал мысль, что эти крошечные организмы, или «анималькулы», как он их называл, происходят от себе подобных. Мнение Левенгука разделял итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729—1799), который решил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметично запаивал. В итоге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Противники этой точки зрения утверждали, что жизнь в колбах не возникала по той причине, что воздух в них во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарождения. Сокрушительный удар по этой гипотезе был нанесен в 19 веке Французским ученым-микробиологом Луи Пастером (1822—1895) и английским биологом Джоном Тиндалем (1820—1893). Они показали, что бактерии распространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не возникнут.

Стр. 89. Вспомните.

1. Какие химические элементы входят в состав белков и нуклеиновых кислот?

Нуклеиновые кислоты при полном их гидролизе распадаются на три типа веществ – азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые основания), сахара (пентозы) и фосфорную кислоту. Пентозы нуклеиновых кислот представлены D-рибозой или 2-D-дезоксирибозой. Оба эти сахара содержатся в составе нуклеиновых кислот в фуранозной форме и имеют конфигурацию: Нуклеиновая кислота называется рибонуклеиновой (РНК), если в ее состав входит рибоза, или дезоксирибонуклеиновой (ДНК), если в ее состав входит дезоксирибоза. Недавно установлено, что рибоза и дезоксирибоза не являются единственными углеводами, входящими в состав нуклеиновых кислот: в ряде фаговых ДНК и РНК некоторых видов раковых клеток найдена глюкоза. Азотистые основания, которые обычно встречаются в нуклеиновых кислотах – это производные пурина аденин (А) и гуанин (G)-и производные пиримидина – цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U). Сами пурин и пиримидин в состав нуклеиновых кислот не входят.

Состав молекул белков. Белки – органические вещества, в состав молекул которых входят углерод, водород, кислород и азот, а иногда – сера и другие химические элементы.

2. Что такое биологические полимеры?

Биологические полимеры — это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер.

3. Какие организмы называют автотрофами; гетеротрофами?

Автотрофы – организмы которые самостоятельно вырабатывают питательные вещества (растения).

Гетеротрофы – употребляют питательные вещества из других источников (животные).

Стр. 95. Вопросы для обсуждения и задания.

1. Какие космические факторы на ранних этапах развития Земли явились предпосылками для возникновения органических соединений?

На ранних этапах развития Земли органические соединения образовывались из неорганических абиогенным путем. Источником энергии для этих процессов служило ультрафиолетовое излучение Солнца. В атмосфере не существовало ни озона, ни кислорода, поэтому ультрафиолет ничем не задерживался и достигал поверхности планеты. Под его воздействием, а также при участии электрических грозовых разрядов из воды и газов образовывались простейшие органические вещества: формальдегид, глицерин, аминокислоты, мочевина и др.

2. Назовите основные стадии возникновения жизни согласно теории биопоэта.

Согласно теории биопоэза, сформулированной в 1947 г. английским физиком и историком науки Джоном Берналом (1901—1971), можно выделить три стадии возникновения жизни:

1. абиогенный синтез и накопление органических мономеров (формирование «первичного бульона»);

2. образование биологических полимеров и коацерватов (от лат. coacervus – сгусток);

3. формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов).

Основное место протекания всех этих процессов – древний океан.

3. Как образовывались, какими свойствами обладали и в каком направлении эволюционировали коацерваты?

Образование коацерватов было бы невозможно без взаимодействия органических веществ друг с другом и с неорганическими соединениями. В результате такого взаимодействия из жирных кислот и спиртов образовались липиды, из аминокислот – пептиды, из нуклеотидов – нуклеиновые кислоты. Липиды формировали пленки на поверхности водоемов, а белки – растворенные в воде полимерные комплексы. Такие комплексы, сливаясь друг с другом, образовывали коацерваты – структуры, обособленные от остальной массы воды. В первичном океане коацерваты, или коацерватные капли, обладали способностью поглощать различные вещества. В результате этого внутренний состав коацервата претерпевал изменения, что вело или к его распаду, или к накоплению веществ, т. е. к росту и к изменению химического состава, повышающего устойчивость коацерватной капли. Судьба капли определялась преобладанием одного из указанных процессов. Академик А. И. Опарин отмечал, что в массе коацерватных капель должен был идти отбор наиболее устойчивых в данных конкретных условиях. Достигнув определенных размеров, материнская коацерватная капля могла распадаться на дочерние. Дочерние коацерваты, структура которых мало отличалась от материнской, продолжали свой рост, а резко отличавшиеся капли распадались. Продолжали существовать только те коацерватные капли, которые, вступая в какие-то элементарные формы обмена со средой, сохраняли относительное постоянство своего состава. В дальнейшем они приобрели способность поглощать из окружающей среды не всякие вещества, а лишь такие, которые обеспечивали им устойчивость, а также способность выделять наружу продукты обмена. Постепенно увеличивались различия между химическим составом капли и окружающей средой. В процессе длительного отбора (его называют химической эволюцией) сохранились лишь капли, которые при распаде на дочерние не утрачивали особенностей своей структуры, т. е. приобрели свойство самовоспроизведения. Коацерваты обладали некоторыми признаками живого, но для превращений их в первые живые организмы не хватало биологических мембран. Эволюция коацерватов завершилась образованием мембраны, отделяющей их от окружающей среды и состоящей из фосфолипидов.

4. Расскажите, как возникли пробионты.

Мембраны пробионтов могли образовываться из липидных пленок на поверхности водоемов, к которым присоединялись плавающие в воде коацерваты. Для эволюции жизни были важны те коацерваты, которые содержали не только белок, но и нуклеиновые кислоты. Из их комплексов с липидами можно считать живыми организмами лишь те, которые оказлись способны к самовоспроизведению нуклеиновых кислот. Так возникли пробионты – примитивные гетеротрофы, живущие за счет органических веществ абиогенного происхождения («первичного бульона»). На этом этапе закончилась химическая и началась биологическая эволюция.

5. Опишите, как могло происходить усложнение внутреннего строения первых гетеротрофов.

Постепенно количество органических веществ абиогенного происхождения стало уменьшаться. Это привело к жесткой конкуренции между пробионтами, которая ускорила возникновение автотрофов, использующих для создания органики энергию солнечного света. Первые автотрофы использовали бескислородный путь фотосинтеза. Позднее появились цианобактерии, способные к фотосинтезу с выделением кислорода. Следствием накопления кислорода в атмосфере стало, во-первых, возникновение аэробных организмов, во-вторых, формирование защитного озонового слоя.

Параллельно происходило усложнение внутреннего строения клеток, которое в итоге привело к появлению эукариотов. Некоторые гетеротрофы вступали в симбиоз с аэробными бактериями, захватывая их и используя в качестве «энергетических станций» – будущих митохондрий. Такие симбионты дали начало животным и грибам. Другие гетеротрофы, помимо аэробных бактерий, захватывали и автотрофов-цианобактерий, которые стали хлоропластами. Так появились предшественники растений.

6. Почему невозможно самозарождение жизни в современных условиях?

Самозарождение жизни на Земле в настоящее время невозможно, поскольку в условиях современной богатой кислородом атмосферы органические соединения быстро разрушаются, не накапливаются и не достигают должной степени сложности. Кроме того, появления коацерватов и пробионтов не происходит из-за огромного количества гетеротрофов, очень быстро «поедающих» любое скопление органических веществ.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, почему в настоящее время на нашей планете невозможно зарождение жизни из веществ неорганической природы.

В данное время возникновение жизни на Земле не возможно в виду отсутствия тех условий и процессов происходивших на Земле в начале зарождения жизни (температура около 3500 градусов на Земле; интенсивный радиоактивный распад молекул аммиака, метана, воды, сероводорода, углю газа).

2. Как вы считаете, почему именно море стало первичной средой развития жизни?

Море стало первичной средой развития жизни на земле по тому, что в нем была наибольшая концентрация тех веществ и молекул которые участвовали сначала в химической эволюции, а затем и в биологической.

Стр. 96. Вспомните.

1. Что изучает наука палеонтология?

Биологическая наука, изучающая жизнь прошедших геологических эпох. Отрасль палеонтологии, занимающаяся вымершими животными, называется палеозоологией и может быть разделена на палеонтологию беспозвоночных и палеонтологию позвоночных. Вымершие растения изучает палеоботаника.

2. Какие эры и периоды в истории Земли вам известны?

Самые крупные промежутки времени, на которые подразделяют биологическую историю Земли, – это эоны: криптозой, или докембрий, и фанерозой. Эоны делят на эры. В криптозое выделяют две эры: архей и протерозой, в фанерозое – три эры: палеозой, мезозой и кайнозой. В свою очередь, эры делят на периоды, а в периодах выделяют эпохи, или отделы. Современная палеонтология, используя новейшие методы исследования, воссоздала хронологию основных эволюционных событий, достаточно точно датируя появление и исчезновение тех или иных видов живых существ.

Стр. 103. Вопросы для повторения и задания.

1. По какому принципу историю Земли делят на эры и периоды?

Разделение истории Земли на этапы произошло после того, как геологи и палеонтологи сравнили между собой разноуровневые пласты осадочных пород и находящиеся в них окаменелости. Временные границы между эрами и периодами были установлены с учетом особенностей геологических процессов, климата, появления и исчезновения определенных групп живых организмов.

2. Когда возникли первые живые организмы?

Первые живые организмы возникли около 3,5 млрд лет назад. Это были анаэробные гетеротрофы, которые питались органическими веществами, содержащимися в «первичном бульоне».

3. Какими организмами был представлен живой мир в криптозое (докембрии)?

Криптозой состоит из нескольких эр. В архейскую эру Землю населяли первые анаэробные гетеротрофы; 3 млрд лет назад появились цианобактерии. В протерозойскую эру (2,5 – 0,5 млрд лет назад) в атмосфере накопилось достаточно кислорода, чтобы возникли первые аэробные организмы. В результате симбиоза разных групп древних простейших организмов сформировались эукариотические клетки, близкие к современным. В итоге в протерозое на клеточном уровне уже обнаруживаются все царства живых организмов (растения, животные и грибы). В последние 100 млн лет этой эры появилась многоклеточность; возникли губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, членистоногие, моллюски и, наконец, первые хордовые.

4. Почему в пермский период палеозойский эры вымерло большое количество видов амфибий?

В пермский период (285—230 млн лет назад) климат стал существенно холоднее и суше, чем в карбоне. Поэтому численность амфибий, которым вода необходима для увлажнения кожи и развития личинок, стала резко сокращаться. Многие крупные и гигантские виды быстро исчезли. В целом произошла довольно быстрая смена амфибий рептилиями, которые были гораздо лучше приспособлены к сухопутному образу жизни.

5. В каком направлении шла эволюция растений на суше?

Первыми растениями, появившимися на Земле, были водоросли, которые росли и развивались в океане. Первые наземные растения – псилофиты вышли на сушу в силуре (440—410 млн лет назад). Карбон (350— 285 млн лет назад) представлял собой царство споровых – папоротников, хвощей, плаунов. Их древовидные формы достигали в высоту 30—40 м и образовывали огромные леса. Первые виды голосеменных возникли в пермский период, и почти всю мезозойскую эру (230-67 млн лет назад) голосеменные доминировали на Земле. В меловом периоде (137—67 млн лет назад) появляются и быстро распространяются покрытосеменные. Они постепенно вытеснили споровых, существенно потеснили голосеменных и господствуют на планете в настоящее время.

В целом эволюция растений шла в сторону все большего приспособления к жизни на суше: развитие тканей (в том числе покровных, механических и проводящих), переход к оплодотворению, не зависящему от наличия воды, появление семян и плодов.

6. Охарактеризуйте эволюцию животных в палеозойскую эру.

Палеозойская эра (570—230 млн лет назад) разделяется на шесть периодов. В кембрии (570—500 млн лет назад) и ордовике (500—440 млн лет назад) в океане преобладают медузы и кораллы. Появляются древние членистоногие-трилобиты. Постепенно усложняются хордовые. В силуре образуются настоящие позвоночные – бесчелюстные рыбы, от которых произошли современные рыбы. На сушу выходят первые беспозвоночные – древние паукообразные.

В девоне (410—350 млн лет назад) господствуют хрящевые рыбы и уже появляются первые костные. Возникновение кистеперых и двоякодышащих рыб приводит к постепенному выходу позвоночных на сушу. Появляются первые амфибии, в том числе крупные стегоцефалы. В карбоне в лесах обитают первые крылатые насекомые, напоминающие гигантских стрекоз, и множество амфибий. В пермский период численность амфибий сокращается, и хозяевами суши становятся пресмыкающиеся.

7. Расскажите об особенностях эволюции в мезозойскую эру.

Мезозойская эра состояла из трех периодов. Триасовый период (230—195 млн лет назад) – это начало расцвета гигантских пресмыкающихся – динозавров. Появляются крокодилы и черепахи, а также первые млекопитающие; резко сокращается численность амфибий; почти полностью вымирают семенные папоротники (предки семенных растений). В юрском периоде (195—137 млн лет назад) господствуют голосеменные растения. В океане появляются головоногие моллюски. В конце периода возникают археоптериксы и другие переходные формы между рептилиями и птицами. В меловом периоде появляются высшие млекопитающие и птицы. Покрытосеменные растения постепенно вытесняют голосеменные и споровые. В конце периода происходит массовое вымирание динозавров.

8. Какое влияние оказывали обширные оледенения на развитие растений и животных в кайнозойскую эру?

Четыре гигантских оледенения в антропогенный период (начался 1,5 млн лет назад) привели к появлению животных, приспособленных к суровому климату: мамонтов, шерстистых носорогов, овцебыков. Оледенения ускорили эволюцию и многих других млекопитающих (в том числе человека). После глобального потепления мамонты и значительная часть крупных копытных вымерли. Оледенения привели к значительному обеднению видового разнообразия растений. Особенно это сильно проявилось в Евразии, где основные горные цепи (в отличие от Америки) идут в широтном направлении и многие виды растений при наступлении ледников были лишены возможности сместить свой ареал к югу.

9. Как вы можете объяснить сходство фауны и флоры Евразии и Северной Америки?

В течение длительного времени в антропогенном периоде Евразия и Америка были соединены участком суши в районе современного Берингова пролива. Благодаря такому «мосту» растения и животные широко расселились по всей территории единой суши. Лишь относительно недавно по геологическим меркам (10—12 тыс. лет назад) континенты разделились. Поэтому флора и фауна Евразии и Северной Америки в настоящее время сохраняют большое сходство. Другим примером из этой области является относительно недавнее формирование Панамского перешейка. Взаимное проникновение флоры и фауны Северной и Южной Америки протекает в настоящее время, поэтому животный и растительный мир этих двух соседних континентов сильно отличается.

Подумайте и выполните.

1. Какие эволюционные преимущества получили растения, перейдя к семенному размножению?

Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ; Диплоидный зародыш в семенах защищён от неблогоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и д.р. Эти и другие преимущества способствовали широкому распространению семенных растений.

2. Какая взаимосвязь существует между развитием тропических лесов и увеличением разнообразия насекомых в палеогене?

С дальнейшим развитием цветковых растений все больше развивались и цветковые насекомые. В разы стало больше клещей, предков комаров и прочих кровососущих насекомых. Процветали бабочки и пластичатокрылые летающие насекомые, жуки, и всевозможные земляные виды членистоногих.

Стр. 106. Вспомните.

1. Какие гипотезы происхождения человека вам известны?

1. гипотеза стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда;

2. гипотеза многократного самопроизвольного самозарождения жизни из неживого вещества;

3. гипотеза, основанная на признании сверхъестественного происхождения жизни в результате акта божественного творения;

4. гипотеза панспермии – внеземного происхождения жизни;

5. гипотеза эволюционного возникновения жизни на Земле в ходе физической и химической эволюции и т. д.

6. Гипотеза панспермии (Г. Э. Рихтер, 1865), согласно которой жизнь была занесена на Землю путем переноса спор жизни во Вселенной. Идея космического посева (из семени, которое существует “всегда и везде”) высказана еще в V веке до н. э. греческим философом Анаксагором. С. Аррениус считал, что споры жизни могут переноситься в космосе под действием светового давления (или метеоритами), а Ф. Крик и Л. Орджел привлекли для этого технику межзвездных перелетов разумных цивилизаций, опубликовав статью “Управляемая панспермия”. Доводы в пользу гипотезы:

— радиус нашей Галактики составляет около 105 световых лет, так что космический корабль, движущийся со скоростью 0,001 скорости света, мог занести жизнь на все планеты нашей Галактики;

— универсальный характер генетического кода;

присутствие крайне редких элементов в земных организмах означает, что они имеют внеземное происхождение.

Теорию космического происхождения жизни разделяет и астроном Ф. Хойле, который считает, что простейшие микроорганизмы были занесены на нашу планету астероидами, отколовшимися от планет, на которых существовала жизнь. В пользу этой гипотезы говорят обнаруженные в составе двух метеоритов (Мори, 1950 год, шт. Кентукки, США и Мерчисон, 1969 год, Австралия) органические вещества: отдельные аминокислоты (7 видов) и некоторые жирные кислоты (17 видов) .

Стр. 108. Вопросы для повторения и задания.

1. Какие идеи о возникновении человека существовали в Древнем мире?

В древности многие племена и народности выбирали себе тотемы – священных животных, и почитали их как своих прародителей. Древнегреческий философ Анаксимандр выдвигал идеи о возникновении человека путем последовательных превращений животных. Сократ считал, что человек стал тем, кем является, благодаря развитой кисти руки. Сократ подчеркивал первенство речи. Аристотель относил человека к животным, имеющим кровь, и ставил его рядом с обезьянами. Но он считал, что первичен разум человека, а рука – лишь продукт разума.

2. Что вам известно о взглядах российских ученых XVIII – XIX вв. на проблему происхождения человека?

Российский естествоиспытатель Афанасий Каверзнев в 1775 г. опубликовал труд «О перерождении животных», в котором подробно развивал идею родства человека и обезьян. А. Н. Радищев в конце ХVIII в. в своем трактате «О человеке, о его смертности и бессмертии» также писал о сходстве человека с животными. Одновременно Радищев подчеркивал такие специфически человеческие черты, как строение руки и большого пальца. Вместе с тем он не оспаривал представление о бессмертной душе человека.

3. Кто впервые разделил вид Homo sapiens (Человек разумный) на расы?

Первым выделил вид Ноmo sapiens,и разделил его на четыре расы Карл Линней. В десятом издании «Системы природы» (1758) он описал четыре географических варианта внутри вида Ноmo sapiens: американский, европейский, азиатский, африканский, а также предложил отдельный вариант для лопарей. Принципы выделения рас были тогда еще не очень четкими: в характеристику рас К. Линней включал не только признаки внешности, но также темперамент (люди Америки – холерики, Европы – сангвиники, Азии – меланхолики и Африки – флегматики) и даже такие культурно-бытовые черты, как покрой одежды.

4. Какова роль трудов Ч. Дарвина в истории развития взглядов на происхождение человека?

Огромную роль в развитии взглядов на происхождение человека сыграли труды Чарлза Дарвина «Происхождение человека и половой отбор» (1871) и «О выражении эмоций у человека и животных» (1872). Ученый доказывал происхождение человека от животных путем сравнения строения его тела и тела высших обезьян. Дарвин придавал большое значение отбору не только по морфологическим признакам, но и по умственным и нравственным качествам. Прародиной человека Дарвин справедливо считал Африку.

5. Какому фактору в эволюции человечества придавал особое значение Ф. Энгельс?

Особое значение в эволюции человечества Ф. Энгельс придавал труду. Он писал: «Изготовление орудий труда – первое основное условие всей человеческой жизни, и притом в такой степени, что мы в известном смысле должны сказать: труд создал самого человека». Кроме трудовой деятельности, он обратил внимание также на другие факторы антропогенеза – речь и общественный образ жизни.

Стр. 109. Подумайте и выполните.

1. Как вы думаете, почему труд К. Линнея «Система природы» на долгое время был запрещен Ватиканом?

К. Линней, будучи креационистом, в своей классификации живых организмов поместил человека в один отряд с приматами, потому что считал их очень схожими по строению. В эпоху господства христианства это был очень смелый шаг, не случайно труд Линнея на долгое время был запрещён Ватиканом. Разрабатывая бинарную номенклатуру, Линней выделил вид Homo sapiens (Человек разумный) и разделил его на четыре расы.

Стр. 109. Вспомните.

1. Назовите общие признаки представителей типа Хордовые; класса Млекопитающие.

1. У всех хордовых имеется осевой скелет или хорда .

2. Над осевым скелетом располагается центральная нервная система хордовых, представленная полой трубкой. Почти у всех хордовых передний отдел нервной трубки разрастается и образует головной мозг .

3. Передний (глоточный) отдел пищеварительной трубки сообщается с наружной средой двумя рядами отверстий, получивших название висцеральных щелей.

Стр. 113 – 114. Вопросы для повторения и здания.

1. Охарактеризуйте систематическое положение человека в животном мире.

Человек относится к типу Хордовых, подтипу Позвоночных, классу Млекопитающих, подклассу Плацентарных, отряду Приматов, подотряду Человекоподобных (антропоиды-Высшие обезьяны) приматов, надсемейству Высших узконосых обезьян, семейству Гоминид (Людей),единственному роду Человек (Homo) с единственным видом Человек разумный (Homo Sapiens).

Кроме подотряда антропоидов, к приматам относят еще лемуров и долгопятов.

2.Укажите признаки человека как представителя класса млекопитающих.

Человека можно отнести к классу Млекопитающие по следующим признакам:

• семь шейных позвонков

• волосяной покров, потовые и сальные железы кожи

• хорошо развитые губы и мускулистые щеки

• диафрагма и альвеолярные легкие

• ушная раковина и три слуховые косточки среднего уха

• одна дуга аорты (левая) и безъядерные эритроциты

• теплокровность

• молочные железы, забота о потомстве

• сходство в развитии зародыша

3. Какие признаки являются общими для человека и человекообразных обезьян?

Человека с человекообразными обезьянами (понгидами) роднят большая величина тела, отсутствие хвоста и защечных мешков, хорошее развитие мимической мускулатуры, сходная структура черепа и скелета вообще. Кроме того, общими у людей и человекообразных обезьян являются группы крови и резус-фактор, сходство хромосом (из 23 хромосом 13 сходны с шимпанзе), различные заболевания, длительный срок беременности и продолжительный препубертатный (до репродуктивный) период. Объединяет их и высокий уровень развития высшей нервной деятельности, способность к быстрому обучению, способность использовать орудия, хорошая память, богатые эмоции. В качестве примера можно привести эксперименты по обучению человекообразных обезьян языку глухонемых, в ходе которых гориллы и шимпанзе усваивали до 200—300 слов-жестов. Геном человека и шимпанзе совпадает на 98,5%.

4. Перечислите особенности строения, присущие только человеку.

Для человека характерно:

1. Приспособление к прямохождению. Позвоночник приобрел S—образную изогнутость, стопа имеет куполообразную форму. Это главные приспособления, обеспечивающие амортизацию ударов и сотрясений тела при ходьбе, прыжках, что важно для защиты головного мозга. Большой палец ноги выполняет функцию опоры. Таз шире, он принимает на себя давление органов в вертикальном положении. Грудная клетка плоская, сжата с боков, в связи с давлением, которое внутренние органы оказывают на ребра, вследствие горизонтального положения туловища при ходьбе. Мозговая часть черепа увеличилась и преобладает над лицевой. Отсутствуют надбровные дуги. Челюсти и жевательная мускулатура развиты слабее. В нижнем отделе тела особенно развиты ягодичные, четырехглавая, икроножная, камбаловидная мышцы. Последствия прямохождения связаны с ограничением быстроты передвижения, гипертонией, неподвижным крестцом, расширением вен на ногах, остеохондрозом.

2. Наличие гибкой кисти руки – органа труда, приспособленного к сложным движениям. Кисть человека специализирована как хватательный орган, хорошо подвижен большой палец. У человека руки короче ног.

3. Хорошо развит мозг. У человека сильно развиты височные, лобные и теменные доли, где находятся главнейшие центры высшей нервной деятельности. Поверхность мозга – 1250 см2. Поверхность коры в лобном отделе вдвое больше, чем у высших обезьян. Характерно появление речи, отвлеченное мышление, сознание.

4. Кожа, лишенная шерсти, стала гигантским рецепторным полем, способным приносить в мозг дополнительную информацию. Это послужило фактором интенсивного развития мозга. «Полысение» кожи – последняя биологическая предпосылка для становления человека как творческого социального существа.

5. Какое значение в антропогенезе имело увеличение объема мозга?

Увеличение размера и усложнение структуры мозга обеспечили человеку возможность развития множества функций, таких как высокоорганизованная нервная деятельность, способность к обучению, наличие большого объема памяти и сложных эмоций, речи. Также они способствовали возникновению абстрактного мышления и способности к труду. Центры, связанные с органами чувств, обеспечивают тончайший анализ зрительной и слуховой информации, что позволяет нам воспринимать и понимать мимику и речь. Двигательные центры мозга осуществляют чрезвычайно точное и оперативное управление мышцами пальцев, голосовых связок и т. д. Во многом именно развитие мозга позволило человеку достичь той высокой ступени эволюционного развития, которую он сейчас занимает.

Подумайте и выполните.

1. В ранний период развития сердце человеческого зародыша состоит из одного предсердия и одного желудочка. Прокомментируйте этот факт.

Человеческий зародыш проходит в своем развитии в утробе матери различные стадии развития, и не обладает сразу нормальным сердцем. Его сердце проходит «процесс эволюции».

2. Вспомните из курса зоологии и назовите основные признаки подтипа Позвоночные. Какие ещё два подтипа выделяют в типе хордовых? Кто их представители? Каковы особенности их строения?

Признаки подтипа позвоночных:

1. Скелет головы или череп и позвоночник состоящий из позвонков.

2. Головной мозг.

3. Органы чувств – усложняется слух и зрение.

4. Наиболее развитые мышцы.

5. Парные конечности.

6. Замкнутая кровеносная система, сердце.

7. Дыхание – жабры или легкие.

Тип Хордовые разделяют на три подтипа. Два из них – Бесчерепные и Черепные, или Позвоночные. Подтип бесчерепных включает один класс – Ланцетники, к подтипу черепных, или позвоночных, относятся: Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы и Млекопитающие.

3. Некоторые виды млекопитающих активно охраняют и агрессивно защищают свою территорию и территорию своей стаи; для других видов это не характерно. К какой группе относится человек и как это повлияло (и влияет) на развитие человеческого общества?

К млекопитающим.

4. Распределите характерные особенности, свойственные только человеку, на три группы: признаки, связанные с прямохождением, с трудовой деятельностью и с общественным образом жизни.

Особенности скелета человека, связанные с прямохождением: позвоночник имеет изгибы грудная клетка расширена в стороны тазовый пояс широкий, имеет вид чаши массивные кости нижних конечностей толще и прочнее костей рук стопа сводчатаяОсобенности скелета человека, связанные с трудовой деятельностью: большой палец руки противопоставлен остальным мозговой отдел черепа преобладает над лицевым.

Особенности с развитием мозга и речи: преобладание мозговой части черепа над лицевой; наличие подбородочного выступа (артикуляция речи);наличие подъязычной кости; наличие на внутренней поверхности мозговой части черепа слева двух вдавлений, которые соответствуют двум речевым центрам – центру Вернике и центру Брока.

Стр. 115. Вспомните

1. Перечислите основные факторы эволюции человека. Какие из них являются общими для эволюции всех живых организмов?

Биологические Мутации; Популяционные волны; Дрейф генов; Изоляция; Борьба за существование; Естественный отбор.

Стр. 120. Вопросы для повторения и задания.

1. Что является источником информации для исследования антропогенеза?

Основным источником информации для исследования антропогенеза являются ископаемые останки. В последнее время появилась возможность в ходе их анализа применять не только морфо-анатомические, но и молекулярно-генетические методы (оценка степени сходства ДНК предковых форм и ДНК современного человека).

2. От какой группы млекопитающих произошёл отряд приматов?

В конце мезозойской эры возникли первые плацентарные млекопитающие. Позднее, около 35 млн лет назад, от примитивных насекомоядных отделилась группа животных, которая впоследствии дала начало отряду приматов. Самая примитивная группа обезьян, так называемые тупайи, сохранила ряд черт насекомоядных (когти на пальцах, удлиненная мордочка).

3. Как черты строения и образ жизни обезьяноподобных предков предопределили развитие признаков вида Человек разумный.

Наши далекие предки парапитеки (30 млн лет назад) питались насекомыми и растениями, их зубы и челюсти были такие же, как у человекообразных обезьян. У дриопитеков, живших на деревьях (20 млн лет назад), возникла необходимость развития подвижных конечностей и кисти, способной к точному захвату ветвей. Наличие ключицы обеспечило высокую подвижность плечевого сустава и дало возможность разводить руки в стороны. Для эффективного перемещения по деревьям с большой скоростью было необходимо совершенствование двигательных отделов головного мозга. Развитое бинокулярное зрение требовал ось для оценки расстояния при прыжках. Жизнь на деревьях способствовала уменьшению плодовитости, параллельно развивалась забота о потомстве. После того как часть дриопитеков переселилась в саванны, для ориентировки на местности важным стало умение подниматься на задние конечности. Отсутствие развитых клыков и когтей предопределило особое значение стайного образа жизни. В результате преимущественно выживали те обезьяны, которые объединяли свои силы, распределяя обязанности внутри стаи, а также использовали руки для манипуляций с предметами, добывания пищи, защиты и нападения, ухода за детенышами. Так произошел переход к австралопитекам – более крупным видам с хорошо выраженным прямохождением и развитой кистью руки. Для их дальнейшей эволюции характерно использование простейших орудий труда, а также использование значительного количества мясной пищи. Последний фактор, интенсифицируя обмен веществ, по видимому, способствовал росту уровня активности центральной нервной системы.

4. Охарактеризуйте прогрессивные черты в развитии древнейших людей.

Объем мозга древнейших людей (архантропов) составлял 800—1100 см3, что вполне достаточно для развития речи. Они изготавливали каменные орудия, использовали огонь, строили шалаши и обустраивали пещеры. Судя по строению подбородка, у них уже существовала членораздельная речь. Останки питекантропов были найдены на о. Ява. По черепной крышке установлено, что объем мозга питекантропа достигал 900 см3, а строение бедренной кости свидетельствовало о прямохождении. Древнейший человек характеризовался низким, очень покатым лбом, с резко выраженным надбровным валиком, имел массивную челюсть. Подбородочный выступ отсутствовал. Они изготавливали орудия труда, жили стадами, использовали огонь, питались мясной и растительной пищей. В 1927 г. недалеко от Пекина в Китае были обнаружены многочисленные костные остатки 40 особей. Они принадлежали более поздней форме архантропов – синантропам. Мозг синантропов имел больший объем, чем у питекантропов (от 900 до 1200 см3). Лоб менее покатый, челюсти не столь массивны. Лицевая часть черепа уменьшена по сравнению с мозговой. По строению черепа ученые предположили, что синантропы обладали примитивной речью. Трудовая деятельность, стадный образ жизни, потребление мясной пищи способствовали дальнейшему развитию мозга. Кроме этого, древнейшие люди обитали в Европе (гейдельбергский человек). Возраст этих находок составляет 400—600 тыс. лет. Эволюция архантропов направлялась биологическими факторами, включающими жесткий естественный отбор и внутривидовую борьбу за существование.

5. Какое значение в эволюции человека имело овладение членораздельной речью?

Для дальнейшего развития человека огромное значение имело овладение членораздельной речью. В процессе эволюции речь впервые появилась для выражения различных эмоциональных состояний, но в дальнейшем, когда слова стали знаками для обозначения предметов и действий, а позднее и абстрактных понятий, речь начала выполнять ещё одну очень важную задачу. Наши далёкие предки вели общественный образ жизни, и речь была необходима для обмена информацией. С помощью речи родители могли обучать детей, т. е. появилась возможность передавать опыт из поколения в поколение. Преимущество в борьбе за существование начали получать те группы древних людей, которые поддерживали не только физически сильных особей, но и сохраняли стариков как носителей знаний. К биологическим факторам эволюции постепенно присоединялись социальные.

6. Когда появились современные люди (неантропы)?

Неоантропы возникли около 50—40 тыс. лет назад. Некоторое время они существовали совместно с палеоантропами, но затем неандертальцы были полностью вытеснены первыми современными людьми – кроманьонцами. Внешне похожие на современного человека и владеющие речью, кроманьонцы изготавливали сложные костяные и каменные орудия, строили жилища и добывали огонь. Охота с применением совершенных орудий была очень эффективной, кроманьонцы широко использовали загонные методы. Развивалось искусство: настенная живопись в пещерах, орнаменты на костяных поделках, каменная и костяная скульптура. Возникали ритуалы захоронений и культовые объекты, что говорит о зарождении религиозных верований. Большинство специалистов считает, что с появлением кроманьонцев эволюция человека вышла из-под ведущего контроля биологических факторов и приобрела черты социального характера.

Стр. 121. Подумайте и выполните.

1. Почему современных человекообразных обезьян нельзя считать предками человека?

Современные человекообразные обезьяны – не предки человека, но происходят от общих с ним, уже вымерших предков – наземных человекообразных обезьян – дриопитеков. Они появились 17 – 18 млн. лет назад, в конце неогена, и вымерли около 8 млн. лет назад. Обитали в тропических лесах. Некоторые их популяции и положили, видимо, начало эволюции человека, его предшественникам – австралопитекам.

2. Как связано развитие мозга и совершенствование орудий труда?

Изначально человек жил на инстинктах , спустя время он начал уже думать, и постепенно усовершенствовал свое орудие труда, значит поколения меняются мозг развивается с каждым поколением выживать становиться труднее значит и орудие труда должно совершенствоваться.

3. Какие данные могут свидетельствовать о высоком развитии высшей нервной деятельности кроманьонцев?

Однако, между ними существует огромное различие. Основу жизни человека составляет труд, изготовление и применение орудий, производство товаров и услуг. Человек живет в обществе и подчиняется законам его развития, т.е. социально-экономическим законам. Человек имеет ряд анатомических и физиологических особенностей. Только человек ходит прямо на двух ногах, и все его тело приспособлено к прямохождению. Объем человеческого мозга – около 1400-1600 см3, а человекообразной обезьяны – 600 см3. У человека сильно развиты мозговые борозды и извилины, люди обладают членораздельной речью. Человек способен мыслить отвлеченно, развивать науки и искусство. Таким образом, человек и человекообразные обезьяны состоят между собой в ближайшем родстве.В условиях общественного труда возникла жизненная необходимость в органе речи. Неразвитая гортань и ротовой аппарат обезьян, претерпели ряд изменений, в результате которых появилась способность к членораздельной речи. Возникла вторая сигнальная система, под которой И.П. Павлов понимал слово. Это специфическая человеческая сигнальная система. Она составляет качественное различие высшей нервной деятельности человека и животных.

4. Объясните, почему в начале антропогенеза происходили относительно быстрые изменения в строении человека, а в последние 40 тыс. лет облик человека практически не изменился.

Древние люди совершенствовали орудия труда, все более активно обживали новые, более суровые места, строили жилища, пользовались огнем, разводили животных, выращивали растения. Труд становился все более разнообразным, происходило разделение труда, люди вступали в новые социальные отношения. В человеческих популяциях сформировалась достаточно сложная структура социальных отношений. Если у австралопитеков, питекантропов и даже у неандертальцев естественный отбор играл решающую роль, то уже в жизни кроманьонцев стали доминировать социальные факторы.

Для древнейших и древних людей были характерны значительные сдвиги во внешнем строении особей и одновременно относительно медленное совершенствование орудий труда. В развитии неоантропов появляется иная закономерность – физический облик человека почти не изменился за последние 40 тыс. лет, но происходили интенсивное обогащение духовного мира, рост интеллекта, гигантская скорость развития производства. Для современного человека ведущими и определяющими стали общественно-трудовые отношения. В результате социального развития Человек разумный приобрел решающие преимущества среди всех живых существ.

Стр. 121. Вспомните.

1. Какие расы человека вы знаете?

Обычно выделяют три большие расы: евразийскую (европеоидную), азиатско-американскую (монголоидную) и австрало-негроидную (экваториальную). Большие расы разделяют на расы второго и третьего порядка, так называемые малые расы. Иногда австралоидов и американских индейцев выделяют в отдельные большие расы.

2. Что такое нация?

Нация – совокупность индивидов, связанных сознанием своего единства, общности происхождения, языка, верований, быта, нравов, обычаев, исторического прошлого и солидарностью социальных и политических интересов настоящего. Ни один из указанных признаков (раса, язык или религия) не являются существенной принадлежностью нации (разнообразие расовых отличий, языков имеется у некоторых наций).

Стр. 125. Вопросы для повторения и задания.

1. Какие большие расы выделяют внутри вида Человек разумный?

Вид Человек разумный разделяют на три большие расы: евразийскую (европеоидную), азиатско-американскую (монголоидную) и австрало-негроидную (экваториальную). Расовые типы отличаются цветом кожи, структурой волос,, разрезом глаз. По остальным признакам не различаются, так как относятся к одному виду – Homo Sapiens. Для европеоидной расы характерны: светлая пигментация кожи, мягкие волосы (прямые или волнистые), обильное развитие бороды и усов, глаза от голубых до карих и черных. Для монголоидной расы характерны: жесткие темные волосы, темные глаза, желтоватая кожа, лицо уплощено, с выделяющимися скулами, плоское переносье, совкообразные резцы, эпикантус – особая складка верхнего века, которая прикрывает внутренний угол глаза. Нос довольно узкий. Для негроидной расы характерны: темные курчавые волосы, темная кожа и глаза, полные губы, широкий нос, слабое или среднее развитие волосяного покрова, лицевая часть черепа выступает в вертикальной плоскости.

2. Какие механизмы лежат в основе формирования человеческих рас?

Известно, что среди неоантропов существовало множество различных физических типов. В результате миграций по земному шару отдельные популяции людей приспосабливались иногда к диаметрально противоположным условиям окружающей среды. Изоляция способствовала закреплению признаков и возникновению рас, которые были максимально адаптированы к местным условиям. Классическим примером является темная кожа негроидов, защищающая их от солнечной радиации. Эпикантус у монголоидов служил для защиты глаз от пыли, которой много в степи, или от снежной пурги на Севере.

3. Приведите доказательства единства происхождения рас.

Все расы человека едины по происхождению. Главным доказательством этого является возможность межрасовых браков, дающих плодовитое потомство. В настоящее время в связи с легкостью перемещения людей по всему земному шару количество смешанных браков растет. Например, в России более 45 млн человек относятся к переходному европеоидно-монголоидному типу. Смешение рас говорит о видовом единстве человека. Другими доказательствами этого единства являются анатомические и физиологические сходства рас, общность групп крови и заболеваний, сходство (на невербальном, эмоциональном уровне) способов коммуникации. Наконец, степень отличий геномов у людей разных рас составляют около 0,1%, что явно меньше среднего уровня межвидовых различий (более 1%).

На основании определения числа аллелей, свойственных той или иной группе организмов, возможно определение генетического расстояния между ними. Эта величина для больших рас человека составляет 0,03. Она гораздо ниже цифр, характерных для истинных подвидов (0,17—0,22), и еще более мала по сравнению с межвидовым расстоянием (0,5—0,6 и более). В животном мире генетическое расстояние, равное 0,03, соответствует обычно генетическим отличиям местных популяций друг от друга. Все эти данные свидетельствуют о том, что понятие расы условно, второстепенно и не позволяет подводить под иерархическую классификацию рас глубокую биологическую, а значит, и социальную базу.

4. Почему в процессе эволюции ни одна из рас не достигла в своем развитии уровня вида?

Основная причина этого – недостаточный срок эволюции Homo Sapiens., как биологического вида, и недостаточный уровень географической изоляции человеческих популяций. Кроме того, по ходу эволюции человека значение биологических (расовых) характеристик, как объектов естественного отбора, уступило свое место социальной значимости индивида. То есть по мере развития общества отбор все меньше затрагивал специфические расовые качества, что замедлило процесс генетического разделения рас.

5. В чем заключается отличие расы и нации?

Расы – исторически сложившиеся в определенных географических условиях группы людей, обладающих общими наследственно обусловленными морфологическими и физиологическими признаками. Различия между нациями формируются в результате действия хозяйственных, политических, религиозных и других социальных (общественных) факторов. Для нации огромную важность представляет самосознание и культурное наследие.

Подумайте и выполните.

1. Докажите, что все человеческие расы принадлежат к одному виду – Человек разумный. Объясните несостоятельность расизма.

Несмотря на различия между расами, все современное человечество представлено одним видом – Человек разумный. Это подтверждается прежде всего тем, что у вступающих в брак представителей различных рас рождается плодовитое потомство.

2. Как вы считаете, будут ли усиливаться или сглаживаться расовые признаки в будущем человеческом обществе? Обоснуйте своё мнение.

Ведь в современном мире люди с лёгкостью могут менять место жительства, а следовательно и создавать новые семьи(например. мама француженка, а папа китаец) получится, что у ребёнка есть и европейские и азиатские черты. Этот процесс(сглаживания расовых признаков)и уже давно идет, ведь изначально русичи имели исключительно русые волосы и голубые или серые глаза, но потом после множества войн(в том числе нашествия монголо-татар) произошло смешение национальностей и уже у русских людей стали появляться тёмные волосы, узкий(не так ярко выражен конечно же, как у монголов) разрез глаз и т.д.

3. Сравните понятия «раса», «нация», «языковая общность». В чём их сходство и отличия?

Раса – огромные группы людей схожих по ряду признаков. Есть расы монголоидная, негроидная, европеоидная и т.п.

Нация – группы людей происходящих из одного рода. К примеру: русские, немцы, китайцы, казахи, монголы.

Группа людей, владеющих одним языком, основанная на единстве какого-либо социального или социально-демографического признака (возраст, уровень образования, принадлежность к социальному слою). Например, в Индии это прослойка чиновничества, представителей крупного или среднего бизнеса, владеющих английским языком.

Ваша будущая профессия.

1. Люди каких профессий вносят свой вклад в развитие синтетической теории эволюции?

Синтетическая теория эволюции – современный дарвинизм— возникла в начале 40-х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма. Термин «синтетическая» идет от названия книги известного английского эволюциониста Дж. Хаксли «Эволюция: современный синтез» (1942). В разработку синтетической теории эволюции внесли вклад многие ученые. Основные положения синтетической теории эволюции в общих чертах можно выразить следующим образом: Материалом для эволюции служат наследственные изменения – мутации (как правило, генные) и их комбинации. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование. Наименьшей единицей эволюции является популяция. Эволюция носит в большинстве случаев дивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену одной временной популяции чередой последующих временных популяций.Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц – подвидов и популяций. Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»),Макроэволюция на более высоком уровне, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др.), идет путем микроэволюции. Согласно синтетической теории эволюции, не существует закономерностей макроэволюции, отличных от микроэволюции. Иными словами, для эволюции групп видов живых организмов характерны те же предпосылки и движущие силы, что и для микроэволюции. Любой реальный (а не сборный) таксон имеет монофилетическое происхождение. Эволюция имеет ненаправленный характер, т. е. не идет в направлении какой-либо конечной цели.

2. Выясните, что изучает наука палеоботаника.

Палеоботаника, или ботаническая палеонтология – наука об ископаемых растительных остатках, отрасль ботаники, тесно связанная с такими естественными науками как геология и география.

3. Докажите, что базовые знания об эволюции необходимы не только биологам, но и специалистам в других областях естественных наук.

Потому что согласно теории Опалина все началось с постоянных непрерывных химических реакция которые привели к появлению гетеротрофов а затем автотрофов… потом эти организмы начали размножаться усложнялось их строение появлялись новые виды все это происходило в следствии изменения их наследственной информации то есть днк по скольку днк появилось ещё на молекулярном уровне.

Стр. 128. Вспомните.

1. Что изучает наука экология?

Экология (греч. oikos «дом» logos «наука»), биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, видов, биоценозов (сообществ), экосистем, биогеоценозов и биосферы. Часто Экологию определяют также как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Современная Экология интенсивно изучает также проблемы взаимодействия человека и биосферы.

2. Какие экологические факторы вам известны?

1. Абиотические факторы – элементы неживой природы, воздействующие на живой организм. К ним относят свет, температуру, влажность, химический состав почвы, воздуха, воды. Также в эту группу входят такие сложные факторы, как рельеф местности, ветер, водные течения, приливы и отливы, смена времен года и др.

2. Биотические факторы – все виды влияний на организмы со стороны других живых организмов. Воздействие может быть прямым (например, отношения «хищник – жертва») либо косвенным – если один вид изменяет среду обитания другого (например, земляной червь, питаясь, рыхлит землю, и это оказывает благоприятное действие на растения, поскольку улучшается аэрация корней).

3. Антропогенные факторы – все формы активности человека, которые производят воздействие на живую природу – повреждающее (вырубка лесов, загрязнение водоемов, воздуха) или благоприятное (создание заповедников, сохранение редких видов). Согласно другой классификации, различают первичные и вторичные периодические экологические факторы. С действием первичных факторов жизнь столкнулась на ранних стадиях эволюции.

Стр. 132. Вопросы для повторения и задания.

1. Расскажите о задачах экологии.

Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Она изучает:

1. воздействие окружающей среды на растительные и животные организмы, популяции, виды и экосистемы

2. взаимодействие живых организмов друг с другом

3. структуру популяций и механизмы, определяющие численность особей в них

4. продуктивность экосистем и закономерности их функционирования

5. влияние экологических факторов на человека и воздействие человека на другие организмы, популяции, виды и экосистемы. Важнейшие проблемы, решаемые экологией

6. сохранение природных экосистем

7. создание безотходных промышленных предприятий

8. предсказание последствий хозяйственной деятельности

9. создание высокопродуктивных агроценозов

2.Какие экологические факторы вы знаете?

1. Абиотические факторы – элементы неживой природы, воздействующие на живой организм. К ним относят свет, температуру, влажность, химический состав почвы, воздуха, воды. Также в эту группу входят такие сложные факторы, как рельеф местности, ветер, водные течения, приливы и отливы, смена времен года и др.

2. Биотические факторы – все виды влияний на организмы со стороны других живых организмов. Воздействие может быть прямым (например, отношения «хищник – жертва») либо косвенным – если один вид изменяет среду обитания другого (например, земляной червь, питаясь, рыхлит землю, и это оказывает благоприятное действие на растения, поскольку улучшается аэрация корней).

3. Антропогенные факторы – все формы активности человека, которые производят воздействие на живую природу – повреждающее (вырубка лесов, загрязнение водоемов, воздуха) или благоприятное (создание заповедников, сохранение редких видов). Согласно другой классификации, различают первичные и вторичные периодические экологические факторы. С действием первичных факторов жизнь столкнулась на ранних стадиях эволюции.

3. Сформулируйте закон минимума Либиха.

Юстус Либих (1803—1873) – немецкий ученый, основатель агрохимии, изучал минеральное питание растений, процессы гниения, брожения. В 1840-е гг. он сформулировал так называемый закон минимума: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется его величина и устойчивость». В более современном прочтении закон звучит следующим образом: «Даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а в пределе – к его гибели».

4. Поясните, каким образом может проявиться ограничивающее действие фактора среды.

Любая особь, популяция, сообщество испытывают одновременное воздействие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными. Такие факторы называют лимитирующими, их отсутствие или наличие в концентрации ниже и выше критических уровней делает невозможным освоение среды организмами определенного вида. Благодаря наличию лимитирующих экологических факторов для каждого биологического вида существуют оптимум и пределы выносливости. Так, устрицы наилучшим образом развиваются в воде с содержанием солей 1,5—1,8 %. При снижении концентрации солей до 1,0 % более 90 % личинок погибает в течение двух недель, а при концентрации 0,25 % все поголовье их гибнет за одну неделю. Повышение концентрации соли по сравнению с оптимальной величиной также оказывает неблагоприятное действие на устриц. В общем виде зависимость выживаемости организмов определенного вида от интенсивности лимитирующего экологического фактора представлена графически на рис.1. Взаимодействие нескольких экологических факторов усложняет картину. Так, некоторые виды тропических орхидей в природе при относительно высокой температуре воздуха растут только в тени. При искусственном понижении температуры окружающего воздуха они прекрасно развиваются в условиях прямой инсоляции.

5. Что такое экологическая ниша? Охарактеризуйте экологическую нишу хорошо известного вам вида.

Экологическая ниша – это совокупность всех факторов среды, которые требуются для существования вида. С другой стороны, экологическую нишу можно определить как местоположение вида в биоценозе. Экологическая ниша может сильно варьировать у разных видов. Например, местом обитания жирафа является сухая жаркая саванна, в которой растут высокие деревья; для пингвина – это холодное побережье с большим количеством рыбы в океане и т.д. Образование экологической ниши – сложный процесс перераспределения ресурсов экосистемы между видами, результат межвидовой борьбы за существование, дивергенции и видообразования.

Подумайте и выполните.

1. Объясните происхождение слова «экология».

Экология (от греч. οικος – дом, обиталище и λόγος – учение). Термин предложил в 1866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель.

2. Может ли жизнедеятельность организмов ограничиваться фактором, находящимся в избытке? Докажите ваше мнение.

Между зоной оптимума и крайними точками находятся зоны угнетения, или стрессовые зоны, которые характеризуются увеличении или уменьшении действия фактора.

3. Объясните, в чём некорректность словосочетания «плохая экология». Какой смысл вкладывают в него люди, его использующие, и что реально обозначает это словосочетание?

Потому что экология – это наука, а плохой может быть, например, экологическая обстановка, в противном случае это звучит, например, как «в этом регионе плохая физика» – бессмысленно.

4. В русском языке существует поговорка: «Кашу маслом не испортишь», – которую применяют и к некоторым хозяйственным делам. Противоречит ли эта поговорка закономерностям влияния экологических факторов на организмы? Объясните свою точку зрения.

Естественно. Но выработана поговорка была эмпирически, а в крестьянской практике масла далеко не хватало и до оптимума. Так что, сама возможность перехода через экстремум была непредставима и невообразима.

Стр. 133. Вспомните.

1. Что такое среда обитания?

Среда обитания – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.

2. Какие факторы относят к факторам неживой природы?

В процессе исторического развития организмы приспосабливаются к определённому комплексу абиотических факторов, которые становятся обязательными условиями их существования. При этом в процессе жизнедеятельности организмы сами участвуют в формировании абиотической (неживой) среды. В ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, животные-фильтраторы очищают воду, зелёные насаждения препятствуют эрозии почвы, а растения из семейства бобовых обогащают почву азотом – подобных примеров можно приводить множество.

Стр. 136 – 137. Вопросы для повторения и задания.

1. Какие приспособления к изменениям температуры окружающей среды существуют у растений и животных?

Хорошо выдерживают температурные перепады покоящиеся стадии организмов – цисты, куколки насекомых, семена растений. Споры некоторых бактерий способны переносить колебания температур от -273 до 140 oС. Теплокровные животные – птицы и млекопитающие – поддерживают постоянную температуру тела при помощи высокого уровня обмена веществ, совершенной терморегуляции и хорошей теплоизоляции. К примеру, некоторые китообразные и ластоногие, благодаря наличию толстого слоя подкожного жира, живут в северных морях, где температура воды постоянно около 0 oС. На зиму многие млекопитающие отращивают более плотный мех, часть из них (например, сурки) впадают в спячку. У птиц увеличивается масса перьев, многие виды мигрируют в более теплые зоны. Способны организмы защитить себя и от повышенных температур. Днем в пустыне температура превышает 60 oС, поэтому многие животные прячутся в норах и выходят на поверхность лишь в ночное время. В жару растения увеличивают испарение с поверхности листьев. У многих млекопитающих защитой от перегрева служит активное выделение пота. Наиболее впечатляющим примером адаптации к высоким температурам являются водоросли и бактерии горячих источников, где температура воды превышает 70 oС. Благодаря особой структуре их белки способны противостоять денатурации.

2. Расскажите о приспособлениях живых организмов к недостатку воды.

Вода – необходимый компонент клетки, поэтому ее количество в том или ином местообитании определяет характер растительности и животного мира в данной местности. В некоторой зависимости от количества воды в окружающей среде находится и содержание ее в теле растений и животных и их устойчивость к высыханию.

Засухоустойчивые растения (верблюжья колючка, саксаул, пустынная полынь) обладают очень длинной, уходящей в глубину на 10 и более метров корневой системой. Их листья обычно узкие и жесткие, с восковым налетом на поверхности, что снижает потери воды при испарении. У некоторых растений (кактусы, молочаи) образуется толстый стебель с хорошо развитой фотосинтезирующей и водозапасающей тканью, а листья превращаются в колючки или чешуйки. Ряд трав успевает вырасти и отцвести за влажный весенний период, а затем переживает засуху в состоянии семян, луковиц, клубней. В жаркий день листья некоторых растений могут поворачиваться к падающим лучам солнца «ребром», например, как это происходит у дикого салата (отрицательный гелиотропизм). Эвкалипт для снижения транспирации тоже поворачивает листья ребром к солнцу. Такая ориентация пластинок защищает организм от чрезмерной потери воды и перегрева. Многие животные также хорошо приспособлены к условиям пониженной влажности. Часть из них никогда не пьет, используя метаболическую воду и воду из пищи. Членистоногих защищает от испарения плотный хитиновый панцирь, а пресмыкающихся – ороговевшие покровы, утратившие кожные железы. Продуктом выделения у многих животных является практически безводная мочевая кислота. Существует и множество поведенческих адаптации: ночной образ жизни, спячка в засушливый период и т.д.

3. Благодаря какой части спектра солнечного излучения у растений осуществляется фотосинтез?

Для осуществления фотосинтеза растения используют видимую часть спектра. При этом водоросли и высшие растения, обладающие зеленым светочувствительным пигментом (хлорофиллом), более эффективно используют крайние участки спектра – красно-оранжевый и сине-фиолетовый. Зеленый цвет листьев обусловлен тем, что именно эту составляющую солнечного излучения хлорофилл поглощает слабее (а значит, сильнее отражает). Бурые и красные водоросли, обладающие несколько иными светочувствительными пигментами, настроены преимущественно на сине-зеленую часть спектра.

4. Расскажите, что вам известно о биологических ритмах живых организмов.

Поведенческая и физиологическая активность очень многих организмов характеризуется ритмичностью: дыхание и сердцебиение, деятельность, синхронная с приливами и отливами (т.е. с фазами луны), и т.д. Наиболее распространенный фактор, определяющий биологические ритмы, – это освещенность, которая меняется в течение суток и сезонно. Растения и животные реагируют на соотношение между продолжительностью периода освещенности и темноты в течение суток или времени года. Это явление называется фотопериодизмом. Фотопериодизм регулирует суточные и сезонные ритмы жизнедеятельности организмов, а также представляет собой климатический фактор, который определяет жизненные циклы многих видов. У растений фотопериодизм проявляется в синхронизации периода цветения и созревания плодов с периодом наиболее активного фотосинтеза; у животных – в совпадении периода размножения с обилием пищи, в миграциях птиц, смене шерстного покрова у млекопитающих, впадении в спячку, изменениях в поведении и т.д. Многие цветы открываются и закрываются в определенное время; животные также организуют свой распорядок дня в зависимости от освещенности (дневная либо ночная активность). Целый ряд биохимических и физиологических процессов в организме человека изменяется с ритмом в 24 часа (сон и бодрствование, температура тела, артериальное давление, выделение гормонов). Для сезонных ритмов определяющей является длина светового дня. От нее зависят сроки цветения и созревания плодов, а также начало листопада у растений, миграция птиц, смена шерстного покрова у млекопитающих, начало брачного сезона, подготовка к спячке и т.д.

Подумайте и выполните.

1. Какие климатические условия и почва характерны для вашего региона?

Климат Урала переходит от умеренно-континентального к континентальному. Континентальность повышается при движении с запада на восток и с севера на юг. Огромная протяженность Урала с севера на юг проявляется в зональной смене типов его климата (Северные и южные районы имеют разные циркуляционные и радиационные режимы). Север лежит в субарктике; юг – в центральных аридных областях. Контрасты между севером и югом усиливаются летом. Средняя температура июля на севере 60С – 80С, на юге – 220С; 240С. Зимой контрасты температур сглаживаются -220С;-200С на севере; -150С на юге. Урал пересекают следующие почвенно-растительные зоны: тундра, лесотундра, лесная, лесостепная, степная, полупустынная. Зональность здесь горно-широтная (отличается смещением почвенно-растительных зон к югу). В предгорьях сказывается барьерная роль Урала (на Южном Урале вместо степных и южнолесостепных ландшафтов распространены лесные и северолесостепные). Горные почвы Урала всех типов обладают общими чертами: 1. Они не имеют сплошного распространения, а прерываются скалистыми выступами и курумами; 2. Имеют укороченный профиль и большую насыщенность обломочным материалом. Имеются значительные различия в почвенном покрове при движении с запада на восток (состав горных пород).

2. Как вы думаете, почему при постоянном направленном изменении абиотических условий среды приспособление живых организмов к этим изменениям не может быть бесконечным?

Абиотичeскиe – знaчит нeподходящиe для жизни, a со врeмeнeм свои рeсурсы исчeрпaются, окружaющиe условия могут измeнится, a приспособлeния к ним нe окaжeтся.

3. Почему на птицефермах и в тепличном хозяйстве применяют дополнительное искусственное освещение, увеличивающее длину светового дня?

На птицефермах используется дополнительное искусственное освещение для увеличения производительности продукции. Птица, живущая в естественных условиях, очень чувствительна к сезонным изменениям окружающей среды. Осенью и зимой световой период довольно короткий, из-за чего куры практически перестают нестись. Их обманывают, чтобы те давали больше яиц, искусственно увеличивая длину светового дня.

Стр. 139. Вспомните.

1. Что такое среда обитания?

Среда обитания – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.

2. Какие факторы относят к факторам живой природы?

Биотические факторы (факторы живой природы) представляют собой разнообразные формы взаимодействий организмов как одного, так и разных видов.

Биологические факторы, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов, – это различные взаимоотношения между живыми существами, возникающие в природных условиях и обусловленные присутствием разнообразных видов. При этом характер взаимодействия может быть различным в зависимости от особенностей отдельных организмов в микробных сообществах.

Стр. 144. Вопросы для повторения и задания

1. Назовите известные вам виды взаимоотношений организмов в природе.

Существует несколько различных типов взаимоотношений живых организмов в природе. Основными среди них являются:

1. хищничество

2. паразитизм

3. конкуренция

4. симбиоз

2. Приведите примеры симбиоза и отметьте положительные стороны такого типа взаимодействия для обоих партнеров.

Симбиоз – форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу при совместном обитании. Термин симбиоз образован от греческого слова symbiosis «совместная жизнь».

Примером может служить взаимодействие клубеньковых бактерий с растениями. Растения обеспечивают приток питательных веществ к бактериям, а бактерии усваивают азот, образуя азотсодержащие органические соединения, необходимые растениям. Бактерии, живущие в желудочно-кишечном тракте жвачных, питаются клетчаткой, переваривая ее. При этом значительная часть продуктов переваривания достается млекопитающему-хозяину.

3. Расскажите о хищничестве в животном и растительном мире и дайте определение этого явления.

Хищничество – форма взаимоотношений, при которой организм одного вида использует представителей другого вида в качестве источника пищи однократно (убивая их). Хищничество широко распространено в природе, особенно в царстве животных. Хищниками являются волки, совы, змеи, крокодилы и т. д. Хищные растения встречаются гораздо реже (например, росянка и венерина мухоловка). Также есть несколько видов хищных грибов. Хищничество оказывает сильное воздействие как на хищника, так и на жертву. Хищники, как правило, уничтожают более слабых и больных, способствуя обновлению и укреплению популяции жертвы. Многие жертвы адаптируются в целях защиты: используют сложное приспособительное поведение, мимикрирующую окраску, различные яды. Хищники тоже совершенствуются, у некоторых из них в ходе эволюции сформировалось согласованное охотничье поведение (охота стаей у волков, дельфинов). Долгое совместное существование хищников и жертв приводит к относительной стабилизации численности как одной, так и другой популяции. Когда возрастает численность жертв, то в связи с улучшением питания возрастает и численность хищников, тем самым ограничивая разрастание первой популяции. Когда же хищники чрезмерно уменьшают популяцию жертвы, то и их количество снижается.

4. Что такое паразитизм? Что вы можете сказать о разных формах паразитизма? Приведите примеры.

Паразитизм – форма взаимоотношений организмов, относящихся к разным видам, при которой один организм (паразит) использует другой организм (хозяина) в качестве среды обитания и источника питания. Различают паразитов постоянных и временных. Постоянные паразиты не могут существовать во внешней среде и всю жизнь обитают в теле или на наружных покровах хозяина (аскарида, бычий цепень, вши и др.). Временные паразиты посещают хозяина только для питания (кровососущие клещи, комары). У некоторых постоянных паразитов все стадии жизненного цикла осуществляются в теле одного хозяина (круглые черви: трихинелла, острица), у других каждый этап жизненного цикла проходит в теле нового хозяина (некоторые паразитические плоские черви). По месту расположения в теле хозяина выделяют паразитов наружных (вши, клещи, блохи) и внутренних, обитающих и тканях или полостях хозяина (трихинелла, аскарида, сосальщики, эхинококки, малярийный плазмодий). В теле представителей паразитических видов, в свою очередь, могут обитать паразиты. Это явление получило название сверхпаразитизма. У паразитов в результате естественного отбора развились многочисленные приспособления (идиоадаптации), способствующие добыванию пищи или удержанию в теле хозяина: колюще-сосущий ротовой аппарат, присоски, крючья и т. п. Паразитический образ жизни оказывает глубокое влияние на строение паразитов. Естественный отбор идет у них в направлении совершенствования аппарата добывания и хранения пищи и сильного развития половой системы. Так, у кровососущих видов увеличивается вместимость пищеварительной системы за счет образования слепых выростов кишечной трубки (пиявки, клещи). Возрастает объем органов размножения. У некоторых паразитических форм они составляют основную часть массы тела. Соответственно и продуктивность паразитов очень велика. Например, свиной цепень (класс Ленточные черви) за сутки образует до 200000 Яиц.

5. По каким критериям можно отличить хищничество от паразитизма?

Хищничество принципиально отличается от паразитизма по нескольким параметрам:

1. хищники активно ищут добычу, а паразиты ведут преимущественно прикрепленный образ жизни;

2. хищник сначала умерщвляет добычу, а потом ее поедает; паразит способен питаться лишь на живом хозяине;

3. для хищника смерть жертвы обязательна; для паразита – обычно нежелательна и даже опасна (поскольку гибнет «среда обитания» паразита);

4. хищник за свою жизнь уничтожает и поедает много жертв; паразит использует одного, реже нескольких хозяев;

Анатомически хищники приспособлены для захвата и умерщвления добычи (наличие когтей, зубов, паутины, клюва и др.), паразиты имеют органы для прикрепления (крючья, присоски и т.п.).

6. Как сказывается конкуренция на интенсивности жизнедеятельности соперничающих видов?

Конкуренции была изучена отечественным ученым Г.Ф. Гаузе. При совместном выращивании двух видов инфузорий через некоторое время в питательной среде оставался только один из них. При этом инфузории не нападали на особей другого вида и не выделяли вредных веществ. Объяснение заключается в том, что изученные виды отличались неодинаковой скоростью роста. В конкуренции за пищу побеждал вид, особи которого быстрее размножаются. В естественных условиях конкуренция между близкородственными видами ослабевает, если один из них переходит на новый источник пищи. Надо сказать, что совместное обитание близкородственных видов возможно в тех случаях, когда они расходятся в своих экологических требованиях, т.е. занимают разные экологические ниши. Этим обусловлены имеющиеся у них различия в строении, физиологии, выборе мест и сроков размножения, поведения, способах и источниках питания и т.д. Например, зимой насекомоядные птицы избегают конкуренции за счет разных мест поиска пищи: на стволе деревьев, в кустарниках, на пнях, на крупных или мелких ветвях, и т.д.

Если представим себе, что в установившуюся экосистему проник новый вид животных. Его конкуренция со сходным видом-аборигеном может привести к трем различным результатам. Во-первых, эти виды могут достичь постепенной специализации на определенном типе корма (насекомоядные и зерноядные птицы).

Также взаимная изоляция может наступить в том случае, если виды займут разные моста обитания (например, один оставит за собой верхний ярус леса, а другой спустится на уровень травяного покрова). В обоих случаях общее количество пищи, получаемое популяцией вида-аборигена, скорее всего, снизится, таким образом, интенсивность жизнедеятельности и численность этого вида уменьшатся.

Если же виды не смогут разделить «сферы влияния», то, как правило, в результате межвидовой борьбы за существование произойдет конкурентное исключение – один вид вытеснит другой.

Подумайте и выполните.

1. Объясните причины появления хищничества в царстве растений.

У растений хищничество является только одним дополнением к обычному (автотрофному) питанию. Это свойственно растениям которые растут на почвах бедных неорганическим азотом (например на болотах) поскольку азот необходим для синтеза белков. Но только насекомоядные растения сохраняют способность к самостоятельному фотосинтезу. А при паразитизме паразит использует хозяина как главный и единственный источник питания.

2. Как вы считаете, в растительном или животном царстве чаще встречаются симбиотические взаимоотношения?

Широко известен пример симбиоза между раками-отшельниками и актиниями. Последние поселяются на раковине, в которую прячет своё брюшко рак-отшельник. Стрекательные клетки щупалец актиний – надёжная защита обоих симбионтов. Питается актиния за счёт остатков пищи, активно добываемой раком. Широко распространён симбиоз животных (и человека) с микроорганизмами, например образующими нормальную кишечную флору.

Медузы поражают обыкновенно добычу своими стрекательными аппаратами и часто проглатывают рыбок, однако, некоторые рыбки находить себе безопасный приют между щупальцами медуз; напр. рыбка Caranx trachurus держится между щупалец медузы Cassiopea borbonica. В полости медузы Aurelia живет маленькая морская звезда из офиур (р. Ophiotrix), а в медузе Cyanea arctica, по Агассису, живет окрашенная в тот же цвет актиния Bicidium parasiticum. Не редки случаи сожительства у иглокожих, а именно у голотурий, в их дыхательных органах (водные легкие), живет угревидная рыбка Fierasfer, но она иногда прорывает эти органы и помещается в полости тела голотурий. На морских звездах (Astropecten aurantiacus) живет червь Polynoe и на другой звезде (Archaster typicus) моллюск (Eulima). Некоторые моллюски дают прибежище ракам. Так, гигантская Tridacna дает приют крабу Ostracotheres tridacnae, а жемчужница другому раку (Conchydotes meleagrinae). В жаберной полости асцидии мы находим весьма многочисленных рачков из веслоногих (Copepoda), тогда как плотный клетчатковый покров этих животных также дает приют некоторым животным. Примеры сожительства находим и между позвоночными. Так в жаберной полости бразильского сома (Platystoma) живет маленькая рыбка Stegophilas insidiatus, которую долгое время принимали за молодь этого сома, ибо есть рыбы, которые дают приют своей молоди в жаберной полости.

Симбиоз нередко отграничен от других форм сожительства организмов – паразитизма, комменсализма, хищничества, между которыми существует ряд переходных форм.

Стр.146. Вспомните.

1. Какие уровни организации живой природы вам известны?

1. Молекулярный (Например молекулы жиров).

2. Клеточный (эритроцит – красная клетка крови).

3. Тканевый – это уже не одна клетка, а группа клеток сходных по строению, происхождению и выполняющих одинаковые функции. (Например у животных нервная, эпителиальная, жировая, кровь и лимфа, а у растений проводящая, покровная, механическая и образовательная).

4. Органный (Орган – это несколько тканей, соединенных между собой ) Например: сердце, печень, почки…

5. Организменный (Например, человек, собака, кошка).

6. Видовой (вид Homo Sapiens).

7. Популяционный (один вид на одной территории частично или полностью изоллированый от других таких популяций).

8. Биоценозный.

Иногда говорят, что существует и биосферный уровень, но на нем располагаются все живые организмы планеты и косное вещество (атмосфера, гидросфера и литосфера).

2. Что такое экосистема?

Экосистема – это биологическая система, состоящая из живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен и энергией между ними.

Стр. 151. Вопросы для повторения и задания.

1. Что такое биогеоценоз?

Биогеоценоз – это экологическая система (экосистема), границы которой определены растительным сообществом. Совокупность биогеоценозов земного шара образует глобальную систему, биосферу. Примерами биогеоценозов являются дубрава, луг, ельник, березовая роща и др.

2. Расскажите о пространственной структуре экосистемы.

Пространственная структура экосистемы определяется ярусным расположением растительности. Сверху вниз над землей выделяют налоговый (древесный), кустарниковый, травяной и надпочвенный (приземный) ярусы. В почве также идет разделение на уровни, образованные корнями растений разных видов. Такая пространственная организация позволяет растениям эффективно использовать свет и другие ресурсы, а животным – занимать разные экологические ниши и ослаблять конкуренцию между близкими видами.

3. Какие обязательные компоненты включает любая экосистема?

В любой экосистеме можно выделить два основных структурных компонента – биотоп и биоценоз. Биотоп – это комплекс факторов неживой природы, которые в сумме формируют определенные климатические, географические, почвенные и другие параметры экосистемы. Биоценоз – это совокупность всех живых организмов (популяций) экосистемы. Он разделяется на зооценоз (сообщество животных), фитоценоз (сообщество растений) и микробоценоз (сообщество микроорганизмов).

4. В каких отношениях находятся друг с другом обитатели биоценозов? Охарактеризуйте эти связи.

С точки зрения экологической структуры в экосистеме можно выделить три группы особей

1. Продуценты (производители) – автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, синтезирующие органические вещества из неорганических. Их биомасса – это первичная продукция экосистемы, которая служит пищей и источником энергии для всех остальных организмов сообщества. Автотрофами являются растения, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие прокариоты.

2. Консументы (потребители) – гетеротрофные организмы (растительноядные и плотоядные), потребители живого органического вещества. Консументами являются многие животные, паразитические бактерии, хищные растения.

3. Редуценты (разлагатели) – гетеротрофные организмы, которые разрушают мертвые остатки животных и растений и превращают их в простые соединения. Редуценты – это дождевые черви, многоножки, термиты, грибы, бактерии.

Таким образом, продуценты используют неорганические соединения, создавая первичную продукцию. Далее часть консументов (растительноядные животные) используют первичную продукцию, создавая вторичную биомассу, которая используется другими консументами (хищники, паразиты). После смерти продуценты и консументы разлагаются редуцентами до минеральных соединений, которые вновь используются продуцентами.

5. Опишите видовой состав и пространственную структуру экосистемы дубравы.

Видовой состав дубравы очень разнообразен, что обеспечивает ее стабильность как экосистемы. Растения дубравы образуют четко разделенные ярусы. В верхнем древесном «этаже» расположены крупные многолетние дубы и липы. Второй ярус составляют низкорослые и менее светолюбивые груша, клен, яблоня. Далее следует кустарниковая растительность: лещина, бересклет, калина, боярышник, бузина. Травянистый ярус состоит из кустарничков, всходов деревьев, папоротников и различных трав (медуница, хохлатка, ветреница, иван-да-марья и т. д.). Приземный ярус представлен мхами, низкими травами; здесь также обитают лишайники и грибы. Животный мир дубравы не менее разнообразен. Членистоногие населяют все ее уровни. Из позвоночных в верхних ярусах мы встретим много птиц – сороку, зяблика, дроздов, синиц, ночных и дневных хищников. В кустарниках обитают зарянка, мухоловка-пеструшка, пеночки, славки, крапивник. В травянистом .слое живут мыши, землеройки, ежи. Некоторые животные, например серая белка, способны перемещаться почти по всем ярусам. В подстилке преобладают редуценты: дождевые черви, мокрицы, личинки мух, жуки-навозники и мертвоеды, клещи, нематоды. В почве обитают различные животные, роющие землю (например, кроты).

Подумайте и выполните.

1. Назовите общие черты биогеоценозов лиственного леса и пресноводного водоёма.

1. имеются продуценты, консументы, редуценты

2. имеются факторы неживой природы-свет, влажность, температура

3. биотические факторы (различные взаимоотношения организмов-симбиоз конкуренция, и т.д.)

4. есть влияние человека (антропогенные факторы)

5. есть цепи питания, пищевые сети

6. способны к саморегуляции (и лес и водоем)

7. они открытые системы, устойчивые

2. Возможно ли существование биоценоза, состоящего только из растений? Обоснуйте свою точку зрения.

Существование биоценоза, состоящего только из растений, невозможно. Пищевых цепей там быть не может, потому что не присутствуют ни консументы, ни редуценты, следовательно существование такого сообщества не возможно.

Стр. 152. Вспомните.

1. Какие обязательные компоненты входят в состав любой экосистемы?

В каждой экосистеме есть два основных компонента: организмы, с одной стороны, и факторы окружающей их неживой природы – с другой. Всю совокупность организмов, состоящую из растений, животных и микробов, называют биотой (от лат. «био» – жизнь) . Пути взаимодействия различных категорий организмов системы составляют ее биотическую структуру.

Стр. 155. Вопросы для повторения и задания.

1. Что такое пищевая цепь (цепь питания) и что лежит в её основе?

Каждый организм, участвующий в круговороте веществ и энергии, находится на определенном пищевом (трофическом) уровне, образуя пищевое (трофическое) звено. Пищевая цепь – это соединение нескольких трофических звеньев. Выделяют несколько трофических уровней: Первый трофический уровень экосистемы образуют автотрофы – зеленые растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии. Второй уровень цепи питания образуют растительноядные животные, а также паразитические высшие и низшие растения. К третьему трофическому уровню относятся плотоядные животные, которые питаются травоядными. Это хищники первого порядка – насекомоядные птицы, мелкие млекопитающие, рептилии, амфибии. Сюда же относятся и паразиты этих животных. Четвертый трофический уровень представлен более крупными плотоядными животными – хищниками второго порядка и их паразитами. Пятый трофический уровень занимают редуценты (деструкторы), потребляющие мертвое органическое вещество. К ним принадлежат беспозвоночные животные – сапрофаги, растения – сапрофаги, гетеротрофные микроорганизмы, грибы, простейшие.

2. Чем определяется устойчивость экосистемы?

Наиболее устойчивыми являются биогеоценозы, характеризующиеся:

1. большим видовым разнообразием

2. наличием неспециализированных видов

3. слабой степенью ограниченноcти от соседних экологических систем

4. большой биомассой.

Действительно, разнообразие видового состава биоценозов обеспечивает реальное существование не столько цепей, сколько сетей питания, поскольку на каждом трофическом уровне находятся организмы разных видов, способные заместить друг друга в выполнении функций биотического круговорота веществ при изменении экологической ситуации.

В реальных экосистемах сосуществуют многие трофические цепи. Они сложным образом переплетаются, поскольку каждый биологический вид (популяция) может использовать разные источники пищи и сам является поставщиком органических веществ для многих видов. В результате возникают так называемые трофические (пищевые) сети, которые и определяют устойчивость экосистемы. Действительно, если цепь изолирована, то после исчезновения одного из звеньев все последующие трофические уровни тоже исчезнут (волки, питающиеся только оленями, после истребления оленей вымрут). Если же возможны разветвления и переплетения цепей, то просто произойдет переключение на другие источники пищи (волки могут питаться оленями, зайцами и грызунами, следовательно, в случае вымирания оленей они станут охотиться на мелкую добычу).

3. Составьте пищевую цепь, начинающуюся от растений.

Общая закономерность состоит в том, что в начале пищевой цепи находятся зеленые растения, в конце – крупные хищники.

Трофические цепи, которые начинаются от растений, называют пастбищными пищевыми цепями. Приведем в качестве примера цепь, характерную для сообщества луга:

луговые растения → кузнечик → бурозубка → полевой лунь.

Еще один пример – пищевая цепь пресного водоема:

фитопланктон (одноклеточные водоросли) → зоопланктон (дафнии, циклопы) → мелкие рыбы (уклейки, плотва) → крупные рыбы (окуни, щуки)

4. Приветиде примеры детритных пищевых цепей.

Термин детрит образован от латинского слова detritus – «истертый». Им обозначают мертвое органическое вещество, обычно существующее в виде мелких (в том числе, микроскопических) частиц. Детрит образуется из погибших растений и животных или их выделений и служит источником энергии для детритных пищевых цепей. Приведем примеры: листовой опад → дождевой червь → певчий дрозд → ястреб-перепелятник; озерный детрит → мотыль (личинка комара-звонца) → колюшка → зимородок.

5. Объясните, что такое экологическая пирамида.

Существенно, что пищевые цепи в природе обычно включают 3—4 звена. Это обусловлено тем, что большая часть получаемой энергии (80—90%) используется организмами на поддержание жизнедеятельности и построение тела. По этой причине на каждом последующем трофическом уровне число особей прогрессивно уменьшается. Так, в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники – только 1 кг. Эта закономерность носит название экологической пирамиды. Экологическая пирамида отражает число особей на каждом этапе пищевой цепи, или количество биомассы, или количество энергии. Все эти величины имеют одинаковую направленность. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размножаются, их число уменьшается. Особи вида, занимающего положение высшего звена, свободно размножаются, конкурируют друг с другом, но во взрослом состоянии не имеют врагов и непосредственно не истребляются. Ограничивающим фактором здесь является только размер территории для кормления и количество пищи. Виды, занимающие положение низших звеньев, обеспечены питанием, но интенсивно истребляются. Например, мышей потребляют лисы, волки, совы, змеи. В морях мелких ракообразных (например, креветок) в качестве источников пищи используют самые разнообразные животные, в том числе рыбы и млекопитающие. Такие организмы становятся кормовой базой высших животных. Прогрессивная эволюция оказывается возможной только для групп, находящихся на вершине экологической пирамиды. Кроме пирамиды биомассы различают пирамиды численности и пирамиды энергии.

Подумайте и выполните.

1. Почему конкурентные взаимоотношения существуют на одном трофическом уровне? Докажите свою точку зрения.

К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные – второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, – третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники – четвертый (уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней. редуценты, разлагающие остатки. Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме. Взаимоотношение организмов одного трофического уровня (как внутри вида, так и между видами), как правило, носят характер конкуренции, но могут на некоторых этапах жизни организмов быть мутуализмом (т. е. взаимопомощью). Внутривидовая конкуренция — прямая конкуренция — животные дерутся между собой до смерти. У растений — аллопатия — выделение токсинов — косвенная конкуренция — опосредованная, т.е. не напрямую. Конкуренция — такое взаимодействие, когда две популяции (или две особи) в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно, т.е. взаимно угнетают друг друга. Конкуренция является главным механизмом возникновения биологического разнообразия. Организмы, которые потенциально могут использовать одни и те же ресурсы, называются конкурентами. Растения и животные конкурируют друг с другом не только за корм, но и за влагу, жизненное пространство, убежища, гнездовья — за все, от чего может зависеть благополучие вида. Если конкуренты принадлежат к одному виду, то взаимоотношения между ними называют внутривидовой конкуренцией. Особи одного вида в природе конкурируют наиболее остро и жестко, поскольку имеют одинаковые потребности в экологических факторах. Если конкурирующие особи относятся к разным видам, то это межвидовая конкуренция. Результатом конкуренции может быть расширение области распространения одного вида за счет сокращения численности или исчезновения другого.

Стр. 156. Вспомните.

1. Какими взаимоотношениями связаны все организмы, входящие в состав одной экосистемы?

Ни один организм в природе не существует вне экосистем. И проявляется это в первую очередь в наличии огромного количества взаимосвязей данного организма с другими организмами и с абиотическими факторами. Эти связи – основное условие жизни организмов и их сообществ. Через эти связи реализуются механизмы круговорота биогенных веществ, механизмы передачи энергии, механизмы устойчивости экосистем. Эти связи настолько отточены ходом эволюционного процесса, что нарушение хотя бы одной из них может повлечь за собой цепь необратимых последствий вплоть до гибели экосистемы, точнее, вплоть до коренной перестройки ее структуры или замене другой экосистемой, как правило, более бедной. Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Внутривидовые связи мы будем рассматривать более подробно при изучении динамики популяций. Здесь же мы остановимся на межвидовых отношениях, которые оказывают наибольшее влияние на организацию экосистем. Эти взаимосвязи обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:

1. пищевые (трофические) связи – формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;

2. топические связи (от греческого слова топос – место) – основаны на особенностях местообитания, например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми, отношения между организмами и их паразитами и т.п.;

3. форические связи (от латинского слова форас – наружу) – отношения по распространению семян, плодов и т.п.;

4. фабрические связи (от латинского слова фабрикато – изготовление) – использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.

2. Какая энергия поддерживает постоянный круговорот веществ в экосистеме?

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле – солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

Стр. 158. Вопросы для повторения и задания.

1. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет её видовое разнообразие?

Разнообразие видового состава биоценозов обеспечивает реальное существование не столько цепей, сколько сетей питания, поскольку на каждом трофическом уровне находятся организмы разных видов, способные заместить друг друга в выполнении функций биотического круговорота веществ при изменении экологической ситуации. Чем разнообразнее пищевые цепи и сложнее их переплетение, тем устойчивее биоценоз. Действительно, в сложных цепях с большим видовым разнообразием экологические возможности разных видов дополняют и компенсируют друг друга. В результате даже при значительном изменении условий окружающей среды сложная система сохраняет свою целостность. Наиболее опасно (с точки зрения нарушения устойчивости) для экосистемы уменьшение биомассы продуцентов, а также повреждения на уровне таких элементов биотопа, как почва, вода, воздух.

2.Что такое равновесное состояние экосистемы?

Равновесное состояние экосистемы означает, что та биомасса (первичная продукция), которую синтезируют зеленые растения и другие автотрофы, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. При уменьшении потребностей консументов и редуцентов начинается накопление органического вещества, при увеличении – расходование его. Результатом накопления является, например, отложение торфа. Перерасход ведет к снижению численности консументов, а в некоторых случаях – к радикальным экологическим изменениям (козы, завезенные на мелкие тропические острова, истребили исходную растительность и привели к превращению лесов в полупустыню).

3. Приведите примеры быстрой смены экосистем.

Примером быстрой смены экосистем является зарастание озера. Сначала у берегов образуется сплавина – поверхностный слой влаголюбивых и водных растений. Затем происходит накопление торфа, постепенно заполняющего чашу водоема. В итоге озеро исчезает, сменяясь болотистым мелким лесом.

В случае смены сосняка ельником семена ели, попадающие в сосновый лес, сначала развиваются под сосновыми кронами. Затем, когда ели вырастают достаточно высокими, они начинают угнетать рост светолюбивых сосен. Ель же является растением теневыносливым и продолжает прекрасно развиваться. Со временем сосны в лесу замещаются елями; происходит смена и нижних ярусов: на место кустарничков и трав приходят мхи, устойчивые к недостатку света и повышенной влажности.

4. От чего зависит конечный этап развития экосистемы?

Конечный этап развития экосистемы зависит от климатических (прежде всего, годовые колебания температуры и количество осадков), почвенных и топографических условий. Например, в полярных широтах типичной экосистемой является тундра, в умеренном поясе – смешанные леса, в горах на высоте 2—3 км – альпийские луга. В случае водных экосистем важнейшее значение имеют температура и соленость воды, глубина и тип водоема.

В наше время в связи с усыханием Арала нарушился сложившийся водный баланс этого небольшого по площади моря. До 1960 г. Аральское море оказывало заметное «демпфирующее» влияние на климат прилежащих территорий. Поглощая тепло летом и отдавая его в окружающие пустыни зимой, море смягчало экстремальные выражения температур и стабилизировало условия жизни биоценозов Приаралья. Испаряемая морем влага уменьшала сухость воздуха и дефицит влаги, доступной живым организмам. После 60-х годов прошлого века шло прогрессирующее снижение уровня Арала: к 1979 г. его акватория сократилась на 16 тыс. км2 к 1985 г.— на 19 тыс. км2. В последующие годы с каждым метром снижения уровня моря обнажалось до 2 тыс. км2 его дна. Падение уровня воды в море влечет за собой снижение горизонта грунтовых вод – до 4 м в устье Амударьи и до 6—11 м в Кызылкумах. На обсохшем дне моря преобладают солончаково-песчаные массивы. В целом идет интенсивный процесс опустынивания, в котором ведущими факторами становятся поверхностное засоление почвы и ветровая деятельность, определяющая широкий перенос солевых частиц. Перечисленные изменения сказываются на состоянии экосистем прилежащей к бывшему побережью территории в полосе до 300 км и более. Солончаково-песчаные равнины вначале (на второй год после обнажения) колонизируются солянками. Сюда вселяются песчанки, малый тушканчик, домовая мышь; вслед за ними здесь появляются некоторые хищники (ласка, лисица, степной хорь). Появляются и копытные – кабан, местами – сайгак и джейран. Но уже через 3—4 года эти места превращаются в пухлые солончаки, лишенные растительности и животного населения. Падение уровня грунтовых вод влечет за собой расширение зоны сыпучих песков. Все это сказывается и на видовом составе, численности и условиях существования на прилежащих территориях Кызылкумов, Приаральских Каракумов, плато Устюрт. С течением времени условия на Земле (особенно для наземных экосистем) изменяются, что приводит к смене биоценозов.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, к чему приводит необоснованная и случайная акклиматизация новых видов. Приведите примеры, которые вам известны из курсов ботаники и зоологии.

Вот енотовидная собака, которую в середине прошлого века завезли в Центральную Россию из-за ее меха. Енотовидная собака прекрасно почувствовала себя в тех местах, куда её заселили. Она приняла это предложение человека, мало того енотовидные собаки стали очень быстро размножаться, стали вытеснять лис из привычных мест обитания, стали их лишать кормовой базы. Другой пример – моллюск рапан, которого в моря Старого Света завезли от американских берегов на днищах кораблей. Теперь он в Черном море расплодился неимоверно и пожрал всю популяцию мидий. Сейчас крупных мидий там практически не встретишь.

Стр. 159. Вспомните.

1. Приведите примеры негативного и позитивного влияния человека на окружающую среду.

Положительное: Строительство заповедников, заказников, национальных парков, защита и забота о животных и растениях, высадка леса.

Отрицательное: Загрязнение атмосферы и гидросферы, вырубка лесов, активная добыча полезных ископаемых (особенно открытым способом), истребление животных и растений, активное вмешательство в процессы естественного отбора, изменение пищевых цепочек. Преобладает негативное воздействие. Причины кроются в отсутствии жёсткого экологического регулирования в большинстве стран, быстрый рост населения планеты, индустриализация и огромное количество возникших экологических проблем за последний век, которые человечество пока не научилось эффективно решать.

2. Что такое агроценозы?

Агроценоз (от греч. ἀγρός, читается agros – поле, κοινός, читается koinos – общий) – биогеоценоз, созданный человеком. Обладает определённым видовым составом и определёнными взаимоотношениями между компонентами окружающей среды. Их высокая продуктивность обеспечивается интенсивной технологией подбора высокоурожайных растений, удобрений.

Стр. 162. Вопросы для повторения и задания.

1. Сформулируйте, что такое экологическое нарушение. Приведите примеры подобных явлений.

Экологические нарушения – это внезапные изменения в естественных экосистемах, которые вызывают резкое увеличение численности популяций одних видов и гибель других. Чаще всего эти изменения вызываются действиями человека. Примером экологических нарушений является уничтожение воробьев в Китае. Птицы наносили вред посевам, и потому было принято решение их уничтожить. В результате в огромном количестве размножились насекомые-вредители, численность которых ранее контролировалась воробьями. Другой пример – ввоз кроликов в Австралию. В отсутствие ограничивающего действия хищников они распространились по всему континенту, нанося вред пастбищам, и стали бедствием для овцеводов. Впрочем, овцы также являются причиной экологических нарушений, серьезно обедняя видовое разнообразие трав на пастбищах. В 1938—1939 гг. в Бразилии разразилась крупнейшая вспышка малярии, унесшая около 12 тыс. жизней. При исследовании причин этой эпидемии выяснилось, что в 1929 г. в Бразилию на скоростном истребителе, прилетевшем из Южной Африки,попало какое-то количество малярийных комаров. Размножение этих комаров и вызвало в конечном итоге вспышку заболевания. Местные виды малярийного комара плодились только в затененных участках водоемов, среди сплошных лесов, где не было постоянного населения; поэтому до тех пор и не было эпидемических вспышек малярии.

Известно отрицательное влияние плотин гидроэлектростанций на воспроизводство запасов рыб в связи с перекрытием нерестовых путей; специальные каналы для пропуска рыбы строятся далеко не везде, и не все рыбы эффективно их используют. Создаваемые плотинами водохранилища также нередко подрывают запасы рыб, прежние нерестилища. Кроме того, неустойчивость водного режима водохранилищ нередко бывает причиной обсыхания нерестилищ при резких сбросах воды.

2. Чем отличаются агроценозы от естественных экосистем? Назовите известные вам агроценозы.

Агроценоз составляют организмы, обитающие на сельскохозяйственных угодьях – землях, занятых посевами и посадками культурных растений. Как в естественном биогеоценозе, так и в агроценозе, комплексы организмов, входящие в его состав, формируют трофические цепи; между ними также возникают и другие типы взаимоотношений. Агроценозы имеют ряд характерных отличий от естественных экосистем:

1. Кроме солнечной энергии для поддержания агроценозов необходимы затраты дополнительной энергии: химической в виде удобрений, механической в виде работы мышц человека и животных, а также энергии горючих материалов и электричества.

2. Видовое разнообразие организмов резко снижено и представлено отдельными сельскохозяйственными культурами, иногда даже только одной, с сорняками и вредителями сельскохозяйственных растений, а также ограниченным количеством видов домашних животных.

3. Доминирующие виды растений и животных находятся под контролем искусственного отбора. Агроценозы организуются таким образом, чтобы получать максимальное количество продуктов питания. В настоящее время около 10 % свободной от льда суши занято пахотными землями, еще 20 % используется как пастбища. Существует два основных типа сельскохозяйственных экосистем: экстенсивные и интенсивные агроценозы. Первые существуют с использованием в основной мышечной энергии человека и животных. Продукция этих систем используется для питания семей мелких фермеров и для продажи или обмена на местном рынке. Вторые связаны с крупными затратами химической энергии и машин. Продукты питания производятся здесь в количестве, превышающем местные потребности, и они вывозятся на продажу, играя важную роль в экономике. Примерами агроценозов являются разнообразные искусственно созданные экосистемы: поля, сады, огороды, рыборазводные пруды и т.д.

3. Как, по вашему мнению, можно сократить потери энергии в цепях питания в искусственном сообществе организмов – агроценозе?

Для минимизации потерь энергии необходимо создать систему, в которой все параметры по возможности учтены, а пищевые цепи – максимально укорочены. В случае растениеводства важно ослабить межвидовую конкуренцию (использование гербицидов против сорняков) и исключить возможных консументов – потребителей растительной биомассы (сельскохозяйственных вредителей). Вместе с тем нельзя забывать, например, о насекомых-опылителях. В случае животноводства важно как можно большее количество пищи предлагать в виде растительного (а не животного) корма, замещая, в частности, животные белки протеинами бобовых .

Еще раз подчеркнем, что, в отличие от биогеоценоза, агроценоз должен быть несбалансированной системой и создавать избыток первичной продукции. Тогда при изъятии части биомассы в качестве урожая система будет приводиться в равновесие, что служит важным условием ее стабильного существования.

4. Какая экосистема – естественная или искусственная – характеризуется большим видовым разнообразием?

Значительно большим видовым разнообразием характеризуются естественные экосистемы; в их состав входит множество популяций растений, животных, бактерий, грибов. В искусственной экосистеме основой пищевых цепей часто является единственный растительный вид, внесенный человеком. Кроме того, в состав искусственных экосистем может входить несколько видов консументов и редуценты. Сказанное относится не только к агроценозам (сельскохозяйственные угодья, теплицы), но и, например, к микроэкосистемам (аквариум, комнатные растения).

Подумайте и выполните.

1. Один из передовых методов современной агрономии – выращивание сортосмесей или посев разных видов на одном поле. Объясните, что это даёт с экологической точки зрения.

Приближение к естественной экосистеме, которая по продуктивности превосходит искусственную. Дает это повышение устойчивости посадок, более полное использование почвенных ресурсов, благоприятное воздействие растений друг на друга, повышение урожая.

2. Современные экологи считают, что мелкомасштабные смены сообществ поддерживают стабильность более крупных экосистем. Можете ли вы подтвердить или опровергнуть эту точку зрения?

Если мы вырубим небольшую часть тропического леса мы не увеличим его стабильность а возможно лишь уничтожим пару видов орхидей и насекомых. Вообще тема спорная, и зависит все от конкретного случая, иногда это так, но не всегда.

Стр. 162. Вспомните.

1. Какие уровни организации живой природы вам известны?

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 микроэволюции.

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.

2. Что такое биосфера?

Биосфера (от др.-греч. βιος – жизнь и σφαῖρα – сфера, шар) – оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

3. Каковы ее границы?

Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового экрана. Выше этой границы организмы жить не могут, так как там на них будут губительно действовать ультрафиолетовые лучи Солнца и низкая температура. Нижняя граница проходит по дну гидросферы и на глубине 4-5 км в земной коре материков (это зависит от того, на какой глубине температура горных пород достигает 100°С) . Наиболее обильна жизнью часть биосферы у земной поверхности и до глубины 200 м в гидросфере.

Стр. 165 – 166. Вопросы для повторения и задания

1. Расскажите о структуре биосферы.

Она состоит из нескольких взаимосвязанных типов вещества:

1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов (микроорганизмов, грибов, растений, животных).

2. Биогенное вещество – это минеральные или органические – вещества, созданные в результате жизнедеятельности живых организмов (газ, нефть, каменный уголь, известняки, трепел и т.д.).

3. Косное вещество – это вещества, которые формируются без участия живых организмов (в результате вулканизма, геотектонических процессов, падения метеоритов и т.д.).

4. Биокосное вещество – создается живыми организмами вместе с неживой природой (почвы).

2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, – атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера, или газовая оболочка Земли, состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа, озона и инертных газов. Атмосфера оказывает огромное влияние на физико-химические и биологические процессы на поверхности земли и в водной среде: кислород необходим всем живым организмам для дыхания; углекислый газ – источник углерода при фотосинтезе и хемосинтезе; азот в результате деятельности азотфиксирующих бактерий переходит в форму нитратов, усваиваемых растениями.

Гидросфера, или водная оболочка Земли, составляет около 70 % поверхности Земного шара. Наибольшие запасы воды сосредоточены в Мировом океане (до 95 %), остальные 5 % приходятся на пресные водоемы (озера, реки и т.д.). В воде обитает огромное количество живых организмов, причем их типовое разнообразие значительно выше, чем на суше. Состояние гидросферы – важнейший фактор, определяющий климатические условия различных географических областей. Литосфера— твердая оболочка Земли – включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Жизнь в литосфере главным образом сосредоточена в ее верхнем плодородном слое – почве, глубина которого не превышает нескольких метров. В строении почвы выделяют несколько горизонтов (сверху вниз): верхний, называемый спадом, следующий – гумусовый слой, обеспечивающий плодородие почв, и третий, состоящий в основном из смеси песка и глины.

3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?

Границы распространения живых организмов в биосфере определяются абиотическими факторами: количеством осадков, температурой, давлением, содержанием кислорода, уровнем ультрафиолетового излучения и др. Там, где эти факторы сильно отклоняются от оптимальных значений, жизнь становится невозможной (высокогорье, полярные зоны, пустыни, вулканы, пещеры).

Признаки жизни в атмосфере обнаруживаются вплоть до высоты 20 км (уровень озонового слоя), где можно встретить споры, бактерий, мельчайших членистоногих. Однако полноценные экосистемы располагаются вблизи поверхности планеты (в горах – до высоты 3-5 км). Водная оболочка Земли заселена практически полностью; живые организмы встречаются даже на дне Марианской впадины (глубина более 11 км). Вместе с тем основная часть биомассы сосредоточена в верхних слоях гидросферы, где возможно существование фотосинтетиков. Жизнь в литосфере почти полностью сосредоточена в почве, толщина которой может достигать нескольких метров. Однако бактерии в месторождениях полезных ископаемых (например, нефти) обнаружены на глубине до 3-4 км.

4. Как формируется биокосное вещество биосферы?

Биокосное вещество образуется в результате взаимодействия живых организмов и неорганической природы. Примерами биокосного вещества являются ил и почва. Первый этап почвообразования – это почти исключительно физико-химические процессы: солнечные лучи вызывают неравномерное нагревание горных пород, происходит их выветривание, вымывание и т. д. Но параллельно с этим начинают действовать и постепенно выходят на первый план биологические факторы: накопление органических остатков и за счет активности редуцентов формирование перегноя и гумуса. Начальные шаги в этом направлении осуществляют «пионеры жизни» – лишайники и цианобактерии, способные существовать практически на голых камнях и ускорять их разрушение. Затем, по мере накопления доступных для высших растений запасов минеральных веществ, к почвообразованию подключаются мхи, травы, кустарники и т.д.

5. Охарактеризуйте распределение биомассы на земном шаре.

В пределах границ биосферы живое вещество распределено очень неравномерно. В высоких слоях атмосферы, в глубине гидросферы и литосферы живые организмы встречаются редко. Жизнь главным образом сосредоточена на границе этих трех сред. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена растениями и только 0,8 % составляют грибы, животные и микроорганизмы. В Мировом океане это соотношение меняется: на долю растений приходится 6,3 % биомассы, а на долю животных и микроорганизмов – 93,7 %. Масса живого вещества составляет около 0,01—0,02 % от косного вещества биосферы, однако живые существа играют ведущую роль в геохимических процессах на Земле. Деятельность живых организмов является основой, обеспечивающей круговорот веществ в природе. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет около 232 млрд тонн сухого органического вещества. Оно постоянно преобразуется и разлагается, поставляя вещества и энергию, необходимые для обмена веществ всех живых организмов. Плотность биомассы увеличивается от полюсов к экватору, что в первую очередь связано с климатическими факторами. Максимальная плотность наблюдается в тех районах, которые в течение всего года обеспечены теплом и влагой (тропические леса, мелководье теплых морей и пр.).

Подумайте и выполните.

1. К какому типу веществ биосферы можно отнести янтарь, сброшенные рога оленя, опавшие листья, торф, пыльцу растений, паутину? Объясните свой выбор.

Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

2. Охарактеризуйте организмы, которые обитают вблизи границ биосферы. Как вы считаете, какими свойствами должны обладать такие организмы?

Чаще всего такие организмы не высоко развиты, их строение примитивно, в основном это бактерии и грибы (хотя есть и животные растения), обитающие там организмы должны заботиться о тяжелых условиях (добыча пищи-свечение, выживании).

Стр. 166. Вспомните.

1. Какое вещество В. И. Вернадский называл живым; косным?

Живое вещество – это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах и соответственно различающихся массой, химическим составом и энергией. В таком случае оно может изучаться научными методами естествознания. Однако В.И. Вернадский создал на базе такого узкоспециального изучения живого уникальное учение о биосфере. И он отдавал себе отчет в новизне и значимости своих результатов.

Под косным веществом В. И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

2. Что называют круговоротом веществ в природе?

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.

Стр. 170. Вопросы для повторения и задания.

1. В чём заключается влияние живых организмов на биосферу?

Живые существа способствуют переносу и круговороту веществ в природе. Благодаря деятельности фотосинтетиков в атмосфере снизилось количество углекислого газа, появился кислород и сформировался защитный озоновый слой. Деятельность живых организмов определяет состав и структуру почвы (переработка редуцентами органических остатков), предохраняет ее от эрозии. В значительной мере животные и растения определяют также содержание различных веществ в гидросфере (особенно в небольших по размеру водоемах). Некоторые организмы способны избирательно поглощать и накапливать определенные химические элементы – кремний, кальций, иод, серу и т.д. Результатом активности живых существ являются отложения известняков, железных и марганцевых руд, запасов нефти, угля, газа.

2. Расскажите о круговороте воды в природе.

Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоемов и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород и делает составляющие их минералы доступными для растений, микроорганизмов и животных. Она размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей – важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.

Растения участвуют в круговороте воды двояким способом: извлекают ее из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород поступает в атмосферу.

Животные потребляют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют ее во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.

3. Какие организмы поглощают диоксид углерода из атмосферы?

Диоксид углерода из атмосферы поглощают фотосинтезирующие организмы, которые усваивают его и запасают в виде органических соединений (в первую очередь глюкозы). Диоксид углерода из атмосферы поглощают фотосинтезирующие организмы, которые усваивают его и запасают в виде органических соединений (в первую очередь глюкозы). Кроме того, часть атмосферного углекислого газа растворяется в воде морей и океанов, а затем в форме ионов угольной кислоты может захватываться животными – моллюсками, кораллами, губками, использующими карбонаты для построения раковин и скелетов. Результатом их активности может быть образование осадочных пород (известняков, мела и др.).

4. Опишите путь возвращения связанного углерода в атмосферу.

Углерод поступает в биосферу в результате фиксации его в процессе фотосинтеза, Количество углерода, ежегодно связываемого растениями, оценивается в 46 млрд т. Часть его поступает в тело животных и освобождается в результате дыхания в виде СО2, который вновь поступает в атмосферу. Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счет вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя основная часть поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океаном и откладывается в виде карбонатов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно повышается.

5. Какие факторы, кроме деятельности живых организмов, влияют на состояние нашей планеты?

Кроме деятельности живых организмов на состояние нашей планеты влияют абиотические факторы: движение литосферных плит, вулканическая активность, реки и морской прибой, климатические явления, засухи, наводнения и другие природные процессы. Некоторые из них действуют очень медленно; другие же способны практически мгновенно изменить состояние большого количества экосистем (масштабное извержение вулкана; сильное землетрясение, сопровождаемое цунами; лесные пожары; падение крупного метеорита).

6. Кто впервые ввел в науку термин «ноосфера»?

Ноосфера (от греч. noos – разум) – это понятие, обозначающее сферу взаимодействия природы и человека; это эволюционно новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Впервые термин «ноосфера» в 1927 г. ввели в науку французские ученые Эдуард Леруа (1870—1954) и Пьер Тейяр де Шарден (1881—1955).

Подумайте и выполните.

1. Каково участие живых организмов в глобальных круговоротах веществ в природе?

Все без исключения геохимические функции живых организмов в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными. По истечении геологического времени различные организмы замещали друг друга, однако не происходило изменений их функции. Биологический круговорот – обмен веществ и энергии между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью живых организмов и носящий циклический характер. Из множества связанных друг с другом круговоротов отдельных биогеоценозов складывается установившийся за многие миллионы лет глобальный биогеохимический круговорот веществ биосферы, поддерживающий устойчивость жизни на планете.

Стр. 172. Вспомните.

1. Как протекала эволюция биосферы?

Биосфера находится в постоянном динамическом равновесии и развитии. На начальном этапе развития биосферы живые организмы использовали органические соединения первичного океана. Углекислый газ, как побочный продукт обмена веществ, выделялся в атмосферу. Живые организмы довольно быстро использовали запасы органических веществ первичного океана. Преимущества получили и широко размножились микроорганизмы, например метановые бактерии, способные синтезировать органические соединения из углекислого газа и присутствующего в атмосфере водорода. В результате образовывался метан и высвобождалась энергия, использовавшаяся для процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Метан поступал в атмосферу и под действием ультрафиолетового излучения превращался в водорастворимые органические соединения, которые вновь возвращались в воду. В то время, по мнению ученых, в составе атмосферы концентрация метана, определявшаяся жизнедеятельностью организмов, оставалась примерно на одном уровне . Такое состояние могло сохраняться до тех пор, пока в земной атмосфере было значительное количество водорода. Когда же запасы газообразного водорода истощились, метановые бактерии уже не могли перерабатывать углекислый газ в метан и таким образом лишились источника энергии для синтеза собственных питательных веществ. Необходимо было найти источник получения энергии. Им стал фотосинтез. У первых фотосинтезирующих микроорганизмов, как и у современных цианобактерий, фотосинтез протекал без выделения кислорода. На следующем этапе эволюции появились организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в качестве побочного продукта в атмосферу стал выделяться кислород. Это вело к изменению состава атмосферы Земли. Теперь в ней становилось все больше кислорода. Живые организмы использовали его для получения энергии. Появился процесс дыхания.

2. Какова роль человека в биосфере?

Воздействие человека на биосферу – процесс, при котором в биосфере резко ускоряется миграция атомов по сравнению с естественными биогеохимическими процессами. Количество элементов, включающихся в круговорот, увеличивается и усиливает давление на неорганическую среду: создается искусственная оболочка Земли – ноосфера. Познание закономерностей взаимоотношений человека с биосферой, разумное управление процессами, происходящими в природе, регулирование отношений человека с природой – главная задача экологии в мировом масштабе. Человек – часть биосферы, без которой он существовать не может.

Стр. 178. Вопросы для повторения и задания.

1. Как отражалась на окружающей среде деятельность первобытного человека?

Уже более 1 млн лет назад питекантропы добывали пищу путем охоты. Неандертальцы использовали для охоты разнообразные каменные орудия, загоняли добычу коллективно. Кроманьонцы создали силки, остроги, копьеметалки и другие приспособления. Однако все это не вносило серьезных изменений в структуру экосистем. Воздействие человека на природу усилилось в эпоху неолита, когда все большее значение стали приобретать скотоводство и земледелие. Человек начал разрушать естественные сообщества, не оказывая, однако, пока еще глобального воздействия на биосферу в целом. Тем не менее, нерегулируемый выпас скота, а также сведение лесов ради топлива и под посевы уже в то время изменяли состояние многих природных экосистем.

2. К какому периоду развития человеческого общества относится зарождение сельскохозяйственного производства?

Сельское хозяйство появилось после окончания оледенения в эпоху неолита (нового каменного века). Обычно этот период датируют 8—3 тысячелетиями до н. э. В это время человек одомашнил несколько видов животных (сначала собаку, затем копытных – свинью, овцу, козу, корову, лошадь) и начал возделывать первые культурные растения (пшеницу, ячмень, бобовые).

3. Назовите причины возможного возникновения недостатка воды в ряде районов мира.

Недостаток воды может возникнуть в результате различных действий человека. При возведении плотин, изменении русла рек происходит перераспределение водостока: одни территории заливаются, другие начинают страдать от засухи. Усиленное испарение с поверхности водохранилищ ведет не только к образованию дефицита воды, но и изменяет климат целых регионов. Поливное земледелие истощает запасы поверхностных и почвенных вод. Вырубка лесов на границе с пустынями способствует формированию новых территорий с недостатком воды. Наконец, причинами могут быть высокая плотность населения, чрезмерные потребности промышленности, а также загрязнение имеющихся водных запасов.

4. Как сказывается на состоянии биосферы уничтожение лесов?

Сведение лесов катастрофически ухудшает состояние биосферы в целом. В результате вырубки усиливается поверхностный сток воды, что повышает вероятность наводнений. Начинается интенсивная эрозия почвы, ведущая к разрушению плодородного слоя и загрязнению водоемов органическими веществами, цветению воды и т. п. Сведение лесов увеличивает количество углекислого газа в атмосфере, что является одним из факторов усиления парникового эффекта; в воздухе растет количество пыли; актуальна и опасность постепенного уменьшения количества кислорода. Вырубка крупных деревьев разрушает устоявшиеся лесные экосистемы. Они сменяются гораздо менее продуктивными биоценозами: мелколесьем, болотами, полупустынями. При этом могут безвозвратно исчезать десятки видов растений и животных.

В настоящее время основными «легкими» нашей планеты являются экваториальные тропические леса и тайга. Обе эти группы экосистем нуждаются в чрезвычайно бережном отношении и охране.

Стр. 179. Подумайте и выполните.

1. К каким отрицательным экологическим последствиям приводит сооружение на реках каскада гидроэлектростанций?

Заболачивание территории, при аварии на ГЭС может произойти затопление территорий.

2. В чём преимущества и недостатки тепловых электростанций?

Преимущества: Независимость от природных условий, многообразие способов преобразования, быстрая реакция к потребности потребителя, оптимированная технология, технические аварии без тяжёлых экологических последствий, параллельное использование тепловой энергии на нужды ЖКК.

Недостатки: выбросы углекислого газа в атмосферу, дороговизна фильтерблоков для очистки выхлопа, энергоресурсы должны находиться недалеко от электростанций.

Стр.180 Вспомните.

1. Какие глобальные экологические проблемы вам известны?

Среди них наиболее актуальны:

изменение климата Земли

загрязнение воздушного бассейна

разрушение озонового слоя

истощение запасов пресной воды и загрязнение вод Мирового океана

загрязнение земель, разрушение почвенного покрова

оскудение биологического разнообразия

2. Приведите примеры экологических проблем вашего региона.

На Урале очень много экологических проблем. По всему Уралу длительное время работает множество заводов по переработке полезных ископаемых, которых на Урале добывалось и добывается великое множество.

Весь Урал практически «перекопали». Очень много отходов скопилось в природе Урала. Здесь горы шлаков, отработанной породы, ядовитых смывов, свалок. Реки Урала очень страдают от деятельности людей. Многие из них превратились в сточные канавы, например река Исеть г. Екатеринбурга. Ведь не зря же её прозвали в народе «Вонючка». А таких рек много. А атмосфера загрязнена до такой степени, что дышать становится тяжело. Очень многими заболеваниями здесь болеют люди… Помогают этому еще и радиоактивные вкрапления в наши реки, таких рек, как речка Теча, как озеро Карачай. Эти объекты — наша боль. И надо как-то помочь им. Этим занимаются в России, но пока улучшений нет. Увеличение стоков, отходов отразилось и на подземных водах. Они также загрязнены, а много подземных вод используется для бытовых нужд людей. Для того, чтобы улучшить экологическую ситуацию, надо организовывать заказники, заповедники, побольше парков. Строить улучшенные очистные сооружения, чтобы освободить нашу землю, наши реки и озера от грязи.

Стр. 185. Вопросы для повторения и задания.

1. Что является причиной и каковы последствия загрязнения атмосферы?

На ранних этапах истории Земли атмосферу загрязняли только извержения вулканов и лесные пожары. После появления человека, который стал активно использовать огонь, воздействие на атмосферу стало гораздо сильнее. Развитие промышленности и транспорта привело к ее сильному загрязнению. Последствиями загрязнения являются:

кислотные дожди – возникают в результате растворения оксидов серы и азота в каплях атмосферной влаги; обычны для окрестностей металлургических и химических комбинатов (например, медеплавильных заводов); оказывают разрушающее действие на растения, почву, водоемы, здания (в том числе на памятники архитектуры);

парниковый эффект – задержка тепла у поверхности Земли из-за повышенной концентрации в атмосфере метана и СО2; приводит к постепенному росту средней температуры планеты, что может вызвать серьезные климатические изменения, а также таяние ледников, рост уровня Мирового океана и затопление части суши;

смог – ядовитый туман, образуется под действием солнечного света из веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей; вредно действует на организм человека, на животных и растения;

озоновые дыры – области истончения озонового слоя планеты; при этом поверхности Земли начинает достигать слишком большое количество солнечной радиации, что опасно для всего живого; ученые считают, что причина образования озоновых дыр – накопление в атмосфере продуктов распада хладагентов (хлорфторуглеводородов холодильных установок).

2. Как сказывается хозяйственная деятельность человека на структуре и плодородии почвы.

Плодородный слой почвы в природных условиях формируется очень долго. В то же время с громадных площадей, занятых сельскохозяйственными культурами, ежегодно изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора – главных компонентов питания растений. Истощения почв не наступает только потому, что в культурном земледелии на поля ежегодно вносятся органические и минеральные удобрения. Сохранению плодородия почвы способствуют и севообороты, направленные на создание условий для накопления в почве азота (посевы бобовых) и затрудняющие размножение вредителей культурных растений. Неблагоприятные изменения в почве наступают при посеве одних и тех же культур в течение длительного времени, засолении при искусственном орошении, заболачивании при неправильной мелиорации. В результате плодородие почвы постепенно падает. Именно эти процессы, наряду с вырубкой лесов, привели к превращению в пустыни и полупустыни многие зоны древнего земледелия (Египет, Междуречье, Средняя Азия).

К числу антропогенных изменений почвы относится эрозия (от лат. «эродере» – разъедать). Эрозия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром. Особенно разрушительна водная эрозия. Она развивается на склонах при неправильной обработке земли. С талыми и дождевыми водами в промоины и овраги с полей уносятся миллионы тонн почвы.

3. К каким последствиям приводит загрязнение вод Мирового океана?

Загрязнение вод Мирового океана представляет собой серьезнейшую проблему. С речным стоком, из атмосферы с дождем, при промывании нефтяных танкеров, при добыче нефти на океанском шельфе в воду попадает огромное количество свинца (до 50 тыс. т), нефти (до 10 млн т), ртути, пестицидов, бытовых отходов и т. д. Это приводит к гибели многих организмов, особенно в прибрежной зоне и в районах традиционных маршрутов морских судов. Особенно вредное воздействие на морских обитателей оказывает нефть. Нефтяные пленки на поверхности морей и океанов не только отравляют живые организмы, обитающие в поверхностном слое, но и уменьшают насыщенность воды кислородом. В результате замедляется размножение планктона – первого звена пищевой цепи в морях и океанах. Многокилометровые нефтяные пленки на поверхности воды уменьшают ее испарение и тем самым нарушают водообмен между океаном и сушей.

4. Каково прямое влияние человека на растительный и животный мир Земли?

Человек стал оказывать влияние на окружающую его природную среду с тех пор, как перешел от собирательства к охоте и земледелию. Результатом охоты явилось исчезновение ряда видов крупных млекопитающих и птиц (мамонтов, бизонов, морских коров и др.) – Многие виды стали редкими и находятся на грани исчезновения. Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями сельскохозяйственных культур. До сих пор в результате подсечного земледелия сводятся тропические леса в Африке и Латинской Америке (бассейн Амазонки).

С середины XIX в. все большее значение начинают приобретать воздействия на природу, связанные с развитием промышленности, сопровождающиеся изменениями ландшафта вследствие добычи полезных ископаемых и поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ.

Загрязнение – это привнесение в какую-либо среду новых, нехарактерных для нее веществ или превышение естественного уровня этих веществ в среде. Можно сказать также, что загрязнение – это нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик воздуха, земли и воды, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное влияние на жизнь самого человека, нужных ему растений и животных, на разного рода производственные процессы и условия жизни. Процессы глобального загрязнения и разрушения почвы, гидросферы, атмосферы нашей планеты заходят все глубже; с ними тесно связаны проблемы здравоохранения, дефицита энергии, пищевых ресурсов и др.

Вместе с тем все больше примеров не только разрушительной, но и созидательной (по отношению к биосфере) деятельности человека: сохранение редких животных, создание природоохранных зон, заповедников и заказников, экологически чистые промышленные технологии и т. д. Наибольшую важность представляют изменения в мировоззрении людей, развитие их экологической грамотности и ответственности, переход от позиции «покорителя природы» к осознанию необходимости защиты и охраны окружающей среды, к пониманию того, что человечество является частью биосферы и в случае ее разрушения само окажется на краю гибели.

5. Какое воздействие на биогеоценозы и биосферу в целом оказывает расширение сельскохозяйственного производства?

Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями сельскохозяйственных культур. Это, в свою очередь, негативно сказывается на состоянии биосферы в целом. Во многих регионах планеты естественные экосистемы практически полностью замещены агроценозами. До сих пор в результате подсечного земледелия сводятся тропические леса в Африке и Латинской Америке (бассейн Амазонки).

Несовершенство большинства агроценозов приводит к падению плодородия и эрозии почвы, загрязнению водоемов, истощению запасов воды. В погоне за урожайностью нередко в жертву приносится качество сельскохозяйственной продукции, а значит, обостряются проблемы, связанные со здоровьем населения, и т.д.

Подумайте и выполните.

1. Что является источником питьевой воды в том районе, где вы живёте?

В настоящее время на территории Южных очистных сооружений начато строительство второй очереди цеха оксихлорида алюминия (вещество необходимое для качественной очистки воды). Этот цех будет крупнейшим в мире по производству оксихлорида алюминия. Производство этого вещества дает возможность очистить воды не только Южных территорий, но и Екатеринбурга. Программа «Чистая вода» предусматривает производство 7 тысяч тонн оксихлорида алюминия в год, которое будет отчищать очистные фильтры станций города и даже продавать избытки этого вещества.

2. Каковы основные экологические проблемы того региона, в котором вы живёте? Чем они вызваны?

В настоящее время, Средний и Южный Урал являются антропогенно-природными районами, в которых преобладают селитебные и промышленные, горнодобывающие и лесохозяйственные, пастбищные и пашенные ландшафты. На месте таких гор как Магнитная, Высокая и гора Благодати появились огромные карьеры. Начало экологического неблагополучия в районе содержится в истории развития его промышленности. В первую очередь, здесь находятся отрасли, которые больше всего загрязняют природную среду. Во-вторых, во многих производствах и на сегодняшний день используются довольно старые технологии, большинство из которых появились в жестокие военные годы, в то время, когда об охране природы ни кто не думал и не заботился. В основном, строительство большинства Уральских городов происходило в межгорных котловинах, которые располагались очень близко к предприятиям. Это и вызвало такую повышенную загазованность. Основные промышленные центры Урала занимают лидирующие позиции в списке неблагоприятных для жизни российских городов. Это связано с кислотными дождями и твердыми отходами производства. Около них, на протяжении большого количества километров довольно сильно обеднена, а порой и практически просто уничтожена местная флора и фауна. Наиболее сильному загрязнению подверглись и большинство уральских рек и озер, которые совсем недавно вызывали восхищение людей своими прозрачными водами и довольн6о живописными берегами.

Стр. 186. Вспомните.

1. Какие экологические проблемы считают глобальными; региональными?

Пример локальной экологической проблемы – завод, сбрасывающий без очистки в реку свои промстоки, вредные для здоровья людей. Это – нарушение закона. Органы охраны природы или даже общественность должны через суд оштрафовать такой завод и под угрозой закрытия заставить его строить очистные сооружения. Особой науки при этом не требуется. Примером региональных экологических проблем может служить Кузбасс1 – почти замкнутая горах котловина, заполненная газами коксовых печей и дымами металлургического гиганта, об улавливании которых при строительстве никто не думал, или высыхающее Аральское море с резким ухудшением экологической обстановки на всей его периферии, или высокая радиоактивность почв в районах, прилегающих к Чернобылю. Для решения таких проблем уже нужны научные исследования. В первом случае – разработка рациональных методов поглощения дымовых и газовых аэрозолей, во втором – точные гидрологические исследования для выработки рекомендаций по увеличению стока в Аральское море, в третьем – выяснение влияния на здоровье населения длительного воздействия слабых доз радиации и разработка методов дезактивации почв. По-прежнему в бесконечной Вселенной по орбите вокруг Солнца безостановочно вращается небольшая планета Земля, каждым новым витком как бы доказывая незыблемость своего существования. Лик планеты беспрестанно отражают спутники, посылающие на Землю космическую информацию. Но лик этот необратимо меняется. Антропогенное воздействие на природу достигло таких масштабов, что возникли проблемы глобального характера.

Стр. 192. Вопросы для повторения и задания.

1. Что такое предельно допустимые концентрации (ПДК)?

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает каких-либо болезненных изменений в организме человека. ПДК установлена для тяжелых металлов (свинца, меди, ртути), радиоактивных элементов (уровень радиации), оксидов азота и серы, угарного газа, большого количества органических соединений (например, содержащих бензол и фенолы).

2. Какие способы снижения загрязнения окружающей среды используют на промышленных предприятиях?

Наиболее эффективным и современным способом снижения загрязнения окружающей среды является организация на промышленных предприятиях замкнутых циклов производства. В этом случае, например, вода вообще не сбрасывается в реки, а вновь и вновь используется в технологических процессах. Если же такой сброс все же происходит, необходима система глубокой очистки сточных вод (в том числе с применением особых штаммов бактерий – редуцентов органических соединений). Обязательным требованием является установка на трубах предприятий дымо- и пылеуловителей. Особую проблему представляют твердые отходы. При невозможности сжигания в особых высокотемпературных печах производится их накопление в отвалах и последующее захоронение на максимально возможной глубине с учетом расположения подземных вод, сейсмоопасности района и т.д. Поверхностный слой почвы на месте бывших отвалов должен быть рекультивирован. В настоящее время наиболее «грязными» производствами являются тепловые электростанции (сжигание огромного количества жидкого и твердого топлива), нефтеперерабатывающие и химические заводы, металлургические комбинаты.

3. Известны ли вам какие-либо международные соглашения, направленные на решение общих экологических проблем?

Примерами международных соглашений в области экологии являются:

Монреальское соглашение (1987) о запрете на использование хлорфторуглеводородов – веществ, разрушающих озоновый слой.

Киотский протокол (1997), ограничивающий выброс в атмосферу углекислого газа и других соединений, усиливающих парниковый эффект.

Стокгольмская многосторонняя ядерно-экологическая программа (2003).

В настоящее время активно развивается новая отрасль права – Международное экологическое право.

4. Расскажите, что вам известно о работе природоохранных организаций, направленной на сохранение исчезающих видов.

В 1948 г. был создан МСОП – Международный союз по охране природы и природных ресурсов. В настоящее время он является крупнейшей природоохранной организацией и объединяет около 80 государств (в том числе Российскую Федерацию в лице Министерства природных ресурсов). Союз издает Красную книгу редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных.

Всемирный фонд дикой природы, эмблемой которого является панда, создан в 1961 г. В настоящее время он объединяет около 30 национальных отделений. Специалистами фонда выявлено 200 важнейших экологических регионов планеты, 16 из которых находятся в России . Лишь к концу 90 годов прошлого столетия биоцентрические аспекты в экологии вновь стали звучать в полную силу. Организационно это выразилось в принятии и осуществлении ряда международных экологических программ, в которых основой являются проблемы биологического содержания. Начиная с 1964 г. в рамках Международной Биологической Программы (IВР) проводилось изучение продуктивности экосистем различных областей земного шара, механизмов и закономерностей этого процесса. Исследования последствий влияния деятельности человека на биосферу объединены программой «Человек и биосфера» (МАВ, 1968). Активно осуществляется международная программа по биологическому разнообразию и ряд других. Все эти программы нацелены на комплексное изучение экосистем, в том числе в целях повышения их продуктивности и эффективности их охраны. Большое место биологические проблемы занимают и в обширной международной программе «Глобальные изменения» (Global change), в основе которой лежит многолетний комплексный мониторинг природных систем разного масштаба. Перечисленными выше и другими организациями ведутся работы по созданию заповедников, заказников, национальных парков и других охраняемых природных территорий. Огромное значение имеет искусственное разведение редких и исчезающих животных. Так, например, в Приокско-Террасном биосферном заповеднике (Московская область) действует питомник зубров и бизонов.

Подумайте и выполните.

1. Можно ли предотвратить экологическую катастрофу на Земле? Какую роль в этом играет международное сотрудничество?

Значительно труднее решить экологическую проблему. Человечество не может (и не должно) отказаться от той цивилизации, которая создана на сегодняшний день и которая не только порождает благополучие и комфортные условия существования современным людям, но также создает неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосферу на переход, исключающий возможность существования в ней человека. Такие флуктуации пока еще до конца не выявлены, что усложняет определение способов их подавления. Однако совершенно ясно, что экологические проблемы возможно решать только совместными усилиями всех стран, всех народов, всех людей. Нет сомнений, что понадобятся такие ограничительные меры, как снижение потребления энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и расходования важнейших полезных ископаемых. Необходимо изменить отношение к животному и растительному миру планеты, осознать демографические проблемы и сделать многое другое. Успешное решение всей совокупности возникших экологических и иных переходных проблем невозможно без научного предвидения результатов любой природопреобразующей и социальной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля при проведении в жизнь разрабатываемых мероприятий. Выход из надвигающегося экологического кризиса многие видят в радикальном изменении сознания людей, их нравственности, в отказе от взгляда на природу как объект бездушной эксплуатации ее человеком. Активность стихийной деятельности человека во многом зависит от этических норм его поведения.

2. Нужно ли определять ПДК канцерогенов? Объясните свою точку зрения.

Канцерогенами называются химические вещества, воздействие которых достоверно увеличивает частоту возникновения опухолей или сокращает период их развития у человека или животных.

3. Предложите возможные пути решения экологических проблем вашего региона.

Уральский район включает в себя 5 областей: Пермская, Свердловская, Челябинская, Оренбургская, Курганская, один автономный округ – Коми-Пермятский и две республики – Башкортостан и Удмуртия. Кузница России – один из самых богатых природными ресурсами и индустриально развитых регионов страны. Здесь расположены такие промышленные центры, как Нижний Тагил, Екатеринбург, Челябинск, Магнитогорск, Орск, Пермь, Уфа, Ижевск и др. Они лидируют по общему выбросу вредных веществ в окружающую среду. Попавшие в атмосферу твердые и жидкие частицы оседают на почве, загрязняя территории городов, леса и пашни. В окрестностях предприятий добывающей промышленности, черной и цветной металлургии содержание тяжелых металлов в почвах превышает ПДК в 50-2000 раз. Много лет на территории региона добывают полезные ископаемые, работают химические и нефтехимические производства. Это ведет к загрязнению окружающей среды нефтью, фенолами, аммиаком, бензолом, оксидами серы, углерода, азота и т. п. Недостаточно очищенные промышленные и бытовые стоки ухудшили качество воды в регионе. Наиболее сильно загрязнены реки Свердловской области. Вокруг многих промышленных центров обнаружено также загрязнение подземных вод, в том числе используемых для питьевого водоснабжения. Особую опасность представляет восточноуральский радиоактивный след (Челябинская область), образовавшийся в результате промышленных сбросов и аварийного выброса радиоактивных веществ в бассейне озера Карачай и реки Течи в 1949-1957гг. В городе Карабаш Челябинской области, где расположен комбинат, выделена зона экологического бедствия площадью 30 км. В этой зоне загрязнение окружающей среды достигло опасного уровня: общая заболеваемость здесь намного выше средних показателей по России. Отвалы пустой породы, шлаки и зола ТЭЦ, отходы металлургических предприятий занимают десятки тысяч гектаров. Часто токсичные отходы попадают на городские свалки или хранятся на предприятиях, в заброшенных карьерах. Удмуртии досталась “в наследство” проблема хранения и уничтожения химического оружия. Здесь находится более 25% всех запасов химических отравляющих веществ РФ. Многолетняя вырубка лесов на Среднем и Южном Урале на больших площадях приводит к уничтожению ценных пород, замене хвойных пород малоценными лиственными. Меры же по искусственному лесоразведению пока недостаточны. Основные направления улучшения экологической ситуации — совершенствование технологий эксплуатации природных богатств, строительство очистных сооружений на заводах и фабриках, создание заповедников и заказников.

Стр. 193. Ваша будущая профессия.

1. Выясните, какие новые профессии возникли в XX—XXI вв. в связи с общей экологизацией науки.

Что особенно важно для специалистов в области наук технического направления, в первую очередь для инженеров – строителей, инженеров в области химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и добывающей промышленности и т. д.

2. Докажите, что для разрешения современных экологических проблем необходима интеграция знаний и достижений всех наук и людей всех специальностей.

Таким образом, развитие науки представляет собой диалектический процесс, в котором дифференциация со-провождается интеграцией, происходит взаимопроникновение и объединение в единое целое самых различных направлений научного познания мира, взаимодействие разнообразных методов и идей. В современной науке получает все большее распространение объединение наук для разрешения крупных задач и глобальных проблем, выдвигаемых практическими потребностями. Так, например, сложная проблема исследования космоса потребовала объединения усилий ученых самых различных специальностей. Решение очень актуальной сегодня экологической проблемы невозможно без тесного взаимодействия естественных и гуманитарных наук, без синтеза вырабатываемых ими идей и методов.

3. Используя дополнительные источники информации, выясните, что является предметом изучения урбоэкологии.

Урбоэкология – комплекс градостроительных, медико-биологических, географических, экономических и технических наук, в рамках экологии человека изучают взаимодействие производственной и непроизводственной деятельности человека с окружающей средой на территории населенных мест и их систем. По определению В.П. Кудрявых: «Урбоэкология – это наука о взаимосвязи и взаимодействие во времени и пространстве двух систем – городской (в составе подсистем – социальной, технической, энергетической, информационной, управленческой, административной и др.) И естественной, а также о ноосферное управления урбоекосистеми .

Урбоекосистеми – это природно-территориальный комплекс (геокомплекс) со всей его иерархической структуре – от ландшафта до фации, который находится под непосредственным влиянием (прошлым, настоящим, будущим) города. Изучением природной подсистемы, то есть биогеоценотического слоя города, занимается урбоэкология. Она является одним из конструктивных направлений в экологии человека и одновременно специфическим направлением в градостроительной науке. Урбоэкология использует много принципов и методов медицинской, биологической, географической науки и других наук. Но она не представляет простую сумму этих наук, она отбирает из них только самое необходимое для решения градостроительных, преимущественно конструктивных задач, и оперирует всем многообразием урбанистических структур, градостроительных понятий, закономерностей и др. Таким образом, урбоэкология обогащает градостроительства экологическим подходом, одновременно вводя в экологии человека градостроительные представления, понятия, термины и методы. Урбоэкология – прикладная дисциплина, возникшая из потребностей практики, и планово-предметный аппарат разработан в ней более подробно чем ее теоретические основы.

4. В каких средних специальных и высших учебных заведениях можно получить специальность «эколог»? В каких сферах могут работать выпускники-экологи?

Организации, в которых работают выпускники:

1. Научно-исследовательские институты РАН.

2. Научно-исследовательские институты и региональные управления Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

3. Научно-исследовательские институты Федерального агентства по рыболовству.

4. Коммерческие рыбопромысловые и инженерно-изыскательские компании.

Получив специальность «Экология и природопользование», кем можно работать? Это: агроэколог, биоэколог, геоэколог, гидроэколог, эколог, эколог-аудитор, эколог-инспектор, эколог-природопользователь, ну и, конечно, самое очевидное, преподаватель пройденных дисциплин. Агроэколог занимается исследованием и защитой рационального использования земельных ресурсов, воды, воздуха, осуществляет комплекс мер по охране их от загрязнений. Также в его обязанности входит изучение, защита растений и животных в сельском хозяйстве от различных вирусов, грибков и болезней. Биоэкологи осуществляют свою деятельность в основном в лабораториях и исследовательских центрах. Их задача – изучение составляющих экосистемы и разработка мер по сохранению их баланса. Геоэкологи сопровождают все строительные работы. Любая стройка должны иметь заключение данного специалиста. Во-первых, он должен определить, насколько ущербным для природы будет возведение нового объекта, во-вторых, как окружающая среда отреагирует, какие катаклизмы и аварии могут происходить. Профессия гидроэколога связана с водохранилищами, реками, озерами, грунтовыми водами, их биологической составляющей и степенью безопасности в плане загрязнений. Разработка очистных сооружений, нормативная документация по использованию водных ресурсов, отчеты по проделанным работам – вот что предстоит делать этому специалисту. Эколог и эколог-инженер требуются на всех заводах и фабриках, а также в организациях, занимающихся добывающей промышленностью. Все действия участников рынка должны укладываться в нормы экологических предписаний, не превышать допустимые уровни по загрязнению и безопасности. Следить за всем этим и должен эколог. Аудиторы и инспекторы в области экологии работают в проверяющих органах, различных санитарно-эпидемиологических станциях, государственных службах по контролю, органах статистики. Их обязанность – проверка исполнения предписаний, наложение санкций на субъекты, нарушающие нормативы.