Простейшие автотрофы. Что такое гетеротрофы и автотрофы в биологии? Автотрофное питание. Фотосинтез, его значение

Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами.

Автотрофные организмы образуют так называемую первичную продукцию - биомассу органического вещества, которая в дальнейшем утилизируется другими организмами. К автотрофам относятся некоторые бактерии и все без исключения виды зеленых растений.

Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое "тело" из неорганических соединений. Каскад биохимических реакций, конечным продуктом которых являются белки и другие органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, требует значительных затрат энергии. По способу получения энергии автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы.

Фотоавтотрофные бактерии используют энергию солнечных лучей при синтезе органических веществ из двуокиси углерода по типу фотосинтеза у растений. Важным компонентом уитоплазмы таких микробов являются пигменты: бактериопурпурин, бактериохлорин и др. Основная функция пигментов - поглощение и аккумуляция энергии солнечного света. Наиболее типичными представителями группы фотоавтотрофов являются цианобактерии, пурпурные и зеленые серные бактерии.

Явление хемосинтеза у бактерий было открыто в 1888 г. выдающимся русским микробиологом С.Н. Виноградским (1856-1953), показавшим, что в клетках нитрофицирующих бактерий одновременно могут протекать процессы окисления аммиака в азотную кислоту и двуокиси углерода в различные органические соединения. Такие микроорганизмы стали называть хемоавтотрофами, т.е. получающими энергию в результате химических реакций. Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Единственным источником углерода для хемоавтотрофов служит углекислый газ. К группе хемоавтотрофов относятся бесцветные серные бактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др. Все автотрофные микроорганизмы являются свободноживущими формами и не патогенны для животных и человека.

Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО2 воздуха, но и из органических соединений. Такие бактерии получили название миксотрофы (от лат. mixi - смесь, т.е. смешанный тип питания). В зависимости от способа поглощения азота, микроорганизмы могут подразделяться на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.

Аминоавторофы синтезируют белок из минеральных соединений и из воздуха, это в основном почвенные бактерии. У зеленых растений в основе автотрофного типа питания лежит процесс фотосинтеза. Фотосинтез характерен как для высших растений, так и для водорослей, и, как уже упоминалось, фотосинтезирующих бактерий. Но наибольшего совершенства фотосинтез достиг все-таки у зеленых растений. Что же такое фотосинтез?

Под фотосинтезом понимают процесс образования необходимых для жизнедеятельности как самих фотосинтезирующих организмов, так и всех других организмов, сложных органических соединений из простых веществ за счет энергии света, поглощаемой хлорофиллом или другими фотосинтетическими пигментами. Начало исследованию фотосинтеза положили работы Дж. Пристли, Ж. Сенебье, Я. Ингенхауза.

Дж. Пристли (1733-1804) в 1771 г. показал, что воздух, "испорченный" горением или дыханием, вновь становится пригодным для дыхания под воздействием зеленых растений. Таким образом, было установлено, что зеленые растения способны поглощать углекислый газ (СО2) и выделять кислород (О2).Ж. Сенебье (1742-1809) доказал, что источником углерода для зеленых растений является углекислый газ (СО2), который усваивается ими под влиянием света.Ю. Майер (1814-1878) выдвинул гипотезу, в которой утверждалось, что единственным на Земле аккумулятором солнечной энергии являются растения.

Суммарно процесс фотосинтеза логично выразить таким образом:

6СО2 + 6Н2O - C6H12O6 + 6О2

Во второй половине XIX в. великий русский биолог К.А. Тимирязев открыл, что светопоглощающим элементом растительной клетки является хлорофилл. Хлорофилл входит в структуру хлоропластов. В одной растительной клетке содержится от 20 до 100 хлоропластов. Хлоропласты окружены мембраной, которая содержит большое количество мешочков - так называемых тилакоидов. В тилакоидах содержатся фотохимические центры и компоненты, участвующие в транспорте электронов и образовании аденозиитрифосфорной кислоты (АТФ). Тимирязевым была также доказана прямая зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза.

В 1905 г. появилась гипотеза о том, что фотосинтез может проходить и в темноте. Таким образом, процесс фотосинтеза составляют световая и теневая фазы. Однако биохимические доказательства этого предположения были получены лишь в 1937 г. английским исследователем Хиллом. Изучением световых и теневых реакций подробно занимались немецкий физиолог и биохимик Варбург. Главным итогом данного периода в изучении фотосинтеза является то, что было положено начало представлению о фотосинтезе как об окислительно-восстановительном процессе, где восстановление углекислого газа осуществляется при одновременном окислении донора водорода.

В 1941 г. советские ученые А.П. Виноградов установил, что источником выделяющегося при фотосинтезе кислорода является не углекислый газ, а вода. С середины XX в. изучению фотосинтеза способствовало создание новых методов исследования (изотопная технология, спектроскопия, электронная микроскопия и др.), позволивших вскрыть тонкие механизмы этого процесса. Наиболее значимыми в этот период являются работы отечественных ученых А.Н. Теренина, А.А. Красновского.

Схематично механизм фотосинтеза растений, водорослей, бактерий можно выразить следующим образом:

образование углеводов:

донор Н2 и источник О2 - вода

акцептор Н2 и источник С - СО2

образование аминокислот, белков, пигментов и других соединений:

акцептор Н2 и источник N2 - NO2-4

источник С - SO4-2

Значение фотосинтеза очень огромно. В результате фотосинтеза растительность Земли ежедневно образует более 100 млрд. т органических веществ (около половины приходится на долю растений морей и океанов), усваивая при этом около 200 млрд. т СО2, и выделяет во внешнюю среду около 145 млрд. т свободного кислорода.

Гетеротрофные организмы

Организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными.

Некоторые автотрофы - фотосинтезирующие зеленые растения - могут усваивать небольшое количество органических соединений. Некоторые растения-хищники (росянка, пузырчатка) используют органические соединения для азотного питания, а углеродное питание осуществляется посредством фотосинтеза. Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах.

В 1933 г. с помощью изотопного метода американские ученые подтвердили, что ярко выраженные гетеротрофы (грибы и бактерии) способны усваивать углерод, поглощая СО2. Для гетеротрофных бактерий источником углерода служат готовые органические соединения: сахара, спирты, молочная, лимонная и уксусная кислоты, а также воск, клетчатка и крахмал. Из микроорганизмов гетеротрофами являются возбудители брожения (спиртового, пропионово - кислого, молочно - кислого и маслянично - кислого), гнилостные и болезнетворные бактерии.

В зависимости от используемого субстрата, гетеротрофные микроорганизмы подразделяются на две обширные группы: мета - и паратрофы. Метатрофы используют органические соединения мертвых субстратов. В эту группу входят в основном гнилостные бактерии. Паратрофы используют органические соединения живых организмов. Именно эти микроорганизмы обычно вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений.

Гетеротрофы в качестве источника азота используют готовые аминокислоты: такой путь питания называют аминогетеротрофным. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Для них характерен голозойный тип питания. Поступление питательных веществ путем диффузии сменяется образованием органов для принятия пищи. Например, у простейших, наряду с так называемым сопрозойным способом питания (всасыванием пищи всей поверхностью клетки), имеется и анимальный способ, т.е. заглатывание питательных веществ псевдоподиями (выпячивание цитоплазмы), ресничками или жгутиками. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система.

Одним из начальных отделов пищеварительной системы является ротовой аппарат. Строение и функция ротового аппарата у животных разнообразно и зависит от вида корма; в основном различают грызущий, перетирающий, сосущий типы ротового аппарата. Животных условно подразделяют на фитофагов (растительноядные) и зоофагов (плотоядные). Однако имеются и промежуточные, или смешанные формы.

Применительно к животным, целесообразнее употреблять термин "пищеварение". Пищеварение - это начальный этап обмена веществ в организме, состоящий в том, что сложные питательные вещества, входящие в состав пищи, распадаются на элементарные частицы, способные к участию в дальнейших этапах обмена веществ. Например, жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, углеводы - до моносахаридов.

Для расщепления сложных веществ в организме животных и человека имеются разнообразные литические ферменты, часть органических веществ расщепляется симбиотическими микроорганизмами (в рубце жвачных и слепой кишке человека). Различают пищеварение в ротовой полости, желудочное и кишечное. В организации процесса переваривания корма у животных и пищи у человека важную роль играют нервная система и железы внутренней секреции. Таким образом осуществляется нервная и гуморальная регуляции пищеварительных процессов.

В ротовой полости пища подвергается механической обработке и действию ряда ферментов, в основном, амипазы и мальтазы. В желудке же пища претерпевает значительное химическое превращение. Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание.

Автотрофные и гетеротрофные организмы, входящие в состав биогенезов, взаимно связаны между собой так называемыми трофическими связями. Значение трофических связей в структуре экологических сообществ очень велико. Благодаря им осуществляется круговорот веществ на Земле.

Автотрофные организмы, ассимилируя неорганические вещества, используя энергию солнечного света или химических реакций, способствуют образованию так называемой первичной продукции - первичной биомассы или органического вещества. Первичная продукция утилизируется гетеротрофными организмами, и значительная роль в этом принадлежит фитофагам, о которых мы упоминали чуть ранее. Фитофаги, в свою очередь, становятся жертвами хищников - зоофагов. Отмершие останки животных и растений вновь превращаются в неорганические вещества, благодаря воздействию абиотических факторов внешней среды, а также организмов-редуцентов и гнилостной микрофлоры.

Автотрофы - всемирные «кормильцы»: они являются создателями органического вещества, которое затем потребляется гетеротрофами - животными, людьми, грибами и некоторыми растениями.

Конечно, автотрофы сами состоят из органических веществ, но для их получения им не требуется готовый продукт: они производят их самостоятельно из неорганических соединений.

Кто относится к автотрофам

Понятно, группа автотрофов практически целиком состоит из растений (также сюда относятся и некоторые бактерии). Никакие другие организмы не способны синтезировать органические вещества. Однако среди высших растений есть такие, которые утратили автотрофность или освоили новые способы получения пищи:

• Абсолютное большинство использует энергию солнечного света. Такие организмы называются фототрофами.
• Небольшая группа организмов, именуемая хемотрофами, использует энергию химических связей неорганических веществ - сероводорода, серы, железа и др.

К хемотрофам принадлежат исключительно микроорганизмы. Большинство их обитает на дне морей и океанов, куда не проникает солнечный свет. Там они являются единственными продуцентами, то есть организмами, непосредственно производящими органику. Фототрофы содержат хлорофилл - зелёный пигмент, с помощью которого и осуществляется фотосинтез. Однако некоторые бактерии способны к бесхлорофильному фотосинтезу: роль светочувствительного вещества в их организме выполняет белок бактериородопсин.

Вообще понятия «автотрофы» и «продуценты» зачастую отождествляются, хотя с научной точки зрения это не совсем корректно. Автотрофы - самое первое звено в мировой пищевой цепочке, без которых было бы невозможным разнообразие живых существ. Разумеется, автотрофы не осознают свою «великую миссию», и неорганические вещества для них - всего лишь еда, а не ингредиенты для «творчества».

Миксотрофы

Некоторое количество организмов при одних условиях является автотрофами, а при других - гетеротрофами. Классический, известный из школьной программы пример - эвглена зелёная. Это одноклеточная водоросль, которая на свету питается как растение, а в темноте - как животное.

Синезелёные водоросли (они же - цианобактерии) способны и к фотосинтезу, и к питанию готовыми органическими веществами, и к разрушению их до неорганических. И всё-таки автотрофность у таких организмов первична.

Синезелёные водоросли, по мнению современных учёных, участвовали не только в создании органического вещества: именно они в глубокой древности насытили земную атмосферу кислородом. Этот процесс носит название «кислородной катастрофы». Катастрофа - поскольку этот процесс привёл к крупному оледенению и изменению всей биосферы Земли. За производство значительной части кислорода они ответственны и сейчас.

Почему растения неподвижны?

Растения, за редким исключением, не способны к быстрым движениям. Не могут они и менять место проживания: дерево будет до конца жизни расти там, где упало семя. Такой образ жизни связан с автотрофным питанием. Действительно, растениям нет необходимости разыскивать пищу на какой-либо территории, достаточно задействовать свои врождённые способности к химическим реакциям.

Однако в этом заключается и слабость автотрофов: если семя попадёт в среду, начисто лишённую необходимых исходных веществ, оно не прорастёт. Конечно, нельзя сказать, что растения совершенно неподвижны. Их движения чаще всего связаны с поиском солнечного света - источника энергии.

Одни растения поворачивают венчик вслед за солнцем, другие раскрывают на свету листья. Одноклеточные растения, водоросли и бактерии снабжены жгутиками, ресничками и другими органами, благодаря чему способны быстро перебираться на освещённую сторону.

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии был назван питанием.

В 80-х гг. XIX в. немецкий биолог Вильгельм Пфеффер разделил все живые организмы по способу питания. Это деление сохранилось и до нашего времени.

Пфеффер исходил из того, что зеленое растение в природе не нуждается в притоке органического вещества извне, а само способно синтезировать его в процессе фотосинтеза. Растения, используя энергию солнечного света и поглощая минеральные вещества из почвы и воды, синтезируют органические вещества. Эти соединения служат растениям материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной химической энергии растения разлагают произведенные органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты и другие, завершая тем самым круговорот питательных веществ.

Только исключительно зеленым растениям природой дано искусство создавать органические вещества из воды и воздуха, используя солнечную энергию. Пфеффер назвал их автотрофами, что означает «самопитающиеся, самокормящиеся» (от греч. «авто» - сам, «трофе» - кормиться, питаться). Автотрофные растения не только кормятся сами, но и кормят все остальные живые организмы.

В зависимости от источника энергии автотрофы были поделены на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Первые используют для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии), вторые используют для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, серобактерии и др.).

По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов и осмотрофов. Фаготрофы питаются путем заглатывания твердых кусков пищи (животные), осмотрофы поглощают органические вещества в растворенном виде непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).

Некоторые живые организмы способны как к автотрофному, так и гетеротрофному питанию. Такие организмы называют миксотрофами. Они способны синтезировать органические вещества и питаться готовыми органическими соединениями. Например, насекомоядные растения, эвгленовые водоросли и др.

Среды жизни на планете Земля

Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания (жизненная среда, внешняя среда). По определению Н. П. Наумова (1963), среда – «все, что окружает организмы и прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание и размножение». Из среды обитания организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты своего обмена веществ.

Организмы могут вести свое существование в одной или нескольких средах жизни. Например, человек, большинство птиц, млекопитающих, семенных растений, лишайников являются обитателями только наземно-воздушной среды; большинство рыб обитают только в водной среде; стрекозы одну фазу проводят в водной, а другую - в воздушной среде.

Водная среда жизни

Водная среда характеризуется большим своеобразием физико-химических свойств благоприятных для жизни организмов. Среди них: прозрачность, высокая теплопроводность, высокая плотность (примерно в 800 раз превышает плотность воздуха) и вязкость, расширение при замерзании, способность растворять многие минеральные и органические соединения, большая подвижность (текучестью), отсутствие резких колебаний температур (как суточной, так и сезонной), способность одинаково легко поддерживать значительно отличающиеся по массе организмы.

Неблагоприятными свойствами водной среды являются: сильные перепады давления, слабая аэрация (содержание кислорода в водной среде минимум в 20 раз ниже, чем в атмосфере), недостаток света (особенно мало его в глубине водоемов), недостаток нитратов и фосфатов (необходимы для синтеза живого вещества).

Различают пресную и морскую воды, которые отличаются как по составу, так и по количеству растворенных минеральных веществ. Морская вода богата натрием, магнием, хлорид- и сульфат-ионами, тогда как в пресной воде преобладают кальций и карбонат-ионы.

Организмы, обитающие в водной среды жизни, составляют одну биологическую группу - гидробионтов.

В водоемах обычно различают два экологически особых местообитания (биотопа): толща воды (пелагиаль) и дно (бенталь). Организмы, обитающие там, получили названия пелагос и бентос.

Среди пелагоса различают следующие формы организмов: планктон - пассивно плавающие мелкие представители (фитопланктон и зоопланктон); нектон - активно плавающие крупные формы (рыбы, черепахи, головоногие моллюски); нейстон - микроскопические и мелкие обитатели поверхностной пленки воды. В пресных водоемах (озера, пруды, реки, болота и т.д.) подобная экологическая зональность не очень четко выражена. Нижняя граница жизни в пелагиали определяется глубиной проникновения солнечных лучей, достаточных для фотосинтеза и редко достигает глубины более 2000 м.

В бентали также выделяют особые экологические зоны жизни: зона плавного понижения суши (до глубины 200-2200 м); зона крутого склона, океаническое ложе (со средней глубиной 2800-6000 м); впадины океанического ложа (до 10000 м); кромка берега, заливаемая приливами (литораль). Обитатели литорали живут в условиях обильного солнечного освещения при невысоком давлении, с частыми и значительными колебаниями температурного режима. Обитатели зоны океанического ложа напротив существуют в полной темноте, при постоянно низкой температуре, дефиците кислорода и при огромном давлении, достигающем почти тысячи атмосфер.

Наземно-воздушная среда жизни

Наземно-воздушная среда жизни является самой сложной по экологическим условиям и обладает большим разнообразием областей обитания. Это обусловило величайшее многообразие сухопутных организмов. Абсолютное большинство животных в этой среде передвигаются по твердой поверхности - почве, а растения укореняются и ней. Организмы этой среды жизни называют аэробионтами (террабионтами, от лат. terra - земля).

Характерной особенностью рассматриваемой среды является то, что живущие здесь организмы существенным образом влияют на среду жизни и во многом сами создают ее.

Благоприятным для организмов характеристиками данной среды являются - обилие воздуха с высоким содержанием кислорода и солнечного освещения. К неблагоприятным чертам можно отнести: резкие колебания температуры, влажности и освещения (в зависимости от сезона, времени суток и географического положения), постоянный дефицит влаги и наличие ее в виде пара или капель, снега или льда, ветер, смена времен года, особенности рельефа местности и др.

Для всех организмов наземно-воздушной среды жизни характерны системы экономного расходования воды, разнообразные механизмы терморегуляции, высокая эффективность окислительных процессов, особые органы усвоения атмосферного кислорода, сильные скелетные образования, позволяющие поддерживать тело в условиях низкой плотности среды, различные приспособления для защиты от резких колебаний температур.

Наземно-воздушная среда по своим физико-химическим характеристикам считается достаточно суровой по отношению ко всему живому. Но, несмотря на это жизнь на суше достигла очень высокого уровня, как по общей массе органического вещества, так и по разнообразию форм живой материи.

Почва

Почвенная среда занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средами. Температурный режим, пониженное содержание кислорода, насыщенность влагой, присутствие значительного количества солей и органических веществ сближают почву с водной средой. А резкие изменения температурного режима, иссушение, насыщение воздухом, в том числе кислородом, сближают почву с наземно-воздушной средой жизни.

Почва - это рыхлый поверхностный слой суши, который представляет собой смесь минеральных веществ, полученных при распаде горных пород под воздействием физических и химических агентов, и особых органических веществ, возникших в результате разложения растительных и животных остатков биологическими агентами. В поверхностных слоях почвы, куда поступает самое свежее мертвое органическое вещество, обитает множество организмов-разрушителей - бактерий, грибов, червей, мельчайших членистоногих и др. Их активность обеспечивает развитие почвы сверху, тогда как физическое и химическое разрушение коренной породы способствует образованию почвы снизу.

Как среду жизни почву отличает ряд особенностей: большая плотность, отсутствие света, пониженная амплитуда колебаний температур, недостаточность кислорода, сравнительно высокое содержание углекислого газа. Кроме того, почва характеризуется рыхлой (пористой) структурой субстрата. Имеющиеся полости заполнены смесью газов и водными растворами, что определяет чрезвычайно большое разнообразие условий для жизни множества организмов. В среднем на 1м2 почвенного слоя приходится более 100 млрд. клеток простейших, миллионы коловраток и тихоходок, десятки миллионов нематод, сотни тысяч членистоногих, десятки и сотни дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных, сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов (актиномицетов), водорослей и других микроорганизмов. Все население почвы – эдафобионты (эдафобиус, от греч. edaphos – почва, bios - жизнь) взаимодействует между собой, образуя своеобразный биоценотический комплекс, активно участвующий в создании самой почвенной среды жизни и обеспечивающий ее плодородие. Виды, населяющие почвенную среду жизни, называют также педобионтами (от греч. paidos - дитя, т.е. в своем развитии проходящие стадию личинок).

У представителей эдафобиуса в процессе эволюции выработались своеобразные анатомо-морфологические особенности. Например, у животных - вальковатая форма тела, малые размеры, сравнительно прочные покровы, кожное дыхание, редукция глаз, бесцветность покровов, сапрофагия (способность питаться остатками других организмов). Кроме того, наряду с аэробностью широко представлена анаэробность (способность существовать при отсутствии свободного кислорода).

Организм как среда жизни

Как среда жизни организм для его обитателей характеризуется такими положительными особенностями как: легкоусвояемая пища; постоянство температурного, солевого и осмотического режимов; отсутствие угрозы высыхания; защищенность от врагов. Проблемы для обитателей организмов создают такие факторы как: нехватка кислорода и света; ограниченность жизненного пространства; необходимость преодоления защитных реакций хозяина; распространение от одной особи хозяев к другим особям. Кроме того, данная среда всегда ограничена во времени жизнью хозяина.

Таким образом, одна и та же среда может быть очень разнообразной. В жизненных средах имеются различные местообитания (биотопы). Своеобразие условий той или иной среды жизни обусловило многообразие живых организмов. При этом все среды жизни и сами постоянно претерпевают существенные изменения от жизнедеятельности организмов.

Некоторые общие закономерности действия экологических факторов

1. Экологические факторы способны оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на жизнь отдельных организмов и экосистем в целом.

Причем один и тот же экологический фактор может выступить в роли как прямодействующего, так и косвеннодействующего. Например, влияние температуры на растения чаще всего относится к прямодействующим фак­торам. Однако происходящее попутно нагревание почвы активизирует деятельность почвенных микроорганизмов, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для почвенного питания растений.

2. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом (закон совокупного действия факторов Бауле-Тинемана).

При этом действие одного какого-либо фактора зависит от уровня действия других факторов. Сочетание с разными факторами сказывается на проявлении оптимума в свойствах организмов и на пределах их существования.

3. Действие одного какого-либо фактора зависит от действия других, но никогда действие одного фактора не может быть полностью заменено действием другого (закон незаменимости фундаментальных факторов, по Вильямсу, 1949).

Невозможно вырастить зеленое растение в полной темноте даже на очень плодородной почве. Но при комплексном воздействии среды нередко можно видеть эффект замещения (правило замещения экологических условий), когда любое условие внешней среды лишь в некоторой степени может замещаться другим. Например, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но, действуя изменениями температуры, можно приостановить фотосинтезирование растений и тем самым создать эффект короткого дня, а удлинив активный период, - создать эффект длинного дня. Это явление широко используется сегодня в растениеводческой и животноводческой практике.

4. Все изменения факторов среды вызывают у организмов специфические адаптации, которые проявляются в виде приспособленности (эволюционное свойство) и приспособляемости (сиюминутное свойство).

Каждый вид живых организмов адаптируется по-своему. Двух идентичных видов в природе не существует (правило экологической индивидуальности).

5. В комплексном действии среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Одни могут выступать ведущими (главными), другие - фоновыми (сопутствующими, второстепенными).

Ведущие факторы различны для разных организмов (даже если они живут в одном месте). В роли ведущего фактора

на разных этапах жизни организма могут выступать то одни, то другие элементы среды. Например, для ранневесенних растений в период цветения ведущим фактором является свет, а по отцветанию - влага и достаток питательных веществ. Кроме того, ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Например, активность комаров, в теплых районах определяется световым режимом, тогда как на Севере - изменениями температуры.

6. Обычные, регулярно повторяемые, пусть и очень сильные, колебания в действии фактора не оказываются губительными, тогда как случайные, в том числе и кратковременные, действия вызывают серьезные изменения, приводящие организм к угнетению и даже гибели.

Например, внезапно наступившие заморозки среди теплого периода (уже при температуре -3°С) способны привести к гибели брусники, которая в зимнее время способна выдержать морозы до 22°С, а летом может погибнуть.

7. Экологические факторы сами находятся под постоянным воздействием организмов, на которые они влияют.

К примеру, в связи со средообразующей деятельностью растений в лесу всегда наблюдается иной температурный, световой, влажный режим (летом в лесу всегда прохладнее, чем на открытом месте, нет ветра, кроны деревьев задерживают капли дождя).

Понятие о природопользовании. Природные ресурсы.

Под природопользованием, с одной стороны, понимают использование природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества, с другой стороны, это область знаний, которая разрабатывает принципы рационального природопользования.

По Н. Ф. Реймерсу (1992) природопользование включает в себя: охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, и их переработку; использование и охрану природных условий среды жизни человека; сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем; регуляцию воспроизводства человека и численности людей.

Основными целями природопользования как науки являются:

· Рациональное размещение отраслей производства на Земле.

· Определение целесообразных направлений пользования природными ресурсами в зависимости от их свойств.

· Рациональная организация взаимоотношений между отраслями производства при совместном пользовании угодьями: исключение вредных влияний на природные ресурсы; обеспечение производства для растущих производств - расширение воспроизводства используемых ресурсов; комплексность пользования природными ресурсами.

· Создание здоровой среды обитания для людей и полезных им организмов (предупреждение ее загрязнения; ликвидация естественно существующих в ней вредных компонентов).

· Рациональное преобразование природы.

Различают общее и специальное природопользование. Общее природопользование не требует специального разрешения. Оно осуществляется гражданами на основе принадлежащих им естественных прав, существующих и возникающих как результат рождения и существование (например, пользование воздухом, водой и т.д.). Специальное природопользование осуществляется физическими и юридическими лицами на основании разрешения уполномоченных государственных органов. Оно носит целевой характер и по видам используемых объектов подразделяется на землепользование, лесопользование, пользование недрами и др. Этот вид природопользования регулируется экологическим законодательством.

В зависимости от многообразной деятельности человека различают отраслевое, ресурсное и территориальное природопользование.

Отраслевое природопользование - использование природных ресурсов в пределах отдельной отрасли хозяйства.

Ресурсное природопользование - использование какого-либо отдельно взятого ресурса.

Территориальное природопользование - использование природных ресурсов в пределах какой-либо территории.

В зависимости от последствий хозяйственной деятельности человека природопользование может быть рациональным и нерациональным. Рациональное природопользование обеспечивает экономное использование природных ресурсов и условий, их охрану и воспроизводство с учетом настоящих и будущих интересов общества. Результатом нерационального природопользования становится - истощение и загрязнение окружающей среды, нарушение экологического равновесия природных систем, экологический кризис.

Неотъемлемой частью рационального природопользования является охрана природы, под которой понимают систему мероприятий по оптимизации взаимоотношений человеческого общества и природы.

В процессе взаимодействия с природой человеческое общество выработало ряд принципов (правил), направленных на рационализацию природопользования, позволяющих предотвратить или смягчить негативные последствия воздействия на природу.

Правило прогнозирования: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться на основе предвидения и максимально возможного предотвращения негативных последствий природопользования.

Правило повышения интенсивности освоения природных ресурсов: использование природных ресурсов должно производиться на основе повышения интенсивности освоения природных ресурсов (например, с уменьшением или устранением потерь полезных ископаемых при их добыче, транспортировке, обогащении и переработке).

Правило множественного значения объектов и явлений природы: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом интересов разных отраслей хозяйства.

Правило комплексности: использование природных ресурсов должно реализовываться комплексно, разными отраслями народного хозяйства.

Правило региональности: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом местных условий.

Правило косвенного использования и охраны: использование или охрана одного объекта природы может приводить к косвенной охране другого, а может приносить ему вред.

Правило единства использования и охраны природы: охрана природы должна осуществляться в процессе ее использования. Охрана природы не должна быть самоцелью.

Правило приоритета охраны природы над ее использованием: при использовании природных ресурсов должен соблюдаться приоритет экологической безопасности над экономической выгодностью.

Выработанные принципы рационального природопользования и охраны окружающей среды закреплены законодательно. Так, в Федеральном законе от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» юридически закреплены следующие принципы:

Приоритет охраны жизни и здоровья человека, обеспечение благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха населения;

Научно-обоснованное сочетание экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду;

Рациональное использование природных ресурсов с учетом законов природы, потенциальных возможностей окружающей природной среды, необходимости воспроизводства природных ресурсов и недопущения необратимых последствий для окружающей природной среды и здоровья человека;

Соблюдение требований природоохранительного законодательства, неотвратимость наступления ответственности за их нарушения;

Гласность в работе и тесная связь с общественными организациями и населением в решении природоохранительных задач;

Международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды.

Конечная цель рационального природопользования и охраны природы - обеспечение благоприятных условий для жизни человека, развития хозяйства, науки, культуры и т.д., для удовлетворения материальных и культурных потребностей всего человеческого общества.

Кадастр - это систематизированный свод сведений (экономических, экологических, организационных и технических) включающий качественную и количественную опись объектов и явлений, в ряде случаев с социально-экономической оценкой и рекомендациями по их использованию.

На основе кадастров природных ресурсов разрабатываются меры по восстановлению и оздоровлению окружающей среды, и дается денежная оценка природного ресурса.

Единого кадастра природных ресурсов не существует.

Во-первых, кадастры делят на территориальные и отраслевые. Первые ведутся на определенной территории и охватывают все элементы окружающей среды в данной территории. Вторые ведутся уже по отдельным элементам.

Во-вторых, кадастры делят по видам природных ресурсов (таб.1).

Таблица 1.

Краткая характеристика некоторых кадастров

Лесной кадастр содержит сведения о правовом режиме лесного фонда, о количественной и качественной оценке состояния лесов, о групповом подразделении и категории лесов по их защищенности, дается экономическая оценка леса. Сведения лесного кадастра используются для определения экономической и экологической значимости лесов, при выборе сырьевых баз для заготовки древесины, для проведения лесовосстановительных работ, замены малопродуктивных лесов высокопродуктивными лесными угодьями.

Охотничье-промысловый кадастр (реестр охотничьих животных) используется для количественного и качественного учета животных охотничьего фонда, установления ограничения охоты на те виды, которые проявляют устойчивые тенденции к сокращению популяций.

С аналогичными целями формируется Реестр рыбных запасов.

Своеобразным кадастром редких животных и растений служат Красные книги (Международная красная Книга, Красная Книга Российской Федерации, Красные книги республик, краев и областей).

Функции кадастра выполняет и Реестр природно-заповедных территорий и объектов (заповедников, национальных парков, памятников природы и др.).

Водный кадастр содержит характеристику водных объектов и выполняет следующие задачи: текущая и перспективная оценка состояния водных объектов с целью планирования использования водных ресурсов, предотвращения истощения водоисточников, восстановления качества воды до нормативного уровня. На основе материалов водного кадастра определяется целевое использование вод, проводится паспортизация и изъятие из хозяйственного оборота наиболее ценных водных объектов, вводятся ограничительные меры по водопользованию с целью охраны водоисточников.

Земельный кадастр содержит сведения о качественном составе почв, распределении земель по использованию, собственниках земли (владельцах, арендаторах, пользователях). Данные кадастровой оценки земель учитывают при планировании использования земель, распределении по целевому назначению, их предоставлению или изъятию, при определении платежей за землю, для оценки степени рационального использования земель.

Кадастр полезных ископаемых включает в себя сведения о ценности каждого месторождения полезных ископаемых, горнотехнические, экономические, экологические условия их разработки.

Кроме того, существует Реестр загрязнителей, в котором ведется учет загрязнителей окружающей природной среды, выбросов, сбросов, захоронений, их количественная и качественная оценка.

Перечень обязательных кадастровых показателей по характеристикам каждого вида природного ресурса разрабатывает и утверждает Минприроды России совместно с другими федеральными органами исполнительной власти в области охраны окружающей природной среды. Перечень дополнительных кадастровых показателей, необходимых для территориального управления, устанавливают органы государственного управления субъектов РФ в зависимости от природно-ресурсной и хозяйственной специфики конкретной территории.

Кроме того, в Российской Федерации для обеспечения органов исполнительной власти и органов местного самоуправления достоверной информацией о состоянии природно-ресурсного потенциала формируется система комплексных территориальных кадастров природных ресурсов и объектов. Эта система представляет собой государственный свод системно-организованных данных о природных ресурсах и природных объектах в границах административной территории (субъект РФ, округ, район), предназначенных для обеспечения процесса принятия управленческих решений по вопросам охраны окружающей среды, использования природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности.

Информация комплексных территориальных кадастров природных ресурсов и объектов создается на основе современных геоинформационных и телекоммуникационных технологий и используется органами исполнительной власти и органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами, общественными объединениями в целях:

· разработки стратегии устойчивого социально-экономического развития территорий и обеспечения экологических приоритетов этого развития;

· гармонизации природно-ресурсных отношений между городскими и сельскими территориями;

· выравнивания уровня социально-экономического развития районов в пределах территории субъекта Российской Федерации;

· определения стратегических направлений для государственных и частных инвестиций на территорию субъекта РФ, гарантирующих не истощаемое использование его природно-ресурсного потенциала;

· направленных на сохранение окружающей среды и природных ресурсов.

Информация комплексных кадастров адаптирована для пользования лицами, принимающими решения в области: обеспечения управленческих решений в эколого-ресурсной сфере; проведения функционального зонирования территории; организации и реорганизации размещения производительных сил; реализации инвестиционных целевых программ развития отдельных территорий; изменения структуры и базы налогообложения в регионах; ресурсосбережения, рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды; обеспечения санитарной и экологической безопасности; разграничения компетенции по распоряжению природными объектами между РФ, ее субъектами и органами местного самоуправления; приватизации природных объектов.

Экологические проблемы ресурсного природопользования

Антропогенные воздействия на атмосферу и ее защита

Понятие атмосферы

Атмосфера (от греч. atmos - воздух, sfera - шар) – газовая оболочка, окружающая Землю.

Основными составляющими газами атмосферы являются – азот и кислород. Современный газовый состав атмосферы находится в динамическом равновесии, которое поддерживается совместной деятельностью автотрофных и гетеротрофных организмов и различными глобальными геохимическими явлениями.

Входящие с состав атмосферы компоненты можно подразделить на следующие группы:

· постоянные (кислород-21%, азот до 78% и инертные газы – около1 %),

· переменные (диоксид углероды – 0,02-0,04 % и водяной пар – до 3 %)

· случайные - загрязнители.

Обычно в составе атмосферы выделяют 5 слоев.

1 слой - Тропосфера - приземистый слой высотой 8-18 км. Высота тропосферы изменяется от 8-10 км в полярных широтах, до 12 км - в умеренных, 16-18 км - у экватора. В ней содержится до 80 % воздуха Земли, а также основное количество атмосферных примесей. Тропосфера обладает беспорядочным бурным перемещением слоев воздуха, здесь сосредоточен водяной пар, природная и антропогенная пыль. В результате конденсации водяного пара на ядрах пыли формируются облака и разнообразные осадки (в виде дождя, града и снега).

2 слой - Стратосфера ограничивается высотой 50-60 км над уровнем моря. Для нее характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и относительное постоянство температуры (-56◦ С). Но данный температурный режим сохраняется - до 25 км, дальше температура повышается и на уровне 46-56 км достигает 0◦ С. В верхней части стратосферы, на высоте 20-25 км, наблюдается максимальная концентрация озона (О3), поглощающего большую часть ультрафиолетовой радиации солнца и предохраняющего живую природу от ее вредного действия. Озон является производной молекулярного кислорода. Образование озона происходит с помощью солнечной радиации и электрических разрядов. Толщина озонового слоя в зависимости от широты и времени года колеблется в пределах 23-52 см. Озоновый слой подвижен. Летом его больше и он располагается выше, зимой - наоборот. Наибольшее количество озона находится в зоне тропических лесов, наименьшее - в широтах Арктики и Антарктиды.

3 слой - Мезосфера лежит над стратосферой на высотах от 50 до 80-85 км. Характеризуется понижением средней температуры с высотой (от 0◦ С на нижней границе до -90 0◦ С у верхней границы).

4 слой - Термосфера простирается в среднем от 80 до 300 - 800 км. В данном слое происходит повышение температуры до 1500◦ С, связанный главным образом с поглощением солнечной коротковолновой радиации.

5 слой - Экзосфера. Это внешний, наиболее разреженный слой атмосферы, который располагается выше 800 км и простирается до 2000-3000 км. Экзосфера характеризуется постоянством температуры с высотой (до 2000◦ С). Скорость движения газов здесь приближается к критической величине (11,2 км/с). В этой сфере господствуют атомы водорода и гелия, образующие вокруг Земли «корону».

Кроме того, выше 80-90 км солнечное излучение вызывает не только химические реакции, но и ионизацию газов. В результате чего, образуется ионосфера, захватывающая несколько атмосферных слоев и достигающая высоты 1000 км. Этот слой предохраняет биосферу от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. В нем возникает полярное сияние.

А т м о с ф е р а выполняет ряд важных экологических функций:

· за счет наличия кислорода и озона обеспечивает возможность жизни на земле (в среднем в сутки человек потребляет 12 кг воздуха; без озонового экрана существование человека продлится всего 7 секунд);

· регулирует тепловой режим Земли (без атмосферы суточные колебания находились бы в пределе 200 ◦ С);

· формирует климат и погоду;

· защищает от падающих метеоритов;

· распределяет потоки света (воздух разбивает солнечные лучи на миллионы мелких лучиков, рассеивает их и создает равномерное освещение);

· является проводником звуков (без атмосферы царила бы тишина);

· влияет на режим рек и почвенно-растительный покров;

· принимает участие в формировании ландшафтов.

Антропогенное воздействие на атмосферу проявляется, прежде всего, в загрязнении атмосферного воздуха.

Источники, состав и масштабы загрязнения атмосферы

Загрязнение - привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека.

По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества подразделяются на твердые (например, тяжелые металлы, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества), жидкие (например, кислоты, щелочи, растворы солей) и газообразные (например, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды) (таб. 1.). Газообразные загрязнители составляют около 90% от общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ.

Таблица 1.

Выбросы в атмосферу основных загрязнителей

	Вещества
				твердые частицы
Глобальный, млн. т
В России, % к глобальному выбросу

Различают естественные (природные) и искусственные (антропогенные) загрязнения атмосферы.

Естественные загрязнения атмосферы происходят при извержении вулканов, выветривании горных пород, при пыльных бурях, лесных пожарах (возникающих от удара молнии), испарениях болот, выносе морских солей и др. Кроме того, в атмосфере постоянно присутствуют бактерии (в том числе и болезнетворные), споры грибов, пыльца растений и др.

Природные источники загрязнения распределены довольно равномерно по поверхности планеты, и они уравновешены обменом веществ.

Искусственные загрязнения появляются в атмосфере благодаря хозяйственной деятельности человека и представляют наибольшую опасность. Эти загрязнители можно подразделить на несколько групп:

Биологические (отходы производств, связанные с органическими веществам);

Микробиологические (вакцина, сыворотка, антибиотики);

Химические (химические элементы, кислоты, щелочи и др.);

Механические (пыль, сажа, аэрозоли др.);

Физические (тепло, шум, свет, электромагнитные волны, радиоактивные излучения).

Источники загрязнения атмосферного воздуха

В настоящее время самыми значительными источниками искусственных загрязнений атмосферы являются транспорт и индустрия. «Основной вклад» в загрязнение атмосферного воздуха в России вносят такие отрасли как: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, котельные и др.), черная и цветная металлургия, нефтедобывающее и нефтеперерабатывающее производство, производство стройматериалов и др.

Энергетика. При сжигании твердого топлива (каменного угля) в атмосферный воздух поступают оксиды серы, оксиды азота, твердые частицы (пыль, сажа, зола). Объем выбросов велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает при этом в атмосферу 680 т оксидов серы, 200 т оксидов азота и около 150 т золы, пыли и сажи вместе взятых.

При использовании мазута (жидкого топлива) снижается выброс золы. А газовое топливо загрязняет атмосферный воздух в 3 раза меньше, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь. Атомная энергетика (при условии безаварийной работы) еще более экологична, но наиболее опасна в отношении аварий и отходов ядерного топлива.

Автотранспорт. В настоящее время в мире эксплуатируется несколько сот миллионов автомобилей. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений. Например, тысяча автомобилей с карбюраторным двигателем выбрасывают в день около 3 т угарного газа, 100 кг оксидов азота, 500 кг соединений неполного сгорания бензина. В целом, отработанные газы автомобильного транспорта содержат более 200 токсических веществ.

В настоящее время в крупных городах России выбросы от автотранспорта превосходят выбросы от стационарных источников (предприятий промышленности).

Черная и цветная металлургия. При выплавке тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксида серы, 0,05 т оксида углерода, а также свинец, фосфор, марганец, мышьяк, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол, другие токсичные вещества. В выбросах предприятий цветной металлургии содержатся: свинец, цинк, медь, алюминий, ртуть, кадмий, молибден, никель, хром и др.

Химическая промышленность. Выбросы химических предприятий характеризуются значительным разнообразием, высокой концентрированностью и токсичностью. Они содержат оксиды серы, соединения фтора, аммиак, смеси оксидов азота, хлористые соединения, сероводород, неорганическую пыль и т.д.

Влияние некоторых загрязнителей атмосферы на организм человека и растения

Сернистый ангидрид (сернистый газ, диоксид серы) раздражает дыхательные пути, вызывает спазм бронхов. Вследствие образования серной и сернистой кислоты нарушаются углеводный и белковый обмены, окислительные процессы в головном мозге, печени, селезенке и мышцах, снижается содержание витаминов В и С и др.

Сероводород - бесцветный ядовитый газ, который раздражает дыхательные пути и глаза. Хроническое отравление этим газом вызывает головные боли, бронхиты, расстройство пищеварения, малокровие, вегетососудистые нарушения.

Окислы азота - поражают легочную ткань, в крови образуются нитраты и нитриты, которые вызывают нарушения сосудов и гипотонию, а также ведут к кислородной недостаточности.

Аммиак - вызывает обильное слезотечение и боль в глазах, удушье, сильные приступы кашля, расстройство дыхания и кровообращения.

Азот - при высоком атмосферном давлении азот оказывает наркотическое воздействие на организм, что проявляется в виде головокружения, провалов памяти; при нормальном атмосферном давлении повышенное содержание азота вызывает явление кислородной недостаточности, первые признаки которой наступают при повышении азота в воздухе до 83 % (93 % азота в воздухе приводит к гибели).

Углекислый газ - по своему физиологическому действию является возбудителем дыхательного центра; в больших концентрациях оказывает наркотическое воздействие, а также раздражает кожу и слизистые оболочки; при больших концентрациях 10-15 % углекислота вызывает смерть от удушья (летальный исход может быть мгновенным при большой концентрации углекислого газа, которая встречается в заброшенных колодцах, шахтах, подвалах).

Угарный газ - соединяется с гемоглобином в 200-300 раз быстрее, чем кислород; вызывает удушье, при тяжелых формах наступает смерть.

Винилхлорид - обладает канцерогенным свойством замедленного действия; выделяется при нагревании и сжигании полиэтилена и пластика.

Асбестовая пыль - способствует возникновению онкологических заболеваний.

Свинец - является ядом замедленного действия, попадая в организм человека, разрушает нервные клетки, вызывает параличи.

Ртуть - ядовитое вещество, разрушающее печень и почки.

В растения токсические вещества поступают различными способами. Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему. Загрязняющие газообразные вещества (окись углерода, этилен и др.) повреждают листья и побеги. В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей (диоксид серы, хлор, ртуть, аммиак и др.) отмечается замедление роста растений, образование некроза на листьях, выход из строя органов ассимиляции и т.д. (таб. 2).

Таблица 2.

Токсичность загрязнителей воздуха для растений

(Бондаренко, 1985)

Вредные вещества	Характеристика
Диоксид серы	Основной загрязнитель, яд для ассимиляционных органов растений, действует на расстоянии до 30 км.
Фтористый водород и четырехфтористый кремний	Токсичны даже в небольших количествах, склонны к образованию аэрозолей, действуют на расстоянии до 5 км.
Хлор, хлористый водород	Повреждают в основном на близком расстоянии.
Соединения свинца, углеводороды, оксид углерода, оксиды азота	Заражают растительность в районах высокой концентрации промышленности и транспорта.
Сереводород	Клеточный и ферментный яд.
	Повреждают растения на близком расстоянии.

Специфические загрязнители атмосферы

Аэрозоли. Это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии (значительная их часть образуется при взаимодействии жидких и твердых частиц между собой или водяным паром). В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. В своем составе аэрозоли могут содержать железо, цинк, свинец, ароматические углеводороды, соли кислот и ряд других веществ. Основными источниками аэрозольных загрязнений в Омске являются ТЭЦ, цементные заводы, сажевый завод, нефтеперерабатывающие и нефтехимические предприятия.

Шум. Повышенный и продолжительный шум увеличивает артериальное давление, вызывает рост сердечно-сосудистых заболеваний, снижает работоспособность, приводит к бессоннице. Предельно-допустимая норма, это 30-60 децибел. Для сравнения: шелест листвы - 10 децибел, рев самолета - 120 децибел, а болевой порог - 130 децибел.

Более 300 тысяч жителей Омска проживают в зоне шумового дискомфорта.

В Средневековье существовала «колокольная казнь», которая относилась к разряду жестоких и мучительных. При этом преступника сажали под колокол, по которому постоянно ударяли. Гром меди медленно, но верно убивал приговоренного.

Радиоактивное загрязнение. Радиоактивные вещества являются наиболее опасными загрязнителями и поступают в атмосферу в результате ядерных испытаний, аварий на АЭС, при использовании радиоактивного строительного материала и др. Поступая в живой организм, рассматриваемые вещества вызывают глубокие необратимые процессы, в частности на генном уровне (возникают различные мутации).

Радиационный фон в Омске на открытой местности в среднем находятся в пределах 10-12 микрорентген в час. В закрытых помещениях до 30 микрорентген в час, что соответствует ПДК по России. Однако в 1990-1992 годах при проведении мониторинга в Омске было обнаружено более 200 аномальных участков, на которых радиационный фон превышал допустимую норму в 1000 раз. Причинами радиационного загрязнения на территории Омска являются утерянные источники гамма-излучений (приборы), завезенный для строительства гранитный щебень из Казахстана с содержанием в нем ураново-рудного материала, склады с минеральными удобрениями, в которых содержатся радионуклиды. В настоящее время предприятия и объекты, эксплуатирующие радиоактивные вещества и изделия на их основе взяты на учет.

Электросмог - это загрязнение атмосферы электромагнитными излучениями. Наиболее опасными источниками электромагнитного излучения могут быть антенны локационных установок, линии электропередачи высокого напряжения, экраны компьютеров и телевизоров и другие бытовые электроприборы. Высокочастотные излучения могут нарушать биохимические процессы в клетках.

По масштабам загрязнение воздуха может быть местным – повышение содержания загрязняющих веществ на небольших территориях (город, район и др.), региональным – загрязнение атмосферного воздуха значительных территорий (областей, регионов и др.), глобальным – изменения, затрагивающие всю атмосферу Земли (таб. 3).

Таблица 3.

Масштабы загрязнения атмосферы экологические Последствия загрязнения атмосферы

		Временной период
Глобальный	Все слои атмосферы	Десятилетия
Континентальный	Стратосфера
Региональный	Тропосфера
Локальный	Нижний слой тропосферы (до 1500 м)
Непосредственное окружение источника (местный)	Высота дымовой трубы

Парниковый эффект

Еще в 1827 г. французский ученый Ж. Фурье высказал предположение, что атмосфера, в которой присутствуют парниковые газы (в особенности диоксид углерода) и водяной пар не дает выйти в космос части длинноволновой тепловой радиации, отражающейся от земной поверхности.

Средняя температура Земли в настоящее время составляет +15°С. При данной температуре поверхность Земли, и атмосфера находятся в тепловом равновесии (поверхность планеты возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество получаемой энергии). Но в последние десятилетия антропогенная деятельность привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии.

В атмосферу в результате производственной деятельности человека в значительных концентрациях поступают парниковые газы - углекислый газ (создает 50 % парникового эффекта), метан (создает 18 % парникового эффекта), оксиды азота, фреоны, озон. Все эти газы, с одной стороны, пропускают солнечные лучи, поступающие на землю, а с другой стороны, препятствуют обратному возвращению антропогенного тепла с земной поверхности в космос, создавая, таким образом, парниковый (тепличный) эффект. Т.е. парниковый эффект - разогрев нижних слоев атмосферы, вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности.

За последние 200 лет содержание оксида углерода в атмосфере увеличилось на 25 %. Связано это с интенсивным сжиганием нефти, газа, угля и др., и ежегодным уменьшением площади лесов, которые являются основными поглотителями углекислого газа.

Парниковый эффект провоцирует потепление климата. По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО) в 2001 году средняя температура в мире возросла на 0,42° С по сравнению с 1961-1990 гг. Теплеет уже 23 года подряд. ХХ век стал самым теплым столетием.

Потепление климата вызывает таяние ледников и поднятие уровня воды в океане. За последние 100 лет на 1 метр уменьшилась толщина таящих льдов в Арктике, а граница вечной мерзлоты отступает к Северу ежегодно на 10 километров. Подъем уровня Мирового океана даже на 1 метр приведет к затоплению более 20 процентов прибрежной суши. Кроме того, будет происходить усиление абразионных процессов, ухудшение водоснабжения приморских городов и т.п. Изменения экологических условий, в особенности, в экосистемах тундры и тайги приведут к заболачиванию почв, ухудшению состояние лесных массивов, в зоне вечной мерзлоты увеличится сезонное протаивание грунтов (что создаст угрозу дорогам, строениям, коммуникациям).

Помимо выше сказанного, парниковый эффект может иметь и положительные последствия - повышение влажности климата и увеличение интенсивности фотосинтеза. Первое происходит за счет повышения температуры и увеличения интенсивности испарения с поверхности Мирового океана, что особенно важно для аридных (сухих) зон. Второе происходит за счет повышения концентрации углекислого газа и способствует увеличению продуктивности растений.

Разрушение озонового экрана (озоновые дыры)

Озоновый экран (озоносфера) защищает Землю от ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи в больших дозах губительны для живых организмов.

Истощение этого слоя, наблюдается со второй половины прошлого столетия и вызвано действием озоноразрушающих веществ, попадающих в атмосферу. К ним относят: хлор, оксиды азота, метан, соединения алюминия и, прежде всего, хлорфторуглероды в виде фреонов. Последние широко применяются в производстве и быту в качестве хладагентов (в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки).

Фреоны - газы не известные в природе, а синтезированные в 30-ых годах прошлого столетия и широко применяемые с 50-х годов. Эти газы, попав в атмосферу, переносятся потоками воздуха на высоту 15-25 км, где подвергаются воздействию ультрафиолетовых лучей и распадаются с образованием атомарного хлора. Последний вступает в реакцию с озоном и превращает его в обычный кислород. Высвобождающиеся атомы хлора вновь реагируют с озоном, все более и более разрушая озоновый слой.

По данным космических наблюдений со спутника «Метиор-3» (1993 год) над Омской областью толщина озонового слоя уменьшилась на 5%, по сравнению с 20-летним периодом исследований.

Слой озона над Антарктикой, по данным Метеорологического управления Японии, уменьшился на 45-75 %.

В настоящее время образование «озоновых дыр» наблюдается и над Европой, Азиатским континентом, на юге Южной Америки.

Кислотные дожди

Многие газообразные вещества, попадающие в атмосферный воздух, взаимодействуют с влагой, образуя кислоты. Наиболее крупный источник кислот - сернистый газ, который образуется при эксплуатации энергетических установок, использующих органическое топливо, а также металлургические предприятия. Кислотный дождь - дождь или снег, подкисленный до рН <5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлорводород, сероводород и т.д.). Реакции с участием указанных соединений, происходят только через несколько суток. Благодаря чему кислотные облака могут быть унесены на значительные расстояния от источника выбросов.

Кислотные дожди вызывают тяжелые последствия, среди которых гибель животных и растений, разрушение почвенного покрова, закисление пресноводных водоемов. Помимо этого разрушаются здания, подвергаются коррозии металлические изделия. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в Канаде, США, Европе, России, Украине, Белоруссии и других странах.

Смог (туман) представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц.

Различают два типа смога: лондонский (зимний) и лос-анджелесский (летний). Возникновение смога обусловлено высокой концентрацией в атмосфере оксидов азота, углеводородов и др. загрязнений, интенсивной солнечной радиацией и безветрием (или очень слабым обменом воздуха). Такие условия в городе часто создаются в летнее время, и реже зимой. По своему физиологическому воздействию на организм человека смог крайне опасен для дыхательной и кровеносной системы. Также возможна гибель домашних животных, повреждение растений и ряд других негативных последствий.

В 1952 г. в Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек. В Омске смог наблюдался летом 1991 года, когда была очень жаркая безветренная погода.

Также необходимо отметить, что городские экосистемы способствуют загрязнению воздуха и повышению его температуры, уменьшению солнечной радиации, увеличению влажности и количества осадков.

Охрана атмосферы

Мероприятия, направленные на поддержание частоты воздуха и борьбы с загрязнением атмосферы, складываются из комплекса мер.

1. Планировочные мероприятия:

· вынос объектов промышленного назначения за пределы жилого массива на расстоянии 2-3 км от жилых кварталов;

· правильное размещение промышленных предприятий в районе застройки с учетом направления господствующих ветров в данной местности;

· использование зеленых насаждений.

2. Технические мероприятия:

· правильное использование технологического оборудования, участвующего в производственном процессе;

· использование малоотходных и безотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу загрязняющих веществ;

· предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами и перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.

Кроме того, актуальной задачей современности является снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время разрабатываются электродвигатели, а также двигатели работающие на спирте, водороде и др.

3. Санитарно-гигиенические мероприятия:

· тоннели для машин и подземные переходы для пешеходов;

· сооружение рациональных транспортных развязок (предотвращающих «пробки»);

· организация службы мониторинга, которая должна осуществлять контроль за состоянием атмосферного воздуха.

4. Законодательные мероприятия:

· законодательное закрепление правовых мер, которые предусматривают в случае нарушения, административные, дисциплинарные, уголовные и материальные меры ответственности.

В Омске разработана программа по оздоровлению экологической обстановки, в которой, в частности, предусмотрено переводить теплоэнергетические установки (ТЭЦ, котельные), в том числе и транспорт, на более экологически чистое топливо - природный газ, электричество. В рамках решения проблемы по уменьшению вредных последствий автотранспорта природоохранная служба и Государственная инспекция безопасности дорожного движения (ГИБДД) проводят ежегодные месячники по контролю за токсичностью автомобилей. В соответствии с законом РФ «Об охране окружающей природной среды», на территории Омской области введены нормативные платы за выбросы загрязняющих вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников.

Автотрофы

АВТОТРОФЫ [от авто... и ...троф(ы) ], самопитающиеся , 1) живые организмы, сами производящие необходимые им вещества; 2) живые организмы с точки зрения функций, выполняемых ими в процессе обмена веществом и энергией в экосистемах. Одни А. (гелиоавтотрофы - зеленые растения, синезеленые водоросли) органических вещество, необходимое для роста и воспроизводства, создают из неорганического, используя в качестве источника энергии солнечную радиацию, другие (хемоавтотрофы - некоторые бактерии) - за счет энергии химических реакций (хемосинтез). Составляя в пищевой (трофической) цепи звено продуцентов, А. служат единственным источником энергии для гетеротрофов, которые, таким образом, полностью зависят от первых. Иногда А. называют литотрофами; имеется в виду, что “пищевые продукты” для А. полностью поступают из мира минералов в форме двуокиси углерода (СО 2), сульфата (О 4 , нитрата NO 3) и др. неорганических компонентов (“камней”). См. также Гетеротрофы , Консументы .

Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии . И.И. Дедю . 1989 .

Автотрофы

организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений (как правило, из диоксида углерода и воды), продуценты экосистем, создающие первичную биологическую продукцию. А. находятся на первом трофическом уровне в экосистемах и передают органические вещества и содержащуюся в них энергию гетеротрофам - консументам и редуцентам. Большинство А. являются фотоавтотрофами, которые имеют хлорофилл. Это - растения (цветковые, голосеменные, папоротникообразные, мхи, водоросли) и цианобактерии. Они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода, используя неисчерпаемую и экологически чистую солнечную энергию. А.-хемоавтотрофы (серобактерии, метанобактерии, железобактерии и др.) для синтеза органических веществ используют энергию окисления неорганических соединений. Вклад хемоавтотрофов в суммарную биологическую продукцию биосферы незначителен, однако эти организмы составляют основу хемоавтотрофных экосистем гидротермальных оазисов в океанах.

EdwART. Словарь экологических терминов и определений , 2010

Смотреть что такое "Автотрофы" в других словарях:

Современная энциклопедия

- (от авто... и греч. trophe пища питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества,… … Большой Энциклопедический словарь

Автотрофы - (от авто... и греческого trophe пища, питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Организмы, способные использовать углекислоту в качестве единственного или главного источника углерода и обладающие системой ферментов для ее ассимиляции, а также способные синтезировать все компоненты клетки. Некоторые А. могут нуждаться в… … Словарь микробиологии

Сокр. назв. организмов автотрофных. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

автотрофы - – организмы, синтезирующие из неорганических веществ все необходимые для жизни органические вещества … Краткий словарь биохимических терминов

- (от авто... и греч. trophē пища, питание) (автотрофные организмы), организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, диоксида углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества,… … Энциклопедический словарь

- (др. греч. αὐτός сам + τροφή пища) организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических. Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными… … Википедия

автотрофы - autotrofai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Organizmai, sintetinantys organines medžiagas iš neorganinių junginių (anglies dioksido ir vandens). atitikmenys: angl. autotrophic organisms; autotrophics vok. autotrophe… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Организмы, синтезирующие нужные им органические вещества из неорганических соединений. К автотрофам относятся наземные зелёные растения (образуют органические вещества из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза), водоросли, фото– и… … Биологический энциклопедический словарь

ГЕТЕРОТРОФЫ, организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества (обычно ткани растений или животных) через процесс, известный как гетеротрофное питание. Трудно переоценить роль автотрофов в природе: именно они оказываются первичными продуцентами органического вещества, которое затем используется всеми другими живыми организмами - гетеротрофами.

Гетеротрофные организмы (животные, грибы, часть прокариот) не могут создавать органические соединения непосредственно из неорганических. К консументам относятся по преимуществу животные, включая, естественно, и человека. Редуценты - заключительное звено в пищевой цепи и экологической пирамиде.

Все остальные живые существа, населяющие нашу планету, не способны использовать солнечную энергию и синтезировать органические вещества из неорганических соединений. У растений, фотосинтезирующих бактерий этот путь используется с наступлением темноты, с прекращением фотосинтеза. Организмы, которые способны синтезировать органические вещества, необходимые для жизнедеятельности, из неорганических соединений, принято называть автотрофами.

Автотрофные организмы способны усваивать углекислый газ из воздуха и превращать его в сложные органические соединения. Таким образом автотрофы строят свое «тело» из неорганических соединений.

По способу получения энергии автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофные бактерии используют энергию солнечных лучей при синтезе органических веществ из двуокиси углерода по типу фотосинтеза у растений.

Хемоавтотрофы способны существовать только в присутствии неорганических соединений, при этом определенные виды бактерий способны окислять определенные минеральные вещества. Однако среди автотрофов обнаружены микроорганизмы, которые способны усваивать углерод не только из СО2 воздуха, но и из органических соединений.

В зависимости от способа поглощения азота, микроорганизмы могут подразделяться на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавторофы синтезируют белок из минеральных соединений и из воздуха, это в основном почвенные бактерии. У зеленых растений в основе автотрофного типа питания лежит процесс фотосинтеза.

В 1905 г. появилась гипотеза о том, что фотосинтез может проходить и в темноте. Таким образом, процесс фотосинтеза составляют световая и теневая фазы. Однако биохимические доказательства этого предположения были получены лишь в 1937 г. английским исследователем Хиллом. Организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения, принято называть гетеротрофными. Некоторые автотрофы - фотосинтезирующие зеленые растения - могут усваивать небольшое количество органических соединений.

Некоторые автотрофы нуждаются в витаминоподобных веществах. Из микроорганизмов гетеротрофами являются возбудители брожения (спиртового, пропионово - кислого, молочно - кислого и маслянично - кислого), гнилостные и болезнетворные бактерии. В зависимости от используемого субстрата, гетеротрофные микроорганизмы подразделяются на две обширные группы: мета- и паратрофы.

В эту группу входят в основном гнилостные бактерии. Паратрофы используют органические соединения живых организмов. Именно эти микроорганизмы обычно вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений. Гетеротрофы в качестве источника азота используют готовые аминокислоты: такой путь питания называют аминогетеротрофным. У высших животных имеется строго дифференцированная и сложно организованная пищеварительная система.

Строение и функция ротового аппарата у животных разнообразно и зависит от вида корма; в основном различают грызущий, перетирающий, сосущий типы ротового аппарата. Животных условно подразделяют на фитофагов (растительноядные) и зоофагов (плотоядные). Однако имеются и промежуточные, или смешанные формы. Применительно к животным, целесообразнее употреблять термин «пищеварение».

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы)

Различают пищеварение в ротовой полости, желудочное и кишечное. В организации процесса переваривания корма у животных и пищи у человека важную роль играют нервная система и железы внутренней секреции. Таким образом осуществляется нервная и гуморальная регуляции пищеварительных процессов. В ротовой полости пища подвергается механической обработке и действию ряда ферментов, в основном, амипазы и мальтазы.

Под воздействием соляной кислоты и большого количества ферментов расщепляется большинство сложных органических веществ. В кишечнике происходит дальнейшее химическое превращение питательных веществ и их всасывание.

Все животные и грибы - гетеротрофы. Все растения делятся на две группы по типу использования питательных веществ – автотрофы и гетеротрофы. Одноклеточная эвглена на свету зеленая и автотроф, а в темноте бесцветная и гетеротроф. Строгими гетеротрофами являются животные и человек. Хотя между автотрофами и гетеротрофами есть принципиальное различие, резкой границы между ними иногда провести не удается (как это часто бывает в природе вообще).

Также интересно:

Онлайн учебник по биологии
9 класс

§14.

Автотрофное питание

Вспомните из учебника «Растения. Бактерии. Гри бы и лишайники», в чем сущность фотосинтеза. В ка ких органоидах клетки он протекает? Какие вещества участвуют и какие синтезируются при фотосин тезе?

Какие условия необходимы для фотосинтеза?

Жизнь на Земле зависит от автотрофных организмов. Почти все органические вещества, необходимые для жи -вых клеток, производятся в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез (от греч. фотос - свет и синтезис - соединение, сочетание) - превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами неорганических веществ (воды и углекислого газа) в органические за счет солнечной энергии, которая преобразуется в энергию химических связей в молекулах органических веществ.

Рис. 55. Дж. Пристли (1783-1804) и его опыт

История открытия и изучения фотосинтеза. В течение нескольких веков ученые-биологи пытались разгадать тайну зеленого листа. Долгое время считалось, что растения создают питательные вещества из воды и минеральных веществ.

Открытие роли зеленого листа принадлежит не биологу, а химику - английскому ученому Джозефу Пристли (рис. 55).

В 1771 г., изучая значение воздуха для горения веществ и дыхания, он поставил следующий опыт. В герметичный стеклянный сосуд он поместил мышь и убедился через некоторое время в том, что она, израсходовав на дыхание весь кислород воздуха, погибла. Но если рядом с ней ставили живое растение, то мышь продолжала жить. Следовательно, воздух в сосуде оставался хорошим. Пристли сделал важный вывод: растения улучшают воздух, насыщая его кислородом, - делают его пригодным для дыхания.

Так впервые была установлена роль зеленых растений. Пристли первым высказал предположение и о роли света в жизнедеятельности растений.

Большой вклад в изучение фотосинтеза внес русский ученый К.А. Тимирязев (рис. 56). Он исследовал влияние различных участков спектра солнечного света на процесс фотосинтеза и установил, что фотосинтез наиболее эффективен в красных лучах. Тимирязев доказал, что, усваивая углерод в присутствие солнечного света, растение преобразует его энергию в энергию органических веществ.

В своей работе «Солнце, жизнь и хлорофилл» К. А. Тимирязев подробно описал и научно обосновал свои опыты. Его методы лабораторных исследований использовали другие ученые для последующих работ по изучению фотосинтеза. Актом авторитетного признания научных заслуг ученого явилось приглашение Климента Аркадьевича Тимирязева в 1903 г. в Лондонское королевское общество для чтения знаменитой лекции «Космическая роль растений». За свои работы по изучению фотосинтеза он был избран почетным доктором ряда западноевропейских университетов.

Фазы фотосинтеза. В процессе фотосинтеза энергетически бедные вода и углекислый газ превращаются в энергоемкое органическое вещество - глюкозу. При этом солнечная энергия аккумулируется в химических связях этого вещества. Кроме того, в процессе фотосинтеза в атмосферу выделяется кислород, который используется организмами для дыхания.

56. Климент Аркадьевич Тимирязев(1843 - 1920)

В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две фазы - световую и темновую (рис.

Рис. 57. Общая схема фотосинтеза

58. Интенсивность фотосинтеза в разных спектрах света

В световую фазу благодаря солнечной энергии происходит возбуждение молекул хлорофилла и синтез АТФ. Одновременно с этой реакцией под действием света разлагается вода (Н20) с выделением свободного кислорода (02).

Этот процесс назвали фотолизом (от греч. фотос - свет и лизис - растворение). Образовавшиеся ионы водорода связываются с особым веществом - переносчиком ионов водорода (НАДФ) и используются в следующей фазе.

Для протекания реакций темповой фазы наличие света необязательно.

Источником энергии здесь служат синтезированные в световую фазу молекулы АТФ. В темповой фазе происходит усвоение углекислого газа из воздуха, его восстановление ионами водорода и ооразование глюкозы благодаря использованию энергии АТФ.

Влияние условий среды на фотосинтез. При фотосинтезе используется только 1% солнечной энергии, падающей на лист. Фотосинтез зависит от целого ряда условий среды. Во-первых, наиболее интенсивно этот процесс протекает под влиянием красных лучей солнечного спектра (рис.

58). Степень интенсивности фотосинтеза определяется по количеству выделившегося кислорода, который вытесняет воду из цилиндра. Скорость фотосинтеза зависит также и от степени освещенности растения.

Увеличение продолжительности светового дня приводит к росту продуктивности фотосинтеза, т. е. количества образуемых растением органических веществ.

Значение фотосинтеза. Продукты фотосинтеза используются:

• организмами в качестве питательных веществ, источника энергии и кислорода для процессов жизнедеятельности;
• в производстве человеком продуктов питания;
• в качестве строительного материала для построек жилищ, в производстве мебели и др.

Человечество своим существованием обязано фотосинтезу. Все запасы горючего на Земле - это продукты, образованные в результате фотосинтеза. Используя уголь и древесину, мы получаем энергию, которая была запасена в органических веществах при фотосинтезе. Одновременно в атмосферу выделяется кислород. По подсчетам ученых, без фотосинтеза весь запас кислорода был бы израсходован за 3000 лет.

Хемосинтез. Кроме фотосинтеза, известен еще один способ получения энергии и синтеза органических веществ из неорганических.

Некоторые бактерии способны извлекать энергию путем окисления различных неорганических веществ. Для создания органических веществ им не нужен свет.

Процесс синтеза органических веществ из неорганических, проходящий благодаря энергии окисления неорганических веществ, называют хемосинтезом (от лат. хемия - химия и греч. синтезис - соединение, сочетание).

Хемосинтезирующие бактерии были открыты русским ученым С.Н.Виноградским. В зависимости оттого, при окислении какого вещества выделяется энергия, различают хемосинтезирующие железобактерии, серобактерии и азотобактерии.

Упражнения по пройденному материалу

1. Дайте определение фотосинтеза.

   Какое значение имеет этот процесс для жизни на Земле?

2. Какие вещества образуются в световую фазу фотосинтеза?
3. Назовите основные реакции темповой фазы. За счет какой энергии синтезируется глюкоза?
4. В чем основное отличие хемосинтеза от фотосинтеза?
5. Объясните, почему в процессе исторического развития органического мира фотосинтезирующие организмы заняли господствующее положение по сравнению с хемосинтезирующими.

Автотрофы – это те живые организмы, которые способны получать продукты питания из неорганических соединений, то есть органические вещества из неорганических веществ, к примеру, с кислорода или же солнечного света.

Автотрофы – это живые существа, составляющие первую грань в общей пирамиде пищевой цепочки.

В природе автотрофы обеспечивают едой гетеротрофов – те живые организмы, которые питаются уже органическими соединениями.

Образ жизни

Все автотрофы – это простейшие растения и бактерии, живущие либо же на поверхности земного шара или же в недрах морей, океанов, озер, рек и т.д.

В образе жизни растений всем и так известно, как в принципе и бактерий, так что данный вопрос можно глубоко не рассматривать.

Питание

Автотрофов и гетеротрофов различает лишь способ питания.

Как уже говорилось, автотрофы способны питаться неорганическими соединениями, а автотрофы могут питаться только тем, что для них подготовили автотрофы. Не все автотрофы одинаковы, так различают фототрофов и хемотрофов. Чем они отличаются?

Дело в том, что фототрофы получают энергию от солнечных лучей, а хемотрофы от химических реакций (углеводорода, серы, металлы и другие).

Способ питания фототрофов называется фотосинтезом.

Таким образом питаются все же зеленые растения на планете, а также ряд водорослей и бактерий. Источником важного для из жизни углерода, является углекислый газ.

Размножение

Чаще всего размножение происходит с помощью спор, почкования, деления клеток из одной на две, с помощью распыления семян и так далее.

Внешний вид

Почти все фототрофы выглядят как зеленые растения: деревья, кусты, травы и многое другое, что мы привыкли видеть в повседневной жизни.

К хемотрофам также относятся грибы.

А большинство микроорганизмов можно увидеть только под микроскопом. Для построения своего тела, автотрофы чаще всего используют такие неорганические вещества как воздух, вода и, конечно же, почва.

Среда обитания

Автотрофы обитают не только на поверхности земли, но и под водой, даже на дне океана.

• эвглена зелёная – одноклеточная водоросль, может быть и автотрофом, и гетеротрофом: днем она питается энергией Солнца, то есть является автотрофом, а когда Солнце заходит, она становиться гетеротрофом;
• зеленые растения в результате фотосинтеза превращают углекислый газ в кислород;
• углекислый газ – это отходы жизнедеятельности, а кислородом мы можем дышать, как и другие живые организмы-гетеротрофы.

скачать dle 10.6фильмы бесплатно

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления веществ и энергии извне. Процесс потребления веществ и энергии называют питанием . Химические вещества необходимы для построения тела, энергия - для осуществления процессов жизнедеятельности.

Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное.

НадцарстваЦарстваПодцарстваАвтотрофыГетеротрофы ФототрофыХемотрофыБиотрофыСапротрофы

Прокариоты	Дробянки	Бактерии	+	+	+	+
Архебактерии	+	+	+	+
Цианобактерии	+	+	-	-
Эукариоты	Растения	Багрянки	+	-	-	-
Настоящие водоросли	+	-	-	-
Высшие растения	+	-	Очень редко	?
Грибы	Низшие	-	-	Редко	+
Высшие	-	-	Редко	+
Животные	Простейшие	-	-	+	Очень редко
Многоклеточные	-	-	+	+

Живые организмы в зависимости от типа питания делят на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы (автотрофные организмы).

Это организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения, некоторые бактерии). Другими словами, это организмы, способные создавать органические вещества из неорганических - углекислого газа, воды, минеральных солей.

В зависимости от источника энергии автотрофы делят на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.

Фототрофы - организмы, использующие для биосинтеза световую энергию (растения, цианобактерии). Хемотрофы - организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений (хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др.).

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы).

Это организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы, большинство бактерий).

По способу получения пищи гетеротрофы делят на фаготрофов и осмотрофов. Фаготрофы (голозои) заглатывают твердые куски пищи (животные). Осмотрофы поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы, большинство бактерий).

По состоянию источника пищи гетеротрофы подразделяют на биотрофов и сапротрофов.

Сапротрофы используют в качестве пищи органические вещества мертвых тел или выделения (экскременты) животных. К ним принадлежат сапротрофные бактерии, сапротрофные грибы, сапротрофные растения (сапрофиты), сапротрофные животные (сапрофаги).

Среди них встречаются детритофаги (питаются детритом), некрофаги (питаются трупами животных), копрофаги (питаются экскрементами) и др.

Миксотрофы .

Некоторые живые существа в зависимости от условий обитания способны и к автотрофному, и к гетеротрофному (смешанному типу) питания. Организмы со смешанным типом питания называют миксотрофами . Они могут синтезировать органические вещества из неорганических соединений и питаться готовыми органическими соединениями (насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых водорослей и др.).

Автотрофное питание. Фотосинтез, его значение

Автотрофное питание, когда организм сам синтезирует органические вещества из неорганических, включает фотосинтез и хемосинтез (у некоторых бактерий).

Фотосинтез протекает у растений, цианобактерий.

Фотосинтез – это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах овальной формы, содержащих хлорофилл, который определяет окраску зеленых частей растения. У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах, имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты.

Фотосинтез обеспечивает органическим веществом не только растения, но и животных, которые ими питаются.

То есть является источником пищи для всего живого на планете.

Выделяющийся при фотосинтезе кислород, поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.

Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем в его отсутствие.

Что делает использование пищи гораздо более эффективным, привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.

Все это позволяет говорить о планетарной роли фотосинтеза и необходимости охраны лесов, которые называют «легкими нашей планеты».

Характеристика царства животных. Роль животных в природе. Среди готовых микропрепаратов простейших найдите эвглену зеленую. Объясните, почему эвглену зеленую ботаники относят к растениям, а зоологи – к животным.

К царству животных относятся гетеротрофные организмы, являющиеся фаготрофами, т.е.

поглощающие пищу более или менее крупными частями, «кусочками». В отличие от грибов, которые всасывают питательные вещества в виде растворов (осмотрофы).

Для животных характерна подвижность, хотя некоторые кишечнополостные во взрослом состоянии ведут оседлый образ жизни.

Также у большинства животных имеется нервная система, обеспечивающая ответную реакцию на раздражения.

Животные могут быть растительноядными, плотоядными (хищники, падальщики) и всеядными.

В природе животные являются консументами, потребляют готовое органическое вещество и значительно ускоряют круговорот веществ в экосистемах и биосфере в целом.

Животные способствуют процветанию многих видов растений, являясь опылителями, распространяя семена, разрыхляя почву, обогащая ее экскрементами. Морским животным, обладающим известковым скелетом, мы обязаны образованием запасов мела, известняка, способствующих постоянной концентрации углекислого газа в атмосфере.

Эвглена зеленая, одноклеточное живое существо, занимает промежуточное положение в систематике, обладая особенностями, присущими разным царствам.

Она имеет хлоропласты и на свету питается с помощью фотосинтеза. При наличии в воде растворенных органических веществ, особенно в темноте, она их поглощает, переходя на гетеротрофное питание.

Наличие жгутика обеспечивает подвижность, что также роднит ее с животными.

Объясните биологическое значение безусловных и условных рефлексов. Составьте схему рефлекторной дуги (безусловного рефлекса) и объясните, из каких частей она состоит. Приведите примеры безусловных рефлексов человека.

Учение о рефлексах связано с трудами отечественного физиолога Ивана Михайловича Сеченова.

Рефлексом называют ответную реакцию организма на раздражение, осуществляемую при участии нервной системы.

Рефлексы бывают безусловные – врожденные и условные – приобретенные в течение жизни.

Безусловные рефлексы обеспечивают выживание организма и вида в постоянных условиях среды и на ранних этапах жизни. К ним относятся защитные (мигание при попадании соринки в глаз), ориентировочные (изучение окружающего мира), пищевые (сосание у детей, выработка слюны).

Инстинкты тоже носят врожденный характер, их иногда рассматривают как сложную последовательность безусловных рефлексов. Важнейшим инстинктом является продолжение рода.

Для приспособления к новым условиям служат условные рефлексы. Они образуются при наличии определенных условий и обеспечивают наилучшую ответную реакцию. Примером условного рефлекса является прилет птиц к знакомой кормушке, распознавание съедобного и несъедобного (поначалу птенец клюет все подряд) , обучение собаки командам.

Рефлекторная дуга безусловного коленного рефлекса включает:

рецептор – окончание чувствительного нейрона,

2. нервные пути, по которым сигнал передается в центральную нервную систему – чувствительный нейрон, который передает сигнал в спинной мозг,

3. исполнительный нейрон в передних корешках спинного мозга, передающий ответную команду,

4. орган, производящий ответную реакцию, — мышца.

Большинство дуг других рефлексов включают дополнительно вставочные нейроны.

Билет № 11

Похожая информация:

Поиск на сайте:

По способу питания хемосинтезирующих бактерий относят к

Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии окисления сероводорода до серной кислоты, относят к

К организмам с автотрофным типом питания относят

1)высшие растения 2)животных 3)грибы 4)болезнетворные бактерии

Плесневые грибы по способу питания относят к

Установите соответствие между группой организмов и процессом превращения веществ, который для неё характерен.

ГРУППА ОРГАНИЗМОВ

А)папоротникообразные Б)железобактерии В)бурые водоросли

Г)цианобактерии Д)зеленые водоросли Е)нитрифицирующие бактерии

1)фотосинтез 2)Хемосинтез

Свободный азот из атмосферы способны усваивать

1)травянистые растения 2)микроорганизмы почвы

3)шляпочные грибы 4)почвенные животные

Бактерии гниения по типу питания относят к

Нитрифицирующие бактерии относят к

Готовыми органическими веществами питаются организмы

1)автотрофы 2)гетеротрофы 3)хемотрофы 4)фототрофы

Какие организмы используют энергию окисления неорганических веществ для синтеза органических соединений?

К автотрофам относятся

К эукариотам, которым свойствен гетеротрофный способ питания, относят

1)растения 2)бактерии 3)грибы 4)бактериофагов

30. Какой способ питания характерен для молочнокислых бактерий?