Біологія з основами екології

Контрольна робота

Виконав: ст. ГІГ-99 (заочн.) Колупанова О.А.

Загальна характеристика теорій походження життя на Землі

Еволюція протікає на всіх рівнях організації живої матерії і на кожному рівні характеризується новотвором структур і появою нових функцій. Об'єднання структур і функцій одного рівня супроводжується переходом живих систем на вищий еволюційний рівень.

Проблеми походження і еволюції життя на Землі належали і належать до числа найбільших проблем природознавства. Ці проблеми привертали до себе увагу людського розуму з самих незапам'ятних часів. Вони були предметом інтересу всіх філософських і релігійних систем. Проте в різні епохи і на різних ступенях розвитку людської культури проблеми походження і еволюції життя вирішувалися по-різному.

В основі сучасної теорії еволюції лежить теорія Ч. Дарвіна. Але еволюціонізм існував і до Ч. Дарвіна. Тому, щоб краще розуміти сучасну теорію еволюції, важливо знати про погляди на світ до Ч. Дарвіна, про те, як розвивалися ідеї еволюціонізму.

Найдавнішими поглядами на природу були містичні, за якими життя пов'язували з силами природи. Але вже біля самих витоків культури в стародавній Греції на зміну містичним тлумаченні природи приходять початку інших подань. У той період виникла й почала розвиватися доктрина абіогенез і спонтанного самозародження, відповідно до якої визнавалося, що живі організми виникають спонтанно з неживого матеріалу. Тоді ж з'явилися і еволюційні ідеї. Наприклад, Емпедокл (490-430 рр.. До н. Е..) Вважав, що перші живі істоти виникли з чотирьох елементів світової матерії (вогонь, повітря, вода і земля) і що для природи характерно закономірний розвиток, виживання тих організмів, які найбільш гармонійно (доцільно) влаштовані. Ці Думки були дуже важливими для подальшого поширення ідеї про природне походження живих істот.

Демокрит (460-370 рр.. До н. Е..) Вважав, що світ складається з безлічі дрібних частинок, які знаходяться в русі, і що життя є не результатом творіння, а результатом дії механічних сил самої природи, що призводять до самозародження. За Демокріту самозародження живих істот відбувається з мулу і води в результаті поєднання атомів при їх механічному русі, коли дрібні частки вологої землі зустрічаються і з'єднуються з атомами вогню. Самозародження уявлялося випадковим процесом.

Припускаючи, що черв'яки, кліщі й інші організми виникають з роси, мула, гною, волосся, поту, м'яса, молюски з вологої землі, а риби з морської тини і т. д., Платон (427-347 рр.. До н. Е..) Стверджував, що живі істоти утворюються в результаті з'єднання пасивної матерії з активним початком (формою), що представляє собою душу, яка потім рухає організмом.

Аристотель (384-322 рр.. До н. Е..) Стверджував, що рослини і тварини виникають з неживого матеріалу. Зокрема, він стверджував, що деякі тварини виникають з розклалася м'яса. Визнаючи реальність матеріального світу і сталість його руху, порівнюючи організми між собою, Арістотель прийшов до висновку про "сходах природи", що відбиває послідовність організмів, що починається з неорганічних тіл і триває через рослини до губка і асцидій, а потім до вільно живуть морським організмам. Проте, визнаючи розвиток, Аристотель не допускав думки про розвиток нижчих організмів до вищих.

Погляди Аристотеля вплинули на віки, бо наступні грецькі і римські філософські школи повністю розділили ідею мимовільного зародження, яка все більше і більше наповнювалася містичним змістом. Описи різних випадків самозародження дані Цицероном, Овідієм, пізніше Сенекою, Плінієм, Плутархом і Апулея. Ідея змінності простежується в поглядах древніх філософів Індії, Китаю, Месопотамії, Єгипту. Раннє християнство обгрунтовувало доктрину абіогенез прикладами з Біблії. Наголошувалося, що самозародження діє від створення світу до наших днів.

Протягом середніх віків (V-XV ст.) віра в мимовільне самозародження була панівною серед вчених того часу, бо філософська думка тоді могла існувати лише як богословської думки. Тому твори середньовічних вчених містять численні описи самозародження комах, хробаків, риб. Тоді часто вважали, що навіть леви виникли з каменів пустелі. Знаменитий лікар середньовіччя Парацельс (1498-1541) приводив рецепт "виготовлення" гомункулуса (людини) шляхом приміщення сперми людини на гарбуз. Як відомо, Мефістофель з трагедії Гете "Фауст" називав себе повелителем щурів, мишей, мух, жаб, клопів і вошей, ніж І. Гете підкреслював надзвичайні можливості самозародження.

Середньовіччя не вніс нових ідей в уявлення про розвиток органічного світу. Навпаки, в той період панувало-креацiоналiстична уявлення про виникнення живого в внаслідок акту творіння, про постійність і незмінність існуючих живих форм. Вершиною креаціонізму було створення сходів тел природи: бог - ангел - людина - Тварини, рослини, міцели.

Гарвей (1578-1667) допускав, що черв'яки, комахи та інші тварини могли зароджуватися в результаті гниття, але при дії особливих сил. Ф. Бекон (1561-1626) вважав, що мухи, мурахи і жаби можуть спонтанно виникати при гнитті, однак до питання підходив матеріалістично, заперечуючи нездоланну межу між неорганічних і органічних. Р. Декарт (1596-1650) також визнавав мимовільне зародження, але заперечував участь у ньому духовного початку. За Р. Декарту самозародження - це природний процес, який настає за певних (незрозумілих) умовах.

Оцінюючи погляди видатних діячів минулого, можна сказати, що доктрина самозародження не піддавалася сумніву аж до середини XVII ст. Метафізічность поглядів в XVII-XVIII ст. особливо виявлялася в уявленнях про незмінність видів та органічної доцільності, які вважалися результатом мудрості творця і життєвої сили.

Однак всупереч пануванню метафізичних уявлень в XVI-XVII ст. все-таки відбувається ломка догматичного мислення середньовіччя, загострюється боротьба проти духовної диктатури церкви, виникає і поглиблюється процес пізнання, який привів у XVIII ст. до істотної аргументації проти теорії абіогенез і до порушення інтересу до еволюціонізму.

Здійснивши в 1665 ряд експериментів з м'ясом і мухами, Ф. Реді (1626-1697) прийшов до висновку, що личинки, що виникають у гниючому м'ясі, є личинками комах, і що такі личинки ніколи не виникнуть, якщо м'ясо помістити в закритий контейнер, недоступний для комах, тобто для відкладання ними яєць. Цими експериментами Ф. Реді спростував доктрину самозародження вищих організмів з неживого матеріалу. Однак у матеріалах і міркуваннях Ф. Реді НЕ виключалася думка про спонтанне самозародження мікроорганізмів і гельмінтів в кишечнику людини і тварин. Отже, сама ідея самозародження ще продовжувала існувати.

У 1765г. Л. Спаланцані (1729-1799) у багатьох дослідах показав, що розвиток мікробів в рослинних і м'ясних настоях виключається кип'ятінням останніх. Він виявив також значення часу кип'ятіння і герметичності судин. Його висновок зводилося до того, що якщо герметичні посудини з настоями кип'ятити достатній час і виключити проникнення в них повітря, то в таких настоях мікроорганізми ніколи не виникнуть. Однак Л. Спаланцані не зумів переконати своїх сучасників в неможливості самозародження мікроорганізмів. Ідею самозародження життя продовжували захищати багато видатних філософів і натуралісти того часу (І. Кант, Г. Гегель, X. Люссак і ін.)

У 1861-1862 рр.. Л. Пастер представив розгорнуті докази неможливості самозародження в настоях і розчинах органічних речовин. Експериментально він довів, що джерелом забруднень всіх розчинів є бактерії, що знаходяться в повітрі. Дослідження Л. Пастера справили величезне враження на сучасників. Англієць Д. Тиндаль (1820-1893) знайшов, що деякі форми мікробів дуже резистентні, витримуючи нагрівання до 5 годин. Тому він розробив метод дробової стерилізації, що зветься зараз тіндалізаціей.

Спростування доктрини абіогенез супроводжувалося формуванням уявлень про вічність життя. Справді, якщо самозародження життя неможливо, міркували багато філософи і вчені, то тоді життя вічне, автономна, розсіяна у Всесвіті. Але як вона потрапила на Землю? Щоб відповісти на це запитання, шведський учений Арреніус (1859-1927) на початку нашого століття (1912) сформулював гіпотезу панспермії, відповідно до якої життя існує у всесвіті і переноситься в найпростіших формах з одного небесного тіла на інше, включаючи Землю, під тиском світлових променів. Прихильники цієї гіпотези вважали, що перенесення життя на Землю можливий і за допомогою метеоритів. Проте гіпотеза панспермії викликала заперечення в тому плані, що в космічному просторі діють фактори, які є згубними для мікроорганізмів і що ці чинники виключають циркуляцію мікроорганізмів за межами Земної атмосфери. Ставало все більш ясним, що життя унікальна, що витоки життя варто шукати на Землі.

Ще в XVII-XVIII ст. увагу натуралістів і філософів привертав ряд питань, обговорення яких розхитував догми про незмінність органічного світу. Один з таких питань стосується змінюваність видів. Тоді для багатьох думка про можливу зміну організмів під впливом клімату, їжі, грунту, вправ і неупражненій органів, гібридизації та інших факторів здавалася само собою зрозумілою. Наприклад, Ф. Бекон (1561-1626), Д. Рей (1628-1705), Ж. Бюффон (1707-1788), І. І. Лепехін (1740-1802), Н. Я. Озерецковскій (1750-1827) та ін, допускали зміна організмів під впливом клімату та грунту, а Ш. Боннз визнавав, що паразитичні хробаки походять від вільноживучих черв'яків. Навіть К. Лінней не виключав змінюваність видів під впливом грунту і клімату, схрещувань організмів різних видів між собою. Думка про змінюваність видів підтримували Еразм Дарвін (1731-1802), К. Ф. Вольф (1733-1794), французькі філософи-матеріалісти Д. Дідро (1713-1784), Ж.-О. Ламеттрі (1709-1751), П. Гольбах (1723-1789). Допущення змінюваність видів часто супроводжувалося вірою в спадкування організмами придбаних властивостей. Проте думка про змінюваність видів ще була далека від ідеї історичної спадкоємності видів, розвитку органічного світу від нижчого до вищого.

Не менше значення в той час мав питання про "природному спорідненість" організмів. Йшлося про угруповання організмів на основі їхнього природного спорідненості, про допущення, що окремі організми могли походити від загальних родоначальників. Наприклад, Ж. Бюффон вважав, що могли бути "загальні родоначальники для декількох родин, зокрема для ссавців, їм допускалося 38 загальних родоначальників. У Росії думка про походження організмів ряду видів від загальних родоначальників розвивав П. С. Паллас (1741-1811).

Далі, привертав увагу питання про фактор часу у зміні організмів. У Зокрема, значення фактору часу для існування Землі і формування на Землі органічних форм при знавали І. Кант (1724-1804), Д. Дідро, Ж. Бюффон, М. В. Ломоносов (1711-1765), А. Н. Радищев (1749-1802), А. А. Коверзнєва (1748 -?). І. Кант визначав вік Землі в кілька мільйонів років, а М. В. Ломоносов писав, що час, який було необхідно для створення організмів, є великим церковного числення. Визнання фактора часу мало безсумнівну значення для розуміння історичного розвитку організмів. Однак представлення про час в той період зводилися лише до думки про неедіновременності появи організмів різних видів, але не до визнання розвитку організмів у часі.

Важливе значення тоді мав питання про послідовність природних тел. Значний внесок у формування ідеї послідовності природних тел належить Ш. Боннз і Г. Лейбніца. У Росії цю ідею підтримував А. Н. Радищев. Не маючи достатніх знань про організми, Ш. Боннз, Г, Лейбніц та інші натуралісти того часу відродили аристотелевську "сходи природи". Розташувавши на ній організми сходами (на головній щаблі опинився чоловік), вони створили "сходи істот, в якій були безперервні переходи від Землі і каменів до Бога. Ступеней в сходах було стільки, скільки є тварин. Відображаючи думка про єдність і зв'язку живих форм, про ускладнення організмів, "сходи істот "в цілому стала породженням метафізичного мислення, бо її ступені відбивали просте сусідство, але не результат історичного розвитку.

Істотне увагу в ті часи приваблював питання про "прототипі" і єдність плану будови організмів. Припускаючи існування вихідного істоти, багато визнавали єдиний план будови організмів. Дискусії з цього питання мали важливе значення для наступних уявлень про спільність походження.

Для багатьох великий інтерес привертав питання про трансформацію організмів. Наприклад, французький натураліст Б. де Маїс (1696-1738) вважав, що в морі живуть вічні насіння життя, які дають початок морським живим формам, що трансформується потім у земні організми. Відзначаючи позитивну роль трансформізму в еволюціонізм, варто все-таки відзначити, що він був механічним і виключав думка про розвиток, про історизм.

Нарешті, центром уваги в той час було питання про виникнення органічної доцільності. Багато філософів і натуралісти визнавали, що доцільність не з самого початку, що вона виникла природним шляхом у результаті бракування дісгармоніческіх організмів. Обговорення цього питання просувало еволюціонізм, але не досягало істотного результату, тому що поява однієї форми розглядалося незалежно від появи іншої.

Отже, до кінця XVIII ст. з'явилися ідеї, що суперечать уявленням про незмінність видів, але вони не склалися в систему поглядів, а метафізічность мислення заважала повністю відкинути релігію і поглянути на природу по новому. Першим, хто спеціально звернувся до вивчення проблем еволюції, був французький вчений Ж.-Б. Ламарк (1744-1829). Створене ним вчення було завершенням попередніх пошуків багатьох натуралістів і філософів, які намагалися осмислити виникнення й розвиток органічного світу.

Ж.-Б. Ламарк був деїстом, оскільки вважав, що першопричиною матерії та руху є творець, але подальший розвиток відбувається завдяки природних причин. За Ламарку творець здійснив лише перший акт, створюючи найпростіші форми, які потім розвивалися, давши початок всьому різноманіттю на основі природних законів. Ламарк був також антівіталістом. Вважаючи, що живе виникає з неживого, він розглядав самозародження як природного закономірного процесу, що є початковим пунктом еволюції. Визнаючи розвиток від простого до складного і спираючись на "сходи істот", Ламарк прийшов до висновку щодо градації, в якій він побачив відображення історії життя, розвиток одних форм з інших. Ламарк вважав, що розвиток від простих форм до самих складних становить головний зміст історії всього органічного світу, включаючи і історію людини. Однак, доводячи еволюцію видів, Ламарк вважав, що вони текучі і між ними немає кордонів, тобто фактично він заперечував існування видів.

Головними причинами розвитку живої природи по Ламарку є вроджене прагнення організмів до ускладнення через вдосконалення. За Ламарку, еволюція йде на основі внутрішнього прагнення до прогресу, а положення про вправи і неупражненіях органів та про передачу в спадщину придбаних під впливом середовища ознак є законами. Як думав Ламарк, фактори середовища впливають на рослини і прості організми прямо, "виліплюючи" з них, як з глини, потрібні форми, тобто зміни середовища призводять до зміни видів. На тварини фактори середовища впливають опосередковано.

Зміни середовища призводять до зміни потреб тварин, зміна потреб призводить до зміни звичок, а зміна звичок супроводжується використанням або невикористанням тих чи інших органів. На обгрунтування цих поглядів Ламарк наводив багато прикладів. Наприклад, форма тіла змій, як він вважав, є результатом звички цих тварин повзати по землі, а довга шия жирафа зобов'язана необхідності діставати плоди на деревах.

Використання (вправа) органу супроводжується його подальшим розвитком, тогта як невикористання органу - деградацією. Зміни, індуковані зовнішніми умовами (обставинами), успадковуються потомством, накопичуються і ведуть до переходу одного виду в інший.

Історичні заслуги Ламарка полягають в тому, що йому вдалося показати розвиток від простого до складного і звернути увагу на нерозривний зв'язок організму з середовищем. Однак обгрунтувати еволюційне вчення Ламарку все ж таки не вдалося, бо йому не вдалося з'ясувати справжні механізми еволюції. Як відзначав К. А. Тімірязєв (1843-1920), Ламарку не вдалося пояснити найважливіше питання, що стосується доцільності організмів. Вчення Ламарка містило елементи натурфілософії та ідеалізму, тому йому не вдалося переконати сучасників у тому, що еволюція дійсно має місце в природі.

Творцем перших справді наукової теорії еволюції став великий англійський учений Чарльз Роберт Дарвін (1809-1882). Головним працею Ч. Дарвіна є книга "Походження видів шляхом природного відбору або збереження сприйтливих порід в боротьбі за життя "(1859), істотно доповненням до якої служать його книги "Зміна домашніх тварин і культурних рослин "(1869) і" Походження людини і статевий відбір "(1871).

Еволюційне вчення Дарвіна складається з трьох розділів, а саме: сукупність доказів на користь того, що історичний розвиток організмів дійсно має місце; положення про рушійні сили еволюції; уявлення про шляхи еволюційних перетворень.

Доводи на користь того, що еволюція дійсно має місце, Ч. Дарвін черпав з різних наук. Найбільш переконливі докази були взяті ним з палеонтології. Наприклад, виявлення в найдавніших шарах викопних решток організмів, сильно що відрізняються від сучасних, і поступове збільшення схожості копалин залишків організмів з пізніших шарів для Ч. Дарвіна було літописом еволюції. Далі, Ч. Дарвін використовував дані ембріології того часу, які свідчили про єдність походження організмів, а також дані про закономірності розподілу організмів на суші та у воді і явної залежності організації тварин і рослин від умов проживання (на материках і островах), які свідчили на користь еволюції і різних напрямків еволюції на материках і островах. Нарешті, він широко використав досягнення сільськогосподарської практики.

Рушійними силами еволюції Ч. Дарвін назвав спадковість, мінливість і природний відбір. Він вважав, що спадковість і мінливість дозволяють фіксувати зміни і трансформувати їх в поколіннях.

Мінливість викликає різноманітність, а спадковість передає ці зміни потомству. Отже, для всіх живих істот у результаті змін і схрещувань характерна спадкова гетерогенність.

Приділяючи увагу мінливості і намагаючись пояснити причини закономірних перетворень живих істот в процесі еволюції, Ч. Дарвін спочатку прийшов до висновку, що в штучних умовах породи тварин і сорти рослин створені штучним відбором.

Що ж стосується природних умов, то в пошуках відповідей на запитання про джерела доцільною організації і життєдіяльності живих істот в природі, про механізми виникнення нових форм, що зберігаються в даних умовах існування і дають початок новим різновидів, потім нових видів і більше великим систематичним підрозділам Ч. Дарвін сформулював уявлення про боротьбі за існування і природний добір.

Оскільки всі організми дуже схильні до інтенсивного розмноження, то в межах кожного виду проводиться потомства більше, ніж виживає. Зайве потомство гине в результаті боротьби за існування, форми якої дуже різноманітні. За Ч. Дарвіну боротьба за існування відбувається як між видами, так і всередині видів, причому внутрішньовидова боротьба є більш запеклою в порівнянні з міжвидової, бо особи мешкають в одній місцевості, мають потребу в однаковій їжі, піддаються однаковим небезпекам і т. д. В результаті боротьби за існування виживають найбільш пристосовані, тобто ті організми, які володіють яких-небудь ознакою, що забезпечує пристосування. Отже, неминучим наслідком боротьби за існування є природний добір. "Збереження сприятливих індивідуальних розходжень і змін і знищення шкідливих я назвав природним відбором або переживанням найбільш пристосованих (Ч. Дарвін). Ч. Дарвін вважав, що природний відбір є головним механізмом еволюції.

Основу уявлень Ч. Дарвіна про шляхи еволюційних перетворень становила думку про дивергенції (розходження) ознак. За Ч. Дарвіну у зв'язку з мінливими умовами життя і завдяки природному відбору виживали ті форми, які найбільш повно відхилялися від вихідної, при тому в різних напрямках. Це відхилення відбувалося на основі дивергенції (розходження) ознак і вело до зменшення конкуренції, тому що завдяки дивергенції організми отримували можливість використовувати різнорідні умови існування. Ч. Дарвін вважав, що в результаті дивергенції утворюються різновиди, які є зачатком виду, тобто дивергенція створює нові види. За Ч. Дарвіну зміни організмів відбуваються в силу природної закономірності, але в той же час вони випадкові по відношенню до результатів природного відбору. Будучи результатом відбору, органічна доцільність носить відносний характер. Цим Ч. Дарвін подолав метафізичне протиставлення випадку необхідності, що до нього нікому не вдавалося.

Заслуги Ч. Дарвіна перед природознавством мають неминуще значення. Він всебічно обгрунтував історичний метод в застосуванні до природи, створив теорію еволюції і вигнав з науки креаціонізм.

Вчення Дарвіна стосувалося еволюції великих груп організмів, включаючи всі таксони, у великі відрізки часу, що вимірюються геологічними масштабами і на великих територіях. Отже, класичний дарвінізм є вченням про Макроеволюція. Однак воно виявилося недостатньо розробленим в генетичному плані. Дарвін мав на увазі еволюцію особин, але ж особа живе, як зараз відомо, в популяціях. Тому через 8 років після виходу "Походження видів "англієць Ф. Дженкін поставив таке запитання:" Якщо відбір залишає в живих ті особи, які лише незначно відрізняються від інших, то вже при наступному схрещуванні наступає "поглинання" нових ознак, т. к. партнер зі схрещування, найімовірніше, не має цього нового властивості -- відбудеться розчинення при-J знаків у потомство ". Дарвін називав цей питання кошмаром Дженкіна, тому що ніколи не міг дати задовольняє відповідь.

Дарвінізм тривалий час не вистачало генетичної основи, але генетика дуже швидко сама підійшла до еволюції. Використовуючи методологію класичного генетичного аналізу, генетики стали аналізувати роль окремих факторів еволюції шляхом виокремлення елементарних одиниць і що протікають у них процесів.

Перший крок на шляху об'єднання дарвінізму і генетики полягав у законі Дж. Харді-В.Вайнберга, які в 1908 р. показали, що в популяції при вільному схрещуванні, відсутності мутацій даного гена і відсутності відбору за даним ознакою співвідношення генотипів АА, Аа і аа залишається постійним. Це дозволило їм сформулювати закон, зміст якого зводиться до того, що частоти генів в нескінченно великий панміксіческой популяції без тиску будь-яких зовнішніх факторів стабілізуються вже після однієї зміни поколінь. Однак таких популяцій, як відомо, в природі не існує. Тому значення) закону полягає в тому, що накопичені спадкові зміни в генофонд популяцій безслідно не зникають, тобто частоти генів постійні.

Виходячи з закону Харді-Вайнберга і з огляду на вплив відбору і виникнення нових мутацій, в 1926 р. С. С. Четвериков (1880-1959) показав, що в результаті спонтанного мутаційного процесу у всіх популяціях створюється генетична гетерогенність. Іншими словами, в популяціях завжди є мутації, в більшості випадків у малих кількостях. Він показав також, що популяція насичена мутаціями, як губка, і що мутації служать основою (матеріалом) еволюційного процесу, що йде під дією природного відбору.

Пізніше Н. П. Дубінін і Д. Н. Ромашов (1932) показали, що коли популяції малі, в них відбуваються явища, що отримали назву генетико-автоматичних процесів (по Н. П. Дубініну, 1931) або дрейфу генів (за С. Райта, 1932). У результаті генетико-автоматичних процесів змінюються частоти зустрічальності генів, усуваються гетерозиготний і з'являються гомозиготи. Ізольована популяція стає домінантною гомозиготною або рецесивною гомозиготною. Якщо дрейфує мутантний летальний ген, це веде до вимирання організмів. Таким чином, структура популяції залежить не тільки від появи нових мутацій, а й від простої зміни частоти зустрічальності даного гена. Ці та інші генетичні дослідження зв'язали еволюційну теорію з генетикою.

У сучасній теорії еволюції значне місце займають питання походження життя на Землі, тому що в рамках теорії еволюції походження життя розглядають як самого першого (початкового) процесу утворення живих форм (необіогенеза) з неорганічних речовин, тобто у вигляді хімічної еволюції. У наш час абіогенез протиставлена концепція поступового виникнення та розвитку живого матеріалу протягом тривалого періоду часу. Ця концепція отримала назва архебіоза або археогенеза.

Загальновизнаною теорією походження життя є теорія, вперше запропонована в 1924 р. А. І. Опаріним (1894-1980) в його книзі "Походження життя". У Надалі ця теорія піддавалася неодноразовим уточнень з боку її автора. Великий внесок у її розвиток внесли і багато інших вчених. У Згідно з теорією А. І, Опаріна життя є результатом історичного односторонньо направленого розвитку у вигляді поступового ускладнення органічних субодиниць і розвитку їх в складні системи, що мають властивості живого.

Припускають, що Земля сформувалася 4,5-5 млрд років тому з хмар космічного пилу. Вона збільшувалася у масі в результаті тяжіння пилових частинок завдяки дією гравітаційних сил. Щоб зрозуміти, яким чином виникли найперші живі форми, необхідно згадати, якою була стародавня атмосфера. У наш час земна атмосфера складається майже на 80% з азоту, а інші 20% представлені головним чином киснем, двоокисом вуглецю і деякими іншими газами (в дуже малій кількості). Однак стародавня атмосфера була складена з водяної пари, водню, аміаку й метану. Водяна пара утворилися з води і концентрувалися в атмосфері з тієї причини, що Земля ще була дуже гарячою. За міру охолодження Землі, водяні пари конденсувався, утворюючи хмари, випадали з дощами на Землю, а потім вода знову перетворювалася на пару, що підіймався в атмосферу. Процеси випаровування води і конденсації водяної пари продовжуються і в наш час.

Загальна характеристика екологічних систем

Вперше уявлення про екологічних системах сформульовані в 30-і рр.. А. Тенслі (1935). У нашій країні близьке поняття про біогеоценозах сформулював у 1944 р. В. Н. Сукачов (1880-1967). У наш час під екологічними системами розуміють сукупність живих і неживих елементів на певній території. Екологічні системи складаються з живих організмів (біоценозів) і місця існування - Відсталої (атмосфера) і біокосні (грунт, водойма і т. д.). Вони іноді відокремлені одна від одної, але часто між ними є переходи. Прикладами екологічних систем є озеро, лісовий масив і т. д. Від екосистем слід відрізняти біома, під якими, як показано вище, розуміють значні спільноти організмів, приурочені до певних географічних районах з їхніми кліматичними і грунтовими зонами.

Екологічні системи є елементарними одиницями біосфери. У той же час вони є елементарними одиницями біогеохімічної активності, що протікає в біосфері. Будь-яка екологічна система має енергетичний введення, через який у неї надходить енергія сонячного світла. Світлова енергія, що надходить в екосистему через введення, підтримує порядок у цій системі, попереджаючи підвищення ентропії.

Розглянемо екологічну систему на прикладі озера. Як і будь-яка екологічна система, озеро складається з абіотичним і біотичної частин.

абіотичних (нежива) частину екосистеми представлена повітрям, грунтом, водою, розчиненими у воді киснем, двоокисом вуглецю, неорганічними солями (фосфати і хлориди натрію, калію і кальцію) і органічними сполуками. Абіотичним частиною є також температура, світло, вітер та гравітація, які надають вплив на живу частину.

біотичної (жива) частину озера представлена організмами-виробниками (продуцентами), організмами-споживачами (коксументамі) і організмами-руйнівниками (редуцентамі). Організмами-виробниками є автотрофи - прибережна рослинність, водні багатоклітинні і одноклітинні плавучі рослини (фітопланктон), що живуть до глибин, куди ще проникає світло. За рахунок енергії, надходить через введення, організми-виробники в процесі фотосинтезу синтезують органічну речовину з води і вуглекислого газу. Основним показником потужності екосистеми є її продуктивність, під якою розуміють масу органічної речовини в тілах організмів-продуцентів. Продуктивність екосистеми залежить від кількості світла, води, багатства грунту або води органічними та мінеральними сполуками.

організму-споживачами (коксументамі) органічної речовини служать гетеротрофи, серед яких розрізняють споживачів першого і другого порядку. Первинними споживачами служать травоїдні тварини, вторинними - м'ясоїдні, які харчуються первинними споживачами. Організми-руйнівники - це бактерії та гриби, які розкладають "мертву" протоплазму (органічні сполуки) клітин загиблих організмів-виробників і організмів-споживачів аж до низькомолекулярних органічних і неорганічних сполук. Органічні сполуки потім використовуються самими організмами-руйнівниками, тоді як неорганічні -- зеленими рослинами. Отже, в екологічній системі в процесі її функціонування відбувається кругообіг речовин і енергії.

Ми розглянули в як екологічної системи природну систему (озеро), не приділяючи уваги участі в ній людини. Однак більшість екологічних систем функціонує з участю людини. У зв'язку з цим розрізняють екологію окремих індивідуумів і спільнот людей. Екологія окремих індивідуумів полягає в тому, що кожен індивідуум повинен "підігнати свою внутрішню фізіологію до мінливих умов середовища проживання. Індивід отримує енергію з їжею і витрачає її для забезпечення своїх фізичних та інтелектуальних зусиль, метаболічних процесів, що протікають в організмі, росту і т.д. Завдяки нейрогуморальної регуляції в організмі індивідуума підтримується постійна температура тіла, оптимальні концентрації води, кисню, двоокису вуглецю, NaCl, вуглеводів, білків та інших важливих дзвінків.

Проникненню в організм індивідуума патогенних чинників перешкоджає шкіра, антитіла, фагоцити та інші фактори захисту. Органи почуттів, нервова система і локомоторним органи дозволяють індивідууму убезпечити їжу, знайти друзів, уникати ворогів, створювати ситуацію, найбільш сприятливу для виживання. Кожен індивідуум здатний адаптуватися до змінених кліматичних умов. Все це призводить до тому, що між внутрішньою фізіологією індивідуума і умовами навколишнього середовища встановлюється динамічний Еквілібріум.

Проте люди об'єднані в спільноти. До складу цих співтовариств входять також навколишні рослини і тварини, які є джерелом їжі та інших необхідних матеріалів для людей. Отже, з урахуванням абіотичних факторів екологічну систему, в якій функціонує людина, складають спільноти людей і середовище їх проживання. Екологічні системи, в яких людина займає важливе місце, надзвичайно різноманітні за розмірами, змісту та організації, що надзвичайно ускладнює класифікацію цих систем. Тим не менше, вони є екологічними системами, у кіт?? яких центрами є села, міста та інші населені пункти. Bee елементи екологічних систем складають єдину сукупність, і це визначається тим, що вони об'єднані між собою так званими ланцюгами харчування, під якими розуміють передачу від організмів-споживачів укладеної в їжі енергії первісного джерела (Сонця) через організми-споживачі (у ряді ланцюгів живлення кінцевою ланкою є чоловік) до організмів-руйнівника.

Найважливішою особливістю ланцюгів харчування є те, що їх кількість у кожній екосистемі обмежена, оскільки в кожному кожній ланці ланцюга харчування відбувається втрата енергії при її передачі. У результаті цього продукція речовини знижується на кожній ланці ланцюга. Наприклад, 10 000 кг водоростей достатньо для накопичення речовини в кількості 1000 кг водних членистоногих, а 10 кг риби - для накопичення 1 кг речовини людини. Таким чином, харчова ланцюг представляється у вигляді піраміди, що складається з декількох трофічних рівнів. У підстави розташовані фотосинтезуючі бактерії, які є їжею для наступного рівня, а ці організми є їжею для наступного рівня і т. д.

Фотосинтез рослин, його екологічна роль

Фотосинтез -- це синтез органічних сполук в листках зелених рослин з води і вуглекислого газу атмосфери з використанням сонячної (світловий) енергії, адсорбованих хлорофілом в хлоропластах. Завдяки фотосинтезу відбувається уловлювання енергії видимого світла і перетворення її в хімічну енергію, зберігається (запасається) в органічних речовинах, що утворюються при фотосинтезі. Значення фотосинтезу гігантське. Відзначимо лише, що він поставляє паливо (енергію) і атмосферний кисень, необхідні для існування всього живого. Отже, роль фотосинтезу є планетарної.

Планетарне фотосинтезу визначається також тим, що завдяки кругообігу кисню і вуглецю (в основному) підтримується сучасний склад атмосфери, що в свою чергу визначає подальше підтримання життя на Землі. Можна сказати далі, що енергія, яка запасається у продуктах фотосинтезу, є по суті основне джерело енергії, яким зараз має в своєму розпорядженні людство.

Хімію фотосинтезу описують наступними рівняннями:

4Н2О - + 40Н-- 4е-+ 4Н +