Экологические пирамиды и их типы
Для изучения взаимоотношений м/у орган-ми в экос-ме обычно используют экол. пирамиды. Они строятся в виде прямоуг-ков одинак. ширины, но длина прямоуг-ков д. б. пропорциональна значению измеряемого объекта. Высота пирамид пропорц-на длине рассм. пищ. цепи, т. е. числу содерж-ся в ней трофич. уровней; их форма > или < отражает эффект-ть превращений Ε при переходе с 1 уровня на др. Пир. числ-ти предст. собой наи> простое приближение к изучению троф. стр-ры экос-мы. Сначала подсчит-т число орг-мов на данной тер-рии, сгруппировав их по троф. ур-ням и представив в виде прямоуг-ка, длина (или S) кот. пропорц-на числу орг-мов, обитающих на данной S. Основное правило: в любой среде растений >, чем жив-х, травоядных >, чем плотоядных, и т. д. Пир. числ-ти отражают плотность орган-в на каждом троф. уровне. В построении различ. пир. числ-ти отмечается большое разнообразие. Нередко они перевернуты (в лесу насчит-ся знач-но меньше деревьев чем насекомых). Это наблюд-ся и в пищ. цепях сапрофитов и паразитов. Пир. биомассы отражает > полно пищевые взаимоотн-я в экос-ме, т.к. в ней учитывается суммарная масса орг-мов (биомасса) каждого троф. уровня. Прямоуг-ки отображают массу организмов каждого троф. уровня, отнесенную к ед. S или объема. Форма нередко сходна с формой пир. числ-ти. Хар-но ↓ биомассы на каждом след. троф. уровне. Пир. м. б. и перевернутыми (для вод. экос-м, в частности, это относ. к пресновод. среде, где первичная продукт-ть обеспеч-ся микроскопич. организмами, V обмена вещ-в кот. повышена, т. е. биомасса мала, производительность велика. Наи> фундаментал. способом отображения связей м/у орг-ми на разных троф. уровнях служат пир. энергии. Они предст-т эффект-ть преобразования Ε и продукт-ть пищ. цепей, строятся подсчетом кол-ва Ε (ккал), аккумулир-ной ед. поверх-ти за ед. времени и используемой орган-ми на каждом троф. уровне. Так, можно относ-но легко определить кол-во Ε, накопл. в биомассе, и сложнее оценить общее кол-во Ε, поглощенной на каждом троф. уровне. Построив график видно, что деструкторы, значимость кот. представляется не> в пир. биомассы, а в пир. числ-ти наоборот; получают значит. ч. Ε, проходящей через экос-му. При этом только ч. всей этой Ε остается в организмах на каждом троф. уровне и сохраняется в биомассе, ост. ч. используется для удовлетв-я метаболич. потребностей живых существ: поддержание сущ-ния, рост, воспроиз-во.
Биосфера (Б): строение, границы, эволюция
Термин Б ввел Э. Зюсс (1875). Учение о Б - В.И. Вернадский. Он определил Б - как область, где сущ.-ет и суще-вало живое в-во, область переработанную и измененную живым в-вом на протяжении эволюции планеты. Хар-ками живого в-ва явл. его масса и продукция. Масса жив. В-ва составляет 2-3 трлн. т. 99% массы живого вещества приходится на автотрофов. Первичная продукция жив в-ва – масса ОВ, созд. раст. планеты за ед.времени. Вторичная продукция – увел. массы биомассы гетеротрофов за ед. времени.
Компонентами Б явл. части входящих в нее оболочек: гидросфера, атмосфера (нижние слои до высоты 20-30 км); литосфера (верх. слои до глубины 3-5 км), а также жив в-во. Между ними происх. непрерывный обмен в-вом, энергией и инфо.
В Б выд. 2 подсистемы. В верхней части Б, куда проникает солн. свет, возможен фотосинтез и зел.раст. из СО2, воды и других мин. соед образуют слож орган соединения (л-ты суши и освещ. часть океана). В нижнюю часть Б солн. свет не проникает; фотосинтез невозможен и образ. живого в-ва не происходит. «Центром» Б явл наземные л-ты, где сосред. основная масса жив в-ва.
Границы Б опред. границами сущ-вания жив. в-ва. Верхняя граница Б опред действием УФ солн.излучения. Резкое ↑ интенс. УФ радиации происх. над озоновым слоем. --> озон слой (20-25км) верх.гран. Ниж. граница Б определ. усл.земной коры – t и давл. (на глубине 2-3 (до 5-6) км на суше и 1-3 км под океанами).
Эволюция. Возникн. и развитие атм. и гидросферы связаны с геол. процессами и деят. жив в-ва. Первичная атм. планеты по составу была близка к составу метеор.и вулкан. газов.(без О2). В протерозое произошла смена углекислой атм. на азотно-кислородную. В палеозое (600-400 млн. лет назад) содержание О2 в атм. уже составляло около 15%. Измен. состава атм. тесно связаны с колеб. климата Земли. В истории Земли было неоднократное чередование теплых и хол. периодов. Все эти измен. тесно связаны с эволюцией самого жив в-ва. Эволюция среды обитания влияло на эволюцию организмов и наоборот. Наи> древние– строматолиты (возникшие на дне мелководных бассейнов), которые образовались в результате деятельности сине-зеленых водорослей и бактерий. >часть геол. времени от периода появления первых водоемов, эволюция организмов протекала в воде, и первая Б огран. гидросферой. У прокариотов, следы кот. обнаружены в раннем докембрии, питание было автотрофным. -> эволюция началась с примит. обитателей освещ.зоны морей – планктонных и бентосных прокариот (бактерий и сине-зеленых водорослей). Первые водоросли эукариоты появились в планктонных сообществах открытых вод около 1900 млн. лет назад. Для своего развития эукариоты нуждались в О2 и все более конкурировали с прокариотами в тех областях Б, где появлялся своб. О2. ->предпосылка для зарождения в рифее многоклет. раст.и жив. С появл. орган-ов способн. к фотосинтезу-->накопление О2- это 1-й точка Пастера. (100—200 тыс.лет.) Значит -развитие сложных многоклет. организмов. (губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и предки семенных растений и позвоночных.) После возрастания концент.О2 в атм.(10% от соврем.)- (2-я точка Пастера ) озоновый слой стал настолько эффективно защищать живое от жесткого УФ излучения, что жизнь постепенно вышла из водной среды на сушу. В сер. палеозоя (около 400 млн лет назад) потребление О2 сравнялось с его продуцированием, -> конц. О2 в атм. стабилиз. на уровне соврем. (20%). За время эволюции Б усиление ее биопродуктивности всегда сопровождалось интен. Образ. многих ПИ: нефть, газ, уголь, горючие сланцы, фосфориты, калийные соли и др.В хим. отношении общую эволюция Б – послед. смена 3 этапов: восстанов.о, слабо-окислит., окислительного.
Важн этапы экол окисл. Б: 1. Появление организмов с аэробным дыханием и связ. с этим клеточная организация живых организмов и в дальн. пол. размножения; 2. Переход от господства прокариотов к господству эукариотов; 3. Приобретение жив. твердой части тела – биоминерализация; 4. Выход растит. на пов-ть суши привел к резкому ↑ биомассы жив в-ва, ↑фотосинтеза и кол-ва своб. О2 в атм., что послужило основ. для выхода на сушу жив.
16. Среда обитания и экол. факторы. Общ. закономерности действия экол. факторов на жив. организмы.
Среда и условия существования организмов-2 разных понятия.
Среда - та часть природы, которая окружена живыми организмами, с которой они непосредственно взаимосвязаны, при этом 1-ни элементы среды необходимы организму, 2-ие безразличны для него, 3-и оказывают вредное воздействие (.напр,заяц-беляк взаимодействует с водой,пищей и т.д.,а валун на него не оказывает никакого влияния).Жив. орган-мы освоили 4 среды обитания:водная среда,наземно-воздушная,почвенная,внутренностная. первые водоемы на планете появились 3,8-4 млрд. лет назад.в этот период стали накапливаться данные отложения.в них впервые появилась жизнь в виде протобионтов,кот.были первичными гетеротрофами,пит-ся готовыми орган.образов. из газов,выбрас. Из вулканов и занесен. На землю кометами идр. Все они были анаэробными. потом из протобионтов разв. Архебактерии, эупротобионты. перв. синтезир-ие бакт. Появ у архебакт. Но они могли обитать толко в водной среде, т.к атмосф. Еще была восстановительной (преобладал водород)и сильно разрушал жив материи УФ. ПОТОМ, фотосинтетики выдел кислород-среда стала окислительной - форм. Озоновый экран. из эупротобионтов начин формиров.3 основ. Царства жив. Орган.:растения,грибы,животные. Грибы по функц. Свойствам ближе к животным. Первый выход жив. организмов (псилофиты)-400 млн. лет назад,до выхода появились наземные виды,кот. Освоили наземно-воздушную среду. постепенно, раст. И жив. Отмирают - форм. Почвен. Горизонт, кот. Стал местом обитания почвенных организмов. Они имеют рзл. Размеры, от простейших,до крупн. Позвоночных жив. постеп, у появившихся орган. Стали появляться существа, освоившие их пищеварительную систему или др. органы. наиболее древн. Внутриполостные обитатели-вирусы. наиб универсальные, освоившие почти все органы жив.-гельминты. Внутриполостное обитание вирусов, бакт., хламидий,гельминтов сопровожд. Возник. Разн. Заболев. Факторы,действующие в каждой среде-экологические. У орган. К факторам среды выраб. Адаптации или приспособления. Действ. Факторы неоднородны и по происхождению раздел. На 3 группы:* абиотические,*биотические,*антропогенные. Каждый из этих факторов может оказывать прямое или косвенное возд-е. если происходит прямое уничтожение организма-прямое возд-е,если опосредованно,через что-либо-косвенное.
Абиотические. Наиб важн.-температура,вода,свет,эдафич. Факторы,Эл.-мгн. Поле. Они обеспечивают суточную,сезонную,многолетнюю динамику жив организмов,к ним у жив. Организмов вырабатываются приспособления. 2 типа приспос. К внешним факторам:1- пассивный путь адаптции -даптац. По типу толерантности. Такой тип приспос. Формируется как характерное видовое свойство и ревлизуется пеимущ. На клеточно-тканевом уровне(пойкилоосматические организмы-хладнокровные). 2 -активный-адаптац. По резистентному типу. У организмов развив гомеостаз,кот. Лежит в основе поддержания равновесия во внутрен. Среде организмов.(гомойосматические-теплокровные).
Биотические. Пища,хищники,возбудители болезней,конкуренция и т.д. -факторы,лежащие в основе формирования внутрипопуляционных и межпопуляционных отношений. Они,в отличие от абиот. Факторов, оказ. Иной эффект,т.к.,действ. на организм др.видов, они являются объектом возд-я с их стороны. На основании этого между ними форм-ся разл. Биотич. Взаимоотношения.
Антропогенные. создан. деят-ю чела. Прямое воздействие-наводнение,косьба, для мал. жив-косвенное.
+ 16 Закономерности действия:
1) закон минимума. Сущ. каждого вида ограничивается тем из факторов, кот. наи> отклоняется от оптимума. "Закон огранич. фактора" (Либих, 1840) Урожай зерна часто лимитир. не теми пит. в-вами, кот. требуются в > кол-вах, н-р, как двуокись углерода и вода, а теми, кот. требуются в малых кол-вах (например, бор), но кот. и мало в почве. Этот принцип получил широкую известность как закон минимума Ю. Либиха. Согласно этому закону относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем > он находится по сравнению с др. факторами в минимуме. Закон Ю. Либиха показывает на один из аспектов зависимости организмов от среды, он строго применим в условиях стационарного сост. сист. Если усл. ср. будут изменяться, то тот или иной проц. также изменится, и будет зависеть от других факторов.
2) Закон толерантности. Изучая различное лимитир. действие экол. факторов (таких как свет, тепло, вода) ам. зоолог Виктор Эрнест Шелфорд (1877 – 1968), пришел к выводу, что лимитир. фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов. В экологию такое положение вошло как закон толерантности В. Шелфорда (1913). Он гласит: "лимитир. фактором, ограничивающим разв. организма, может быть как минимум, так и максимум экол. воздействия". Под огранич. фактором понимают фактор, уровень кот. в кач-ном и кол-ном отнош. (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма.
Виды, кот. выдерживают значит. отклонения от оптимальных знач. разных факторов, обладают широким диапазоном выносливости и живут в различных, порой резко отличающихся др. от др. усл. ср., называются эврибионтными. Экол. непластичные, то есть маловыносливые виды, явл. стенобионтными.
3) Суммация факторов. В пр. ср. действие факторов на организм может суммироваться. Н-р, одноврем. чувства голода и жажды при недостатке пищи и воды. Высокая радиоактивность ср. и одновременное содер. нитратного азота в пит. воде, пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью чела, чем каждый из этих факторов в отдельности.
4) Синергизм. Действуя совместно, взаимно усиливаясь, экол. факторы могут вызывать явл. синергизма. Следствием этого явл. снижение жизнеспособности организма (более подробно данное положение рассматривается в разделе по экологии атмосферы).
5) Компенсация факторов. В кач-ве примеров компенсации действия одного фактора др. можно привести след: утки, оставшиеся зимовать в умер. широтах, недостаток тепла возмещают обильным пит.; бедность почвы во влажном экв. лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом в-в; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах Ca, Sr. Однако, несмотря на частичную заменяемость экол. факторов, ни один из них не может быть полностью заменен др. Каждый из экол. факторов явл. незаменимым. Так, недостаток тепла нельзя заменить обилием света, а мин. элементы, необходимые для пит. раст., - водой.
17 Экологическая зональность Мирового океана и морей. Разделение по вертикали и горизонтали.
М.О. образован собственно океаном и периферическими частями – морями. Среди них различают окраинные моря, широко сообщающиеся с океаном (Баренцево море) и средиземные, почти со всех сторон окруженные сушей (Красное, Средиземное). Средняя глубина Мирового океана составляет 3,8 км.
В структуре Мирового океана выделяется три основные части:
1) Прибрежное мелководье (материковая отмель, материковое плато, континентальный шельф). Характеризуется очень плавным и небольшим понижением суши до глубины 200-500 м. 2)Переходная зона от прибрежной отмели к большим глубинам (материковый склон, континентальный склон), на глубине 3-4 км переходит в ложе океана.3)Глубоководье (океаническое ложе).
Океаны и моря как по вертикали, так и по горизонтали, подразделяются на отдельные экологические зоны
Бенталь океана (близлежащая к морскому дну зона). Материковая отмель разделяется на три экологические зоны:
a) супралитораль – часть берега, увлажняемая заплесками и брызгами воды;
b) литораль (эвлитораль) – прибрежье, периодически заливаемое водой во время приливов и обнажающееся во время отливов;
c) сублитораль – мелководье, простирается до нижней границы распространения донных фотосинтезирующих растений.
Материковый склон занимает батиаль, переходящая в области океанического ложа в абиссаль, которая на глубинах свыше 6-7 км называется ультраабиссаль, или гадаль.
Разделяется на зоны по вертикали и горизонтали.
Разделение по вертикали (на слои, лежащие друг над другом):
a) эпипелагиаль – верхний слой, покрывающий материковую отмель, воды до глубины 200 м, нижняя граница сублиторали;
b) батипелагиаль – глубже лежащий слой до нижней границы батиали, толща воды над материковым склоном;
c) абиссопелагиаль – располагается от нижней границы батиали до глубин 6-7 км;
d) ультраабиссопелагиаль.
Разделение по горизонтали (на водные массы, располагающиеся над различными областями океанического ложа):
a) неритическая часть – лежит над областью материковой отмели;
b) океаническая часть – находится над зонами батиали и абиссали.
В зависимости от того, в какой зоне обитают организмы, они называются супралиторальными, литоральными, пелагическими и т.д.
18 Экологические группы гидробионтов. Планктон – это сов-ть пелагических организмов, не обладающих способностью к быстрым и активным передвижениям, пассивно переносимых течением(микроскопич. водоросли – фитопланктон, мелкие животные – зоопланктон и бактериопланктон). Для сохранения взвешенного в воде состояния - различные приспособления: редукция скелета, пропитывание водой и т.д. В завис-ти от размеров тела:1)ультрапланктон –не > неск. микрометров (бактерии);2)наннопланктон–микрометры и их десятки;3)микропланктон – десятые и сотые доли мм;4)мезопланктон –мм 5)макропланктон – см; 6)мегалопланктон –десятки см. Планктон -важный пищевой компонент мн. водных животных. Н ектон –сов-ть пелагических активно передвигающихся жив-х, не имеющих непосредственной связи с дном, способных противостоять силе течения и самостоятельно перемещаться на значит. расстояния. Обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения. Типичные нектонные организмы - рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водах к нектону относятся и земноводные и активно перемещающиеся насекомые. Плейстон. Организмы, которые пассивно плавают на поверхности воды или ведут полупогруженный образ жизни (сифонофоры, некоторые моллюски и др.,саргассовые водоросли, ряски).
Нейстон - разновидность планктона. Нейстон– сообщество организмов, обитающих у поверхностной пленки воды(некоторые простейшие, одноклеточные водоросли, водомерки, личинки комаров и др). Организмы, обитающие сверху поверхностной пленки – эпинейстон, снизу – гипонейстон. К нейстону относят также обитателей верхнего 5см слоя воды. Бентос – совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Бентос подразделяется на фитобентос и зообентос. В основном представлен прикрепленными или медленно передвигающимися, а также роющимися в грунте животными.
Бентосные организмы различаются:1)по образу жизни – подвижные (бродячие), мало подвижные (лежачие) и неподвижные (прикрепленные);2)по способу питания – фотосинтезирующие, растительноядные, плотоядные, детритоядные; 3)по размерам – макро-, мезо-, микробентос.
Организмы бентоса делятся на группы: 1)прикрепленные формы (губки, кораллы).2)лежащие организмы (полихеты из кольчатых червей).3)закапывающиеся организмы (пескожил); 4)сверлящие организмы (корабельный червь из двустворчатых моллюсков); 5)свободно двигающиеся организмы (раки, крабы).
Перифитон - совокупность организмов, которые поселяются на подводных предметах или растениях и образуют так называемые обрастания на природных или искусственных твердых поверхностях – камнях, скалах, подводных частях судов, сваях, гидротехнических сооружениях (водоросли, моллюски, мшанки, губки и др.). Организмы перифитона – это обрастатели.