Взаимосвязь между организмами с различными типами обмена веществ

Все организмы в процессе жизнедеятельности поглощают вещества окружающей среды. Каждый вид организмов перерабатывает их по-своему и возвращает в окружающую среду уже в иной форме. В этой форме вещество обычно не пригодно к использованию особями того же вида и организмами других видов, но имеющих сходный обмен веществ. Однако продукты жизнедеятельности одних организмов потребляются другими с несходным характером обмена веществ, и в единую цепь вовлекаются в конечном счете все виды. Вследствие этого одно и то же вещество многократно используется для построения живой материи.

Питание гетеротрофных организмов зависит от аутотрофных. Потребность всех аэробов в кислороде еще больше подчеркивает зависимость этих организмов от зеленых растений. Однако и аутотрофные организмы существовать без гетеротрофных не смогли бы. Количество неорганического вещества, необходимого для синтеза органических соединений на Земле, не безгранично. Для нового синтеза необходимо разложение ранее синтезированных органических веществ, что осуществляется некоторыми группами гетеротрофных организмов, преимущественно бактериями. Зеленые растения для синтеза крахмала нуждаются в СО2, выдыхаемом в атмосферу всеми живыми организмами.

Таким образом, в природе устанавливается определенное равновесие между гетеро- и аутотрофными организмами.

В своем питании гетеротрофные организмы всегда находятся в зависимости от других организмов. Это приводит к возникновению сложных пищевых цепей. Их необходимо просто проследить на каком-либо более или менее изолированном участке природы (изолированная экосистема). Таким примером может служить небольшой изолированный пруд. В нем производителями органического вещества являются одноклеточные и многоклеточные водоросли и высшие растения. Одни из них находятся в толще воды, другие прикреплены к грунту. Первичные потребители органического вещества мелкие животные рачки, коловратки, инфузории. Их поедают рыбы и другие более крупные животные, которые являются уже вторичными потребителями. В разложении продуктов жизнедеятельности и трупов принимают участие бактерии и грибы. Это организмы-разрушители, которые доводят органические вещества до минерального состава, пригодного для синтеза ауто-трофами.

Животные и человек для своего питания нуждаются в органических веществах, синтезируемых растениями. Зеленые растения в процессе фотосинтеза используют углекислый газ, выдыхаемый живыми организмами. Бактерии и грибы разлагают органические вещества. Все живые существа вовлекаются в круговорот веществ в природе. Продукты жизнедеятельности одних необходимы для существования других. Создается неразрывное единство всей живой и неживой природы.

Постоянно совершающийся процесс перехода химических элементов из одних соединений в другие, из состава земной коры в живые организмы, а далее — расщепление их на неорганические соединения и химические элементы и снова переход в состав земной коры называется круговоротом вещества и энергии.

Из общего числа известных химических элементов около 40 вовлечено живыми организмами в активный круговорот; их называют циклическими, или биогенными.

Для живых организмов наибольшее значение имеют круговороты углерода, азота, кислорода, водорода, железа, фосфора, серы, калия, кальция, магния, кремния. Однако всегда надо иметь в виду, что полной повторяемости циклов никогда не бывает; с каждым новым циклом в них всегда возникают какие-либо изменения.

Круговорот углерода, азота и кислорода

Углерод входит в состав всех органических соединений. В земной коре его не менее 0,5%, в атмосфере по весу содержится всего лишь 0,008%, но в сухом веществе животных — около 20%, а растений — до 45%. Поэтому вещество живых организмов при высокой температуре обугливается.

В атмосферном воздухе постоянно присутствует углекислый газ (СО2), выделяемый в процессе жизнедеятельности организмами. Основной поставщик СО2 для атмосферы — вулканы, затем почвенные воды, насыщенные углекислыми солями. Общее количество СО2 в атмосфере равно 2,1 • 1012 т. Морская вода содержит около 50 см3 СО2 в каждом литре, т. е. в мировом океане ее 16 • 1015 т. Это почти в 8 раз больше, чем в атмосфере.

В процессе фотосинтеза зеленые растения усваивают углерод, поступающий в листья из воздуха в виде углекислого газа, и образуют углеводы. В процессе дыхания растений часть из углеводов окисляется и углекислый газ снова поступает в воздух. Большая часть углеводов накапливается в растениях, где образуются также белки, жиры, витамины. Растения поедаются травоядными животными и человеком. Травоядных животных поедают хищники и человек. Так углерод переходит в состав животных и человека. При дыхании углеводы окисляются. За счет освобождающейся энергии протекают все жизненные процессы, а углекислый газ выделяется в воздух.

Гниение трупов, растений и животных совершается с участием гнилостных бактерий: при этом также происходит окисление углерода с образованием СО2, поступающего в окружающую среду.

При разложении организмов в отсутствие кислорода, т. е. без окисления (например, на дне водоемов), образуется торф, каменный уголь, нефть, сланцы. Человек их использует как источник энергии, а углекислый газ также поступает в атмосферу.

Так, в одних случаях более длинный, в других — более короткий круг замыкается и начинается новый цикл вовлечения углерода в органические соединения, синтезируемые растениями.

Азот — обязательный элемент, входящий в состав белков. Основная масса азота находится в атмосфере. Свободный азот атмосферы переводится в органические соединения азотфиксирующими и клубеньковыми бактериями. Незначительная часть атмосферного азота может превращаться в азотистую и азотную кислоты в результате электрических разрядов и других физических факторов. Эти кислоты поступают в почву, образуя здесь соли.

Связанный азот доступен для усвоения зеленым растениям и в них образуются белки, которые затем поедаются животными, а с растительной и животной пищей —и человеком. Благодаря дальнейшим преобразованиям азот входит в состав белковых молекул животных и человека, в теле которых при процессах жизнедеятельности белки расщепляются, освобождая потенциальную энергию. Конечными продуктами их расщепления являются аммиак и мочевина, выделяющиеся во внешнюю среду. В результате гниения трупов растений и животных также образуется аммиак, попадающий в почву. Одни из бактерий — нитритные и нитратные—переводят его в состояние, пригодное для усвоения растениями, и в виде различных соединений азот снова поступает в живые организмы. Другие — денитрифицирующие—бактерии разлагают аммиак и свободный азот поступает в атмосферу. Так замыкается круговорот азота.

Кислород атмосферы биогенного происхождения. Он постоянно поступает в атмосферу благодаря процессу фотосинтеза, осуществляемому зелеными растениями. Свободный кислород в процессе дыхания используется аэробными организмами, которым он необходим для окисления органических веществ. Одним из конечных продуктов окислительных процессов является СО2 В соединении с углеродом кислород возвращается во внешнюю среду, чтобы снова попасть в фотосинтезирующие организмы.

Поскольку освобождение энергии из органических и неорганических соединений сопровождается расщеплением их в ходе окислительных процессов, то круговорот кислорода обеспечивает круговорот всех биогенных элементов.

 

Поиск по сайту