Иерархическая организация природных экологических систем
На уровне взаимоотношений отдельных организмов с окружающей средой и друг с другом начинаются экологические взаимодействия. Экологические системы также организованы в подчинении определенной иерархии: особь – популяция – биоценоз – биогеоценоз – экосистемы более высокого ранга (тайга, саванна, океан и т.п.) – биосфера.
Таким образом, выделяют уровни организации живой материи, каждый из которых имеет свою элементарную единицу:
а) Молекулярно-генетический. Элементарная единица – ген,
b) Клеточный. Элементарная единица – клетка,
c) Организменный (онтогенетический). Элементарная единица – отдельная особь (организм),
d) Популяционно-видовой. Элементарная единица – популяция,
e) Биоценотический. Элементарная единица – совокупность популяций,
f) Биосферный. Элементарная единица – биогеоценоз. Совокупность биогеоценозов составляют биосферу и обуславливают все процессы, протекающие в ней.
Элементы - органогены
Элементами органогенами или биогенными элементами называют химические элементы, составляющие основную часть органического вещества: углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор.
Макроэлементы
К макроэлементам относят химические элементы, содержащиеся в организме в значительных количествах и потребность в которых у живых организмов высока. К ним относят элементы – органогены, а также калий, кальций, магний, натрий и хлор.
Микроэлементы
Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. К главным микроэлементам относят бром, железо, йод, кобальт, марганец, медь, молибден, селен, фтор, хром, цинк.
Углерод
Атом углерода - обладает способностью образовывать полимеры - соединяться в системы с разной структурой – в цепи и кольца, с которыми могут связываться атомы других элементов. Поэтому число соединений углерода на два порядка превышает число всех других соединений всех химических элементов, вместе взятых. Именно благодаря такому разнообразию соединений углерода оказывается возможным огромное разнообразие различных ферментов, гормонов и антител, а также нуклеиновых кислот. Оксид углерода -
СО2 – представляет собой газ, который очень подвижен, благодаря чему углерод широко доступен биологическим объектам. Углерод способен связываться с другими атомами близких радиусов (с кислородом, азотом, серой), с образованием стабильных относительно непрочных связей, что приводит к формированию функциональных групп, которые обуславливают химическую активность органических соединений. Биологические полимеры состоят из целого набора органических молекул, зачастую различного состава (так например, белки состоят из различных аминокислот), имеют высокую молекулярную массу. Разные молекулы биополимеров, например белков, могут объединяться, образуя еще более сложные надмолекулярные комплексы. В связи с различием в составе и строении биополимеры проявляют самые разнообразные свойства.
Вода
а) Молекула воды имеет малые размеры и полярна. В связи с этим, вода – лучший из известных растворителей, благодаря чему обеспечивается широкий набор химических веществ и их растворов, необходимых биологическим объектам. В воде растворяются кислоты, щелочи и соли, в результате образуются положительно и отрицательно заряженные ионы, что значительно увеличивает реакционную способность химических соединений, обеспечивающих функционирование биологических объектов.
b) Удельная теплоемкость воды больше, чем у других жидкостей. Именно поэтому земные океаны способны поглощать и отдавать тепло в огромных количествах без существенного изменения температуры воды, а следовательно и атмосферы. Этим демпфирующим свойством – свойством тепловой инерции – обеспечивается относительное постоянство температуры окружающей среды, что чрезвычайно важно для оптимального протекания биологических процессов для существования живых организмов.
c) Вода обладает способностью к аномальному расширению при замерзании: в отличие от большинства веществ, вода в твердом состоянии (лед) имеет меньшую плотность, чем жидкая, благодаря чему вода в твердой фазе – лед – не тонет в воде. В противном случае, лед накапливался бы на дне водоемов, что уменьшило бы запасы жидкой воды, столь необходимой биологическим объектам.
d) Поверхностное натяжение воды выше, чем у других жидкостей (за исключением ртути), и поэтому она способна легко подниматься по капиллярам почвы и тканей растений, обеспечивая их жизнедеятельность. Кроме того, высокое поверхностное натяжение обеспечивает возможность обитания маленьких живых организмов на поверхностности водоемов.
e) В сравнении с другими аналогичными соединениями, вода имеет низкую температуру плавления, что позволяет биологическим реакциям протекать в жидкой фазе в широком диапазоне температур, в том числе при достаточно высоких температурах, и следовательно, с высокой скоростью.
f) У теплокровных организмов, благодаря воде, осуществляется гомеостаз – процесс поддержания постоянства внутренней среды живого организма.