Биосфера эволюциясы. Биосфера құрылымы. Тірі заттың қасиеті мен қызметі

Биосфера эволюциясы - түрлердің, олардың арақатынастарының үздіксіз бір мезгілде өзгеру және бір түрдің жойылып, бұрын болмаған екінші бір түрлердің пайда болу құбылыстары. Қазіргі биосфераның қалыптасуы - ғасырлар бойы орын алған эволюцияның нәтижесі. Биосфералық эволюция тіршіліктің пайда болуына дайындық кезеңінен, дәлірек айтқанда биологиялық эволюциядан тұрады. Қалыптасқан көзқарастарға сәйкес олардың негізгі сатылары төменде келтірілген.

1. Ғаламшар мен оның атмосферасының түзілуі шамамен 4, 5 млрд. жыл бұрын басталды. Алғашқыда пайда болған атмосферада температурасы жоғары, тез қалпына келетін сутегі, азот, су буы, метан, аммиак және инертті газдардан құрылған көміртегі тотығының, формальдегид пен басқа жай қосылыстар болуы мүмкін.

2. Күннің сәулелену энергиясы мен атмосфераның біртіндеп сууының нәтижесінде заттардың абиотикалық айналымы пайда болды. Сұйық су пайда болып, гидросфера құралып, су айналымы, элементтердің судағы миграциясы мен ерітінділерде бірнеше фазалық химиялық реакциялар жүрді. Автокатализдің арқасында молекулалардың түзілуі мен өсуі орын алған.

3. Күннің ультракүлгін сәуле энергиясының, радиоактивтіліктің және әртүрлі энергиялық күш нәтижесінде көміртегінің, азоттың, сутегінің, оттегінің жай қосылыстары конденсация мен полимеризация процестеріне түсуі арқылы органикалық қосылыстар түзілген.

4. Төртінші сатыны антропоген сатысы деп атауға болады. Себебі, Жердің геологиялық тарихының соңғы кезеңі. Осы антропогендік кезеңнің көрнекті оқиғасы, эволюцияның басқарушысы - саналы адамның пайда болуы (кезеңнің атауы осыдан шықкан) . Адамзат қоғамының пайда болуы мен дамуы өте көп мөлшерде зат пен энергия ағысын тартып, биологиялық айналымның тұйықтығын бұзды. Антропогендік экологиялық дағдарыстар туып, эволюцияның жағымсыз факторына айналды. Тарихи тұрғыдан қарайтын болсақ адам пайда болып биосфераға әсерін тигізе бастаған шақтан осы кезеңге дейінгі уақыт аралығында биосфераның өзгеруін 5 сатыға бөлуге болады: 1) адамзаттың биосфераға әсері әдеттегі биологиялық түр ретінде ғана болған; 2) адамзаттың қалыптасу кезеңінде экожүйелерді өзгертпейтін, бірақ өте қарқынды түрде аңшылық орын алған; 3) табиғи процестердің өзгеруіне байланысты экожүйе де өзгере бастаған; 4) жер жырту мен ормандарды кесу арқылы табиғатқа зиян келтірілген; 5) биосфераның барлық экологиялық құрауыштары түгелімен әлемдік өзгерістерге ұшыраған.

Соңғы саты осыдан шамамен 300 жыл бұрын басталып, қазіргі кезге дейін жалғасып келе жатыр. Сонымен, адамның іс-әрекетінің әсерінен биосферада болатын негізгі өзгерістер түріне мынадай жағдайлар жатады:

- жердің беткі қабатының құрылымының өзгеруі (жер жырту, орман кесу, батпақты құрғату, жасанды су айдындарын жасау және жер бетіндегі су режиміне басқа да өзгерістер әкелу және т. б. ) ;

- биосфераның құрамын, оны құратын заттардың тепе-теңдігі мен айналымын өзгерту (қазбаларды жер қойнауынан алу, үйінділер жасау, әртүрлі заттарды ауа мен су обьектілеріне тастау, ылғалдылық айналымын өзгерту) ;

- кейбір организмдер түрлерін жою арқылы немесе жануарлардың жаңа тұқымдары мен өсімдіктердің жаңа сорттарын шығарып, оларды жаңа мекендейтін орындарға ауыстыру арқылы қоршаған ортаға өзгерістер әкелу;

- Жер шарының кейбір аудандарындағы және ғаламшар деңгейіндегі энергиялық тепе-теңдікті өзгерту.

В. И. Вернадский биосфера геологиялық кездейсоқ емес әртүрлі жеті бөліктерден тұрады деп есептеді: тірі зат, биогенді, өлі, биологиялык өлі, радиоактивті ыдыраушы заттар, шашыранды атомдардың заттары және космостық заттар. Мұның ішінде алғашқы төртеуі маңызды болып саналады.

Тірі зат. Бұл үғымды В. И. Вернадский енгізді. Бүл химиялық құрамы, энергия және салмағы арқылы біріккен бүкіл тірі организмдердің жиынтығы.

Биогенді зат (көмір, мұнай, әк тас, шым тезек және т. б. ) - Жердің бүкіл геологиялық тарихында тірі организмдер құрған, қуатты энергия көзі болып табылатын органикалық және органо-минералдық заттар.

Биологиялық өлі заттар тірі және өлі заттардың (үгілу қабаты, топырақтар, тұнбалар, табиғи сулар, шөгінді жыныстар және басқалары) синтезі нәтижесінде түзіледі. Биологиялык, өлі заттағы тірі және өлі заттардың ара қатынасы әртүрлі болады. Мысалы, топырақ шамамен 93%-ға өлі және 7%-ға органикалық заттардан тұрады.

Тірі зат биосфераның азғана бөлігін құрғанымен (бүкіл биосфера салмағының 0, 01%) оның негізін құрайды. В. И. Вернадский бойынша, тірі заттар - бұл куатты геологиялық фактор болып табылатын тіршілік ететін (немесе бұрын тіріиілік еткен) тірі организмдердің жиынтығы. Биосфераның тірі заттары химиялық және геологиялық тұрғыдан өте белсенді болып саналады.

1. Энергетикалық - биосфералық-планетарлық құбылыстардың космостық сәуле шығарумен, күн радиациясымен байланысын жүргізу;

2. Газды - газдардың миграциясын және олардың айналымын, атмосфераның газдық құрамын қамтамасыз ету;

3. Тотығу-тотықсыздану - тірі заттың әсерінен тотығу (ортаның оттегімен байытылуы) және тотықсыздану - оттегінің тапшы кезінде органикалық заттардың ыдырауы, күкіртті сутектің түзілуі, жинақталуы процесі;

Түрлердің толеранттығы. Толеранттық үғымы (латын тілінде - шыдамдылық деген түсінігі) экологиялық өсерлердің өзгеруіне деген түрдің шыдамдылығын білдіреді. Организмдердің қалыпты жағдайдағыдай тіршілік етуі үшін бұл әсерлердің өзгеру шамасы белгілі бір мөлшерден (шекарадан) аспауы керек. Әр түрлі организмдердің толеранттық шекарасы да өртүрлі болады.

Көп жағдайда экологиялық факторлардың тек шекара келемі емес, оның өзгеру жылдамдыш (динамикасы) да организмдерге көп әсер етеді, Кей жағдайларда организмдер осындай тез өзгерістерге бейімделіп үлгермей жойылып кетеді де, оның экологиялык қуысын басқа түрлер басып алуы мүмкін. Организмдердің экологиялық факторлар өзгерісіне бейімделуінің негізгі түрлері: морфологиялық, физиологиялық және мінез-құлқылық. .

Морфологиялық бейімделуге организмдердің түр өзгеріске түсуі (мысалы киттер мен Дельфиндерде аяқтың орнына жүзу канаттарының пайда болуы), физиологиялық бейімделуге - ас қорыту процесіне ферменттерді қолдану, өсімдіктерде фотосинтез аркылы бейорганикалық затгардан органикалық заттарды биосинтездеу және т. б., мінез-қүлқылықтық бейімделуге жануарлардың сыртқы түс-әлпетін өзгеруі, құстардың жылы жаққа жыл мезгіліне байланысты ауысып отыруы және т. б. мысал бола алады.

Экожүйенің тұрақтылығы деп экологиялық факторлар өзгерісі кезінде оның қалыпты тіршілік ету көрсеткіштерін сақтап қалу мүмкіншілігін түсінеміз.

Түр ішіндегі өзара әрекеттестік. Популяция зандылықтарын жаңаша зерттеу түрлердің биоценоздағы ролдерін, қауымдастықтардың, экожүйелер мен биосфераның қүрылымдық құрылысын, қарым-қатынасын түсінуге мүмкіндік берді. Өзара қарым-қатынастардың көптеген түрлері бар; кейде олар өрең байқалатын күрделі болады, мөселен, екі жағына да пайдалы симбиотикалық өзара қарым-қатынастар сияқты, мысады, жоғары келтірілген "жыртқыш-жемтік" және "паразит-қожайын" түріндегі қарым-қатынастар (түрлі нәрлену деңгейіндегі популяциялардың әзара әрекеттестігі) .

Бір түрге жататын дарақтар да әзара әрекеттестікке түседі. Бүған бәсекелестік мінез-қүлықтың аумақтық қарым-қатынастары және басқа да формалары жатады.

Экожүйелік сараптаудың дамуы XX ғ-дың ірі табиғат зерттеушісі В. И. Вернадскийдің биосфера туралы ілімінің жаңа экологиялық негізде жаңғыруына алып келді. Енді биосфера тұрақтылығы мен өрекеті зат пен энергия теңгерілімін қамтамасыз ететін экологиялық зандарға негізделген ғалам-экожүйе ретінде көрінетін болды.

Топтың құрылымы біртіндеп белгілі бір уақыт ішінде жасалады. Оған топтың даму үлгісі ретінде пайдалануға болатын мысал, жалаңаштанған тау жыныстарының ағзаларының жақында пайда болған жанартаулы аралға қоныстануы болады. Ағаштар мен бұталар тақыр жартас жынысында өсе алмайды, өйткені мүнда ол үшін қажетті топырақ жоқ. Алайда балдырлар мен қыналар өр түрлі жолмен осындай аймақтарға тап болып, соған қоныстанып, ізашарлар (пионерлер) тобын құрайды. Өліп, шіріген ағзалардың біртіндеп жиналуы жөне тау жыныстарының желмен мүжілуінің нөтижесінен туған эрозия мүнда топырақтың мүк және папоротник тәрізді ірірек өсімдіктердің тамыр жаюына мүмкіндік беретін жеткілікті қабаттың түзілуіне өкеледі. Ақыр аяғында бұл есімдіктерден кейін бұдан гөрі ірірек жөне қоректік заттарға мүқтажырақ түрлер - шөп, бүталар мен ағаштар жөне т. б. түқымдық өсімдіктер орын тебеді.

Бір түрлердің басқа түрлермен уақыттың белгілі бір кезеңінде мүндай ауысуы экологиялық сукцессия деп аталады. Осы процестің нөтижесіндегі тұрақтылыққа келіп, өзін-өзі қалпына келтіру қабілеті бар жөне ортамен тепе-теңцікте болатын қауымдастық толықсыған кауымдастық деп аталады. Бұл жануарларлық қауымдастықтар өлемінде де өсімдіктердін ауысуымен себептелген бір түрлердің екіншісімен ауысуы жүріп түрады, бірақ бұл үрдіс сондай-ақ қандай жануарлар-дың көрші қауымдастықтардан көшіп-қона алатындығына да байланысты.

Жоғарыда сипатталған, жалаңаштанған тау жынысына немесе топырақ қүрыған басқа да үстіңгі қабаттарға (мыса-лы, қүм төбелердің немесе бүрынғы мұздықтың арнасынын) қоныстанудан басталған сукцессия типі бірінші реттік сукцессия деп аталады. Бұдан айырмасы, екінші реттік сукцессия деп үстіңгі қабаты толықтай немесе айтарлықтай дәрежеде өсімдіксіз, бірақ бүрын тірі ағзалардың ықпалында болғандықтан органикалық қүрауыштары бар жерден басталған сукцессияны айтады. Мысалы, ағаштары кесілген орман орны, өртенген алаңқайлар мен ауыл шаруашылығында пайдаланып тас-талған жерлер осындай. Мұндағы топырақта вегетативті көбеюдің түқымдары, споралары мен мүшелері, мысалы, тамыр сабағы сақталып қалуы мүмкін, олар сукцессияға өсер етеді. Біріншілік сияқты, екінші реттік сукцессияда да қоршаған аймақтың флорасы мен фаунасы сукцессияға кездейсоқ қоныстану мен қоныс аудару нәтижесінде еніп қалған жануарлар мен өсімдіктердің типтерін анықтайтын басты фактор болып табылады.

Толық сукцессияны кейде серия деп атайды. Серия бірқатар сериялы қауымдастықтар (сериялы сатылар) түзеді. Ортаның ұқсас жағдайларында сериялар кебіне ұқсас сукцессиялармен беріледі, сондықтан оларды мына жағдайларға сәйкес жіктеуге болады: мысалы, гидросерия - сулы ортада судың ашық үстіңгі қабатына қоныстанушылықтың нетижесінде, галосерия - түзды марштарда дамиды.

Поликлимакс тұжырымдамасы қазіргі заманға сай болып табылады, оған сөйкес климакс барлық физикалық факторлардың ықпалында қалыптасады, онда олардың біреуі немесе бірнешеуі басым болуы мүмкін (мысалы, қүрғау, топырақ, топография, өрттер) . Егер қауымдастық ұзақ уақыт "тұрақты" болса, онда ол шынайы климакс болып саналады: онда кез келген өзгеріс сукцессияның климакс деңгейіне дейін өтуіне қажетті уақытпен салыстырғанда біршама баяу өтеді.

Белдемділік таралу. Кезкелген бір уақытта қауымдас-тықтың ішіндегі түрлер кеңістікте қоршаған физикалық ортаның ерекшеліктеріне сөйкес таралуы мүмкін. Бұл белдемділік таралудеп аталады. Оған жартасты жағалаулардағы судың қайтуы мен көтерілу деңгейлерінің арасындағы жөне су шашырайтын белдемде үшырасатын теңіз балдырлары мен жануарларының орналасуы жақсы мысал бола алады. Бұл белдемдердің физикалық күйлері өр қилы. Әр белдемді оның ерекше жағдайларына бейімделген түрлер мекеңдейді.

Беддемдік таралудың сукцессияларға ұқсас болуы да мүмкін, алайда негізгі айырмашылық мынады: белдемдік таралуда түрлер кеңістікте ауысады, ал сукцессияларда олар белгілі бір уақыт аралығынды ауысады.

Климаксты орман қауымдастығының үлгісі. Жер бетіне төн климакстық қауымдастықтарға жапырақтары түсетін ормандар жатады. Олар түрлерінің молдығымен ерекшеленеді. Мысалы, Оксфордтың жанындағы ұзақ уақыт мүқият зерт-теулер жүргізілген орманнан шамамен 4 мындай жануарлардың түрлері табылған. Мұндай байлықтың себептерінің бірі - орман қауымдастығының күрделі құрылымы, экологиялық қуыстардың көптігі, оның белдеулергебөлінуі. Бірінші реттік өнімнің басым бөлігі ағаш шымылдығында өңдіріледі, аса қарқывды