1. Первично все многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в их пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидных цепях зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (генетического) кода. Для шифровки 20 различных аминокислот достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котором каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами.

Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательного расположения нуклеотидов в и-РНК.

Св-ва ген. кода:

1) Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называется триплетом или кодоном.

2) Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (исключение метиотин и триптофан)

3) Код однозначен – каждый кодон шифрует только 1 аминоксилоту

4) Между генами имеются «знаки препинания» (УАА,УАГ,УГА) каждый из которых означает прекращение синтеза и стоит в конце каждого гена.

5) Внутри гена нет знаков препинания.

6) Код универсален. Генетический код един для всех живых на земле существ.

Транскрипция – это процесс считывания информации РНК, осуществляемой и-РНК полимеразой. ДНК – носитель всей генетической информации в клетке, непосредственного участия в синтезе белков не принимает. К рибосомам – местам сборки белков – высылается из ядра несущий информационный посредник, способный пройти поры ядерной мембраны. Им является и-РНК. По принципу комплементарности она считывает с ДНК при участии фермента называемого РНК – полимеразой. В процессе транскрипции можно выделить 4 стадии:

1) Связывание РНК-полимеразы с промотором,

2) инициация – начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК,

3) элонгация – рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК,

4) Терминация – завершения синтеза и-РНК. Промотр – площадка для РНК-полимеразы. Оперон – часть одного гена ДНК.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), пятиатомный сахар пентозу – дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.

2. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть. Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.

Методы генной инженерии:

Метод секвенирования – определение нуклеотидной последовательности ДНК;

Метод обратной транскрипции ДНК;

Размножение отдельных фрагментов ДНК.

Современная биотехнология - это новое научно-техническое направление, возникшее в 60-70-х годах нашего столетия. Особенно бурно она стала развиваться с середины 70-х годов после первых успехов генно-инженерных экспериментов. Биотехнология, в сущности, не что иное, как использование культур клеток бактерий, дрожжей, животных или растений, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ. Биотехнология на основе применения знаний и методов биохимии, генетики и химической техники дала возможность
получения с помощью легко доступных, возобновляемых ресурсов тех веществ
и которые важны для жизни и благосостояния.

3. Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания . Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами:

1) абиотические факторы – факторы неживой природы (температура, свет, влажность);

2) биотические факторы – взаимоотношения между особями в популяции и между популяциями в природном обществе;

3) антропогенный фактор – деятельность человека, приводящая к изменению среды обитания живых организмов.

Фотопериодизм – общее важное приспособление организмов. Так, весенние удлиняющиеся дни вызывают активную деятельность половых желез.

В 1935 г. английский ботаник А.Тесли ввел понятие «экосистема »- исторически сложившиеся открытые, но целостные и устойчивые системы живых и неживых компонентов, имеющие односторонний поток энергии, внутренние и внешние круговороты веществ и обладающие способностью регулировать все эти процессы.

В 1942 г. советский академик В.Н.Сукачев сформулировал понятие «биогеоценоз » - открытая природная система, состоящая из живых и неживых компонентов, занимающая территорию со сравнительно однородным растительным сообществом и характеризующаяся определенным потоком энергии, круговоротом веществ, движением и развитием.

Лес, поле, луг – это экосистема. Но когда характеристика леса и его тип конкретизуется определенным растительным сообществом (ельник – черничник, сосняк – брусничник) - это биогеоценоз.

Среда обитания человека представляет собой переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных экологических факторов, набор которых различается в разных природно-географических и экономических регионах планеты.

Окружающая среда и экологические факторы среды

ЛЕКЦИЯ 2

Окружающая среда – это совокупность живых и неживых объектов, взаимосвязанных условий и влияний, присутствующих в некотором окружении живого организма, и, в частности, человека.

Окружающая среда делится на следующие виды:

а) естественная или природная среда, представляет собой ряд условий или факторов (солнце, почва, вода, воздух, растительный и животный мир);

б) искусственная среда – созданная человеком, продукты его труда (дома, парки, предприятия, автотрассы, различные механизмы и машины);

в) социальная среда – это коллектив, семья, друзья и т.д.

Организм человека и любого животного или растения развивается в результате постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Окружающая среда влияет на живые организмы. И организмы тоже влияют на среду, изменяя её. Эта функция живых организмов называется средообразующей.

Пример: 1) деревья скидывают листья, листья (биомасса) – энергия

2) дождевой червяк высасывает из почвы питательные вещества, рыхлит почву.

Живые организмы испытывают потребность в притоке вещества и энергии и полностью зависят от окружающей среды.

Элементы среды воздействуют на живые организмы посредством экологических факторов.

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, оказывающие воздействие на живые организмы, на которые последние отвечают приспособительными реакциями – адаптациями.

Экологические факторы делятся наусловия и ресурсы.

Условия – это факторы, необходимые для жизни и которые не зависят от их потребления (солнечная активность, солёность воды, температура, давление).

(Чижевский сказал: «вспышки на солнце повинны во всем».)

Ресурсы – то, что организм может потреблять и тем самым делать их недоступными для других организмов; - всё то, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности (нефть, уголь и т.д.). Ресурсы в отличие от условий могут расходываться и исчерпываться.

Один и тот же фактор можно рассматривать и как условие и как ресурс.

(Влияние для сухопутных живых организмов – кислород - энергетический ресурс для водных (гидробионты) – содержание кислорода – условие жизни). Самые важные ресурсы – пищевые, по отношению к ним организмы испытывают конкуренцию.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ делятся на:

абиотические биотические антропогенные

В последнее время стали выделять информационные факторы.

Абиотические факторы неживой природы а) климатические б) местные (рельеф, солёность, уровень радиации) прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя их жизнедеятельность. Они делятся на химические и физические. К химическим относятся: газовый состав атмосферы, соленость воды, минеральный состав почвы; к физическим – температура, влажность, давление, уровень радиации и т.д.

Пример : космические факторы: активность солнца является наиболее важным фактором, имеет циклический характер. Впервые русский ученый Чижевский А.Л. в 1915 г. установил связь между солнечной активностью и жизненными процессами (всплеск рождаемости, климатические преобразования, начала войн). Солнечная активность влияет на развитие онкологических, инфекционных заболеваний.

Влажность воздуха – важнейший экологический показатель. В сухое и жаркое лето насекомые развиваются активнее, чем во влажное и прохладное. Если такое повторяется несколько лет, то наблюдаются вспышки численности насекомых, которые наносят ущерб с/х.

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – совокупность влияний одних организмов на другие, а также на среду обитания. Взаимодействия между живыми организмами складываются из внутри- и межвидовых отношений.

Внутривидовые отношения между особями одного и того же вида. Эти отношения находят отражение в конкуренции за пищу, за место обитания, за партнера. Внутривидовые отношения определяют численность популяции, которые регулируются естественным отбором.

Межвидовые взаимоотношения более разнообразны, среди них выделяют следующие:

- нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга. Нет конкуренции, но одна среда обитания (белка и лось в одном лесу, обезьяны и слоны);

-конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

- мутуализм (симбиоз) - взаимовыгодное существование, виды не могут существовать друг без друга (бактерии, фиксирующие азот, и бобовые растения; копытные и бактерии, обитающие в их рубце, расщепляющие клетчатку);

- содружество – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и отдельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

- компенсализм – один вид, компенсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид – хозяин не имеет никакой выгоды (в океанах и морях в каждой раковине – организмы которые получают здесь укрытие, но абсолютно безобидны для владельца этой раковины);

- хищничество – хищник питается жертвой;

- аменсализм – при этом происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктом выделения другого (сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который приходит на водопой).

Эти взаимоотношения составляют основу существования биоценозов.

Иногда животные, поедающие растения или других животных, рассматриваются в качестве естественных врагов, но так называемые «враги» - это обычные экологические факторы, осуществляющие естественный отбор. Если у вида нет врагов, он обречен на вымирание.

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ – результат деятельности человека и её влияние на окружающую среду. К антропогенным факторам относят воздействия промышленности, транспорта, строительства и т.д. Зачастую антропогенный фактор имеет негативный характер, который заключается в загрязнении окружающей среды, разрушении природной среды, истощении природных ресурсов. В.И Вернадский сравнивал влияние антропогенного фактора по силе с действием геологических процессов на Земле.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ФАКТОР – передача наследственной информации, а также информации, поступающей живому организму с пищей, водой, а также из СМИ для человека. Избыток и недостаток любой информации оказывает раздражающее влияние не организм (камера-одиночка, без доступа информации - пытка).

Экология особей (аутэкология). Среда обитания. Факторы среды, их классификация. Принципы экологической классификации организмов

Аутэкология изучает взаимоотношения организмов (особей) с внешней средой. Ни один живой организм не может существовать без определенных факторов среды, его окружающей. Поэтому необходимо различать такие понятия как «среда обитания» и «условия существования».

Под средой обитания обычно понимают природные тела и явления, с которыми организм (организмы) находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Среда каждого организма складывается из множества элементов неорганической и органической природы и из элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. Причем одни элементы среды могут быть необходимы организму, а другие безразличны для него, например, каждому из нас необходимо наличие воздуха и пищи, и совсем не обязательно присутствие допустим шкафу у стены.

Из этого примера вытекает определение «условия существования», или условия жизни- это совокупность необходимых для жизни элементов, составляющих с организмом диалектическое единство.

Вывод: компоненты среды необходимые для жизни:(воздух, пища, энергия) образуют условия существования, все остальные элементы- среда обитания.

Среда обитания- это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями. Наряду с термином «среда обитания» используются также понятия «экологическая среда», «местообитание», «окружающая среда», «окружающая природная среда», «окружающая природа» и др. четких различий между этими терминами нет.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Среди них выделяют абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы (физико-химические, факторы неживой природы) - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности- это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические (факторы живой природы)- это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов- растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие.

Антропогенные факторы- это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т.п.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера- бури, ливни, обвалы и т.п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одно м и том же участке и т.п.; 4)неопределенного действия- антропогенные факторы, наиболее опасные для живых организмов и их сообществ, например, выбросы загрязняющих веществ. Природа таких факторов неопределенна, к ним организм, как правило, не готов, вид не встречался с такими явлениями и в процессе эволюции, представляют наибольшие трудности для адаптации. В этом их основная специфика и антиэкологичность. Многие из этих факторов, кроме того, выступают как вредные. Их относят к группе ксенобиотиков (греч. ксенокс- чужой). К последним относятся практически все загрязняющие вещества. Только в отдельных случаях по отношению к таким факторам организмы могут использовать механизмы так называемых преадаптаций, т.е. те адаптации, которые выработались, по отношению к другим факторам. Так, например, устойчивости растений к загрязнениям воздуха в какой-то мере способствуют те структуры, которые благоприятны для повышения засухоустойчивости: плотные покровные ткани листьев, наличие на них воскового налета, опушенности, меньшее количество устьиц и другие структуры, и отравление организма.

Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресурсы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым, уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при ее дефиците, убежища, удобные места для размножения и т.п. Условия- это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет- жизненно необходимый энергетический ресурс для растений, а для обладающих зрением животных- условие зрительной ориентации. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

Экоклимат и микроклимат. Для того чтобы выяснить влияние климатических факторов на организм, часто метеорологических данных бывает недостаточно. Хорошо известно, что поверхности предметов, обращенные к солнцу, всегда теплее. Чем воздух над ними; холодный воздух по ночам скапливается в понижениях местности. В связи с этим различные местообитания организмов отличаются температурным и световым режимом, режимом влажности. Иными словами, каждое местообитание характеризуется определенным экологическим климатом- экоклиматом, т.е. климатом приземного слоя воздуха.

Большое влияние на климатические факторы оказывает растительность. Под пологом леса, например, влажность воздуха всегда выше, а колебания температуры меньше, чем на полянах. Различен и световой режим этих мест. В разных растительных ассоциациях формируется свой режим влажности, температуры, света. Тогда говорят о фитоклимате.

Но не всегда данных эколкимата или фитоклимата достаточно для полной характеристики климатических условий того или иного местообитания. Условия жизни, окружающие личинок насекомых, живущих под корой дерева, иные, чем в лесу, где это дерево произрастает. При этом температура южной стороны ствола может быть на 10-15®С выше температуры его северной стороны. Такие набольшие участки местообитания имеют свой микроклимат.

Четких различий между экоклиматом и микроклиматом не существует. Считается, что экоклимат- это климат относительно больших территорий, а микроклимат- климат отдельных небольших участков.

Каждая климатическая зона отличается огромным количеством разнообразных микроклиматов. Микроклиматы тесно связаны с солнечной радиацией, силой и направлением ветра, особенностями рельефа, характером растительности и другими климатическими показателями местности. (рис.22).

Особые микроклиматические условия создают не только растения, но и животные. Устойчивым микроклиматом обладают заселенные животными норы, дупла деревьев, пещеры. Наличие в одной местности многих микроклиматов обеспечивает сосуществование видов, обладающих неодинаковыми требованиями к внешней среде.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Общие законы действия факторов среды на организмы:

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом. Из анабиоза живые организмы возвращаются к нормальной жизни, если не нарушается структура макромолекул в их клетках. Влияние температуры как экологического фактора зависит от продолжительности ее воздействия и повторяемости.

Теплолюбивые организмы- способные жить при высоких температурах тропических районов. Например, верблюжья колючка переносит температуру до + 70®С, в водах горячих ключей Камчатки постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75….80®С. Они не переносят низких температур и гибнут уже при 0®С, хотя замораживания их тканей не происходит. Причина их гибели заключается в нарушении обмена веществ. Происходит подавление физиологических процессов, приводящее к образованию в растениях вредных веществ, вызывающих отравление организма.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к изменению температуры.

Морфологические формы- биохимическая адаптация организмов, которая проявляется в изменении физико- химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях, отложении запасных веществ в виде высокоэнергетических соединений- жира, масла. Масло вытесняет воду из вакуолей клетки и тем самым предохраняет организм от замерзания. У животных морфологические формы адаптации проявляются в наличии пуха, перьев, шерсти.

Физиологическая форма- способность изменять температуру тела и поддерживать ее постоянной по сравнению с температурой окружающей среды. Физиологическую форму можно рассматривать как поведенческую адаптацию- избежание неблагоприятных температурных воздействий. Примером является, перелет птиц, миграция птиц и животных; в пустыне, где днем поверхность почвы может нагреваться до 60- 70®С насекомые, млекопитающие зарываются в песок или прячутся в норы.

Другая поведенческая форма- это изменение типа питания на более калорийное. Например, белки в теплое время года питаются более ста видами кормов, зимой- семенами хвойных деревьев, богатыми жирами. Олени летом едят траву, зимой- лишайники, богатые белками, жирами, сахаристыми веществами.

На основании исследований животных в условиях одинакового климата и ландшафта определены экологические правила приспособления живых организмов, приобретения сходных изменений в окраске и телосложения.

Правило Глогера. Во влажном климате животные имеют более темную окраску, чем в засушливом.

Закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис.1). результат действия переменного фактора зависит, прежде всего, от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора- это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точка, называют экстремальными. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Экологическая валентность- свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды. Чем шире диапазон колебаний экофактора, в которых данный вид может существовать, тем больше его экологическая валентноть (пластичность). Диапазон между минимумом и максимумом экофакторов- предел или диапазон толерантности. Сумма эковалентностей по отношению к отдельным факторам среды составляет экологический спектр вида.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной- для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды- выносящие значительные колебания температуры, эврибатные- широкий диапазон давления, эвригалинные- разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»- стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т.д.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными (экологически непластичные, узкоспециализированные, маловыносливые), а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,- эврибионтными (более выносливые, широкоспециализированные).

Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким- либо отдельным факторам- правило экологической индивидуальности видов Л. Г. Раменский (1924, русский ботаник).

Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому- либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Сущность ее заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений- компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов. Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие хотя бы одного их основных элементов делает жизнь невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

«Рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов среды, значение которых приближается к экологическому минимуму»- закон минимума Ю. Либиха (1873). Из закона вытекает:

• а) выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;
• б) все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фактор может ограничивать возможности существования организма.

С законом минимума тесно связан закон ограничивающих факторов, или закон Ф. Блехмана (1909): факторы среды, имеющие в конкретных условиях максимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможности существования вида в данных условиях. Иными словами, фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Эти законы дополняет закон толерантности В. Шелфорда (1913): ограничивающим фактором жизни организма могут быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Любая природная система может развиваться только за счет использования материально- энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Развитие природы подчиняется определенным законам.

Закон максимизации энергии, или закон Г. И Э. Одумов: выживание одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования ее максимального количества наиболее эффективным способом. Этот закон справедлив и в отношении информации. Таким образом, наилучшими шансами на самосохранение обладает система, которая в наибольшей степени способствует поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации. Этот закон имеет важное практическое значение из-за основных следствий:

• а) абсолютно безотходное производство невозможно, поэтому важно создавать малоотходные производства с малой ресурсоемкостью, как на входе, так и на выходе (экономность и незначительные выбросы). Идеальным на сегодняшний день являются создание циклического производства (отходы одного производства служат сырьем для другого и т.д.) и организация разумного захоронения неизбежных остатков, нейтрализация неустраняемых энергетических отходов;
• б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным (более примитивным) системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни- она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействии, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.

Закон ограниченности природных ресурсов. Правило одного процента.

Поскольку планета Земля представляет собой естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные ресурсы Земли являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически вечный источник получения полезной энергии. Ошибка здесь заключается в том, что при таких рассуждениях не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% не выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один математический порядок- в 10 раз).

Принципы экологической классификации организмов.

Разнообразие и разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. Экологические классификации отражают сходство, возникшее у представителей самых разных групп, если они используют сходные пути адаптации. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т.п. Разделение всех организмов на эврибионтных и стенобионтных по широте диапазона приспособлений к среде представляет пример простейшей экологической классификации.

Классификация по отношению к органическому веществу или по характеру питания:

Автотрофы- это организмы, использующие в качестве источника для построения своего тела неорганические соединения. Автотрофы делятся на1)фототрофов (для синтеза органических молекул используют энергию солнечного света) и 2) хемотрофов (для синтеза органических молекул используют энергию химических связей).

Гетеротрофы- все живые существа, нуждающиеся в пище органического происхождения. Гетеротрофов делят на 1) сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений; 2) голозоев, обладающих сложным комплексом пищеварительных ферментов, могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на: а) сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками); б) фитофагов (потребителей живых растений); в) зоофагов (нуждающихся в живой пище); г) некрофагов (трупоядных животных).

Классификация по функции в биогеоценозе:

• а) продуценты- автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.
• б) консументы- гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
• в) редуценты (деструкторы)- живут за счет мертвого органического вещества переводя его вновь в неорганические соединения.
• 3. Классификация по способу добывания пищи:
  • а) фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.);
  • б) пасущиеся формы (копытные, жуки- листоеды);
  • в) собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные);
  • г) охотники на движущуюся добычу (волки, львы, мухи- ктрыри и др.).
• 4. Классификация по местам обитания:
  • а) водные организмы подразделяются на: 1) бентосные (обитают на дне); 2) планктонные (взвешанные, парящие в воде); 3) нектонные (быстро плавающие)ю
  • б) наземные организмы- огромное разнообразие форм, что связано с особенностями мест обитания.
  • в) почвенные организмы обычно классифицируют по размерам: микро-, мезо- и макробиоты.
• 5. Классификация организмов по жизненным формам, т.е. по типу внешней морфологии, отражающей важнейшие моменты образа жизни, отношение вида к среде. За основу классификации в одних случаях берутся особенности размножения, в других- способы передвижения или добывания пищи, приуроченность организмов к определенным экологическим нишам, ландшафту, ярусу.

Д.Н. Кашкаров классифицирует жизненные формы животных следующим образом. В основу положены приспособления для передвижения.

I. Плавающие формы:

• 1. Чисто водные:
  • а) нектон, б) планктон, в) бентос.
• 2. Полуводные:
  • а) ныряющие, б) неныряющие, в) лишь добывающие из воды пищу.

II. Роющие формы:

Абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей).

Относительные землерои (выходят на поверхность земли).

III. Наземные формы:

Не делающие нор:

• 2. делающие норы:
  • а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.
• 3. Животные скал.

IV. Древесные, лазающие формы:

а) не сходящие с деревьев, б) лишь лазающие по деревьям.

V. Воздушные формы:

а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие ее с воздуха.

По отношению к влажности воздуха Д. Н. Кашкаров выделяет:

• а) Влаголюбивые (гигрофильные), б) сухолюбивые
• (ксерофильные) формы.

По питанию:

а) растительноядных, б) всеядных, в) хищных, г) могильщиков (трупоедов).

По месту размножения:

а) размножающихся под землей, б) на поверхности земли, в) в ярусе трав, г) в кустарниках, д) на деревьях.

Растения классифицируют на основании адаптации к окружающим условиям. Самое широкое распространение получила классификация жизненных форм растений, разработанная С. Раункиером. Она положена в основу современной классификации, в которой различают 6 жизненных форм растений:

Эпифиты- воздушные растения, не имеющие корней в почве. Поселяются они на стволах других более крупных растений. В лесах это наствольные лишайники, реже мхи. Из высших растений эпифиты многочисленны во влажных тропических лесах.

Фанерофиты- надземные растения (деревья, кустарники, лианы, стеблевые суккуленты, травянисто- стеблевые растения). Почки возобновления находятся у них на вертикально расположенных побегах высоко под землей.

Хамефиты- травянистые растения с почками возобновления, расположенными у земли. В умеренных широтах побеги этих растений на зиму уходят под снег и не отмирают.

Понятие о среде. Факторы среды и их классификация

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова. В широком смысле слова среда - это окружающая среда. Окружающая среда - это совокупность всех условий жизни, которые существуют на планете Земля. Американский биолог П.Эрлих в своей книге «Демографический взрыв», которая вышла в свет в конце 60-х годов, так образно охарактеризовал окружающую среду: «Наша окружающая среда - единственная в своем роде «кожа» из почвы, воды и газообразной атмосферы, минеральных питательных веществ и живых организмов, покрывающая ничем в остальном особо не примечательную планету». Среда в узком смысле слова - это среда обитания. Среда обитания - это та часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности.

Все элементы среды по отношению к организму неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды сгруппировать следующим образом.

1. Нейтральные факторы - это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции.

2. Экологические факторы - это те элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние на организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию.

Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику действия. По значимости для организма их подразделяют на две группы:

1. Условия существования или условия жизни - это те экологические факторы, без которых организм существовать не может и с которыми он находится в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.

2. Второстепенные факторы - это те экологические факторы, которые не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его.

Анализ огромного разнообразия экологических факторов по природе их происхождения позволяет разделить их на три большие группы, в каждой из которых в свою очередь можно выделить подгруппы:

I. Абиотические факторы - это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы:

а) климатические факторы - это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.);

б) эдафические, или почвенные, факторы - это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они в свою очередь разделяются на физические (механический состав, комковатость, капиллярность, скважность, воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;

в) орографические факторы, или факторы рельефа, - это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (высота местности над уровнем моря, широта местности по отношению к экватору, крутизна местности - это угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности - это положение местности по отношению к сторонам света);

г) гидрофизические факторы - это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.

II. Биотические факторы - это факторы живой природы, влияние живых организмов друг на друга. Они носят самый разнообразный характер и действуют не только непосредственно, но и косвенно через окружающую неорганическую природу. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:

а) внутривидовые факторы - это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);

б) межвидовые факторы - это влияние особей других видов на организм (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).

В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:

а) фитогенные факторы - это влияние растений на организм;

б) зоогенные факторы - это влияние животных на организм;

в) микробогенные факторы - это влияние микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие, риккетсии) на организм;

г) микогенные факторы - это влияние грибов на организм.

III. Антропогенные факторы - это совокупность воздействий человека на жизнь организмов. В зависимости от характера воздействий они делятся на две группы:

а) факторы прямого влияния - это непосредственное воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т.д.);

б) факторы косвенного влияния - это влияние человека фактом своего существования (ежегодно в процессе дыхания людей в атмосферу поступает 1,1х1012 кг углекислого газа и из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7х1015 ккал энергии) и через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).

В зависимости от последствий воздействия обе эти группы антропогенных факторов в свою очередь еще подразделяются на положительные факторы (посадка и подкормка растений, разведение и охрана животных, охрана окружающей среды и т.д.), которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность, и отрицательные факторы (вырубка деревьев, загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, прокладка дорог и других коммуникаций), которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность.

Оригинальную классификацию экологических факторов по степени их постоянства, т.е. по их периодичности, предложил А.С.Мончадский. Согласно этой классификации различают следующие три группы факторов.

1. Первичные периодические факторы - это факторы, действие которых началось до появления жизни на Земле и живые организмы должны были сразу к ним адаптироваться (суточная периодичность освещенности, сезонная периодичность времен года, лунные ритмы и т.д.).

2. Вторичные периодические факторы - это факторы, являющиеся следствием первичных периодических факторов (влажность, температура, динамика пищи, содержание газов в воде и т.д.).

3. Непериодические факторы - это факторы, не имеющие правильной периодичности или цикличности (эдафические факторы, антропогенные факторы, содержание загрязняющих веществ в воде, атмосфере или почве и т.д.).

В зависимости от характера изменения во времени факторы среды подразделяются также на три группы:

1. Регулярно-периодические факторы - это факторы, меняющие свою силу в зависимости от времени суток, сезона года или ритма приливов и отливов (освещенность, температура, длина светового дня и т.д.).

2. Нерегулярные факторы - это факторы, не имеющие четко выраженной периодичности (климатические факторы в разные годы, факторы катастрофического происхождения в результате наводнения, урагана, землетрясения и т.д.).

3. Направленные факторы - это факторы, действующие на протяжении длительного промежутка времени в одном направлении (похолодание или потепление климата, зарастание водоема, выпас скота на одном месте и т.д.).

По характеру ответной реакции организма на воздействие экологического фактора различают следующие группы экологических факторов:

1. Раздражители - это факторы, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций и биохимических реакций.

2. Модификаторы - это факторы, вызывающие приспособительные анатомические и морфологические изменения в организме.

3. Ограничители - это факторы, обусловливающие невозможность существования в данных условиях и ограничивающие среду распространения организма.

4. Сигнализаторы - это факторы, свидетельствующие об изменении других факторов и выступающие в роли предупредительного сигнала.

В зависимости от возможности потребления при взаимодействии с организмом экологические факторы подразделяют на две категории:

1. Условия - это изменяющиеся во времени и пространстве экологические факторы среды обитания, на которые организм реагирует по-разному в зависимости от силы фактора (температура, влажность, атмосферное давление, физические свойства почвы и т.д.). Условия организмом не расходуются и не исчерпываются.

2. Ресурсы - это все экологические факторы среды обитания, которые организм потребляет, потребляет в том смысле, что количество их (наличный запас) в результате взаимодействия с организмом может уменьшиться. Ресурсы - это по преимуществу вещества, из которых состоит тело организма, энергия, вовлекаемая в процессы его жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы его жизненного цикла.

Помимо приведенных выше классификаций экологических факторов в экологии применяются и другие классификации, в основу которых берутся различные критерии в зависимости от интересов исследователя.