Materiale 

Ciclul biologic. Rolul organismelor vii în ciclul biologic

Multe reacții enzimatice au loc în celulele vii. Unim întregul set al acestor reacții sub conceptul general de metabolism, dar ar fi greșit să credem că o celulă nu este altceva decât o pungă membranară în care enzimele acționează într-un mod aleatoriu, dezordonat. Metabolismul este o activitate celulară foarte coordonată și țintită care implică multe sisteme multienzimatice interconectate. Îndeplinește patru funcții specifice: 1) furnizarea de energie chimică, care se obține prin descompunerea substanțelor alimentare bogate în energie care intră în organism din mediul înconjurător sau prin conversia energiei captate din lumina soarelui; 2) transformarea moleculelor alimentare în blocuri de construcție, care sunt ulterior utilizate de celulă pentru a construi macromolecule; 3) asamblarea proteinelor, acizi nucleici, lipide, polizaharide și alte componente celulare din aceste blocuri de construcție; 4) sinteza și distrugerea acelor biomolecule care sunt necesare pentru îndeplinirea oricăror funcții specifice ale unei celule date.

Deși metabolismul este alcătuit din sute de reacții enzimatice diferite, căile metabolice centrale de care suntem de obicei cel mai interesați sunt puține la număr și sunt în esență aceleași în toate formele vii. În acest capitol de prezentare generală, vom analiza sursele de substanțe și energie pentru metabolism, căile metabolice centrale utilizate pentru sinteza și descompunerea componentelor celulare majore, mecanismele implicate în transferul energiei chimice și, în final, abordările experimentale. prin care sunt studiate căile metabolice.

13.1. Organismele vii iau parte la ciclul carbonului și oxigenului

Vom începe considerația noastră cu aspectele macroscopice ale metabolismului, cu interacțiunea metabolică generală dintre organismele vii ale biosferei. Toate organismele vii pot fi împărțite în două grupe mari în funcție de forma chimică în care sunt capabile să absoarbă carbonul provenit din mediu. Celulele autotrofe ("se hrănesc") pot folosi carbonul atmosferic ca singura sursă de carbon, din care își construiesc toate biomoleculele care conțin carbon.

Bacteriile fotosintetice și celulele frunzelor plantelor verzi aparțin acestui grup. Unii autotrofe, cum ar fi cianobacteriile, pot folosi, de asemenea, azotul atmosferic pentru a sintetiza toate componentele lor care conțin azot. Celulele heterotrofe („hrănirea în detrimentul altora”) nu au capacitatea de a asimila atmosfera; ei trebuie să primească carbon sub formă de compuși organici destul de complexi, cum ar fi, de exemplu, glucoza. Heterotrofele includ celulele animalelor superioare și majoritatea microorganismelor. Autotrofii, care se asigură cu tot ceea ce este necesar pentru viață, au o anumită independență, în timp ce heterotrofei, care necesită surse complexe carbon, se hrănesc cu deșeurile altor celule.

Există o altă diferență importantă între aceste două grupuri. Multe organisme autotrofe efectuează fotosinteza, adică au capacitatea de a folosi energia luminii solare, în timp ce celulele heterotrofe obțin energia de care au nevoie prin descompunerea compușilor organici produși de autotrofe. În biosferă, autotrofii și heterotrofei coexistă ca participanți la un singur ciclu gigant, în care organismele autotrofe construiesc biomolecule organice din atmosferă, iar unele dintre ele eliberează oxigen în atmosferă. Heterotrofei folosesc produse organice produse de autotrofi ca hrană și le returnează în atmosferă. În acest fel, are loc un ciclu continuu de carbon și oxigen între lumea animală și cea vegetală. Sursa de energie pentru acest proces colosal este lumina soarelui (Fig. 13-1).

Organismele autotrofe și heterotrofe pot fi, la rândul lor, împărțite în subclase. Există, de exemplu, două mari subclase de heterotrofe: aerobi și anaerobi. Aerobii trăiesc într-un mediu care conține oxigen și oxidează nutrienții organici cu oxigen molecular.

Orez. 13-1. Ciclul dioxidului de carbon și ciclul oxigenului între două regiuni ale biosferei Pământului, fotosintetice și heterotrofe. Amploarea acestui ciclu este enormă. Pe parcursul unui an, mai mult decât carbonul circulă prin biosferă. Echilibrul dintre educație și consum este unul dintre factorii importanți care determină clima de pe Pământ. Nivelul din atmosferă a crescut cu aproximativ 25% în ultimii 100 de ani din cauza arderii în creștere a cărbunelui și petrolului. Unii oameni de știință susțin că o creștere suplimentară a cantității de aer atmosferic va atrage după sine o creștere a temperaturii medii a atmosferei („sară”); nu toată lumea, însă, este de acord cu acest lucru, deoarece este dificil să se determine cu exactitate cantitățile formate și implicate în cicluri repetate în biosferă, precum și absorbite de oceane. Este nevoie de aproximativ 300 de ani pentru ca toată atmosfera să treacă prin plante.

Anaerobi pentru oxidare nutrienți nu este necesar oxigen; trăiesc într-un mediu fără oxigen. Multe celule, cum ar fi drojdia, pot exista atât în ​​condiții aerobe, cât și în condiții anaerobe. Astfel de organisme sunt numite anaerobe facultative. Cu toate acestea, pentru anaerobii obligați care nu pot folosi oxigenul, acesta din urmă este o otravă. Acestea sunt, de exemplu, organisme care trăiesc adânc în sol sau pe fundul mării. Majoritatea celulelor heterotrofe, în special celulele superioare, sunt anaerobe facultative, dar în prezența oxigenului folosesc căi metabolice aerobe pentru a oxida nutrienții.

În același organism, diferite grupuri de celule pot aparține unor clase diferite.

De exemplu, la plante superioare celulele frunzelor care conțin clorofilă verzi sunt autotrofe fotosintetice, iar celulele radiculare fără clorofilă sunt heterotrofe. Mai mult, celulele frunzelor verzi duc o existență autotrofă doar în timpul zilei. În întuneric, aceștia funcționează ca heterotrofe și obțin energia de care au nevoie oxidând carbohidrații sintetizați de ei la lumină.

Remarcabilul om de știință rus academicianul V.I. Vernadsky.

Biosferă- învelișul exterior complex al Pământului, care conține întreaga totalitate a organismelor vii și acea parte a substanței planetei care se află în proces de schimb continuu cu aceste organisme. Aceasta este una dintre cele mai importante geosfere ale Pământului, care este componenta principală a mediului natural din jurul oamenilor.

Pământul este alcătuit din concentrice scoici(geosfere) atât interne cât și externe. Cele interne includ miezul și mantaua, iar cele externe: litosfera -învelișul stâncos al Pământului, inclusiv scoarța terestră (Fig. 1) cu o grosime de 6 km (sub ocean) până la 80 km (sisteme montane); hidrosfera -învelișul de apă al Pământului; atmosfera- înveliș gazos al Pământului, format dintr-un amestec diverse gaze, vapori de apă și praf.

La o altitudine de 10 până la 50 km există un strat de ozon, cu concentrația maximă la o altitudine de 20-25 km, protejând Pământul de radiațiile ultraviolete excesive, care sunt fatale pentru organism. Aici aparține și biosfera (geosferelor externe).

Biosfera -învelișul exterior al Pământului, care include o parte din atmosferă până la o înălțime de 25-30 km (până la stratul de ozon), aproape întreaga hidrosferă și partea superioară a litosferei la o adâncime de aproximativ 3 km

Orez. 1. Schema structurii scoarței terestre

(Fig. 2). Particularitatea acestor părți este că sunt locuite de organisme vii care alcătuiesc materia vie a planetei. Interacţiune parte abiotică a biosferei- aer, apă, roci și materie organică -biotas a determinat formarea solurilor si a rocilor sedimentare.

Orez. 2. Structura biosferei și raportul suprafețelor ocupate de unitățile structurale de bază

Ciclul substanțelor din biosferă și ecosisteme

Toți compușii chimici disponibili pentru organismele vii din biosferă sunt limitati. Epuizarea substanțelor chimice adecvate pentru asimilare inhibă adesea dezvoltarea anumitor grupuri de organisme în zonele locale de uscat sau ocean. Potrivit academicianului V.R. Williams, singura modalitate de a da proprietățile finite ale infinitului este să-l faci să se rotească de-a lungul unei curbe închise. În consecință, stabilitatea biosferei se menține datorită ciclului de substanțe și a fluxurilor de energie. Disponibil două cicluri principale de substanțe: mare - geologic și mic - biogeochimic.

Marele Ciclu Geologic(Fig. 3). Rocile cristaline (ignee) se transformă în roci sedimentare sub influența factorilor fizici, chimici și biologici. Nisipul și argila sunt sedimente tipice, produse ale transformării rocilor adânci. Cu toate acestea, formarea sedimentelor are loc nu numai datorită distrugerii rocilor existente, ci și prin sinteza mineralelor biogene - scheletele microorganismelor - din resurse naturale- apele oceanului, mărilor și lacurilor. Sedimentele apoase libere, deoarece sunt izolate la fundul rezervoarelor cu noi porțiuni de material sedimentar, scufundate până la adâncime și expuse la noi condiții termodinamice (temperaturi și presiuni mai ridicate), pierd apă, se întăresc și sunt transformate în roci sedimentare.

Ulterior, aceste roci se scufundă în orizonturi și mai adânci, unde au loc procesele de transformare profundă a lor în condiții noi de temperatură și presiune - au loc procese de metamorfism.

Sub influența fluxurilor de energie endogene, rocile adânci sunt topite, formând magma - o sursă de noi roci magmatice. După ce aceste roci se ridică la suprafața Pământului, sub influența intemperiilor și a proceselor de transport, se transformă din nou în noi roci sedimentare.

Astfel, marele ciclu este cauzat de interacțiunea energiei solare (exogene) cu energia profundă (endogenă) a Pământului. Redistribuie substanțele între biosferă și orizonturile mai profunde ale planetei noastre.

Orez. 3. Ciclu mare (geologic) de substanțe (săgeți subțiri) și modificări ale diversității în scoarța terestră (săgeți late solide - creștere, săgeți rupte - scăderea diversității)

Pe lângă Marele Gyre Se mai numește și ciclul apei dintre hidrosferă, atmosferă și litosferă, care este condus de energia Soarelui. Apa se evaporă de pe suprafața rezervoarelor și a pământului și apoi se întoarce pe Pământ sub formă de precipitații. Peste ocean, evaporarea depășește precipitațiile; pe uscat, este opusul. Aceste diferențe sunt compensate de debitele râurilor. Există multă apă în ciclul global rol important joacă vegetația pământului. Transpirația plantelor în anumite zone ale suprafeței pământului poate reprezenta până la 80-90% din precipitațiile care cad aici și, în medie, pentru toate zonele climatice - aproximativ 30%. Spre deosebire de ciclul mare, ciclul mic de substanțe are loc numai în biosfere. Relația dintre ciclurile mari și mici ale apei este prezentată în Fig. 4.

Ciclurile la scară planetară sunt create din nenumăratele mișcări ciclice locale ale atomilor determinate de activitatea vitală a organismelor din ecosistemele individuale și acele mișcări cauzate de cauze peisagistice și geologice (scurgere la suprafață și subterană, eroziunea eoliană, mișcarea fundului mării, vulcanismul, construcția munților). , etc.).

Orez. 4. Relația dintre ciclul geologic mare (GGC) al apei și ciclul biogeochimic mic (SBC) al apei

Spre deosebire de energia, care odată folosită de organism este transformată în căldură și pierdută, substanțele circulă în biosferă, creând cicluri biogeochimice. Din cele peste nouăzeci de elemente găsite în natură, organismele vii au nevoie de aproximativ patruzeci. Cele mai importante sunt necesare în cantități mari - carbon, hidrogen, oxigen, azot. Ciclurile elementelor și substanțelor se desfășoară datorită proceselor de autoreglare la care participă toate componentele. Aceste procese nu fac deșeuri. Există legea închiderii globale a ciclului biogeochimic din biosferă, operând în toate etapele dezvoltării sale. În procesul de evoluție a biosferei, rolul componentei biologice în închiderea proceselor biogeochimice crește.
pe care ciclul. Oamenii au o influență și mai mare asupra ciclului biogeochimic. Dar rolul său se manifestă în direcția opusă (girele devin deschise). Baza ciclului biogeochimic al substanțelor este energia Soarelui și clorofila plantelor verzi. Celelalte cicluri cele mai importante — apa, carbonul, azotul, fosforul și sulful — sunt asociate și contribuie la ciclul biogeochimic.

Ciclul apei în biosferă

Plantele folosesc hidrogenul din apă în timpul fotosintezei pentru a construi compuși organici, eliberând oxigen molecular. În procesele de respirație ale tuturor ființelor vii, în timpul oxidării compușilor organici, se formează din nou apa. În istoria vieții, toată apa liberă din hidrosferă a trecut în mod repetat prin cicluri de descompunere și formare nouă în materia vie a planetei. Aproximativ 500.000 km 3 de apă este implicată în ciclul apei de pe Pământ în fiecare an. Ciclul apei și rezervele sale sunt prezentate în Fig. 5 (în valori relative).

Ciclul oxigenului în biosferă

Pământul își datorează atmosferei sale unice cu un conținut ridicat de oxigen liber procesului de fotosinteză. Formarea ozonului în straturile înalte ale atmosferei este strâns legată de ciclul oxigenului. Oxigenul este eliberat din moleculele de apă și este în esență un produs secundar al activității fotosintetice a plantelor. Din punct de vedere abiotic, oxigenul apare în straturile superioare ale atmosferei datorită fotodisocierii vaporilor de apă, dar această sursă constituie doar miimi de procent din cea furnizată de fotosinteză. Există un echilibru fluid între conținutul de oxigen din atmosferă și hidrosferă. În apă este de aproximativ 21 de ori mai puțin.

Orez. 6. Diagrama ciclului oxigenului: săgeți îndrăznețe - principalele fluxuri de alimentare și consum de oxigen

Oxigenul eliberat este consumat intens în procesele de respirație ale tuturor organismelor aerobe și în oxidarea diferiților compuși minerali. Aceste procese au loc în atmosferă, sol, apă, nămol și roci. S-a demonstrat că o parte semnificativă a oxigenului legat în rocile sedimentare este de origine fotosintetică. Fondul de schimb O din atmosferă nu reprezintă mai mult de 5% din producția totală de fotosinteză. Multe bacterii anaerobe oxidează și materia organică prin procesul de respirație anaerobă, folosind sulfați sau nitrați.

Descompunerea completă a materiei organice creată de plante necesită exact aceeași cantitate de oxigen care a fost eliberată în timpul fotosintezei. Îngroparea materiei organice în roci sedimentare, cărbuni și turbe a servit drept bază pentru menținerea fondului de schimb de oxigen în atmosferă. Tot oxigenul din el trece printr-un ciclu complet prin organismele vii în aproximativ 2000 de ani.

În prezent, o parte semnificativă a oxigenului atmosferic este legată ca urmare a transportului, industriei și a altor forme de activitate antropică. Se știe că omenirea cheltuiește deja peste 10 miliarde de tone de oxigen liber dintr-o cantitate totală de 430-470 de miliarde de tone furnizată prin procesele de fotosinteză. Dacă luăm în considerare că doar o mică parte din oxigenul fotosintetic intră în fondul de schimb, activitatea umană în acest sens începe să capete proporții alarmante.

Ciclul oxigenului este strâns legat de ciclul carbonului.

Ciclul carbonului în biosferă

Carbonul ca element chimic este baza vieții. El poate căi diferite se combină cu multe alte elemente pentru a forma molecule organice simple și complexe care alcătuiesc celulele vii. În ceea ce privește distribuția pe planetă, carbonul ocupă locul al unsprezecelea (0,35% din greutatea scoarței terestre), dar în materie vie reprezintă în medie aproximativ 18 sau 45% din biomasa uscată.

În atmosferă, carbonul face parte din dioxidul de carbon CO 2 și, într-o măsură mai mică, din metanul CH 4 . În hidrosferă, CO 2 este dizolvat în apă, iar conținutul său total este mult mai mare decât cel atmosferic. Oceanul servește ca un puternic tampon pentru reglarea CO 2 din atmosferă: pe măsură ce crește concentrația sa în aer, crește absorbția dioxidului de carbon de către apă. Unele dintre moleculele de CO 2 reacţionează cu apa, formând acid carbonic, care apoi se disociază în ioni HCO 3 - şi CO 2- 3. Aceşti ioni reacţionează cu cationii de calciu sau magneziu pentru a precipita carbonaţi. Reacţii similare stau la baza sistemului tampon al oceanului, menţinând un pH constant al apei.

Dioxidul de carbon din atmosferă și hidrosferă este un fond de schimb în ciclul carbonului, de unde este preluat de plantele terestre și de alge. Fotosinteza stă la baza tuturor ciclurilor biologice de pe Pământ. Eliberarea carbonului fix are loc în timpul activității respiratorii a organismelor fotosintetice înseși și a tuturor heterotrofelor - bacterii, ciuperci, animale care sunt incluse în lanțul trofic din cauza materiei organice vii sau moarte.

Orez. 7. Ciclul carbonului

Deosebit de activă este întoarcerea CO2 în atmosferă din sol, unde se concentrează activitatea a numeroase grupuri de organisme, descompunând rămășițele de plante și animale moarte și are loc respirația sistemelor radiculare ale plantelor. Acest proces integral este denumit „respirația solului” și are o contribuție semnificativă la completarea fondului de schimb de CO2 din aer. În paralel cu procesele de mineralizare a materiei organice, în sol se formează humus - un complex molecular complex și stabil bogat în carbon. Humusul din sol este unul dintre importantele rezervoare de carbon de pe uscat.

În condițiile în care activitatea destructorilor este inhibată de factorii de mediu (de exemplu, când are loc un regim anaerob în sol și în fundul rezervoarelor), materia organică acumulată de vegetație nu se descompune, transformându-se în timp în roci precum cărbunele sau maro. cărbune, turbă, sapropels, șisturi bituminoase și altele bogate în energie solară acumulată. Aceștia reîntreg fondul de rezervă de carbon, fiind deconectați mult timp de ciclul biologic. Carbonul se depune temporar și în biomasa vie, în deșeurile moarte, în materia organică dizolvată a oceanului etc. in orice caz principalul fond de rezervă de carbon în scris nu sunt organisme vii sau combustibili fosili, ci roci sedimentare – calcare si dolomite. Formarea lor este, de asemenea, asociată cu activitatea materiei vii. Carbonul acestor carbonați este îngropat mult timp în intestinele Pământului și intră în ciclu doar în timpul eroziunii când rocile sunt expuse în cicluri tectonice.

Doar fracțiuni dintr-un procent de carbon din cantitatea totală de pe Pământ participă la ciclul biogeochimic. Carbonul din atmosferă și hidrosferă trece prin organismele vii de multe ori. Plantele terestre își pot epuiza rezervele în aer în 4-5 ani, rezervele în humus de sol - în 300-400 de ani. Returul principal al carbonului în fondul de schimb are loc datorită activității organismelor vii și doar o mică parte a acestuia (mii de procente) este compensată de eliberarea din intestinele Pământului ca parte a gazelor vulcanice.

În prezent, extracția și arderea rezervelor uriașe de combustibili fosili devine un factor puternic în transferul de carbon din rezervă către fondul de schimb al biosferei.

Ciclul azotului în biosferă

Atmosfera și materia vie conțin mai puțin de 2% din tot azotul de pe Pământ, dar este ceea ce susține viața pe planetă. Azotul face parte din cele mai importante molecule organice - ADN, proteine, lipoproteine, ATP, clorofilă etc. În țesuturile plantelor, raportul său față de carbon este în medie de 1: 30, iar în algele marine I: 6. Ciclul biologic al azotului este prin urmare, de asemenea, strâns legat de carbon.

Azotul molecular din atmosferă este inaccesibil plantelor, care pot absorbi acest element numai sub formă de ioni de amoniu, nitrați, sau din sol sau soluții apoase. Prin urmare, deficitul de azot este adesea un factor care limitează producția primară - munca organismelor asociată cu crearea de substanțe organice din cele anorganice. Cu toate acestea, azotul atmosferic este implicat pe scară largă în ciclul biologic datorită activității bacteriilor speciale (fixatori de azot).

Microorganismele amonifiante joacă, de asemenea, un rol important în ciclul azotului. Ele descompun proteinele și alte substanțe organice care conțin azot în amoniac. În formă de amoniu, azotul este parțial reabsorbit de rădăcinile plantelor și parțial este interceptat de microorganismele nitrificatoare, ceea ce este opusul funcțiilor grupului de microorganisme - denitrificatori.

Orez. 8. Ciclul azotului

În condiții anaerobe în sol sau ape, aceștia folosesc oxigenul din nitrați pentru a oxida substanțele organice, obținând energie pentru viața lor. Azotul este redus la azot molecular. Fixarea și denitrificarea azotului sunt aproximativ echilibrate în natură. Ciclul azotului depinde astfel în primul rând de activitatea bacteriilor, în timp ce plantele se integrează în acesta, folosind produși intermediari ai acestui ciclu și crescând foarte mult scara circulației azotului în biosferă prin producerea de biomasă.

Rolul bacteriilor în ciclul azotului este atât de mare încât dacă doar 20 dintre speciile lor sunt distruse, viața pe planeta noastră va înceta.

Fixarea non-biologică a azotului și pătrunderea oxizilor și amoniacului acestuia în sol are loc, de asemenea, cu precipitații în timpul ionizării atmosferice și a descărcărilor de fulgere. Industria modernă a îngrășămintelor fixează azotul atmosferic la niveluri mai mari decât fixarea naturală a azotului pentru a crește producția de culturi.

În prezent, activitatea umană influențează tot mai mult ciclul azotului, în principal în direcția excesului de transfer al acestuia în forme legate peste procesele de revenire la starea moleculară.

Ciclul fosforului în biosferă

Acest element, necesar pentru sinteza multor substanțe organice, inclusiv ATP, ADN, ARN, este absorbit de plante numai sub formă de ioni de acid ortofosforic (P0 3 4 +). Ea aparține elementelor care limitează producția primară atât pe uscat, cât și mai ales în ocean, întrucât fondul de schimb al fosforului în soluri și ape este mic. Ciclul acestui element la scara biosferei nu este închis.

Pe uscat, plantele atrag fosfații din sol, eliberați de descompozitori din reziduurile organice în descompunere. Cu toate acestea, în alcalin sau sol acid solubilitatea compuşilor fosforului scade brusc. Principalul fond de rezervă de fosfați este conținut în roci create pe fundul oceanului în trecutul geologic. În timpul leșierii rocilor, o parte din aceste rezerve trece în sol și este spălată în corpurile de apă sub formă de suspensii și soluții. În hidrosferă, fosfații sunt folosiți de fitoplancton, trecând prin lanțurile trofice la alți hidrobionți. Cu toate acestea, în ocean, majoritatea compușilor de fosfor sunt îngropați cu rămășițele de animale și plante pe fund, cu tranziția ulterioară cu roci sedimentare în ciclul geologic mare. La adâncime, fosfații dizolvați se leagă de calciu, formând fosforite și apatite. În biosferă, de fapt, există un flux unidirecțional de fosfor din rocile pământului în adâncurile oceanului; prin urmare, fondul său de schimb în hidrosferă este foarte limitat.

Orez. 9. Ciclul fosforului

Depozitele terestre de fosforite și apatite sunt utilizate în producția de îngrășăminte. Intrarea fosforului în corpurile de apă dulce este unul dintre principalele motive pentru „înflorirea” acestora.

Ciclul sulfului în biosferă

Ciclul sulfului, necesar pentru construirea unui număr de aminoacizi, este responsabil de structura tridimensională a proteinelor și este menținut în biosferă de o gamă largă de bacterii. Legăturile individuale din acest ciclu implică microorganisme aerobe care oxidează sulful reziduurilor organice la sulfați, precum și reductori de sulfati anaerobi care reduc sulfații la hidrogen sulfurat. Pe lângă grupurile enumerate de bacterii cu sulf, acestea oxidează hidrogenul sulfurat în sulf elementar și apoi în sulfați. Plantele absorb doar ionii SO2-4 din sol și apă.

Inelul din centru ilustrează procesul de oxidare (O) și reducere (R) care schimbă sulf între bazinul de sulfat disponibil și bazinul de sulfură de fier adânc în sol și sedimente.

Orez. 10. Ciclul sulfului. Inelul din centru ilustrează procesul de oxidare (0) și reducere (R), prin care sulful este schimbat între bazinul de sulfat disponibil și bazinul de sulfuri de fier situat adânc în sol și sedimente

Principala acumulare de sulf are loc în ocean, unde ionii de sulfat curg continuu de pe uscat cu scurgerile râului. Când hidrogenul sulfurat este eliberat din apă, sulful este parțial returnat în atmosferă, unde este oxidat în dioxid, transformându-se în acid sulfuric în apa de ploaie. Utilizarea industrială a cantităților mari de sulfați și sulf elementar și arderea combustibililor fosili eliberează volume mari de dioxid de sulf în atmosferă. Acest lucru dăunează vegetației, animalelor, oamenilor și servește drept sursă de ploi acide, ceea ce exacerbează efectele negative ale intervenției umane în ciclul sulfului.

Viteza de circulație a substanțelor

Toate ciclurile de substanțe au loc la viteze diferite (Fig. 11)

Astfel, ciclurile tuturor elementelor biogene de pe planetă sunt susținute de interacțiunea complexă a diferitelor părți. Ele sunt formate din activitatea unor grupuri de organisme cu diferite funcții, sistemul de scurgere și evaporare care leagă oceanul și pământul, procesele de circulație a apei și masele de aer, actiunea gravitatiei, tectonica plăci litosfericeși alte procese geologice și geofizice pe scară largă.

Biosfera acționează ca un singur sistem complex în care apar diferite cicluri de substanțe. Principalul motor al acestora ciclurile sunt materia vie a planetei, toate organismele vii, asigurarea proceselor de sinteza, transformare si descompunere a materiei organice.

Orez. 11. Ratele de circulație a substanțelor (P. Cloud, A. Jibor, 1972)

Baza viziunii ecologice asupra lumii este ideea că fiecare creatură vie este înconjurată de mulți factori diferiți care o influențează, care împreună formează habitatul său - un biotop. Prin urmare, biotop - o porțiune de teritoriu omogenă în ceea ce privește condițiile de viață pentru anumite specii de plante sau animale(panta unei râpe, parc forestier urban, lac mic sau parte dintr-un lac mare, dar cu condiții omogene - partea de coastă, partea de adâncime).

Organismele caracteristice unui anumit biotop alcătuiesc comunitate de viață sau biocenoză(animale, plante și microorganisme din lacuri, pajiști, fâșii de coastă).

O comunitate vie (biocenoza) formează un singur întreg cu biotopul său, care se numește sistem ecologic (ecosistem). Un exemplu de ecosisteme naturale este un furnicar, un lac, un iaz, pajiște, pădure, oraș, fermă. Un exemplu clasic de ecosistem artificial este nava spatiala. După cum puteți vedea, nu există o structură spațială strictă aici. Apropiat de conceptul de ecosistem este conceptul biogeocenoza.

Principalele componente ale ecosistemelor sunt:

  • mediu neviu (abiotic). Acestea sunt apa, mineralele, gazele, precum și materia organică și humusul;
  • componente biotice. Acestea includ: producători sau producători (plante verzi), consumatori sau consumatori (ființe vii care se hrănesc cu producători) și descomponenți sau descompunetori (microorganisme).

Natura funcționează extrem de economic. Astfel, biomasa creată de organisme (substanța corpului organismelor) și energia pe care acestea o conțin sunt transferate altor membri ai ecosistemului: animalele mănâncă plante, aceste animale sunt mâncate de alte animale. Acest proces se numește lanț alimentar sau trofic.În natură, lanțurile trofice se intersectează adesea, formând o rețea trofica.

Exemple de lanțuri trofice: plantă - ierbivor - prădător; cereale - șoarece de câmp - vulpe etc. și rețeaua trofică sunt prezentate în Fig. 12.

Astfel, starea de echilibru în biosferă se bazează pe interacțiunea factorilor de mediu biotici și abiotici, care se menține prin schimbul continuu de materie și energie între toate componentele ecosistemelor.

În ciclurile închise ale ecosistemelor naturale, împreună cu altele, este necesară participarea a doi factori: prezența descompozitorilor și furnizarea constantă. energie solara. În ecosistemele urbane și artificiale există puțini sau deloc descompozitori, astfel încât se acumulează deșeuri lichide, solide și gazoase, poluând mediu inconjurator.

Orez. 12. Rețea trofica și direcția curgerii materiei

Întrebarea 1. Care este funcția principală a biosferei?

Funcția principală a biosferei este de a asigura circulația elementelor chimice, care se exprimă în circulația substanțelor între atmosferă, sol, hidrosferă și organismele vii.

Întrebarea 2. Povestește-ne despre ciclul apei în natură.

Apa se evaporă și este transportată pe distanțe lungi de curenții de aer. Cazând pe suprafața pământului sub formă de precipitații, contribuie la distrugerea rocilor, le face accesibile plantelor și microorganismelor, erodează stratul superior de sol și merge, împreună cu compușii chimici dizolvați în acesta și particulele organice în suspensie, în mări. și oceane. Circulația apei între ocean și pământ este o verigă critică în menținerea vieții pe Pământ.

Întrebarea 3. Organismele vii participă la ciclul apei? Dacă da, atunci completați diagrama prezentată în Figura 113, indicând pe ea participarea organismelor vii la ciclu.

Plantele participă la ciclul apei în două moduri: o extrag din sol și o evaporă în atmosferă; O parte din apa din celulele plantelor este descompusă în timpul fotosintezei. În acest caz, hidrogenul este fixat sub formă de compuși organici, iar oxigenul intră în atmosferă.

Animalele consumă apă pentru a menține echilibrul osmotic și de sare în organism și o eliberează în mediul extern împreună cu produsele metabolice.

Întrebarea 4. Ce organisme absorb dioxidul de carbon din atmosferă?

În timpul fotosintezei, plantele verzi folosesc dioxidul de carbon și hidrogenul din apă pentru a sintetiza compuși organici, iar oxigenul eliberat este eliberat în atmosferă.

Întrebarea 5: Cum se întoarce carbonul fix în atmosferă?

Diferite animale și plante respiră oxigen, iar produsul final al respirației - CO2 - este eliberat în atmosferă.

Întrebarea 6. Desenați o diagramă a ciclului azotului în natură.

Întrebarea 7. Gândiți-vă și dați exemple care arată că microorganismele joacă un rol important în ciclul sulfului.

Găsiți adânc în sol și în rocile sedimentare marine, compușii sulfului cu metale - sulfurile - sunt transformați de către microorganisme într-o formă accesibilă - sulfații, care sunt absorbiți de plante. Cu ajutorul bacteriilor, se realizează reacții individuale de oxidare-reducere. Sulfații îngropați adânc se reduc la H2S, care crește și este oxidat de bacteriile aerobe la sulfați. Descompunerea cadavrelor de animale sau plante asigură revenirea sulfului în ciclu.

Întrebarea 8. Dieta fiecărei persoane trebuie să includă preparate din pește. Explicați de ce este important acest lucru.

Împreună cu peștele prins, aproximativ 60 de mii de tone de fosfor elementar sunt returnate pe uscat. 70% din tot fosforul conținut în corpul nostru este concentrat în țesutul osos și dinți. Acesta, împreună cu calciul, formează structura corectă a oaselor și le asigură rezistența mecanică. Raportul ideal dintre cantitatea de fosfor și calciu este considerat a fi 1 la 2 sau 3 la 4. Și dacă sunt, să zicem, egale, atunci osul, pierzând treptat calciu, va deveni dur, dar fragil, ca sticla, este destul de greu la prima vedere, desi in acelasi timp este usor de spart.

Fosforul este principalul purtător de energie; face parte din adenozin trifosfat (abreviat ca ATP), care este absorbit în sânge și furnizează energie tuturor celulelor care au nevoie de ea.

Întrebarea 9. Discutați în clasă cum s-ar schimba ciclul substanțelor din natură dacă toate organismele vii ar dispărea pe planetă.

Toate organismele vii iau parte la ciclul substanțelor, absorbind unele substanțe din mediul extern și eliberând altele în el. Astfel, plantele consumă dioxid de carbon, apă și săruri minerale din mediul extern și eliberează oxigen în acesta. Animalele inhalează oxigenul eliberat de plante, iar mâncându-le, asimilează substanțe organice sintetizate din apă și dioxid de carbon și eliberează dioxid de carbon, apă și substanțe din partea nedigerată a alimentelor. Când bacteriile și ciupercile descompun plantele și animalele moarte, se formează cantități suplimentare de dioxid de carbon, iar substanțele organice sunt transformate în minerale, care intră în sol și sunt din nou absorbite de plante. Astfel, atomii elementelor chimice de bază migrează în mod constant de la un organism la altul, din sol, atmosferă și hidrosferă - în organismele vii, iar din acestea - în mediu, completând astfel materia neînsuflețită a biosferei. Aceste procese se repetă de un număr infinit de ori. Deci, de exemplu, tot oxigenul atmosferic trece prin materia vie în 2 mii de ani, tot dioxidul de carbon - în 200-300 de ani.

Circulația continuă a elementelor chimice în biosferă pe căi mai mult sau mai puțin închise se numește ciclu biogeochimic. Necesitatea unei astfel de circulații se explică prin oferta limitată a acestora pe planetă. Pentru a asigura infinitatea vieții, elementele chimice trebuie să se miște în cerc. Odată cu dispariția organismelor vii, ar avea loc o întrerupere a circulației substanțelor și energiei și, în consecință, moartea biosferei.

În această lucrare, vă invităm să luați în considerare ce este ciclul biologic. Care sunt funcțiile și importanța acestuia pentru planeta noastră. De asemenea, vom acorda atenție problemei sursei de energie pentru implementarea acesteia.

Ce altceva trebuie să știți înainte de a lua în considerare ciclul biologic este că planeta noastră este formată din trei învelișuri:

  • litosferă (învelișul solid, aproximativ vorbind, acesta este pământul pe care mergem);
  • hidrosferă (unde poate fi atribuită toată apa, adică mările, râurile, oceanele și așa mai departe);
  • atmosferă (înveliș gazos, aerul pe care îl respirăm).

Există granițe clare între toate straturile, dar ele sunt capabile să se pătrundă unul în celălalt fără nicio dificultate.

Ciclul substanțelor

Toate aceste straturi alcătuiesc biosfera. Ce este ciclul biologic? Acesta este momentul în care substanțele se mișcă în întreaga biosferă, și anume în sol, aer și organismele vii. Această circulație nesfârșită se numește ciclu biologic. De asemenea, este important să știți că totul începe și se termină în plante.

Dedesubt se află un proces incredibil de complex. Orice substanțe din sol și atmosferă pătrund în plante, apoi în alte organisme vii. Apoi, corpurile care le-au absorbit încep să producă în mod activ alți compuși complecși, după care aceștia din urmă sunt eliberați. Putem spune că acesta este un proces care exprimă interconexiunea a tot ceea ce se află pe planeta noastră. Organismele interacționează între ele, singurul mod în care existăm până astăzi.

Atmosfera nu a fost întotdeauna așa cum o știm noi. Anterior, carcasa noastră de aer era foarte diferită de cea actuală, și anume, era saturată cu dioxid de carbon și amoniac. Cum au apărut atunci oamenii care folosesc oxigen pentru a respira? Ar trebui să mulțumim plantelor verzi care au reușit să aducă starea atmosferei noastre în forma necesară oamenilor. Aerul și plantele sunt absorbite de ierbivore și sunt incluse și în meniul prădătorilor. Când animalele mor, rămășițele lor sunt prelucrate de microorganisme. Așa se obține humusul, care este necesar pentru creșterea plantelor. După cum puteți vedea, cercul s-a închis.

Sursa de energie

Ciclul biologic este imposibil fără energie. Care sau cine este sursa de energie pentru organizarea acestui schimb? Desigur, sursa noastră de energie termică este steaua Soare. Ciclul biologic este pur și simplu imposibil fără sursa noastră de căldură și lumină. Soarele se încălzește:

  • aer;
  • sol;
  • vegetație.

În timpul încălzirii, apa se evaporă și începe să se acumuleze în atmosferă sub formă de nori. Toată apa se va întoarce în cele din urmă la suprafața Pământului sub formă de ploaie sau zăpadă. După întoarcerea sa, saturează solul și este absorbit de rădăcinile diferiților copaci. Dacă apa a reușit să pătrundă foarte adânc, atunci ea completează rezervele panza freaticași o parte se întoarce chiar în râuri, lacuri, mări și oceane.

După cum știți, atunci când respirăm, absorbim oxigen și expirăm dioxid de carbon. Deci, copacii au nevoie și de energie solară pentru a procesa dioxidul de carbon și a returna oxigenul în atmosferă. Acest proces se numește fotosinteză.

Cicluri biologice

Să începem această secțiune cu conceptul de „proces biologic”. Este un fenomen recurent. Putem observa care constau din procese biologice care se repetă constant la anumite intervale.

Procesul biologic poate fi văzut peste tot, este inerent tuturor organismelor care trăiesc pe planeta Pământ. De asemenea, face parte din toate nivelurile organizației. Adică putem observa aceste procese atât în ​​interiorul celulei, cât și în biosferă. Putem distinge mai multe tipuri (cicluri) de procese biologice:

  • intraday;
  • indemnizație zilnică;
  • sezonier;
  • anual;
  • perenă;
  • vechi de secole.

Ciclurile anuale sunt cele mai pronunțate. Îi vedem mereu și peste tot, trebuie doar să ne gândim puțin la această problemă.

Apă

Acum vă invităm să luați în considerare ciclul biologic din natură folosind exemplul apei, cel mai comun compus de pe planeta noastră. Are multe capacități, ceea ce îi permite să participe la multe procese atât în ​​interiorul, cât și în afara corpului. Viața tuturor viețuitoarelor depinde de ciclul H 2 O din natură. Fără apă, nu am exista, iar planeta ar arăta ca un deșert fără viață. Ea este capabilă să participe la toate procesele vitale. Adică, putem trage următoarea concluzie: toate ființele vii de pe planeta Pământ au nevoie pur și simplu de apă curată.

Dar apa este întotdeauna poluată ca urmare a unui proces. Cum să te asiguri atunci cu o cantitate inepuizabilă de curat bând apă? Natura s-a ocupat de asta; ar trebui să mulțumim existenței aceluiași ciclu al apei în natură pentru asta. Ne-am uitat deja la cum se întâmplă toate acestea. Apa se evaporă, se adună în nori și cade sub formă de precipitații (ploaie sau zăpadă). Acest proces este numit în mod obișnuit „ciclul hidrologic”. Se bazează pe patru procese:

  • evaporare;
  • condensare;
  • precipitare;
  • flux de apă

Există două tipuri de ciclu al apei: mare și mic.

Carbon

Acum ne vom uita la modul în care se întâmplă biologic în natură. De asemenea, este important de știut că se află doar pe locul 16 în ceea ce privește procentul de substanțe. Poate apărea sub formă de diamante și grafit. Iar procentul său în cărbune depășește nouăzeci la sută. Carbonul este chiar o parte din atmosferă, dar conținutul său este foarte mic, aproximativ 0,05 la sută.

În biosferă, datorită carbonului, se creează o masă simplă de diferiți compuși organici de care au nevoie toate ființele vii de pe planeta noastră. Luați în considerare procesul de fotosinteză: plantele absorb dioxidul de carbon din atmosferă și îl procesează, rezultând o varietate de compuși organici.

Fosfor

Importanța ciclului biologic este destul de mare. Chiar dacă luăm fosfor, acesta este conținut în cantitati mariîn oase, esenţial pentru plante. Sursa principală este apatita. Poate fi găsit în roca magmatică. Organismele vii îl pot obține din:

  • sol;
  • resurse de apă.

Se găsește și în corpul uman, și anume face parte din:

  • proteine;
  • acid nucleic;
  • țesut osos;
  • lecitine;
  • fitine și așa mai departe.

Fosforul este necesar pentru acumularea de energie în organism. Când un organism moare, se întoarce în sol sau în mare. Acest lucru favorizează formarea de roci bogate în fosfor. Acest lucru este de mare importanță în ciclul biogenic.

Azot

Acum ne vom uita la ciclul azotului. Înainte de asta, observăm că reprezintă aproximativ 80% din volumul total al atmosferei. De acord, această cifră este destul de impresionantă. Pe lângă faptul că este baza pentru compoziția atmosferei, azotul se găsește în organismele vegetale și animale. Îl putem găsi sub formă de proteine.

În ceea ce privește ciclul azotului, putem spune așa: din azotul atmosferic se formează nitrații, care sunt sintetizați de plante. Procesul de creare a nitraților se numește în mod obișnuit fixarea azotului. Când o plantă moare și putrezește, azotul pe care îl conține intră în sol sub formă de amoniac. Acesta din urmă este procesat (oxidat) de organismele care trăiesc în sol, așa cum apare acidul azotic. Este capabil să reacționeze cu carbonați care saturează solul. În plus, trebuie menționat că azotul este eliberat și în formă pură, ca urmare a putrezirii plantelor sau în timpul procesului de ardere.

Sulf

Ca multe alte elemente, este foarte strâns legată de organismele vii. Sulful intră în atmosferă ca urmare a erupțiilor vulcanice. Sulful sulfurat poate fi procesat de microorganisme, care este modul în care se nasc sulfații. Acestea din urmă sunt absorbite de plante, în care este inclus sulful Uleiuri esentiale. În ceea ce privește organismul, putem găsi sulf în:

  • aminoacizi;
  • veverite

Biosfera este învelișul exterior al planetei noastre, în ea au loc cele mai importante procese, una dintre principalele sale geosfere. Circulația substanțelor în biosferă a fost și rămâne obiectul unei atenții deosebite a oamenilor de știință timp de multe secole. Datorită ciclului de substanțe, se formează un schimb chimic global pentru toată viața de pe Pământ, susținând activitatea vitală a fiecărei specii în parte.

Navigare rapidă prin articol

Două gire

Există două cicluri principale:

  1. geologic, se mai numește și mare,
  2. biologic, el este mic.

Geologic este de importanță globală, deoarece circulă substanțe între ele resurse de apă Pământul și pământul de pe planetă. Asigură circulația la nivel mondial a apei, cunoscută de fiecare școlar: precipitații, evaporare, precipitații, adică un anumit tipar.

Factorul care formează sistemul aici este apa în toate stările sale agregate. Ciclul complet al acestei acțiuni face posibilă nașterea organismelor, dezvoltarea, reproducerea și evoluția lor. Algoritmul unui ciclu mare de circulație a substanței, pe lângă saturarea zonelor de teren cu umiditate, prevede formarea altor fenomene naturale: formațiuni de roci sedimentare, minerale, lave magmatice și minerale.

Ciclul biologic este schimbul constant de substanțe între organismele vii și componentele componentelor naturale. Acest lucru se întâmplă în acest fel: organismele vii primesc fluxuri de energie, iar apoi, trecând prin procesul de descompunere a materiei organice, energia intră din nou în elementele mediului.

Ciclul materiei organice este direct responsabil pentru schimbul de substanțe între reprezentanții florei, faunei, microorganismelor, rocilor din sol și așa mai departe. Ciclul biologic este asigurat la diferite niveluri ale ecosistemului, formând un fel de circulatie reacții chimiceși diverse transformări energetice în biosferă. Această schemă a fost formată cu multe mii de ani în urmă și a funcționat în același mod în tot acest timp.

Elemente esentiale

Există multe elemente chimice în natură, cu toate acestea, nu sunt atât de multe dintre ele necesare pentru natura vie. Există patru elemente principale:

  1. oxigen,
  2. hidrogen,
  3. carbon,
  4. azot.

Cantitatea acestor substanțe ocupă mai mult de jumătate din ciclul biologic total al substanțelor din natură. Există și elemente care sunt importante, dar folosite în cantități mult mai mici. Acestea sunt fosfor, sulf, fier și altele.

Ciclurile biogeochimice sunt împărțite în două acțiuni importante precum producerea de energie solară de către Soare și de clorofilă de către plantele verzi. Elementele chimice au puncte inevitabile de contact cu biogeochimicul și, în același timp, completează această procedură.

Carbon

Acest element chimic este o componentă esențială a fiecărei celule vii, organism sau microorganism. Compușii organici de carbon pot fi numiți în siguranță componenta principală a posibilității de apariție și dezvoltare a vieții.

În natură, acest gaz se găsește în straturile atmosferice și, parțial, în hidrosferă. Din ele este furnizat carbonul tuturor plantelor, algelor și unor microorganisme.

Eliberarea de gaz are loc prin respirația și activitatea vitală a organismelor vii. În plus, cantitatea de carbon din biosferă este completată din straturile solului, datorită schimbului de gaze efectuat de sistemele radiculare ale plantelor, reziduurilor în descompunere și altor grupuri de organisme.

Conceptul de biosfere și ciclu biologic nu poate fi imaginat fără metabolismul carbonului. Pământul are o aprovizionare substanțială din acest element chimic și se găsește în unele roci sedimentare, organisme neînsuflețite și fosile.

Aporturile de carbon sunt posibile din rocile calcaroase situate sub pământ; acestea pot fi expuse în timpul exploatării miniere sau eroziunii accidentale a solului.

Turnover-ul carbonului în biosferă are loc prin trecerea repetată sistemele respiratorii organismele vii și acumularea în factori abiotici ai ecosistemului.

Fosfor

Fosforul, ca componentă a biosferei, nu este la fel de valoros în forma sa pură ca în mulți compuși organici. Unele dintre ele sunt vitale: în primul rând, acestea sunt ADN-ul celulelor, RKN și ATP. Schema ciclului fosforului se bazează în special pe compusul ortofosfor, deoarece acest tip de substanță este cel mai bine absorbit.

Rotația fosforului în biosferă, aproximativ vorbind, constă din două părți:

  1. partea acvatică a planetei - de la procesarea de către planctonul primitiv până la depunerea sub formă de schelete de pești marini,
  2. mediul terestru – aici este cel mai concentrat sub formă de elemente de sol.

Fosforul este baza unui mineral atât de faimos precum apatita. Dezvoltarea minelor cu minerale care conțin fosfor este foarte populară, dar această împrejurare nu susține deloc ciclul fosforului în biosferă, ci, dimpotrivă, îi epuizează rezervele.

Azot

Elementul chimic Azotul este prezent pe planetă în cantități mici. Conținutul său aproximativ, în orice elemente vii, este de doar aproximativ două procente. Dar fără el, viața pe planetă nu este posibilă.

Anumite tipuri de bacterii joacă un rol decisiv în ciclul azotului din biosferă. Gradul mare Participarea aici este acordată fixatorilor de azot și microorganismelor amonifiante. Participarea lor la acest algoritm este atât de semnificativă încât, dacă unii reprezentanți ai acestor specii dispar, probabilitatea vieții pe Pământ va fi pusă sub semnul întrebării.

Ideea aici este că acest element în forma sa moleculară, așa cum arată în straturile atmosferice, nu poate fi absorbit de plante. Ca urmare, pentru a asigura rotația azotului în biosferă, este necesară procesarea acestuia în amoniac sau amoniu. Schema de reciclare a azotului este astfel complet dependentă de activitatea bacteriilor.

Ciclul carbonului din biosferă joacă, de asemenea, un rol important în procesul ciclării azotului în ecosistem - ambele cicluri sunt strâns legate între ele.

Procesele moderne de producție a îngrășămintelor și alți factori industriali au un impact uriaș asupra conținutului de azot atmosferic - pentru unele zone, cantitatea acestuia este de multe ori mai mare.

Oxigen

În biosferă, există un ciclu constant de substanțe și transformarea energiei de la un tip la altul. Cel mai important ciclu în acest sens este funcția fotosintezei. Este fotosinteza cea care oferă spațiului aerian oxigen liber, care este capabil să ozonizeze anumite straturi ale atmosferei.

Oxigenul este, de asemenea, eliberat din moleculele de apă în timpul ciclului apei în biosferă. Totuși, acest factor abiotic pentru prezența acestui element este neglijabil în comparație cu cantitatea produsă de plante.

Ciclul oxigenului în biosferă este un proces lung, dar foarte intens. Dacă luăm întregul volum al acestui element chimic din atmosferă, atunci ciclul său complet de la descompunerea materiei organice până la eliberarea ei de către plantă în timpul fotosintezei durează aproximativ două mii de ani! Acest ciclu nu are pauze, are loc în fiecare zi, în fiecare an, de multe milenii.

În prezent, în timpul procesului metabolic, o cantitate semnificativă de oxigen liber este legată din cauza emisiilor industriale, a gazelor de eșapament de transport și a altor poluanți atmosferici.

Apă

Conceptul de biosferă și ciclul biologic al substanțelor este greu de imaginat fără o asemenea importanță component chimic, ca apa. Probabil că nu este nevoie să explic de ce. Modelul de circulație a apei este peste tot: toate organismele vii sunt trei sferturi de apă. Plantele au nevoie de el pentru fotosinteză, care produce oxigen. Respirația produce și apă. Dacă evaluăm pe scurt întreaga istorie a vieții și dezvoltării planetei noastre, atunci ciclul complet al apei din biosferă, de la descompunere la noua formare, a fost finalizat de mii de ori.

Deoarece în biosferă există un ciclu constant de substanțe și transformarea energiei de la una la alta, transformarea apei este indisolubil legată de aproape toate celelalte cicluri și transformări din natură.

Sulf

Sulful, ca element chimic, joacă un rol important în construirea structurii corecte a moleculei proteice. Ciclul sulfului are loc datorită multor tipuri de protozoare, sau mai precis, bacteriilor. Bacteriile aerobe oxidează sulful conținut în materia organică la sulfați, iar apoi alte tipuri de bacterii completează procesul de oxidare la sulf elementar. O diagramă simplificată prin care poate fi descris ciclul sulfului din biosferă arată ca procese continue de oxidare și reducere.

În timpul ciclului de substanțe din biosferă, reziduurile de sulf se acumulează în Oceanul Mondial. Sursele acestui element chimic sunt scurgerile apele fluviale, care transportă sulful prin scurgerile de apă din soluri și versanți montani. Emis din râu și apele subterane sub formă de hidrogen sulfurat, sulful pătrunde parțial în atmosferă și de acolo, fiind inclus în ciclul substanțelor, revine ca parte a apei pluviale.

Sulfați de sulf, unele tipuri de deșeuri combustibile și emisii similare duc inevitabil la creșterea nivelurilor de dioxid de sulf în atmosferă. Consecințele acestui lucru sunt grave: ploi acide, boli respiratorii, distrugerea vegetației și altele. Transformarea sulfului, destinată inițial funcționării normale a ecosistemului, se transformă astăzi într-o armă de distrugere a organismelor vii.

Fier

Fierul pur este foarte rar în natură. Practic, de exemplu, poate fi găsit în rămășițele de meteoriți. Acest metal în sine este moale și flexibil, dar în aer liber reacționează instantaneu cu oxigenul și formează oxizi și oxizi. Prin urmare, principalul tip de substanță care conține fier este minereul de fier.

Se știe că circulația substanțelor în biosferă are loc sub formă de diverși compuși, inclusiv fier, care are și un ciclu activ de circulație în natură. Ferrum intră în straturile de sol sau în Oceanul Mondial din roci sau împreună cu cenușa vulcanică.

În natura vie, fierul joacă un rol vital; fără el, procesul de fotosinteză nu are loc și nu se formează clorofila. În organismele vii, fierul este folosit pentru a forma hemoglobina. După ce și-a încheiat ciclul, intră în sol sub formă de reziduuri organice.

Există și un ciclu marin al fierului în biosferă. Principiul său de bază este similar cu cel de la sol. Unele specii de organisme oxidează fierul; Aici se folosește energia, iar după finalizarea ciclului său de viață, metalul se depune în adâncurile apei sub formă de minereu.

Bacteriile, organisme implicate în ciclurile ecosistemelor naturale

Circulația materiei și energiei în biosferă este un proces continuu care asigură viața pe Pământ prin funcționarea sa neîntreruptă. Elementele de bază ale acestui ciclu sunt familiare chiar și școlarilor: plantele, hrănindu-se cu dioxid de carbon, eliberează oxigen, animalele și oamenii inhalează oxigen, lăsând dioxidul de carbon ca produs rezidual al procesului respirator. Sarcina bacteriilor și ciupercilor este de a procesa rămășițele organismelor vii, transformându-le din materie organică în minerale, care sunt în cele din urmă absorbite de plante.

Ce funcție îndeplinește ciclul biologic al substanțelor? Răspunsul este simplu: deoarece aprovizionarea cu elemente chimice și minerale pe planetă, deși extinsă, este încă limitată. Este necesar un proces ciclic de transformare și rotație a tuturor componentelor importante ale biosferei. Conceptul de biosferă și metabolism biologic definește durata eternă a proceselor de viață pe Pământ.

Trebuie remarcat faptul că microorganismele în această problemă joacă un rol foarte important. De exemplu, ciclul fosforului este imposibil fără bacterii nitrificatoare, iar procesele de oxidare a fierului nu funcționează fără bacterii de fier. Bacteriile nodulare joacă un rol important în rotația naturală a azotului - fără ele, un astfel de ciclu s-ar opri pur și simplu. În ciclul substanțelor din biosferă, ciupercile de mucegai sunt un fel de ordonatoare, descompunând reziduurile organice în componente minerale.

Fiecare clasă de organisme care locuiește pe planetă joacă un rol important în procesarea anumitor elemente chimice și contribuie la conceptul de biosferă și ciclul biologic. Cel mai primitiv exemplu de ierarhie a lumii animale este lanțul trofic, cu toate acestea, organismele vii au mult mai multe funcții, iar rezultatul este mai global.

Fiecare organism, de fapt, este o componentă a unui biosistem. Pentru ca circulația substanțelor în biosferă să funcționeze ciclic și corect, este important să se mențină un echilibru între cantitatea de substanță care intră în biosferă și cantitatea pe care microorganismele o pot procesa. Din păcate, cu fiecare ciclu ulterior al ciclului natural, acest proces este din ce în ce mai perturbat din cauza intervenției umane. Problemele de mediu devin probleme globale ale ecosistemului, iar modalitățile de rezolvare a acestora sunt costisitoare din punct de vedere financiar, chiar mai scumpe dacă sunt evaluate din perspectiva proceselor naturale.