Роль структурных элементов экосистемы в ее функционировании. Какую роль выполняют растения в экосистеме
Какую роль в экосистеме играют представители разных групп живых организмов? растения,
Рассмотрим, какую роль в экосистеме играют представители разных групп живых организмов, как растения, животные, грибы.
Экологическая система
Такая биологическая система включает совокупность живых организмов и среды их обитания, а также, системы связей между ними, благодаря которым происходит взаимный обмен энергией и веществами.
Примером экосистемы для нашей задачи, может служить лес. Экосистема которого включает:
- растения - деревья и травы, растущие в нем;
- животные - обитающие в заданном ареале;
- грибы - растущие в лесу.
- птицы - живущие на ветках деревьев
В зависимости от территориальных особенностей ареала, в определенных местах могут находится и другие виды. Например, если в лесу есть пруд или протекает речка, то к этой системе можно добавить и рыб.
В целом экосистема подразумевает в себе совокупность всех обитателей этой системы, которые находятся и живут в одних условиях. При этом все элементы системы связаны между собой пищевой цепочкой. Связь заключается в адаптации и роли каждого элемента системы для других видов организмов этой системы.
Роль растений, животных и грибов
Разнообразные виды живых организмов в экосистеме тесно связаны между собой и по отдельности не могут существовать. Растения, животные и грибы пользуются результатами жизнедеятельности друг друга. Они служат как пищей друг для друга, так и создают определенные особенности поведения.
Например, растения питаются влагой из земли и минеральными веществами. В результате фотосинтеза , образуются питательные вещества. Сами растения растут и размножаются благодаря этому и создают пищевую среду для животных.
Животные питаются растениями и с одной стороны получают питательные вещества для себя, а с другой стороны ограничивают количество растений. Также животные могут использовать растения для маскировки, для своей жизнедеятельности.
Грибы перерабатывают погибшие организмы в гной, что дает минеральные вещества земле из которой питаются растения. Также грибы являются пищей для животных, а погибшие животные органическими веществами для растений.
shkolnikru.com
1.Функциональные группы организмов в экосистеме, их роль.
Механизм взаимодействия живого и косного вещества состоит в вовлечении неорганической материи в сферу жизни, в ее превращениях в живом веществе и возвращении в прежнее состояние косного вещества. В связи с этим в любой экосистеме можно выделить по типу питания три функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они способны аккумулировать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создавать органические вещества.
Консументы , или потребители, - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную.
Редуценты - грибы и бактерии, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Продукты минерализации вновь используются продуцентами.
Таким образом, в экосистеме пищевые и энергетические связи идут в следующем направлении: продуценты - консументы - редуценты.
В каждую функциональную группу входит множество популяций и только тесное взаимодействие всех трех групп обусловливает функционирование экосистемы.
2. Деление клетки, основа роста развития и размножения организмов. Митоз.
Деление клеток — основа роста и размножения организмов, передачи наследственной информации от материнского организма (клетки) к дочернему, что обеспечивает их сходство.
Деление клеток образовательной ткани — причина роста корня и побега верхушками.
Значение митоза — образование из материнской двух дочерних клеток с таким же набором хромосом, равномерное распределение между дочерними клетками генетической информации.
Билет №16
1. Оплодотворение, его значение. Особенности оплодотворения у животных.
Биологическое значение оплодотворениясостоит в том, что при слиянии мужских и женских половых клеток, происходящих обычно из разных организмов, образуется новый организм, несущий признаки отца и матери. При образовании половых клеток вмейозевозникают гаметы с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы могут сочетать в себе признаки обоих родителей в самых различных комбинациях. В результате этого происходит колоссальное увеличение наследственного разнообразия организмов.
Особенности оплодотворения у животных.
У большинства водных и земноводных животных оплодотворение непосредственно связано с водой. Эти животные в период размножения выделяют очень много яйцеклеток и сперматозоидов в воду, где сперматозоиды проникают в яйцеклетку и оплодотворяют ее. Это — внешнее осеменение. У животных, обитающих на суше, наблюдается внутреннее осеменение.
В процессе оплодотворения сперматозоид сначала приближается к яйцеклетке. Под воздействием ферментов, находящихся в головке сперматозоида, оболочка яйцеклетки растворяется и в ней образуется небольшое отверстие, через которое ядро сперматозоида проникает внутрь яйцеклетки. Гаплоидные ядра обеих гамет, соединяясь, образуют единое гаплоидное ядро, после чего начинается деление и развитие ядра зиготы.
В большинстве случаев одну яйцеклетку оплодотворяет только один сперматозоид. У некоторых животных в яйцеклетку могут проникать два или несколько сперматозоидов, однако в оплодотворении яйцеклетки участвует только один сперматозоид, остальные погибают.
studfiles.net
Роль структурных элементов экосистемы в ее функционировании
Особенности потока энергии и биогенных элементов в экосистемах определяют продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты (от лат. Producentis – производящий, создающий) представлены автотрофными организмами, которые в зависимости от источников энергии, используемых на синтез органических веществ в клетке, разделяются на две группы: фототрофы и хемотрофы.
К фототрофам относятся наземные зеленые растения, водоросли, фототрофные бактерии, способные к осуществлению фотосинтеза. Наиболее важное значение в производстве органического вещества на планете принадлежит наземным зеленым растениям, использующим солнечную энергию за счет реакции фотосинтеза.
С химической точки зрения процесс фотосинтеза включает фиксацию части солнечного света в виде потенциальной, или “связанной”, энергии. Окислительно - восстановительные реакции фотосинтеза с участием солнечной энергии можно обобщить следующим уравнением:
nCO2 + 2nh3O_энергия солнца (Ch3O)n + nO2
У зеленых растений вода окисляется с высвобождением газообразного кислорода, а диоксид углерода восстанавливается до углеводов (Ch3O)n с высвобождением воды. У высших растений имеются различные биохимические пути восстановления CO2, что имеет важное значение и в экологии: с этим связаны физиологические и морфологические особенности растений, их распространение, приспособленность к различным условиям среды обитания и продуктивность.
Большинство растений фиксируют CO2 по C3 - пентофосфатному пути, или циклу Кальвина. Часть растений восстанавливает диоксид углерода по циклу C4 - дикарбоновых кислот. Эти растения имеют специфическое морфологическое отличие: в обкладке проходящих пучков (вокруг жилок листа) у них имеются крупные хлоропласты.
В зависимости от того, по какому циклу осуществляется синтез органических соединений, и в соответствии с характером протекающих процессов фотосинтеза выделяют C3 - или C4 - растения.
Рис. 2.2 Зависимость изменений интенсивности фотосинтеза у C3 - и C4 - растений от освещенности и температуры (по Ю. Одуму, 1975): I – C3 - растения; II – диапазон существования растений; III – C4 - растения.
Сравнение реакции C3 - и C4 - растений на свет показывает (рис. 2.2), что у C3 - растений максимальная интенсивность фотосинтеза обычно наблюдается при умеренной освещенности и температуре; высокие температуры и освещенность подавляют фотосинтез. C4 - растения адаптированы к яркому свету и высокой температуре и в этих условиях значительно превосходят по продуктивности C3 - растения. Они также эффективнее используют воду: на производство 1г. сухого вещества им требуется менее 400г. воды, а C3 - растениям – от 400 до 1000г. Кроме того, C4 - растения также не ингибируются избытком кислорода (в отличие от C3 - растений).
C4 - растения преобладают среди растительности пустынь и степей, в теплом и тропическом климате, в редких лесах, а также на севере, где освещенность и температура низкие. Среди них преобладают растения семейства злаковых (кукуруза, сорго), но встречаются и некоторые другие (например, сахарный тростник).
Несмотря на то, что эффективность фотосинтеза на единицу листовой поверхности у C3 - растений ниже, чем у C4 - растений, они создают большую часть фотосинтетической продукции на Земле. Связано это, видимо, с лучшей приспособленностью растений с таким видом фотосинтеза к существованию в смешанных сообществах, где освещенность, температура и другие факторы ближе к средним значениям.
К C3 - растениям относится и подавляющее число растений, из которых человек получает продукты питания, - рис, пшеница, картофель, овощи. Они произрастают преимущественно в умеренной зоне северного полушария.
В отличие от зеленых растений донором электронов у пурпурных и зеленых серобактерий при фотосинтезе служат неорганические соединения серы, и кислород при этом не выделяется:
CO2 + h3S свет (Ch3O)n + S
Цианобактерии, подобно высшим растениям и водорослям, выделяют при фотосинтезе молекулярный кислород.
В глобальном плане вклад фототрофных микроорганизмов в синтез органического вещества невелик. Но они могут жить в условиях, неблагоприятных для большинства зеленых растений, и играют важную роль в круговороте некоторых веществ. Например, зеленые и пурпурные серобактерии играют значительную роль в круговороте серы. Фототрофные микроорганизмы встречаются в осадках или водах – там, куда практически не проникает свет. Бактериальный фотосинтез может быть полезен в загрязненных и эвтрофных водах. По этой причине к нему сейчас усиливается интерес. Но он не может заменить фотосинтез растений, от которого зависит жизнь сложных аэробных организмов на Земле.
Хемотрофы – микроорганизмы, ассимилирующие органические соединения путем хемосинтеза. Процесс синтеза органического вещества осуществляется за счет энергии, получаемой путем окисления аммиака, сероводорода и других веществ. К хемосинтезирующим организмам относятся серобактерии (например, виды Thiobacillus, окисляющие сероводород), нитрифицирующие бактерии (виды родов Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, превращающие аммиак в нитриты, а затем в нитраты), и др. Хемотрофы играют небольшую роль в первичном продуцировании органического вещества, но они имеют важное значение в круговороте химических элементов на планете.
Для функционирования экосистемы не менее важное значение имеет не только синтез органического вещества, но и его разложение, которое осуществляется гетеротрофами.
Гетеротрофные организмы – организмы, использующие в качестве энергии и источника питания органические вещества, синтезированные другими организмами. К ним относятся все животные, грибы, большинство бактерий и бесхлорофильные наземные растения и водоросли. В экосистемах гетеротрофные организмы разделяют на консументы и редуценты.
Консументы (от лат. Consumo – потребляю) – потребители органического вещества, произведенного автотрофами. Подразделяются на консументов первого порядка (растительноядные животные), второго, третьего и т.д. (хищники).
Редуценты (от лат. Reducentis – возвращающий, восстанавливающий) – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации до более или менее простых соединений, которые затем используются продуцентами. К редуцентам относятся главным образом бактерии и грибы. В зависимости от того какие организмы разлагают органическое вещество и в каких условиях, выделяют два процесса: дыхание (аэробное и анаэробное) и брожение.
Аэробное дыхание протекает в присутствии атмосферного кислорода, который служит акцептором электронов (окислителем).
Аэробное дыхание можно сравнить с процессом, обратным фотосинтезу, то есть оно направлено на разложение синтезированного органического вещества до углекислого газа и воды с высвобождением энергии. С помощью этого процесса высшие растения и многие виды животных получают энергию для поддержания жизнедеятельности построения новых клеток собственного организма. Однако процесс аэробного дыхания может идти не до конца, и в результате такого незавершенного дыхания образуются органические соединения, содержащие некоторое количество энергии, которая в дальнейшем может быть использована другими организмами.
Анаэробное, или бескислородное, дыхание происходит при отсутствии в окружающей среде свободного кислорода. Оно протекает значительно медленнее, чем аэробное, и при этом выделяется значительно меньше энергии с единицы субстрата. К анаэробному дыханию приспособлены денитрифицирующие бактерии, некоторые кишечные паразиты, большинство гетеротрофных почвенных микроорганизмов. Окислителем (акцептором электронов) служит не кислород, а другое органическое и неорганическое соединение.
Анаэробное дыхание служит основой жизнедеятельности главным образом сапрофитов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие), хотя этот процесс может встречаться и в некоторых тканях высших растений. Например, метановые бактерии разлагают органические соединения, образуя метан (Ch5) путем восстановления органического углерода.
Брожение - процесс анаэробного ферментативного расщепления органического вещества различными микроорганизмами, при котором высвободившаяся энергия используется для биосинтеза различных жизненно важных аминокислот, белков. При брожении окисляемое органическое соединение само служит окислителем (акцептором электронов).
Примером брожения являются процессы, протекающие с участием дрожжей. Они имеют практическую ценность для человека, участвуют в процессах почвообразования (разложение растительных остатков).
Многие группы бактерий способны и к аэробному, и к анаэробному дыханию, но конечные продукты этих двух реакций различны и количество высвобождающейся энергии при анаэробном дыхании значительно меньше.
Несмотря на то, что анаэробные сапрофаги играют малозаметную роль в сообществе, они важны для экосистемы, так как только они способны к дыханию в лишенных света бескислородных слоях почвы и подводных осадков. Они перехватывают энергию и вещества, которые затем диффундируют вверх и становятся доступными для аэробов.
Восстановленные органические и неорганические соединения, синтезированные микроорганизмами в анаэробных условиях, служат запасом углерода для фиксирования энергии в процессе фотосинтеза. Позже в аэробных условиях эти восстановленные соединения используются как субстрат аэробными хемолитотрофами и гетеротрофами. Следовательно, анаэробные и аэробные организмы тесно взаимосвязаны и функционально дополняют друг друга.
По видовому разнообразию гетеротрофы значительно превосходят автотрофов и могут существовать в самых разнообразных условиях. В совокупности гетеротрофы способны разлагать все вещества, синтезируемые автотрофами, в том числе и многие соединения, синтезированные человеком с помощью различных технологий. Их роль в биосфере заключается в разложении синтезированного органического вещества до более простых соединений, благодаря чему поддерживается круговорот химических элементов в природе.
Общей чертой всех экосистем является взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов. Организмы, участвующие в различных процессах круговорота, разделены в пространстве: автотрофные процессы наиболее активно протекают в верхнем ярусе, куда проникает солнечный свет, гетеротрофные – в нижнем ярусе, где в почвах и осадках накапливаются органические вещества.
Следует отметить, что основные функции компонентов экосистемы частично не совпадают по времени. Это обусловлено тем, что между продуцированием органического вещества автотрофными организмами и его потреблением гетеротрофами существует определенный временной разрыв. Например, основной процесс в пологе леса – фотосинтез. После фотосинтеза органического вещества лишь небольшая его часть
Немедленно и непосредственно пользуется самими растениями, растительноядными животными и паразитами, питающимися растениями. Большая же часть синтезированного органического вещества в виде древесины, листьев, семян не подвергается немедленному потреблению и постепенно переходит в подстилку и почву, вследствие чего образуется обособленная гереротрофная среда. Накопленное таким образом органическое вещество может быть использовано в зависимости от условий через многие недели, месяцы, годы или даже тысячелетия, как, например, горючие ископаемые.
Для функционирования любой экосистемы необходимы следующие компоненты: солнечная и другие виды энергии, вода, элементы питания (органические и неорганические соединения), которые содержатся в почвах, донных осадках и воде, автотрофные и гетеротрофные организмы, образующие биотические пищевые цепи. Функционирование наземных и водных экосистем сходно, но их составляющие неодинаковы.
Живые и неживые части экосистем тесно сплетены между собой в единый комплекс. Большая часть биогенных элементов (углерод, азот, фосфор и др.) и органических соединений образуют постоянный поток между живым и неживым. Однако есть соединения, которым присущи только одному из этих состояний. Например, АТФ (аденозин трифосфат) – вещество, содержащее большое количество энергии, встречается только в живых клетках. Такие важнейшие биологические соединения, как, например, ДНК, которая представляет собой генетический материал клеток, и хлорофиллы, встречаются внутри и вне клеток, но свои жизненные функции сохраняют только в живых клетках.
Глобальная продукция и распад
В биосфере постоянно протекают противоположно направленные процессы: синтез и разложение органического вещества, которые тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены.
Ежегодно на Земле фотосинтезирующие организмы образуют примерно 100 - 150 млрд. тыс. сухого органического вещества. За этот период времени примерно такое же количество расходуется на дыхание организмами. Незначительная часть органического вещества за большой геологический период времени (600 млн. – 1 млрд. лет) не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а сохранялась частично или полностью в анаэробных условиях. Существует предположение, что такое преобладание синтеза органического вещества над разложением стало основной причиной связывания СО2, уменьшения его содержания в атмосфере и, соответственно, накопление кислорода. Это сделало возможным возникновение и существование высших форм жизни. По мнению ученых, примерно 300 млн. лет назад наблюдался большой избыток органического вещества, что привело к образованию горючих ископаемых. Примерно за последние 60 млн. лет за счет вулканической деятельности, выветривания горных пород, осадкообразования, поступления солнечной энергии и синтеза органических соединений образовалось сбалансированное состояние в соотношение СО2 и О2 .
Высказывается мнение, что с изменениями содержания СО2 в атмосфере связано изменение климата (периоды похолодания и потепления). За последние 50 лет в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности заметно повысилось содержание СО2 в атмосфере, что может стать причиной глобального потепления.
Однако в природе невозможен только синтез органического вещества, иначе все химические элементы со временем сконцентрировались бы в живых организмах и жизнь на Земле прекратилась бы. Параллельно синтезу идет непрерывный процесс разложения органического вещества.
Основное количество отмерших растений и животных разлагают гетеротрофные микроорганизмы, или сапрофаги. Такое разложение является результатом процессов питания бактерий и грибов. Оно осуществляется вследствие преобразования энергии внутри организмов и передачи ее между собой. Этот процесс необходим для поддержания жизни: при его прекращении биогенные элементы остались бы связанными в мертвых растительных остатках и недоступных для автотрофов.
Следует отметить, что ни один из видов организмов не может полностью разложить органическое вещество. В биосфере имеется значительное количество видов деструкторов (разрушителей органического вещества), каждый из которых осуществляет разложение на определенном этапе.
Скорость разложения различных компонентов растений и животных неодинакова. Быстро разлагаются жиры сахара и белки, медленно – растительная клетчатка, лигнин, хитин, волосы и кости животных.
Обязательный компонент всех экосистем – гумус, который разлагается крайне медленно. Выделяют три стадии его разложения:
- размельчение детрита в результате физического и биологического воздействий, высвобождение растворенного органического вещества;
- сравнительно быстрое образование гумуса и высвобождение сапрофитами дополнительного количества растворимых органических веществ;
- более медленная минерализация гумуса;
Медленные темпы разложения гумуса – один из факторов, обусловливающих его
накопления вследствие разложения органических остатков.
Основной функцией процесса разложения считается минерализация органического вещества, что он служит одним из источников снабжения растений биогенными элементами. Кроме того, разложившиеся растительные остатки могут оказывать влияние – ингибирующее и стимулирующее – на рост других организмов экосистемы.
Разложение органических веществ – длительный и сложный процесс, контролирующий некоторые важные функции экосистемы:
- возвращение в круговорот элементов питания, связанных в мертвом органическом веществе;
- образование хелатных комплексов с элементами питания;
- возвращение в экосистему элементов питания и энергии;
- производство пищи для последовательного ряда в детритной пищевой цепи;
- производство вторичных метаболитов ингибирующего, стимулирующего и регуляторного действия;
- преобразование инертных неорганических веществ земной поверхности, что приводит к образованию почвы;
- поддержание состава атмосферы, пригодного для жизни аэробов.
Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание полной
гетеротрофной утилизации и разложения продуктов автотрофного метаболизма от процессов их создания, что обусловило накопление недрах горючих ископаемых, а в атмосфере – кислорода. В связи с этим серьезную озабоченность должна вызывать деятельность человека, которая значительно ускоряет процессы разложения, а именно:
- сжигание органического вещества, накопленного в горючих ископаемых;
- интенсификация сельскохозяйственного производства, ведущая к ускоренной минерализации органического вещества почвы;
- cведение лесов и сжигание древесины.
В результате в виде углекислого газа высвобождается углерод, ранее закрепленный
в горючих ископаемых, почве и древесине. Образование значительного количества СО2 может привести к непредсказуемым последствиям и резко изменить условия обитания всего живого на Земле.
Статьи по теме:Классификация экосистемПримеры экосистемСостав и условия функционирования экосистемыЭнергия в экосистемахБиологическая продуктивность экосистемы
biofile.ru
