Лекция № 1
Тема: Экология – комплекс наук о взаимоотношениях организмов с окружающей средой.
Цель: сформировать представление об экологии как комплексной сложной многогранной науке о взаимоотношениях живой и неживой природы, сформировать знания о предмете, объекте, задачах и методах науки о природе;
рассмотреть основные этапы развития экологии как науки; показать, что экологические знания являются основой взаимодействия человека с окружающей средой, рационального использования природных ресурсов.
Основные термины и понятия: экология, экологические факторы; воздушно-наземная среда, водная среда, почва, живые организмы как среда обитания. экология, аутэкология, синэкология, демэкология, биосферология, биоценология, мониторинг, моделирование, прогнозирование, картография, теоретическая экология, прикладная экология.
Литература:
1.Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.
2.Экология. 10–11 классы: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Н. М., Чернова, В. М. Галушин, В. М.: Константинов; под род. Н. М. Черновой. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2018. – 302 с
План лекции:
1. Экология как наука. Основы экологии. Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии.Структура современной экологии.
2. Среда обитания и Экологические факторы.Законы экологии.
Содержание лекции:
1.Экология как наука.Основы экологии. Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии Структура современной экологии .
Экология – общебиологическая комплексная междисциплинарная наука о закономерностях взаимоотношений живых организмов с окружающей средой. (Э. Геккель, 1866 г.).
Основные задачи экологии:
- выявление взаимосвязей между организмами, их сообществами и условиями среды обитания;
- изучение структуры и закономерностей функционирования сообществ организмов;
- наблюдение за изменениями в отдельных экосистемах и в биосфере в целом, прогнозирование ихпоследствий;
- создание базы данных, и разработка рекомендаций для экологически безопасного планирования хозяйственной деятельности человека;
- применение экологических знаний в деле охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основные объекты ее изучения – это популяция, экосистема, биосфера. Предметом изучения экологии являются биологические макросистемы – популяции, биоценозы, экосистемы – и их динамика во времени и пространстве.
Главная цель – вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений.
Изучением взаимоотношений организмов и условий среды ученые занимались с давних времен. На протяжении прошлого века до 60-70 гг. экология рассматривалась как часть науки биологии. Человек в этих системах не рассматривался. Предполагалось, что его взаимодействие с окружающей средой подчинялось не биологическим, а социальным законам.
Как самостоятельная наук а экология сформировалась лишь к началу двадцатого столетия. Здесь немаловажную роль сыграли:
- Климент Аркадьевич Тимирязев,
- Василий Васильевич Докучаев,
- Фредерик Клементс,
- Владимир Николаевич Сукачев и др.
Крупнейший ученый ХХ века Владимир Иванович Вернадский создаёт учение о биосфере.
Во второй половине ХХ века происходит своего рода «экологизация » современной науки. Это связано прежде всего с осознанием роли человека в природе, о вредном воздействии промышленности на окружающую среду.
В настоящее время термин экология существенно трансформировался, в связи с тем, что человек сильно влияет на окружающую среду. Поэтому возникла необходимость экологических знаний для всех специалистов.
Экология, как и любая другая наука, использует разнообразные методы исследований: общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, и специфические, которые обычно используются только в экологии.
К общим методам экологических исследований относятся: химические,физические,биологические,метод индикации и др. Специфические методы экологии можно разделить на две группы: полевые и лабораторные.
Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными,
Стационарными,
описательными и
Экспериментальными.
Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе.
В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений в природе и обществе.
На сегодняшний день роль экологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий и др.
Предназначение дисциплины «Экология» обосновано необходимостью сохранения экологического благополучия на Земле, которое всецело зависит, прежде всего, от уровня экологических знаний. Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.
Структура современной экологии:
1. Теоретическая экология или фундаментальная (общая)экология вскрывает общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы. Ее ядро – биологическая (классическая) экология.
2. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования. – основа рационального природопользования и охраны природы.
3. Социальная экология изучает взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа».
Фундаментальную (общую) экологию подразделяют по уровням организации жизни на Земле:
1) аутэкология – экология организмов;
2) демэкология – экология популяций;
3) синэкология – экология сообществ;
4) биосферная экология.
Также выделяют Географическую экологию (геоэкология) – раздел экологии, изучающий экологические закономерности географических процессов в экосистемах высоких уровней иерархии (суши, морских и пресных вод, высокогорий и др.); сюда же относится и геохимическая экология.
В настоящее время в экологии выделяют ряднаучных отраслей и дисциплин:
· Популяционная экология
· Географическая экология
· Химическая экология
· Промышленная экология
· Экология растений, животных
· Экология человека
· Лесная экология
· Экология остовов
· Экология города и т.д.
2.Среда обитания и Экологические факторы. Законы экологии:
Среда — одно из основных экологических понятий; под ним подразумевается комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.
Она включает в себя совокупность абиотических и биотических факторов отдельного организма или биоценоза в целом, влияющих на их рост и развитие, т. е. это часть природы, непосредственно окружающая данные живые организмы, все то, среди чего они живут.
Природная среда – это среда, не измененная человеком или измененная в малой степени.
На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.
Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.
Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.
Экологические факторы делятся на: абиотические, биотические, антропогенные.
Экологические факторы:
Тип факторов | Характеристика факторов |
абиотические | Факторы неживой природы - физические и химические условия среды (температура, влажность, свет, движение воздушных масс (ветер), течение и солёность воды, осадки, снежный покров, магнитное поле Земли) |
биотические | Под биотическими факторами среды понимают взаимное влияние живых организмов друг на друга. Условно биотические факторы можно разделить на внутривидовые и межвидовые |
антропогенные | Это факторы, обусловленные деятельностью человека (загрязнение среды, неограниченная охота, разрушение среды обитания и т.д.) |
Среды обитания организмов.
Среда | Характеристика | Адаптации организма к среде |
Водная | Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает при переходе от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени | Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции. |
Почвенная | Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной | Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах |
Наземно-воздушная | Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени | Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды |
Организменная | Очень древняя. Жидкая (кровь, лимфа) или твердая, плотная (ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания | Коадаптация паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином и системы заякоривания в среде, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы, синхронизация биоритмов |
Приспособления организмов к среде носят названия адаптаций. Этот термин широко употребляется во всевозможных толкованиях. Поэтому дадим его развернутое определение.
Адаптация (позднелатинское adaptatio – приспособление, прилаживание), это совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей данного биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.
Среди приспособлений живых организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с внешней средой. Морфологический тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма.
Организмы могут приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды активно, регулируя собственные процессы жизнедеятельности в зависимости от изменений окружающей среды. При пассивном формировании адаптаций к изменениям условий окружающей среды процессы жизнедеятельности организма подчинены этим изменениям.
Еще одним типом приспособлений организмов к изменениям условий окружающей среды является избежание этих изменений (миграции и кочевки рыб, птиц, млекопитающих и т.д.).
Каждый вид организмов в процессе своего исторического развития приспосабливается к определенным условиям существования, что определяет его а реал. Взаимодействие популяций вида со всем комплексом экологических факторов определенной среды обитания, в том числе с популяциями других видов, определяет место его популяций в системе биогеоценоза - экологическую нишу.
Экологическая ниша - положение вида в системе биогеоценоза, обусловлено его взаимодействием с другими видами, а также условиями среды обитания. В отличие от ареала, экологическая ниша является не только пространственным понятием. Она содержит в себе и совокупность условий жизни внутри экосистемы, приемлемые для вида, и пищевые взаимоотношения вида с другими видами группировки.
Адаптивные биологические ритмы:
Периодические изменения интенсивности экологических факторов влияют на формирования у живых существ адаптивных биологических ритмов:
суточных, приточно-отливных, сезонных, годовых и т.п..
Адаптивные биологические ритмы:
биологические ритмы | Характеристика биологических ритмов |
суточные | Вследствие вращения Земли вокруг своей оси дважды в сутки меняется освещенность, что приводит колебаниям абиотических факторов, которые влияют на активность организмов. В частности, солнечный свет определяет периодичность фотосинтеза, испарения воды растениями, время открывания и закрывания цветков и т.п. |
Приливно-отливные | Приливно-отливные ритмы обусловлены вращением Луны вокруг Земли. Четко они прослеживаются у жителей приливно-отливной зоны |
сезонные | Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца, что обуславливает годовые циклы изменений климатических условий. С определенным временем года у организмов связаны периоды размножения, развития, состояние зимнего покоя: у животных, в частности, линька, миграция, спячка, а у листопадных растений - ежегодная смена листьев |
многолетние | Это циклы, связанные с периодическими изменениями солнечной активности в течение нескольких лет. Эти ритмы выражены не так четко, как сезонные. Примером многолетних циклов массовые размножения перелетной саранчи и некоторых других животных. |
Относительно любого фактора среды вид имеет диапазон устойчивости (Толерантность). Если интенсивность какого-то фактора выходит за пределы толерантности, особи вида погибают. Биологическим оптимумом называют такие условия, в которых особи вида оказываются наиболее приспособленными. Фактор, который больше влияет на выживание, называют ограничительным (лимитирующим).
Законы экологии:
По Б. Коммонер:
1. Всё связано со всем -- отражает всеобщую связь процессов и явлений в природе.
2. Всё должно куда-то деваться – базируется на положении сохранения вещества и энергии.
3. Природа «знает» лучше – ориентирует на действия, согласующиеся с природными процессами, сотрудничество с природой.
4. Ничто не даётся даром – всё, что извлечено из природы, должно быть возмещено.
Закон толерантности Шелфорда(1913).
Закон толерантности, один из основополагающих принципов экологии, согласно которому присутствие или процветание каких-либо организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует определенный диапазон толерантности (выносливости).
Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка: " лимитирующим фактором процветания организма может быть, как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору".
Вывод закона Шелфорда: охранять окружающую среду - значит обеспечивать состав и режим экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого, в первую очередь, человеческого организма, т.е. управлять им так, чтобы ни один фактор не оказался лимитирующим по отношению к организмам. Из закона Шелфорда прямо вытекает следующий закон, определяющий возможность существования организма в пределах и невозможности существования за пределами диапазона толерантности.
Закон оптимума.
Закон оптимума - закон, согласно которому любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы, за пределами которых наступает угнетение жизнедеятельности организма.
Контроль знаний:
Дать ответы на вопросы:
1. Дать определение: «экология». Что означает слово «экология»? Экология как наука и учебная дисциплина, предмет, объект и задачи экологии.
2. Какие методы используются в экологических исследованиях, какова взаимосвязь экологии с другими дисциплинами?
3. Что такое среда обитания и факторы среды, каковы закономерности действия факторов среды на организм?
4. Какая существует классификация экологических факторов окружающей среды, приведите примеры и дайте характеристику?
5. Как организмы приспосабливаются к существованию в разных средах?
6. Какое значение имеют биологические ритмы для живых организмов?
7. Укажите, правильным ли является утверждение о том, что любая деятельность человека всегда отрицательно влияет на природу (ответ обоснуйте)
Домашнее задание: пересказ конспекта лекции, изучить соответствующую тему учебника, подготовить сообщения по теме лекции.
Творческая работа «Экология как наука и учебный предмет, её значение для меня». Подготовить сообщение «В.И. Вернадский - основоположник учения и биосфере».