Біогеохімічні функції різних груп організмів
Відео: Разведопрос: Сергій Марков про машинному навчанні
Зміст
Основні трофічні рівні, що є основою кругообігу, зазвичай представлені конкретними видами продуцентів, консументів і редуцентов, які розрізняються між собою за типом метаболізму і функцій. Харчова спеціалізація в загальній формі виражена в підрозділі всіх живих організмів на автотрофи і гетеротрофів. Перші - це рівень продуцентів, другі - консументів і редуцентов. Автотрофи, використовуючи енергію Сонця (фотосинтетики) або хімічних зв`язків (хемосинтетики) з вуглекислого газу, води і мінеральних елементів синтезують основні класи органічної речовини: вуглеводи, жири (ліпіди), нуклеїнові кислоти, білки та ін. Значення цих речовин для життя організмів неоднозначно.
Відео: Про роль рослин в історичному перетворенні біосфери
Вуглеводи. Це речовини, що представляють собою з`єднання вуглецю, водню і кисню. До них відносяться прості цукри (моно- і дисахариди), а також полісахариди, в яких молекули простих цукрів об`єднуються в складні комплекси. Найбільш важливі з полісахаров - крохмаль і клітковина (у рослин), а також глікоген (у тварин). У складі клітковини молекули глюкози пов`язані інакше, ніж в молекулі крохмалю, і ці зв`язки на відміну від крохмалю не руйнуються ферментами. Тому травоїдні тварини можуть перетравлювати клітковину тільки за допомогою бактерій.
Основна функція вуглеводів в організмі - забезпечення енергією процеси метаболізму. При окисленні 1 г вуглеводів виділяється 17,6 кДж (4,2 ккал) енергії.
Ліпіди. Це речовини, що містять ті ж елементи, що і вуглеводи, але в іншому співвідношенні. Молекула нейтрального жиру складається з 1 молекули 3-атомного спирту гліцерину і 3 молекул жирних кислот. За своєю функцією жири - найбільш поширені резервні енергетичні речовини. Їх використання для отримання енергії йде шляхом розщеплення молекули жиру (тригліцеридів) на гліцерин і жирні кислоти і окислення останніх. При цьому на 1 г жиру вивільняється 38,9 кДж (9,3 ккал) енергії.
Білки. Це речовини зі складно структурованої молекулою, яка містить велику кількість атомів вуглецю, водню, кисню та азоту з включенням ряду інших елементів (сірка, фосфор і ін.). В процесі метаболізму молекула білка гідролізується до окремих амінокислот, з яких може бути синтезована нова білкова молекула.
Основні функції білка: 1) структурная- 2) регуляторна (гормони) - 3) метаболічна (ферменти) - 4) транспортна (доставка кисню, гормонів, поживних речовин) - 5) захисна (участь в імунній системі). При повному розщеплюванні 1 г білка виділяється 17,6 кДж (4,2 ккал) енергії.
Організми-гетеротрофи спеціалізовані на використанні різного роду їжі. Залежно від цього вони поділяються на фітофагів (травоїдні тварини) і зоофаги (хижаки, паразити). Споживачі мертвих організмів поділяються на некрофагія (харчування трупами тварин), копрофагів (харчування екскрементами), сапрофитов (харчування мертвими рослинними залишками) і детритофагов (напіврозкладеними органічними речовинами).
Відео: Jack Szostak (Harvard / HHMI) Part 1: The Origin of Cellular Life on Earth
У різних таксонах органічного світу співвідношення форм по харчової спеціалізації може бути різним. Різноманітні за цими показниками прокаріоти (бактерії, архебактерии, ціанобактерії). Вони налічують відносно невелике число видів, але в великій масі, яка забезпечує високий рівень первинної продукції. У деяких озерах фотосинтезирующие бактерії створюють frac34- валової продукції.
Фотосинтез у них протікає інакше, ніж у рослин. Бактерії використовують для цього пігмент бактеріохлорін і не виділяють кисень в навколишнє середовище. Крім фотосинтезу серед прокаріотів існує хемосинтез. Бактерії - єдина група, здатна засвоювати азот з атмосферного повітря і залучати його в біологічний круговорот. За допомогою бактерій і синьо-зелених до складу речовини переходить до 90% азоту в біогенному цікле- інші 10% припадають на зв`язування азоту дією блискавок. Таким чином, функція прокаріотів в біосфері полягає в залученні в круговорот елементів неживої середовища. Інша їхня функція протилежна першій: повернення неорганічних речовин в навколишнє середовище шляхом мінералізації органічних сполук. Третя - концентраційна функція прокаріотів. Вони витягають з навколишнього середовища певні елементи навіть при дуже низьких їх концентраціях. У продуктах їхньої життєдіяльності вміст заліза, марганцю, ванадію в сотні разів вище, ніж у навколишньому середовищі. Властивості і функції прокаріотів настільки різноманітні, що в принципі можливе існування екосистем тільки з них. Близько 2 млрд. Років тому життя була представлена тільки ними. Вони першими заселяють не освоєні місця. Саме ціанобактерії першими заселили атол Бікіні після ядерного вибуху і о.Суррей, що виник в 1963 році після підводного виверження південніше Ісландії. Прокаріоти мають високу стійкість до зовнішніх впливів. Вони здатні переносити температуру понад 100 С, рН близько 1,0 і солоність 20-30 permil-.Царство Гриби. Всі гриби (міксоміцетів і вищі) - гетеротрофи. За характером харчування більшість з них - паразити або сапрофагі, але є і хижі гриби (ті, хто вживає дрібних грунтових тварин). Основна біосферний роль грибів - розкладання мертвих органічних речовин. Грибів належить основна роль в процесі повернення зольних елементів в біологічний круговорот. Деякі гриби здатні розкладати гірські породи. Міцелій ряду видів грибів вступає в симбіотичні зв`язку з кореневою системою вищих рослин, утворюючи мікоризу (від грец. mykes- гріб- rhiza - корінь). Насіння деяких орхідей не проростають без мікоризи.
Відео: Вроджені причини чоловічого безпліддя
Царство Рослини. Містить велику кількість автотрофов-фотосинтетиков. Рослини є первинними продуцентами, здатними вивільняти молекулярний кисень. Якщо у водному середовищі водорості ділять цю функцію з ціанобактеріями (фотосинтезуючі бактерії кисень не виділяють), то в наземних екосистемах продукція кисню здійснюється тільки рослинами. Серед вищих рослин відомі гетеротрофи-паразити (ліани) і навіть хижаки (росичка). Деякі види поєднують фотосинтез з гетеротрофних харчуванням, будучи таким чином міксотрофів.
Царство Тварини. Як і гриби, тварини - виключно гетеротрофи. Їх місце в структурі біологічного кругообігу - це консументи I-го порядку (фітофаги) і вище (хижаки, паразити, сверхпаразітов). Основний їх функцією є створення різноманіття живої речовини, міграція його в просторі і регуляція потоків речовини і енергії в системі кругообігу. Сюди можна додати средообразующую діяльність тварин: фільтраційна функція багатьох гідробіонтів, значення видів-концентраторів в створенні органогенних осадових порід, роль риють тварин в зміні структури грунту, участь їх в перших етапах розкладання грунтової органіки.
Таким чином, еволюція взаємовідносин різних форм життя йшла в два етапи. Протягом архею (3500-3200 млн. Років тому) різноманітність будувалося на Прокаріотних типі організації. З появою еукаріот еволюція пішла по лінії спеціалізації великих таксонів: рослини виконують роль продуцентів, тварини - консументів, а гриби - в першу чергу редуцентов і паразитів.
Енергетичне забезпечення біологічного кругообігу. Всі перетворення речовин в процесі кругообігу вимагають витрат енергії. Жоден живий організм не продукує енергію, вона може бути отримана тільки ззовні. Головне джерело енергії - сонячне випромінювання. Тому перший етап використання і перетворення енергії в ланцюгах круговороту - фотосинтез. Енергія сонячної радіації (ФАР) в процесі фотосинтезу перетворюється на енергію хімічних зв`язків. Акумуляція енергії пов`язана зі збільшенням маси організму. Створену продуцентами-фотосинтетиками масу речовин називають первинною продукцією. Це біомаса рослинних тканин. Не вся отримана продуцентами енергія накопичується у вигляді первинної продукції-частина її розсіюється у формі тепла. Інша частина цієї енергії витрачається на процеси підтримки життєдіяльності. Це веде до зменшення біомаси. Ці втрати називаються втратами на дихання. В результаті у вигляді накопиченої біомаси (чиста первинна продукція) акумулюється лише невелика частина отриманої сонячної енергії. Якщо енергію сонячного випромінювання прийняти за 100%, то всього 15% її досягає поверхні Землі і тільки 1% зв`язується у вигляді органічної речовини рослинності. З отриманої енергії близько половини витрачається на життєві процеси (втрати на дихання). Решта 50% енергії становить зростання біомаси. Таким чином, чиста продукція становить близько 0,5% сонячної енергії, що падає на Землю.
Накопичена в результаті фотосинтезу біомаса рослин (первинна продукція) використовується в якості їжі гетеротрофами (консументами I-го порядку). В їжу фитофагам надходить близько 40% фітомаси. Решта 60% означають реальну масу рослинності в екосистемі. Приблизно так само йде подальше використання енергії організмами-гетеротрофами.
Засвоєна з їжею енергія за вирахуванням енергії екськретов (фекалії, сеча і т.п.) складає метаболізованих енергію. Частина її виділяється у вигляді тепла в процесі перетравлення їжі (розсіюється або використовується на терморегуляцію). Частина, що залишилася енергія поділяється на енергію існування (витрачається на різні форми життєдіяльності) і продуктивну енергію (акумулюється у вигляді маси тканин, статевих продуктів, енергетичних резервів і т. Д.). Енергія, накопичена в тканинах тіла, становить вторинну продукцію екосистеми, яка може бути використана в їжу консументами вищих порядків.
Подібним чином енергія витрачається на всіх гетеротрофних етапах кругообігу. В результаті кількість енергії, доступної для споживання, падає з підвищенням трофічного рівня.
У ланцюгах розкладання деструкція органічних речовин пов`язана з вивільненням енергії, яка частково розсіюється, а частково акумулюється в складі тканин редуцентов. Після загибелі їх тіла також надходять в цикл редукції.
