1. Среда обитания и факторы среды.
2. Общие закономерности действия факторов среды на организм.
3. Популяция.
4. Экосистема.
5. Биосфера.
1. Среда обитания и факторы среды
Средой обитания - совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии.
Абиотическая среда (неживая) - происхождение среды обитания не связано с жизнедеятельностью организмов, например, физические характеристики климата, химические характеристики воды, почвы, характер субстрата, радиационный фон и т.п..
Биотическая среда – среда обитания, в формировании которой участвуют живые организмы.
Типы сред обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и сами живые организм, заселенные паразитами, полупаразитами и симбионтами.
Первые три – это абиотическая среда, четвертая — биотическая. Организмы могут существовать в одной или нескольких средах жизни. Например, рыбы обитают только в воде. Например, человек, большинство видов птиц, млекопитающих, голосеменные и покрытосеменные растения обитают в наземно-воздушной среде. Многие насекомые и земноводные начинают свой жизненный путь в одной среде, а продолжают в другой (личинки комаров развиваются в воде, взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде). Некоторые насекомые для продолжения рода нуждаются в почвенной и наземно-воздушной средах (майский жук).
Роль среды:
1) источник пищи;
2) среда ограничивает распространение организмов по земному шару, например, жаркий и сухой климат пустыни препятствует жизни в ней большинства организмов.
3) среда изменяет организмы, способствует их совершенствованию путем естественного отбора - организмы эволюционируют.
Влияние организмов на среду:
1) растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты;
2) высокие растения (деревья и кустарники) затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат;
3) растения и животные оказывают влияние на структуру и свойства почвы.
Экологические факторы - отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы.
1) Абиотические факторы - 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.
2) Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга (хищничество, конкуренция, симбиоз, паразитизм).
3) Антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.
2. Общие закономерности действия факторов среды на организм
Правило оптимума - для организма или определённой стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность организма. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно.
К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толерация – терпение).
Организмы с широкой амплитудой устойчивости относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий, биос – жизнь).
Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос – узкий).
Диапазон между минимумом и максимумом называют диапазоном толерантности.
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого. Организмы с широким диапазоном толерантности обычно наиболее широко распространены.
Правило взаимодействия факторов - 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.
Правило лимитирующих факторов - фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.
Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов. В период размножения многие факторы среды часто становятся лимитирующими.
Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания и т.п.).
3. Популяция
Вид - совокупность особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Популяция – единица вида - совокупность живущих на определенной территории особей одного вида, т.е. таких, которые скрещиваются только друг с другом. Вид эволюционирует через популяцию.
Популяция обладает сходством с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру (возрастная, половая), целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации.
Популяция обладает рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основные характеристики популяций: численность, плотность, рождаемость, смертность, темп роста.
Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.
4. Экосистема
Экосистема - основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга. Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом Артуром Тенсли.
В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1944 г. Bладимиром Николаевичем Сукачевым.
Биогеоценоз - участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).
Фактически же между этими терминами различий нет.
Экосистема = Биотоп + Биоценоз.
Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.
Единицей классификации экосистем является биом — природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.
С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако более высокой продуктивностью.
Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ. В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.
Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений – зеленые растения.
Консументы - гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы. Роль консументов выполняют в природе в основном животные.
Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения.
5. Биосфера
Биосфера (греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — это оболочка Земли, заселенная живыми организмами и преобразованная ими – самая крупная экосистема Земли.
Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового экрана. Нижняя граница проходит по дну гидросферы и на глубине 4-5 км в земной коре материков (это зависит от того, на какой глубине температура горных пород достигает +100°С).
Жизнь не ограничена исключительно пределами биосферы. Микробы, споры и пыльца растений, органические молекулы обнаружены высоко в стратосфере.
Совокупность всех живых организмов на планете называется биомассой (греч. bios — жизнь), или живым веществом. Обновляясь, живое вещество планеты производит в течение года около 250 млрд. тонн биологической массы в сухом весе - это называются продуктивностью биомассы.
Живое вещество перемещает, «пропускает сквозь себя» огромные массы воды, горных пород, газов – это постоянное перемещение веществ, называется биогеохимическим круговоротом.
Наиболее активно вовлекается в него кислород, углерод (и их соединение — углекислый газ), азот, фосфор, сера, вода.
Например, биомасса Земли пропускает через себя всю воду Земли за 2 млн. лет, весь кислород атмосферы — за 2 тыс. лет, а углекислый газ из атмосферы — за 300.
Сила, движущая могучий биогеохимический круговорот в биосфере, — солнечная энергия.
Земные растения улавливают эту энергию в процессе фотосинтеза, но менее 1% от поступающей. Хотя и это количество очень велико. Оно в 10 раз больше, чем энергия ядерных реакций в недрах планеты. В результате фотосинтеза в растениях образуются органические вещества, идущие на питание, а часть органических веществ откладывается. Вместе с зеленой массой эта отложенная часть может переходить в организм животных (сначала травоядных, а потом хищных) и там частично распадаться до более простых химических соединений. После гибели растений и животных микроорганизмы заканчивают разрушение органического вещества, что создает питательную среду, в том числе почвы, для возрождения и следующего цикла развития биомассы.
Охрана биосферы — комплекс мероприятий, действующих с пользой для живого вещества и всей биосферы. От успеха этих мероприятий во многом зависит судьба жизни на Земле и будущее человечества. Основоположником учения о биосфере был Владимир Иванович Вернадский.