Лекция
Экология (от греч. «ойкос» - жилище, «логос» - наука) - наука о закономерностях взаимоотношений организмов, видов, сообществ со средой обитания.
Внешняя среда - все условия живой и неживой природы, при которых существует организм и которые прямо или косвенно влияют на состояние, развитие и размножение как отдельных организмов, так и популяций.
Основной (элементарной) функциональной единицей биосферы является экосистема.
Экосистема – единый природный комплекс, созданный за длительный период живыми организмами и средой их обитания, где все компоненты тесно связаны обменом веществ, энергии и информации. Но, согласно представлению Ю. Одума, не всякая комбинация «жизнь – среда» может быть экосистемой. Ею может стать лишь среда, где имеет место стабильность и четко функционирует внутренний круговорот веществ.
В зависимости от линейных размеров выделяют:
Микроэкосистемы (лесная поляна, небольшое болотце), мезоэкостистемы (участок леса, озеро);
Макроэкосистемы (континент, океан).
Глобальной экосистемой является биосфера нашей планеты. Понятие «экосистема» более общее, чем «биогеоценоз», они тождественны лишь на уровне растительного сообщества и принципиально отличаются выше и ниже этого уровня.
Биогеоценоз состоит из таких компонентов, как биотоп и биоценоз.
Биотоп – однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом (т.е. место обитания вида, организма);
Биоценоз – сообщество организмов (продуцентов, консументов, редуцентов), обитающих в пределах одного биотопа. Понятие «биоценоз» условно, т.к. вне среды обитания организмы обитать не могут, но им удобно пользоваться при изучении экологических связей между организмами.
В зависимости от местности, отношения к человеческой деятельности, степени насыщенности, полноценности и т.п. различают соответственно биоценозы суши и воды, природные и антропогенные, насыщенные и ненасыщенные, полночленные и неполночленные.
При изучении экосистем характеризуют:
1) Популяционный (видовой) состав и количественное соотношение видовых популяций;
2) пространственное распределение отдельных элементов;
3) совокупность всех внутрисистемных связей, в первую очередь – цепей питания.
Экосистемы – открытые термодинамические функционально целостные системы, существующие за счет поступления извне энергии и частично вещества, саморазвивающиеся и саморегулирующиеся.
Одним из важнейших экологических понятий является гомеостаз.
Гомеостаз - состояние внутреннего функционального равновесия природной системы (экосистемы), поддерживаемое регулярным обновлением его основных элементов и вещественно-энергетического состава, а также постоянным функциональным саморегулированием компонентов. Гомеостаз является характерным и необходимым для всех природных систем – от атома и организма до космических образований.
Все популяции имеют свойства, благодаря которым они удерживают свою численность на оптимальном уровне в условиях постоянно изменяющейся среды.
Популяция - совокупность особей одного вида, обитающая на общей территории на протяжении многих поколений.
Вид – совокупность организмов с общими морфологическими признаками (фенотипом), свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство. Это основная структурная единица в системе живых организмов, виды имеют морфологические, физиолого-биохимические, эколого-географические (биогеографические) и генетические характеристики.
Среда обитания – все живое и неживое, что окружает организмы и с чем они взаимодействуют и к чему приспосабливаются. Различают воздушную, водную и почвенную среду обитания, а также тело другого организма (для паразитов).
Экологические факторы – все составляющие (элементы) природной среды, которые воздействуют на существование и развитие организмов и на которые живые организмы реагируют реакциями приспособления (после исчерпания резервов приспособления наступает смерть). Раньше выделяли три группы экологических факторов:
- абиотические (неорганические условия: химические и физические, например, состав воздуха, воды, почв, температура, освещенность, влажность, давление, уровень радиаци и т.д.),
- биотические (формы взаимодействия между организмами, например, «хозяин – паразит», «хищник – жертва»),
- антропогенные (формы деятельности человека).
- о птимальный фактор - наиболее благоприятная для организма интенсивность экологического фактора (света, температуры, воздуха, влажности, почвы и т. д.).
- ограничивающий фактор - фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма (за пределы допускаемого максимума или минимума): влага, свет, температура, пища и т. д.
- предел выносливости - граница, за пределами которой существование организма невозможно (ледяная пустыня, горячий источник, верхние слои атмосферы). Для всех организмов и для каждого вида существуют свои границы по каждому экологическому фактору отдельно.
- экологическая пластичность - степень выносливости организмов или их сообществ (биоценозов) к воздействию факторов среды.
- климатические факторы - абиотические факторы среды, связанные с поступлением солнечной энергии, направлением ветров, соотношением влажности и температуры.
- фотопериодизм (от греч. «фотос» - свет) - потребность организмов в периодической смене определенной продолжительности дня и ночи.
- сезонный ритм - регулируемая фотопериодизмом реакция организмов на изменение времени года (при наступлении осеннего короткого дня опадают листья с деревьев, готовятся к перезимовке животные; при наступлении весеннего длинного дня начинается возобновление растений и восстановление жизненной активности животных).
- биологические часы - реакция организмов на чередование в течение суток периода света и темноты определенной длительности (покой и активность у животных, суточные ритмы движения цветков и листьев у растений, ритмичность деления клеток, процесса фотосинтеза и т. д.).
- зимняя спячка - приспособление животных к перенесению зимнего времени года (зимний сон).
- анабиоз (от греч. «анабиозис» - оживление) - временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных животных зимой и в жаркий период лета).
- зимний покой - приспособительное свойство многолетнего растения, для которого характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности, отмирание надземных побегов у травянистых жизненных форм и опадение листьев у древесных и кустарниковых форм.
- морозостойкость - способность организмов выносить низкие отрицательные температуры.
Сегодня различают десять групп экологических факторов (общее количество – около шестидесяти), объединенных в специальную классификацию:
1) по времени:
- факторы времени (эволюционное, историческое, действующее),
- факторы периодичности (периодичные и непериодичные),
- первичные и вторичные;
2) по происхождению:
- космические,
- абиотические,
- биотические,
- природно-антропогенные,
- техногенные,
- антропогенные;
3) по среде возникновения:
- атмосферные,
- водные,
- геоморфологические,
- физиологические (генетические, экосистемные);
4) по характеру:
- информационные,
- физические,
- химические,
- энергетические,
- биогенные,
- комплексные,
- климатические;
5) по объекту влияния:
- индивидуальные,
- групповые,
- видовые,
- социальные;
6) по степени влияния:
- летальные,
- экстремальные,
- ограничивающие,
- беспокоящие,
- мутагенные;
7) по условиям действия:
- зависимые от плотности,
- независимые от плотности;
8) по спектру действия:
- избирательного действия,
- общего действия.
Одни и те же экологичеcкие факторы неодинаково влияют на организмы разных видов, обитающих рядом: для одних они могут быть благоприятными, для других – нет. Важным моментом является реакция организмов на силу воздействия экологического фактора (интенсивность действия экологического фактора). В зависимости от интенсивности один и тот же фактор может оказывать положительное или отрицательное воздействие на организм.
Благоприятная доза (зона оптимума) экологического фактора для вида - диапазон значений фактора, не вызывающих отрицательных реакций, таких как замедление роста и развития, отсутствие размножения и т.д.
Зоной пессимума экологического фактора называют остальные значения фактора, угнетающие жизнедеятельность организма тем или иным образом.
Диапазоны зон оптимума и пессимума является критерием для определения экологической валентности – способности живого организма приспосабливаться к определенному диапазону условий среды. Чем шире диапазон условий, в которых вид нормально существует, – тем больше экологическая валентность вида и шансы на выживание вида в меняющихся условиях среды. Например, северный олень может выдерживать колебания температуры воздуха от –55 °С до +25 – 30 °С, а тропические кораллы погибают при изменении температуры среды на 5 – 6 °С. По экологической валентности организмы делят на стенобионты – с малой приспособляемостью к изменениям среды (орхидеи, форель, дальневосточный рябчик, глубоководные рыбы) и эврибионты – с высокой приспособляемостью к изменениям среды (колорадский жук, мыши, крысы, волки, тараканы, очерет, пырей). В пределах этих категорий в приложении к конкретному фактору среды различают эвритермные и стенотермные (по реакции на температуру среды), эвригалинные и стеногалинные (по реакции на соленость среды), эврифотические и стенофотические (по реакции на освещенность), и т.д.
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Экологическая система - сообщество живых организмов и среды их обитания, составляющее единое целое на основе пищевых связей и способов получения энергии.
Биогеоценоз (от греч. «биос» - жизнь, «гео» - земля, «це-ноз» - общий) - устойчивая саморегулирующаяся экологическая система, в которой органические компоненты неразрывно связаны с неорганическими.
Биоценоз - сообщество растений и животных, населяющих одну территорию, взаимно связанных в цепи питания и влияющих друг на друга.
Популяция (от франц. «популяцион» - население) - совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.
Агроценоз (от греч. «агрос» - поле, «ценоз» - общий) - искусственно созданный человеком биоценоз. Он не способен длительно существовать без вмешательства человека, не обладает саморегуляцией и в то же время характеризуется высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких видов (сортов) растений либо пород животных.
Продуценты (от лат. «продуцентис» - производящий) - зеленые растения, производители органического вещества.
Консументы (от лат. «консумо» - употреблять, расходовать) - растительноядные и плотоядные животные, потребители органического вещества.
Редуценты (от лат. «редуцере» - уменьшение, упрощение строения) - микроорганизмы, грибы-разрушители органических остатков
Цепи питания - цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества; каждое предыдущее звено является пищей для следующего.
Пищевой уровень - одно звено в цепи питания, представленное продуцентами, консументами или редуцентами.
Сети питания - сложные взаимоотношения в экологической системе, при которых разные компоненты потребляют разные объекты и сами служат пищей различным членам экосистемы.
Правило экологической пирамиды - закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую.
Саморегуляция в биогеоценозе-способность к восстановлению внутреннего равновесия после какого-либо природного или антропогенного влияния.
Колебание численности популяции - сменяющее друг друга увеличение или уменьшение числа особей в популяции, которое происходит в связи с изменением сезона, колебаниями климатических условий, урожая кормов, стихийными бедствиями. Благодаря регулярному повторению колебание численности популяции называют также волнами жизни или популяционными волнами.
Регулирование численности популяции - организация мероприятий по регулированию числа особей путем их истребления или разведения.
Исчезающая популяция - популяция, численность видов которой снизилась до принятого минимума.
Промысловая популяция - популяция, добыча особей которой экономически оправдана и не приводит к подрыву ее ресурсов.
Перенаселенность популяции - временное состояние популяции, при котором количество особей превышает величину, соответствующую условиям нормального существования. Чаще всего связано со сменой биогеоценоза.
Плотность жизни - количество особей на единицу площади или объема той или иной среды.
Саморегуляция численности - ограничивающее действие экологической системы, снижающее численность особей до средней нормы.
Смена биогеоценозов - преемственное естественное развитие экологической системы, при котором одни биоценозы сменяются другими под влиянием природных факторов среды: на месте лесов образуются болота, на месте болот-луга. Смена биогеоценозов может быть вызвана также стихийными бедствиями (пожар, паводок, ветровал, массовое размножение вредителей) или влиянием человека (вырубка леса, осушение или орошение земель, земляные работы).
Восстановление биоценоза - естественнее развитие устойчивой экологической системы, способной к самовосстановлению, которое проходит в несколько этапов на протяжении десятков лет (после вырубки или пожара еловый лес восстанавливается более чем через 100 лет).
Восстановление биоценоза искусственное - комплекс мероприятий, обеспечивающих возобновление прежнего биоценоза путем посева семян, посадки саженцев деревьев, возвращения исчезнувших животных.
Фитоценоз (от греч. «фитон» - растение, «ценоз» - общий) растительное сообщество, исторически сложившееся в результате сочетания взаимодействующих растений на однородном участке территории. Его характеризуют определенный видовой состав, жизненные формы, ярусность (надземная и подземная), обилие (частота встречаемости видов), размещение, аспект (внешний вид), жизненность, сезонные изменения, развитие (смена сообществ).
Задания на освоение лекции.
1. Приведите примеры:
| № | Животное/ растение | Зимняя спячка | Анабиоз | Зимний покой | Морозостойкость |
2. Нарисуйте схематично цепь питания, указав привязанность к месту обитания.
3. Приведите примеры антропогенного воздействия на окружающую природу.