Биосфера и генетика

Причины таких катаклизмов  могли быть различны: похолодание  климата, большие вулканические  извержения с обширными излияниями лавы, отступления океана, удары  крупных метеоритов – биота все  равно развивалась, приспосабливаясь к окружающей среде и одновременно оказывая на последнюю мощное преобразующее  влияние. Образование атмосферного кислорода и увеличение его концентрации, кстати, тоже оказалось катастрофичным для некоторых видов – они  вымерли, в то же время развитие других ускорилось. Содержание углекислого  газа в атмосфере соответственно уменьшилось. Углерод начал накапливаться  в биоте и детрите (запас мертвого органического вещества: опад листьев, засохшие деревья, торф, каменный уголь, нефть) и преобразовываться в  уголь, нефть и газ. В океанах  из раковин и скелетов морских  организмов образовались мощные морские  отложения карбонатов (известняк, мел, мрамор) и силикатов. Полосчатые железняки, составляющие главные промышленные запасы железа, в том числе и  запасы Курской магнитной аномалии, образовались около 2 миллиардов лет  назад под воздействием кислорода, выделенного фотосинтезирующими бактериями (только после этого кислород стал накапливаться в атмосфере). Ряд  организмов, накапливающих определенные элементы, участвовал в создании месторождений  других полезных ископаемых.

     Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое исследователи оценивают 2-10 миллионами видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых занял свою экологическую нишу.

Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды. Совокупность среднемноголетних  характеристик атмосферы, гидросферы и сушы мы называем климатом. Основная климатическая характеристика –  температура у поверхности Земли  – изменялась за время эволюции биоты относительно мало (при современном  значении средней глобальной температуры 288 0 К (шкала Кельвина отсчитывает  градусы от абсолютного нуля, 288 0 = 15 0 )изминения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20 0 ).

Хотя на состояние экосистем  и биосферы в целом физико-химические процессы в окружающей среде оказывают  определенное влияние, сильно и обратное влияние биоты на окружающую среду. Причем воздействует она как на положительные, так и на отрицательные обратные связи, поэтому ее развитие иногда ускоряется, а иногда замедляется.

Но этот цикл не замкнут, не стационарен, как показали геологические  данные и теоретические модели, содержащие в атмосфере СО2 (и связанное  с ним содержание О2) за последние 570 миллионов лет неоднократно колебалось, причем количество СО2  каждый раз  уменьшалось или увеличивалось  в несколько раз. В одних случаях  это способствовало развитию биоты, а в других – мешало.

Не является замкнутым  и медленный геохимический цикл: СО2  поступает в атмосферу  через вулканы,  а расходуется  на выветривание горных пород и на образование биоты. Часть атмосферного углерода откладывается, захороняется надолго, создавая запасы ископаемого  топлива, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. В результате за 4 миллиарда лет концентрация СО2  в атмосфере уменьшилась  в 100 – 1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных  элементов в недрах Земли), что  отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода  в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу самым анаэробным (безкислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.

Большое влияние биоты  на окружающую среду привело некоторых  исследователей к выводу, что биота  могла поддерживать в окружающей среде условия, благоприятные для  ее жизнедеятельности. Но эта гипотеза противоречит ряду факторов (массовые вымирания, исчезновение миллиардов видов), а так же дарвиновской теории эволюции. Биота не поддерживала условия окружающей среды, оптимальные для живущих  организмов, поэтому многие организмы  и виды не могли пережить изминений  географических и климатических  условий. Есть оценки, что за время  существования биосферы исчезло  несколько миллиардов видов, тогда  как сейчас существуют несколько  миллионов. Но зато организмы, которые  сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и  приспособленные виды, то есть двигало  эволюцию, как это впервые показал  Дарвин. Если бы было верным допущение  о том, что существующая в определенный момент биота может поддерживать параметры окружающей среды в  оптимальных для себя пределах, то сейчас могли бы существовать климат и богатейшая растительность каменноугольного периода, но эволюция биоты прекратилась бы.

 

 

4. Биопродуктивность  экосистем.

     Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в энергетических единицах - эквивалентном числе джоулей.

Валовая первичная продукция - количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции  идет на поддержание жизнедеятельности  самих растений (траты на дыхание). Эта часть может быть достаточно большой, она составляет от 40 до 70% валовой продукции. Оставшаяся часть созданной органической массы характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой величину прироста растений, энергетический резерв для консументов и редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов - это вторичная продукция сообщества. Ее вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, т.к. прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, живут в конечном итоге за счет чистой первичной продукции сообщества. В разных экосистемах они расходуют её с разной полнотой. Если скорость первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических единицах.

Важнейшим практическим результатом  энергетического подхода к изучению экосистем явилось осуществление  исследований по Международной биологической  программе, проводившихся учеными  разных стран мира начиная с 1969 года в целях изучения потенциальной  биологической продуктивности Земли.

Эффективность связывания растительностью  солнечной радиации снижается при  недостатке тепла и влаги, при  неблагоприятных физических и химических свойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической  зоны к другой, но и в пределах каждой зоны.

Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается  сравнительно мало. Исключением является Южная Америка, на большей части  которой условия для развития растительности очень благоприятные.

Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными  культурами, занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд. га). Общий  годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса. Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальная часть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.

Растительная пища обходится  для людей энергетически дешевле, чем животная. Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании  и распределении продукции могли  бы обеспечить примерно вдвое большее  население Земли, чем существующее. Но это требует больших затрат труда и капиталовложений. Особенно трудно обеспечить население вторичной  продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в  день. Имеющиеся на Земле ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и  в океане, могут обеспечить ежегодно около 50% потребностей современного населения  Земли. Большая часть населения  Земли находится, таким образом, в состоянии белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и от общего недоедания.

Таким образом, увеличение биопродуктивности  экосистем, и особенно вторичной  продукции, является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

     

5. Биосфера и человек. Ноосфера.

     Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние – в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства. Надо заметить, что когда в качестве минералога Вернадский писал о геологической деятельности человека, он еще не употреблял понятий “ноосфера” и даже “биосфера”. О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе “Научная мысль как планетное явление”, но преимущественно с точки зрения истории науки.

Итак, что же ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды Вернадского позволяют  более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

1.   заселение человеком  всей планеты;

2.   резкое преобразование  средств связи и обмена между странами;

3.   усиление связей, в том числе политических, между  всеми странами Земли;

4.   начало преобладания  геологической роли человека  над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

5.   расширение границ  биосферы и выход в космос;

6.   открытие новых  источников энергии;

7.   равенство людей  всех рас и религий;

8.   увеличение роли  народных масс в решении вопросов  внешней и внутренней политики;

9.   свобода научной  мысли и научного искания от  давления религиозных, философских  и политических построений и  создание в государственном строе  условий, благоприятных для свободной  научной мысли;

10.продуманная система  народного образования и подъем  благосостояния трудящихся. Создание  реальной возможности не допустить  недоедания и голода, нищеты и  чрезвычайно ослабить болезни;

11.разумное преобразование  первичной природы Земли с  целью сделать ее способной  удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности  численно возрастающего населения;

12.исключение войн из  жизни общества.

 

6. Роль человеческого фактора в развитии биосферы.

           Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.

        Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всего функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни но и на образе мысли.

Но не только природа оказывает  влияние на человека, существует и  обратная связь. Причем она не поверхностная, отражающая физическое влияние человека на окружающую среду, она гораздо  глубже. Это доказывает тот факт, что в последнее время заметно  активизировались планетарные геологические  силы. “...мы все больше и ярче видим  в действии окружающие нас геологические  силы. Это совпало, едва ли случайно, с проникновением в научное сознание убеждения о геологическом значении Homo sapiens, с выявлением нового состояния  биосферы — ноосферы — и является одной из форм ее выражения. Оно связано, конечно, прежде всего с уточнением естественной научной работы и мысли  в пределах биосферы, где живое  вещество играет основную роль”  Так, в последнее время резко меняется отражение живых существ на окружающей природе. Благодаря этому процесс  эволюции переносится в область  минералов. Резко меняются почвы, воды и воздух. То есть эволюция видов  сама превратилась в геологический  процесс, так как в процессе эволюции появилась новая геологическая  сила. Вернадский писал: “Эволюция  видов переходит в эволюцию биосферы”.

      Вернадский видел неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества. С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения — все это должно иметь преходящее значение. Вопрос о коренном повороте к истокам жизни, к организованности биосферы в современных условиях должен звучать как набат, призыв к тому, чтобы мыслить и действовать, в биосферном – планетном аспекте.

 

 

                               7. Экологические проблемы биосферы.

          Экологические проблемы биосферы - это парниковый эффект, истощение озонового слоя, массовое сведение лесов, которое нарушает процесс круговорота кислорода и углерода в биосфере, отходы производства, сельского хозяйства, производство энергии (ГЭС наносят урон природе и людям - затопление огромных территорий под водохранилища, непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек, застой вод, замедление проточности, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки; местное повышение воды влияет на грунт водохранилища, приводит к подтоплению, заболачиванию, эрозии берегов и оползням; существует опасность от плотин в районах с высокой сейсмичностью). Все это ведет к глобальному экологическому кризису и требует незамедлительного перехода к рациональному природопользованию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генетика

Генетика человека и такие  фундаментальные дисциплины, как  анатомия, физиология, биохимия, составляют основу современной медицины. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.

Наследственность и изменчивость у человека являются предметом изучения генетики человека на всех уровнях  его организации: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном. Генетика человека своими успехами в значительной мере обязана медицинской генетике - науке, изучающей роль наследственности в патологии человека. Прикладной раздел медицинской генетики - это  клиническая генетика, которая использует достижения медицинской генетики, генетики человека и общей генетики в решении  клинических проблем, возникающих  у людей.

Генетика представляет собой  одну из наиболее сложных дисциплин  современного естествознания. Чтобы  разобраться в ней глубоко, в  своей работе я рассмотрю основные этапы развития генетики, виды генетики, достижения генетики в современной  медицине и т.д.