В какой зоне океана невозможен фотосинтез. Океаны и моря. У фитопланктона соотношение размера и численности то же, что и у млекопитающих

Биосфера (от греч. «биос» - жизнь, «сфера» -шар) как носитель жизни возникла с появлением живых существ в результате эволюционного развития планеты. Под биосферой подразумевается часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Учение о биосфере создано академиком Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945). В. И. Вернадский - основоположник учения о биосфере и метода определения возраста Земли по периоду полураспада радиоактивных элементов. Он впервые раскрыл огромную роль растений, животных и микроорганизмов в перемещении химических элементов земной коры.

Биосфера имеет определенные границы. Верхняя граница биосферы находится на высоте 15- 20 км от поверхности Земли. Она проходит в стратосфере. Основная масса живых организмов находится в нижней воздушной оболочке - тропосфере. Наиболее населена самая нижняя часть тропосферы (50-70 м).

Нижняя граница жизни проходит по литосфере на глубине 2-3 км. Жизнь сосредоточена в основном в верхней части литосферы - в почве и на ее поверхности. Водная оболочка планеты (гидросфера ) занимает до 71% поверхности Земли.

Если сравнить величину всех геосфер, то можно сказать, что наибольшая по массе литосфера, наименьшая - атмосфера. Биомасса живых существ по сравнению с величиной геосфер невелика (0,01%). В разных частях биосферы плотность жизни не одинакова. Наибольшее количество организмов находится у поверхности литосферы и гидросферы. Содержание биомассы изменяется также по зонам. Максимальную плотность имеют тропические леса, незначительную - льды Арктики, высокогорные области.

Биомасса. Организмы, составляющие биомассу, обладают громадной способностью размножения и распространения по планете (см. раздел «Борьба за существование»). Размножение обусловливает плотность жизни. Она зависит от размеров организмов и необходимой для жизни площади. Плотность жизни создает борьбу организмов за площадь, пищу, воздух, воду. В процессе естественного отбора и приспособленности на одной площади сосредоточивается большое количество организмов с наибольшей плотностью жизни.

Биомасса суши.

На суше Земли, начиная от полюсов к экватору, биомасса постепенно увеличивается. Наибольшее сгущение и многообразие растений имеет место во влажных тропических лесах. Количество и разнообразие видов животных зависит от растительной массы и тоже увеличивается к экватору. Цепи питания, переплетаясь, образуют сложную сеть передачи химических элементов и энергии. Между организмами идет жесточайшая борьба за обладание пространством, пищей, светом, кислородом.

Биомасса почвы. Как среда жизни почва имеет ряд специфических особенностей: большую плотность, малую амплитуду колебаний температуры; она непрозрачна, бедна кислородом, содержит воду, в которой растворены минеральные соли.

Обитатели почвы представляют своеобразный биоценотический комплекс. В почве много бактерий (до 500 т/га), разлагающих органическое вещество грибов, в поверхностных слоях живут зеленые и сине-зеленые водоросли, обогащающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Толща почвы пронизана корнями высших растений, богата простейшими - амебами, жгутиконосцами, инфузориями. Еще Ч. Дарвин обратил внимание на роль дождевых червей, которые рыхлят почву, проглатывают и пропитывают ее желудочным соком. В почве, кроме того, живут муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и другие животные. Все обитатели почвы производят большую почвообразовательную работу, участвуют в создании плодородия почвы. Многие почвенные организмы принимают участие в общем круговороте веществ, происходящем в биосфере.

Биомасса Мирового океана.

Гидросфера Земли, или Мировой океан, занимает более 2/3 поверхности планеты. Вода обладает особыми свойствами, важными для жизни организмов. Ее высокая теплоемкость делает более равномерной температуру океанов и морей, смягчая крайние изменения температуры зимой и летом. Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. На океан приходится около 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете.

Взвешенные в воде одноклеточные водоросли и мельчайшие животные образуют планктон. Планктон имеет преимущественное значение в питании животного мира океана.

В океане, кроме планктона и свободноплавающих животных, много организмов, прикрепленных ко дну и ползающих по нему. Обитателей дна называют бентосом.

В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше. Во всех частях Мирового океана имеются микроорганизмы, разлагающие органические вещества до минеральных.

Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Растительные и животные организмы, находясь во взаимосвязи с неорганической средой, включаются в непрерывно происходящий в природе круговорот веществ и энергии.

Углерод в природе находится в горных породах в виде известняка и мрамора. Большая часть углерода находится в атмосфере в виде углекислого газа. Из воздуха углекислый газ поглощается зелеными растениями при фотосинтезе. Углерод включается в круговорот благодаря деятельности бактерий, разрушающих мертвые остатки растений и животных.

При разложении растений и животных азот выделяется в виде аммиака. Нитрофицирующие бактерии превращают аммиак в соли азотистой и азотной кислот, которые усваиваются растениями. Кроме того, некоторые азотфиксирующие бактерии способны усваивать атмосферный азот.

Большие запасы фосфора содержат горные породы. При разрушении эти породы отдают фосфор наземным экологическим системам, однако часть фосфатов вовлекается в круговорот воды и уносится в море. Вместе с отмершими остатками фосфаты погружаются на дно. Одна часть из них используется, а другая теряется в глубинных отложениях. Таким образом, наблюдается несоответствие между потреблением фосфора и его возвращением в круговорот.

В результате круговорота веществ в биосфере происходит непрерывная биогенная миграция элементов. Необходимые для жизни растений и животных химические элементы переходят из среды в организм. При разложении организмов эти элементы снова возвращаются в среду, откуда опять поступают в организм.

В биогенной миграции элементов принимают участие различные организмы, в том числе и человек.

Роль человека в биосфере. Человек - часть биомассы биосферы - долгое время находился в непосредственной зависимости от окружающей природы. С развитием мозга человек сам становится мощным фактором в дальнейшей эволюции на Земле. Овладение человеком различными формами энергии - механической, электрической и атомной - способствовало значительному изменению земной коры и биогенной миграции атомов. Наряду с пользой, вмешательство человека в природу нередко приносит ей вред. Деятельность людей часто приводит к нарушению природных закономерностей. Нарушение и изменение биосферы вызывают серьезное беспокойство. В связи с этим в 1971 г. ЮНЕСКО (Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры), в состав которой входит и СССР, была принята Международная биологическая программа (МБП) «Человек и биосфера», изучающая изменение биосферы и ее ресурсов под воздействием человека.

В статье 18 Конституции СССР сказано: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды».

Генетический код или триплеты (кодоны) и-РНК, соответствующие 20 аминокислотам (по Богену)

Первый нуклеотид	Второй нуклеотид	Третий нуклеотид
		фенилаланин
				бессмыслен	триптофан
		гистидин		глутамин (глун)
		изолейцин		метионин
		аспарагин (аспн)
		аспарагиновая к-та (асп)		глутаминовая к-та

Цитологические задачи бывают нескольких типов.

1. В теме «Химическая организация клетки» решают задачи на построение второй спирали ДНК; определение процента содержания каждого нуклеотида и др., например задача № 1. На участке одной цепи ДНК расположены нуклеотиды: Т - Ц - Т-А - Г - Т - А - А - Т. Определить: 1) структуру второй цепи, 2) процент содержания в данном отрезке каждого нуклеотида.

Решение: 1) Структура второй цепи определяется по принципу комплементарности. Ответ: А - Г - А - Т - Ц - А - Т -Т - А.

2) В двух цепочках данного отрезка ДНК 18 нуклеотидов (100%). Ответ: А = 7 нуклеотидов (38,9%) Т=7 — (38,9%); Г =2 - (11,1%) и Ц = 2 — (11,1%).

II. В теме «Обмен веществ и превращения энергии в клетке» решают задачи на определение первичной структуры белка по коду ДНК; структуры гена по первичной структуре белка, например задача № 2. Определить первичную структуру синтезируемого белка, если на участке одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: ГАТАЦААТГГТТЦГТ.

1. Не нарушая последовательность, сгруппировать нуклеотиды в триплеты: ГАТ - АЦА - АТГ - ГТТ - ЦГТ.
2. Построить комплементарную цепь и-РНК: ЦУА - УГУ - УАЦ - ЦАА - ГЦ А.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

3. По таблице генетического кода определить аминокислоты, кодируемые этими триплетами. Ответ: лей-цис-тир-глун- ала. Сходные типы задач решаются аналогично на основе соответствующих закономерностей и последовательности, происходящих в клетке процессов.

Генетические задачи решают в теме «Основные закономерности наследственности». Это задачи на моногибридное, дигибридное скрещивания и другие закономерности наследственности, например задача № 3. При скрещивании между собой черных кроликов в потомстве получено 3 черных кролика и 1 белый. Определить генотипы родителей и потомства.

1. Руководствуясь законом расщепления признаков, обозначить гены, определяющие в этом скрещивании проявление доминантных и рецессивных признаков. Черная масть-А, белая - а;
2. Определить генотипы родителей (дающих расщепляющееся потомство в отношении 3:1). Ответ: Аа.
3. Используя гипотезу чистоты гамет и механизм мейоза, написать схему скрещивания и определить генотипы потомства.

Ответ: генотип белого кролика - аа, генотипы черных крольчат - 1 АА, 2Аа.

В такой же последовательности, используя соответствующие закономерности, решаются другие генетические задачи.

Принцип кислородного и радиоуглеродного метода определения первичной продукции (скорости фотосинтеза). Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.

Какие обязательные условия должны быть на планете Земля для образования озонового слоя. Какие диапазоны УФ задерживает озоновый экран.

Какие формы экологических взаимоотношений отрицательно сказываются на видах.

Аменсализм- одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает ни отрицательного, ни положительного влияния. Типичный пример - высокие кроны деревьев, угнетающие рост низкорослых растений и мхов, за счет частичного перекрывания доступа солнечного света.

Аллелопатия - форма антибиоза, при которой организмы оказывают взаимно вредное влияние друг на друга, обусловленное их жизненными факторами (например, выделениями веществ). Встречается в основном у растений, мхов, грибов. При этом вредное влияние одного организма на другой не является необходимым для его жизнедеятельности и не приносит ему пользы.

Конкуренция - форма антибиоза, при которой два вида организмов являются биологическими врагами по своей сути (как правило, из-за общей кормовой базы или ограниченных возможностей для размножения). Например, между хищниками одного вида и одной популяции или разных видов, питающихся одной пищей и обитающих на одной территории. В этом случае вред, причиняемый одному организму приносит пользу другому, и наоборот.

Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О2 -> О3).

Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует довольно большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175-200 нм и до 242 нм.

Реакции образования озона:

О2 + hν → 2О.

О2 + O → О3.

Радиоуглеродная модификация сводится к следующему. В пробу воды вносят изотоп углерода 14С в виде карбоната или гидрокарбоната натрия с известной радиоактивностью. После некоторой экспозиции склянок воду из них отфильтровывают через мембранный фильтр и определяют на фильтре радиоактивность клеток планктона.

Кислородный метод определения первичной продукции водоемов (скляночный метод) - основан на определении интенсивности фотосинтеза планктонных водорослей в склянках, установленных в водоеме на разной глубине, а также в естественных условиях - по разности содержания растворенного в воде кислорода в конце дня и в конце ночи.

Задачи на определение, деструкции, валовой и чистой первичной продукции.??????

Эвфотическая зона- верхний слой океана, освещенность которого достаточна для протекания процесса фотосинтеза. Нижняя граница фотической зоны проходит на глубине, которую достигает 1 % света с поверхности. Именно в фотической зоне обитает фитопланктон,а также радиолярии произрастают растения и обитает большинство водных животных. Чем ближе к полюсам Земли, тем меньше фотическая зона. Так, на экваторе, где солнечные лучи падают практически вертикально, глубина зоны составляет до 250 м, тогда как в Белом не превышает 25 м.

Величина КПД фотосинтеза зависит от многих внутренних и внешних условий. Для отдельных листьев, помещенных в специальные условия, величина КПД фотосинтеза может достигать 20%. Однако первичные синтетические процессы, протекающие в листе, вернее в хлоропластах, и конечный урожай разделяет вереница физиологических процессов, в которой теряется значительная часть накопленной энергии. Кроме того, эффективность усвоения световой энергии постоянно ограничивается уже упомянутыми факторами окружающей среды. В силу этих ограничений даже у самых совершенных сортов сельскохозяйственных растений в оптимальных условиях роста величина КПД фотосинтеза не превышает 6-7%.

Океаны и моря занимают 71% (более 360 млн км2) поверхности Земли. Они содержат около 1370 млн км3 воды. Пять огромных океанов - Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный, - связаны друг с другом через открытое море. В некоторых частях Северного Ледовитого и Южного океанов сформировалась всегда замерзшая материковая отмель, тянущаяся от побережья (шельфовый лед). В чуть более теплых районах море замерзает только зимой, образуя паковый лед (большие плавающие ледяные поля толщиной до 2 м). Некоторые морские животные используют ветер для путешествий по морю. У физалии («португальского кораблика») есть наполненный газом пузырь, помогающий ловить ветер. Янтина выпускает воздушные пузырьки, служащие ей плотом-поплавком.

Средняя глубина воды в океанах - 4000 м, однако в некоторых океанских впадинах она может достигать 11 тыс. м. Под воздействием ветра, волн, приливов и течений вода океанов находится в постоянном движении. Волны, поднимаемые ветром, не затрагивают глубинные водные массы. Это делают приливы, перемещающие воду с периодичностью, соответствующей фазам Луны. Между океанами воду переносят течения. Поверхностные течения, двигаясь, медленно вращаются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном.

Океанское дно:

Большая часть океанского дна представляет собой плоскую равнину, однако местами над ним на тысячи метров поднимаются горы. Иногда они возвышаются над поверхностью воды в виде островов. Многие такие острова - действующие либо потухшие вулканы. Через центральную часть дна ряда океанов тянутся горные хребты. Они постоянно растут за счет излияния вулканической лавы. Каждый новый поток, выносящий горную породу на поверхность подводных хребтов, формирует рельеф ложа океана.

Океанское дно в основном покрыто песком или илом - их приносят реки. Местами там бьют горячие источники, из которых осаждаются сера и другие минералы. Останки микроскопических растений и животных опускаются с поверхности океана на дно, образуя слой крошечных частиц (органический осадок). Под давлением вышележащей воды и новых осадочных слоев рыхлый осадок медленно превращается в горную породу.

Океанические зоны:

В глубину океан можно разделить на три зоны. В солнечных поверхностных водах наверху - так называемой зоне фотосинтеза - плавает большинство океанских рыб, а также планктон (сообщество из миллиардов микроскопических существ, обитающих в толще воды). Под зоной фотосинтеза лежат более тускло освещенная сумеречная зона и глубокие холодные воды зоны мрака. В нижних зонах встречается меньше форм жизни - там обитают главным образом плотоядные (хищные) рыбы.

В большей части океанской воды температура примерно одинаковая - около 4 °С. При погружении человека вглубь давление на него воды сверху постоянно растет, затрудняя быстрое движение. На больших глубинах, кроме того, температура падает до 2 °С. Света становится все меньше, пока наконец на глубине 1000 м не воцаряется полная темнота.

Жизнь у поверхности:

Растительный и животный планктон в зоне фотосинтеза - это пища для мелких животных, например рачков, креветок, а также молоди морских звезд, крабов и других морских обитателей. Вдали от защищенных прибрежных вод животный мир менее разнообразен, однако здесь живет множество рыб и крупные млекопитающие - например, киты, дельфины, морские свиньи. Одни из них (усатые киты, гигантские акулы) питаются, фильтруя воду и заглатывая содержащийся в ней планктон. Другие (белые акулы, барракуды) охотятся на остальных рыб.

Жизнь в морских глубинах:

В холодных, темных водах океанских глубин животные- охотники способны обнаружить силуэты своих жертв при самом тусклом свете, едва проникающем сверху. Здесь у многих рыб по бокам есть серебристые чешуйки: они отражают любой свет и маскируют форму их владельцев. У некоторых рыб, плоских с боков, силуэт очень узкий, едва заметный. У многих рыб огромный рот, и они могут поедать добычу, превосходящую их размерами. Хаулиоды и рыбы- топорики плавают, разинув свою большую пасть и хватая по пути все, что только смогут.

От поверхности до самого дна в океане кипит жизнь разнообразных животных и растений. Так же как и на суше, почти вся жизнь здесь зависит от растений. Основная пища - миллиарды микроскопических растений, называемые фитопланктоном, которые переносятся течениями. Используя солнечных лучей, они создают себе пищу из морской , углекислоты и минеральных . В ходе этого процесса, называемого фотосинтезом , фитопланктон производит 70% атмосферного кислорода. Фитопланктон состоит в основном из маленьких растений, называемых диатомеями. В чашке морской воды их может быть до 50 тысяч. Фитопланктон может жить только возле поверхности, где достаточно света для фотосинтеза. Другая часть планктона - зоопланктон не участвует в фотосинтезе и поэтому может жить глубже. Зоопланктон - это крошечные животные. Они питаются фитопланктоном или поедают друг друга. Зоопланктон включает молодь - личинки крабов, креветок, медуз и рыб. Большинство из них совсем не похожи на взрослые особи. Оба типа планктона служат пищей для рыб и других животных - от маленькой медузы до огромных китов и акул. Количество планктона меняется от места к месту и от сезона к сезону. Больше всего планктона встречается на континентальном шельфе и у полюсов. Криль - один из видов зоопланктона. Больше всего криля в Южном океане. Планктон живет и в пресных водах. Если сможете, рассмотрите под микроскопом каплю воды из пруда или реки или каплю морской воды

Пищевые цепи и пирамиды

Животные поедают растения или других животных и сами служат пищей для других видов. Более 90% обитателей моря кончают жизнь в чужих желудках. Вся жизнь в океане соединена, таким образом, в огромную пищевую цепь, начинающуюся с фитопланктона. Чтобы прокормить одно большое животное, надо много маленьких, поэтому крупных животных всегда меньше, чем мелких. Это можно изобразить в виде пирамиды питания. Чтобы увеличить свою массу на 1 кг, тунцу нужно съесть 10 кг скумбрии. Для получения 10 кг скумбрии нужно 100 кг молодой сельди. На 100 кг молодой сельди нужно 1000 кг зоопланктона. Чтобы выкормить 1000 кг зоопланктона, нужно 10 000 кг фитопланктона.

Этажи океана

Толщу океана можно разделить на слои, или зоны, по количеству света и тепла, которые проникают с поверхности (см. так же статью « «). Чем глубже зона, тем в ней холоднее и темнее. Все растения и большинство животных находятся в двух верхних зонах. Солнечная зона дает жизнь всем растениям и большому разнообразию животных. В сумеречную зону проникает лишь немного света с поверхности. Самые крупные обитатели здесь – рыбы, кальмары и осьминоги. В темной зоне около 4 градусов цельсия. Животные здесь питаются в основном «дождем» из отмершего планктона, опускающего с поверхности. В абиссальной зоне полный мрак и ледяной холод. Немногие животные, которые обитают там, живут при постоянном высоком давлении. Животные встречаются и в океанских впадинах, на глубинах более 6 км от поверхности. Они питаются тем, что опускается сверху. Около 60% глубоководных рыб имеют собственное свечение, чтобы находить пищу, обнаруживать врагов и подавать сигналы родичам.

Коралловые рифы

Коралловые рифы находятся на мелководье в теплых, чистых тропических водах. Они слагаются из скелетов маленьких животных, называемых коралловыми полипами. Когда старые полипы умирают, новые начинают расти на их скелетах. Старейшие рифы начали расти много тысяч лет назад. Один из видов коралловых рифов - это атолл, имеющий форму кольца или подковы. Ниже показано образование атоллов. Коралловые рифы начали расти вокруг вулканического острова. Посла затухания вулкана остров стал опускаться на дно. Риф продолжает расти по мере погружения острова. В середине рифа образуется лагуна (мелков соленое озеро). Когда остров затонул полностью, коралловый риф образовал атолл - кольцевой риф с лагуной посередине. Коралловые рифы отличаются более разнообразной жизнью, чем другие части океана. Там водится треть всех видов океанских рыб. Самым крупным является Большой Барьерный риф на восточном побережье Австралии. Он протянулся на 2027 км и приютил 3000 видов