ВОПРОСЫК ЭКЗАМЕНУ ЭКОЛОГИЯ 2017
1. Предмет и задачи экологии. Историческое развитие.
Экология (от греч. "ойкос" - дом, жилище и "логос" - учение) - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологии, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, а также математикой. Предметом изучения в экологии является совокупность и структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии - экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой их обитания. В область компетенции экологии входит также изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).
Традиционной частью экологии является общая экология, изучающая общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологический вид). В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
1. Аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (вида, особи) с окружающей средой;
2. Популяционную экологию (демэкологию), изучающую структуру и динамику популяций отдельных видов;
3. Синэкологию (биоценологию), изучающую взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.
Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде, т.е. закономерностей адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляции, устойчивости экосистем и биосферы и т.д. В таком понимании общую экологию нередко называют биоэкологией.
Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования, например, различают экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов.
Большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Это связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов, в связи с негативными последствиями научно-технического прогресса.
Таким образом, современная экология не ограничивается только рамками биологической науки, она представляет собой междисциплинарную науку, опирающуюся на все естественные науки, а также и на науки социально-экономического цикла. На стыке экологии с другими отраслями знаний развиваются такие новые направления, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология и др.
Экологическими проблемами Земли как планеты занимается интенсивно развивающаяся глобальная экология, основным объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема. Развиваются и такие специальные дисциплины, как социальная экология, изучающая взаимоотношения в системе "человеческое общество-природа" и экология человека (антропоэкология), в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.
К задачам экологии относятся:
1. Разработка общей теории устойчивости экосистем;
2. Изучение экологических механизмов адаптации к среде;
3. Исследование регуляции численности популяций;
4. Изучение биоразнообразия и механизмов его поддержания;
5. Исследование продукционных процессов;
6. Исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;
7. Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.
Основными прикладными задачами, решаемыми экологией, являются:
1. Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий для окружающей природной среды под влиянием деятельности человека;
2. Улучшение качества окружающей природной среды;
3. Сохранение и воспроизводство природных ресурсов, рациональное природопользование;
4. Оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и других решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически неблагополучных регионах.
Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.
Экология как совокупность знаний, определяющих взаимоотношения живого с окружающей его органической и неорганической средой, восходит к далекому прошлому. Существенно экологический подход к изучению биосистем появляется в XVIII веке в работах российского ученого С. П. Крашенинникова, французского биолога Ж. Бюффона, шведского естествоиспытателя К. Линнея и др. В этот же период Ж. Б. Ламарк и Т. Мальтус впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.
Во второй половине XIX века экология оформилась как самостоятельная область знаний. К этому периоду относятся работы российского ученого В. В. Докучаева, которого известный современный американский эколог Ю. Одум считает одним из основоположников экологии. В конце 70-х гг. XIX века немецкий гидробиолог К. Мебиус вводит важнейшее понятие о биоценозе как о закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды.
Существенный вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин, осознавший основные факторы эволюции живых организмов. То, что Дарвин называл "борьбой за существование", с позиций экологии можно трактовать как взаимоотношения живых организмов с абиотической (внешней) средой и с биотической (между собой) средой. Название "экология" берет свое начало в работах немецкого биолога-эволюциониста Э. Геккеля. В своем труде "Всеобщая морфология организмов" он писал: "Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего - его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология - это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал "условиями, порождающими борьбу за существование".
Как самостоятельная наука экология окончательно сформировалась в начале XX века, в частности, в работах американского ученого Ч. Адамса и российского - В. И. Вернадского, создавшего учение о биосфере.
В 30-е и 40-е гг. XX века экология поднялась на более высокую ступень развития в работах А. Тенсли, сформулировавшего понятие об экосистеме, и В. Н. Сукачева, обосновавшего близкое этому понятие о биогеоценозе. Во второй половине XX века экология окончательно сформировалась как комплексная наука, включающая в себя науки об охране природной и окружающей человека среды.
2. Структура экологии. Место экологии в системе естественных наук.
Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками.
Общие закономерности взаимоотношений любых живых существ, включая и человека как биологическое существо, изучает наука — общая экология, в состав которой входят следующие разделы:
· аутэкология, исследующая индивидуальные связи отдельного организма (особи) с окружающей средой;
· популяционная экология (демоэкология), в задачу которой входит изучение структуры и ее динамики под действием экофакторов;
· синэкология (биоценология), изучающая взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.
Главной целью всех этих направлений является изучение проблемы выживания живых существ в окружающей среде, и задачи перед ними стоят биологического содержания — изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы в целом, и т. д.
В таком понимании общую экологию нередко называют биоэкологией.
Кроме того, экология классифицируется с точки зрения изучения экологических процессов во времени на:
· историческую;
· эволюционную,
с точки зрения изучения конкретных объектов и сред — на:
· экологию животных,
· экологию растений
· и экологию микроорганизмов.
В настоящее время экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Тем самым экология прошла сложный и длительный путь к осознанию проблемы «человек — природа», опираясь на исследования взаимодействий в системе «организм — среда». Актуальность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» всех наук и других отраслей человеческой деятельности, т. е. к обязательному учету ими законов и требований экологии. В таком качестве экологию можно разделить на две части (по Реймерсу, 1994) — теоретическую (фундаментальную) и прикладную экологию.
Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни в экосистемах и самой биосфере как глобальной экосистеме Земли, на основе законов общей экологии, учения о биосфере и положений экологии человека. Включает разделы:
· экологию человека, изучающая человека как биологический вид, вступивший во взаимодействия с окружающей средой и социальной средой (входит психологическая экология);
· социальную экологию – изучает взаимодействие в системе «человеческое общество — природа»;
· глобальную экологию –изучает крупномасштабные проблемы экологии человека и социальной экологии.
Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов фундаментальной (теоретической) экологии. Включает разделы: инженерная экология (занимается изучением и разработкой инженерных норм и средств, отвечающих экотребованиям), геоэкология (изучает взаимоотношения организмов со средой, с точки зрения их географической принадлежности), математическая экология (использует математические методы для решения экологических задач), сельскохозяйственная экология (занимается проблемами рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности их использования, получения экологически чистых продуктов), промышленная экология (изучает взаимоотношения в системе «промышленность - среда»), космическая экология (изучает взаимоотношения в системе «человек - космос», проблема космического мусора), медицинская экология (область изучения экологических условия возникновения, распространения, развития болезней человека (острых и хронических), обусловленных природными факторами и техногенными воздействиями на среду).
В XXI в. экология возведена в ранг обобщающей науки, которая включает в себя экологические направления самых различных наук (Реймерс, макроэкология).
Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая и международное право), психологией и педагогикой и г. п.
3. Значение экологического образования и воспитания. Экологическое мировоззрение. Антропоцентризм и экоцентризм. Экологические законы Б.Коммонера.
Экологическое образование – целенаправленно организованный, планомерно и систематически осуществляемый процесс овладения экологическими знаниями, умениями и навыками.
Экологическое образование необходимо человечеству для создания достойной людей среды. Экологические знания помогают человеку принимать правильные решения в вопросах охраны природы, в т.ч. на бытовом уровне. Необходимо повышать экологическую культуру каждого члена общества. Экологическое воспитание достигается с помощью комплекса экологического обучения.
Антропоцентризм и экоцентризмявляются терминами, характеризующими мировоззрение человека, т. е. его взгляды на окружающий мир и на его место в этом мире.
1) антропоцентризм основан на представлении человеческой исключительности (человек – король мира):
1. высшая ценность – человек
2. иерархическая картина мира (чвк – вещи – объекты природы)
3. цель взаимодействия с природой – ее использование
4. хар-р взаимодействия с природой: правильно то, что полезно человеку – прагматический императив
5. этика развития природы
6. развитие природы – процесс, подчиненный развитию чвк.
Развитие технологии, расхищение природных богатств, уничтожение животных и растительности, загрязнение окружающей среды привело к истощению природных ресурсов и поставило человечество перед глобальным экологическим кризисом. Для человечества стало очевидно, что необходимы новые мировоззренческие ориентиры, которые бы не противопоставляли человека природе.
2) Новая природоохранная идеология XXI века – экоцентризм:
1. высшая ценность – гармоничное развитие чвка и прир
2. отход от иерархич картины мира
3. цель взаимодействия с прир: удовлетворение потребностей чвка и природного сообщества
4. …: правильно и разрешено только то, что не нарушает существующее экологическое равновесие
5 этические нормы и правила одинаково распространяются как на взаимодействия между людьми, так и на развитие природы
6 коэволюция – чвк и природа развиваются вместе!
Антропоцентризм д.б. вытеснен экоцентризмом.
Экологические законы Барни Коммонера (1975) – «законы выживания человечества»):
1. Все связано со всем – закон об экосистемах
2. Все надо куда-то девать – закон о промышленности
3. Природа знает лучше – сотрудничество с прир., а не покорение;
4. Ничто не дается даром (за все надо платить) – всеобщий закон рационального природопользования.
Согласно им, Глоб. экосист. предст. соб. единое целое, в рамках кот. ничего не может быть выиграно или потеряно и кот. не может явиться объ. всеобщего улучшения; все, что может быть извлечено из глоб. экосист. чел. трудом, должно быть возмещено.
4. Экосистема – основное понятие экологии. Составные компоненты экосистем.
Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. Впервые термин экосист. ввел Тенсли 1935.
Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.
Экосист. имеет 2 комп.: 1. биотический (живой: продуценты, консументы, редуценты); 2. абиотический - среда обитания.
Между ними осуществляется взсв посредством обмена вещ., энерг., инф.
Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.
Свойства экосистем:
1) 
- гомеостатическое плато. Нарушение обратной связи – помехи (засуха, появление др хищника, чвк)
2) эмерджентность – св-во целого нельзя свести к сумме св-в всех его частей. Эм св-во возникло в рез-те взаимодействия компонентов систем, а не просто как суммирование св-в компонентов.
3) открытость. В откр экосистемах идут процессы с уменьшением энтропии. Устойчивые открытые системы имеют минимальную энтропию.
4) устройчивость. Они осн на непрерывном круговороте вещ-в, связанных с потоком энергии. Устойчивость: 1 резистентная (способность системы сопротивляться нарушениям), 2 резистентность упругая – способность быстро восстанавливаться.
5) разнообразие. 6) живучесть – способность переносить резкие колеб-я условий окр среды. 7) саморегуляция – гомеостаз.
Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру экосистем.
5. Физико-химическая среда обитания организмов. Экологические факторы.
Среда обитания – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие, т.е. совокупность биотических и абиотических условий жизни. Их 4: наземно-воздушная, водная, почвенная, среда внутри жив орг-мов.
Экологические факторы среды – определенные условия и элементы среды, оказывающие специфическое воздействие на живые организмы. Экологические факторы делятся на:
· биотические
· абиотические:
o физические (Климатические факторы: спектр солнечные лучей, освещенность, температура поверхности Земли, влажность воздуха, осадки, ветер, давление атмосферы. Эдафогенные (почвенные) факторы: плодородие, хим. состав, гравиметрическое состояние, влагоемкость, воздухопроницаемость, температура, механический состав, плотность. Факторы водной среды. прозрачность, скорость течения. Орографические: рельеф, высота склона над уровнем моря, крутизна склона, экспозиция (север/юг).)
o Химические (кислород, содержание солей, жесткость, состав обменных катионов обменная возможность). По периодичности делятся на:
o периодические (регулярно повторяются)
§ первичные
§ вторичные
o непериодические (возникают неожиданно)
· антропогенные (воздействие человека)
· факторы питания (качество пищи, количество пищи, макроэлементы, микроэлементы).
6. Абиотические факторы. Климатические факторы, почвенные факторы, факторы водной среды, орографические факторы, пожары.
Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Абиотические факторы – факторы неживой природы. Делятся на физические и химические; на периодические (регулярно повторяются) и непериодические (возникают неожиданно).
Климатические факторы: физич: солнечный свет, освещенность, температура поверхности Земли, влажность воздуха, осадки (важнейший фактор очищения атмосферы от примесей), ветер, давление атмосферы.
Химический фактор – состав атмосферы. N2 – 78%, O2 – 21%, CO2 – 0.033%, Ar (аргон) – 0.9%.
Почвенные (эдафогенные) факторы (почва – рыхло-поверхностный горизонт почвы, способный удовлетворять потребности растений в питательных веществах):
Физич: водный, воздушный, тепловой режим; плотность и мощность; гранулометрический состав; механический состав: песок, супесь, суглинок, глина.
Химические почвенные факторы:
pH = - lgCH+
[H+][OH-] = 10-14 (25oC)
pH = 7, среда нейтральная
pH < 7, среда кислая
pH > 7, среда щелочная;
солевой режим (обменная способность ионов, состав обменных катионов); солёность почвы (содержание анионов Cl-, CO32-, SO42-). Если много хлорид-ионов – солончаки, ничего не растет; химический состав почвы:
§ кремнезём SiO2 – 50%
§ глинозём Al2O3 – 10-25%
§ Fe2O3 – 1-10%
§ K2O, CaO, MgO, P2O – 0.1-1%
Факторы водной среды:
Физические: прозрачность, мутность, скорость течения, температура воды.
Химические: кислород, растворенный в воде. Необходимое количество – 5 мг/л;
содержание солей
§ пресные; ≤1 г/л. 80% солей – соли кальция и магния. Жесткость воды
§ соленые; ≈35 г/л (морские, океанические воды);
pH в природных 5≤pH≤9.
Орографические (факторы рельефа): высота над уровнем моря, крутизна склона, экспозиция склонов(север/юг).
Огонь (пожары): верховые; низовые (только подлесок и трава). Способствуют адаптации к огню живых организмов, ослабляют опасность верховых; искусственные (палы) – фактор управления средой, оздоровления леса в умеренных районах.
7. Факторы питания. Биотические факторы. Внутривидовые и межвидовые взаимоотношения между организмами.
Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.
Факторы питания (пища – сами организмы. Пищевой ресурс – любой потребляемый компонент среды, который может быть отнят одним живым организмом у другого. Энергия для жизнедеятельности, питательные вещества для построения тела и выполнения физиологических функций): качество пищи; количество пищи; свет, вода, CO2 → C6H12O6(фруктоза); макроэлементы P, N, S, K, Ca, Mg; микроэлементы Fe, Mn, V, Cu, Si, Cl, B…
Биотические факторы – различные формы взаимодействия между живыми организмами:
1. внутривидовые: конкуренция (прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение токсинов; косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую); состязание; соперничество; взаимопомощь; сотрудничество (стадо).
2. межвидовые: таблица: тип взаимодействия, результат взаимод – вид А, вид В: конкуренция - -, хищничество + -, паразитизм + -, аменсализм – 0, симбиоз (мутализм) ++ (пчела и нектар цветка), комменсализм (нахлебничество, сотрудничество, сотрапезничество, квартиранство) + 0, нейтрализм 00 (в природе почти не встреч, наблюд только м-ду оч крупными хищниками).
Есть и другая классификация межвидовых взаимоотношений:
1. пищевые (трофические) связи - формируют трофическую структуру экосистемы; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;
2. топические связи (от греческого слова топос - место) - основаны на особенностях местообитания, например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми, отношения между организмами и их паразитами и т.п.;
3. форические связи (от латинского слова форас - наружу) - отношения по распространению семян, плодов и т.п.;
4. фабрические связи (от латинского слова фабрикато - изготовление) - использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.
Антропогенные факторы – воздействие человека:
1 прямое (рубка деревьев, выведение новых пород)
2 косвенное (через загрязнение).
8. Лимитирующие факторы. Закон минимума. Закон Шелфорда.
Лимитирующие факторыограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с оптимальными требованиями организма.
Закон минимума установил Ю. Либих: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме (которого не хватает).
Позже американский ученый Шелфорд в начале 20го века показал, что не только недостаток, но и избыток вещества влияют на жизнедеятельность организмов и сформулировал закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или избытком любого фактора, уровень которого может оказаться близким к пределам устойчивости или выносливости, т.е. к пределам толерантности.
Кривая толерантности:
1 – зона угнетения, 2 – зона оптимума – зона нормальной жизнедеятельности. При min и max – гибель организма. Точки min и max – пессимальные точки.
По способности приспосабливаться к окружающей среде:
- эврибионты (в широком интервале экологических факторов)
- стенобионты (в узком интервале экологических факторов)
На рисунке по отношению к свету – 1 –
стенотервные виды, 2 – эвритерные виды.
9. Взаимодействие экологических факторов. Закон независимости факторов Вильямса
Факторы делятся на прямодействующие и косвеннодействующие. Каждый экологический фактор необходим для организма. Закон независимости экологических факторов Вильямса: условия жизни равнозначны, и ни один экологический фактор не может быть полностью заменен другим. Есть ведущие (необходимые) и второстепенные (сопутствующие) факторы.Набор факторов и их значимость зависит от среды обитания.
В природе существует смена ведущих факторов. Степень важности экологических факторов зависит от среды обитания. На Земле 4 среды обитания: вода, наземно-воздушная, почвенная и тело живых организмов. В водной среде главный фактор кислород, растворенный в воде (не меньше 5 мг/л). В наземно-воздушной главный фактор – температура. В почвенной среде – кислород, химический состав. В живых организмах – обилие пищи. При взаимодействии факторов действует эффект компенсации: недостаток одного компенсируется избытком другого (на севере: холод – много света).
10. Экологическая ниша, дифференциация экологической ниши, модель экологической ниши. Принцип конкурентного исключения.
Экологическая ниша – совокупность всех факторов и ресурсов среды, в пределах которых может существовать вид в природе. Ниша – абстрактное понятие, которое сводит все, в чем нуждается организм. Это – место вида в природе, включающее как положение рода в пространстве, так и функциональную роль его в сообществе. Знание ниши позволяет ответить на вопрос: как, где, чем питается вид, чьей добычей является, как и где размножается.
В природе важное значение имеет дифференциация ниши – процесс разделения популяций и видов, пространства и ресурсов среды. Ведет к снижению конкуренции.
Фундаментальная ниша – условия среды, в которых вид может существовать без конкуренции (ниша желаний). Реальная ниша – та, которую вид может отстоять.
Закон заполнения экология ниши: при заполнении ниши исчезнувший или уничтоженный вид заменяется функционально близким или экологически аналогичным видом.
Хатчитсон предложил модель экологической ниши:
V – влажность; X – химический состав пищи; T – температура. Внутри – реальная ниша. Белое – фундаментальная ниша.
Принцип Гаузе (принцип конкурентного исключения): два вида не могут занимать одну экологическую нишу, один вид вытесняет другой.
Если близкородственные виды живут в одном месте, то они, как правило, либо используют разные ресурсы, например, питаются в разных ярусах леса, либо активны в разное время. В любом случае их жизнедеятельность не должна пересекаться. Выживает, как правило, только один из конкурирующих видов, лучше удовлетворяющий требованиям данного места обитания, проигравший либо погибает, либо мигрирует из данной экосистемы. Есть еще один выход, по которому часто идет природа: переадаптация, изменение своих требований, например, переход на новый вид пищи. Таким путем обычно создаются новые виды.
11. Уровни организации живой материи. Фундаментальные свойства живых систем. Биогенетический закон Геккеля.
1 Ген.
2 Молекулярный. Любая живая система состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
3 Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.
4 Органы, ткани
5 Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии - от момента зарождения до прекращения существования - как живая система. На этом уровне возникают системы органов, специализированных для выполнения различных функций.
6 Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, в которой создается популяция - надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования - процесс микроэволгоции.
7 Сообщества
8 Экосистемы
6 Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем.
Для всех уровней организации живых систем характерны свойства, отличающие живую материю от неживой. К числу основных, фундаментальных свойств живого относятся:
1 Потребление из окружающей среды и превращение питательных веществ (подсистем) с низкой энтропией (метаболизм).
2 Обмен веществом и энергией с окружающей средой.
3 Регуляция. Поддержание структурно-функциональной организации биологической системы требует упорядоченности течения обменных процессов. Механизмы регуляции обеспечивают адаптацию системы к изменяющимся условиям среды.
4 Раздражимость и реактивность.
5 Репродукция. Это свойство обеспечивает поддержание или увеличение численности биологических объектов всех видов и типов. В основе репродукции лежит процесс клеточного деления.
6 Гомеостаз. Это самовозобновление и самоподдержание внутренней среды организма.
Фундаментальные свойства живого - тесно связанные, неотделимые друг от друга феномены.
Биогенетический закон Геккеля — каждый организм в период эмбрионального развития повторяет стадии, которые его вид должен был пройти в процессе эволюции. То есть по мере прохождения индивидом стадий эмбриона и раннего плода его организм повторяет или вновь проходит эволюционную историю своего вида. Например, человеческий эмбрион за девять месяцев, проведенных в матке, проходит много стадий - от беспозвоночного к рыбе, затем - к амфибии, к рептилии, к млекопитающему, к примату, к подобию гоминид и к человеку как таковому. Универсальность этого закона была опровергнута современными биологами.
12. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и хемосинтез. Дыхание.
Организмы по способу питания делятся на автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы – живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Эти экосистемы сами снабжают себя органическим веществом. Фотосинтез. Фотосинтетики - растения и сине-зеленые водоросли, которые используют энергию Солнца для создания первичного органического в-ва. Хемосинтез: хемосинтетики – бактерии, которые используют энергию хим реакций (процессы окисления) для синтеза первичного органического вещества (фруктозы): серобактерии S2àS0=>(SO4)2-, железобактерии Fe2+=> Fe3+, нитрифицирующие бактерии: NH3=>N2=>NO=> (NO3)-.
Гетеротрофы – потребители, используют вещества, накопленные продуцентами. (потребляют готовое органическое вещество – животные, насекомые, грибы, микроорганизмы).
Гетеротрофы: консументы (потребители). Питаются за счет организма хозяина (фитофаги - травоядные, зоофаги – хищники); симбиотрофы (грибы). Питаются корневыми вытяжками растений; редуценты. Питаются мертвым органическим веществом (детритофаги (питаются мертвым орг в-вом), сапротрофы (некрофаги) питаются трупами, биоредуценты (микроорганизмы, разлагающие органическое вещество до минеральных соединений).
Листья растений осуществляют три важных процесса – фотосинтез, испарение воды и газообмен. В процессе Ф. из воды и CO2 под действием солнечных лучей синтезируются органические вещества. Днем, в р-те Ф. и дыхания, растение выделяет O2 и CO2, а ночью – только CO2, образующийся при дыхании. Больш. раст. способно синт. хлорофилл. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты, белки. Световая фаза:
1. Фотолиз воды – 2H2Oà4H++O2|;
2. Созд. разности пот. на мембране (e- и H+) à эл. поле à молекула АДФ проходит через канал фермента в мембране и синт. в АТФ; 3. Образование H из (e- и H+).
Темновая фаза:
1. Синтез глюкозы: 24H + 6CO2 à(Ф) C6H12O6 + 6H2O;
2. Синтез крахмала из глюкозы: nC6H12O6 à(Ф) [C6H10O5]n + nH2O – реакция поликонденсации.
Σ: 6CO2 + 6H2O + АТФ à(nv) C6O12O6 (фруктоза)+ 6O2 + АДФ
Дыхание – гетеротрофный процесс, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Благодаря дыханию как бы «сгорает» накопленное при фотосинтезе органическое вещество. Различают следующие виды дыхания: 1 аэробное – процесс, обратный фотосинтезу, где окислитель, газообразный кислород присоединяет водород; 2 анаэробное – происходит обычно в бескислородной среде и в качестве окислителя служат другие неорганические вещества, нп сера; 3 брожение – такой анаэробный процесс, где окислителем становится само орг в-во.
13. Адаптации. Толерантность. Кривая толерантности. Экологическая валентность. Эврибионты и стенобионты.
Адаптация – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. Это одно из сам важн св-в жизни. Оно обеспечивает возможность организмов выживать и размножаться. Проявляется на разных уровнях (от биохим до строения и функционирования сообществ). Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения).
Виды адаптаций: Морфологическая – внешние признаки (изменение строения: кактусы); Физиологическая – акклиматизация, миграция, зимовка (изменение физиологических функций: верблюд); Поведенческая – выработанная в ходе эволюции реакция на изменение окружающей среды – затаивание, запугивание.
ТОЛЕРАНТНОСТЬ – способность живых организмов выдерживать условия жизни.
Кривая толерантности:
1 – зона угнетения, 2 – зона оптимума – зона нормальной жизнедеятельности. Точки минимума и максимума значений факторов называются точками пессимума (предельно устойчивые, ниже и выше организм не может существовать).
Все факторы взаимосвязаны и действуют комплексом.
Экологическая валентность (пластичность) – способность организма адаптироваться к отдельным факторам или комплексам факторов окружающей среды. Экологический спектр валентности – сумма экологических валентностей по отношению к факторам среды.
По способности приспосабливаться к окружающей среде организм бывают: эврибионты (в широком интервале экологических факторов); стенобионты (в узком интервале экологических факторов). На рисунке по отношению к температуре – 1 стенотермные виды (для их жизни требуются условия, ограниченные узким диапазоном температур), 2 – эвритермные виды (способны жить в широком диапазоне температур). (ОХ – температура, ОУ – активность).
14. Популяции, структура, характеристики: численность и плотность, рождаемость, смертность, продолжительность жизни. Кривые выживания.
Популяция – совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида. Популяция – это генетическая единица вида.
В зависимости от размеров занимаемой территории различают 3 типа популяци <