مفهوم المحيط او الوسط الحيوي

1. التعريف والبنية والتطور

لقد تم تطوير مفهوم “المحيط الحيوي” لأول مرة من قِبَل لامارك (1744-1829 Lamarck.J.B)، ولكن “فيرنادسكي” السوفياتي يستحق الفضل في إنشاء هذا المصطلح وتنظيمه بإعطائها أسسها العلمية (1926).

ويمكن تعريف المحيط الحيوي بأبسط طريقة ، على أنه منطقة من الأرض، التي تحتوي على جميع الكائنات الحية والتي تكون فيها الحياة ممكنة بشكل دائم.

والواقع أن بعض المناطق في أرضنا مثل القمم القطبية والجبال الشاهقة، حيث لا يمكن للنباتات أن تتطور وحيث تتواجد البكتيريا أو الفطريات النادرة و بعض الطيور المهاجرة، ولكن لا يمكن أن تستقر هناك. وتسمى هذه المناطق “البارا- بيوسفير Parabiosphèriques “.

و يمكن تقسيم المحيط الحيوي إلى ثلاث مناطق ذات طبيعة فيزيائية مختلفة:

الغلاف الصخري: محصور في أكثر طبقات القشرة الأرضية سطحية. إنه الوسط الصلب الذي يشكل جميع القارات الناشئة.

الغلاف المائي: أو المحيط العالمي وهو الوسط السائل الذي يغطي 71 في المائة من سطح الأرض.

الغلاف الجوي: وهي طبقة متجانسة من الغاز ، تغطي الغلافين السابقين.

من بين العديد من الخصائص التي تجعل المحيط الحيوي محددا ، نجد خاصيتيت أساسيتين هما:

الماء: و نجده بفي الحالة السائلة و الصلبة.

ضوء الشمس: و هو المصدر الويحيد للطاقة في نظام المحيط الحيوي. من خلال هذه الطاقة الخارجية تتمكن النباتات والحيوانات بشكل غير مباشر تطور كل المواد العضوية التي تحتاجها لإنتاج الطاقة الكيميائية ، الميكانيكية … إلخ ، اللازمة لنموها ، لتكاثرها ولإتمام وظائفها… إلخ.

وهكذا يظهر “المحيط الحيوي” ، كذلك الغلاف السطحي الرقيق، مقارنة بضخامة حجم الأرض. غير أن هذه الطبقة ، التي لا يتجاوز سمكها بضعة كيلومترات ، تشكل عالما معقدا استثنائيا. و هو نتيجة للتأثيرات المستمرة للكائنات الحية ، التي تعود أصولها إلى أكثر من 3 مليار سنة ، على البيئة الفيزيائية الكيميائية التي تميز الطبقات السطحية للأرض.

حيث ان هذا التأثير المستمر للكائنات الحية على العناصر المعدنية خلال الأزمنة الجيولوجية هو الذي أعطى للغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي تركيباتها الحالية.

وبالتالي ، فإن الغلاف الجوي الحالي هو من تركيبة مختلفة جدا عن الغلاف الجوي الأرضي البدائي. فقد كان تقريباً خاليا من الأكسجين (0.1% على الأكثر من محتواه الحالي) ، وكان غنيا ب CO2 والميثان ومركبات النيتروجين المختلفة.

و كانت البكتيريا “ذاتية التغذية” ، ولا سيما النباتات المنتجة للكلوروفيل ، هي التي قامت، من خلال نشاطها الضوئي، بتثبيت CO2 في شكل مواد عضوية ، وبالتالي تعديل تركيب الهواء والماء والوسط المعدني ، مما أعطاها خصائصها الحالية.

– 2 مليار سنة: التمييز بين الكائنات الحية التي تثبت النيتروجين في الغلاف الجوي ؛

– 1.5 مليار سنة: ظهور أول “يوكاريوتس” (خلايا ليس لديها نواة) ، مع إطلاق كمية كبيرة من O2 ؛

– 1 مليار سنة: احتوى الغلاف الجوي على O2 بنسبة 1% من تركيزه الحالي ؛

– 600 مليون سنة: استعمار القارات بواسطة الكائنات الحية (النباتات الذاتية التغذية) ؛

– 500مليون سنة (Silurien): ظهور النباتات الوعائية والحشرات ؛

– 350 مليون سنة (Devonian):ظهورالنباتات العاريات البذور ؛

– 100 مليون سنة (Jurassique): ظهور النباتات الكاسيات البذور (النباتات الزهرية).

كل هذه النباتات ، مع التوسع في انواعها، ساهمت في زيادة المحتوى O2 في الغلاف الجوي، وزاد هذا المعدل من 3% من المحتوى الحالي إلى 50% في بداية العصر الطباشيري(Crétacé).

2. أصل تدفق الطاقة في المحيط الحيوي “التركيب الضوئي”:

من وجهة النظر التطورية فإن المحيط الحيوي هو نتيجة للجمع بين والظروف المواتية ذات الطبيعة الكونية والجيوفيزيائية والكيميائية. بيد أن العنصر الأساسي الذي كان دوره حاسماً في نشأته هو الجوهر البيولوجي: فهو ظهور مختلف الكائنات الحية القادرة على التمثيل الضوئي، أي استخدام مصدر طاقة خارجي (ضوء الشمس) ، من أجل التوليف من ثاني أكسيد الكربون ، والماء (والعناصر المعدنية) ، وكل المواد العضوية الضرورية للحياة. فهذه الكائنات الحية قادرة على تحويل طاقة الضوء إلى طاقة كيميائية حيوية.

يمكن كتابة التفاعل العام للتمثيل الضوئي بالشكل التالي:

يخضور

nCO2+2nH2X+طاقة
الطوء—————-n(CH2O)+n/2X2+H2X

حيث ان:

X: الأكسجين ، الكبريت

اذا كان n =6 مثلا سنحصل على ما يلي:

(فريكتوز، كليكوز) 6CO2+12H2O+673kcal—–C6H12O6+6O2+6H20

يمر التركيب الضوئي من مرحلتان:

الأولى تسمى ب”مرحلة المضأة” التي يحصل فيها إثارة الكلوروفيل بواسطة الفوتونات (النابعة من الشمس) إن جزيئات الكلوروفيل ستحفز التحلل الضوئي للماء ، أي تحلله إلى الأكسجين (الذي ينطلق في الغلاف الجوي) والبروتونات:

H2O——–2H⁺ +1/2O2+ 2^e

وبالإضافة إلى ذلك ، يتم خلال هذه المرحلة تخزين الطاقة التي تلتقطها الإلكترونات التي يفقدها الكلوروفيل في شكل كيميائي (تركيب A.T.P و
A.D.P)

في المرحلة الثانية المعروفة باسم “المضلمة” (لأنها تحدث في الفترة الليلية او في غياب الضوء) ، يحدث انخفاض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتوليف ثم يتم انتاج السكريات والجليسيرول والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية عبر دورة كيلفن، وذلك بفضل الأدينين (ADP) وATP المصنعة خلال المرحلة الأولى.

وقد أدى ظهور نباتات اليخضورية -الكلوروفيل- في القارات الناشئة إلى تغيير تكوين الغلاف الجوي للأرض ، مما أدى إلى تسريع عملية إثراء الأكسجين. كما شاركت النباتات الوعائية المختلفة مع العوامل المناخية في نشأة التربة خيث ساهمتفي تفتت صخور القشرة الأرضية. وتشترك الأنواع الحيوانية أيضا في عملية التترب.

إن الكتل الكبيرة من المواد العضوية قد طورت بواسطة الكائنات الذاتية التغذية على مر العصور الجيولوجية. غير أن جزءا كبيرا من هذا الإنتاج لم يعاد تدويره ، بل تم تخزينه تدريجيا في الرواسب البحرية والقارية ، وكذلك في التربة. كالررواسب ضخمة من الوقود الأحفوري والفحم والنفط شاهدان على أهمية هذه الظاهرة.

من خلال كل هذه التحولات ، التي تسمى بالتحولات “الكيميائية الحيوية” و المستمرة، يمكننا القول بأن الهدف من علم البيئة هو تحديد وتقييم تأثير نوع معين من الكائنات الحية على هذه التحولات.