6.1 Биосфера және экожүйе
6.2 Биотикалық және жер ресурстарын тиімді пайдалану
Ғалымдар биосфераның ауадағы шекарасын жер бетінен есептегенде 15 км биіктікке дейін, суда -12 км тереңдікке дейін, жер қыртысында -5 км тереңдікке дейін болады деген ортақ шешімге келді.
Биосфера – адамдардың денесі сияқты,- дейді көрнекті орыс ғалымы,
академик В.И.Вернадский. Ол қоғам мүшелерінің сапалық еңбек етуіне
қажеттің бәрін береді. Олар бір жағынан биосфераның арқасында өмір сүрсе, екінші жағынан өздері табиғат құбылыстары мен өзгерістеріне, табиғаттағы заттар айналымына қатысып отырады. Сондықтанда адамдар өздерін өлтіргілері келмесе, табиғат үдерістерін елемеуге, ескермеуге, оларды бұзуға, кейіннен түзеуге болмайтын өзгерістер енгізуге құқықтары жоқ. Сонымен қатар адамдар осы үдерістерді өздерінің саналы бақылауларына алып, өндірістік, тағы басқа іс әрекеттер биосфераға тән үдерістермен үйлестіріп жүргізілулері керек. Мұдан адамдар өздері өмір сүретін ортаны жақсартуға, өзгертуге құқықсыз деген ұғым тумайды. Тек сол жетілдірудің пайдалы, қолайлы жолын табу қажет. Қолайлы болғанда адамдардың бүгінгі қажеттерін өтеу үшін емес, табиғатта қалыптасқан теңдестік қолайлы болуы тиіс.
Биосфера – экология ғылымының зерттеу саласы болып саналатын жер шарындағы тірі организмдер орналасқан экологиялық жүйе. Биосфераның құрамына литосфераның жоғары қабаты, гидросфера түгелімен, сол сияқты атмосфера қабаты кіреді. Биосфера тірі организмдердің тіршілік етуіне қолайлы орта. Оларға көлемі кішігірім ін, құс ұясы, қүмырсқа илеуі, ірі тау, дала, биоценоз бен экожүйелер жатады.
Биосфераның даму эволюциясы және оның болашағы тек Жер қыртысының дамуымен байланысты.
Академик В.И.Вернадский (1863-1945) биосфераны ғылыми тұрғыда
толық зерттеп, оның теориялық негізін салған.Оның биосфера туралы ілімі –жаратылыстану ғылымдары бойынша осы күнге дейін маңызын жоймаған теориялық еңбек. В.И.Вернадскийдің биосфера туралы негізгі идеялары өзінің «Биосфера» атты еңбегінде 1926 жылы жарық көрген. Аталған еңбекте академик биосферадағы тіршіліктің дамуын, қалыптасуын, оның шекарасы мен болашағын зерттей келіп, «биосферадағы тіршіліктің негізгі қозғаушы күші – Күн энергиясы мен химиялық элементтердің тірі және өлі заттар арасындағы миграциясы жүзеге асатын зат алмасу процесі, яғни организмдердің көбеюі мен дамуы» деп тұжырым жасайды. Шын мәнінде, биосферадағы жалпы тіршіліктің пайда болуы бейорганикалық элементтер негізінде органикалық заттардың пайда болуы тұрғысынан қарастырылады.
Биосфера өзін құрайтын 3 құрамдас бөлігімен сипатталады. Олар –
литосфера, гидросфера және атмосфера.
Академик В.И.Вернадский биосферадағы тіршілік процестерін зерттей келе химиялық элементтердің бір тобын «тірі заттар» деп атады. Олар биофильді заттарға жататын сутек, көміртек, оттек, азот, фосфор және күкірт элементтері еді. Биофильді элементтердің атомы тірі организмдердің денесінде күрделі органикалық қосылыстар түзе отырып, көмірсуларды, липидтерді, нәруыздар мен нуклеин қышқылдарын құрайды. Ал бұл органикалық заттар тіршілік тірегі екені мәлім.
В.И.Вернадский биосфераның қалыптысу және даму эволюциясындағы «тірі заттардың» рөлін өте жоғары бағалады. Тірі организмдердің, әсірісе адам баласының іс-әрекетін биосфера шегіндегі биогеохимиялық фактор деп бағалай келіп, биосфера өзін-өзі реттеп отыратын табиғи жүйе екендігін дәлелдеді. Яғни, ғаламшардағы ең жоғары сатыдағы дамыған тіршіліктің өзі тірі организммен байланысты екендігін баса айтты. Шын мәнінде, тірі организмдер ғарыштық энергияны жердегі химиялық энергияға айналдыра отырып, ғаламшардағы тіршіліктің көптүрлілігінің дамуына мүмкіндік береді. Осының бәрі биосферадағы химиялық элементтердің миграциясы болып табылады. (4-
сызбанұсқа). Бұл процестер табиғаттағы зат және энергия айналымдарымен шектеліп, биосфера шегіндегі ғаламдық зат алмасулардың үздіксіз қозғаушы күшіне айналады.
Ең басты мәселе – биосферадағы айналымдардың қалдықсыз жүруі.
Соның нәтижесінде, биосфера деп аталатын «үйімізде» ешбір басы артық зиянды қосылыстар түзілмейді, бәрі де қайтадан айналымға түсіп, табиғаттың өзін-өзі тазартуы жүріп жатады. Ол процестердің ең басты қозғаушы күші – Күн сәулесі екенін естен шығармауымыз керек.
В.И. Вернадский табиғаттағы зат айналымдарының тұрақты даму
процесіндегі адамның рөліне ерекше мән берді. Тіптен, оның дәлелдеуінше, адам баласы теңдесі жоқ биосферадағы ең қуатты геологиялық күш ретінде бағаланды. Яғни, болашақтағы биосфераның тағдыры адамзаттың ақыл-ойының сапасына немесе деңгейіне байланысты екендігін болжай келе өзінің өте маңызды теорияларының бірін тұжырымдады. Ол биосфераның жаңа тұрғыдағы сипаты, Жердің сапалы қабықшасы – ноосфера туралы болжамдар еді. Ал «ноосфера» деген ұғымды ғылымға француз математигі Э.Леруа енгізген болатын.
Академик В.И.Вернадский өзінің 1944 жылы жазған еңбегінде:
«…болашақ ғаламшардың түр-сипаты мен тыныс-тіршілігі адам баласының ақыл-ойы мен парасатына байланысты дамиды және оған тәуелді болады. Ең бастысы, адамзаттың санасы мен ақыл-ойының нәтижесіне байланысты биосфера тағдыры шешіледі» деген тамаша болжамын айтқан болатын. Шын мәнінде, қазіргі биосфераның тұрақтылығы тек адам баласының қолында екендігін әрбір көзі ашық, көңілі сергек адам түсінеді. Экожүйе дегеніміз – зат, энергия және ақпараттар алмасу нәтижесінде біртұтас ретінде тіршілік ететін кез келген өзара әрекетттесуші тірі ағзалар мен қоршаған орта жағдайларының жиынтығы (10-сурет). Кейбір ғылымдардың көзқарасы бойынша «биогеоценоз» ұғымының мазмұны негізінен зерттеліп отырған макрожүйенің құрылымдық сипаттамасын берсе, ал «экожүйе» ұғымы ең алдымен оның функционалдық мәнін көрсетеді. Экожүйеге құмырсқа илеуі, орманның бір бөлігі, тұтас орман, космос кораблінің кобинасы, лантшафт және бүкіл биофераның өзі мысал бола алады. Жалпы алғанда биогеоценоз экожүйеге қатысты жекеден жалпыға қарай қатынаста болады.
Табиғи экожүйелер көлемі бойынша әр түүрлі болуы мүмкін: су қоймасы, мұхит, шалғындық, орман, тайга, дала.
Экожүйе – ағзалар мен абиотикалық ортадан, олардың әр қайсысы бір-біріне әсер ететін тірі табиғаттың негізгі функционалдық бірлігі. Экожүйенің тіршілік етуі тірі ағзалар жиынтығы мен ортаның арасында зат, энергия және ақпарат алмасуымен байланысты. Ағзалар бейорганикалық ортадан химиялық элементтер мен олардың қосылыстарының таралуының ерекшеліктері туралы ақпарат алады. Бейорганикалық орта тірі ағзаларда олардың метоболизмның (зат алмасуы) өнімдері туралы ақпарат алады. Тірі ағзалар бір-бірімен, азық қорының болуы, жыныстық әріптесіне, агрессия (қарсыласына белгі беру) және т.б. ақпарат береді. Табиғатттағы ақпараттық байланыстар кеңістік және уақытпен шектеледі. Зат немесе құбылыстың ақпараттық бағалылығы ондағы ақпараттық санына емес, кім немесе ненің бұл ақпаратты пайдалануына байланысты. Кейбір зерттеушілер тірі жүйелердің ұйымдасуын бағалау үшін ақпараттық математикалық ілім әрпін қолдануға талпынған. Бірақ, академик В.А. Энгельгарт атап көрсеткендей, ақпараттар ілімінің математикалық аспектілері тіршілік құбылыстарының элементарлық негіздерін анализдеуге әлі де болса сәйкес келмейді.
Экологиялық жүйелер функционалдық және құрылымдық белгілері бойынша ерекшеленеді. Функционалдық жіктелу экожүйеге келіп түсетін энергия көзі, мөлшері және сапасына негізделген. Экожүйелердің құрылымдық жікелуі өсімдіктер типіне және ландшафттың негізгі белгілеріне негізделген. Құрлық экожүйелері (биомдар) өсімдіктердің табиғи белгілері, ал су экожүйелері – геологиялық және физикалық белгілері бойынша ерекшеленеді.
Кең қолданылып жүрген құрылымдық жіктелу бойынша ғаламшарды
төмендегі экожүйелерге бөледі:
1) құрлық экожүйелері – тундра, тайга, орманды дала, дала, шөлейт, шөл,
тропиктер, тал;
2) тұщы су – ағынсыз су (көл, тоған) және ағынды су (өзен, бұлақ, жылға),
батпақтар мен батпақты ормандар экожүйелері;
3) теңіз экожүйелері – теңіздер мен ашық мұхит.
Тірі жүйелердің маңызды термодинамикалық сипаттамасы олардың ішкі реттілігінің жоғары дәрежеде болуы. Ол энтропиямен сипатталады және S әрпімен белгіленеді. Ішкі реттілігі мен ұйымдасуы жоғары жүйелердің
энтропиясы төмен, ал керісінше тепе-теңдіктегі жүйелердің энтропия шамасы жоғары болады.
Термодинамикалфқ тұрғыдан экожүйелер қоршаған ортамен үнемі зат және энергиямен алмасып отыратын және осы арқылы ішкі энтропиясын төмендетіп, сыртқы энергиясын арттыратын ашық, тепе-теңдігі жоқ жүйе болып табылады.
1935 жылы атақты биолог Э. Бауэр былай деді: «Тірі жүйелер еш уақытта
тепе-теңдікте болмайды және өзінің бос энергиясы есебінен үнемі сыртқы орта жағдайларына сай физика мен химия заңдары талап ететін тепе-теңдікке қарсы жұмыс жасайды. Бұл принципті тірі жүйелердің тұрақты теңсіздік принципі деп атайды. Бұл принцип тірі ағзалардың ашық теңсіздіктегі жүйе екендігін көрсетеді. Олардың өлі жүйелерден ерекшелігі, олар энтропияның төмендеуі бағытында дамиды.
Биоценоздардағы тірі ағзалар тек бір-бірімен емес, өлі табиғатпен де
тығыз байланысты. Бұл байланыс зат және энергия айналымы арқылы көрінеді. Қоректік заттарда жасуша мен мүшелердің жұмысына қажетті энергия болады. Өсімдіктер күн энергиясын тікелей сіңіріп, оны органикалық қосылыстардың химиялық байланысында қорға жинайды. Кейін ол биоценоздағы қоректік қатынастар арқылы қайта бөлінеді.
Тірі ағзалар арқылы жүретін зат пен энергия ағысы өте үлкен. Мысалы, адам өз өмірінде ондаған тонна тамақ пен суды, өкпесі арқылы көптеген миллион литр ауаны пайдаланады. Көптеген ағзалардың қоршаған ортамен өзара әсері одан да интенсивті болады.
Өсімдіктер өз денесінің әрбір грамын түзу үшін 200-800 грамға дейін су жұмсайды. Фотосинтезге қажетті заттарды өсімдіктер топырақтан, судан және ауадан алады.
Мұндай жылдамдықпен бейорганикалық табиғаттан тірі заттарға қажетті
биогенді элементтердің ағысы жүріп отыратын болса, Жердегі олардың қоры әлдеқашан таусылар еді. Бірақ, биогенді элементтердің үнемі қоршаған ортаға қайтарылып отыруына байланысты, өмір жалғасып келеді. Биоценоздағы түрлердің арасындағы қоректік қатынастардың нәтижесінде өсімдіктер синтездеген органикалық заттар, өсімдіктер қайта пайдалана алатын қосылыстарға дейін ыдырацды. Бұл процесс биологиялық зат алмасу деп аталады.
Биоценоз қоршаған ортамен заттық - энергиялық байланыссыз тіршілік ете алмайды. Бірлестіктерге тән қасиет – олардың жаңа биомасса жасауға қабілеті болып табылады. Бұл қасиет жүйенің өнімділігі ұғымының негізінде жатыр. Экожүйелердегі органикалық заттың жасалу жылдамдығын – биологиялық өнімділік деп атайды. Тірі ағзалардың денесінің массасы биомасса деп атайды. Экожүйенің биологиялық өнімділігі – бұл олардағы биомассаның жасалу жылдамдығы. Бірінші реттік өнімділік деп, бірінші реттік өндірушілердің биомассасының түзілу жылдамдығын айтады. Бұл маңызды көрсеткіш. Себебі ол экожүйенің биотикалық компоненті арқылы өтетін жалпы энергия ағынын, яғни экожүйеде мүмкін болатын тірі ағзалардың санын анықтайды. 100% күн энергиясының шамамен 1% - ы ғана хлорофилл сіңіреді де, органикалық молекулалардың синтезіне пайдаланады (қалған 99%-ы күн энергиясы шағылысады, жылуға айналып сіңіріледі немес суды буландыруға жұмсалады). Өсімдіктердің энергияны жинау (химиялық байланыстар энергиясы түрінде) жылдамдығын жалпы бірінші реттік өнім деп атайды (ЖБӨ). Шамамен бұл энергияның 20% өсімдіктер тыныс алуға және басқа тіршілік қызметіне жұмсайды. (R) Тыныс алу мен басқа да тіршілік процестеріне жұмсалатын энергияны алып тастағандағы органикалық заттың жиналу жылдамдығын таза бірінші реттік өнім (ТБӨ) деп атайды:
ТБӨ= ЖБӨ - R
Қоректену кезінде тамақ (зат пен энергия) бір трофтық деңгейден екіншісіне өтеді. Қорытылмаған тамақты жануарлар экперименттерімен сыртқа шығарады (мұнда да органикалық затқа жиналған энергияның белгілі бір мөлшері болады). Жануарлар да өсімдікер тәрізді энергияның бір бөлігін тыныс алу мен басқа да тіршілік процестеріне жұмсайды. Тыныс алу, ас қорыту және экскрецияға кеткен шығыннан басқа қалған энергия өсуге, тіршілігін ұстап тұруға және көбеюге жұмсалады. Гетеротрофты ағзалардың органикалық заттарды жинау жылдамдығын екінші ретті өнім (ЕӨ) деп атайды. Екінші ретті өнім барлық трофтық деңгейлерде болады.
6.2 Биотикалық және жер ресурстарын тиімді пайдалану
Тіршіліктің ұйымдасу дәрежесі мен негізгі заңдылықтары биологиялық жүйеге келтірілген. Онда тіршілік ұсақ, көзге ілінбейтін нышаннан бастап, бірте-бірте ірілене береді. Жүйенің үлгісі былай: Ген (тұқым қуалаудың бастапқы нышаны) – клетка – дене мүшесі – тірі дене – популяция (бір түрлі организмдер тобы) – қауымдастық (бірге өмір сүретін түрлі организмдер тобы).
Тірі организмдердің генасы мен клеткасын зерттеу арқылы мысалы, медицина ғылымы, денені немесе дененің жеке мүшелерін түрлі ауру –сырқаудан емдейді. Ал биологиялық жүйенің денеден жоғары сатысын зерттеуге гена (тек) мен клетка (жасуша) дәрежесі жеткіліксіз. Бірге өмір сүретін түрлі организмдер мен оларды қоршаған табиғи орта ажырамайтын байланыста және арақатынаста болады.
Жер – организмдер үшін тұрақты мекен, өсіп-өніп көбейетін қолайлы орта. Ауа организмдер үшін тыныс алуға қажет. Топырақтағы организмдер оның әр түрлі деңгейінде тіршілік етуге бейімделген. Құстар жердің бетіне ұя салса, одан соң жәндіктер, әр түрлі құрттар, кеміргіш сүтқоректілер, борсықтар, суырлар, жыландар топырақта тіршілік етеді. Топырақ - өсімдіктердің негізгі тіршілік ортасы. Ал ауаға ұшып шығатындары аэробионттар деп аталады. Оларға, негізінен, құстар, жәндіктер және кейбір сүтқоректілер жатады. Ауаға көтерілу құстар мен жәндіктер үшін өте қажет және тіршілігі үшін маңызды.
Қазіргі кезде ауа мен топырықтың ластануы құрлық ортасын бұзып, организмдерді жоюда. Топырақтың тұздануы, эрозияға ұшырауы, шөлге айналу процесі, лластануы организмдерді сиретіп отыр. Ал организмдердің азаюы өз кезегінде топырақ кеңістігіндегі зат және энергия алмасуды тежеп, табиғи тепе-теңдікті бұзады.
Сондықтан да табиғат байлықтарын, яғни биотикалық және жер
ресурстарын есепсіз, бақылаусыз жұмсауға болмайтынын, қоршаған орта
бүлініп, істен шығуы оңай екенін түсіне білу қажет. Сонда ғана әуелі жануарлар мен өсімдіктердің жойылып кетуден, қазбалы кендер қорларын таусылудан, талан-тараж болудан, ауаны, топырақты, өзендерді, көлдерді, теңіздер мен мұхиттарды ластанудан, ысырап болудан сақтай аламыз.
Лекция №7
