შესავალი ბიოგეოქიმიურ ციკლებში

იხილეთ მიმოხილვა იმისა, თუ როგორ გადამუშავდება ატომები დედამიწის ეკოსისტემებში ბიოგეოქიმიური ციკლების მეშვეობით.

საკვანძო საკითხები

ენერგია მიედინება ეკოსისტემაში და იფანტება სითბოს სახით, ქიმიური ელემენტები კი გადამუშავდება.
იმ გზებს, რომლებითაც ელემენტი — ან ნაერთი, მაგალითად, წყალი — მოძრაობს თავის ცოცხალ თუ არაცოცხალ ფორმებსა და ლოკაციებს შორის ბიოსფეროში, ეწოდება ბიოგეოქიმიური ციკლი.
ბიოგეოქიმიური ციკლები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ცოცხალი ორგანიზმების არსებობაში. ამ ციკლებში მოიაზრება წყლის, ნახშირბადის, აზოტის, ფოსფორისა და გოგირდის წრებრუნვები.

შესავალი

რისგანაა აგებული თქვენი სხეული? მიკიბ-მოკიბვა რომ არ დავიწყოთ: ატომებისგან. ძალიან, ძალიან ბევრი ატომისგან — უფრო ზუსტად, დაახლოებით 7,000,000,000,000,000,000,000,000,000-სგან.

^{1}

საიდან მოდის ყველა ეს ატომი?

შორეულ წარსულს თუ გავუყვებით, თქვენი — და ნებისმიერი სხვა ცოცხალი ორგანიზმის! — სხეულის შემადგენელი ელემენტების დიდი ნაწილი მომაკვდავ ვარსკვლავებში გაჩნდა მილიარდობით წლის წინ. ეს ძალიან მაგარია, თუმცა ამით მთლიანი სურათი მაინც არ ჩანს. რას აკეთებდნენ თქვენი სხეულის ატომები უფრო ახლო წარსულში, დედამიწაზე ყოფნისას?

ენერგია მიედინება, მატერია კი გადამუშავდება.

ენერგია დედამიწის ეკოსისტემებში პირდაპირ მიედინება. როგორც წესი, იგი შემოდის მზის სინათლის სახით და ტოვებს ეკოსისტემას სითბოს სახით. მიუხედავად ამისა, ის ქიმიური კომპონენტები, რომლებიც აგებენ ცოცხალ ორგანიზმთა სხეულებს, განსხვავებულად მოქმედებს: ისინი გადამუშავდება და ხელახლა გამოიყენება.

ეს რას ნიშნავს? პირველ ყოვლისა, თქვენს სხეულში არსებული ატომები ახლები სულაც არ არიან. ნაცვლად ამისა, ისინი ციკლურად მოძრაობდნენ ბიოსფეროში ძალიან, ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში და იყვნენ მრავალი ცოცხალი ორგანიზმისა თუ არაცოცხალი ნაერთის ნაწილი. შესაძლოა, რელიგიური გაგებით არ გწამდეთ რეინკარნაციის, მაგრამ უდავოა, რომ თქვენი სხეულის ატომები ძალიან ბევრი ცოცხალი და არაცოცხალი რამის ნაწილები იყო დროის განსხვავებულ მონაკვეთებში!

ამ სურათზე ენერგიის ნაკადი ყვითელი და წითელი ისრებითაა ნაჩვენები. ყვითელი ისრები გამოყენებად ენერგიას ილუსტრირებს, წითლები კი იმ ენერგიას, რომელიც დაიკარგა სითბოს სახით. მწვანე ისრები ქიმიური საკვები ნივთიერებების მუდმივ გადამუშავებას ასახავს. სურათის წყარო: ბიოგეოქიმიური ციკლები: სურათი 1, ევა ჰორნი და რობერტ ა. ბირი; ორიგინალი სტატიის ლიცენზიაა CC BY 4,0

ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე შედარებულია ეკოსისტემებში ენერგიისა და მატერიის მოძრაობა. ენერგია — ყვითელი ისრები — როგორც წესი, მზის სინათლის სახით შემოდის, შემდეგ პროდუცენტები, მაგალითად მცენარეები, მას შთანთქავენ და ქიმიურ ბმებში იყენებენ, ბოლოს კი იგი გადაეცემა კონსუმენტებს, მაგალითად, მცენარეების ან სხვა ცხოველების მჭამელ ცხოველებს. საბოლოოდ, მცენარები და ცხოველები იხოცებიან, მათ სხეულებში არსებულ ქიმიური ბმების ენერგიასა და ნარჩენ პროდუქტებს რედუცენტები ათავისუფლებენ. თითოეული გადაცემის დროს ენერგიის რაღაც ნაწილი გარდაიქმნება გამოუყენებელ ფორმად, სითბოდ — წითელი ისრები — და, საბოლოოდ, ენერგიის მთლიანი მოცულობა იფანტება.

ამის საპირისპიროდ, ატომები — მწვანე ისრები — რომლებითაც ორგანიზმთა სხეულებია აგებული, არ იკარგება. მართალია, ატომებს შორის არსებული ბმების ენერგია სითბოს სახით გამოთავისუფლდება, მაგრამ თვითონ ატომები რჩება. ისინი, უბრალოდ, გადამუშავდება, იცვლის ფორმას და საბოლოოდ ავსებს არაორგანული ელემენტებისა და ნაერთების იმ ფონდის რიგებს, რომელიც პროდუცენტების ქსოვილებშია მოქცეული.

ორგანული მოლეკულების შემადგენელი ექვსი ყველაზე ხშირი ელემენტი — ნახშირბადი, აზოტი, წყალბადი, ჟანგბადი, ფოსფორი და გოგირდი — მრავალ სხვადასხვა ქიმიურ ფორმას იღებს. შესაძლოა, ისინი დროის ხანმოკლე ან ხანგრძლივი მონაკვეთებით ინახებოდეს ატმოსფეროში, მიწაზე, წყალში, მიწის ზედაპირს ქვემოთ ან ცოცხალი ორგანიზმების სხეულებში. გეოლოგიური პროცესები — ქანების გამოფიტვა, ეროზია, წყლის ამოშრობა და კონტინენტური ფილების სუბდუქცია — გარკვეულ როლს ასრულებენ ნივთიერებების ამ გადამუშავებაში ისევე, როგორც ურთიერთქმედებები ორგანიზმებს შორის.

იმ გზებს, რომელთა მეშვეობითაც ელემენტი — ან, ზოგ შემთხვევაში, ნაერთი, როგორიცაა წყალი — მოძრაობს თავის სხვადასხვა ცოცხალ და არაცოცხალ ფორმასა და ლოკაციას შორის, ეწოდება ბიოგეოქიმიური ციკლი. ეს სახელწოდება მეტყველებს იმაზე, რომ ამ ციკლების გასაგებად მნიშვნელოვანია ქიმიის, გეოლოგიისა და ბიოლოგიის ცოდნა.

რომელი ბიოგეოქიმიური ციკლებია საკვანძო სიცოცხლისთვის?

წყალი, რომელიც წყალბადისა და ჟანგბადისგან შედგება, არსებითია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. ამის გამო, წყლის წრებრუნვა საკმაოდ მაღლა დგას სიაში იმ ციკლებისა, რომლებიც მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის!

ჰიდროსფერო — ერთობლიობა იმ ადგილებისა, სადაც წყალი მოიპოვება — დიდი და მრავალფეროვანია. წყალი სითხის სახით არსებობს დედამიწის ზედაპირზე და მის ქვეშ, როგორც ყინული პოლარულ მყინვარულ ქუდებსა და მყინვარებში და წყლის ორთქლი ატმოსფეროში. თუ გსურთ, მეტი გაიგოთ იმის შესახებ, თუ როგორ მოძრაობს წყალი ციკლურად, გაეცანით სტატიას წყლის წრებრუნვის შესახებ.

წყალი ჩვენი სხეულის ნახევარზე მეტს შეადგენს, თუმცა ადამიანებს მარტოოდენ წყლით არსებობა არ შეგვიძლია. არსებობს სხვა საკვანძო ელემენტებიც, რომლებიც ჩვენი სხეულის სიცოცხლისუნარიანობას უზრუნველყოფს და ბიოგეოქიმიური ციკლების ნაწილს წარმოადგენს:

ნახშირბადი ყველა ორგანულ მაკრომოლეკულაშია. იგი აგრეთვე წიაღისეული საწვავის საკვანძო კომპონენტია. მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია ნახშირბადის წრებრუნვის შესახებ.
აზოტი საჭიროა ჩვენი $დნმ$ ‍-ის, $რნმ$ ‍-ისა და ცილებისთვის. იგი აგრეთვე გადამწყვეტ როლს ასრულებს სოფლის მეურნეობაში. მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია აზოტის წრებრუნვის შესახებ.
ფოსფორი $დნმ$ ‍-ისა და $რნმ$ ‍-ის საკვანძო კომპონენტი და სოფლის მეურნეობაში გამოყენებული ხელოვნური სასუქის ერთ-ერთი მთავარი ინგრედიენტია. მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია ფოსფორის წრებრუნვის შესახებ.
გოგირდი საკვანძოა ცილების სტრუქტურაში. იგი ატმოსფეროში გამოთავისუფლდება წიაღისეული საწვავის წვისას.

ეს ციკლები, წრებრუნვები, იზოლირებულად არ მიმდინარეობს, წყლის წრებრუნვა კი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია სხვა ბიოგეოქიმიური ციკლებისთვის. მაგალითად, წყლის მოძრაობა გადამწყვეტ როლს ასრულებს აზოტისა და ფოსფატის მდინარეებში გამოტუტვაში. ოკეანეც ერთ-ერთი მთავარი რეზერვუარია ნახშირბადისთვის.

მართალია, თითოეული ელემენტი თუ ნაერთი თავის გზას მიუყვება, მაგრამ ყველა ეს საკვანძო ქიმიური ნივთიერება ციკლურად მოძრაობს ბიოსფეროში, ბიოტურ — ცოცხალ — და აბიოტურ — არაცოცხალ — სამყაროებს შორის, ერთი ცოცხალი ორგანიზმიდან მეორეზე.

ატრიბუცია

მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიებია:

„ბიოგეოქიმიური ციკლები", რობერტ ბირი, დევიდ რინტული, ბრიუს სნაიდერი, მართა სმიტ-კალდასი, კრისტოფერ ჰერენი და ევა ჰორნი, CC BY 4,0. ჩამოტვირთეთ ორიგინალი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/db89c8f8-a27c-4685-ad2a-19d11a2a7e2e@24,18
„ბიოგეოქიმიური ციკლები", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგიის კონცეფციები, CC BY 4,0. ჩამოტვირთეთ ორიგინალი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839c-42b0-a314-e119a8aafbdd@9,10

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები

Brian Kross, „How Many Atoms Are in the Human Body?" Jefferson Lab, მოძიების თარიღია 9 ივნისი, 2016, http://education.jlab.org/qa/mathatom_04.html.

წყაროები

"Biogeochemical cycle". Wikipedia. ბოლოს შეიცვალა 10 აპრილს, 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Biogeochemical_cycle.

Kross, Brian. „How Many Atoms Are in the Human Body?" Jefferson Lab. მოძიების თარიღია 9 ივნისი, 2016. http://education.jlab.org/qa/mathatom_04.html.

Raven, Peter H., George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, and Susan R. Singer. „Biogeochemical Cycles." In Biology, 1209-1214. 10th ed., AP ed. New York: McGraw-Hill, 2014.

Reece, Jane B., Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, and Robert B. Jackson. „Ecosystems." In Campbell Biology. 10th ed. San Francisco: Pearson, 2011.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.