В коя зона на океана фотосинтезата е невъзможна? Животът на животните и растенията в океаните

Температурата на Световния океан значително влияе върху неговото биологично разнообразие. Това означава, че човешката дейност може да промени глобалното разпространение на живота във водата, нещо, което изглежда вече се случва с фитопланктона, който намалява средно с 1% на година.

Океанският фитопланктон - едноклетъчни микроводорасли - представлява основата на почти всички хранителни веригии екосистеми в океана. Половината от цялата фотосинтеза на Земята идва от фитопланктона. Състоянието му засяга количеството въглероден диоксид, което океанът може да абсорбира, изобилието от риба и в крайна сметка благосъстоянието на милиони хора.

Срок "биологично разнообразие" означава разнообразието на живите организми от всички източници, включително, но не само, сухоземни, морски и други водни екосистеми и екологичните комплекси, от които те са част; това понятие включва разнообразие в рамките на видовете, между видовете и екосистемно разнообразие.

Това е определението на този термин в Конвенцията за биологичното разнообразие. Целите на този документ са опазването на биологичното разнообразие, устойчивото използване на неговите компоненти и справедливото и справедливо споделяне на ползите, произтичащи от използването на генетични ресурси.

Преди това са провеждани много изследвания върху земното биоразнообразие. Човешките познания за разпространението на морската фауна са значително ограничени.

Но проучването, наречено Преброяване морски живот„(Преброяване на морския живот, за което Gazeta.Ru многократно е писала), продължило десетилетие, промени ситуацията. Човекът започва да знае повече за океана. Неговите автори събраха знания за глобалните тенденции в биоразнообразието в основните групи от морски живот, включително корали, риби, китове, тюлени, акули, мангрови гори, морски водорасли и зоопланктон.

„Въпреки че сме все по-наясно с градиентите на глобалното разнообразие и свързаните с тях фактори на околната среда„Познанията ни за това как работят тези модели в океана изостават значително от това, което знаем за сушата, и това проучване беше проведено, за да се елиминира това несъответствие.“, - Уолтър Джец от Йейлския университет обясни целта на работата.

Въз основа на получените данни учените сравниха и анализираха глобалните модели на биологичното разнообразие на повече от 11 хиляди морски вида растения и животни, вариращи от малък планктон до акули и китове.

Изследователите са открили поразителни прилики между моделите на разпространение на животинските видове и температурите на океанската вода.

Тези резултати означават, че бъдещите промени в температурата на океана могат значително да повлияят на разпространението на морския живот.

Освен това учените откриха, че местоположението на горещите точки на разнообразието от морски живот (области, където в момента има голям брой редки видове, които са застрашени от изчезване: такива „точки“ например са коралови рифове) се среща главно в райони, където е записано високо нивочовешко въздействие. Примери за такива въздействия включват риболов, адаптация заобикаляща средаза техните нужди, антропогенното изменение на климата и замърсяването на околната среда. Може би човечеството трябва да се замисли как тази дейност се вписва в рамките на Конвенцията за биологичното разнообразие.

„Кумулативният ефект от човешката дейност застрашава разнообразието на живота в световните океани.“, казва Камило Мора от университета в Делузи, един от авторите на работата.

До тази работа е публикувана друга статия в Nature за проблемите на морското биологично разнообразие на Земята. В него канадски учени говорят за сегашния колосален темп на намаляване на биомасата на фитопланктона в последните години. Използвайки архивни данни, комбинирани с най-новите сателитни наблюдения, изследователите установиха това В резултат на затоплянето на океана количеството на фитопланктона намалява с 1% годишно.

Фитопланктонът има същия размер и съотношение на изобилие като бозайниците

Фитопланктонът е частта от планктона, която извършва фотосинтеза, предимно протококови водорасли, диатомеи и цианобактерии. Фитопланктонът е жизнено важен, защото представлява приблизително половината от производството на цялата органична материя на Земята и по-голямата част от кислорода в нашата атмосфера. В допълнение към значителното намаляване на кислорода в земната атмосфера, което все още е дългосрочен въпрос, намаляването на броя на фитопланктона заплашва промени в морските екосистеми, което със сигурност ще засегне риболова.

При изучаване на проби от морски фитопланктон се оказа, че какво по-голям размерклетки от определен вид водорасли, толкова по-малък е техният брой. Изненадващо, това намаляване на броя се случва пропорционално на клетъчната маса на степен –0,75 - точно същото количествено съотношение на тези стойности беше описано по-рано за сухоземни бозайници. Това означава, че „правилото за енергийна еквивалентност“ важи и за фитопланктона.

Фитопланктонът е разпределен неравномерно в океана. Количеството му зависи от температурата на водата, осветлението и количеството хранителни вещества. Прохладните години на умерените и полярните региони са по-подходящи за развитието на фитопланктона, отколкото топлите тропически води. В тропическата зона на открития океан фитопланктонът се развива активно само там, където преминават студени течения. В Атлантическия океан фитопланктонът се развива активно в района на островите Кабо Верде (недалеч от Африка), където студеното Канарско течение образува кръг.

В тропиците количеството на фитопланктона е еднакво през цялата година, докато във високите географски ширини има обилно размножаване на диатомеите през пролетта и есента и силен спад в зимно време. Най-голямата маса фитопланктон е концентрирана в добре осветени повърхностни води (до 50 m). По-дълбоко от 100 м, където не прониква слънчева светлина, почти няма фитопланктон, защото там фотосинтезата е невъзможна.

Азотът и фосфорът са основните хранителни вещества, необходими за развитието на фитопланктона. Те се натрупват под 100 m, в зона, недостъпна за фитопланктон. Ако водата е добре смесена, азотът и фосфорът редовно се доставят на повърхността, захранвайки фитопланктона. Топли водипо-леки от студените и не потъват в дълбочина - не се получава смесване. Следователно в тропиците азотът и фосфорът не се доставят на повърхността, а недостигът на хранителни вещества пречи на развитието на фитопланктона.

В полярните региони повърхностните води се охлаждат и потъват на дълбочина. Дълбоките течения носят студени води към екватора. Сблъсквайки се с подводни хребети, дълбоките води се издигат на повърхността и носят със себе си минерали. В такива райони има много повече фитопланктон. IN тропически зонив открития океан, над дълбоководните равнини (северноамерикански и бразилски басейн), където няма издигаща се вода, има много малко фитопланктон. Тези райони са океански пустини и се избягват дори от големи мигриращи животни като китове или платноходки.

Морският фитопланктон Trichodesmium е най-важният фиксатор на азот в тропическите и субтропичните райони на Световния океан. Тези малки фотосинтезиращи организми използват слънчева светлина, въглероден диоксид и други хранителни вещества, за да синтезират органична материя, която формира основата на морската хранителна пирамида. Азотът, влизащ в горните осветени слоеве на океана от дълбоките слоеве на водния стълб и от атмосферата, служи като необходима храна за планктона.

Диатомеите са предимно автотрофни растения; при тях, подобно на други автотрофни организми, процесът на образуване на органична материя се извършва в хлоропластите с помощта на пигменти по време на фотосинтеза. Първоначално беше установено, че пигментите в диатомеите се състоят от смес от хлорофили с ксантофили и фукоксантин. По-късно за изясняване на състава на пигментите в диатомеите е използван хроматографският метод, с помощта на който е установено наличието на осем пигмента в хлоропластите на диатомеите (Dutton, Manning, 1941; Strain, Manning, 1942, 1943; Strain a. oth., 1943, 1944; Wassink, Kersten, 1944, 1946; Cook, 1945; Hendey, 1964). Тези пигменти са както следва: хлорофил α, хлорофил c, β-каротин, фукоксантин, диатоксантин, диадиноксантин, неофукоксантин А и неофукоксантин В. Последните четири пигмента са част от диатомин, който беше открит по-рано. Някои автори също посочват минималното присъствие на ксантофил и феофитин (Strain and. oth., 1944).

Общото количество пигменти в диатомеите е средно около 16% от липидната фракция, но тяхното съдържание варира при различните видове. В литературата има много малко данни за количественото съдържание на пигменти в морските планктонни диатомеи, а за бентосните видове, които са особено богати на жълти и кафяви пигменти, почти липсват (табл. 1 и 2).

Горните данни показват, че съдържанието на пигмент варира дори в рамките на един и същи вид. Има доказателства, че съдържанието на пигменти е подложено на колебания в зависимост от интензитета на светлината, нейното качество, съдържанието на хранителни вещества в средата, състоянието на клетката и нейната възраст. Например, изобилието от хранителни вещества в околната среда с относително нисък интензитет на светлината стимулира продуктивността на пигментите и обратно, високата интензивност на светлината с липса на хранителни вещества в околната среда води до намаляване на концентрацията на пигменти. При липса на фосфор и азот съдържанието на хлорофил а може да намалее 2,5-10 пъти (Финенко, Ланская, 1968). Установено е, че със стареенето на клетките съдържанието на хлорофил c намалява.

Функциите на пигментите, различни от хлорофилите, в диатомеите все още не са достатъчно изяснени. Хлорофил α е основният пигмент, който абсорбира светлинната енергия от всички лъчи на спектъра и има две форми, които се различават по абсорбцията на светлината: едната от тях се възбужда директно от червена светлина, а втората, освен това, също от енергия, предавана от спомагателния пигмент фукоксантин (Emerson, Rabinowitch, 1960). Останалите пигменти са спомагателни за хлорофил а, но играят и относителна роля важна роляпо време на фотосинтезата. Хлорофил c има по-висок максимум на абсорбция в синята област, отколкото в червената област, и следователно той е в състояние да използва светлинни лъчи с по-къси дължини на вълната, неговият максимум на абсорбция е при 520-680 nm и пада до нула при дължина на вълната 710 nm , така че абсорбцията му е по-интензивна в зоната на синята светлина, т.е. на дълбочина 10-25 m от водната повърхност, където хлорофил а е по-малко ефективен. Ролята на β-каротина не е достатъчно ясна, неговият абсорбционен спектър рязко завършва при 500 nm, което показва способността му да абсорбира в лъчи с дължина на вълната 500-560 nm, т.е. -30 м ). Така β-каротинът прехвърля абсорбираната енергия към хлорофил α (Dutton и Manning, 1941). Това е известно, например, за Nitzschia dissipata, който абсорбира енергия в зелено-жълтата светлинна област (Wassink, Kersten, 1944, 1946). Кафявите пигменти от групата на фукоксантините имат максимална абсорбция при дължина на вълната около 500 nm и очевидно осигуряват фотосинтезата на диатомеите на дълбочина 20-50 m, като прехвърлят енергията, която абсорбират, към хлорофила. Dutton и Manning (1941), а по-късно Wassink и Kersten (1946) показаха, че фукоксантинът е основният допълнителен пигмент в диатомеите. Светлината, абсорбирана от фукоксантин, се използва за фотосинтеза почти толкова ефективно, колкото светлината, абсорбирана от хлорофила. Това не се наблюдава при зелени и синьо-зелени водорасли без фукоксантин. Tanada (1951) също установи, че в сладководните диатомеи Навикула минимумивар. atomoidesфукоксантин абсорбира синьо-синя светлина (450-520 nm) и я използва толкова ефективно, колкото светлината, абсорбирана от хлорофила. Хенди (1964) посочва дължината на вълната на светлината, при която се получава максимално поглъщане на светлина от различни диатомови пигменти. В ацетона те са както следва (в mmkm): хлорофил α - 430 и 663-665, хлорофил c - 445 и 630, β-каротин - 452-456, фукоксантин - 449, диатоксантин - 450-452, диадиноксантин - 444-446 , неофукоксантин А - 448 - 450 и неофукоксантин В - 448.

Химията на фотосинтезата при диатомеите очевидно е малко по-различна от тази при други растителни организми, при които крайният продукт на фотосинтезата са въглехидрати, докато при диатомеите това са мазнини. Изследванията с електронен микроскоп не разкриват наличието на нишесте нито в стромата на хлоропластите, нито в близост до пиреноидите. Фог смята, че при диатомеите крайният продукт на асимилацията също са въглехидрати, но при бързо протичащи метаболитни процеси те се превръщат в мазнини (Collyer и Fogg, 1955; Fogg, 1956). Химическият състав на мазнините в диатомеите е неизвестен, нито за асимилационни продукти, нито за резервни хранителни масла и маслени тела (Goulon, 1956).

В океаните, моретата и сладководните тела на повърхността на водата условията за фотосинтеза са близки до условията в въздушна среда, но с потапяне в дълбочина те се променят поради промени в интензитета и качеството на светлината. По отношение на осветеността се разграничават три зони: еуфотична - от повърхността до 80 m дълбочина, в нея протича фотосинтеза; дисфотични - от 80 до 2000 m, тук все още се срещат някои водорасли, и афотични - по-долу, в които няма светлина (Das, 1954 и др.). Фотосинтезата на морския и сладководен фитопланктон в повърхностния слой на водата е достатъчно проучена както в природни, така и в културни условия (Wassink и Kersten, 1944, 1946; Votintsev, 1952; Tailing, 1955, 1957a, 1966; Ryther, 1956; Edmondson, 1956 ; Ryther, Menzel, 1959; Steemann Nielsen, Hensen, 1959, 1961 и др.). По-специално, целогодишните наблюдения в Черно море показват, че най-високата интензивност на фотосинтезата на фитопланктона съвпада с най-високата слънчева радиация. През лятото максималната фотосинтеза на фитопланктона се наблюдава от 1 до 16 часа. (Ланская, Сивков, 1949; Бесемянова, 1957). При различните планктонни видове максималната интензивност на фотосинтезата има граници на вариация, характерни за даден вид. При което голямо значениеима географско разположение на водните площи (Doty, 1959 и др.).

Сред диатомеите (както планктонни, така и бентосни) има светлолюбиви и сенколюбиви видове, които имат различна скорост на фотосинтеза и степен на използване на слънчевата енергия за една и съща радиация. При светлолюбивите видове, като Cerataulina bergonii(планктонен) и Navicula pennataвар. понтика(сублиторал), фотосинтезата протича успоредно с радиацията и достига максимум по обяд, а при сенколюбивите растения - Thalassionema nitzschioides (планктонни) и Nitzschia closterium(тихопелагичен) - потискане на фотосинтезата се наблюдава през деня, като максималната интензивност на този процес се проявява в сутрешните и следобедните часове (Бесемянова, 1959). Същият ход на фотосинтеза се наблюдава в култури от северни пелагични видове Coscinosira polychordaИ Косцинодискус ексцентричен(Маршал и Ог, 1928; Дженкин, 1937). При бентосните форми интензивността на фотосинтезата на единица биомаса е значително по-висока, отколкото при планктонните форми (Бесемянова, 1959). Това е съвсем естествено", тъй като бентосните диатомеи имат големи хлоропласти, интензивно оцветени с пигменти, т.е. общото количество фотосинтетични пигменти в тях е много по-голямо. Наблюденията показват, че фотосинтезата е по-активна в подвижните форми, отколкото в неподвижните и се активира значително в периода на разделяне на диатомеите (Talling, 1955).Фотосинтезата не спира дори при лунна светлина, но при тези условия кислородът се отделя 10-15 пъти по-малко, отколкото през деня.В горния хоризонт на водния стълб нощната фотосинтеза е само 7-8% от дневното количество (Ivlev, Mukharevskaya, 1940; Subrahmanyan, 1960).

С дълбочината интензитетът на светлината рязко пада. Измерване на различни дълбочини в залата. Puget Sound (североизточна част Тихи океан) с помощта на фотоелектрическа камера Kunz показа, че интензитетът на осветяване (на водната повърхност, взета за 100%) на дълбочина 10 m пада до 9,6%, на дълбочина 20 m е 4%, а на 35 m - 2,4% , практически на тази дълбочина тъмно (Grein, в: Feldmann, 1938; Gessner, 1955-1959, I). Успоредно с намаляването на осветеността се съкращава светлата част на деня. В океана на ширина 30-40° с най-голяма прозрачност на водата на дълбочина 20 m продължителността на летния ден е около 1 час, на 30 m - 5 часа, на 40 m - само 5 минути.

С дълбочината не само интензитетът на осветяване и фотопериодът намаляват, но и качеството на светлината се променя поради неравномерното поглъщане на лъчите от слънчевия спектър на различни дължини на светлинните вълни. В табл Фигура 3 показва промените в абсорбцията на светлинните лъчи и цвета на здрачното осветление на различни дълбочини.

Тази таблица показва, че поглъщането на светлина в морската вода е обратно пропорционално на дължината на светлинните вълни, т.е. светлинни вълнилъчи от спектъра, толкова по-бързо се абсорбират от водата. Тъй като светлинните лъчи се абсорбират на подходящи дълбочини, цветът на здрачното осветление се променя. И двете ограничават фотосинтезата на дълбочина. Намаляването на интензитета на различни лъчи от спектъра на различни дълбочини в морето е представено в табл. 4.

Данните в тази таблица показват, че някои морски кафяви и червени водорасли все още могат да растат на дълбочина от 75 m и, вероятно, по-дълбоко при условия на много висока прозрачност на водата. Както е известно, прозрачността на водата варира значително не само в различните водни тела, но и в едно и също водно тяло. В пелагичния регион на моретата и океаните водата е прозрачна до дълбочина от 40 до 160 m, а в морския сублиторал прозрачността на водата пада до 20 m и по-долу. Долната граница на разпространение на водораслите се определя от интензитета на светлината, при който асимилацията и дишането са взаимно балансирани, т.е. когато се достигне така наречената точка на компенсация (Marshall, Orr, 1928). Естествено, точката на компенсация при водораслите зависи от прозрачността на водата, състава на пигментите и редица други фактори. В тази връзка има някои данни за макрофитни водорасли, които имат различни пигментни системи (Levring, 1966), но няма такава информация за диатомеите (Таблица 5).

При равни условияпри осветяване точката на компенсация при водорасли от различни отдели зависи от функцията на техните пигменти. При синьо-зелените водорасли (с пигменти: хлорофили a и b, β-каротин, кетокаротеноид, миксоксантофил) точката на компенсация е на дълбочина около 8 m, при зелените водорасли (пигменти: хлорофили a и b, β-каротин, ксантофил ) - около 18 m, а при кафявите и червените водорасли, които освен хлорофил, каротин и ксантофил имат и допълнителни пигменти (кафявите имат фикоксантин, червените имат фикоеритрин и фикоциан), точката на компенсация пада значително под 30 m.

При някои видове диатомеи от сублиторалното Черно море точката на компенсация, очевидно, може да падне до дълбочина 35 m. Модерна техникасъбирането на субтидални диатомеи не предоставя точен индикатор за условията на местообитанията отделни видове. Въз основа на най-новите данни е установен общ модел на разпространение на субтидалните диатомеи в дълбочините. В сублиторалните условия на Черно море те живеят на дълбочина около 30 m (Proshkina-Lavrenko, 1963a), в Средиземно море - на дълбочина 60 m (Aleem, 1951), което е съвсем естествено при прозрачност на водата в това море е 60 м. Има индикации за обитаване на диатомеи до 110 m (Smyth, 1955), до 200 m (Bougis, 1946) и до 7400 m (Wood, 1956), като Wood заявява, че живите диатомеи ( обикновено субтидални) са открити на тази дълбочина морски видовезаедно със сладководните!). Данните на последните двама автори са недостоверни и изискват проверка.

Компенсационната точка за един и същи вид диатом не е постоянна; зависи от географската ширина на вида, сезона на годината, прозрачността на водата и други фактори. Маршал и Оп (Marshall, Orr, 1928) експериментално установяват, спускайки култура от диатомеи на различни дълбочини в залива (Loch Striven; Шотландия), че Coscinosira polychordaпрез лятото има компенсационна точка на дълбочина 20-30 m, а през зимата близо до повърхността на водата. Те получиха подобни резултати за Chaetoceros sp.

Бентосните диатомеи несъмнено проявяват хроматична адаптация, което обяснява способността на много от тях да живеят в определен диапазон от дълбочини при условия на променяща се спектрална светлина и нейния интензитет; възможно е те да имат различни раси (някои видове Амфора, Carrtpylodiscus, Diploneis, Navicula). Експериментално е установено, че процесът на адаптиране към интензитета на осветлението протича доста бързо. Например сладководен неподвижен планктонен диатом Cyclotella meneghinianaадаптира се към осветление от 3 хиляди до 30 хиляди лукса в рамките на 24 часа, той е в състояние да издържи значително по-висок интензитет на светлината - до 60 хиляди лукса и дори до 100 хиляди лукса (Jorgensen, 1964a, 1964b). Фотосинтетичен апарат на подвижни субтидални видове ( Tropidoneis, Nitzschia) се адаптира към условията на осветление на дълбочината на тяхното местообитание от 1-3 m, където интензитетът на светлината варира от 10 до 1% (Taylor, 1964). Като цяло голяма литература е посветена на въпроса за хроматичната адаптация при диатомеите (Talling, 1955, 1957a; Ryther, 1956; Ryther, Menzel, 1959; Steemann Nielsen, Hensen, 1959; Jørgensen, 1964a).

Планктонните диатомеи могат да живеят много по-дълбоко от сублиторалните, което се дължи главно на по-голямата прозрачност на водата в пелагичната зона. Известно е, че в моретата и океаните диатомният планктон се простира на дълбочина от 100 m или повече. В Черно море на дълбочина 75-100 m фитопланктонът се състои от Thalasionema nitzschioidesи няколко вида Ницския, и тук те живеят в много по-големи количества, отколкото в 0-50 m слой вода (Морозова-Водяницкая, 1948-1954). Много видове Ницския, както е известно, лесно преминават от автотрофно хранене към миксотрофно и хетеротрофно. Очевидно планктонните видове, които живеят в дисфотичните и афотичните зони на моретата, имат същото свойство; те създават дълбоководен планктон в сянка. Въпреки това Steemann Nielsen и Hensen (1959) разглеждат повърхностния фитопланктон като „светъл“ при условия на интензитет на радиация от 600-1200 lx и като „сянка“ при условия на ниска радиация: 200-450 lx. Според тези изследователи зимният повърхностен фитопланктон в умерен поясе типична "сянка". Зимният фитопланктон обаче се състои от късноесенни и раннопролетни видове, които не могат да се класифицират като „сенчести“ видове. Трябва да се признае, че проблемът с фитосинтезата в диатомеите все още е в начален етап на изследване и според мнозина актуални въпросиПо този проблем има само откъслечни и непроверени данни.

Океани и моретазаемат 71% (повече от 360 милиона km2) от повърхността на Земята. Те съдържат около 1370 милиона km3 вода. Пет огромни океана - Тихи, Атлантически, Индийски, Арктически и Южен - са свързани помежду си чрез открито море. В някои части на Северния ледовит и Южния океан се е образувал трайно замръзнал континентален шелф, който се простира от брега (шелфов лед). В малко по-топлите райони морето замръзва само през зимата, образувайки паков лед (големи плаващи ледени полета с дебелина до 2 m). Някои морски животни използват вятъра, за да пътуват през морето. Във физалия (“ Португалски военен човек") има пълен с газ балон, който помага за улавяне на вятъра. Янтина изпуска въздушни мехурчета, които й служат като плаващ сал.

Средната дълбочина на водата в океаните е 4000 м, но в някои океански падини може да достигне 11 хил. м. Под въздействието на вятъра, вълните, приливите и теченията океанската вода е в постоянно движение. Вълните, повдигани от вятъра, не засягат дълбоките водни маси. Това се прави от приливите и отливите, които движат водата на интервали, съответстващи на фазите на луната. Теченията пренасят вода между океаните. Повърхностните течения, движейки се, бавно се въртят по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в южното полукълбо.

Океанско дъно:

Повечето отОкеанското дъно е плоска равнина, но на места планини се издигат на хиляди метри над него. Понякога те се издигат над повърхността на водата под формата на острови. Много от тези острови са активни или изгаснали вулкани. Планински вериги се простират в централната част на дъното на редица океани. Те непрекъснато нарастват поради изливането вулканична лава. Всеки нов поток, който носи скали към повърхността на подводните хребети, формира топографията на океанското дъно.

Океанското дъно е покрито предимно с пясък или тиня - те се носят от реките. На места има горещи извори, от които се утаяват сяра и други минерали. Останките от микроскопични растения и животни потъват от повърхността на океана на дъното, образувайки слой от малки частици (органичен седимент). Под натиск от покриваща вода и нови седиментни слоеве, рохкавата утайка бавно се превръща в скала.

Океански зони:

В дълбочина океанът може да бъде разделен на три зони. В слънчевите повърхностни води отгоре - така наречената фотосинтетична зона - плуват повечето океански риби, както и планктон (общност от милиарди микроскопични същества, които живеят във водния стълб). Под зоната на фотосинтезата се намира слабо осветената зона на здрача и дълбоките, студени води на зоната на мрака. В по-ниските зони се срещат по-малко форми на живот - там живеят предимно месоядни (хищни) риби.

В по-голямата част от океанската вода температурата е приблизително еднаква – около 4 °C. Когато човек се гмурне по-дълбоко, натискът на водата върху него отгоре непрекъснато се увеличава, което затруднява бързото придвижване. Освен това на по-голяма дълбочина температурата пада до 2 °C. Светлината става все по-малко и по-малко, докато накрая на дълбочина 1000 м се възцарява пълен мрак.

Живот на повърхността:

Зеленчук и животински планктонв зоната на фотосинтеза - това е храна за малки животни, като ракообразни, скариди и млади морски звезди, раци и други морски обитатели. Далеч от защитени крайбрежни води животински святпо-малко разнообразни, но тук живеят много риби и големи бозайници- например китове, делфини, морски свине. Някои от тях (усати китове, гигантски акули) се хранят чрез филтриране на водата и поглъщане на съдържащия се в нея планктон. Други (бели акули, баракуди) ловуват други риби.

Живот в морските дълбини:

В студени, тъмни води океански дълбиниловните животни са в състояние да открият силуетите на своите жертви и при най-слабата светлина, едва проникваща отгоре. Тук много риби имат сребристи люспи отстрани: те отразяват всяка светлина и маскират формата на своите собственици. Някои риби, плоски отстрани, имат много тесен силует, едва забележим. Много риби имат огромни усти и могат да ядат плячка, която е по-голяма от тях. Хаулиодите и рибите люпини плуват с големите си отворени уста, грабвайки каквото могат по пътя.

Биосферата (от гръцки "биос" - живот, "сфера" - топка) като носител на живота възниква с появата на живи същества в резултат на еволюционно развитиепланети. Биосферата се отнася до частта от обвивката на Земята, обитавана от живи организми. Учението за биосферата е създадено от академик Владимир Иванович Вернадски (1863-1945). В. И. Вернадски е основател на учението за биосферата и метода за определяне на възрастта на Земята въз основа на периода на полуразпад на радиоактивните елементи. Той е първият, който разкрива огромната роля на растенията, животните и микроорганизмите в движението на химичните елементи земната кора.

Биосферата има определени граници. Горната граница на биосферата се намира на височина 15-20 km от повърхността на Земята. Провежда се в стратосферата. По-голямата част от живите организми се намират в долната въздушна обвивка - тропосферата. Най-ниската част на тропосферата (50-70 m) е най-населена.

Долната граница на живота минава през литосферата на дълбочина 2-3 км. Животът е съсредоточен главно в горната част на литосферата – в почвата и на нейната повърхност. Водната обвивка (хидросферата) на планетата заема до 71% от повърхността на Земята.

Ако сравним размера на всички геосфери, можем да кажем, че литосферата има най-голяма маса, атмосферата е най-малка. Биомасата на живите същества е малка в сравнение с размера на геосферите (0,01%). IN различни частиПлътността на живота в биосферата не е еднаква. Най-голямо количествоорганизмите са разположени на повърхността на литосферата и хидросферата. Съдържанието на биомаса също варира според зоната. Тропическите гори имат максимална плътност, докато арктическият лед и високите планински райони имат най-ниска плътност.

биомаса. Организмите, които съставляват биомасата, имат огромна способност да се възпроизвеждат и разпространяват по цялата планета (виж раздел „Борба за съществуване“). Възпроизвеждането определя плътност на живота.Зависи от размера на организмите и площта, необходима за живот. Плътността на живота създава борба между организмите за пространство, храна, въздух и вода. В ход естествен подбори фитнес, голям брой организми с най-висока плътност на живот са концентрирани в една област.

Земна биомаса.

На сушата на Земята, започвайки от полюсите до екватора, биомасата постепенно нараства. Най-голяма концентрация и разнообразие на растенията има във влажни тропически гори. Броят и разнообразието на животинските видове зависи от растителната маса и също нараства към екватора. Хранителните вериги, преплетени, образуват сложна мрежа от пренос на химични елементи и енергия. Между организмите се води ожесточена борба за притежание на пространство, храна, светлина и кислород.

Почвена биомаса. Като жизнена среда почвата има редица специфични особености: висока плътност, малка амплитуда на температурните колебания; той е непрозрачен, беден на кислород и съдържа вода, в която са разтворени минерални соли.

Обитателите на почвата представляват уникален биоценотичен комплекс. Почвата съдържа много бактерии (до 500 t/ha), разлагащи органичната материя на гъбите, а в повърхностните слоеве живеят зелени и синьо-зелени водорасли, които обогатяват почвата с кислород чрез процеса на фотосинтеза. Дебелината на почвата се прониква от корени висши растения, е богат на протозои - амеби, флагелати, ресничести. Дори Чарлз Дарвин обърна внимание на ролята на земните червеи, които разрохкват почвата, поглъщат я и я напояват със стомашен сок. Освен това в почвата живеят мравки, кърлежи, къртици, мармоти, гофери и други животни. Всички обитатели на почвата извършват много почвообразуваща работа и участват в създаването на почвеното плодородие. много почвени организмиучастват в общия кръговрат на веществата в биосферата.

Биомаса на Световния океан.

Хидросферата на Земята, или Световният океан, заема повече от 2/3 от повърхността на планетата. Водата има специални свойства, важни за живота на организмите. Високият му топлинен капацитет прави температурата на океаните и моретата по-равномерна, като смекчава екстремните температурни промени през зимата и лятото. Физични свойстваИ химичен съставОкеанските води са много постоянни и създават среда, благоприятна за живот. Океанът представлява около 1/3 от фотосинтезата, която се случва на цялата планета.

Едноклетъчните водорасли и малките животни, суспендирани във вода, образуват планктон. Планктонът е от първостепенно значение в храненето на океанската фауна.

В океана, освен планктон и свободно плуващи животни, има много организми, прикрепени към дъното и пълзящи по него. Обитателите на дъното се наричат ​​бентос.

В Световния океан има 1000 пъти по-малко жива биомаса, отколкото на сушата. Във всички части на Световния океан има микроорганизми, които разграждат органичната материя до минерална.

Кръговратът на веществата и преобразуването на енергията в биосферата. Растителните и животинските организми, намирайки се във връзка с неорганичната среда, са включени в непрекъснато протичащия кръговрат на веществата и енергията в природата.

Въглеродът се намира естествено в скали под формата на варовик и мрамор. По-голямата част от въглерода се намира в атмосферата като въглероден диоксид. Въглеродният диоксид се абсорбира от въздуха от зелените растения по време на фотосинтезата. Въглеродът е включен в цикъла поради активността на бактериите, които унищожават мъртвите останки на растения и животни.

Когато растенията и животните се разлагат, азотът се освобождава под формата на амоняк. Нитрофизиращите бактерии превръщат амоняка в соли на азотна и азотна киселина, които се абсорбират от растенията. В допълнение, някои азотфиксиращи бактерии са способни да асимилират атмосферния азот.

Съдържа големи запаси от фосфор скали. Когато бъдат унищожени, тези скали освобождават фосфор към земните екологични системи, но някои от фосфатите се извличат във водния цикъл и се отвеждат в морето. Заедно с мъртвите остатъци фосфатите потъват на дъното. Една част от тях се използва, а другата се губи в дълбоки утайки. По този начин има несъответствие между консумацията на фосфор и връщането му в цикъла.

В резултат на кръговрата на веществата в биосферата възниква непрекъсната биогенна миграция на елементи. Химичните елементи, необходими за живота на растенията и животните, преминават от околната среда в тялото. Когато организмите се разлагат, тези елементи се връщат в околната среда, откъдето отново влизат в тялото.

В биогенната миграция на елементите участват различни организми, включително и хората.

Ролята на човека в биосферата. Човекът, част от биомасата на биосферата, отдавна е пряко зависим от околната природа. С развитието на мозъка самият човек става мощен фактор в по-нататъшната еволюция на Земята. Майсторство на човека различни формиенергия - механична, електрическа и атомна - допринесе за значителна промяна в земната кора и биогенна миграция на атомите. Наред с ползите, човешката намеса в природата често носи и вреда. Човешката дейност често води до нарушаване на природните закони. Разрушаването и промяната на биосферата са повод за сериозно безпокойство. В тази връзка през 1971 г. ЮНЕСКО (Организацията на Обединените нации за образование, наука и култура), която включва СССР, приема Международната биологична програма (IBP) „Човекът и биосферата“, която изучава промените в биосферата и нейните ресурси под въздействието на човека. влияние.

Член 18 от Конституцията на СССР гласи: „В интерес на настоящите и бъдещите поколения СССР взема необходимите мерки за защита и научно обосновани, рационално използванеземята и нейните недра, водни ресурси, флора и фауна, за поддържане на чист въздух и вода, осигуряване на възпроизводство природни ресурсии подобрения заобикалящ човекзаобикаляща среда."

Генетичен код или триплети (кодони) на иРНК, съответстващи на 20 аминокиселини (според Боген)

Първи нуклеотид	Втори нуклеотид	Трети нуклеотид
		фенилаланин
				безсмислен	триптофан
		хистидин		глутамин (glun)
		изолевцин		метионин
		аспарагин (aspn)
		аспарагинова киселина (asp)		глутаминова киселина

Има няколко вида цитологични задачи.

1. В темата „Химична организация на клетката” решават задачи за изграждане на втората спирала на ДНК; определяне на процентното съдържание на всеки нуклеотид и т.н., например задача № 1. На участък от една верига на ДНК има нуклеотиди: T - C - T-A - G - T - A - A - T. Определете: 1 ) структурата на втората верига, 2) процентното съдържание на всеки нуклеотид в даден сегмент.

Решение: 1) Структурата на втората верига се определя от принципа на допълване. Отговор: A - G - A - T - C - A - T - T - A.

2) Има 18 нуклеотида (100%) в две вериги на този ДНК сегмент. Отговор: A = 7 нуклеотида (38,9%) T = 7 - (38,9%); G = 2 - (11,1%) и С = 2 - (11,1%).

II. В темата „Обмяна на веществата и преобразуване на енергията в клетката” решават задачи за определяне на първичната структура на белтък по кода на ДНК; генна структура въз основа на първичната структура на протеина, например, задача № 2. Определете първичната структура на синтезирания протеин, ако на участък от една верига на ДНК нуклеотидите са разположени в следната последователност: GATACAATGGTTCGT.

1. Без да нарушавате последователността, групирайте нуклеотидите в триплети: GAT - ACA - ATG - GTT - CGT.
2. Конструирайте комплементарна верига от иРНК: CUA - UGU - UAC - CAA - GC A.

РАЗРЕШАВАНЕ НА ПРОБЛЕМ

3. Използвайки таблицата с генетичен код, определете аминокиселините, кодирани от тези триплети. Отговор: лей-цис-тир-глу-ала. Подобни видове проблеми се решават по подобен начин въз основа на съответните модели и последователност от процеси, протичащи в клетката.

Генетичните проблеми се решават в темата „Основни модели на наследствеността“. Това са проблеми на монохибридно, дихибридно кръстосване и други модели на наследственост, например задача № 3. При кръстосване на черни зайци помежду си се получават потомства 3 черни заека и 1 бял. Определете генотипа на родителите и потомството.

1. Водени от закона за разделяне на характера, идентифицирайте гените, които определят проявата на доминиращи и рецесивни характери в този кръст. Черен костюм - А, бял - а;
2. Определете генотипа на родителите (произвеждане на отделно потомство в съотношение 3:1). Отговор: Ах.
3. Използвайки хипотезата за чистотата на гаметите и механизма на мейозата, напишете схема за кръстосване и определете генотиповете на потомството.

Отговор: генотипът на белия заек е aa, генотипът на черния заек е 1 AA, 2Aa.

Други генетични проблеми се решават в същата последователност, като се използват подходящи модели.