به موجوداتی که به اکسیژن کمی احتیاج دارند اما در غلظت های زیر نقطه پاستور قادر به زنده ماندن برای مدت طولانی هستند ، بی هوازی های اختیاری گفته می شود. ارگانیسم هایی که به اکسیژن کمی احتیاج دارند ، اما توانایی آن را دارند

با این حال موجوداتی وجود دارند که برای عملکردهای حیاتی خود به هیچ وجه به اکسیژن نیاز ندارند. اولین بار توسط زیست شناس فرانسوی لوئی پاستور در سال 1861 کشف شد. معلوم شد که آنها باکتری هایی از جنس Clostridium از خانواده باسیل ها هستند که تخمیر اسید بوتیریک را انجام می دهند. این باعث ایجاد احساس واقعی در علم شد ، زیرا قبلا اعتقاد بر این بود که زندگی بدون اکسیژن غیرممکن است. پاستور چنین موجوداتی را بی هوازی نامید.

اکسیژن برای بی هوازی ها یک گاز سمی کشنده است. پاستور ثابت کرد که آنها فقط در محیط هایی قادر به زندگی هستند که محتوای اکسیژن از 1٪ محتوای فعلی آن در اتمسفر بیشتر نباشد ، یعنی کمتر از 0.21٪ حجم هوا ( نقطه پاستور) چنین شرایطی در لایه های عمیق پوسته زمین ، رسوبات زیرین اجسام آب ، در پوسته زمین ، در حفره های داخلی موجودات رخ می دهد.

ارگانیسم های بی هوازی فاقد میتوکندری هستند و فرآیندهای به دست آوردن انرژی در سیتوپلاسم رخ می دهد. از نظر بیوشیمیایی ، درست تر است که این فرآیندها را نه تنفس بی هوازی ، بلکه تخمیر.

یک نوع تخمیر است تخمیر الکلی ،یا تجزیه گلوکز به الکل اتیلیک و دی اکسید کربن:

C 6 H 12 0 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2

نوع دیگر تخمیر است تخمیر اسید لاکتیک، یا تجزیه یک مولکول گلوکز به دو مولکول اسید لاکتیک:

C 6 H 12 0 6 2 C 3 H 6 O 3

در هر دو مورد ، وقتی یک مولکول گلوکز شکسته شود ، فقط 2 مولکول ATP تشکیل می شود ، به جای 38 در هنگام تنفس هوازی.

متعاقبا میکروارگانیسم های بی هوازی در رابطه با اکسیژن ، بی هوازی ها به دو گروه تقسیم شدند. میکروارگانیسم هایی که فقط در غلظت اکسیژن زیر نقطه پاستور می توانند وجود داشته باشند نامگذاری شده اند واجببی هوازی

یک شاخص بسیار مهم توصیف کننده شرایط اکسیژن محیط است پتانسیل اکسایش(rH 2) ، که نسبت بین محتوای O 2 و H 2 است. با استفاده از پتانسیومتر اندازه گیری می شود. واحد rH 2 ولت است. مقادیر rH 2 از 0 تا 40 ولت است. نقطه پاستور مطابق با rH 2 \u003d 14 ولت است.

میکروارگانیسم های هوازی می توانند در rH2 از 14 تا 40 وجود داشته باشند. بیهوازی های اجباری از rH 2 از 0 تا 14 زنده می مانند. بیهوازی های اختیاری در rH 2 از 7.4 تا 20 وجود دارند.

در حال حاضر بیش از 2000 گونه بی هوازی اجباری شناخته شده است. در اکثریت مطلق ، اینها میکروارگانیسم های پروکاریوتی از گروه های مختلف طبقه بندی هستند. یک دسته از پروکاریوت ها - کلادیمیا - منحصراً توسط بی هوازی های اجباری نشان داده می شود.

اخیراً ، باکتریهای بی هوازی کشف شده اند که در غیاب کامل اکسیژن ، در میدان های نفتی تا عمق حداکثر 700 متر زندگی می کنند. آنها انرژی را از تجزیه ترکیبات آلی در روغن دریافت می کنند. کشف دیگر از این نوع کشف باکتری هایی است که در عمق حداکثر 3 کیلومتری ضخامت سنگ های آهکی زندگی می کنند. آنها نامگذاری شده اند باکتریهای لیتوتروفیک.

بی هوازی های اجباری بسیاری در میان ارگانیسم های شیمی اتوتروفی وجود دارد. در میان پروکاریوت های فوتوتوتروفیک (سیانوباکتریوم و تعدادی باکتری) ، اشکال بی هوازی ناشناخته است. در بین باکتری های تثبیت کننده نیتروژن هیچ بی هوازی وجود ندارد.

تمام پروتیست های آزاد زندگی کاملاً هوازی هستند.

تمام موجودات یوکاریوتی چند سلولی هوازی هستند. با این حال ، بسیاری از گونه های قارچ ها و حیوانات تا حدی قادر به بیهوازی پنهانی هستند ، زیرا آنها قادر هستند برای مدت زمان مشخصی در شرایط کمبود اکسیژن زنده بمانند و از طریق تخمیر انرژی برای زندگی خود دریافت می کنند.

در میان قارچ ها ، مخمر یک نمونه است. در شرایط بی هوازی ، مانند خمیر ، مخمر به تخمیر می رود ، که در پخت و پز استفاده می شود.

حتی بافتهای جداگانه حیوانات چند سلولی از نظر توانایی بی هوازی متفاوت هستند. بافت عضلانی با ظرفیت بالا برای بیهوازی متمایز می شود. با کارهای برج برج ، حیوانات اغلب اکسیژن ندارند. سپس پروتئین عضله گلیکوژن به اسید لاکتیک تجزیه می شود که دارای خواص سمی است. در عضلات جمع شده و باعث خستگی عضلات می شود. از اینجا ، ارگانیسم ها پس از کار فشرده ، به منظور اکسیداسیون سریعتر اسید لاکتیک به دی اکسید کربن و آب ، به شدت تنفس می کنند.

گیاهان در طول روز حساسیت زیادی به کمبود اکسیژن در محیط خارجی ندارند ، زیرا آنها خود آن را در هنگام فتوسنتز تولید می کنند. در تاریکی ، برعکس ، آنها نسبت به کاهش غلظت آن بسیار حساس می شوند. بنابراین ، در اجسام آبی که غلظت اکسیژن بسیار کم است ، گیاهان مانند سایر ارگانیسم های خودتروف ، وجود ندارند یا در حالت افسرده هستند.

از طرف دیگر ، ریشه گیاهان خشکی در خاک اشباع شده از آب رشد نمی کنند. با این حال ، کاملاً مشخص نیست که این امر ناشی از کمبود اکسیژن است یا بیش از حد متان و سولفید هیدروژن آزاد شده توسط باکتری های بی هوازی.

ارگانیسم های بی هوازی خیلی زودتر از موجودات هوازی روی زمین ظاهر شدند و مدتها بر آن سلطه داشتند. با این حال ، با ظهور موجودات هوازی ، موجودات بی هوازی به دلیل بازده بسیار پایین فرآیندهای انرژی خود ، نمی توانند با آنها رقابت کنند. بنابراین ، آنها فقط در مکانهایی زنده مانده اند که اکسیژن ندارند و موجودات هوازی قادر به زنده ماندن نیستند. اگرچه هنوز همه انواع بی هوازی کشف نشده است ، اما بدون شک تعداد کل آنها بسیار کمتر از موجودات هوازی است.

به طور کلی ، حیوانات خشکی به ندرت برای تنفس دچار کمبود اکسیژن می شوند. بنابراین ، موجودات زمینی که در ارتفاع کم (تا 3 کیلومتر) زندگی می کنند سازگاری فیزیولوژیکی خاصی با کمبود اکسیژن با وجود ندارند.

با ارتفاع ، فشار جزئی اکسیژن در جو کاهش می یابد ، بنابراین موجودات رشد می کنند " گرسنگی اکسیژن" در پستانداران کوهستانی بالا ، افزایش محتوای گلبول های قرمز خون مشاهده شد ، و گلبول های قرمز خود بزرگتر بودند. این باعث افزایش ظرفیت اکسیژن خون می شود.

کاهش اکسیژن با ارتفاع یک عامل محدود کننده جدی است که باعث محدود شدن گسترش موجودات زنده در کوهستان می شود. بلندترین شهرهای بزرگ ، پایتخت تبت ، لهاسا است که در ارتفاع حدود 4500 متر واقع شده است.

یک پرنده کوچک ، یک عدس از راسته گذرگاه ها ، در ارتفاعات تا 6000 متر در هیمالیا لانه می سازد. کوهنوردان در ارتفاعات بالاتر از 7000 متر نمی توانند بیش از چند ساعت در آنجا بمانند ، بنابراین ، هنگام بالا رفتن از ارتفاعات ، باید از دستگاه های اکسیژن استفاده کنند.

با این حال ، تشخیص میزان تأثیر اکسیژن در توزیع بی مهرگان و گیاهان در کوهها اغلب در برابر عوامل دیگر ، به ویژه ارتفاع پوشش برف و درجه حرارت ، بسیار دشوار است.

مرگ و میر تابستان با افزایش دما و افزایش غلظت مواد آلی در آب توضیح داده می شود ، زیرا اکسیژن برای اکسیداسیون آنها مصرف می شود. شدیدترین مرگ و میرها در دریاچه ها و استخرهای کم عمق مشاهده می شوند.

کاهش غلظت اکسیژن در آب در نتیجه مصرف منیزیم برای اکسیداسیون مواد آلی در ستون آب ، نامیده می شود. مصرف اکسیژن بیوشیمیایی (BOD).

بسیاری از گونه های بی مهرگان آبزی و ماهیان ، به ویژه آنهایی که در لایه های زیرین آب و رسوبات کف زندگی می کنند ، جایی که کمبود اکسیژن به شدت احساس می شود ، دارای تعدادی مکانیزم سازگار هستند که به آنها اجازه می دهد برای مدتی در غیاب اکسیژن تقریباً کامل وجود داشته باشند. ارگانیسم های آنها مقاومت بالاتری در برابر افزایش محتوای اسید لاکتیک پیدا کرده اند. هرچه دما کمتر باشد ، این موجودات می توانند بدون اکسیژن زنده بمانند.

در آبهای دریاها و اقیانوس ها ، میزان اکسیژن به طور متوسط \u200b\u200bکمتر از آبهای قاره است و به طور متوسط \u200b\u200b4 تا 5 میلی گرم در لیتر است. به طور معمول ، غلظت اکسیژن در اعماق تا حدی کمتر از سطح است.

به طور کلی ، در اجسام آب دریا ، آبی که در اثر جریانهای افقی و عمودی دائماً در آن مخلوط می شود ، مقدار اکسیژن در محدوده های باریک تری نسبت به قاره ها تغییر می کند. بنابراین ، در دریاها و اقیانوس ها ، کمبود اکسیژن در آب بسیار نادر است.

فاکتور نورمنبع اصلی نور در زیست کره زمین خورشید است. ماه و تعدادی از سیارات منظومه شمسی که در آسمان قابل مشاهده هستند ، با تابش نور خورشید به تابش می آیند. تابش الکترومغناطیسی ستاره ها و منابع نور مصنوعی در زیست کره از اهمیت زیادی برخوردار نیستند. با این حال ، فرض بر این است که پرندگان در طول مهاجرت فصلی خود می توانند توسط صورت فلکی آسمان پر ستاره حرکت کنند.

ویژگی های کمی زیر نور برای یک بوم شناس مهم است:

– طول موج;

– شدت نور(مقدار انرژی تابشی تأمین شده در واحد زمان در واحد سطح) ؛

– دوره نوری(نسبت بین مرحله روشن و تاریک روز).

چشم انسان امواج الکترومغناطیسی (نور مرئی) را در یک محدوده بسیار باریک - از 3900 Å (نور آبی) تا 7600 Å (قرمز) درک می کند. تابش با طول موج کمتری از اشعه ماورا بنفش ، اشعه ایکس و اشعه گاما ، و تابش بالاتر - اشعه مادون قرمز ، امواج رادیویی و غیره ، چشم انسان را درک نمی کند. با این حال ، برخی از حشرات می توانند نور ماوراlet بنفش را ببینند و بسیاری از حیوانات شبانه می توانند تابش مادون قرمز (حرارتی) را که از اجسام گرمتر از دمای محیط منتشر می شود ، مشاهده کنند.

گیاهان سبز برای فتوسنتز از امواج در محدوده استفاده می کنند " تابش فعال فتوسنتزی"(PAR) از 3800 تا 7100.

پروکاریوت ها دارای رنگدانه های فتوسنتزی هستند که از انرژی تابشی خارج از محدوده PAR استفاده می کنند ، یعنی طول موج های 8000 ، 8500 و 8700 - 8900. به طور کلی ، PAR حدود 44٪ از انرژی تابشی خورشید را که روی سطح زمین می افتد ، تشکیل می دهد.

حداکثر کارایی استفاده از PAR برای فتوسنتز بیش از 3 - 4.5٪ نیست. این در فرهنگ جلبک دریایی تحت نور گرگ و میش مشاهده شد. در جنگل های گرمسیری این مقدار 1 تا 3٪ ، در جنگل های معتدل - 0.6 - 1.2٪ ، در محصولات کشاورزی - بیشتر از 0.6٪ است.

شدت نور برای میزان فتوسنتز یا مقدار ماده آلی تولید شده در واحد زمان مهم است. دارند انواع متفاوت از موجودات فتوسنتزی ، حداکثر میزان فتوسنتز در مقادیر مختلف شدت شار نور حاصل می شود. به عنوان مثال ، غلات عاشق آفتاب در بیشتر از حد به حداکثر فتوسنتز می رسند سطح بالا شدت روشنایی ، دیاتومهای آبزی. بر این اساس ، گیاهان به تقسیم می شوند سبک- و سایه دوست.

با این حال ، در همه گونه های بسیار سبک ، شدت فتوسنتز به شدت کاهش می یابد.

نور ماه کامل در آسمانی بدون ابر برای فتوسنتز کاملاً کافی است گیاهان بالاتر... گسترش گیاهان به اعماق مخزن توسط عمق نفوذ نور تعیین می شود. مورد دوم نیز به نوبه خود به محتوای مواد محلول و معلق موجود در آن بستگی دارد. در آبهای زلال اقیانوس جهانی ، نور به عمق 200 متر نفوذ می کند ، در دریاچه های تمیز آب شیرین ، دریاچه ها ، نور می تواند تا عمق 60-70 متر (بایکال) نفوذ کند. در دریاچه ناروچ ، این شاخص در حال حاضر 6 - 8 متر است. در اجسام آب آلوده ، نور به عمق چند متر تا چند سانتی متر نفوذ می کند.

عمق نفوذ نور به آب را می توان با ساده ترین ابزار علمی تعیین کرد - دیسک Secchi.این یک دیسک فلزی سفید است که توسط یک طناب در آب پایین می آید. در اولین کشتی علمی اقیانوس شناسی ، کشتی بریتانیایی Challenger ، از یک بشقاب چینی سفید برای این منظور استفاده شد. اکنون می توان عمق نفوذ نور و روشنایی در اعماق مختلف را با استفاده از دقت بسیار بالا اندازه گیری کرد لوکس متر

قسمت قابل توجهی (تا نیمی) از مواد آلی ایجاد شده توسط گیاهان در طی فتوسنتز ، بلافاصله برای تنفس آنها صرف می شود. بنابراین ، گیاه فقط در چنین شرایط نوری می تواند وجود داشته باشد که تحت آن مقدار ماده آلی ایجاد شده در طی فتوسنتز از مقدار استفاده شده برای تنفس بیشتر یا حداقل برابر باشد.

تعدادی از گونه های پروتروتیک اتوتروفیک از زیرگروه تاژک های گیاهی وجود دارند که قادر به تجسم زیستی هستند. به عنوان نمونه می توان به زندگی شبانه معمول در دریای سیاه اشاره کرد. Noctiluca mirabilis.در شب ، خوشه های آن نور کافی را برای فرآیند فتوسنتز تولید می کنند.

موجودات هتروتروف با اندام های بینایی از نور مرئی برای جهت گیری در فضا استفاده می کنند. موجودات خاص شبانه همچنین می توانند اشعه مادون قرمز و حشرات - اشعه ماوراlet بنفش را درک کنند.

بعضی از گونه ها ، به ویژه غارها ، زیرزمینی و اعماق دریا ، اصلاً بدون نور عمل نمی کنند. با این حال ، بیشتر موجودات هتروتروف به مقدار مشخصی نور ، به عنوان مثال ، برای تولید ویتامین ها و سایر مواد در پوست نیاز دارند.

ماهیت سالانه تغییر در نسبت بین مراحل روشن (C) و تاریک (T) روز ( دوره نوری) مشمول قوانین سختگیرانه ای است که ناشی از چرخش زمین به دور خورشید است.

در خط استوا ، دوره نوری در طول سال کاملاً ثابت است و به 12C می رسد: 12T. با پیشرفت به عرض های جغرافیایی بالاتر در جهات به سمت هر دو قطب ، دوره فوتو به طور منظم تغییر می کند.

در نیمکره شمالی تا عرض جغرافیایی حدود 67 درجه شمالی طول ساعات روشنایی روز در 22 دسامبر (انقلاب زمستانی) حداقل است ، سپس به طور مداوم افزایش می یابد. 22 مارس (اعتدال بهاری) در کل کره زمین ، روز برابر با شب است.

طول روز در 22 ژوئن (انقلاب تابستانی) به حداکثر خود می رسد. هرچه عرض جغرافیایی بیشتر باشد ، ساعات روشنایی روز نیز طولانی تر است. به عنوان مثال ، در مینسک (54 درجه شمالی) در 22 ژوئن ، دوره فوتو تقریباً 17 درجه سانتیگراد است: 7 درجه سانتیگراد ، و در سن پترزبورگ (60 درجه شمالی) - 22 درجه سانتیگراد: 2 درجه سانتیگراد ( شب های سفید).

هرچه عرض جغرافیایی بالاتر باشد ، افزایش ساعت های روشنایی روز و کاهش شبانه سریعتر است.

در عرض های جغرافیایی قطبی (بیش از 67 درجه شمالی) ، تقریباً بین 22 مه و 22 آگوست ، خورشید اصلاً فراتر از افق غروب نمی کند. می آید روز قطبی، یعنی دوره نوری 24C: 0T.

بعد از 22 ژوئن ، طول ساعات روز در همه جا ، به جز خط استوا ، کاهش می یابد و در 22 دسامبر به حداقل می رسد. در مینسک در این روز ، دوره فوتونی تقریباً 7 درجه سانتیگراد است: 17T.

در عرض های جغرافیایی قطبی ، تقریباً بین 22 نوامبر و 22 ژانویه ، خورشید اصلا از افق طلوع نمی کند. می آید شب قطبی، یعنی دوره نوری 0С: 24Т.

مدت زمان ساعتهای روز در روز در یک نقطه خاص از زمین کاملاً ثابت است ، برخلاف سایر عوامل مهم محیطی - دما ، بارش و غیره. بنابراین ، برای بسیاری از ارگانیسم ها ، به ویژه پرندگان ، دوره فوتو یک فاکتور سیگنال برای بسیاری از مهمترین مراحل چرخه زندگی آنها است ، به عنوان مثال ، آغاز تولید مثل ، عزیمت پرندگان برای زمستان گذرانی و غیره

وجود آب و رطوبت.همه موجودات به آب احتیاج دارند زیرا جز the اصلی سیتوپلاسم سلول آنها است. بنابراین موجودات زنده 60 - 99٪ آب دارند.

از آب برای فتوسنتز استفاده می شود.

آب یکی از زیستگاه های اصلی است. تعدادی از انواع موجودات زنده به طور انحصاری یا تقریباً منحصراً از گونه های آبزی (اکینودرم ، ماهی) تشکیل شده اند. بسیاری از گونه های دیگر در مراحل خاصی از چرخه زندگی خود با آب در ارتباط هستند (دوزیستان ، نیمه آبزیان ، حشرات).

بسیاری از ارگانیسم ها با وجود کمبود آب سازگار شده اند. گیاهانی که در مناطق خشک زندگی می کنند ، آب را در بافت های خود ذخیره می کنند ( ساکولنت) معروف ترین نمونه آنها کاکتوس ها است.

بسیاری از حیوانات ، در صورت کمبود آب ، استفاده می کنند آب متابولیک، با اکسیداسیون چربی ذخیره شده در بدن آنها بدست می آید. این شامل بسیاری از حشرات دارای ذخایر چربی در بدن است بدن چرب ،و همچنین برخی از پستانداران صحرا ، مانند شتر و جوندگان موش.

در این حالت ، مقدار آب دریافتی بیش از میزان تجزیه چربی است ، زیرا تقریباً اکسیژن موجود در آب متابولیک از اکسیژن اتمسفر بدست می آید.

سن زمین حدود 4.6-4.7 میلیارد سال است. ترکیب جو باستانی نزدیک به ترکیب گازهای ساطع شده از آتشفشانهای مدرن در نظر گرفته می شود. تجزیه و تحلیل شیمیایی حباب های گاز در قدیمی ترین سنگ های زمین نشان داد عدم وجود اکسیژن آزاد در آنها، حدود 60٪ CO 2 حدود 35٪ H 2 S ، SO 2 ، NH3 ، HCl و HF ، مقداری ازت و گازهای بی اثر. در حال حاضر ، شواهد انکار ناپذیری کاملاً مبنی بر عدم اکسیژن بودن جو زمین در اوایل وجود دارد. زندگی پدیدار شده روی زمین به تدریج این شرایط را تغییر داده و شیمی پوسته های بالایی سیاره را دگرگون می کند.

تاریخ زمین به سه بخش بزرگ تقسیم شده است: باستان – تقریباً دو میلیارد سال اول وجود آن ، پروتروزوییک – 2 میلیارد سال آینده و فنروزوییک ، که از حدود 570 میلیون سال پیش آغاز شده است. به زمان دوفانروزوئیک گفته می شود رمزنگاری ، یعنی دوره ای از زندگی پنهان ، از آنجا که در سنگ های باستانی اثر اسکلتی از فسیل های کلان وجود ندارد.

تا همین اواخر ، اعتقاد بر این بود که ظهور حیات در زمین با یک تکامل شیمیایی بسیار طولانی (میلیاردها سال) ، از جمله سنتز خود به خود و پلیمریزاسیون مولکول های آلی ، ادغام آنها در سیستم های پیچیده ای که قبل از سلول ها ، تشکیل تدریجی متابولیسم و \u200b\u200bغیره وجود دارد ، امکان و سهولت جریان سنتز زیستی مونومرهای آلی در شرایط شبیه سازی جو زمین باستان ، در دهه 50 در بسیاری از آزمایشگاه های جهان ، با شروع آزمایشات معروف S. Miller و G. Urey ، به طور متقاعد کننده ای اثبات شد. با این وجود مسیر از مولکولهای آلی ساده به ساده ترین سلولهای زنده با قابلیت تولید مثل و دستگاه وراثت بسیار طولانی در نظر گرفته شد. علاوه بر این ، نژادهای باستانی بی روح به نظر می رسیدند. با توسعه روشهای پیچیده برای مطالعه مولکولهای آلی موجود در سنگهای Archean و Proterozoic و همچنین بقایای ساختارهای سلولی میکروسکوپی ، این نظر تغییر کرده است. یکی از شگفت انگیزترین اکتشافات دیرینه شناسی دهه های اخیر ثبت آثار حیات حتی در باستانی ترین سنگ های پوسته زمین است. در نتیجه ، تکامل از ترکیبات آلی به سلولهای زنده در یک زمان بسیار کوتاه ، در همان ابتدای تاریخ زمین پیش رفت. ارگانیسم های فتوسنتز نیز خیلی زود ظاهر شدند. سنگهایی با قدمت 3.8 میلیارد سال پیش نشانگر وجود سیانوباکتریها (جلبکهای سبز آبی) بر روی زمین و در نتیجه وجود فتوسنتز و انتشار بیوژنیک اکسیژن مولکولی است. در مرز Archean و Proterozoic ، سیانوباکتری ها قبلاً با مجموعه ای غنی از اشکال مشابه انواع مدرن نشان داده شده بودند. همراه با بقایای فسیلی سلولهای سبز-آبی ، آثاری از فعالیت های زمین شناسی گسترده در لایه های آرچئان - سنگ های متشکل از استروماتولیت ها - پیدا شد. این فسیلهای نواری و ستونی مشخص از عملکرد جوامع سیانوباکتری ناشی می شوند ، جایی که فتوسنتز سبز-آبی و تعدادی از انواع دیگر باکتریها ، تخریب گرها و شیمی سنتزها از نظر مکانی کاملاً متحد شده اند. بنابراین ، هر کلنی یک اکوسیستم جداگانه را نشان می دهد که در آن فرایندهای سنتز و پوسیدگی مواد آلی به هم پیوند می خورند. استروماتولیت های مدرن فقط در شرایط بسیار شدید - در آبهای شور یا گرم ، جایی که زندگی بسیار سازمان یافته ای وجود ندارد ، بوجود می آیند.

بنابراین ، می توانیم این را در وسط فرض کنیم باستان زندگی روی زمین با انواع مختلفی از پروکاریوت ها نشان داده شد ، و شروع به تأثیر بر تاریخ زمین شناسی آن کرد. در یک محیط کاهنده ، اکسیژن آزاد شده توسط سیانوباکتریها ابتدا در اکسیداسیون ترکیبات مختلف مصرف شده و به صورت آزاد در جو تجمع نمی یابد. در این حالت ، آمونیاک به نیتروژن مولکولی ، متان و مونوکسید کربن - به CO2 ، گوگرد و سولفید هیدروژن - به SO 2 و SO 3 اکسید شد. ترکیب جو به تدریج تغییر کرد.

توسعه زندگی در برابر پس زمینه توسعه زمین شناسی کره زمین پیش رفت. در آرچئان ، به دلیل هوازدگی شیمیایی و فیزیکی و فرسایش زمین ، شکل گیری اولین سنگهای رسوبی در اقیانوس آغاز شد ، گرانیزاسیون آنها صورت گرفت و هسته های سکوهای آینده قاره تشکیل شد. طبق برخی فرضیات ، در آغاز پروتروزوییک ، آنها قاره واحدی تشکیل دادند به نام Megagea ، و توسط یک اقیانوس محاصره شده است.

فعالیت تکتونیکی زمین ، همانطور که عصر سنگهای آذرین نشان می دهد ، با گذشت زمان ثابت نیست. دوره های کوتاه افزایش فعالیت با دوره های طولانی تر استراحت جایگزین می شوند. این چرخه تا 150-500 میلیون سال طول می کشد. در تاریخ سیاره ، زمین شناسان 19 دوره زمین ساختی-ماگمایی را شمارش می کنند که چهار دوره آن فنروزوئیک و 15 دوره دیگر - کریپتوز است. در نتیجه ، ناهمگنی پوسته زمین افزایش یافت. افزایش آتشفشان ، روند کوه سازی یا برعکس ، نشست سکوها مناطق کم عمق و شرایط توسعه زندگی را تغییر داد. بر روی زمین ، منطقه بندی آب و هوایی در حال تضعیف یا تقویت بود. آثار یخچال های طبیعی باستان از دوران آرچئان شناخته شده است.

اعتقاد بر این است که زندگی اولیه در ابتدا توزیع محلی داشته و فقط در اعماق کم اقیانوس ، حدود 10 تا 50 متر وجود دارد. لایه های بالایی ، تا 10 متر ، توسط اشعه ماورا بنفش مخرب نفوذ می کنند و زیر 50 متر نور کافی برای فتوسنتز وجود ندارد. نمک های اقیانوس باستان متفاوت بود افزایش محتوا منیزیم در مقابل کلسیم مطابق با ترکیب سنگهای پوسته زمین اولیه. در این راستا ، یکی از سنگهای اصلی رسوبی آرکئان ، دولومیتهای حاوی منیزیم است. بارش سولفات در اقیانوس رخ نداد ، زیرا هیچ آنیون گوگرد اکسید شده ای وجود نداشت. در سنگ های باستان ، بسیاری از مواد به راحتی اکسید می شوند ، اما کاملاً اکسیده نمی شوند - گرافیت ، لاجورد ، پیریت. در Archean ، در نتیجه فعالیت باکتریهای آهن بی هوازی ، لایه های قابل توجهی از مگنتیت و هماتیت تشکیل شد - سنگ معدنهایی که حاوی آهن دو ظرفیتی غیر اکسید شده هستند. در همان زمان مشخص شد که اکسیژن موجود در ترکیب این سنگها منشأ فتوسنتزی دارد.

مقیاس تدریجی در حال افزایش فعالیت فتوسنتز سیانوباکتریها منجر به ظهور و تجمع اکسیژن آزاد در محیط می شود. انتقال یک جو احیا کننده به یک محیط اکسید کننده در ابتدا مشخص شد پروتروزوییک ، آه همانطور که با تغییر در ترکیب شیمیایی سنگهای زمینی مشهود است.

در تاریخ اکسیژن اتمسفر ، چندین مقدار از آستانه آن مهم است. در زمین ، فاقد فتوسنتز ، اکسیژن در جو به دلیل تجزیه نوری مولکول های آب تشکیل می شود. محتوای آن ، طبق محاسبات G. Yuri ، نمی تواند بیش از 0.001 مورد مدرن باشد (نقطه یوری) و به طور خودکار در این سطح نگه داشته می شود. با این محتوای اکسیژن ، فقط زندگی بی هوازی می تواند وجود داشته باشد. ظهور اکسیژن مولکولی از طریق فتوسنتز امکان تنفس برای سلولهای زنده را فراهم می کند ، که راهی بسیار کارآمدتر برای تخلیه انرژی از تخمیر بی هوازی است. از این موقعیت ها ، مقدار 0.01 مقدار اکسیژن از سطح فعلی مهم است - به اصطلاح نقطه پاستور تعدادی از میکروارگانیسم ها وجود دارند که می توانند متابولیسم انرژی خود را از تنفس به تخمیر و برگشت در زمان نوسان اکسیژن در پایین یا بالای نقطه پاستور تغییر دهند. در همان زمان ، زندگی تقریباً به سطح آبهای بدن گسترش یافت ، زیرا اشعه ماوراio بنفش به دلیل ضعف صفحه ازن ، اکنون می توانست به عمق بیش از یک متر نفوذ کند.

محتوای آستانه سوم О 2 (نقطه برکنر-مارشال) مربوط به 10٪ مورد مدرن است. چنین تشکیلاتی از صفحه ازن را تعیین می کند که در آن جریان های اشعه ماورا بنفش سخت از خورشید دیگر به سطح زمین نمی رسند و در رشد زندگی اختلال ایجاد نمی کنند. توسط تحقیقات مدرن، انتقال نقطه پاستور می توانست 2.5 میلیارد سال پیش اتفاق بیفتد و 10٪ محتوای اکسیژن (نقطه برکنر - مارشال) در دوره 1.8–2.0 میلیارد سال از زمان کنونی رسیده بود.

بنابراین ، بیش از دو میلیارد سال ، زیست کره منحصراً با فعالیت پروکاریوت ها تشکیل شد. آنها محیط ژئوشیمیایی زمین را کاملاً تغییر دادند: آنها جو اکسیژن تشکیل دادند ، آن را از گازهای آتشفشانی سمی پاک کردند ، گره زدند و مقادیر زیادی CO 2 را به سنگهای کربناته تبدیل کردند ، ترکیب نمک اقیانوس را تغییر دادند و ذخایر عظیمی از سنگ معدن آهن ، فسفریت ها و سایر مواد معدنی را تشکیل دادند.

تشکیل جو اکسید کننده منجر به توسعه سریع زندگی یوکاریوتی شد که انرژی آن بر اساس فرآیند تنفس است. بدیهی است که زندگی یوکاریوتی با محیط هوازی تهیه شده توسط پروکاریوت ها ارتباط نزدیک دارد. اولین ارگانیسم های هوازی می توانستند در اوایل ترکیبات سیانوباکتریوم بوجود آمده باشند ، که به گفته دیرین شناسان ، نوعی "واحه های اکسیژن" در یک محیط بی هوازی بودند.

به طور کلی ، اکسیژن آزاد شده توسط ارگانیسم های اولیه فتوسنتز برای اشکال زندگی بی هوازی سمی و کشنده بود. پس از تجمع آن در آب و جو ، جوامع پروکاریوتی بی هوازی به اعماق زمین ، به انتهای اجسام آب ، یعنی به زیستگاههای محلی با کمبود O2 رانده شدند.

در نیمه دوم پروتروزوییک ، گروههای مختلف جلبکهای تک سلولی و تک یاخته ها در دریاها ظاهر شدند. فیتوپلانکتون یوکاریوتی مقیاس فتوسنتز را افزایش داده است. به نوبه خود ، سیانوباکتری ها نیز در این زمان ذخایر عظیمی از استروماتولیت ها به جا گذاشتند ، که نشان دهنده فعالیت فتوسنتزی بالای آنها است. در پایان پروتروزوییک ، بسیاری از محصولات بیولوژیکی در حال حاضر در دریاها ایجاد شده اند که ذخایر نفت و گاز باستان بر اساس آن بوجود آمده است.

آخرین مرحله پروتروزوییک که حدود 100 میلیون سال طول می کشد (وند) ، انفجاری از تنوع چند سلولی را نشان می دهد. این امکان وجود دارد که چند سلولی زودتر ظاهر شده باشد ، زیرا هنوز هیچ شفافیتی درباره تعدادی از یافته های بحث برانگیز دیرینه شناسی وجود ندارد ، اما تنها در وندیان تنوع زیادی از حیوانات و گیاهان آبزی با یک سازمان کاملاً بالا ظاهر می شود. مکانهای وسیعی از موجودات زنده وندیان در مناطق مختلف جهان یافت شد: استرالیا ، آفریقای جنوبی ، کانادا ، سیبری ، در ساحل دریای سفید. در میان حیوانات ، همزن ها و کرم ها غالب بودند ، اشکالی شبیه بندپایان وجود داشت ، اما در کل اکثر آنها از نظر ظاهر خاص متفاوت بودند و در لایه های بعدی یافت نمی شدند. در میان جلبک های اعماق دریا ، بسیاری از اشکال تالوس مانند روبان وجود دارد. یک ویژگی متمایز از کل موجودات زنده Vendian استخوان بندی است. این حیوانات قبلاً به اندازه های بزرگی رسیده بودند ، بعضی از آنها تا یک متر نیز می رسیدند ، اما دارای اجسام ژله ای ژله مانند بودند که در زمین های نرم اثر برجای می گذاشتند. حفظ خوب و گسترده چاپها به طور غیر مستقیم نشانگر عدم وجود جسدخواران و شکارچیان بزرگ در بیوسنوزهای وندی است.

مواد آلی با منشا زیست شناختی از نیمه دوم پروتروزوئیک به یک جز component دائمی و ضروری سنگهای رسوبی تبدیل شده است.

یک مرحله جدید در توسعه جهان آلی ، ظهور انبوه اسکلت های مختلف خارجی و داخلی در موجودات چند سلولی است. از آن زمان ، این دوره به فانروزوئیک برمی گردد - "دوران حیات صریح" ، از آنجا که حفظ بقایای اسکلتی در لایه های زمین به ما امکان می دهد روند تکامل بیولوژیکی را با جزئیات بیشتری بازسازی کنیم. در فنروزوییک تأثیر موجودات زنده بر روی ژئوشیمی اقیانوس ، جو و سنگهای رسوبی به شدت در حال افزایش است. امکان ظهور اسکلت ها با توسعه زندگی فراهم شده است. به دلیل فتوسنتز ، اقیانوس جهانی CO2 را از دست داد و در O 2 غنی شد ، که تحرک تعدادی از یونها را تغییر داد. در بدن موجودات زنده ، اجزای معدنی به عنوان پایه اسکلتی رسوب می کنند.

با استخراج تعدادی از مواد از محیط آبزی و تجمع آنها در بدن آنها ، ارگانیسم ها دیگر غیرمستقیم نیستند ، بلکه سازندگان مستقیم بسیاری از سنگهای رسوبی هستند و خود را در کف آبها دفن می کنند. تجمع کربناتها عمدتا بیوژنیک و آهکی شده است ، زیرا از CaCO3 بیشتر از MgCO 3 برای تشکیل اسکلت استفاده می شود. توانایی استخراج کلسیم از آب توسط انواع مختلفی بدست می آید. در ابتدای فنروزوییک ، رسوبات زیادی از فسفریت ها نیز بوجود آمد ، که توسط فسیل های دارای اسکلت فسفات ایجاد شده است. بارش شیمیایی SiO 2 نیز زیست زا می شود.

سه دوره در Phanerozoic مشخص شده است: پالئوزوئیک ,مزوزوئیک و سنوزوئیک , که به نوبه خود به دوره ها تقسیم می شوند. اولین دوره پالئوزوئیک - کامبرین - با چنان انفجاری از تنوع بیولوژیکی مشخص می شود که آن را انقلاب کامبرین نامیدند. سنگ های کامبرین سرشار از ارگانیسم های زیادی هستند. در این دوره ، تقریباً همه انواع حیوانات موجود فعلی بوجود آمده و تعدادی دیگر نیز که تا زمان ما باقی نمانده اند. باستان گرایان و اسفنج ها ، براکیوپادها ، تریلوبیت های معروف ، گروه های مختلف نرم تنان ، سخت پوستان پوسته ، اکینودرم ها و بسیاری دیگر ظاهر شدند. در میان تک یاخته ها ، رادیولارها و روزن داران بوجود آمدند. گیاهان توسط انواع جلبک ها نشان داده می شوند. از زمان کوچکتر شدن تعداد استروماتولیتها و نقش آنها ، نقش سیانوباکتریها کاهش یافته است.

در حین اردوویسیون و سیلوری تنوع ارگانیسم ها در اقیانوس رشد کرد و عملکردهای ژئوشیمیایی آنها بیشتر و متنوع تر شد. اجداد مهره داران ظاهر شدند. نقش تشکیل صخره از استروماتولیتها به پولیپ های مرجانی منتقل شده است. واقعه اصلی پالئوزوئیک فتح زمین توسط گیاهان و حیوانات بود.

اگر سختی برخی از اشکال باکتری های مدرن در برابر تشعشعات سخت را در نظر بگیریم ، ممکن است در سطح قاره ها از اوایل پرکامبرین ساکن پروکاریوت ها باشند. با این حال ، اشکال پیچیده زندگی تنها با تشکیل یک صفحه ازن تمام عیار قادر به تسلط بر زمین بودند. ظاهراً این روند از زمان سیلورین آغاز شده است ، اما Devonian به دوره اصلی توسعه آن تبدیل شده است. اولین گیاهان زمینی - گروه ترکیبی از سایلوفیت ها - با تعدادی سازگاری اولیه آناتومیکی و ریخت شناختی با زندگی در هوا مشخص می شود: عناصر رسانا ، بافت های اساسی ، روزنه ها و غیره ظاهر می شود. در سایر ویژگی های ساختار آنها ، psilophytes هنوز بسیار شبیه جلبک ها است. پوشش گیاهی زمینی به قدری سریع تکامل یافت که در اواخر دوره Devonian ، جنگلهای گل آهو ، دم اسب و سرخس در زیستگاههای مرطوب و منتقله از آب بوجود آمد. ماس حتی زودتر در خشکی ظاهر شد. این پوشش گیاهی اسپور فقط در بیوتوپ های نیمه سیل مرطوب می تواند وجود داشته باشد و در شرایط بی هوازی به خاک سپرده شود ، رسوبات نوع جدیدی از فسیل - ذغال سنگ را ترک کند.

در دریاها devonian ، همراه با فک ، انواع مختلف ماهی غالب شد. یکی از این گروه ها - از طریق پره های متقاطع ، تعدادی از سازگاری ها را برای زندگی در مخازن کوچک پر از گیاهان در حال مرگ بدست آورد ، باعث به وجود آمدن اولین دوزیستان بدوی شد. اولین بندپایان زمینی از زمان سیلورین شناخته شده اند. در Devonian ، بندپایان خاک کوچک از قبل وجود داشته و ظاهراً مواد آلی پوسیده مصرف می کنند. با این حال ، روند تخریب در زمین هنوز به اندازه کافی م effectiveثر نبود و چرخه بیولوژیکی بسته نشده بود. دفن انبوه مواد آلی گیاهی و خروج آن از سیستم گردش زیستی منجر به تجمع شتابدار O2 در هوا می شود. محتوای اکسیژن جوی در ابتدای فنروزوییک حدود یک سوم زمان فعلی بود. در Devonian ، و به خصوص در دوره بعدی - کربن ، به مدرن رسیده و حتی از آن پیشی گرفته است. جنگل های کربنیفر اوج توسعه گیاهان اسپور هستند. آنها از لنفوئیدهای درخت مانند - لپیدودندرون و سیگیلاریا ، دم اسب های عظیم - کالمات ها ، سرخس های قدرتمند و متنوع تشکیل شده بودند. تولید زیاد گیاه تحریک شده و کافی بود محتوای بالا CO 2 در جو ، که حدود 10 برابر امروز بود. زغال سنگ کربنیفر حاوی مقدار زیادی کربن خارج شده از ذخایر هوای CO 2 در آن دوره است.

در حال حاضر در کربونیفر ، گیاهان و حیوانات قادر به تسخیر مناطق خشکی بودند: اولین ژیمناپرمها - کوردیت ها و اولین خزندگان. اولین حشرات پرنده در هوا تسلط داشتند. در دریاها ، ماهی های غضروفی و \u200b\u200bاستخوانی ، سفالوپودها ، مرجان ها ، شترمرغ ها و براکیوپدها شکوفا شدند. پایان دوره پالئوزوئیک ، دوره پرمین ، با تغییر شدید در شرایط آب و هوایی مشخص شد. آتشفشانی شدید و فرایندهای کوه سازی (پایان دوره تکتونیکی هرسین) منجر به پسروی دریا و بلند مرتبه قاره ها شد: ابر قاره جنوبی گوندوانا و شمالی لوراسیا منطقه بندی جغرافیایی به شدت افزایش یافته است. در گوندوانا ، آثاری از یخبندان گسترده یافت شده است. در Laurasia ، در منطقه خشک آب و هوایی ، مناطق زیادی از رسوبات تبخیر رخ می دهد - گچ ، سنگ و نمک پتاسیم (ذخایر Solikamsk) ، انیدریت ، دولومیت. با این حال ، در مناطق گرمسیری ، تجمع زغال سنگ همچنان ادامه دارد (کوزباس ، پچورا ، چین). پوشش گیاهی اسپور در حال کاهش شدید است. جرم اکسیژن موجود در اتمسفر به مقادیر مشخصه از آغاز پالئوزوئیک کاهش می یابد.

در انتهای مرز پالئوزوئیک و مزوزوئیک پرم و شروع سه گانه در اثر تغییر گیاه ، تجدید عمیقی از جانوران دریایی و زمینی وجود داشت. ژیمناپرمها در میان گیاهان - cicadaceae ، ginkgo و مخروطیان غالب هستند. بسیاری از گروه های دوزیستان و خزندگان اولیه از بین می روند ، تریلوبیت ها در دریاها ناپدید می شوند.

در مزوزوئیک ، تجزیه گوندوانا به قاره های جداگانه و واگرایی آنها از یکدیگر آغاز شد. وسط مزوزوئیک (یورا) دوباره با گسترش آبهای کم عمق ، آب و هوای گرم و تضعیف منطقه بندی جغرافیایی مشخص می شود. جنگل های ژوراسیک از نظر ترکیبات بسیار متنوع تر از جنگل های کربنی بودند ، رطوبت کمتری داشتند و نه تنها در باتلاق ها و در امتداد لبه های آب ، بلکه در داخل قاره ها نیز رشد می کردند. آنها همچنین ذخایر زغال سنگ در امتداد دره ها و دشتهای سیلاب به جا گذاشتند. در میان مهره داران روی زمین ، خزندگان تسلط دارند ، همچنین بر هوا و محیط آبزی ثانویه تسلط دارند. گروههای مختلفی از دایناسورها ، پتروسورها ، ایکیوسورها و بسیاری اشکال دیگر بوجود می آیند.

در مزوزوئیک ، رسوب سنگ های کربناته به شدت کاهش می یابد ، یکی از دلایل آن کاهش بیشتر CO2 در جو و اقیانوس در ارتباط با مصرف فتوسنتز است. ماهیت رسوبات کربنات نیز در حال تغییر است - آنها عمدتا توسط گچ و مارن های بیوژنیک با افزایش کلسیم نشان داده می شوند. در ابتدای مزوزوئیک ، گروه جدیدی از جلبک های تک سلولی ظاهر می شوند - دیاتومهایی با پوسته های سیلیکون ، و به دلیل آنها ، سیلیکون نازک ترشح می کند و سنگهای جدید - دیاتومیت ها - تشکیل می شوند. طبقات آنها در بعضی نقاط در اقیانوس جهانی با سرعت تجمع 7-30 سانتی متر در هر 1000 سال به 1600 متر می رسد. شدت فتوسنتز و مقیاس دفن مواد آلی بسیار زیاد است ، مصرف اکسیژن برای اکسیداسیون سنگها در دوره بین الکتریک ناچیز است ، بنابراین ، در وسط مزوزوئیک ، یک افزایش شدید در جرم اکسیژن هوا وجود دارد ، که بیش از حد فعلی است.

توسعه پوشش گیاهی منجر به ظهور یک گروه مترقی جدید - آنژیوسپرم ها شد. این اتفاق افتاد در گچ دوره ، با پایان آن ، آنها به سرعت در سراسر قاره ها گسترش می یابند ، گیاهان ژیمناپرمها را به طور قابل توجهی تحت فشار قرار می دهند. به موازات گیاهان گلدار ، گروه های مختلفی از حشرات گرده افشان و مصرف کنندگان بافت های آنژیوسپرم به سرعت در حال تکامل هستند. گیاهان گلدار با سرعت رشد و نمو سریع خود ، انواع ترکیبات سنتز شده متمایز می شوند. مستقل از آب در فرآیند های لقاح ، با این حال ، با مصرف رطوبت بیشتر برای فرآیندهای تعرق ، و درگیری شدید عناصر خاکستر در گردش خون ، به ویژه نیتروژن ، مشخص می شود. با ظهور پوشش گیاهی آنژیوسپرمها ، چرخه آب در این سیاره 80-90 by با فعالیت آنها تعیین شد. تحت تأثیر آنها ، مشابه خاک مدرن با تجزیه هوازی سطحی باقیمانده های گیاهان شروع به شکل گیری کرد. فرآیندهای تجمع ذغال سنگ به طور قابل توجهی کند شد.

در طول دوره کرتاسه ، خزندگان تسلط داشتند ، بسیاری از آنها به ابعاد عظیم الجثه رسیدند. همچنین پرندگان دندانی وجود داشتند ، پستانداران جفتی برخاسته و از اجداد اولیه تریاس به وجود می آیند. با پایان دوره ، پرندگان نزدیک به پرندگان مدرن گسترش می یابند. ماهی های استخوانی ، آمونیت ها و بلمنیت ها ، روزن داران در دریاها شکوفا شدند.

پایان دوره کرتاسه با آغاز یک دوره تکتونیکی جدید و خنک کننده جهانی مشخص شد. تغییر فلورها همچنین منجر به تغییر در جانوران شد که در نتیجه تأثیر فرآیندهای زمین ساختی و اقلیمی جهانی شدت گرفت. در مرز دوران مزوزوئیک و سنوزوئیک ، یکی از بزرگترین منقرض شدن ها رخ داده است. دایناسورها و بیشتر خزندگان دیگر از سطح زمین ناپدید شدند. آمونیت ها و بلمنیت ها ، رودیست ها ، تعدادی از ارگانیسم های تک سلولی پلانکتونی و بسیاری از گروه های دیگر در دریاها منقرض شدند. تابش انطباقی فشرده پیشرفته ترین گروه مهره داران - پستانداران و پرندگان - آغاز شد. حشرات شروع به نقش مهمی در اکوسیستم های زمینی کرده اند.

شروع دوره سنوزوئیک با افزایش شرایط هوازی در بیوسفر نه به دلیل افزایش جرم اکسیژن ، بلکه به دلیل تغییر در رژیم های خاک مشخص شد. کامل بودن چرخه های بیولوژیکی افزایش یافته است. جنگل های مرطوب پالئوژن هنوز هم انباشت قابل توجهی از زغال سنگ سیاه و قهوه ای برجای گذاشته است. در همان زمان ، شکوفایی پوشش گیاهی فعال آنژیوسپرم ها باعث کاهش محتوای CO2 در جو به سطح فعلی شد ، در نتیجه آن کارایی کلی فتوسنتز نیز کاهش یافت. در نئوژن هوازی شدن رو به رشد خاک و اجسام آبی تشکیل زغال سنگ و روغن را متوقف کرد. در دوران مدرن ، فقط تشکیل ذغال سنگ نارس در خاک های باتلاقی رخ می دهد.

در طول سنوزوئیک ، تغییرات ناگهانی آب و هوا اتفاق افتاد. در نتیجه تکامل آنژیوسپرم ها در طی دوره های خشکی در اواسط دوران ، تشکیلات گیاهی علفی و انواع جدیدی از مناظر - استپ های باز و چمنزارها بوجود آمد. در پایان ، منطقه بندی اقلیمی افزایش یافت و عصر یخبندان با گسترش یخ در قسمت قابل توجهی از نیمکره شمالی و جنوبی آغاز شد. آخرین موج یخچال های طبیعی فقط حدود 12 هزار سال پیش عقب نشینی کردند.

توسعه جهان ارگانیک

فرآیندهای فیزیکی در حال رشد در جو شرایط آب و هوایی سطح زمین را تعیین می کنند و یکی از دلایل اصلی آب و هوای این سیاره است. اینها شامل فرآیندهای تغییر در ترکیب و گردش جو است که بر جذب تابش خورشید و تشکیل شار تابش موج طولانی تأثیر می گذارد.

شکل کروی زمین باعث جذب مختلف تابش خورشید توسط سطح زمین می شود. بیشتر آن در عرض های جغرافیایی کم جذب می شود ، جایی که دمای هوا در سطح زمین بسیار بالاتر از عرض های میانی و زیاد است. اگرچه این اختلاف دما در کل تاریخ زمین شناسی کره زمین وجود داشته است ، اما از لحاظ کمی در فواصل زمانی مختلف متفاوت بیان شده است. عوامل اصلی سیاره ای که بر توزیع دما تأثیر می گذارند ، تغییر ترکیب جو ، مناطق مختلف خشکی و دریا و محل قرارگیری قاره ها در کره زمین است. اختلاف دما بین عرض های استوایی و قطبی دلیل اصلی حرکت توده های هوا در جو و توده های آب در دریاها و اقیانوس ها بود. با اختلاف معنی داری بین دما در عرض های قطبی و استوایی ، به عنوان مثال ، در دوران مدرن یا در طی بزرگترین یخبندان ها ، حرکات افقی و عمودی بزرگ توده های آب و هوا رخ داده است.

در میان اجزای جو ، ناخالصی های به اصطلاح فعال ترمودینامیکی بیشترین تأثیر را در رژیم دمایی زمین دارند. اینها دی اکسید کربن ، آئروسل و بخار آب هستند. اگرچه غلظت اکسیژن تأثیر مستقیمی بر رژیم دما ندارد ، اما تأثیر آن بر توسعه جهان آلی و ایجاد صفحه ازن بسیار زیاد است.

ترکیب جو تأثیر مستقیمی در توسعه فرآیندهای بیولوژیکی دارد. اکسیژن ، ازن و دی اکسید کربن بیشترین اهمیت را برای توسعه فرآیندهای بیولوژیکی دارند. اکسیژن و دی اکسید کربن توسط ارگانیسم ها برای روند موثر فرآیند های متابولیکی استفاده می شود و صرف کانی سازی و اکسیداسیون مواد آلی می شود.

توسعه جو با فرآیندهای زمین شناسی و ژئوشیمیایی و فعالیت موجودات زنده ارتباط نزدیک دارد. در عین حال ، جو به خودی خود بر سطح زمین تأثیر می گذارد ، زیرا یک عامل قدرتمند هوازدگی و برهنه سازی است.

بدون دست زدن به ویژگی های منشأ جو و تکامل ترکیب آن در دوران باستان و پروتروزوئیک ، ما فقط روندهای اصلی تغییر در ترکیب جو را در طول تاریخ فنروزوییک زمین در نظر خواهیم گرفت. طبق گفته L. Berkner و L. Marshall ، در دوره Vendian ، به اصطلاح نقطه پاستور رسیده است ، زمانی که محتوای اکسیژن در جو نسبت به زمان فعلی به 01/0 درصد افزایش می یابد. این نقطه مرز بسیار مهمی برای رشد موجودات است. در نقطه پاستور ، تعدادی از میکروارگانیسم ها هنگام تنفس به واکنش های اکسیداتیو می روند و در روند متابولیسم ، حدود 30-50 برابر بیشتر از تخمیر بی هوازی (آنزیمی) انرژی آزاد می شود. L. Berkner و L. Marshall بر این باورند که با رسیدن به نقطه پاستور ، بازده صفحه ازن افزایش یافت. شکل ظاهری صفحه ازن ، ورود کوتاهترین قسمت موج تابش فرابنفش به سطح زمین را محدود می کند. دوز کمی از اشعه ماورا بنفش که به سطح زمین می رسد دیگر مانند گذشته از طریق کل ستون آب نفوذ نکرد. این فرصتی را برای موجودات فراهم می کند تا وسعت دریاها و اقیانوس ها را پر کنند. نسبتاً سریع ، در ابتدای کامبرین ، بسیاری از گروه های بی مهرگان ظاهر می شوند و به سرعت مستقر می شوند.

متعاقباً ، طبق گفته برکنر و مارشال ، تقریباً در مرز بین سیلورین و دونین ، یعنی حدود 400 میلیون سال پیش ، محتوای اکسیژن اثر صفحه اوزون را که بخشی از اشعه ماوراio بنفش خورشید را که برای موجودات زنده و سطح دریاها مضر است جذب می کند ، بیشتر می کند. و سوشی برای موجودات زنده ایمن شده است. در این زمان بود که ظهور اشکال اولیه گیاهان در زمین ، ظهور فیتو و زئوپلانکتون ها و اشغال نسبتاً سریع زمین توسط گیاهان و ارگانیسم های زمینی به آن تعلق دارد.

محتوای اکسیژن موجود در جو به دلیل نتیجه گیری فتوسنتز سریع در زمین های جنگلی بدوی ، در حدود میانه Devonian به دست آمد. به گفته تعدادی از محققان ، سطح اکسیژن موجود در جو حتی در آغاز کربنیفر ، زمانی که یک گلدهی سریع از پوشش گیاهی وجود داشت ، فراتر رفت. مرگ انبوه گیاهان در انتهای کربونیفر اولیه باعث کاهش غلظت اکسیژن می شود. همه محققان با دیدگاه برکنر و مارشال موافق نیستند. طبق گفته M. Rutten ، محتوای اکسیژن در جو رسیده است پاستور اشاره می کند نه در وندیان ، بلکه خیلی زودتر ، در وسط باستان و محتوای اکسیژن 10٪ در اواخر ریفیان.

در حال حاضر ، مخازن اصلی اکسیژن سنگهای رسوبی هستند که حاوی حدود 10-622 گرم اکسیژن ، 1.4-1024 گرم اکسیژن در اقیانوس ، 1.21021 گرم در اتمسفر و حدود 1019 گرم اکسیژن در زیست کره هستند. همه این مخازن اکسیژن از طریق جو بهم پیوسته اند. علاوه بر این ، بیشترین اکسیژن رسانی به جو از طریق زیست کره اتفاق می افتد. تولید سالانه اکسیژن در زیست کره تقریباً (1 ... 5/1) - 1017 گرم است. چنین بهره وری بالایی این امکان را فراهم می کند که بتوان اکسیژن موجود در جو را در دهها هزاره ایجاد کرد. در واقع ، در این مدت زمان ، اکسیژن موجود در جو کاملاً تجدید می شود. اکسیژن تولید شده توسط بیوسفر صرف تنفس ، اکسیداسیون مواد آلی و گازهای آتشفشانی و هوازدگی می شود. به طور خاص ، سالانه 3-10 گرم اکسیژن در هنگام هوازدگی مصرف می شود. این بدان معنی است که در صورت عدم وجود کامل منابع اکسیژن ، فقط 4-106 سال تمام اکسیژن اتمسفر برای هوازدگی و اکسیداسیون مواد معدنی مصرف می شود.

براساس بررسی های مدرن ، منبع اصلی اکسیژن موجود در جو ، فرآیند فتوسنتز بود. MI Budyko و AB Ronov محاسبه كردند كه 7/3 - 1021 گرم كربن آلی انباشته شده در ذخایر فنروزوییك و 19 - 1021 گرم اکسیژن تشكیل شده است. این داده ها فقط به قاره ها اشاره دارند ، اما میزان اکسیژن رسانی واقعی باید زیاد باشد ، زیرا در این مورد فتوسنتز در اقیانوس ها در نظر گرفته نشده است. طبق محاسبات نویسندگان ، مشخص شد که بیش از 90٪ کل اکسیژن ورودی در فنروزوییک صرف اکسیداسیون ترکیبات معدنی و هوازدگی می شود. میزان این جریان در طول تاریخ فنروزوییک یکسان نبوده و کاملاً به جرم اکسیژن اتمسفر بستگی دارد. دانستن مقدار کل کربن آلی در فواصل زمانی مشخص ، میزان مصرف اکسیژن برای اکسیداسیون و مقدار ضریب تناسب محاسبه شده به بودیکو و رونوف اجازه داد تا تغییر مقدار اکسیژن موجود در جو را در زمان فنروزوییک محاسبه کنند (7.3).

بر اساس این محاسبه ، جرم اکسیژن اتمسفر در ابتدای فنروزوییک "یک سوم محتوای مدرن بود. در طول فنروزوئیک ، مقدار اکسیژن به طور یکنواخت افزایش یافت. اولین افزایش شدید در اکسیژن موجود در جو ، در Devonian و کربنیفر اتفاق افتاد ، هنگامی که مقدار کل آن به سطح فعلی رسید. در پایان پالئوزوئیک ، جرم اکسیژن کاهش یافت ، و در ابتدای تریاس یا در انتهای پرمین به مقادیر مشخصه پالئوزوئیک اولیه رسید. در وسط مزوزوئیک ، افزایش جدیدی در مقدار اکسیژن وجود داشت که بعداً با کاهش آرام جایگزین شد.

محتوای اکسیژن محاسبه شده در جو مطابقت خوبی با تعدادی از حقایق زمین شناسی دارد. بنابراین ، افزایش اکسیژن در Devonian و Carboniferous همزمان با بالاترین گلدهی گیاهان ، اشغال آن در وسعت وسیع زمین و افزایش قابل توجهی در بهره وری فیتوپلانکتون ها در دریاها و اقیانوس ها است. توسعه شرایط خشک در پرمین و تریاس منجر به کاهش توده گیاه شد و در ارتباط با این ، مصرف اکسیژن برای فرآیندهای اکسیداسیون به شدت افزایش یافت. به نوبه خود ، این امر به کاهش مقدار کل اکسیژن جوی کمک می کند.

مهمترین نقش در شکل گیری آب و هوا مربوط به ناخالصی فعال ترمودینامیکی دیگر است - دی اکسید کربن ، که ایجاد می کند اثر گلخانه ای... در برخی از دوره های تاریخ زمین شناسی زمین ، غلظت دی اکسید کربن در جو به طور قابل توجهی از حد مدرن فراتر رفت ، اما با گذشت زمان حذف تدریجی دی اکسید کربن از جو وجود داشت.

در نتیجه تشکیل کربناتها ، شیمیایی و ارگانوژنیک ، دی اکسید کربن از اتمسفر و هیدروسفر خارج شد. AB Ronov ، بر اساس توزیع و ضخامت سنگ های کربناته و کربناته در قاره های مدرن ، مصرف دی اکسید کربن را در دوره های مختلف فنروزوییک محاسبه کرده است. این داده ها نشان می دهد که حجم کربنات ها یکنواخت تغییر نمی کنند ، اما دچار نوسانات قابل توجهی می شوند.

MI Budyko و AB Ronov تغییر در جرم دی اکسید کربن موجود در جو را در زمان فنروزوییک محاسبه کردند. با توجه به اینکه داده های اولیه شامل مواد مربوط به اقیانوس ها نیستند و دقت آنها به طور طبیعی توسط ناقص بودن ثبت زمین شناسی محدود می شود ، نتایج بدست آمده مطلق نیستند ، بلکه نسبی هستند و شدت فرآیندهای سیاره ای را در فواصل مختلف زمان زمین شناسی مشخص می کنند.

با استفاده از داده های مربوط به میزان دی اکسیدکربن متمرکز شده در سنگهای رسوبی در دوران سنوزوئیک ، نویسندگان دریافتند که 0.021-105 گرم CO2 در طی یک میلیون سال گذشته جمع شده است. براساس محتوای مدرن دی اکسیدکربن در اتمسفر (03/0 درصد) ، ضریب تناسب تعیین شد که به موجب آن غلظت دی اکسید کربن در دوره های مختلف فنروزوییک در جو زمین بدست آمد (7/4).

محتوای دی اکسید کربن در جو در کل فنروزوئیک از 0.4 تا 0.03 eve به طور یکنواخت متفاوت است. اولین کاهش قابل توجه در مقدار کل دی اکسید کربن در اتمسفر در پایان دوره پالئوزوئیک اولیه رخ داد. در پایان دوره مزوزوئیک ، کاهش تدریجی غلظت دی اکسید کربن آغاز شد. آخرین کاهش قابل توجه غلظت CO2 در جو در پلیوسن رخ داده است. در دوران مدرن ، محتوای دی اکسید کربن در جو به کمترین مقدار خود در کل تاریخ زمین رسیده است.

نوسانات فعالیت آتشفشانی بر میزان دی اکسید کربن موجود در جو تأثیر می گذارد. غلظت دی اکسید کربن در جو به طور مداوم همراه با تغییر در سطح فعالیت آتشفشانی تغییر می کند ، حداکثر فعالیت با افزایش CO2 همراه است.

محتوای بخار آب در جو مدرن 23/0 درصد است و نقش آن در ایجاد اثر گلخانه ای بسیار زیاد است. غلظت اشباع بخار آب در جو با افزایش دما افزایش می یابد. هرچه بخار آب در اتمسفر بیشتر باشد ، اثر گلخانه ای قویتر است ، دما نیز بالاتر می رود. در حال حاضر ، حداقل به طور غیرمستقیم ، امکان دستیابی به اطلاعات مربوط به مقدار بخار آب در یک دوره یا دوره دیگر فنروزوییک وجود ندارد. تا حدی ، دوره های شناخته شده رطوبت آب و هوا می تواند گواهی بر محتوای نسبتاً بالای بخار آب داشته باشد.

اما به سوال سبک زندگی هوازی و بی هوازی ، اکسیژن دار و بدون اکسیژن برگردیم. همانطور که قبلاً می دانیم ، میکروارگانیسم ها از روش های بیشتری برای به دست آوردن انرژی بیشتر از موجودات بالاتر استفاده می کنند. بیایید ابتدا به فتوسنتز و تنفس نگاه کنیم. هر دو این فرایندها به معنای واقعی هوازی هستند: فقط در تماس با جو امکان پذیر هستند. اما فتوسنتز می تواند هم اکسیژن و هم اکسیژن باشد ، در حالی که تنفس لزوماً فرآیند اکسیژن است.

با این حال ، میکروارگانیسم ها روش های دیگری برای استخراج انرژی از محیط نیز می دانند. معروف ترین این روش ها تخمیر است. تنوع گزینه های تخمیر شگفت آور است ، اما نکته اصلی همیشه یکسان است: الکترون به تدریج توسط بدن از یک اهدا کننده به یک گیرنده الکترون منتقل می شود. انرژی آزاد شده در طی این انتقال توسط بدن در فرآیندهای حیاتی استفاده می شود *.

* (در این حالت ماده ای که الکترون از آن گرفته می شود اکسید می شود و ماده ای که الکترون را دریافت می کند کاهش می یابد. بنابراین ، این واکنشها را "واکنشهای اکسیداسیون اکسایش زبانی" می نامند. از آنجا که آنها از انرژی تابشی نور خورشید استفاده نمی کنند ، به آنها "تاریک" نیز گفته می شود. هنگام تنفس ، پذیرنده نهایی الکترون اکسیژن آزاد است که با پذیرش الکترون کاهش می یابد و با هیدروژن آب ایجاد می کند. اما میکروارگانیسم ها می توانند از بسیاری ترکیبات دیگر ، اعم از آلی و غیر آلی ، به عنوان گیرنده نهایی الکترون استفاده کنند.)

به گفته استنجه و همکاران ، انواع اصلی متابولیسم میکروبی زیر را می توان تشخیص داد:

1) استفاده از انرژی تابشی (نور خورشید) - فتوسنتز آلی ؛

2) استفاده از واکنش های اکسیداسیون اکسیداسیون که انرژی می دهد (اصطلاحاً واکنش های "تاریک"): الف) تنفس (گیرنده نهایی الکترون اکسیژن آزاد است). ب) تنفس بی هوازی (گیرنده نهایی الکترون ماده غیر آلی دیگری است) ؛ ج) تخمیر (گیرنده نهایی الکترون ماده آلی است).

این انواع فرآیندهای متابولیکی مشخصه میکروارگانیسم ها منجر به "لکه گیری" منطقه انتقال بین اکسیژن و زندگی بی اکسیژن می شود. به جای دو گروه مشخص از موجودات زنده - آنهایی که قادر به زندگی بدون اکسیژن نیستند (به اصطلاح هوازی اجباری) و آنهایی که قادر به زندگی در حضور اکسیژن نیستند (بی هوازی های اجباری) - در میان میکروارگانیسم ها اشکال مختلفی پیدا می کنیم که قادر به زندگی در هر دو محیط اکسیژن و اکسیژن هستند. به آنها بی هوازی های اختیاری گفته می شود. بهتر است در مورد چنین اشکالی از اوایل زندگی بگوییم که آنها توانایی تنفس اختیاری را دارند.

مخمر و اکثریت قریب به اتفاق باکتری ها به بیهوازی های اختیاری تعلق دارند. وقتی محتوای اکسیژن به زیر سطح مشخصی می رسد ، به تخمیر تبدیل می شوند ، بالاتر از این سطح به دلیل تنفس وجود دارد. نقطه گذار را نقطه پاستور می نامند.

این انتقال در بی هوازی های اختیاری به وضوح بیان شده است. نکته پاستور با محتوای اکسیژن حدود 0.01 از محتوای آن در جو مدرن مطابقت دارد (مطابق با ارتباطات شخصی L. Berkner و L. Marshall ، 1966) *.

* (در جو مدرن ، می توان فشار جزئی اکسیژن آزاد را برابر با 159 میلی متر جیوه گرفت. هنر سپس نقطه پاستور مربوط به فشار 1.59 میلی متر جیوه است. هنر)

نقطه پاستور نباید با سطح اکسیژن آزاد اشتباه گرفته شود ، در حالی که ارگانیسم های هوازی نمی توانند تنفس کنند. این سطح با P 50 نشان داده می شود. مقادیر آن برای مهره داران مختلف در جدول نشان داده شده است. یازده

در فشار O2 مربوط به نقطه پاستور ، ارگانیسم هایی که توانایی تنفس غیر عادی را دارند نسبت به آنهایی که قادر به زندگی در حضور اکسیژن نیستند مزایای قابل توجهی به دست می آورند. به هر حال ، فرآیند تنفس انرژی بسیار بیشتری نسبت به تخمیر می دهد. این با این واقعیت توضیح می یابد که محصول نهایی تخمیر یک ماده آلی است که الکترون را پذیرفته است ، در حالی که اکسیژن آزاد در هنگام تنفس به عنوان یک گیرنده الکترون عمل می کند. مواد آلی که محصول نهایی تخمیر است ، در حین تنفس تا انتها اکسید می شوند و مقدار زیادی انرژی اضافی می دهند. همانطور که از معادلات ارائه شده در اینجا مشاهده می شود ، میزان انرژی تنفسی بیش از ده برابر انرژی تولید شده هنگام تخمیر است.