Kruženje tvari u prirodi
Uvod
Izaberi jedan od predloženih hranidbenih lanaca i na njemu objasni kako tvari kruže, a energija protječe hranidbenim lancima.
Tvari i energija
Do sada si naučio kako svaki organizam, bilo jednostanični ili višestanični, za preživljavanje treba svakodnevni unos hranjivih tvari iz kojih oslobađa potrebnu energiju.
Prisjeti se pa navedi neke procese u organizmu kojima se oslobađa energija.
Dio energije utroši se na svakodnevno obavljanje aktivnosti poput rada srca i pluća, za obnavljanje tkiva ili proizvodnju hormona, a dio energije ostaje pohranjen u spojevima od kojih je organizam izgrađen.
Organizmi uzimaju tvari potrebne za život iz okoline preko površine svojeg tijela. Mnogi organizmi imaju vrlo specijalizirano izgrađene dijelove tijela za unos hranjivih tvari, minerala i vode. Životinje hranu često usitnjavaju i razgrađuju do manjih sastavnica koje zatim unose u krv preko površine svojih crijeva. Gljive potrebne tvari većinom unose preko hifa, duguljastih tvorbi koje su razgranate u tlu. Biljke su autotrofni organizmi pa sami stvaraju svoju hranu, ali mnoge minerale potrebne za proizvodnju organskih tvari, poput spojeva dušika ili fosfora, uzimaju korijenom iz tla. Prisjeti se koji su kemijski spojevi biljkama nužni za fotosintezu. Kako one dolaze do tih kemijskih spojeva?
Organizmi uzimaju tvari potrebne za život iz okoline preko površine svojeg tijela.
Mnogi organizmi imaju vrlo specijalizirano izgrađene dijelove tijela za unos hranjivih tvari, minerala i vode.
Životinje hranu često usitnjavaju i razgrađuju do manjih sastavnica koje zatim unose u krv preko površine svojih crijeva.
Gljive potrebne tvari većinom unose preko hifa, duguljastih tvorbi koje su razgranate u tlu.
Biljke su autotrofni organizmi pa sami stvaraju svoju hranu, ali mnoge minerale potrebne za proizvodnju organskih tvari, poput spojeva dušika ili fosfora, uzimaju korijenom iz tla.
Prisjeti se koji su kemijski spojevi biljkama nužni za fotosintezu.
Kako one dolaze do tih kemijskih spojeva?
Izmjena tvari odvija se preko površine tijela
Razmisli zašto na svijetu ne postoji papučica velika poput slona. Oblik i površina tijela organizama iznimno su važni za obavljanje njihovih životnih procesa. Organizmi ili njihovi dijelovi tijela koji imaju povećanu površinu, proporcionalno su više izloženi okolini, a izmjena tvari je uvećana. Mnogi tkiva i organi različitih organizama razgranatog su oblika, imaju mnoga uvrnuća ili izbočenja upravo zbog uvećane površine preko koje je omogućen brži unos tvari. Kako se mijenja odnos volumena stanice i površine membrane s povećanjem stanice? Pogledaj video i donesi zaključak.
Razmisli zašto na svijetu ne postoji papučica velika poput slona.
Oblik i površina tijela organizama iznimno su važni za obavljanje njihovih životnih procesa.
Organizmi ili njihovi dijelovi tijela koji imaju povećanu površinu, proporcionalno su više izloženi okolini, a izmjena tvari je uvećana.
Mnogi tkiva i organi različitih organizama razgranatog su oblika, imaju mnoga uvrnuća ili izbočenja upravo zbog uvećane površine preko koje je omogućen brži unos tvari.
Kako se mijenja odnos volumena stanice i površine membrane s povećanjem stanice?
Pogledaj video i donesi zaključak.
Ponekad velika površina tijela ne daje prednost organizmu. U vrućim i sušnim područjima se primjerice preko velike površine tijela lakše gubi voda i mnogi stanovnici takvih krajeva prilagođeni su na različite načine kako bi spriječili prevelik gubitak vode iz organizma.
Toplinska energija
Protjecanje toplinske energije, kao i izmjena tvari, odvija se preko površine tijela. Brzina protjecanja topline proporcionalna je temperaturnoj razlici tijela i okoline što znači da će u hladnijem staništu tijelo brže gubiti svoju toplinu. Iz takvog načina protjecanja energije proizlazi nekoliko važnih prilagodbi.
Usporedi veličinu uški pustinjske i polarne lisice.
Jedna je prilagodba na temperaturne uvjete u okolišu duljina tjelesnih nastavaka, primjerice uški.
Prisjeti se još primjera životinja s velikom površinom ušiju ili drugih tjelesnih nastavaka kojima se lakše hlade u toplijim krajevima.
Mnoge životinje će tijekom hladnijih razdoblja pokušati smanjiti površinu preko koje gube toplinu tako da se prigrle drugim jedinkama u populaciji ili da tjelesne nastavke velike površine poput nogu ili repa prekriju vlastitim tijelom.
Veličina tijela je još jedna prilagodba na temperaturne uvjete okoliša. Organizmi koji žive u hladnijim područjima češće su veći od svojih srodnika koji žive u toplijim područjima jer imaju manji omjer površine i volumena. Kod manjih organizama je taj omjer veći, stoga teže zadržavaju toplinu.
Polarni je medvjed puno veći od smeđeg medvjeda.
Usporedi mase malajskog i smeđeg medvjeda.
Mali organizmi imaju brži metabolizam od velikih. Mali organizmi gube više topline zbog većeg omjera površine i volumena te moraju biti aktivniji i unositi više hrane po jedinici mase kako bi se se taj gubitak nadoknadio. Zato će biti brži metabolizam miša u odnosu na sporiji kod slona. Brži metabolizam znači oslobađanje više energije u jednakom vremenu što je u skladu s njezinom visokom potrošnjom.
Tvari neprestano kruže, a enegija protječe između žive i nežive prirode
Izmjenom tvari između organizama i okoliša dolazi i do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi. Međutim, organizam iz hrane ne dobiva samo energiju nego i molekule koje mogu poslužiti za izgradnju vlastitoga organizma.
Količina tvari koje kruže u prirodi je stalna, a one samo prelaze iz jednog u drugi kemijski oblik odnosno možemo reći da se recikliraju. U tom neprestanom kruženju neživa tvar postaje sastavni dio živih bića, a oni nakon smrti postaju sastavni dio nežive prirode. Takvo kruženje atoma kemijskih elemenata i njihovih spojeva u prirodi nazivamo biogeokemijskim ciklusom. Promotrit ćemo kruženja nekih od najvažnijih tvari među kojima se ističu makroelementi poput ugljika i dušika, mikroelementi poput fosfora te voda.
Izmjenom tvari između organizama i okoliša dolazi i do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi.
Međutim, organizam iz hrane ne dobiva samo energiju nego i molekule koje mogu poslužiti za izgradnju vlastitoga organizma.
Količina tvari koje kruže u prirodi je stalna, a one samo prelaze iz jednog u drugi kemijski oblik odnosno možemo reći da se recikliraju.
U tom neprestanom kruženju neživa tvar postaje sastavni dio živih bića, a oni nakon smrti postaju sastavni dio nežive prirode.
Takvo kruženje atoma kemijskih elemenata i njihovih spojeva u prirodi nazivamo biogeokemijskim ciklusom.
Promotrit ćemo kruženja nekih od najvažnijih tvari među kojima se ističu makroelementi poput ugljika i dušika, mikroelementi poput fosfora te voda.
Kruženje ugljika
Veći dio ugljika koji kruži unutar biogeokemijskih ciklusa vezan je u molekuli ugljikovog(IV) oksida, a izmjenjuje se između atmosfere i hidrosfere, točnije oceana. Fotosintetski organizmi mogu ugljikov(IV) oksid iskorištavati za stvaranje hrane (slika ). Ti su organizmi ujedno glavni izvor ugljika za potrošače i razlagače. Nizom kemijskih reakcija ugljikov(IV) oksid otapanjem u morskoj vodi daje karbonate i hidrogenkarbonate. Tako postaje dostupan organizmima koji ga mogu iskoristiti za stvaranje ljuštura i drugih oblika skeleta.
Ugljik je prisutan i u litosferi. Nalazimo ga u stijenama u obliku karbonata. Padaline ispiru karbonate koji odlaze u oceane. Ugljik se vraća u atmosferu, primjerice kao produkt nastao procesom staničnoga disanja.
U stanicama živih bića dolazi do razgradnje šećera glukoze uz pomoć kisika i tako se iz molekula šećera oslobađa pohranjena energija, a jedan od produkata razgradnje je i ugljikov(IV) oksid. Ugljik ugrađen u biomolekule uginulih organizama razlagači će opet ugraditi u ugljikov(IV) oksid koji može ponovno ući u proces fotosinteze. U dubljim će se slojevima zemlje odvijati proces pougljenjivanja pa će nastati fosilna goriva. Izgaranjem fosilnih goriva nastaje ogromna količina ugljikovog(IV) oksida koji odlazi u atmosferu.
Kako se mijenja količina ugljikova (IV) oksida u atmosferi kroz godišnja doba?
Kruženje dušika
Dušik je jedan od iznimno važnih elemenata koji grade živa bića, neizostavni je dio bjelančevina i nukleinskih kiselina. Zrak sadrži oko 78% plinovitog dušika (N2) koji je u tom obliku gotovo svim živim bićima neiskoristiv. Dostupnim ga čine nitrofiksacijske (dušikove) bakterije koje imaju sposobnost fiksacije dušika odnosno vezanja dušika iz atmosfere te ga pretvaraju u oblik kakvog ga mnoge biljke mogu iskoristiti, a to su nitrati ili amonijevi ioni.
Bakterije koje fiksiraju dušik obično žive u simbiozi s korijenjem biljaka mahunarki, ali ih možemo naći i u suživotu s johom, vodenom paprati, tropskim travama dok neke vrste takvih bakterija žive slobodno u tlu Većina biljaka kao izvor dušika koristi nitrate, a samo neke od njih mogu iskoristiti amonijeve ione. U daljnjoj pretvorbi amonijevih iona u nitrate pomaže posebna vrsta bakterija, nitrifikacijske (dušične) bakterije. Dušik se iz organskih spojeva pomoću bakterija razlagača ponovo pretvara u molekule dušika procesom denitrifikacije i kao takav odlazi u atmosferu. Ondje se može pregraditi u dušikove okside koji otopljeni u kapljicama kiše mogu ponovo dospjeti na zemljinu površinu i to u obliku nitrata.
Što su kisele kiše?
Kruženje fosfora
Fosfor je važan sastavni dio molekula fosfolipida od kojih su izgrađene stanične membrane živih bića, a dolazi i kao važan sastojak u nukleinskim kiselinama. Najviše je fosfora u stijenama koji ispiranjem odnosno oborinama dospjeva u tlo te je u obliku fosfata dostupan biljkama. Biljojedi ga nadoknađuju uzimajući biljnu hranu, a u tlo se vraća izmetom i truljenjem uginulih organizama. U vodenim ekosustavima upijaju ga cijanobakterije, alge i više biljke kojima se hrane biljojedi. Razlaganjem uginulih organizama u vodi kroz milijune godina dolazi do postupnog nastajanja sedimentih stijena koje sadrže fosfor.
Kruženje vode
Voda je sastavni dio svakog organizma i presudna je za normalno obavljanje svakodnevnih životnih funkcija. Mnogi organizmi žive isključivo u vodenim staništima, a nekim organizmima je život usko vezan uz vodu, primjerice pingvinima koji love morsku ribu, mahovinama kojima je voda od presudne važnosti za oplodnju, komarcima kojima je potrebna za razvoj ličinki. Isparavanjem voda prelazi u atmosferu gdje se ponovo vraća u tekuće stanje i pada na tlo u obliku oborina. Takvu vodu iz tla biljke crpe korijenjem. Voda iz biljaka ponovo transpiracijom prelazi u atmosferu. Isparavanje vode iz različitih izvora na Zemlji i vraćanje na Zemlju u obliku oborina događa se kontinuirano, u ciklusima. Zato se kruženje vode u prirodi naziva hidrološkim ciklusom.
Za kraj...
Na temelju naučenog o kruženju fosfora odgovori zašto se izbjegava korištenje detergenata u čijem je sastavu fosfor. Raspravite u razredu o odgovorima. Potkrijepite svoje odgovore informacijama koje ćete pronaći na pouzdanim mrežnim stranicama.