Гомеостаз. Помехи в биогеоценозе- положительные и отрицательные обратные связи. Гомеостатическое плато.

Гомеостаз – это состояние подвижно стабильного равновесия экосистемы или биогеоценоза и условий их существований. Это механизм, по средствам которого живой организм противодействует внешним воздействиям, поддерживает параметры своей внутренней среды на таком постоянном уровне, который обеспечивает норм жизнь (пульс, температура тела).

Существование систем невозможно без связей, которые делятся на:

1. Прямые

2. Обратные

а) Прямая связь – это связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции. Примеры действие солнца на земные процессы.

б) обратная связь – это связь, при которой элемент В отвечает за действие элемента А.

Бывают положительные и отрицательные связи. Положительно обратная связь ведет к усилению процесса в одном направлении (заболоченная территория после вырубки леса).

Отрицательно обратная связь – в ответ на усиление действия элемента А увеличивается

противоположная по направлению действие элемента В. Они наиб. распространены а наиб. Важны. Н-р: взаимод- е между хищником и ее жертвой.

Та область в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны несмотря на стрессовые воздействия сохранить устойчивость системы называется гомеостатическим платом.

Два вида круговорота вещества (малый и большой) в биосфере.

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов.

Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биотический).

Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши.

Большой(геологический)обусловлен взаимод-ем солнечной энергии с энергией земли; осуществляет распределение вещ-ва между биосферой и более глубок. Горизонтами земли.

Заключ в том, что горные породы разруш-ся и выветриваются. Продукты выветр и смываются в миров океан, где образ-ся морские платы. Лишь часть вещ возвращ на сушу вместе с осадками, которые извлек-ся из воды расст-ми и живыми организмами.

ДУНУДАЦИЯ суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего приноса вещества на сушу (4043 млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах.

МАЛЫЙ (биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического цикла и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды и углерода усваивается растениями с образованием органического вещества, которое поставлено в трофическую цепь.

Малый(биогеохимический) часть большого, происх. на уровне биогеоценоза и заключаются в том, что питательные вещества почвы, воды и усваиваются растениями с образованием орг. вещ-в, котор постав-ся в трофич цепь.

Продукты распада всех уровней перераб редуцентами вновь до минер-х соед-й.

 

Круговорот углерода.

Углерод включается в состав органических элементов в процессе фотосинтеза из CO2. Другие процессы биосинтеза преобразуют углерод в крахмал, гликоген и другие вещества. Эти вещества формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных. В процессе дыхания организма окисляются сложные органические вещества и выходит CO2, который опять участвует в фотосинтезе. Время круговорота – 8 лет.

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры.

Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями:

1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн. лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах). Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода.

По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

РИСУНОК 8

 

Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кислоту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты:

Са(NО3)2 + СО2 + Н20à2HN03 + СаСО3

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды. При грозах они синтезируют из азота и кислорода оксиды азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в нитраты (аммиак). Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. При распаде растительного и животного белка азот вновь попадает в неживую природу, откуда поступает в состав новых поколений живых организмов, а часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.

 

Круговорот фосфора

Фосфор – очень важный элемент для всего живого, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и т.д., входит в состав

скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах P содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме т.н. органического фосфата. По пищевым цепям P переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащегося P соединения в процессе клеточного дыхания для получения органической энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. В отличие, например, от CO2, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому, же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

РИСУНОК 10

 

Круговорот серы.

Сера относится к группе циклических химических элементов, об­разует 369 минералов. Это - важный биофильный элемент, который встречается в биосфере в основном в животных тканях и не только участвует в процессах, протекающих в живых метках, или с участи­ем различных органических веществ, но и существенно влияет на ход метаболизма множества групп и большого количества организмов. Биофильностъ характеризует кларк концентрации элемента в живом ве­ществе (КК) - отношение содержания данного элемента в конкретном природном объекте к кларку литосферы. В круговороте серы велика роль микроорганизмов. Несмотря на то, что в круговороте серы протекают как окисли­тельные, так и восстановительные процессы, часть серы выводится из кругооборота, восстановление не компенсирует окисление. Это усугубляется и сознательной деятельностью человека, который пере­водит природные сульфиды в сульфаты, например при производстве серной кислоты, выплавке металлов ив сернистых руд.

Соединения серы, поступившие техногенным путем в атмосферу с суши, почти целиком возвращаются на земную поверхность и пагубно воздействуют на природные комплексы