Жизнь как особая форма существования материи, свойства живого.

Жизнь как особая форма существования материи, свойства живого.

Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации. Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением качеств, отличающих её от не жизни. Вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку. Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов.

Свойства живого:

1. Самовозобновление, которое связано с постоянным обменом вещества и энергии, и в основе которого лежит способность хранить и использовать биологическую информацию в виде уникальных информационных молекул: белков и нуклеиновых кислот.

2. Самовоспроизведение, которое обеспечивает преемственность между поколениями биологических систем

3. Саморегуляция, которая основана на потоке вещества, энергии и информации

4. Большинство химических процессов в организме находятся не в динамичном состоянии

5. Живые организмы способны к росту

Признаки живого:

1. Обмен веществом и энергией

2. Обмен веществ – особый способ взаимодействия живых организмов со средой

3. Обмен веществ требует постоянного притока некоторых веществ и энергии из вне и выделения некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду. Организм является открытой системой

4. Раздражимость – заключается в передаче информации от внешней среды к организму; на основе раздражимости осуществляется Саморегуляция и гомеостаз

5. Репродукция – воспроизведение себе подобных

6. Наследственность – поток информации между поколениями в результате чего обеспечивается преемственность

7. Изменчивость – появление новых признаков в процессе репродукции; основа эволюции

8. Онтогенез – индивидуальное развитие, реализация индивидуальной программы

9. Филогенез – историческое развитие, эволюционное развитие осуществляется в результате наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование

10. Организмы включены в процесс эволюции

Уровни организации живой материи: молекулярно-генетический, внутриклеточный и клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный.

Молекулярный уровень организации - это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности: обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации. Этот уровень изучают: биохимия, молекулярная генетика, молекулярная биология, генетика, биофизика.

Клеточный уровень - это уровень клеток (клеток бактерий, цианобактерий, одноклеточных животных и водорослей, одноклеточных грибов, клеток многоклеточных организмов). Клетка - это структурная единица живого, функциональная единица, единица развития. Этот уровень изучают цитология, цитохимия, цитогенетика, микробиология.

Тканевый уровень организации - это уровень, на котором изучается строение и функционирование тканей. Исследуется этот уровень гистологией и гистохимией.

Органный уровень организации - это уровень органов многоклеточных организмов. Изучают этот уровень анатомия, физиология, эмбриология.

Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Популяционно-видовой уровень - это уровень совокупностей особей - популяций и видов. Этот уровень изучается систематикой, таксономией, экологией, биогеографией, генетикой популяций. На этом уровне изучаются генетические и экологические особенности популяций, элементарные эволюционные факторы и их влияние на генофонд (микроэволюция), проблема сохранения видов.

Экосистемный уровень организации - это уровень микроэкосистем, мезоэкосистем, макроэкосистем. На этом уровне изучаются типы питания, типы взаимоотношений организмов и популяций в экосистеме, численность популяций, динамика численности популяций, плотность популяций, продуктивность экосистем, сукцессии. Этот уровень изучает экология.

Выделяют также биосферный уровень организации живой материи. Биосфера - это гигантская экосистема, занимающая часть географической оболочки Земли. Это мега-экосистема. В биосфере происходит круговорот веществ и химических элементов, а также превращение солнечной энергии.

Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.ДНК — Дезоксирибонуклеиновая кислота. Сахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно.РНК — Рибонуклеиновая кислота. Сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые урацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.

Генетический код, мутации

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.Белки практически всех живых организмов построены из аминокислот всего 20 видов. Эти аминокислоты называют каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом. Принятые сокращения, соответствующие аминокислотам и кодонам, изображены на рисунке. Мута́ция (лат. mutatio — изменение) — стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.

Белки - незаменимый строительный материал. Одной из важнейших функций белковых молекул является пластическая. Все клеточные мембраны содержат белок, роль которого здесь разнообразна. Количество белка в мембранах составляет более половины массы.

Многие белки обладают сократительной функцией. Это прежде всего белки актин и миозин, входящие в мышечные волокна высших организмов. Мышечные волокна - миофибриллы - представляют собой длинные тонкие нити, состоящие из параллельных более тонких мышечных нитей, окруженных внутриклеточной жидкостью. В ней растворены аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), необходимая для осуществления сокращения, гликоген - питательное вещество, неорганические соли и многие другие вещества, в частности кальций.

Велика роль белков в транспорте веществ в организме. Имея различные функциональные группы и сложное строение макромолекулы, белки связывают и переносят с током крови многие соединения. Это прежде всего гемоглобин, переносящий кислород из легких к клеткам. В мышцах эту функцию берет на себя еще один транспортный белок - миоглобин.

Регуляторную функцию выполняют и белки, содержащиеся в щитовидной железе - тиреоглобулины, молекулярная масса которых около 600000. Эти белки содержат в своем составе йод. При недоразвитии железы нарушается обмен веществ.

Следует упомянуть и о существовании белковых веществ, тормозящих действие ферментов. Такие белки обладают ингибиторными функциями. При взаимодействии с этими белками фермент образует комплекс и теряет свою активность полностью или частично. Многие белки - ингибиторы ферментов - выделены в чистом виде и хорошо изучены. Их молекулярные массы колеблются в широких пределах; часто они относятся к сложным белкам - гликопротеидам, вторым компонентом которых является углевод.

Если белки классифицировать только по их функциям, то такую систематизацию нельзя было бы считать завершенной, так как новые исследования дают много фактов, позволяющих выделять новые группы белков с новыми функциями. Среди них уникальные вещества - нейропептиды (ответственные за важнейшие жизненные процессы: сна, памяти, боли, чувства страха, тревоги).

Используемое ранее определение липидов, как группы органических соединений, хорошо растворимых в неполярных органических растворителях (бензол, ацетон, хлороформ) и практически нерастворимых в воде, является слишком расплывчатым. Во-первых, такое определение вместо четкой характеристики класса химических соединений говорит лишь о физических свойствах. Во-вторых, в настоящее время известно достаточное количество соединений, нерастворимых в неполярных растворителях или же, наоборот, хорошо растворимых в воде, которые, тем не менее, относят к липидам. В современной органической химии определение термина «липиды» основано на биосинтетическом родстве данных соединений — к липидам относят жирные кислоты и их производные

Моносахариды: глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания; фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков; рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.

Дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях; лактоза (глюкоза + галактоза) — входит в состав молока млекопитающих; мальтоза (глюкоза + глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.

Для прокариотических клеток характерна довольно простая структурно-функциональная организация. Вероятно, среди прокариотов наиболее примитивно устроены микоплазмы, которые известны тем, что являются паразитами растений или возбудителями некоторых респираторных заболеваний человека и домашних животных. Считают также, что часть лабораторных культур соматических клеток заражены этими организмами.

Микоплазменные клетки имеют овальную форму, а их размеры составляют около 0,1-0,25 нм в диаметре. Для них характерно наличие тонкой наружной плазматической мембраны (толщина — около 8 нм), которая окружает цитоплазму, содержащую молекулу ДНК, достаточную для кодирования около 800 разных белков, РНК разных типов, рибосом диаметром порядка 20 нм. В их цитоплазме содержатся различные включения в виде белков, гранул липидов и других соединений. Из-за недостаточной жесткости клеточной мембраны микоплазмы проходят через бактериальные фильтры.

Основное вещество бактерий представлено цитоплазмой, являющейся раствором белка, концентрация которого составляет 200 мг/мл. В цитоплазме бактерий имеется ядерная область, которую из-за отсутствия мембраны называют нуклеотидом. В этой области обнаруживают волокна диаметром 3—5 нм, представляющие собой скрученные двойные цепи одиночной кольцевой молекулы ДНК. Эти цепи ДНК рассматривают в качестве одиночной хромосомы. В большинстве случаев у бактерий действительно обнаруживают по одной кольцевой хромосоме, однако у бактерий ряда видов найдено по две кольцевых хромосомы, различающихся по размерам (одна из них является большой, другая малой).

В цитоплазме бактерий содержатся также рибосомы, которых очень много (по одним подсчетам около 10 000 на клетку, по другим — 15 000-30 000). Белковая часть представлена примерно 50 различными белками. В цитоплазме содержатся различные включения в виде гранул (капель) жира, гликогена, липидов, серы. В бактериальных клетках обнаруживают также гранулы высокополимерной фосфорной кислоты (метахроматические гранулы).

Понятие об органах растений. Органом называют часть тела организма, имеющую определенное строение и выполняющую определенные функции. Тело высших растений дифференцировано на вегетативные и генеративные (репродуктивные) органы. Вегетативные органы образуют тело высшего растения и длительное время поддерживают его жизнь. За счет тесного структурного и функционального взаимодействия вегетативных органов — корня, стебля и листа — осуществляются все проявления жизни растения как целостного организма: поглощение воды и минеральных веществ из почвы, фототрофное питание, дыхание, рост и развитие, вегетативное размножение.

Побег

Побег состоит из стебля (оси) и расположенных на нем листьев и почек. Место прикрепления листа к стеблю называется узлом, а участок между двумя соседними узлами — междоузлием. Угол между стеблем и листом именуется пазухой листа. Побег развивается из почки. Почка — это зачаточный побег с очень укороченными междоузлиями (рис. 8.8). Центральную часть в почке занимает зачаточный стебель, на верхушке которого находится конус нарастания, представляющий собой образовательную ткань.

 Стебель —ось побега. Стебель — это осевая часть побега растений, состоящая из узлов и междоузлий. Стебель выполняет главным образом опорную (механическую) и проводящую функции, обеспечивая наиболее благоприятное для фотосинтеза расположение листьев и двустороннее передвижение растворенных веществ (от корней к листьям, от листьев к другим органам). Кроме того, в стеблях могут откладываться запасные питательные вещества, вода (кактусы); часто стебель является ассимиляционным органом, служит для защиты растения от поедания животными (колючки боярышника, дикой груши), для вегетативного размножения.

 Лист — боковой орган побега.Морфология листа. Лист — это один из основных органов растения, занимающий боковое положение на стебле и выполняющий функции фотосинтеза, транспирации (испарения воды растением) и газообмена с окружающей средой. Листья растений весьма разнообразны по форме и внутреннему строению, однако почти всегда в них можно различить листовую пластинку, черешок и основание, которым лист прикрепляется к cтеблю.

Нервную.

Эпителиальная ткань, или эпителий (рис. 50), обычно имеет вид пласта клеток, покрывающего тело животного или выстилающего его внутренние полости. Через слой эпителия покровов многих животных происходит газообмен между организмом и окружающей средой. В то же время он защищает животное от проникновения извне вредных веществ и микроорганизмов и предохраняет его от потери веществ, необходимых для его жизнедеятельности (например, влаги). В некоторых органах клетки эпителия вырабатывают тот или иной секрет; эпителий, содержащий такие секреторные клетки, именуется железистым. Пласты эпителия слагаются из клеток различной формы, обычно лишенных ясно выраженных отростков. Иногда клетки, плотно прилегают друг к другу, в других случаях между ними имеются тонкие ходы, по которым циркулирует тканевая жидкость. Межклеточное вещество, как правило, неразвито. Клетки эпителия почти всегда имеют одно ядро.В зависимости от числа слоев клеток в пласте эпителий бывает однослойным и многослойным. По форме клеток однослойный эпителий подразделяют на плоский, кубический и цилиндрический. В многослойном эпителии клетки основного слоя имеют обычно кубическую или цилиндрическую форму, выше-’ лежащие клетки несколько уплощены, а поверхностные становятся плоскими. Нередко наружные клетки ороговевают и отмирают. У большинства беспозвоночных животных эпителий покровов выделяет на своей поверхности плотную, а иногда твердую оболочку — кутикулу.

Соединительная ткань участвует в образовании связок и прослоек между органами, а также скелета многих животных. Некоторые виды этой ткани (кровь, лимфа) осуществляют перенос веществ по всему телу.Строение соединительной ткани разнообразно. Но все ее виды сходны в том, что имеют большое количество межклеточного вещества. Различают следующие основные виды соединительной ткани: Рыхлая волокнистая соединительная ткань слагается из редко расположенных звездчатых клеток, переплетающихся волокон и тканевой жидкости, заполняющей промежутки между клетками и волокнами; обнаруживается обычно в прослойках между органами. Плотная волокнистая соединительная ткань в основном состоит из пучков волокон, обычно образованных особым белком — коллагеном. Аморфного межклеточного вещества мало, немногочисленные клетки    расположены между пучка волокон. Такая ткань образует связки, сухожилия, глубокие слои кожи позвоночных животных. Хрящевая ткань состоит из округлых или овальных клеток, лежащих в капсулах среди мощно развитого плотного и твердого межклеточного вещества, которое обычно слагается из переплетения тонких волокон и основной бесструктурной субстанции. Хрящи входят в состав скелета многих животных.Костная ткань отличается тем, что ее промежуточное вещество содержит большое количество солей кальция, придающих ей твердость и прочность. Клетки костной ткани лежат в небольших капсулах, соединенных тончайшими канальцами. Эта ткань образует кости позвоночных животных. Кровь — своеобразный вид соединительной ткани, у которой промежуточное вещество (плазма крови) имеет жидкую консистенцию. В плазме взвешены клеточные элементы. У беспозвоночных они чаще представлены бесцветными клетками неправильной формы, а у позвоночных — красными и белыми кровяными тельцами.

Мышечная ткань — основной элемент мышц животных. Ее клетки способны сокращаться под действием разных раздражителей, что обусловливает движение животных. Слагается из отдельных мышечных волокон, в которых расположены тончайшие сократительные волоконца — миофибриллы. Различают гладкую и поперечнополосатую мышечные ткани. Гладкая мышечная ткань слагается из веретеновидных клеток, содержащих одно ядро и много продольных миофибрилл. У низших многоклеточных животных эта ткань образует всю массу их мышц, а у более высокоорганизованных форм — преимущественно мышцы внутренних органов.

Поперечнополосатая мышечная ткань образована длинными относительно толстыми мышечными волокнами, одетыми оболочкой и содержащими много вытянутых ядер. Миофибриллы состоят из чередующихся светлых и темных участков (отсюда и название ткани). У высших многоклеточных животных поперечнополосатая мышечная ткань образует основную часть мышц, обеспечивающих движение тела.

Нервная ткань выполняет функции восприятия, переработки и передачи раздражений, как поступающих из окружающей среды, так и возникающих внутри организма. Деятельность нервной системы обеспечивает реакцию организма на различные раздражения и координацию работы разных органов животных.

Нервные клетки — нейроны обычно имеют звездчатую или веретеновидную форму с одним или несколькими ветвистыми отростками. В большинстве случаев нейроны располагаются в нервных центрах — мозге, ганглиях и нервных узлах. Их отростки, служащие для восприятия и передачи нервных импульсов, образуют основную часть нервов, нервных тяжей и комиссур.

Системы органов позвоночных

У позвоночных традиционно принято выделять следующие системы органов:

Покровная (кожа и ее производные), Нервная система и органы чувств (иногда последние выделяют в отдельную сенсорную систему), Опорно-двигательная (мышцы и скелет), Кровеносная (сердечно-сосудистая) и лимфатическая (транспортный, или распределительный, аппарат),Дыхательная, Выделительная (мочеполовая),Половая (репродуктивная),Эндокринная,Иммунная (к ней обычно относят также органы кроветворения)

Системы органов человека

Организм человека образован теми же системами органов, что и у других позвоночных. В целом строение организма человека не имеет существенных отличий от строения других высших позвоночных. Однако в ряде аспектов физическая организация человека имеет важные особенности, являющиеся предметом изучения сравнительной анатомии и физической антропологии. Строение организма человека по системам органов изучает нормальная (систематическая) анатомия человека.

Онтогенез животных

Сравнение зародышей позвоночных на разных стадиях эмбрионального развития. Печально знаменитая иллюстрация из работы Эрнста Геккеля, на которой различия между эмбрионами искусственно занижены, ради большего соответствия теории рекапитуляции (повторения филогенеза в онтогенезе). Следует отметить, что фальсификация данной иллюстрации не отменяет того, что зародыши обычно действительно представляются более сходными между собой, чем взрослые организмы, что было отмечено эмбриологами еще до возникновения теории эволюции.

Онтогенез делится на два периода:

эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек; постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.

 Схема строения зелёного флуоресцентного белка

Визуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка (GFP). Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, ее побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.Исследование механизма экспрессии. В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.

Почвенные сапрофиты. Обитают в лесу (представители родов маразмиус, мицена, коллибия, говорушки, сморчковые грибы и др.), а также на открытых пространствах (шампиньоны, луговой опёнок, порховка и др.).

Биосферный цикл углерода.

Круговорот углерода связан с использованием СО при фотосинтезе; в процессе дыхания растение возвращает СО в атмосферу. Животные, поедая растения, возвращают в воздух добавочные количества СО. После своей смерти они, так же как и растения, служат субстратом для роста бактерий и грибов, которые в конечном счёте расщепляют органическое вещество до СО. Эрозия и растворение известняка приводят к освобождению карбонатов, а затем и СО. Некоторые организмы, погребённые в осадках, выводят из круговорота большие количества углерода, накопленные в виде нефти, газа, каменного угля и торфа. Но при сжигании этих горючих материалов углерод снова освобождается в виде СО. Организмы, обладающие известковыми раковинами, при своей гибели также временно связывают углерод, участвуя в образовании известняков или коралловых рифов.

Биосферный цикл азота.

Цикл азота - пример сложного круговорота газообразных веществ, способных к быстрой саморегуляции. Схема цикла может быть представлена следующим образом: Атмосферный азот связывается при разрядах молний и в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, которые превращают его в растворимые нитраты. Нитраты попадают в почву или в воду, где они могут быть использованы растениями. Некоторое количество азотистых соединений выделяют в почву растения и животные, остальной азот, в конце концов, высвобождается при расщеплении растительного и животного материала бактериями, которые превращают его азотистые вещества в аммиак. Аммиак образуется также при вулканических процессах. Нитрифицирующие бактерии 1 фазы превращают аммиак в нитриты, из которых нитрифицирующие бактерии 2 фазы образуют нитраты. Денитрифицирующие бактерии возвращают азот в атмосферу, такой же кругооборот совершается и в морских местообитаниях.
Азот наиболее распространен на Земле в форме газообразного N2. И хотя азот важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот, растения не могут непосредственно брать его из атмосферы. Они способны усваивать лишь связанный с кислородом или водородом азот, т.е. переведенный в другие химические формы - аммиак, ионы аммония, нитрат - и нитрит-ионы. Важнейшая часть цикла - связывание азота совершается азотфиксирующими бактериями, связыванием в атмосферных процессах и промышленной фиксацией.
Другой важный процесс цикла азота - восстановление нитрат-ионов до атмосферного азота. Осуществляется почвенными анаэробными бактериями - денитрификаторами.
Денитрификация - главная причина потерь азота в земледелии (до половины связанного в удобрениях азота уходит в атмосферу). Велика роль антропогенного фактора в цикле азота. Прежде всего - промышленная фиксация азота (объемы сравнимы с природными). Основной метод фиксации - производство аммиака. Это токсичный газ с резким запахом. Взаимодействует с кислотными осадками, образуя плотные туманы.

Биосферный цикл фосфора.

В то время как резервуаром азота является воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии. Большая часть фосфора при этом снова теряется, так как вода смывает его в море, где он связан в морских осадках и может стать доступным только тогда, когда здесь произойдёт поднятие земной коры. В мелководных морских осадках фосфор доступен для рыб, которых в свою очередь поедают птицы. Они возвращают фосфор в круговорот со своими экскрементами (гуано), снова смываемыми в море, где их используют планктонные организмы и рыбы. Есть основания полагать, что фосфор возвращается в круговорот не полностью и что доступные ресурсы его, в конце концов, иссякнут. Истощению этих ресурсов способствует человек, который добывает и, в конечном счете, безвозвратно теряет больше фосфора, чем возвращает в оборот.

Фосфор является одним из важнейших биогенов. Он входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. Цикл фосфора - пример простого осадочного цикла с весьма несовершенной регуляцией. Особенностью цикла фосфора является отсутствие естественных токсичных его соединений. Главным резервуаром фосфора служат горные породы. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфат-иона. Фосфаты растворимы в кислых растворах и в бескислородных средах, нелетучи. Растения поглощают фосфат-ионы из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. В них фосфор выступает в форме органического фосфата. Особенностью этих соединений является наличие связи Р-О-Р. При их гидролизе освобождается большое количество энергии.

Например, при гидролизе подобной молекулы - пирофосфата выделяется 29 кДж/моль, что значительно больше, чем, если бы гидролизу подверглась любая другая молекула, не содержащая Р-О-Р - связей. По пищевым цепям фосфор поступает от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями.

Особенность круговорота фосфора можно рассмотреть при сравнении с круговоротом углерода. Значительная часть фонда углерода находится в газообразной фазе, и он способен свободно распространяться в атмосфере. В случае фосфора газовой фазы и свободного перераспределения в экосистеме нет. Попадая в закрытые водоемы, фосфор насыщает и пересыщает систему. Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в системе в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах подобное равновесие соблюдается. Это касается и чисто минеральной формы фосфора.
Деятельность человека приводит к нарушению естественного цикла фосфора. Она характеризуется разделением мест потребления и утилизации биогена, в частности, фосфора. Урожай, вместе с извлеченными из почвы биогенами, различные продукты питания, перевозятся на большие расстояния к потребителям. Продукты жизнедеятельности человека, содержащие фосфор, сбрасываются в водоемы и, пересыщая их этим биогеном, вызывают эвтрофикацию. Важнейшим источником накопления фосфора в окружающей среде являются фосфатсодержащие детергенты. Подсчитано, что человеческие экскременты дают только 30% фосфата сточных вод, а 60% поступают в них с детергентами.

Почва как компонент экосистемы. Основные виды почвенных горизонтов. Примеры типов почв.

Почва (определение по — самостоятельное естественноисторическое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности Земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящее из твёрдых минеральных и органических частиц, воды и воздуха и имеющее специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия.

Впервые почву стал рассматривать как динамическую, а не инертную среду В.В. Докучаев. Он выявил пять главных почвообразуюших факторов, к которым относятся климат, геологическая основа (материнская порода), топография (рельеф), живые организмы и время.

В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50 - 60 % общего состава почвы), органическое вещество (до 10 %), воздух (15 - 25 %) и вода (25 - 35 %). Кроме того, имеются и живые организмы.

Минеральная основа. Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания. Физическое и химическое разрушение материнской породы под влиянием климата и в меньшей степени живых организмов называется выветриванием. Наиболее важные факторы, вызывающие выветривание - это вода и температурные колебания, поэтому роль климата удобнее рассматривать на иримере именно этих факторов.

Почвенный горизонт — это один из нескольких однородных слоёв почвы, составляющих почвенный профиль и различающихся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам.

Почвенный горизонт[1] — специфический слой почвенного профиля, образовавшийся в результате воздействия почвообразовательных процессов.

[2]Почвенные горизонты образуются при формировании почв. Они составляют почвенный профиль — вертикальный разрез почвы. На рисунке сверху вниз горизонты обозначены латинскими буквами:

A0 — лесная подстилка.

А1 — горизонт перегноя (гумусовый), образуется при накоплении остатков растений и животных и преобразовании их в гумус. Окраска перегнойного горизонта тёмная. Книзу он светлеет, так как содержание гумуса в нём уменьшается.

А2 — горизонт вымывания, залегает под перегнойным. Его можно определить по смене тёмной окраски на светлую. У подзолистых почв окраска этого горизонта почти белая из-за интенсивного вымывания частиц гумуса. В таких почвах горизонт перегноя отсутствует. Горизонты вымывания бедны питательными веществами. Почвы, в которых эти горизонты развиты, обладают низким плодородием.

В — горизонт вмывания, наиболее плотный, обогащённый глинистыми частицами. Окраска его различна. У некоторых типов почв он коричневато-чёрный из-за примеси гумуса. Если этот горизонт обогащён соединениями железа алюминия, то становится бурым. В почвахлесостепей и степей горизонт В мучнисто-белого цвета из-за высокого содержания кальция, часто в виде шаробразных конкреций.

С — материнская горная порода.

ТИПЫ ПОЧВ. Природные зоны, сменяющие друг друга от полюсов к экватору, различаются по типам почв.

Первым ученым, классифицировавшим почвы, был Докучаев. На территории России встречаются следующие типы почв: подзолистые почвы, тундровые глеевые почвы, арктические почвы, мерзлотно-таежные, серые и бурые лесные почвы и каштановые почвы.

Тундровые глеевые почвы находятся на равнинах. Образуются без особого влияния на них растительности. Эти почвы находятся в областях, где есть многолетняя мерзлота (в Северном полушарии).

Арктические почвы получаются в результате оттаивания вечной мерзлоты. Такая почва довольно тонкая. Максимальный слой гумуса (плодородного слоя) составляет 1-2 см. У этого типа почв низкая кислая среда. Почва эта не восстанавливается из-за сурового климата.

Подзолистые почвы распространены в лесах. В почве всего 1-4% гумуса. Подзолистые почвы получаются благодаря процессу подзолообразования. Происходит реакция с кислотой. Именно поэтому этот тип почвы еще называется кислый.

Мерзлотно-таежные почвы образовывались в лесах, в условиях вечной мерзлоты. Они находятся только в условиях континентального климата. Самые большие глубины этих почв не превышают 1 метра. Это вызвано близостью от поверхности вечной мерзлоты. Содержание гумуса всего 3-10%. Как подвид, существуют горные мерзлотно-таежные почвы. Они образуются в тайге на горных породах, которые <