Живое вещество
Представление о живом веществе Земли как о планетарной совокупности всех организмов по В.И. Вернадскому. Земная кора как источник минеральных веществ. Биологический круговорот химических элементов, природные вариации их концентраций в организмах.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.09.2009 |
| Размер файла | 509,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
На рис. 2.6 и 2.7 представлены примеры изменения морфологии растений и их отдельных органов под влиянием высоких концентраций рассеянных элементов в окружающей среде.
Воздействие избыточного содержания микроэлементов сопровождается также изменениями анатомического строения растений. Чаще всего поражается проводящая система. Наиболее заметные нарушения обнаруживаются у растений, лишенных механизмов, регулирующих повышенную концентрацию элементов. Н.С. Петрунина (1974) отмечает, что избыточное содержание хрома сказывается на уменьшении размеров клеток и общем недоразвитии проводящей системы. Высокое содержание никеля в угнетенных формах грудницы татарской отражается на строении листа, в клетках которого разрушаются хлоропласты. Под влиянием высокой концентрации свинца и цинка в стеблях мака проводящие сосуды и млечники сдавлены и искривлены.
При рассмотрении геохимии земной коры отмечено, что одной из ее важных экогеохимических особенностей является неравномерность распределения концентраций химических элементов (см. разд. 1.3). Наиболее сильно эта неравномерность выражена для рассеянных элементов. Часть их, а именно элементы с переменной валентностью (главным образом тяжелые металлы), играет важную роль в организмах, входя в состав регуляторов и активизаторов весьма ответственных биологических процессов. Следовательно, развитие организмов на суше происходило в условиях неодинаковой концентрации биологически активных элементов на разных участках суши. Воздействие разных уровней концентрации тяжелых металлов и близких им поливалентных элементов в процессе освоения организмами Мировой суши несомненно стимулировало изменчивость организмов. Возможно, это явилось одним из факторов ускорения эволюции организмов на протяжении последних 0,5 млрд лет.
Рис. 2.6. Морфологические изменения биюргуна под влиянием высокой концентрации бора: 1 - нормальные побеги; 2 - мутовчатое ветвление на обогащенных бором участках; 3 - нормальная форма члеников; 4 - уродливая форма члеников на обогащенных бором участках
Сферическая Грушевидная
Сужающаяся
Цилиндрическая
Субцилиндрическая
Рис. 2.7 Изменение формы ягоды голубики (Vaccinium uliginosum) на территории месторождения урана в районе Черчиль, Манитоба (по X. Шаклетту, 1962): 1 - ягода нормальной формы; II - ягода необычной формы на территории месторождения
Можно предположить, что участки земной коры с высокой концентрацией рассеянных элементов играли определенную роль в видообразовании. В горных странах такие участки более распространены, чем на равнинах. Возможно, это в некоторой мере повлияло на усиленное видообразование в горных странах, что было установлено отечественным генетиком Н.И. Вавиловым.
Участки земной коры, различающиеся уровнями концентрации рассеянных элементов, достаточно устойчивы во времени, а находящиеся на них организмы адаптированы к данным условиям. Иная картина возникает при быстром увеличении содержания металлов в результате хозяйственной деятельности людей, к которому организмы не адаптированы. В такой ситуации при сравнительно небольших изменениях концентраций начинаются внутрипопуляционные изменения; дальнейшее возрастание концентраций приводит к выпадению отдельных видов и уменьшению видового разнообразия. При очень высокой концентрации происходит гибель большей части организмов. С учетом сказанного изучение реакции организмов на возрастание концентрации тяжелых металлов и близких им элементов с переменной валентностью, а также тщательный контроль за состоянием видового разнообразия организмов являются важной задачей как экологов, так и биогеохимиков.
Природные вариации концентраций химических элементов в организмах
Геохимическая неоднородность земной коры континентов оказывает сильное влияние на состав растительности. Повышенное содержание какого-либо элемента сопровождается увеличением его концентрации прежде всего в фотосинтезирующих организмах, как исходном звене пищевых цепей. Здесь вновь проявляется качественное различие между главными и рассеянными элементами. Первые поступают в состав растений в таком большом количестве, что их увеличение всего в несколько раз влечет за собой глубокую перестройку организма, а возможно, и полное нарушение его функций. Концентрация микроэлементов столь незначительна, что ее увеличение даже в десятки раз может не иметь губительных последствий для растений, но определенные реакции организма должны проявиться.
Теоретический вывод о тесной связи состава растений и горных пород нашел важное практическое приложение. В растениях, произрастающих над рудными залежами, содержится металлов больше, чем в обычных, безрудных местах. Эффект обогащения растений рассеянными металлами был положен в основу биогеохимического метода поиска руд. Официальное признание этого метода произошло в мае 1939 г., когда шведский геолог Н. Брундин получил патент на поиски руд, не выходящих на поверхность, посредством определения содержания металлов в растениях. В дальнейшем этот метод был усовершенствован совместными усилиями ученых нашей страны (А.П. Виноградов, Л.И. Грабов-ская, А.Л. Ковалевский, Д.П. Малюга, С.М. Ткалич и др.), США (X. Кэннон, X. Шаклетт и др.), Канады (Х. Уоррен, Р. Делаво), Великобритании (Дж. Уэбб), Финляндии (К. Ранкама, В. Мармо), Новой Зеландии (Р. Брукс), Австралии (О. Николлс и др.).
Применение биогеохимического метода способствовало открытию отдельных месторождений. В Британской Колумбии (Канада) путем анализа хвои и ветвей деревьев обнаружены молибденовое месторождение Эндако и медно-молибденовое Бетлехем. На юго-востоке США ряд небольших месторождений урана открыт в результате анализа золы астрагалов, ветвей деревьев и кустарников. Открытия были и в других странах, в том числе и на территории бывшего СССР.
В ходе многочисленных работ было установлено, что над скоплениями руд располагаются участки с аномально высоким содержанием металлов в растениях, так называемые биогеохимические аномалии. Они не повторяют точно контуры рудных тел, но сигнализируют об их нахождении.
Первоначальные представления о поглощении металлов сводились к тому, что растения захватывают растворимые соединения и отлагают их в местах наиболее сильного испарения, главным образом в листьях (Гольдшмидт В.М., 1938). Полученные впоследствии данные внесли в эти представления существенные коррективы.
Было обнаружено, что растения разных родов неодинаково поглощают рассеянные элементы, которые к тому же неравномерно распределяются по органам и тканям. Содержание микроэлементов в растениях очень динамично. Во-первых, их концентрация в ежегодно образующихся и отмирающих органах возрастает на протяжении вегетационного периода. В обычных условиях концентрация может меняться в несколько раз, а в условиях биохимической аномалии значительно больше. Во-вторых, сильное влияние оказывают дожди, активно смывающие и вымывающие органические соединения, содержащие рассеянные элементы, с поверхности листьев, хвои, молодых побегов. После сильного дождя концентрация микроэлементов в листьях может уменьшаться в несколько раз.
Каждая биохимическая аномалия может служить полигоном для изучения влияния разных концентраций рассеянных элементов на состояние растений. Аномалия позволяет проследить изменение концентраций от фоновых, обычных для данной местности, весьма высоких значений и сравнить морфологию и анатомию одних и тех же видов.
Участие микроэлементов в жизненно важных процессах не означает того, что вся масса поступивших в организм элементов должна принимать участие в этих процессах. Некоторое их количество оказывается излишним.
Экспериментальные исследования физиологов показали, что очень высокие концентрации микроэлементов в питающих растворах вызывают поражения растений, проявляющиеся чаще всего в виде хлороза листьев. Небольшой избыток влияет на обмен веществ, стимулирует выработку приспособительных изменений организмов, которые закрепляются путем естественного отбора многих поколений. Эти приспособления могут либо препятствовать участию микроэлементов в физиологических процессах, либо способствовать усилению их участия в этих процессах. Рассеянные элементы, находящиеся в избыточном количестве, преимущественно не образуют прочных связей, легко переносятся соком и накапливаются в отмирающих клетках.
Движение растворов в дереве от корней осуществляется по проводящим сосудам молодой древесины. Интенсивность этого движения убывает по мере лигнификации ее волокон. Движение древесных соков, несущих продукты фотосинтеза от листьев, происходит по проводящим пучкам флоэмы, отмирающие клетки которой входят в состав коры. Избыточные микроэлементы поступают не только в отпадающие органы деревьев (листья, хвою), но и в отмершие ткани, сохраняющиеся в дереве (древесину, опробковевшую кору).
И.В. Лагерверф и его коллеги (1973) экспериментально исследовали накопления свинца в различных частях кукурузы в зависимости от увеличения содержания доступных форм металла в почве. Они обнаружили, что в узлах стеблей происходит неуклонная аккумуляция свинца, в то время как в соцветиях его концентрация оставалась на одном уровне, несмотря на возрастание металла в почве.
Рекомендуемая литература
1. Базилевич И.И. Геохимическая работа живого вещества Земли и почвообразование // Тр. X международного конгресса почвоведов. - М.: Наука, 1974. - Т.6. - Ч. f. - С.17-27.
2. Ьрукс Р.Р. Биологические методы поисков полезных ископаемых. - м-: Недра, 1986. - 312с.
3. Вернадскийадский В.И. Химический состав живого вещества в связи с химией земной коры // Биогеохимические очерки. - М.: Изд-во АН СССР, 1940. - с.9-24.
4. Вернадский В.И. Биосфера // Избр. соч. В 5 т. - М.: Изд-во АН СССР, УВД. - т.5. - С.7-102.
5. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. - М.: Наука, 1987. - С.212-261.
6. Виноградов А.П. Примечание редактора // Вернадский В.И. Избр. соч. В 5 т. - М.: Изд-во АН СССР, 1954. - Т.I. - С.361-366.
7. Добродеев О.П., Суетова И.А. Живое вещество Земли // Проблемы общей физической географии и палеографии. - М.: Изд-во МГУ, 1976. - С.26-58.
8. Ковалевский А.Л. Биогеохимические поиски рудных месторождений. - М.: Недра, 1974. - 142 с.
9. Ковальский В.В. Геохимическая экология. - М.: Наука, 1974. - 298 с.
10. Летунова С.В., Ковальский В.В. Геохимическая экология микроорганизмов. - М.: Наука, 1978. - 148 с.
11. Полынов Б.Б. Первые стадии почвообразования на массивно-кристаллических породах // Почвоведение. - 1945. - № 7. - С.327 - 339.
Подобные документы
Биологический круговорот веществ, их абиогенные циклы. Показатели биогеохимического круговорота: биомасса, продукция, зольность. Уровни биогеохимических циклов, позволяющие выявить долю участия различных организмов в круговороте химических элементов.
презентация [57,7 K], добавлен 10.08.2015Рассмотрение круговорота веществ как результата экофизиологической взаимосвязи автотрофов и гетеротрофов. Описание основных круговоротов - большого (геологического) и малого (биогеохимического). Функции живого вещества в биосфере (по Вернадскому В.И.).
презентация [1,3 M], добавлен 18.04.2012Роль минералов в организме. Характеристика важнейших минеральных элементов. Последствия хронического недостатка, симптомы избытка кальция как нарушение обмена. Роль натрия в обмене веществ, участие ряда элементов в функционировании всех систем организма.
презентация [9,0 M], добавлен 26.11.2010Обмен веществ со средой как специфическое свойство жизни. Общее значение продуцентов, консументов и редуцентов. Полный цикл редукции органического вещества. Уровни организации живой материи. Малый круговорот веществ в биосфере. Круговорот углерода и серы.
реферат [28,4 K], добавлен 01.01.2010Беспрерывная циркуляция в биосфере химических элементов, переход их из внешней среды в организмы и обратно. Биогеохимические круговороты: круговорот воды, газообразных веществ, химических элементов. Биотехносфера и ноосфера, биогеохимическая миграция.
реферат [16,2 K], добавлен 22.10.2009Изучение и характеристика учения В.И. Вернадского о биосфере, его концепции "О начале и вечной жизни на земле". Противостояние двух мировоззрений как "Два синтеза Космоса". Понятие Вернадского о живом веществе, т.е. совокупности всех живых организмов.
реферат [31,3 K], добавлен 24.07.2010Роль и значение биосферы для развития жизни на Земле. Процесс освоения жизнью планеты. Положение эволюционной теории Вернадского, живое и косное вещество. Структура биосферы в рамках различных подходов. Круговорот химических элементов в биосфере.
курсовая работа [46,5 K], добавлен 24.09.2011Фотосинтез как основной источник биологической энергии. Фотосинтез и первичная биологическая продуктивность. Образование биомассы организмами. Физиологическая роль азота, круговорот азота в атмосфере. Поглощение минеральных веществ корнями растений.
контрольная работа [613,1 K], добавлен 24.11.2010Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях – жидком, твёрдом и газообразном, ее основные физические и химические свойства, значение в природе и жизнедеятельности организмов. Круговорот воды.
презентация [746,5 K], добавлен 23.09.2011Гидросфера и атмосфера, их функции и особенности взаимодействия. Осуществление круговорота химических элементов как главная задача биосферы. Сущность глобального биотического круговорота, его осуществление при участии всех населяющих планету организмов.
реферат [16,0 K], добавлен 19.09.2014
