Файл: Биосфера.doc

Сабаққа дайындалуға арналған сұрақтар:

Негізгі білім бойынша:

1. Экологиядағы экожүйенің концепциялық ролі

2. Экожүйенің трофикалық құрылымы

3. Экожүйенің қызметі мен қасиеті

4. Экологияда органикалық заттардың түзілуі мен ыдырау үрдісі.

5. Экожүйенің өнімділігі мен энергетикасы

6. Экожүйе динамикасы

Осы сабақтың тақырыбы бойынша:

1. Биосфера басты жүйе

2. Биосфераның негізгі қасиеті.

3. Биосфера эволюциясы.

6. Ақпараттық-дидактикалық блок.

6.1. Биосфераның анықтамасы мен құрылымы.

Күн жүйесінің ерекше ғаламшары Жердің ғарыштық кемесі. Ауа, су, жер қамтыған жұқа қабатта барлық тірі ағзалар тіршілік етеді.

Биосфера – барлық тірі ағзалар жиынтығынан және олармен үнемі алмасып отыратын құрылымдардан тұратын Жердің өзіндік ерекше қабаты. Биосфера физикалық табиғи жағдайы бойынша үш ортаға бөлінеді: атмосфера, гидросфера, литосфера.

Атмосфера –су буы мен шаңнан, әртүрлі газдардың қоспасынан тұратын ғаламшардың газ қабығы. Осы атмосфера арқылы Жер ғарышпен алмасып отырады. Жер ғарыштық шаңды және метеоритті материалды қабылдап ең жеңіл газдарды: сутегі мен гелийді жоғалтады. Ғаламшар беткейіндегі жылулық режимді анықтайтын және атмосфералық газдардың молекулалықдиссоциациясы мен атомның иондалуын туындататын Күн өзінің қуаттырадиациясымен атмосфералық терең қабатына енеді. Атмосфера, тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфераға бөлінеді. Атмосфераның жоғарғы кең аймағы иондардан тұрады. Бұл аймақ- ионосфера деп аталады. Атмосфераның басымырақ бөлімі біртекті азотты-оттекті құрамнан тұрады. Тропосферада аэрозольдер деп аталатын сұйық және қатты бөлшектер кездеседі. Атмосферада қаншалықты уақыт аралығында болуына байланысты оның тұрақты және ауыспалы компоненттерін ажыратады. Мысал ретінде атьмосферада әртүрлі пішінде және әртүрлі концентрацияда байқалатын суды алуға болады. Атмосфераның негізгі құрал бөліктері болып азот, оттегі, аргон, көмірқышқыл газы саналады. Атмосфераның ең маңызды компоненттерінің бірі озон (О3). Оның түзілуі мен ыдырауы Күн радиациясының ультракүлгін шағылысуымен байланысты. Және де оның түзілуіне ультракүлгін аймақтағы квант-ң әсер етуімен О2 молекуланың ыдырауының нәтижесінде түзілетін О2 (оттегі) еркін атом ы қажет болады. Озон сғылысу нәтижесінде түзіледі:

О+О2 О3

Сонымен қатар озон молекулалық және атомдық О2-ге ыдырай отырып, ультракүлгін радиацияны шағылыстырады. Озонның басым бөлігі 10-25 км,ал максимальды концентрациямен 22-24 км биіктікке дейін таралған. Озон қабаты («озонды экран») Жердегі тіршіліктің сақатуында ең маңызды болып келеді.

Гидросфера – Жердегі бар сулардың жиынтығы: материктік (терең, топырақтың, беткейлік) мұхиттық, атмосфералық. Жердің негізгі су қабықшасы ретінде ғаламшардың беткейлік- материктік және мұхиттық сулары қарастырылады. Су жер атмосферасында бу, бұлт түрінде кездеседі, мұхит пен теңіздерде қалыптастырады, жоғары таулы континенттік аймақтарда қатқан күйде және де полярлы аймақтарда қатты мұз күйінде кездеседі. Атмосфералық жауын-шашын жердің қалың қабатына еніп, жерасты суларын түзеді. Су әртүрлі заттарды ерітуге қабілетті, соған байланысты гидросфераның суларын концентрацияның әртүрлі дәрежесіндегі табиғи ерітінді ретінде қарастыруға болады.

Гидросфера литосфера (жерасты суы), атмосфера (булы ылғал) және биосфераның тірі организмдерімен тығыз байланысты болады.

Табиғи судың басым бөлігін (94%) – Дүниежүзілік мұхит сулары алып жатады. Мұнда алмасу процестері, энергияның және де біздің ғаламшарымыздағы заттардың тасымалдануы жүреді. Әртүрлі физикалық, химиялық, биологиялық процестер өзара біріге отырып, мұхиттың бірлескен табиғатын, яғни Жер биосферасының ежелгі аймағын түзеді. Уақыт өте келе мұхиттың түзілуінде әртүрлі табиғи процестердің әсер етуімен оның табиғаты өзгеріске ұшырады: күн сәулесі, геологиялық және геохимиялық факторлар, биологиялық процестер. Биологиялық процестер тірі организмдердің дамуында, күн энергиясын танып білуде, ағза денесіне бос энрегияның түсуінде, биологиялық өнджірілуде, Дүниежүзілік мұхиттың барлық аймағында жауын-шашын түзілуінде пайда болған және пайда болуда. Неғұрлым таза атмосфералық сулардың құрамында 10-50мг/л шамасында еріген заттар болады. Теңіз (мұхиттың) суы орташа 1 кг-да 35 г заттары бар ерітінді саналады. Теңіз суының құрамында Менделеев кестесіндегі барлық химиялық элементтер кездеседі деуге болады. Бірақ еріген заттардың басым бөлігі бірнеше химиялық элементтер түрінде байқалады: натрий, магний, кальций, хлор, көмірсу түрінде;

Олар теңіз суында әртүрлі иондар түрінде кездеседі. Мыс катиондарды бөліп қарауға болады. Na¹⁺ Mg²⁺ Ca²⁺ Ce^1- SO₄^2- HCO₃^1- CO₃^2-

Басқа химиялық элементтер теңіз суында төмен концентрацияда кездеседі. Кейбір элементтер өздерінің салыстырмалы түрде концентрациялық төмен болғанына қарамастан теңізде тірі организмдердің тіршілігінде маңызды роль атқарады. Бұл элементтерге азот, фосфор, кремнийді жатқызуға болады, ал олардың теңіз суындағы концентрациялары теңіз өсімдіктері мен жануарларының өсіп-көбеюімен реттеледі.

Литосфера – Жердің жоғарғы «қатты» қабықшасы. Оның құрамына жер қыртысы мен Жердің жоғарғы мантиясы кіреді. Литосфераның қуаты – 50-100 км, соған қарай континенттегі жердің қыртыс қабаты 75 км-ге дейін және мұхит астында 10 км болады. Жер қыртысының химиялық құрамы бірнеше элементтен тұрады. Оның негізгі массасын 8 элемент құрайды. (оттегі, кремний, алюминий, темір, кальций, магний, натрий, калий). Оның ішінде ең кең таралғаны оттегі, себебі ол жер қыртысы массасының шамамен жартысына (≈47,3%) жуығын және көлемінің 92% алады.

Ол негізгі түр түзуші минералдарда басқа да элементтермен химиялық түрде байланысады. Жер қыртысы әртүрлі таулардан тұрады. Жауын-шашындық түріне 9,2-н, метаморфиздік түріне 20-н және магматикалық түріне 70,8-тен келеді. Континент беткейінің 80-н жауын-шашындық түрі алып жатыр. Жер қыртысы біріншілік мантия материалының басқыған өнімі ретінде пайда болды, кейін ол биосферада ауа, су, организмдердің әсер етуімен қайта өңделген. Жер қыртысының континенталдық бөлімі көптеген ғасырлар бойы тарихи дамуда қалыптасқан табиғи қазба байлықтарға бай. Мысалы: көмір, мұнай, газ, кремний, карбонат т.б. Сондықтан континанталды жер қыртысы биосферамен тікелей және жанама әсер де болады.

Биосфера шегі тіршілік өрісімен айқындалады. (В.И.Вернадский, 1926) В.И.Вернадсикй суммарлы массасы, химиялық құрамы, энергияны қарастыра отырып, ғаламшардағы барлық организмдер жиынтығын «тірі зат» деп атады.

Вернадский бойынша жанама (косное) зат дегеніміз – тірі организмдердің қатысуынсыз түзілетін биосферада заттар жиынтығы.

Биогенді зат тірі организмдер жиынтығымен қалыптасады. Бұл қуатты потенциалдық энергияның тас көмір, ізбес, мұнай көзі болып табылады. Ең ерекше категория биожанама (биокосное) табылады. В.И.Вернадскийдің жазуы бойынша бұл зат динамикалық тепе-теңдік жүйесі және т.б. көрсететін жанама процестермен тірі организмдер мен биосферада біруақытта түзіледі. Биожанама зат үшін организмдер маңызды роль атқарады. Сонымен ғаламшардың биожанама заты қасиеті Жердегі тірі ағзаларға тәуелді болып келетін топырақ, барлық табиғи сулар саналады. Тіршілік Күннен энергия алушы және өзінің дамуы барысына Менделеев кестесіндегі шамамен барлық химиялық элементтерді қатыстыратын Жер бетіндегі су жоғарғы деңгейлі процесс.

Биосфераны 3 сфераастына бөлуге болады:

• аэробиосфера – тіршілік субстраты ауа ылғалдығы саналатын аэробионттар мекені;

• гидробиосфера – гидробионттар мекендейтін су әлемі (жерасты суынсыз жердің сулы қабықшасы)

• геобиосфера – геобионттар мекендейтін жер қыртысының жоғарғы бөлігі (литосфера)

Гидробиосфера континентальды, әсіресе, тұщы су әлеміне – аквабиосфераға (аквабионттармен) және мұхит пен теңіз аймағы – маринобиосфераға (маринобионттармен) бөлінеді.

Геобиосфера жер бетіндегі тіршілік аймағы – террабиосфераға (террабионттармен) және жердің терең қабатындағы тіршілік аумағы – литобиосфераға (литобионттармен) бөлінеді.

Террабиосфераның өзі фитосфераға (жер беткейінен ағаштардың жоғарғы ұшына дейін) және педосфераға (топырақ, оның астындағы топырақастына) бөлінеді:

1. Гипотеррабиосфера – аэробтар өмір сүретін қабат;

2. Теллуробиосфера – анаэробтар өмір сүретін қабат.

Осындай қабаттар гидробиосфераларда кездеседі, бірақ олар ең басты жарықтың қарқындылығымен байланысты болады. Оларға 3 қабат кіреді:

1. Фитосфера – салыстырмалы

2. дисфотосфера - әрқашан елестеп көрінетін (1 күн сәулесін инсомцияға дейін)

3. афотосфера – абсолютті қараңғы қабат, мұнда мүлдем фотосинтез жүрмейді.

Аэробиосферадағы тіршілік дамуының бастаушы факторы болып су тамшысы, қалыпты температура, сонымен қатар аэрозольдер саналады. Ағаштардың жоғарғы ұшынан жиі көшкін бұлттар таралып орналасқан аймақты тропобиосфера алып жатады. Кеңістік – атмосфералық тропосфераға қарағанда жұқалау қабат. Тропобиосферадан жоғары альтобиосфера қабаты орналасқан. Ал одан жоғары әдетте тірі организмдер өте сирек көбейетін, яғни тіршілік кездейсоқ туындап отыратын қабат – парабиосфера орналасқан.

Жоғары сатылы өсімдіктердің, жалпы продуценттердің тіршілігіне қолайсыз, бірақ тіршіліктің туындауы үшін тіпті төмен температуралық ауаның өзінде тікелей күн инсоледиясынан жылдамдық жетикілікті болатын, және төменгі тік сызықты бағытынан органикалық заттар жел арқылы әкелінетін таудың биік шыңдарында террабиосфералық ең жоғарғы бөлімі – эолды. Зона.

Бұл кейбір микроорганизмдер – эолобионттар мен буынаяқтылар патшалығы. Литосфераның тереңдеу қабатында тіршілік таралуы 2 теориялық деңгейі бар – изотерма 100^оС, бұдан төмен градуста қалыпты атмосфералық қысымда су қайнайды, ал белоктар ұйыйды және изотерма 460^оС, мұнда кез-келген қысымда су буға айналып, сұйық күйінде ұсталынбайды. Жер тереңдігінен тіршілік 3-4, максимум 6-7 километрге дейін жетпейді, тек кейде активсіз формада тереңдеу қабатта енген гипобиосфера орналасуы мүмкін. («биосфераасты» - атмосферадағы парабиосфераның аналогі)

Метабиосфера, Жер беткейінен бастап, метосфераның терең қабатына дейін жайылады. Гипобиосфераның жоғары шекарасы мен парабиосфераның төменгі шекарасының арасында биосфера – зубносфера жатыр. Оның қалыққа тіршілік қабатын «биофильм» немесе В.И.Вернадский бойынша «өмір қабығы» деп атайды. Парабиосферадан жоғары апобиосфера немесе «биосфера үсті» қабаты орналасқан, мұнда салыстырмалы түрде биогенді заттар көп болып келеді. Метабиосфеарадан төмен абиосфера («небиосфера») орналасқан. Жер табиғатына тіршіліктер өткен әсерін мегабиосфера дейді, ал артебиосферамен бірге панбиосфера дейді.

«Тіршілік кеңістігі» атмосферадағы қалыпты температура сақталатын және хлорофенді өсімдіктер (Гималайда 6,2 км) өмір сүре алатын, теңіз деңгейнен жоғары шамамен 6 км. Биіктікке дейінгі аймақпен шектелген. Эолды зонадан жоғары өсімдік тозаңдарымен, өсімдік спораларымен, микроорганизмдермен т.б. желмен тасымалданатын органикалық бөлшектермен қоектенетін қоңыздар, кейбір кенелер тіршілік етеді. Ал одан жоғары қабатта тірі организмдер, тек кездейсоқ, яғни спора түрінде тіршілігін сақтаулары мүмкін. Тіршілік метосфера тереңдігінен шамамен 3-4 км-ге дейін таралған. Сол себепті, Жердің мұхиттық аймағындағы биосфераның вертикальды қуаты 17 км-ден асады, жерде тіршілік бетіндегі қуаты -12 км. Парабиосфера ассиметриялы, оның жоғарғы шекарасын озонды экран анықтайды. Мегабиосфераның қалыңдығы айқынырақ ауытқып отырады, бірақ мұхиттың ең терең қабатына дейін түспейді, яғни11 км (бұл жерде температура 200оС –дейін көтеріледі), және озонды экран тығыздығынан жоғары көтерілмейді (22-24 км), соған байланысты оның максимальды қалыңдығы 33-35 км. Теориялық тұрғыдан биосфера ауқымы өте кең, тіпті мұхит түбінен 3 км тереңдікке дейін 250оС температурада «қара темекі шегетіндер» деп аталған организмдер табылған. Атмосфералық қысым шамамен 300 болғанда су қайнамайды. Қайнатылған сұйық су метосфераның 10,5 км. Тереңдігіне дейінгі аймақта табылған. Ал 25 км-н төмен тереңдікте критикалық температура 460оС болуы қажет, мұнда кез-келген атмосфералық қысымды су буға айналып кетеді, яғни тіршіліктің болуы мүмкін емес.

2. Биосфераның тірі заты

Көп уақыттар бойы тірі зат жансыз заттардан зат алмасу, қозғалғыштық, қозғыштық, өсу, көбею, үйренісу сияқты қасиеттерімен ерекшеленіп келді. Бірақ мұндай ерекшеліктер жансыз дүние арасында да кездесетіндіктен, бұл қасиеттер жанды ағзалар арнайы болып есептелмейді.

Тірі ағзалардың ерекшеліктерін 1982 жылы Б.М.Медников теориялық биологияның аксиомасы ретінде қарастырған:

1. Барлық тірі ағзалар фенотип және ұрпақтан ұрпаққа беріліп отыратын генотип бірлігін құрады (А.Вейсман аксиомасы)

2. Генетикалық программа матрицалық жолмен түзіледі. Болашақ ұрпақтың генінің құрылуына қажетті матрица ретінде өткен ұрпақтың гені қолданылады. (Н.К.Кольцев аксиомасы).

3. Генетикалық программалар ұрпақтан-ұрпаққа берілу кездерінде әртүрлі себептердің әсерінен кері бағытқа, кездейсоқ өзгеріске ұшырауы мүмкін, тек өте сирек жағдайда ғана бұл өзгерістер ұтымды болуы мүмкін (Ч.Дарвиннің 1-ші аксиомасы)

4. Фенотипке айналу жағдайындағы генетикалық программалардың кездейсоқ өзгерістері көпдәрежелі күшейеді (Н.В.Тимофеев-Ресовский аксиомасы)

5. Көпдәрежелі күшейген генетикалық программалардың өзгерістері сыртқы орта шарттарына сәйкес іріктеуге ұшырайды. (Ч.Дарвин 2-ші аксиомасы)

Осы берілген аксиомалардың тірі табиғаттың барлықнегізгі қасиеттерін, бірінші кезекте Жер бетінде тіршіліктің құрылуына қажетті 2 қалаушы қасиетті, яғни дискреттілік пен біртұтастықты бөліп қарастыруға болады. Тірі жүйе арасында екі бірдей дара, түп, популяция жоқ. Көпвариантты редупликация матрицалық принципке негізделген. Бұл тіршілік үшін өте маңызды спецификалық қасиет саналады. Оның негізіне басты меңгерілетін жүйелерді өзіндік туындату қабілеті жатыр(ДНК, хромосома, ген).

Редупликация макромолекула синтезінің матрицалық принципімен (Н.К.Кольцов аксиомасы) анықталады.

ДНК молекулаларының матрицалық принцип бойынша өзін-өзі туындату қабілеттілігі меңгерілетін жүйедегі тұқымқуалаушылықты тасымалдаушы роль атқарады. (А.Вейсман аксиомасы)

Тірі зат массасы бойынша жер шарының кез-келген жоғарғы қабаттарының салыстырғанда өте аз бөлікті қамтиды. Қазіргі зам анғы есептеулер бойынша, тірі заттың жалпы массасы 2420 млрд-ты құрайды.

Тірі зат қоршаған ортаға белсенді әсер етуде маңызды орын алады және тірі материяның өліден ерекшеленетіні сияқты, ол жер шарының басқа қабықшаларынан айрықшаланады.

В.И.Вернадский айтып кеткендей, тірі зат ол – Бүкіләлемдік материялардың ең белсенді түрі. Ол өзінің туындауы барысында Жердің жоғарғы қабықшаларын түзе отырып, биосферада ауқымды геохимиялық іс жүргізеді. Тірі зат Жер қыртысы массасының 1/11000000 бөлігін алады. А.П.Виноградов (1975), В.Лархер (1978) т.б. дәлелдеулері бойынша тірі заттың басты құрал бөлігін табиғатта (атмосфера, гидросфера, ғарыш) өте кең тараған сутегі, көміртегі, оттегі, азот, фосфор және күкірт сияқты элементтер құрайды. Биосфераның тірі заты ғарышта өте кең тараған және өте қарапайым атомдардан тұрады.

Тірі зат орташа элементарлы құрамы бойынша жер қыртысы құрамынан көміртегі элементінің көп болуымен ерекшелденеді. Тірі ағзалар басқа элементтер құралы бойынша өзінің ортасындағы құралды қайталамайды. Олар ұлпаларының құрылуына қажетті элементтерді таңдаулы түрде шығылыстырады. Тірі ағзалардың өмір сүру процесінде тұрақты химиялық байланысты түзуге қабілетті атомдар қолданылады. Сутегі, көміртегі, оттегі, азот, фосфор, күкірт жер шарындағы заттардың негізгі химиялық элементтері болып табылады, оларды «биофильмді» деп атайды. Олардың атомдары тірі ағзаларда су және минералды тұздармен біріккен күрделі молекулаларды түзеді. Бұл молекулярлы түзілістер көміртегі, мепид, блок, нуклейн қышқылдарымен көрінеді. Биосферадағы тірі ағзаларды қоршаған әлем басқа бір ұйымдасу деңгейлерімен, басқа биологиялық құрылымдармен сәйкес келеді. Соған байланысты тірі ағзалар қалыптасуының әртүрлі деңгейлерін бөліп қарастыруға болады.

1. Молекулярлы – ең төменгі деңгей, мұнда биологиялық жүйе барлық биологиялық белсенді ірі молекулалар- белок, мепид, нуклейн қышқылы, көміртегілерді құратын құрылымдар ретінде көрінеді. Осы деңгейден бастап тек тірі ағзаларға ғана тән қасиеттер көрінеді: сәулелік және химиялық энергиялардың арнаулары кезінде жүретін зат алмасу, ДНК және РНК-ң көмегімен тұқымқуалаушылықтың берілуі.

2. Клеткалық деңгейде биологиялық белсенді молекулалар бірыңғай жүйеге біріктіріледі. Клетканың ұйымдасу тұрғысынан организмдер бірклеткалы және көпклеткалыларға бөлінеді.

3. Ұлпалық – деңгейде біртекті клеткалар ұлпа түзеді.

4. Мүшелік – деңгейде ұлпалық бірнеше түрлері функциональды түрде бірі-бірімен өзара байланысып, белгілі бір мүшені түзеді.

5. Мүшеөзгертетін деңгейде мүшелердің өзара байланысы индивидуальды ағзаның бірлік жүйесіне кірістіріледі.

6. Популяциялы – тірлік – шығу тегі бірлігімен өмір сүру деңгейімен, байланысты тіртекті ағзалар жиынтығы бар түрі. Дұл деңгейде элементарлы эволюциялық өзгерістер болады.

7. Биоценоз және биогеоценоз (экожүйе) – құрамы бойынша әртүрлі ағзаларды тіріктіретін тірі материал ұйымдасуының жоғарылау деңгейі. Биогеоценозда олар біртекті абиотикалық факторлармен жердің белгілі бір беткейңнде өзара бір-бірімен байланысады.

8. Биосфералық – деңгейде биіктеу рангтың табиғи жүйесі құрылады. Бұл деңгейде ағзалардың тіршілігімен байланысты барлық заттар мен энергияның глобальды айналулары жүреді.

Қоректтену түрлеріне қарай тірі ағзалар автотрофты және гетеротрофтыларға бөлінеді.

Қоректенуі бойынша тірі заттардың классификациясы

Автотрофтылар дегеніміз тіршілігі үшін қоршаған ортадан көмірқышқыл газын сіңіріп, оттегін сыртқа ортаға шығарып отыратын ағзаларды айтады. Олар энергияны Күн сәулесі арқылы алады. Автотрофтылар фотоавтотрофтыларға және хеноавтотрофтыларға бөлінеді.

Фотоавтотрофтылар энергия көзі ретінде күн сәулесін пайдаланса, хеноавтотрофтылар органикалық емес заттардың тотығуы нәтижесінде пайда болатын энергияны пайдаланады. Автотрофтыларға жасыл балдырлар, жер бетінде өсетін барлық жасыл өсімдіктер, фотосинтезге қабілетті кейбір бактериялар және органикалық емес заттарды тотықтыруға қабілетті кейбір бактериялар (хеноавтотрофтылар) Автотрофтылар биосферадағы органикалық заттардың біріншілік продуценттері саналады.

Гетеротрофтылар дегеніміз – басқа ағзалар арқылы түзілген дайын органикалық заттарды пайдаланатын ағзалар болып табылады. Тірі заттар тек тірі ағзаларда ғана тұрақты болып келді және мүмкін болатын кеңістікті қамтып тұруға тырысады. Мұндайды В.И.Вернадский «Өмір қысымымен» Жер бетіндегі тірі ағзалардың ішінде көбею жылдамдығы біршама күшті болатын гигантты саңырауқұлағы. Бұл саңырауқұлақтың әрбір данасы 7,5 млрд. Дейін спора түзе алады.

Соған байланысты тірі ағзалардың өзін-өзі туындату, көпвариантты редупликация сияқты жалпы және спецификалық қасиеттері анықталады. Бұл қабілеттілік тірі ағзалардың басқа ерекшеліктерімен бірге тірі ағзалардың ұйымдасу деңгейінің негізін анықтайды.

Тіршіліктің барлық ұйымдасу деңгейлері бір-бірімен өте тығыз байланыста болады. Әрбір деңгейде барлық тірі ағзалар ұйымдасу формаларының эволюциялық ерекшеліктерін анықтайтын заңдылықтары болады. Тіршіліктің спецификалық қасиеттері ағзалардың тек өзін-өзі туындату ғана емес, эволюция дамуында қажетті өзгергіштікті қамтамасыз етеді.

2. Биосфера эволюциясы

Ғалымдардың тұжырымы бойынша біз Галактикамыздың жасы 10-12 млрд жыл, ал күндікі – 5 млрд, Жердікі – 4,5 млрд жыл саналады. Жердегі заттардың аккрециясы біріншілік атмосфераның жеңіл молекулаларының әсіресе, гелий мен сутегінің уақытша қыздырылуына әкеледі. Жылудың қатты шағылысуының нәтижесінде температураның төмендеуі қатты қыртыстың түзілуіне әкеледі. Бұл процеске белсенді вулканизм кедергі келтірді, бұл кезде көп мөлшердегі газдардан екіншілік атомсфера түзіледі. Оның құрамында Н₂-ден басқа СН₄, NН₃, және Н₂О болады.

Н₂СО₃ сияқты көмірқышқылы аз болды, ал оны жер қыртысындағы Fе² қосылыстары қалпына келтірді. Шамамен 1 млрд жылда атмосфера қалпына келді және мұнда абиогенді процесстердің түзілуіне және көптеген қосылыстардың жиналуына мүмкіндік туды. Ғарыштық кеңістікке Н₂-ң жоғалуы, құрамында көп мөлшерде N₂ –сі СО₂-і және су буы бар үшіншілік атмосфераның түзілуі жүрді. Жер атмосферасында оттегі Күннің ультрафиолетті сәулесінің әсер етуімен су мен су буының жауылуы жолымен жинақтайды. Осыдан 3,5 млрд. Жыл бұрын күн сәулесінің көмегімен фотосинтезді жүргізуге қабілетті хлорофильді ағзалар пайда болды. Бұл ағзалар күн энергиясын биохимиялық энергияға айналдыруға қабілетті болып келді. Фотосинтез нәтижесінде атмосфера құралы оттегімен толығып, төртіншілік атмосфераның түзілуіне жағдай туды.

Қайта қалпына келетін екіншілік атмосфрераға үлкен энергия ағымдары әсер етті: қысқатолқынды ультракүлгін сәуле, Күннің иондаушы сәулесі, электрлік разрядтар, вулканнан туған жылудың жергілікті қайнар көздер. Осы талаптар орындалса ғана белсенді химиялық синтез жүреді, бұл синтез барысында аралық өнімдер, яғни этилен, этан, формальдегид, мочевина сияқты заттардан алдымен мономерлер, кейін полимерлер түзіледі. Тұну, бөлшектену, жабысу, сору сонымен қатар минералдар (лай, ыстық лава) беткейінде синтетикалық процестер жүріп отырды. Осы синтезге қатысатын өнімдер арасында 14 аминоқышқылы, пурин, пирамидин, қант, АМФ,АДФ,АТФ, май қышқылы, порфирин сияқты биологиялық маңызды қосылыстар табылған.

Протепоидтар мен нуклейн қышқылдары арасында байланыстар ерте басталғаны анықталды. Эйгеннің болжауы бойынша нуклейн қышқылы молекуласының тез, әрі дұрыс көбеюіне, бір жағынан өзіне сәйкес келетін протенойд әсер етті, ал екінші жағынан нуклеин қышқылының өзі-өзіне сәйкес келетін белокты иодтай бастады.

Биотикалық эволюция

Абиотикалық эволюцияның соңына қарай протобионттар деп аталатын ағзалар пайда болды. Протобионттар – қоршаған ортадан оқшауланған ерекше ұйымдасқан ағзалар. Олар белоктың репликация және трансляциялық синтезіне қабілетті молекулалар жүйесінен құралады (генетикалық гипотеза). Органикалық құрылыс блоктар «біріншілік спорадан» бастапқы да өзінің құрылуына қажет болмаған ферменттерді қабылдайды. Шамамен 4 млрд. Жыл бұрын протобионттардың әртүрлі типтері анықталған. Протобионттар үшін селективті ерекшелік болып плазмалық мембрананың болуы жатады, себебі плазмалық мембрана протобионттардың дифтузия жорлымен жойылып кетуінен қорғайды. Мембраналар екі әлсіз байланысатын полимерлердің жақындасуы немесе балшық бетінде полимерлердің адсоббуциясы кезіндегі суда түзілетін коацерваттардың құрылған жерінен енуі мүмкін. Олардың селективті артықшылығы бөлек-бөлек геномдардың бір геномға бірігуіне, бөліну механизмінің пайда болуына әкеледі. Мұндай ферменттер жиынтығымен қамтамасыз етілген түзілістерді протобионт («эобионт» сөзінің синонимі) деп атайды. Протобионттардың қалдығы - шар тәрізді түзіліс. Оңтүстік Америкадағы Онфервахтарда (жасы шамамен 3,4 млрд.жыл) кездессе, жасыл балдырлар сияқты прокариоттардың көмегімен түзілген ізбесті қалдықтар Родезияда табылған (жасы шамамен 2,7-3,1 млрд жыл) энергия алудың бірден-бір әдісі біріншілік гетеротрофия болып саналады. Жоғары сатылы протобионттарға ашу процестері тән. Үшіншілік атмосферадағы СО2 мөлшерінің жоғарылауы СО2 ассимиляциясы нәтижесінде көміртегіге деген қажеттілікті азайтты. Біріншілік сорпада болмайтын аминоқышқылдар синтезінің биотикалық жолдары өндіріледі. Энергия алу әдістері ретінде анаэробты тыныс алу процестері ашу процестеріне қарағанда сәл алға қадам басты. Оттегінің қайнар көздері болып сульфаттар, нитриттар, нитраттар саналады. Тыныс алу тізбегі бойынша электрондардың берілу механизмдері құрылды. Ол үшін қажетті порфириндер (цитохромдар) синтетикалық жолмен синтезделінеді. Тағы бір энергия алудың су бір маңызды жолы жарықты қолдану болды. (фотоэргия). Бұл жолдағы алғашқы адым қарапайым фотохимиялық реакция саналады. Ал екінші, неғұрлым эффективті адымы ол – циклдік фотофосформендендіру, үшінші адымы болып СО₂-ң қайта қалпына келуіне және органикалық заттарды түзуге әкелетін циклдік емес фотофосфорендендіру саналады. Фотосинтезде қатысатын организмдер автотрофты деп аталынады. Фотосинтезге қажетті хлорофилл абиотикалық жолмен түзілуі, кейін мембрананың мепидтік құрамына қосылуы керек. Фотосинтез органикалық заттар мен бос оттегінің белсенді түзілуіне жағдай жасады. Органикалық заттардың синтезделу негізіне автотрофтылар мен оларға тәуелді гетеротрофты организмдер арасындағы айналып жатады. Оттегі аэробты хеносинтездің дамуында және тыныс алуда өте маңызды болып табылады. Сөйтіп ашу процесі тыныс алумен ауысқан екіншілік гетеротрофия қалыптасты. 2,8-1,8 млрд. Жылдар уақытында атмосферадағы оттегі 1-тен төмен болды.

Прокариоттардың эволюциясы. Протобионттар деңгейінде ең ерекше дамыған прокариоттар (бактерия мен көк-жасыл балдырлар) мен эукариоттар (жасыл өсімдіктер, қалған басқа балдырлар) эволюциясына негіздер анықталды. Бұл көптеген жалпы ұқсастықтарды көрсетеді: генетикалық ақпаратты, генетикалық кодты, зат алмасу негіздерін тасымалдаушылардың бірлігі. Прокариот деңгей осыдан 3 млрд. жыл бұрын көтерілді. Бұл жердің негізгі ерекшеліктеріне жатады:

• генетикалық код пен көбею механизмдердің туындауы;

• гендердің репликация және транскрипция процестерінің бөлінуі.

• Сақиналық геномның түзілуі;

• АТФ синтезі үшін ферменттік жүйенің құрылуы.

• Заттардың белсенді тасымалы және аминоқышқыл, нуклеотид, көмірсу, липид т.б. заттардың синтезінің өзіндік механизмдерінің өндірілуі.

Прокариоттарға грам оң, грам теріс бактериялар, көк-жасыл балдырлар жатады.

Эукариоттар эволюциясы. Эукариоттар жоғары сатылы протобионттардан ерекшеленеді. Ежелгі қалдықтары 1,4-2 млрд. жыл бұрын анықталған. Цитоплазмадан оқшауланған клеткалық ядродағы хромосомамен клеткаға диплондия мен рекомбинация арқылы жыныстық көбеюге өту – эволюциялық мүмкіншіліктерді кеңейтіп, дифференцияға маңызды болып келді.

Бір клеткалы эукариоттар (протистер) арасында авто және гетеротрофты топтар бар. Олардың эволюциясында басты рольді флагелеттар атқарды. Жершарында шығу тегі ортақ болып келетін бірнеше ірі заттар тобын ажыратуға болады. Олардың құрылымдық көрсеткіштерінде ұқсастықтар болады. Оларға көпвариантты редупликация, зат алмасу, өсу мен дамуға онтогенез) қабілеттілік.

Эукариоттардың патшалық үсті миллион жылдан астам бұрын жануар, өсімдік, саңырауқұлақ патшалығына бөлініп кетті. Жер бетіндегі тіршілік атауының ең ежелгі тобын архебактериялар деп атау қабылданған.

Прокариоттар мен эукариоттар архебактериялық жаңа патшалығының туындауына байланысты патшалық үсті деңгейінде бөлінді.

А.Патшалықүсті (Прокариоттар немесе ядроға дейінгі организмдердің)

І. Патшалық (Бактериялардың)

ІІ. Патшалық (Архебюактериялардың)

Б. Патшалықүсті (Эукариоттар немесе ядролы ағзалар)

І. Патшалық (Жануарлардың)

1. Патшалықасты (Қарапайымдылардың)

2. Патшалықасты (Көпклеткаллылардың)

ІІ. Патшалық (Саңырауқұлақтардың)

1. Төменгі сатылы саңырауқұлақтардың

2. Жоғары сатылы саңырауқұлақтардың

ІІІ. Өсімдіктер патшалығы

1. Өсімдіктер патшалықасты

2. нағыз балдырлардың патшалықасты

3. жоғары сатылы өсімдіктердің патшалықасты

Соған байланысты Жер бетіндегі тіршілік эволюциясының алғашқы этапы ең біріншіден, біріншілік гетеротрофтылардың (алғашқы протобионттарды қоректік зат ретінде пайдаланған) хеносинтезге (анэробты хеноавтотрофтылар) өтуімен, кейін өсімдіктерден автотрофты қоректенудің туындауынан (фотосинтез), сонымен соңғысы, жануарлардағы екіншілік гетеротрофты қоректенумен байланысты болады.

Фотосинтездің пайда болуы Жер бетіндегі тіршілік эволюциясының ең маңызды этапы болды. Осы фотосинтездің нәтижесінде Жер бетінде күн сәулесі энергиясының мол жинақталуы жүреді, ал ол барлық заттардың биологиялық айналымының жүруін одан әрі күшейтті. Тірі табиғат патшалығының негізгі пайда болу жолдарының маңыздысына синбиогенездің гипотезасын жатқызуға болады.

Өсімдіктер эволюциясы. Қазіргі таңда өсімдіктердің шамамен 500мыңнан астам түрі, оның ішінде жоғары сатылы түрлері шамамен 00 мың. Шамамен 2 млрд. жыл тастап бірклеткалы және жіпшені формалардың (жасыл және алтын тәрізді балдырлар) колониялары кездесіп келеді. Ассимиляциялы пигменттердің, қосымша заттардың және хлоропласттардың жұқа құрылымдарының құрамдарымен сәйкес келуі жоғары сатылы жасыл өсімдіктердің шығу тегі жасыл балдырлар болғандығын дәлелдейді. Колоние тәрізді формалардың балдырларға ауысуы осыдан 550-450 млн. Жыл бұрын, яғни өсімдіктерді шөлейттік жерлерге өсіру кезінде болды. Мысалы, тіректік элементтер ретінде лигнин, кеуіп ктеуден сақтау ретінде – кутин, суға арналған транспорттық жүйелер және тұрақты споралар қажет болды. Алғашқы жер беті өсімдіктері псилофиттер саналады, олар 420-350 млн. Жыл бұрын тіршілік етеді. Папоротниктер мен тұқымдық өсімдіктер арасын байланыстырушы звено болып тұқымдық попоротниктер саналады. Нәзік гематофит спорофитті аналық өсімдікке араласады. Микроспоралар дамығаннан кейін тозаңдану пайда болады. Қазіргі таңда өсімдік әлемі үнемі бір-бірімен алмасып, әртүрлі өзгерістерге ие болып отырады. Өсімдік патшалығы эволюциялық негізгі белгілері:

1. Гаплоидтыдан диплоидтыға өту. Көптеген балдырларда клеткалар (зиготадан басқа) гаплоидты. Сонымен қатар жоғары ұйымдастырылған балдырлар арасында диплоидты даралар кездеседі. Шіркейлерге салыстырмалы түрде диплоидты даму әлсіз болғанда ғана гаплоидты ұрпақ тән. Попоротниктерге диплоидты ұрпақ тән, бірақ оларда гаплоидты ұрпақ (ганетофит) өзіндік жеке түзіліс ретінде көрінген.

2. Тапшылы-сұйық судың қатысуымен жыныстық көбею процесінің босатылуы, еркектік гаметалардың қозғалғыштығының айырылуы, галетофиттің редукциясы мен спорофит дамуының күшеюі, сыртқы ұрықтандырудан ішкі ұрықтандыруға өту, қос қрықтандырудың пайда болуы.

3. Жер беті талаптарына өтумен дененің дифференциясы: түбір, жапырақ, сабаққа бөліну, сілтеуші жүйе желісінің дамуы, жабын, механикалық және басқа ұлпалық туындауы.

4. Тозаңданудың мамандануы (жәндіктердің көмегімен) және жануарлар арқылы ұрық пен тұқымның таралуы. Қолайсыз жағдайлардан ұрықтың қорғануының күшеюі: қорекпен қамтамасыз етілу, жабындының түзілуі т.б.

Саңырауқұлақтар эволюциясы

Саңырауқұлақтар (фунга-р) – гетеротрофтылар, хлоропласт-ы болмайды, сапрофитті, паразитті немесе синбиозды тіршілік етеді, гетеротрофты эуксериоттардан шыққан. Саңырауқұлақтар көпклеткалы өсімдіктер мен жануарлар арасында үшінші ірі топтарға жатады.

Көпклеткалы жануарлардың эволюциясы Жануар патшалығы әркелкі , Түр саны бойынша өсімдіктер патшалығындағыдан асып түседі. Қазіргі таңда жануарлардың 1,5 миллионнан астам түрлері белгілі. Жануарлар – екіншілік гетеротрофтылар және облигатты аэробтар. Олардың қоректенуі үшін міндетті түрде автотрофты ағзалар қажет және олар үнемі оттегімен (Пастер бойынша 0,2% О₂) жеткілікті дәрежеде қамтамасыз етеіліп отыруы қажет. Жануар қалдықтарын теңіз тереңдеулері немесе шөгінділері – протерозоялардан табуға болады, олардың жасы шамамен 800 млн. Жылда н асад. Алғашқы көпклеткалы жануарлар бірден бірнеше түрлерімен айқындалған: ішекқуыстылар, буынаяқтылар, буынтықтәрізділер т.б. Әртүрлі теорияларға сүйене отырып, көпклеткалы жануарлардың шығу тегін анебалар, талшықтылар және кебісшелілер деп жоблауға болады.

А. Гастрея теориясы: талшықтылар колониясы – бластея (жартылай шар) – екіқабатты гастрея

Б . Билатгастрея теориясы: талшықтылардың бірқабатты колониясы – екіқабатты жорғалайтын плакула – екіжақты симметриялы билатгастрея.

В. Адельді теория: инфузориядан целлюряризация жолымен көпклеткалы ағза пайда болды, олардың ауызы болып, дефинитивті ауыз саңылауы саналды; кейін бұл ағза примитивті ішексіз турбеллерияға ұқсай бастады да, осы жол оны ішексіз турбеллерияға айналдырды.

Г. Галлертоидты теория: кірпікшесі бірклеткасы – қозғалысты қамтамасыз ететін сыртқы жабын қабаттың пайда болуы – асты қабылдау мен қорытуға арналған.

Жануарлар эволюциясында бірнеше негізгі даму бағыттарын атауға болады:

1. Көпклеткалардың пайда болуы және барлық мүшелер жүйесінің дифференцировкасы.

2. Қаңқаның пайда болуы (буынаяқтыларда- сыртқы, омыртқаларда –ішкі)

3. Орталық жүйке жүйесінің дамуы. Екі принципті әртүрлі және өте эффективті эволюциялық «шешімдер»: шартты рефлекстерге негізделген омыртқалылардағы бас миы мен қозғалыстың дамуы: инстинкт түрлері бойынша кез-келген реакция түрлерінің тұқымқуалайтын бекінуімен байланысты жүйке жүйесінің дамуы.

Жалпы әртүрлі зерттеулер нәтижесі Жер бетіндегі барлық тірі ағзалардың пайда болу және даму жолдарын біліп, меңгеруімізге мүмкіншілік берді. Тірі табиғат – бактериялар, архебактериялар, өсімдіктер, саңырауқұлақтар, жануарлар патшалығы біріншілік мұхит тіршілігімен байланысты ортақ шығу тегіне ие. Бір топ эволюциясы басқа топ эволюциясымен тығыз байланыста болады.

Жануарлар –екіншілік гетеротрофтар және облигатты азробтар.

Сабақтың мазмұны:

• Студенттердің өздік жұмысы:

• Бастапқы білім деңгейін бақылау (Қосымша 1)

• Қорытынды білім деңгейін бақылау үшін тест жұмысын шешу

• Тақырып бойынша бақылау жұмысы

• Осы сабақ тақырыбы бойынша оқытушымен жұмыс:

• СӨЖ нәтижелерін талқылау

• Биосфера аумақты экожүйе

• Биосфераның негізгі қызметі

• Биосфера эволюциясы

• Студенттерді ауызша сұрау

• Қорытынды білім деңгейін бақылау (Қосымша 2)

Қосымша 1.

Негізгі білім деңгейін бақылау.

1.Фотосинтез процесінде күннің сәулелік энергиясын қолдану және химиялық байланысты органикалық заттардың патенциялық ыдырау жылдамдығы аталады:

А) экожүйенің біріншілік өнімділігі

Б) валовая біріншілік өнімділігі

В) екіншілік өнімділігі

Г) таза біріншілік өнімі

Д) көптік таза өнімі

2. Жердің сыртқы қабатына жатады:

А) биосфера

Б) гидросфера

В) литосфера

Г) атмосфера

Д) барлығы дұрыс

3. Жер қыртысындағы жердің тас қабаты аталады:

- биосфера

+литосфера

-гидросфера

-атомсфера

-ноосфера

4. Тірі заттың функциясын атаңыз:

-газды

-концентрациялық

-тотығу-тотықсыздандыру

-биохимиялық

+барлығы дұрыс

5.Төмендегі көрсетілгендердің қайсысы көмірсулармен байланысты биологиялық резервуар болып табылады:

-өзендер

+ормандар

-сахаралар

-көлдер

-топырақ

6. 1935 ж. «экожүйе» терминін төменде аталған ғалымдардың қайсысы енгізді:

А) Т.Миллер

Б) Д.Андерсен

В) Э.Геккель

К) К.Рулье

Д) А.Тенсли

7. Жер бетіндегі негізгі оттегінң көзі болып табылады:

- жануарлар

- топырақ организмі

+жасыл желектер

• тұқымдар

• теңіз құстары

8. Уақытында бір биогеоциноздардың басқаларымен ауысу үрдісі қалай аталады:

А) сукцессия

Б) климакс

В) флюктуация

Г) энтропия

Д) динамика

9. Автотрофты организмдерде қарапайым неорганикалық затпен байланысып, органикалық заттың синтезделуі аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

10.Гетеротрофты организмде басқа бірі организмдерден немесе органикалық заттардың бір бөлігінің қоректену жолымен дайын органикалық заттарды қолданылатындар аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

11. Гетеротрофтылар биомасса қалдықтарын бұзатындар аталады:

А) продуценттік

Б) консументтік

В) редуценттік

12. Бірінші трофикалық деңгей құрайды.

А) біріншілік консументтер

Б) автотрофтылар

13. Екінші трофикалық деңгей құрайды:

А) біріншілік консументтер

Б) автотрофтылар

14. Үшінші трофикалық деңгей құрайды:

А) улы өсімдікті жануарлар

Б) пиотоулы жануарлар

В) автотрофтылар

15.Жабық айналым бойынша экожүйенің энергия циркурлей ме?

А) иә

Б) жоқ

Бастапқы білім деңгейін бақылау сұрақтары.

1. Экологияда экожүйенің концепция ролі.

2. Экожүйенің трофикалық құрылымы.

3. Экожүйенің қасиеті мен қызметі.

4. Экологияда органикалық заттардың түзілуі мен ыдырауы.

5. Экожүйенің энергеникасы мен өнімділігі

6. Экожүйенің динамикасы

Қосымша 2.

Қорытынды білім деңгейін бақылау.

1. Жердің бірден – бір қабаты, құрамы мен энергетикасында тірі организмдердің жұмысы анықталуы аталады...

2. Биосфера эволюциясының этаптары:

3. Су буы мен шаңның әртүрлі газ қоспаларынан тұратын жер шарының газ тәрізді қабаты аталады:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

4. Атмосфера бөлінеді:

А) тропосфераға

Б) стратосфераға

В) экзосфераға

Г) термосфераға

Д) барлығы дұрыс

5. Атмосфера бөлінеді:

А) стратосфераға

Б) мезосфераға

В) термосфераға

Г) стратосфераға

Д) барлығы дұрыс

6. Атмосфераның басты құрамды бөлігі:

А) азот

Б) оттегі

В) аргон

Г) аргон

Д) барлығы дұрыс

7. Жер суларының барлық жиынтығы аталады:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

8. Жердің жоғарғы қабығы:

А) гидросфера

Б) литосфера

В) атмосфера

Г) биосфера

9. Жер шарындағы бүкіл организмдер жиынтығын В.И.Вернадский атады:

А) қосымша зат

Б) тірі зат

В) биогенді зат

Г) биоқосымша зат

10. Геобиосфера тұрады:

А) терробиосферадан

Б) литобиосферадан

В) аквабиосферадан

Г) А,Б дұрыс

Д) А, Б,В дұрыс

11. Тірі заттың деңгейін көрсет:

А) ағзалық

Б) түр- популяциялық

В) биоценоз

Г) биосфералық

Д) барлығы дұрыс

12. Тірі оргнаизмдер тамақтану әдісі бойынша бөлінеді:

А) автотрофты

Б) гетеротрофты

В) биоавтотрофты

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

13. Автотрофтылар бөлінеді:

А) фотоавтотрофтылар

Б) хемоавтотрофтылар

В) биотрофтар

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

14. Гетеротрофтылар бөлінеді:

А) сапротрофылар

Б) биотрофты

В) фотоавтотрофты

Г) А,Б дұрыс

Д) А,Б,В дұрыс

Сабақ бойынша ұсынылатын әдебиеттер:

Негізгі:

1. Закон РК «Об охране окружающей природной среды (1997)

2. СанАиН 0.03.015-97 «Санитарные правила охраны атмосферного воздуха (1997)

3. СанПиН «Правила охраны поверхностных вод (1991)

4. Методические рекомендации по оценке гигиенической эффективности мероприятий по охране атмосферного воздуха и водных объектов с учетом комбинированного действия загрязняющих компонентов – М., 1987

5. «Инструкция по нормированию выбросоы (сборов) загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты» - Харьков, 1990

Қосымша:

1. Сидоренко Г.И., Можаев Е.А. «Санитарное состояние окружающей среды и здоровье населения»

2. Гигиенические аспекты охраны окружающей среды (сборник методических материалов) – М., 1987

3. Методические указания по гигиенической оценке малых рек и санитарному контролю за мероприятиями по охране в местах водопользования. – М., 1985

Информационный листок. Интегральные показатели загрязнения окружающей среды для оценки ее качества и состояния здоровья. – Алматы, 1994