Биогенни химични елементи и биогенни соли

Освен тях за жизнената дейност на организмите са необходими химични елементи в малки количества, които се означават като микроелементи. Независимо от това, че те се съдържат в организмите в количества, по-малки от 0,01% от биомасата, те са абсолютно необходими и в много случаи представляват ограничаващ екологичен фактор. Все още потребностите на живите организми от биогенни микроелементи не са напълно проучени. Ейстер посочва 10 елемента, необходими за жизнената дейност на растенията, които могат да бъдат включени в три категории:

1/ необходими за фотосинтезата - молибден, бор, кобалт, манган, желязо, хлор, цинк, ванадий:

2/ необходими за азотната обмяна - молибден, бор, кобалт, желязо:

3/ необходими за други обменни процеси - манган, бор, кобалт, мед и силиций. Повечето от тези микроелементи са необходими и за жизнената дейност на животните.

Познанията за значението на отделните химични елементи, съдържащи се в почвата и участващи посредством трофичната верига в структурата както на автотрофните, така и на хетерофните организми, се променя. През 1997 г. се приема, че за жизнената дейност на растенията и висшите животни са необходими следните химични елементи:

Задоволяването на потребностите на организма на животните от минерални вещества зависи от тяхното съдържание в почвата и от възможността за усвояването им.

Началото на изучаването на биологичната роля на микроелементите е положено от основателя на биогеохимията Вернадски. Виноградов пръв е посочил съществуването на биогеохимични провинции, с което обяснява възникването на заболявания, наречени биогеохимични ендемии, проявяващи се там, където има излишък или недостиг в почвата на определени химични елементи, необходими в определени количества за нормалното развитие на животните и човека. Йодният дефицит е световнозначим проблем, който се заключава в масово разпространение на йоднедоимъчни заболявания сред населението, обитаващо територии с ниско съдържание на йод в околната среда. Бедните на йод почви и ниското съдържание на този микроелемент в питейните води са предпоставка за ниското съдържание на елемента в храните от растителен и животински произход, които се получават от тази територия, която следва да бъде дефинирана като йоддефицитна биогеохимична провинция. Значимостта на проблема, произтичащ от дефицита на йод, е индикатор за значимостта на проблемите, свързани с недостига на жизненоважни химични елементи, които са проучени недостатъчно. По данни на СЗО 1,6 млрд. човека обитават територии с дефицит на йод. 665 млн. страдат от йоддефицитна гуша (струма), при 43 млн. се наблюдава различно по степен увреждане на интелекта, а 11 млн. са кретените, родени от майки с тежък йоден дефицит по време на бременността. Категорично е установено, че при относително малък недостиг на йод интелектуалният потенциал на популационно ниво е с 10 - 15% по-нисък в сравнение с контролните групи. Особено чувствителни на йоден дефицит са бременните, както и децата в първите три години след раждането. Йодът е използван като пример за биологичната роля на химичните елементи, включени в сборното понятие микроелементи. За съжаление както дефицитът, така и излишъкът на химични елементи при малки отклонения от нормата може да доведе до сериозни последици за съществуването на популацията. Има данни, че незначителното замърсяване на въздуха и почвата с никел (от никелираните детайли на автомобилите) е причина за стерилитет при мъжете и нарушаване на възпроизводителните функции на жени.

Въз основа на проучвания в конкретни екосистеми и моделиране при лабораторни условия е проучено екологичното въздействие на редица микроелементи (йод, флуор, мед, кобалт, селен и др.), при липса на които настъпват тежки нарушения в организма на животните. При превишаване на определени концентрации на бора, арсена, молибдена, мангана, селена, стронция и др. е установено отровно действие за растенията, животните и човека Значението на повишените концентрации на микроелементите е особено подчертано в райони с интензивно развита промишленост или активен транспорт. В резултат на антропогенната дейност в различна степен се повишава съдържанието на микроелементи, като тяхното количество и вид се определят от особеностите на стопанската дейност на хората

Съществуват три типа пожари с различно екологично значение.

Значението на водата за съществуването на организмите като биологични макросистеми може да се прецени по факта, че животът е възникнал във водна среда. При организмите върху сушата водата представлява основна част на протоплазмата на клетката. В процеса на еволюцията нейната роля се е утвърдила като толкова значима, че всички биохимични процеси на суборганизмено равнище се осъществяват само при наличие на вода, във водна среда. Водата и разтворените в нея вещества обуславят осмотичното налягане в клетките и тъканите, а заедно с това и междуклетъчната обмяна.

Освен тези две основни групи, съществуват и други, значението на които е ограничено в райони със специфични параметри на екологичните фактори. Например в северните райони растенията съществуват при недостиг на вода поради това, че тя е в твърдо състояние. Представителите на флората от тези райони се наричат психрофити, а тези, които живеят в студени и сухи екотопи - криофити.

Съществува и особена екологична група от растения, наречени тропофити, които растат в областите, в които се редуват влажен и сух сезон. Те се променят морфологично в зависимост от сезона, като най-характерно е опадването на листата през неблагоприятния сезон. Тропофитите, които в периода на лятно засушаване губят листата си, се наричат зимно-зелени. Например баобабът и други растения в Африка през сухия сезон силно намаляват жизнената си активност.

Екологични групи животни в зависимост от влаголюбивостта им. Повечето сухоземни животни активно задоволяват потребностите си от вода. Видове, които живеят в сухи райони, изминават огромни разстояния до водоизточника, което е свързано с морфологични и поведенчески приспособления.

Много животни поемат необходимата им вода с храната и не се нуждаят от допълнително количество.

Някои видове са се приспособили да оползотворят метаболитната вода, образуваща се при окисляването на мазнините и въглехидратите. При разграждането на 1 g мазнини в организма се образува 1,07 g метаболитна вода. С това се обяснява необикновената устойчивост на камилата към недостига на вода. Този вид оползотворява метаболитната вода, поради което може продължително време да пребивава в пустинята без достъп на питейна вода.

В зависимост от влаголюбивостта сухоземните животни се делят на три екологични групи, но разграничаването е значително по-условно от това при растенията.

Водата има висока топлоемност и топлопроводност. Освен това най-високата и плътност е при 4^оС, а при замръзване се разширява, поради което ледът се образува само на повърхността на водоемите, като в дълбочина не се променя агрегатното състояние на водата и при по-ниски температури на въздуха.

Поради устойчивия температурен режим във водоемите водните обитатели имат относително постоянна температура и принадлежат към категорията на стенотермните организми. Незначителни отклонения в температурния режим могат да променят съществено биоценозата във водните екосистеми. Например в близост до ТЕЦ и АЕЦ при повишаване на температурата на водоемите само с 2-3^оС биоценозата се променя съществено. Затоплената вода може да унищожи фитопланктона и безгръбначните животни, които служат за храна на рибите. Освен това при повишаване на температурата рибата става по-възприемчива към отровното действие на тежките метали.

Плътност и вискозитет на водата. Плътността на водата превишава 800 пъти плътността на въздуха. Тази особеност, както и по-високият вискозитет, определят и някои особености на водните организми. При растенията липсват или са слабо развити опорните тъкани. Много от водните растения са плаващи и се намират във водния слой. Повечето водни животни имат обтекаема форма на тялото, намаляваща съпротивлението при плуване. Много видове отделят слуз, която има същото предназначение.

Налягане на водата. Налягането на водата е значително по-голямо от атмосферното. На всеки 10 m дълбочина налягането се увеличава с една атмосфера. В процеса на еволюция някои водни организми са се приспособили към сравнително високото налягане на водата, оособено дълбоководните видове.

Прозрачност на водата. Прозрачността на водата е определящ фактор, тъй като от нея зависи светлинният режим във водната екосистема, развитието на автотрофните организми. В мътни водоеми фотосинтезиращите организми се развиват само на повърхността на водата, в прозрачни води те достигат значителна дълбочина. Прозрачността се определя от съдържанието на частици от минерални и органични вещества, дребни организми и др. През лятото се наблюдава значително намаляване на прозрачността поради цъфтежа на някои видове водорасли.

Съдържание на соли. Природните водоеми съдържат определено количество соли, които определят осолеността на водата. Най-голямо е биологичното значение на карбонатите, сулфатите и хлоридите. В сладководните водоеми се съдържат средно под 0,5 g соли на 1 l вода, а в моретата и океаните солеността достига 35 g/l. Съществуват различия в солеността на различните водоеми. Докато в открития океан съдържанието на соли е 35 g/l, в Черно море то е 19 g/l.

Съществуват различия и по отношение на състава на разтворените във водата химични елементи. По принцип сладководните водоеми се различават съществено както по концентрация, така и по химичен състав на разтворения в тях солеви състав. В тях се съдържат почти всички известни химични елементи, но най-голямо е биологичното значение на натриевия, магнезиевия и калиевия хлорид и на магнезиев сулфат.

Поради ниското солево съдържание на сладките води те имат ниско осмотично налягане, предизвикващо постоянен приток на вода в клетките на живите организми. В процеса на еволюцията си те са придобили съвършени механизми за регулиране на осмотичното налягане и изхвърляне на излишната вода. Концентрацията на соли в клетките на морските организми е равна на външната и при тях регулиращите осмозата механизми са слабо развити. Тези различия ограничават преминаването на много морски растения и животни от една водна среда в друга.

Съдържание на кислород във водите. В наземните екосистеми съдържанието на кислород не представлява ограничаващ екологичен фактор, докато във водните екосистеми този фактор има определящо значение. Кислородът постъпва във водата от атмосферата и от фотосинтезиращите хидробионти. Съдържанието му е обратно пропорционално на температурата.

Различните хидробионти са с различни изисквания към съдържанието на кислород във водата. Например пъстървата е силно чувствителна към недостига му, поради което живее само в бързотечащи и студени води. Карасът, шаранът и други видове понасят и пониженото съдържание, поради което обитават застояли води.

Хидробионтите са с висока чувствителност към рН на средата. Много видове растения и животни в сладководните водоеми са се приспособили към точно определени граници на рН. Много от сладководните риби могат да живеят при рН от 5 до 9. При рН под 5 и над 10 се наблюдава масова гибел на риби и много други водни обитатели.

Това сборно понятие включва жизнената дейност на организмите, която оказва влияние върху други организми. Тези взаимоотношения са изключително сложни и многообразни, поради което условно могат да бъдат включени в две големи групи: директни и индиректни.

Хищниците регулират числеността на своите жертви, но и зависят от тях, тъй като те като хранителен ресурс определят числеността на популацията на хищника. В години на масова поява на гризачи дребните хищни бозайници и грабливите птици също стават многобройни, а в години с ограничена численост на гризачите хищниците също бързо намаляват.

Много интересни са биотичните взаимоотношения на паразитиращи видове с жизнената им среда, която в този случай е организмът на гостоприемника. Паразитът и гостоприемникът се приспособяват за съвместно съществуване.

Индиректни взаимоотношения е многостранното косвено въздействие, което се изразява в промени в екотопа, респективно в параметрите на жизнената среда. Живите организми в процеса на жизнената си дейност променят обкръжаващата ги нежива природа, а това е свързано с промяна в жизнената среда за всички видове, формиращи биоценозата на даден биотоп. Например бактериите, които променят състава на почвата, променят и жизнената среда на растенията и многоклетъчните почвени животни. Биотичните фактори са основата на екологичната хранителна верига. Те определят взаимната връзка между растенията и животинския свят, между различните видове потребители. Засега липсва единна класификация на биотичните фактори. Те се делят на вътрешновидови и междувидови.

Вътрешновидовите се състоят от две големи подгрупи - демографски и екологични. Демографските фактори са численост и плътност на популацията, съотношение между половете, продължителност на живота, плодовитост. Екологичните фактори са свързани с груповия ефект и конкуренцията между индивидите и възрастовите групи.

Междувидовите биотични фактори са разнообразни по характеристика. Тук се включват промените в средата в резултат на жизнената дейност на живите организми, взаимодействието между видовете, в т. ч. и паразитизмът, храненето на организмите, взаимоотношенията между видовете, които образуват екологичната хранителна верига, и др.

Тази, както и други класификации подчертават взаимната връзка и влиянието на биотичните фактори (поотделно и в съвкупност) върху организмите.

Биотичните фактори се използват в мероприятията за преобразуване, стопанисване и опазване на биосферата. Посредством тяхното целенасочено регулиране се променя съставът и състоянието на абиотичната и биотична част на екосистемите (например укрепване на пясъците в пустините посредством подходящи растения), променя се микроклиматът (при залесяване се променя значително температурно-влажностният режим на въздуха), подобрява се почвеното плодородие, организира се биологичната борба с вредителите и др.