kub
Островок  здоровья

----
  
записная книжка врача акушера-гинеколога Маркун Татьяны Андреевны
----
 
 
 

Поток энергии в биогеоценозе

Изучение потока энергии в биогеоценозе позволяет получить дополнительные сведения о функциональной структуре биотических сообществ. Кроме того, оно позволяет выяснить потенциальную биологическую продуктивность данного местообитания. Располагая такими сведениями, можно вычислить, сколько особей каждого вида могло бы здесь существовать.

Вся жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. На Солнце происходит непрерывное превращение водорода в гелий, а при образовании одного атома гелия из четырех атомов водорода часть массы "исчезает" (если быть точным, при образовании 4,003 г гелия исчезает 0,029 г) и превращается в энергию в соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна E = mс2, где E - энергия, m - исчезнувшая масса, с - скорость света, представляющая собой постоянную величину (300000 км/с).

Так как каждую минуту на Солнце исчезает более сотни миллионов тонн массы, а скорость света так велика, то высвобождается огромное количество энергии. Этот избыток энергии не накапливается на Солнце, а излучается в пространство в виде электромагнитных волн разной длины: света, радиоволн, рентгеновских лучей, инфракрасного излучения и т. д. Такой процесс превращения массы в энергию может поддерживаться на Солнце благодаря чрезвычайно высокой температуре; на нашей планете при нормальных условиях он не происходит.

Большая часть приходящей к Земле энергии поглощается атмосферой; это главным образом ультрафиолетовая часть спектра - чрезвычайно опасная для живых организмов. Таким образом теряется 30% падающей на Землю энергии. Около 50% падающей энергии превращается в тепло и вновь излучается во внешнее пространство в форме инфракрасного теплового излучения, а 20% расходуется на испарение воды и образование облаков. И наконец, лишь 0,02% падающей энергии поглощается биосферой (рис.1).

Энергия, поглощенная биосферой, идет на совершение биологической работы живыми организмами, направленной на поддержание их жизни.

Поглощение, превращение и использование энергии растениями

Растения поглощают солнечную энергию при помощи хлоропластов включающих в себя пигмент - хлорофилл, который содержится в листьях и определяет зеленый цвет растений. Листья имеют большую поверхность для поглощения солнечного света и отверстия (устьица) для обмена с окружающей средой кислородом и двуокисью углерода. Поглотив электромагнитную энергию солнца растения в процессе фотосинтеза запасают ее в форме сахаров - основного химического источника энергии.

Необходимая для фотосинтеза вода с содержащимися в ней солями подается от корней по "водопроводной" системе, называемой ксилемой, а образовавшийся сахар (питательные вещества) распределяется по всем частям растения с помощью другой проводящей системы, называемой флоэмой. Ксилема и флоэма образуют циркуляторную систему растения (рис. 2), которая распределяет в растениях питательные вещества и энергию.

Созданное растениями в процессе фотосинтеза органическое вещество - это валовая первичная продукция (ВПП). Часть энергии валовой первичной продукции расходуется самим растением на дыхание, остальная часть сохраняется в виде прироста органического вещества и представляет собой накопление чистой первичной продукции (ЧПП): ВПП - Дыхание = ЧПП.

Чистая первичная продукция является тем самым органическим веществом, которое накапливается в растениях. Из него в результате сложных процессов, происходящих в растениях, образуются все их органы - стебли, листья, корни, цветки плоды и другие, которые могут использоваться в пищу гетеротрофными организмами.

Эту чистую первичную продукцию можно выразить в единицах массы: взвесить, например, при уборке урожая (килограмм на 1 га за [период времени] и энергии (при сжигании в калориметре): джоуль на 1 м2 за период времени, например, сутки, месяц, год). Установлено, что при сжигании 1 г абсолютно сухого вещества выделяется 4 кДж энергии.

При этом следует принять во внимание, что равные количества различных биологических веществ не обязательно равны по своим энергетическим показателям. Обычно принимают следующие соотношения: для 1 г углеводов - 4 кДж; протеинов - 4 кДж; липидов - 9 кДж; стволовой древесины - 4,5 кДж; живых листьев - 4,7 кДж; лесной подстилки - 4,5 кДж.

Ежегодно зеленые растения превращают в органическое вещество колоссальные количества углерода (в общем около 200 млрд. т). Около 10% этой массы синтезируют наземные растения; остальное приходится на долю морских растений, главным образом микроскопических водорослей. Как показывают расчеты, благодаря активности зеленых растений вся углекислота, находящаяся в атмосфере и растворенная в воде, обновляется примерно за каждые 300 лет, а весь кислород - примерно за каждые 2000 лет. Ход процесса фотосинтеза почти одинаков у всех зеленых растений - от мельчайшей водоросли до огромного Мамонтова дерева.

Природа многих химических реакций, происходящих при фотосинтезе, была выяснена опытами ван Ниля, Арнона, Кальвина, Гаффрона, Рабиновича и многих других учёных. Большая часть этих исследований проводилась с одноклеточными зелеными водорослями Chlorella или Scenedesmus. Однако эксперименты с листьями фасоли, ячменя, табака, дыни показали, что сходные цепи реакций имеются и у высших растений.

Поглощение, превращение и использование энергии животными

Животные не могут непосредственно использовать энергию солнечного излучения для осуществления своей жизнедеятельности. Так как у них нет системы фотосинтеза, они получают энергию поедая или растения (травоядные), или других животных, питающихся растениями (плотоядные). Некоторые организмы являются паразитами, они получают пищу от животного-хозяина, но это скорее исключение, чем правило.

В организме животных в процессе переваривания сложных компонентов пищи, происходит ее разложение на более простые, которые всасываются в кишечнике, поступают в кровь и разносятся по всему организму. При этом происходит высвобождение энергии, запасенной в пище. Часть этой высвободившейся энергии выделяется в виде тепла, а другая часть запасается организмом в форме химической энергии, которая затем используется при выполнении работы, например, сердцем - при перекачке крови, кишечником - по поглощению питательных веществ, мышцами, - приводящим в движение крылья, лапы и хвосты, ноги и руки. и пр.

Для создания систем с высоким уровнем генетической и нервной организации (упорядоченных систем) также необходимо затратить энергию. Для эффективного функционирования организм должен иметь программу, содержащую инструкции по работе всех его элементов, и для этой программы нужна информация о внутреннем состоянии и внешнем окружении организма. Совершаемая при этом работа состоит в выработке сигналов, с помощью которых регулируются энергетические процессы, организуются биоструктуры, контролируется расход энергии, необходимой для быстрой реакции организма на внешние раздражители, или стимулируется возникновение других сигналов.

Схематически процесс превращения химической энергии в биологических системах представлен на рис. 3.

Таким образом, животные находятся в зависимости от накопления чистой продукции зелеными растениями. Однако та часть этой продукции, которая доступна для растительноядных животных, усваивается ими не полностью: некоторые мыши ассимилируют почти 90% своей пищи, а кузнечик - всего лишь 30%. Во всех случаях большая часть полученной энергии идет на поддержание жизни и в конце концов теряется в процессах дыхания и теплоотдачи; она уже не может быть использована экосистемой. Остаток энергии накапливается в виде новых тканей и новых особей. Именно эту накопленную травоядными животными энергию могут использовать хищники, которая после их смерти также рассеивается в виде тепла.

Использование энергии в экосистеме

Удовлетворение энергетических потребностей каждого организма происходит не индивидуально, а в рамках тонкого равновесия, установившегося между различными организмами, населяющими данную область среды обитания. Между обитающими в соответствующей области растениями, животными, микроорганизмами и их физико-химическим окружением существует непрерывный обмен энергией и различными веществами.

Автотрофные или самопитающиеся организмы, используют низкомолекулярные неорганические соединения (СО2, Н2О, соединения азота и серы) и солнечную энергию в качестве исходного материала для биосинтеза органических веществ. Они являются продуцентами, обеспечивающими органическим веществом и энергией все живое население экосистемы.

Наиболее важными автотрофами являются зеленые растения, усваивающие солнечную энергию в процессе фотосинтеза. Впрочем, существует определенная группа бактерий, способных получать энергию не от Солнца, а из неорганических материалов, т. е. из веществ, которые присутствовали бы на Земле, даже если бы на ней не было жизни. Такой способ получения энергии называется хемосинтезом.

NB! Продуценты не вырабатывают энергию, они лишь преобразуют энергию солнечного излучения в химическую.

Гетеротрофные организмы используют в качестве источника питания уже готовые, т.е. синтезированные автотрофами органические вещества. Являются консументами (потребителями). Не способны сами производить необходимую им пищу и зависят от других производителей энергии.

Между автрофными и гетеротрофными организмами постоянно происходит обмен энергией и массой. При этом участвующие в биохимических реакциях элементы массы многократно используется, совершая круговорот.

Земля не получает и не теряет сколько-нибудь заметного количества вещества, и в земных условиях не происходит спонтанного превращения энергии в массу. Участвующие в биохимических реакциях элементы массы из которой состоят все организмы (углерод, водород, кислород, азот и сера) постоянно многократно используется в биогеохимических циклах между живыми и неживыми мирами.

Обмен энергией в экосистеме осуществляется иначе, чем обмен веществом. Хотя исходная потенциальная энергия, как и масса, передается от продуцентов (растений) последовательно к травоядным, плотоядным и редуцентам, живущим за счет этих животных, она не возвращается целиком по замкнутому циклу, а частично рассеивается (главным образом в процессах дыхания) в виде тепла во внешнее пространство. В результате этой непрерывной потери энергии поток ее последовательно уменьшается. Поэтому для поддержания жизни на Земле необходим постоянный приток энергии Солнца. Причина, из-за которой энергия не используется повторно, разъясняется положениями термодинамики. Она связана с общей существующей во Вселенной тенденцией к деградации энергии, приводящей к тому, что со временем возможность повторного ее использования понижается. Поэтому энергия в экосистеме совершает не круговорот, а имеет однонаправленное движение.




 
 

Куда пойти учиться



 

Виртуальные консультации

На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании полученных фактов.

Медицинский форум КОМПАС ЗДОРОВЬЯ

Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся! Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.

Подробнее см. Правила форума  

Последние сообщения



Реальные консультации


Реальный консультативный прием ограничен.

Ранее обращавшиеся пациенты могут найти меня по известным им реквизитам.

Заметки на полях


навязывание услуг компании Билайн, воровство компании Билайн

Нажми на картинку -
узнай подробности!

Новости сайта

Ссылки на внешние страницы

20.05.12

Уважаемые пользователи!

Просьба сообщать о неработающих ссылках на внешние страницы, включая ссылки, не выводящие прямо на нужный материал, запрашивающие оплату, требующие личные данные и т.д. Для оперативности вы можете сделать это через форму отзыва, размещенную на каждой странице.
Ссылки будут заменены на рабочие или удалены.

Тема от 05.09.08 актуальна!

Остался неоцифрованным 3-й том МКБ. Желающие оказать помощь могут заявить об этом на нашем форуме

05.09.08
В настоящее время на сайте готовится полная HTML-версия МКБ-10 - Международной классификации болезней, 10-я редакция.

Желающие принять участие могут заявить об этом на нашем форуме

25.04.08
Уведомления об изменениях на сайте можно получить через раздел форума "Компас здоровья" - Библиотека сайта "Островок здоровья"

Островок здоровья

 
----
Чтобы сообщить об ошибке на данной странице, выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter.
Выделенный текст будет отправлен редактору сайта.
----
 
Информация, представленная на данном сайте, предназначена исключительно для образовательных и научных целей,
не должна использоваться для самостоятельной диагностики и лечения, и не может служить заменой очной консультации врача.
Администрация сайта не несёт ответственности за результаты, полученные в ходе самолечения с использованием справочного материала сайта
Перепечатка материалов сайта разрешается при условии размещения активной ссылки на оригинальный материал.
© 2008 blizzard. Все права защищены и охраняются законом.



 
----