"Биология. Базовый уровень", Пономарева И.Н. и др.
Биосфера — оболочка Земли, где живут организмы и заметно преобразуют окружающую среду. Она включает все экосистемы планеты, живые существа и части атмосферы, гидросферы и литосферы, в которых возможна жизнь или сохранились её следы. Организмы связывают эти части круговоротами веществ, участвуют в формировании почвы и влияют на состав атмосферы. Энергия проходит через биосферу потоком, а вещества возвращаются в среду и используются снова. Поэтому изменения в одной экосистеме могут иметь последствия для всей планеты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная их деятельностью. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы; конкретные пределы распространения жизни зависят от условий. Это понятие помогает увидеть, что жизнь связана не с одной областью, а с несколькими оболочками планеты.
Биосферный уровень организации — уровень, объединяющий все экосистемы и организмы планеты вместе со средой их обитания. Отдельная экосистема, например лес или озеро, составляет только часть этого уровня. Понятие нужно, чтобы рассматривать связи живого и неживого в масштабе всей Земли.
Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Организмы поглощают, преобразуют и выделяют вещества, а энергию получают и передают по цепям питания. Поэтому живое вещество не просто населяет планету, но и изменяет её оболочки.
Биогенное вещество — вещество, образованное организмами или возникшее из их остатков и продуктов жизнедеятельности. К нему относят, например, торф и некоторые осадочные породы, сформировавшиеся при участии живых существ. Термин помогает отличать такие образования от веществ, появившихся без участия организмов.
Биосфера объединяет организмы, среды их обитания и экосистемы в единую систему, потому что вещества и энергия переходят между её частями. Растения, животные, грибы и микроорганизмы связаны пищевыми отношениями, а их деятельность воздействует на воду, воздух и почву. Поэтому граница между экосистемами не означает полной изоляции: вода, воздух и организмы могут переносить вещества и связывать удалённые территории. Биосферный уровень позволяет учитывать эти связи в планетарном масштабе.
Границы биосферы определяются условиями, при которых организмы способны жить или сохраняться. Слишком высокая или низкая температура, недостаток воды, света или кислорода ограничивают распространение жизни. При этом сами организмы меняют среду: например, растения влияют на состав воздуха, а микроорганизмы — на превращения веществ в почве и воде. Так живое не только зависит от оболочек Земли, но и преобразует их свойства.
Главный источник энергии для большинства экосистем — Солнце. Продуценты, прежде всего растения и водоросли, используют свет при фотосинтезе и запасают энергию в органических веществах. Затем она передаётся консументам, которые питаются другими организмами, и редуцентам, разлагающим остатки; на каждом этапе часть энергии рассеивается как тепло. В отличие от неё, атомы вещества переходят между организмами и средой, поэтому могут использоваться многократно.
Круговороты углерода, кислорода, воды и других элементов связывают организмы с атмосферой, гидросферой и литосферой. Например, углерод поступает в растения из углекислого газа, переходит к животным с пищей, а при дыхании и разложении возвращается в среду. Вода испаряется, переносится в атмосфере, выпадает осадками и снова используется организмами. Благодаря таким переходам вещества не остаются навсегда внутри одного организма или оболочки Земли.
Живое вещество поддерживает условия, важные для жизни, поскольку организмы постоянно участвуют в газообмене, разложении и образовании органики. Фотосинтез влияет на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере, а отмершие организмы и продукты их жизнедеятельности участвуют в формировании почвы и биогенных веществ. Эти процессы не означают, что один вид способен сам регулировать всю планету: результат складывается из деятельности множества организмов и природных процессов. Поэтому сокращение крупных природных сообществ может отражаться на условиях далеко за пределами их территории.
| Компонент или процесс | Что включает | Роль в биосфере |
|---|---|---|
| Живое вещество | Все организмы планеты | Преобразует вещества и энергию, влияет на среду |
| Косное вещество | Компоненты неживой природы, возникшие без участия организмов | Создаёт физическую и химическую основу обитания |
| Биогенное вещество | Вещества, созданные организмами или образованные из их остатков | Сохраняет результат деятельности живого в оболочках Земли |
| Биокосное вещество | Образования, возникшие при совместном действии организмов и неживых процессов | Связывает живую и неживую части биосферы |
| Круговорот веществ | Переход элементов между организмами и окружающей средой | Возвращает вещества в среду и делает возможным их повторное использование |
| Поток энергии | Поступление и передача энергии через организмы | Обеспечивает процессы жизнедеятельности; энергия постепенно рассеивается |
Таблица помогает сравнить состав биосферы и процессы, которые связывают её компоненты. При разборе примера сначала определите, о каком компоненте или процессе идёт речь, а затем соотнесите его с ролью. Особенно важно не смешивать круговорот вещества с односторонним прохождением энергии.
Задача 1. Определите, относится ли коралловый риф к биосферному уровню организации, и обоснуйте ответ.
Установим, что представляет собой риф: это сообщество организмов, например кораллов, рыб, водорослей и микроорганизмов, вместе с условиями их обитания. Такие компоненты взаимодействуют, поэтому риф можно рассматривать как экосистему. Экосистема не равна всей биосфере.
Сравним масштабы понятий. Биосфера включает все экосистемы Земли, а коралловый риф занимает лишь часть океана. Значит, риф входит в биосферу, но не охватывает её целиком.
Ответ: коралловый риф — экосистема и часть биосферы, а не вся биосфера.
Задача 2. Проследите путь атома углерода: из атмосферного углекислого газа через растение и животное обратно в окружающую среду.
Растение поглощает углекислый газ из воздуха. При фотосинтезе углерод входит в состав органических веществ, из которых построены клетки и запасы растения. Так атом переходит из атмосферы в живое вещество.
Животное поедает растение или питается другим организмом, который его съел. Часть углерода становится материалом клеток животного, а часть используется при получении энергии. При дыхании образуется углекислый газ.
Углерод возвращается в окружающую среду с углекислым газом при дыхании. Он также может высвободиться при разложении остатков организмов редуцентами. Затем его снова способны поглотить растения.
Ответ: углерод переходит из атмосферного CO₂ в растение, затем в животное и возвращается в среду при дыхании или разложении. Это пример круговорота вещества.
Задача 3. Объясните, почему сокращение площади лесов может повлиять на климат и газовый состав атмосферы далеко за пределами вырубки.
Сначала рассмотрим функцию леса: растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе и выделяют кислород. Когда площадь леса уменьшается, общая интенсивность этих процессов на вырубленной территории снижается. Изменения затрагивают обмен газами между живыми организмами и атмосферой.
Затем учтём масштаб связей. Атмосферные газы перемещаются воздушными потоками, а климат зависит от процессов, происходящих на больших территориях. Поэтому изменение газообмена в одном регионе может быть частью более широких изменений состава атмосферы и климата.
Наконец, отделим возможный вклад лесов от единственной причины. Климат формируется множеством факторов, но леса влияют и на газовый состав, и на водный обмен с атмосферой. Следовательно, сокращение лесов способно усилить изменения, последствия которых выходят за границы вырубки.
Ответ: леса участвуют в газообмене и водном цикле, а атмосфера и климат связаны в планетарном масштабе. Поэтому изменение лесных экосистем может отразиться на удалённых территориях.
Ошибка: считать биосферу только совокупностью организмов. Так думают, потому что слово связано с живыми существами, но биосфера включает также среды их обитания и преобразованные организмами компоненты Земли. Проверьте себя: если в ответе упомянуты только растения, животные и микроорганизмы, добавьте связь с воздухом, водой и горными породами.
Ошибка: смешивать биосферу и отдельную экосистему. Экосистема может казаться целым миром, особенно если изучается самостоятельно, однако она занимает лишь часть планеты. Проверьте масштаб: риф, лес или озеро — часть биосферы, а биосфера объединяет все экосистемы Земли.
Ошибка: представлять круговорот веществ как одностороннее движение. Путаница возникает, когда запоминают лишь переход вещества по пищевой цепи. Но вещества возвращаются в окружающую среду при дыхании и разложении, после чего вновь могут усваиваться организмами. Проверка проста: проследите не только путь к потребителю, но и возврат вещества в среду.
Ошибка: считать, что энергия совершает замкнутый круговорот. Эту мысль иногда переносят на энергию по аналогии с веществами, хотя она ведёт себя иначе. Энергия поступает в экосистемы, передаётся между организмами и постепенно рассеивается как тепло. Проверьте себя вопросом: возвращается ли использованная энергия к Солнцу и снова в цепь питания? Нет, поэтому говорят о потоке энергии.
Для понимания биосферного уровня нужно знать уровни организации живой материи, строение экосистем и роли продуцентов, консументов и редуцентов. Представления о круговороте веществ и потоке энергии, изучаемые на уровне экосистем, помогают увидеть те же процессы в масштабах планеты. Далее эти знания пригодятся при изучении экологии, глобальных изменений среды и влияния человека на природу. Так можно связать состояние отдельных сообществ с процессами, которые затрагивают всю Землю.
Чем биосфера отличается от экосистемы?
Экосистема — это организмы и их среда, связанные обменом веществ и энергии на определённой территории. Биосфера включает все экосистемы Земли и охватывает планетарный масштаб. Поэтому риф или лес — часть биосферы, но не вся биосфера.
Какие компоненты входят в состав биосферы?
В биосферу входят живое вещество, косное, биогенное и биокосное вещества. К косному относят неживые компоненты, возникшие без участия организмов, а к биогенному — созданное организмами или из их остатков. Биокосное вещество формируется совместным действием живых организмов и неживых процессов.
Почему у биосферы есть границы?
Жизнь возможна только там, где подходят температура, давление, наличие воды и другие условия. Поэтому организмы заселяют лишь определённые части атмосферы, гидросферы и литосферы. Границы биосферы не являются ровной линией: они связаны с пределами распространения жизни.
Чем круговорот веществ отличается от потока энергии?
Атомы и молекулы переходят из организмов в окружающую среду и снова используются живыми существами, поэтому вещества совершают круговороты. Энергия поступает главным образом от Солнца, передаётся по цепям питания и постепенно рассеивается в виде тепла. Она не возвращается к источнику в замкнутом цикле.
Как организмы влияют на атмосферу и другие оболочки Земли?
Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород при фотосинтезе, а дыхание и разложение органики возвращают углекислый газ в атмосферу. Организмы также участвуют в образовании почв, горных пород и биогенных веществ. Благодаря этим процессам меняются состав и свойства оболочек Земли.
§ 13. Особенности биосферного уровня организации живой материи и его роль в обеспечении жизни на Земле
