антропобиоценоз.

Основные понятия экологии. Живые существа, населяющие территории с разнообразными условиями обитания, испытывают на себе влияние последних и сами оказывают действие на окружающую среду. Закономерности взаимо­отношений организмов и среды их обитания, законы развития и суще­ствования биогеоценозов, представляющих собой комплексы взаи­модействующих живых и неживых компонентов в определенных участках биосферы, изучаются специальной биологической наукой экологией.

Экологические закономерности проявляются на уровне осо­би, популяции особей, биоценоза (сообщества), биогеоценоза. Биоценозом (сообществом организмов) называется простран­ственно ограниченная ассоциация взаимодействующих растений и животных, в которой доминируют определенные виды или физический фактор. Предметом экологии, таким образом, являются физиология и поведение отдельных организмов в естественных условиях обитания (аутоэкология), рождаемость, смертность, миграции, внутри­видовые отношения (динамика популяций), межвидовые отношения, потоки энергии и круговороты веществ (син-экология).

К основным методам экологии относятся полевые наблюдения, эксперименты в природных условиях, моделирование процессов и ситуаций, встречающихся в популяциях и биоценозах, с помощью вычислительной техники.

Среда - это вся совокупность элементов, которые действуют на особь в месте ее обитания. Элемент среды, способный оказывать прямое влияние на живой организм хотя бы на одной из стадий инди­видуального развития, называется экологическим фак­тором. В соответствии с распространенной и удобной клас­сификацией экологические факторы делят на биотическиеи абиотические, хотя указанное деление до некоторой степени условно. Абиотический фактор температура может, например, регули­роваться изменением состояния популяции организмов. Так, при снижении температуры воздуха ниже 13°С интенсифицируется двига­тельная активность пчел, что повышает температуру в улье до 25-30°С. Учитывая социальную сущность человека, проявляющуюся в его активном отношении к природе, целесообразно выделение также антропогенных экологических факторов . По мере роста народонаселения и технической вооруженности человече­ства удельный вес антропогенных экологических факторов неуклонно возрастает.

Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические экологические факторы. С действием первичных факторов жизнь столкнулась на ранних стадиях эволюции. К ним относятся температу­ра, изменение положения Земли по отношению к Солнцу. Благодаря им в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных факторов. Например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты атмосфера содержит меньше водяных паров. Непериодические факторы действуют на организм или популяцию эпизодически, внезапно. К ним относят стихийные силы природы - извержение вулкана, ураган, удар молнии, наводнение, а также хищник, настигающий жертву, и охотник, поражающий цель.

Благодаря многообразию экологических факторов наблюдается закономерное расселение видов по планете. Колебания интенсивности их действия проявляются в исчезновении некоторых видов с определенных территорий, изменении плотности популяций, показателей рождаемо­сти, смертности. Под влиянием экологических факторов в эволюции сложились такие адаптивные модификации, как зимняя или летняя спячка, диапауза.

Любая особь, популяция, сообщество испытывают одновременное воздействие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными. Такие факторы называются лими­тирующими , и их отсутствие или наличие концентрации ниже и выше критических уровней делает невозможным освоение среды организмами определенного вида. На рис. 163 представлены типы растительности в зависимости от структуры почвы и особенностей климата, выполняющих функцию лимитирующих факторов. Благодаря наличию лимитирующих экологических факторов для каждого биоло­гического вида существуют оптимум и пределы вы­носливости . Так, устрицы наилучшим образом развиваются в воде с содержанием солей 1,5-1,8%. При снижении концентрации солей до 1,0% более 90% личинок погибает в течение двух недель, а при концентрации 0,25% все поголовье их гибнет за одну неделю. Повышение концентрации соли по сравнению с оптимальной величиной также оказывает неблагоприятное действие на устриц. В общем виде зависимость выживаемости организмов определенного вида от интен­сивности лимитирующего экологического фактора представлена графи­чески на рис. 164. Взаимодействие нескольких экологических факторов усложняет картину. Так, некоторые виды тропических орхидей в природе при относительно высокой температуре воздуха растут только в тени. При искусственном понижении температуры окружающего воздуха они прекрасно развиваются в условиях прямой инсоляции.

Способность вида осваивать разные среды обитания выражается величиной экологической валентности . Виды с малой экологической валентностью называются стенотопными , с большой - эвритопными . Эвритропные виды могут быть представлены несколькими экотипами - разновидностями, приспособленными к выживанию в средах, различающихся по некото­рым факторам. Так, сложноцветное растение тысячелистник образует равнинные и горные экотипы. При выращивании горного экотипа в равнинных условиях растения сохраняют присущие им особенности на протяжении ряда поколений.

КОНЦЕПЦИЯ БИОГЕОЦЕНОЗА Всю полноту взаимодействий и взаимозависимости живых существ и элементов неживой природы в области распространения жизни отражает концепция биогеоценоза (В. Н. Сукачев).

К понятию биогеоценоза близко по смыслу понятие экосистемы, которое введено в науку английским ботаником А. Тенсли в 1935 г. В отличие от биогеоценозов, границы которых задаются рамками растительных сообществ (фитоценозов), экосистемы не имеют опреде­ленного объема и могут охватывать пространства разной протяженно­сти - от капли воды или аквариума до океана или всей поверхности планеты.

Биогеоценоз - это динамическое и устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящееся в постоянном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмос­феры, гидросферы и литосферы. Биогеоценоз состоит из биотической (биоценоз) и абиотической (экотоп) части, которые связаны непре­рывным обменом веществом и представляет собой энергетически и вещественно открытую си­стему. В него поступают энергия солнца, минеральные вещества поч­вы и газы атмосферы, вода. Из него выделяются тепло, кислород, углекис­лый газ, биогенные веще­ства, переносимые водой, перегной. Основными функ­циями биогеоценоза явля­ются поток энергии и круго­вороты веществ.

Биогеоценоз содержит следующие обязательные компоненты: 1) абиотиче­ские неорганические и орга­нические вещества среды; 2) автотрофные организмы - продуценты биотических органических веществ; 3) гетеротрофные организмы - потребители (консументы) готовых органических веществ первого (растительноядные животные) и следующих (плотоядные животные) порядков; 4) детритоядные организмы - разрушители (деструкторы), разлагающие органическое вещество.

Особая роль в экономике биогеоценоза принадлежит цепям или сетям питания (рис. 166). Они составляют трофическую структуру, по которой происходит перенос энергии и круговороты ве­ществ. Пищевая цепь состоит из ряда трофических уровней , последовательность которых соответствует направлению потока энергии.

Энергия, накопленная в растительной биомассе, составляет чистую первичную продукцию биогеоценоза . Фитоби-омасса используется в качестве источника энергии и материала для создания биомассы потребителей первого порядка - растительно­ядных животных и далее по пищевой цепи. Количество энергии, расходуемой на поддержание собственной жизнедеятельности, в цепи трофических уровней растет, а продуктивность падает. Обычно продуктивность последующего трофического уровня составляет не более 5-20% предыдущего. Это находит отражение в соотношении на планете биомасс растительного и животного происхождения. Прогрес­сивное снижение ассимили­рованной энергии в ряду трофических уровней нахо­дит отражение в структу­ре экологических пирамид . Таким образом, пирамиды биомассы и чис­ленности организмов для данного биогеоценоза по­вторяют в общих чертах конфигурацию пирамиды продуктивности.

Размеры биогеоценозов, выделяемых экологами, различны. Совокупности определенных биогеоценозов образуют главные природные экосистемы , имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества на планете, к которым относятся: 1) тропические леса; 2) леса умеренной климатической зоны; 3) пас­тбищные земли (степь, саванна, тундра, травянистые ландшафты); 4) пустыни и полупустыни; 5) озера, болота, реки, дельты; 6) горы; 7) острова; 8) океан.

Понятие биогеоценоза применимо к хозяйственным угодьям, создаваемым человеком, - пашням, лесопосадкам, паркам, прудам, водохранилищам. Их называют агробиогеоценозами или культурбиогеоценозами. Благодаря целенаправленному вмешательству человека, создающему благоприятные условия для произрастания культурных растений путем вспашки, рыхления почвы, прополки сорняков, внесения ядохимикатов, удобрений, агробиогеоце-нозы существенно отличаются от природных биогеоценозов по видовому составу, показателям вещественно-энергетического обмена, устойчивости к внешним воздействиям.

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.

Предмет экологии человека. Биологический и социальный аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности. Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных изменений в окружающей среде.

Экология человека - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации и, наконец, человечество в целом. Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль.

Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адаптациями, поскольку каждый человек индивидуален.

Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно - полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.).

Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека.

Человек стал оказывать влияние окружающую его природную среду с тех пор, как перешел от собирательства к охоте и земледелию. Результатом охоты явилось исчезновение ряда видов крупных млекопитающих и птиц. Многие виды стали редкими и находятся на гране исчезновения. Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями с/х культур. Большое значение имеет воздействие на природу, связанные с развитием промышленности, сопровождающиеся изменением ландшафта вследствие добычи полезных ископаемых и поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ. Загрязнение – это привнесение в какую- либо среду новых, не характерных для нее веществ или превышение естественного уровня этих веществ в окружающей среде. Это влияние на атмосферу, гидросферу, почву, а также радиоактивное загрязнение биосферы.

Адаптивный тип - это определённая норма реакций на преобладающие условия обитания, которая проявляется в развитии комплекса морфофункциональных, биохимических, иммунологических признаков, обеспечивающих лучшую биологическую приспособляемость человека к определённой физической среде. Выделяют следующие адаптивные типы: арктический, зоны умеренного климата, высокогорный, тропический, зоны пустынь и полупустынь и др. Комплекс признаков конкретного адаптивного типа не связан с расовой и этнической принадлежностью популяции.Например жители города Ростова принадлежат к адаптивному типу людей, живущих в зоне умеренного климата.

В комплекс адаптивных признаков включают специфические и общие признаки. К общим признакам относят показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови. Общие элементы обеспечивают повышение общей сопротивляемости организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические признаки разнообразны и обусловлены преобладающими условиями в данном регионе (гипоксия, жара, холод и т.п.). Сочетание специфических признаков определяет формирование адаптивного типа человека.

Развитие особенностей определённого адаптивного типа происходит в эмбриогенезе. Например, уже в конце внутриутробного развития проявляются различия в пропорциях тела между негроидами и европеоидами. Существование адаптивных типов свидетельствует о значительной экологической пластичности человека, которая была основной предпосылкой расселения человека на планете.

В комплекс признаков адаптивного типа входят такие, которые имеют генетическую обусловленность (форма и размер тела, характер роста, развитие скелета, отложения жира и др.), закрепляются в генотипе и наследуются. Однако ряд признаков имеет в своей основе быстрые физиологические изменения, связанные с акклиматизацией (например, адаптации к действию высоких температур). Последнее хорошо иллюстрируют американские индейцы: индейцы Атабаски, населяющие район Большого Медвежьего озера, живут в таких же суровых условиях, как эскимосы; индейцы майя на полуострове Юкатан обитают в условиях жаркого влажного климата. Очень широк в настоящее время климатический интервал обитания европейцев: в исключительно холодных условиях живут лапландцы, в жарких -итальянцы, обосновавшиеся в Северной Австралии.

| 2 | | | | | | | |

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).

Среда – физическое окружение организмов. Основные среды жизни – водная, воздушная, организменная. Среда обитания – та часть природы, которая окр. живые организмы, с которой они непосредственно взаимодействуют.

8.Экосистема. Биогеоценоз. Антропобиогеоценоз. Основные экосистемы планеты.

Биогеоценоз – совокупность совместно обитающих популяций разных видов, микроорганизмов, растений, животных. Эти популяции населяют определенный участок суши или водоема, достаточно однородной по своим условиям – биотоп.

Биоценоз - составная часть экосистем.

Экосистема – совокупность организмов и неживых компонентов среды, при взаимодействии которых происходит полный биотический круговорот с участием продуцентов, редуцентов, консументов. Независимо от степени сложности экосистемы хар-ются видовым составом, численностью входящих в нее видов, их биомассой, соотношением отд-ых трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и деструкцией органического в-ва.

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности, с определенным составом живых биоценоз и косных (приземленный слой атмосферы) компонентов, объединенных обменом в-тв и энергии в единый природный комплекс.

Антропобиогеоценоз – биогеоценоз, в котором присутствует человек.

9. Предмет экологии человека. Специфика среды жизни людей.

Человек – биосоциальное существо, экологический оптимум его существования на основе биологических механизмов ограничен. Широкое расселение человека достигается путем создания искус-ных сред. Среда обитания ч-ка вкл биоприродный и социально-культурные компоненты.

Окружающая среда человека состоит из 4-х неразрывных взаимосвязанных уровней, которые возникли в результате перестройки самой среды, для удовлетворения требований человека. 1) естественная природная среда; 2) квазиприродная среда (почти природная) – преобразованные человеком природные ландшафты и создание им агроценозов; 3) артеприродная (техногенная) – искусственная среда, состоящая из природных и чисто технических элементов; 4) социальная – культурно-психологический климат создается самим человеком, слагается из влияния людей др на друга непосредственно и с помощью изобретенных средств материального, эл-го и инф-го воздействия.

10. Биол-ая изменчивость людей и биогеографическая хар-ка среды. Экол-кая дифференцировка чел-ва. Понятие об экологических типах людей и их формировании.

Человечество, заселив ок. 15 тыс л.н. все благоприятные для жизни зоны, столкнулось с необходимостью адаптироваться к разнообразным условиям существования. В разных географических зонах сформировались адаптивные типы людей.

Адаптивный тип – норма биологической реакции на комплекс условий среды, обеспечивающих оптимальную приспособленность к данным условиям обитания. В комплексы АТ входят общие элементы (эти элементы повышают общую сопротивляемость организма), специфические (тесно связанные с преобладанием условий в данном месте обитания). Их сочетания – основы для выделения АТ (арктический, тропический, высокогорный и т.д.).

11. Антропогенные экосистемы как результат индустриализации, химизации, урбанизация, развития транспорта, выхода в космос. Приспособляемость человека к действию абиотических факторов. Биологические ритмы.

Благодаря биосоциальной природе, человек адаптировался к условиям жизни физиологически, экологически, технически, эмоционально. Взаимодействие человека со средой происходит в 2-х направлениях: 1) связь с биохимическими изменениями в организме человека, обусловленное требованием среды. Индивидуальные реакции носят физиологический порядок. 2) специфические биологические реакции, специфичны для данного вида, определяемые данным генотипом (могут быть свойственны не всем).

Физиологические адаптации – достижением организмом в новых условиях устойчивого гомостатического состояния. Сдвиги происходят в орг-ме в процессе физиолог-ой адаптации, затрагивая все уровни организации. Закалка и тренировка орг-ма увеличивает его функциональные резервы, но амплитуда колебаний не может быть беспредельной.

В ответ на действие значительных по силе и продолжительности внешних и внутренних раздражителях организм отвечает защитными реакциями, направленными на восстановление нарушенного равновесия. Этот процесс – общий адаптационный синдром.

Привыкание живых организмов к новым климатическим условиям, в которые они попадают в результате переселения – акклиматизация. Акклиматизация – сложный процесс, зависящий от климатических, экономических, гигиенических, психологических факторов. Выделяют фазы: 1) ориентировочная – характерна общая заторможенность, снижение кровообращения и работоспособности; 2) высокая реактивность – стимуляция физиологических функций; 3) нормализирующая – характерен высокий коэффициент кислорода, повышение выносливости и работоспособности; 4) полная акклиматизация – после длительного воздействия климатических условий.

В любом явлении, окружающей нас природы, есть строгая ритмичность. Биоритмы – эволюционная форма адаптации, способствующая выживанию живых организмов. Это временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой. Нарушение этого согласованно приводит к поломке регуляционных физиологических механизмов организма, к возникновению отклонений, болезненного состояния. Точность, с которой каждый организм, придерживается свойственного ему ритма, привела к возникновению понятия биол-ие часы. Биол-ие часы – способность организмов реагировать на интервалы времени, и явления связанные с ними.

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.