РАЗДЕЛ II. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА
ПЛАН:
1. Среда обитания и факторы среды.
2. Общие закономерности действия факторов среды на организм.
3. Популяция.
4. Экосистема.
5. Биосфера.
Общая экология – это наука об общих закономерностях взаимоотношений организмов с окружающей средой. Ее ядро – биологическая (классическая) экология.
Средой обитания называется пространство, в котором протекает жизнедеятельность живых организмов. Если происхождение среды обитания не связано с жизнедеятельностью организмов, мы имеем дело с неживой, или абиотической, средой. В противном случае среда обитания называется живой, или биотической.
Различают четыре типа сред обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и сами живые организмы. Первые три разновидности среды обитания составляют абиотическую среду, четвертая — биотическую.
Роль среды обитания в жизни организмов:
- живые организмы получают пищу из среды, в которой обитают;
- различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару;
- именно среда изменяет организмы тем, что способствует их совершенствованию путем естественного отбора.
В свою очередь, жизнедеятельность организмов оказывает влияние на среду. Например, растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты; деревья и кустарники затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат и т.д.
Организмы могут существовать в одной или нескольких средах жизни. Например, рыбы обитают только в воде. Человек, большинство видов птиц и млекопитающих 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, а взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде).
Все компоненты среды обитания, влияющие на живые организмы и их сообщества, называют экологическими факторами. В зависимости от природы и особенностей действия на организмы экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы – это компоненты и свойства неживой природы (температура, влажность, освещенность, газовый состав атмосферы, солевой состав воды и т.д.), которые прямо или опосредованно влияют на отдельные организмы или их сообщества.
Биотические факторы — это различные формы взаимодействий между особями в популяциях и между популяциями в сообществах. Они могут быть антагонистическими (конкуренция, паразитизм), взаимовыгодными (мутуализм) или нейтральными. Каждый из организмов постоянно взаимодействует с особями своего (внутривидовые связи) или других видов (межвидовые).
К отдельной группе экологических факторов принадлежат различные формы хозяйственной деятельности человека – антропогенные факторы, изменяющие состояние среды обитания различных видов живых существ, в том числе и самого человека. За относительно короткий период существования человека как биологического вида его деятельность коренным образом изменила вид нашей планеты и с каждым годом это влияние все больше возрастает.
В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило лимитирующих факторов, правило взаимодействия факторов и др.
Рис. 3
Правило оптимума (рис. 3). 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. Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если существуют в условиях всего спектра факторов с оптимальными значениями.
Пример 1. Фактор «Температура». Растения живут при определенных температурах. Если температура становится слишком высокой или, наоборот, слишком низкой – растения погибают.
Пример 2. Соленость воды. Морские рыбы не могут жить в пресной воде. Но, если соли в воде будет слишком много (Аральское море) – рыбы погибнут.
Правило лимитирующих факторов – 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. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов.
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, низкие температуры легче переносить в сухую и безветренную погоду и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.
Пример 1. Жару легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе.
Пример 2. В мороз можно замерзнуть быстрее при сильном ветре, чем в безветренную погоду.
В природе каждый существующий вид представляет собой сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Таким внутривидовым объединением особей является популяция.
Популяция — это совокупность особей одного вида, длительно существующих на определенной территории, свободно скрещивающихся, дающих плодовитое потомство и относительно изолированных от других особей того же вида.
Популяция обладает определенными структурой и функциями.
Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве, имеет приспособительный характер.
Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т.е. популяции обладают конкретными генетическими и экологическими характеристиками.
Популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основные характеристики популяций: численность, плотность, рождаемость, смертность, темп роста.
Экосистема – совокупность живых организмов (биоценоз) и среды их обитания (климат, почва, водная среда), в которой осуществляется круговорот веществ.
Термин «экосистема» предложил английский эколог А́ртур Те́нсли в 1935 г.
Экосистемы по размерам можно разделить на микроэкосистемы (гниющий пень в лесу, лужа), мезоэкосистемы (болото, лес) и макроэкосистемы (океан, пустыня).
Признаки экосистемы:
- экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
- в рамках экосистемы осуществляется полный цикл круговорота веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
- экосистема сохраняет устойчивость в течение определенного времени.
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие трех групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов (рис. 4).
Продуцентами (производителями)выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений. В основном продуцентами являются зеленые растения.
Консументы (потребители) – это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
Редуценты (разрушители) живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения.
Биогеоценоз. Параллельно с развитием понятия «экосистема» в первой половине XX в. в экологии сформировалось учение о биогеоценозах. Термин биогеоценоз предложил советский ученый Владимир Николаевич Сукачё́в (1880 - 1967).
Биогеоценоз — это совокупность растений, животных, грибов и микро-организмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши, которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Важной особенностью биогеоценоза является то, что он связан с определенным участком земной поверхности. Биогеоценоз — это один из вариантов наземной экосистемы.
Структура биогеоценоза (рис. 5). Биогеоценоз включает живую часть, или биоценоз — совокупность живых организмов, и неживую, абиотическую часть, которую слагают климатические факторы данной территории, почва и условия увлажнения (биотоп). Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не одинаковые. Каждый биогеоценоз является экосистемой. Но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу.
В чем отличие биогеоценоза от экосистемы? Прежде всего, любой биогеоценоз выделяется только на суше. На море, в океане и вообще в водной среде биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества — фитоценоза. Образно говоря, биогеоценоз существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет 
фитоценоза, нет и биогеоценоза. Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» тождественны только для таких природных образований, как лес, луг, болото, поле. Лесной биогеоценоз = лесная экосистема; луговой биогеоценоз = луговая экосистема. Для природных образований, меньших или больших по объему, нежели фитоценоз, либо там, где фитоценоз выделить нельзя, приме-няется только понятие «экосистема». Например, кочка на болоте — экосистема, но не биогеоценоз. Текущий ручей — экосистема, но не биогеоценоз. Точно так же только экосистемами являются море, тундра, влажный тропический лес и т.п. В тундре, тропическом лесу можно выделить не один фитоценоз, а множество. Это совокупность фитоценозов, представля-ющих более крупное образование, нежели биогеоценоз.
Экосистема может быть пространст-венно и мельче, и крупнее биогеоценоза. Таким образом, экосистема — это образование более общее, безранговое.
Живые организмы и факторы окружающей среды неразрывно связаны друг с другом и образуют в совокуп-ности единое целое, которое называется экосистемой. Организмы в экосистемах вступают в различные территориальные и пищевые взаимоотношения, что определяет структуру и целостность экосистем.
Биосфера – это часть оболочек Земли, заселенная живыми организмами; единая глобальная экосистема высшего порядка.
Понятие «биосфера» (от греч. биос — жизнь) предложил в 1875 г. австрийский ученый Эдуард Зюсс.
Учение о биосфере создал украинский ученый Владимир Иванович Вернадский. Он пришел к выводу, что биосфера не является отдельной единой оболочкой Земли, а только частью ее геологических оболочек, населенных живыми организмами. Живые организмы распространены в верхних слоях литосферы, нижних – атмосферы и по всей глубине гидросферы.
Границы биосферы (рис. 6). Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового экрана. Выше этой границы организмы жить не могут, так как там на них будут губительно действовать ультрафиолетовые лучи Солнца и низкая температура. 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). Наиболее обильна жизнью часть
Рис. 6
биосферы у земной поверхности и до глубины 200 м в гидросфере. Однако жизнь не ограничена исключительно пределами биосферы. Микробы, споры и пыльца растений, органические молекулы обнаружены высоко в стратосфере. Не исключено, что они могут покидать Землю и уноситься в космическое пространство. Но это не означает расширения биосферы, так как за ее пределами могут существовать только неактивные формы жизни, находящиеся в состоянии скрытой жизнедеятельности.
Что такое ноосфера? Еще в первой половине XX столетия В.И. Вернадский предвидел, что биосфера будет постепенно развиваться в ноосферу. Вначале он рассматривал ноосферу как особую оболочку Земли, развивающуюся вне биосферы. Однако потом пришел к выводу, что ноосфера (от греч. ноос — разум и сфера — оболочка) — это новое состояние биосферы, при котором определяющим фактором развития становится умственная деятельность человека. В частности, В.И. Вернадский указывал, что именно под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в свое новое состояние — ноосферу. Общество людей все больше отличается от других компонентов биосферы как новая сверхмощная геологическая сила. Благодаря научной мысли, воплощенной в технических достижениях, человек осваивает те части биосферы, куда раньше он не проникал.
Характерной особенностью развития ноосферы является экологизация всех сторон жизни человека. Поэтому к решению любых проблем человек должен подходить с позиций экологического мышления.
Д/З – Зарисовать рисунок биосферы (с озоновым слоем и стратосферой),ответить на вопросы в тетради (фотоотчет)
1. Что такое экологический фактор? Дать определение экологическим факторам.
2. Расписать закон Оптимума.
3. Что такое экосистема?
4. Расписать признаки экосистемы (продуценты, консументы и редуценты)
5. Что такое ноосфера?