ПЯТНИЦА 30.04.21 г. 303,201,208

ГРУППА 303 биология

ТЕМА:Предмет экологии. Экологические факторы среды.

          Взаимоотношения организма и среды.

Определение
Экология — это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой природой.

Термин «экология» ввел в научный обиход в 1866 г. немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч. Дарвина Э. Геккель.

Задачи экологии:

Изучение пространственного размещения и адаптационных возможностей живых организмов, их роль в круговороте веществ (экология особей, или аутэкология).
Изучение динамики численности  и структуры популяций (популяционная экология).
Изучение состава и пространственной структуры сообществ, круговорота веществ и энергии в биосистемах (экология сообществ, или экосистемная экология).
Изучение взаимодействия с окружающей средой отдельных таксономических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов и т. д.).
Изучение различных экосистем: водных (гидробиология), лесных (лесоведение).
Реконструкция и изучение эволюции древних сообществ (палеоэкология).
Экология тесно связана с другими науками: физиологией, генетикой, физикой, географией и биогеографией, геологией и эволюционной теорией.

В экологических расчетах применяется методы математического и компьютерного моделирования, метод статистического анализа данных.

экологические факторы
Экологические факторы — компоненты окружающей среды, влияющие на живой организм.

Существование определенного вида зависит от сочетания множества различных факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфичны.

Виды экологических факторов:

Абиотические факторы — факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организм.
Примеры: рельеф, температура и влажность воздуха, освещенность, течение и ветер.
Биотические факторы — факторы живой природы, влияющие на организм.
Примеры: микроорганизмы, животные и растения.
Антропогенные факторы — факторы, связанные с деятельностью человека.
Примеры: строительство дорог, распашка земель, промышленность и транспорт. 
Абиотические факторы
климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха;
Развернуть
Развернуть
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к водному обмену различают следующие экологические группы растений:

гидратофиты — растения, постоянно живущие в воде;

гидрофиты — растения, частично погруженные в воду;

гелофиты — болотные растения;

гигрофиты — наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах;

мезофиты — растения, предпочитающие умеренное увлажнение;

ксерофиты — растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги (в том числе суккуленты --растения, накапливающие воду в тканях своего тела (например, толстянковые и кактусы);

склерофиты — засухоустойчивые растения с жесткими, кожистыми листьями и стеблями.

эдафические (почвенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы; 
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к плодородию почвы различают следующие экологические группы растений:

олиготрофы — растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);

мезотрофы — растения с умеренной потребностью в питательных веществах (большинство лесных растений умеренных широт);

эвтрофы — растения, требующие большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть).

орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона;
химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность;
физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоемкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
Все растения по отношению к свету можно разделить на три группы: гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты.

Гелиофиты — светолюбивые растения (степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки).

Сциофиты — тенелюбивые растения (лесные травы).

Факультативные гелиофиты — теневыносливые растения, способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света (ель обыкновенная, клен остролистный, граб обыкновенный, лещина, боярышник, земляника, герань полевая, многие комнатные растения).

Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Определенный биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия. 

Однако существуют виды-космополиты, занимающие обширный ареал обитания. Например, двустворчатый моллюск мидия живет в морях и океанах обоих полушарий от полярных областей до экватора. Многие  из космополитов являются синантропными видами, т.е. обитают рядом с человеком. Примеры: комнатная муха, серая крыса, конопля и подорожник. К космополитам относятся и большинство паразитов человека: дизентерийная амеба, детская острица, аскарида, вши.

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
фитогенные — влияние растений;
микогенные — влияние грибов;
зоогенные — влияние животных;
микробиогенные — влияние микроорганизмов.
Биотические факторы разделяются на антагонистические (отрицательно влияющие на организм, например хищничество, паразитизм и конкуренция) и симбиотические (положительно влияющие на организм, например комменсализм и мутуализм).

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу.

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, влияние шума и вибрации;
химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта;
биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания;
социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе: взаимодействие с домашними животными, синантропными видами (мухи, крысы и т. п.), использование цирковых и сельскохозяйственных животных.
Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание мусорных свалок и пустырей, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т. п.

Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ ВИДА
Можно установить общий характер воздействия экологических факторов на живой организм. Любой организм имеет специфический комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует лишь в определенных границах их изменяемости.

Экологический оптимум — значение одного или нескольких экологических факторов, наиболее благоприятных для существования данного вида или сообщества.

Развернуть
 
БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ
Биоценотический оптимум — условия среды, способствующие развитию максимально устойчивого биогеоценоза.

Условия экологического оптимума не всегда соответствуют биоценотическому оптимуму. Так, Festuca sulcata лучшие условия для своего развития может найти (при отсутствии конкуренции) в условиях более влажных, чем те, при которых она создает устойчивые сообщества.

Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности данного вида.

Отклонения от оптимума определяют зоны угнетения (зоны пессимума). Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы.

Критические точки — минимально и максимально переносимые значения фактора, за которыми организм гибнет.

Область толерантности — диапазон значений экологического фактора, при котором возможно существование организма.

Для каждого организма характерны свои максимумы, оптимумы и минимумы экологических факторов. Например, комнатная муха выдерживает колебание температуры от 7 до 50 °С, а человеческая аскарида живет только при температуре тела человека. 

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Экологическая ниша — совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида.

Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей — корова и кенгуру — занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса — белка и лось, относящиеся также к травоядным животным — занимают разные экологические ниши.

Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе.

В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.

ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Лимитирующий (ограничивающий) фактор — любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества.

Например,  если в почве недостает какого-то определенного микроэлемента, это вызывает снижение урожайности растений. Из-за отсутствия пищи гибнут насекомые, которые питались этими растениями. Последнее отражается на выживаемости хищников-энтомофагов: других насекомых, птиц и земноводных.

Ограничивающие факторы определяют ареал расселения каждого вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг — дефицитом влаги. 

Закон толерантности Шелфорда

Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.

Закон толерантности можно сформулировать проще: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное.

Из этого закона вытекает следствие: любой избыток вещества или энергии является загрязняющим среду компонентом. Например, в засушливых областях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель.

Итак, для каждого вида существуют пределы значений жизненно необходимых факторов абиотической среды, которые ограничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой организм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость организма. Закон толерантности является одним из основополагающих в современной экологии.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ЗАКОН ОПТИМУМА
Закон оптимума

Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.

Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий.

Стенобионты — узкоспециализированные виды, которые могут жить только в относительно постоянных условиях. Например, глубоководные рыбы, иглокожие, ракообразные не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами.

Эврибионты — виды с большим диапазоном выносливости (экологически пластичные виды). Например, виды-космополиты.

Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.

ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА
Закон минимума Либиха, или закон ограничивающего фактора

Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. 

Именно от этого минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки — зимняя температура; а для хариуса — концентрация растворенного в воде кислорода.

Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), которое представлено в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

По имени ученого названо образное представление этого закона — так называемая «бочка Либиха» (см. рис.). Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.

 
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Изменение интенсивности одного экологического фактора может сузить предел выносливости организма к другому фактору или, наоборот, увеличить его.
В природной среде действие факторов на организм может суммироваться, взаимно усиливаться или компенсироваться.

Суммация факторов. Пример: высокая радиоактивность среды и одновременное содержание нитратного азота в питьевой воде и пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью человека, чем каждый из этих факторов в отдельности.

Взаимное усиление (явление синергизма). Следствием этого является снижение жизнеспособности организма. Повышенная влажность значительно снижает устойчивость организма к перенесению высоких температур. Уменьшение содержания азота в почве приводит к снижению засухоустойчивости злаков. 

Компенсация. Пример: утки, оставшиеся зимовать в умеренных широтах, недостаток тепла возмещают обильным питанием; бедность почвы во влажном экваториальном лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом веществ; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах кальций стронцием. Оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи. 
В то же время ни один из необходимых организму факторов не может быть полностью заменен другим. Например, недостаток влаги замедляет процесс фотосинтеза даже при оптимальной освещенности и концентрации  в атмосфере; недостаток тепла нельзя заменить обилием света, а минеральные элементы, необходимые для питания растений, — водой. Поэтому если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности, то существование организма становится невозможным (см. закон Либиха).

Интенсивность воздействия факторов среды находится в прямой зависимости от продолжительности этого воздействия. Длительное действие высоких или низких температур губительно для многих растений, тогда как кратковременные перепады растения переносят нормально.
Таким образом, факторы среды действуют на организмы совместно и одновременно. Присутствие и процветание организмов в том или ином местообитании зависят от целого комплекса условий.

 ГРУППА 201

ТЕМА:ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ ЗАЧЕТ

ГРУППА 208 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:Экосистема: понятие, устройство и динамика.

Экосистема — это функциональное единство живых организмов и среды их обитания. Основные характерные особенности экосистемы — ее безразмерность и безранговость. Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.

Единицей классификации экосистем является биом — природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.

Особая экосистема — биогеоценоз — участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).

С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако более высокой продуктивностью.

Экосистемы подвержены непрерывным изменениям. Одни виды постепенно отмирают или вытесняются и уступают место другим. Внутри экосистем постоянно протекают процессы разрушения и новообразования. Старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни.

Такие постепенные процессы изменения экосистем могут носить иной характер в случае катастрофических воздействий на них. Если биоценоз разрушается, например, в результате урагана, пожара или рубки леса, то восстановление исходного биоценоза происходит медленно.

Изменение экосистемы во времени в результате внешних и внутренних воздействий носит название динамики экосистемы.

Изменения сообществ отражаются в суточной, сезонной и многолетней динамике экосистем и обусловлены периодичностью внешних условий.

Составляющие любую экосистему виды не однородны по отношению к проявлению факторов внешней среды, поэтому одни из них биологически активны в дневное время суток, другие — к вечеру и ночью. Суточная динамика наблюдается в сообществах всех зон — от тундры до влажных тропических лесов.

Наиболее четко суточная динамика прослеживается в природных зонах с резким колебанием факторов среды на протяжении суток. Так, в пустыне летом в полуденные часы жизнь замирает, хотя некоторые животные проявляют определенную активность. В умеренной зоне в дневное время господствуют насекомые, птицы, некоторые млекопитающие. В сумеречное и ночное время активными становятся ночные насекомые, например бражники, комары, многие млекопитающие, из птиц — козодои, совы и др. Суточная динамика прослеживается и у растений. Большинство покрытосемянных растений раскрывает свои цветки только в дневное время. Однако у некоторых растений жизненная активность повышается к ночи. Так, вечером усиливается аромат любки двулистной. Делается это для привлечения ночных насекомых-опылителей.

Представители зоопланктона в морях и пресных водоемах днем держатся на глубине, а ночью поднимаются в поверхностные слои.

Сезонная динамика экосистем определяется сменой времен года. Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельных видов, но и их соотношений. В первую очередь сезонная динамика затрагивает видовой состав. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрировать в районы с лучшими условиями существования. Это характерно для перелетных птиц, а у видов, остающихся зимовать в экосистеме, значительно меняется жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарников на зиму сбрасывает листву. Приостанавливается активное деление клеток образовательной ткани. Вегетативные органы однолетних растений отмирают. У многолетних трав жизнеспособными остаются только корневая система и зимующие почки, прикрытые от замерзания почвой и снежным покровом. Некоторые виды оседлых животных впадают в спячку, предварительно накопив запасы энергетического сырья — жира. Другие ведут зимой активный образ жизни, потому что способны обеспечить себя кормом.

Со сменой сезонов года связано изменение флористического состава экосистем. Ранней весной, когда еще не распустились листья на деревьях, в березняке, осиннике или дубраве можно увидеть цветущие растения-первоцветы. Эту группу составляют виды из семейства лютиковых (ветреница дубравная, чистяк весенний, перелеска благородная, сон-трава) и некоторые другие.

Их развитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания. Снег уже сошел, света и тепла достаточно, а вегетация основных растений еще не начиналась. Такая группа многолетних растений, развивающихся весной в течение короткого периода, называется эфемероидами.

К тому времени, когда на деревьях распустятся листья и в лесу станет сумрачно, эфемероиды уже полностью заканчивают цикл своего развития. Надземные части их увядают, отмирают, и они сохраняются в почве до следующей весны часто лишь в виде луковиц, корневищ, клубней и т.п.

Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные. Весной у них появляется потомство, активизация жизненных процессов приходится на летний период, а осенью они начинают готовиться к предстоящей зимовке.

Динамика экосистем. Сукцессии и дигрессии

Все многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, можно отнести к двум основным типам: циклические и поступательные.

Циклические изменения сообществ отражают суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных ритмов организмов.

Суточные преобразования в биоценозах обычно выражены тем сильнее, чем значительнее разница температур, влажности и других факторов среды днем и ночью.

Сезонная изменчивость биоценозов выражается в изменении не только состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов в зависимости от циклов их размножения, миграций, отмирания отдельных генераций в течение года и т.п. На определенное время года многие виды практически полностью выключаются из жизни сообщества, переходя в состояние глубокого покоя (оцепенения, спячки), перекочевывая или улетая в другие биотопы или географические районы.

Сезонной изменчивости подвержена зачастую и ярусная структура биоценоза: отдельные ярусы растений могут полностью исчезать в соответствующие сезоны года, например, травянистый ярус, состоящий из однолетников. Сезонные ритмы сообществ наиболее отчетливо выражены в климатических зонах и областях с контрастными условиями лета и зимы.

Многолетняя изменчивость — нормальное явление в жизни любого биоценоза. Она зависит от изменений по годам метеорологических условий (климатических флюктуации) или других внешних факторов, действующих на сообщество (например, степени разлива рек). Кроме того, многолетняя периодичность может быть связана с особенностями жизненного цикла растений.

Происходящие изменения в сообществах экосистемы приводят, в конечном счете, к замене одного сообщества другим, с иным набором видов — доминантов. Причиной подобных замен могут быть внешние факторы, длительное время действующие в одном направлении: мелиоративное осушение болотных почв, загрязнение водоемов, перевыпас пастбищ и др. Если при этом усиливающееся влияние фактора приводит к постепенному упрощению структуры сообществ, обеднению их состава, снижению продуктивности, то подобные смены называют дигрессионными. Закономерный направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой называют сукцессией (рис. 1).

Рис. 1. Сукцессия при зарастании небольшого озера

 СРЕДА, 28.04.21 г. 305, 301

ГРУППА 305 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:Экологическая ниша и межвидовые отношения. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА "СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ПЕРЕНОСА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ (ПИЩЕВЫХ ЦЕПЕЙ И СЕТЕЙ)".

Экологическая ниша-место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам ср. Введен в 1927 году Чарльзом Элтоном. Эколог ниша представляет собой сумму факто­ров сущ-ния данного вида, основным из кот явл его место в пищ цепочке. Эколог ниша может быть: фундаментальной-определяемой соче­танием усл и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популя­цию;реализованной-св-ва кот обусловлены конкурирующими видами. Разнообразные формы биотических отношений, в кот вступают те или иные виды в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и др.), определяют основные усл их жизни в сооб-ве, возможности добывания пищи и за­воевания нового пространства.

Прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на 4типа: 1 Трофические связи набл-ся, когда 1-н вид питается другим либо их мертвыми остатками, или продуктами их жиз­нед-ти, При конкуренции 2-х видов за объект питания возникает косвенная трофическая связь, вследствие того что д-ть 1-го отражается на снабжении кормом другого(гусеницы бабо­чек-монашенок, объедая хвою сосен, облег­чают короедам доступ к ослабленным де­ревьям).2.Топические связи харак-ют любое физич или химич изменение усл обитания 1-го вида в рез-те жизнед-ти другого. Заключается в создании 1-м видом ср для другого, в форми­ровании субстрата, на кот поселяются или избегают поселяться представители других видов. Напр, лишайники на стволах деревьев связаны прямой топической связью с организ­мами, представляющими им субстрат или ср обитания. В рез-те положительных или отрица­тельных топических взаимоотношений 1-ни виды определяют или исключают возможность существования в биоценозе других видов. В биоценозе трофич и топич связи имеют наи­большее значение, составляют основу его существования. 3. Форические связи- участие 1-го вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают живот­ные(перенос животными семян, спор, пыльцы растений-зоохория; перенос более мелких жив- форезия).Перенос осущ-ся с помощью спец и разнообразных приспособлений. Форе­зия животных преимущественно распростра­нена среди мелких членистоногих.Так, многие летающие насекомые-посетители скоплений быстро разлагающихся органических остатков (трупов, животных, куч гниющих растений) несут на себе клещей, переселяющихся данным способом от одного скопления пищ материалов к другому. 4.Фабрические связи – это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикаций) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида. Так, птицы употребляют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц и т. п. Личинки ручейников строят домики из кусочков веток, коры или листьев растений, из раковин мелких видов катушек, захватывая даже раковинки с живыми моллюсками.

Лабораторная  работа

«Составление  схем передачи веществ и энергии (цепей  питания), трофических сетей,

построение пирамид биомассы»

Цель: (сформулируйте самостоятельно)

Ход работы.

1.Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих  пищевых   цепей.

Запишите эти цепи.

2. Из предложенного списка живых организмов составить трофическую сеть: трава, ягодный кустарник, муха, синица, лягушка, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик. Укажите количество энергии, которое переходит с одного уровня на другой.

Пример пищевой сети

3. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около10%), постройте пирамиду биомассы третьей пищевой   цепи  (задание 1). Биомасса растений составляет 40 тонн.

Вывод: (при составлении вывода работы опишите, что отражают правила экологических пирамид).

Эко­ло­ги­че­ские пи­ра­ми­ды — это гра­фи­че­ские мо­де­ли, отража­ю­щие число осо­бей (пи­ра­ми­да чисел), ко­ли­че­ство их био­мас­сы (пи­ра­ми­да био­масс) или за­клю­чён­ной в них энер­гии (пи­ра­ми­да энер­гии) на каж­дом тро­фи­че­ском уров­не и ука­зы­ва­ю­щие на по­ни­же­ние всех по­ка­за­те­лей с повыше­ни­ем трофи­че­ско­го уров­ня.

 

Различают три типа экологических пирамид: энергии, биомассы и численности.

 

О пирамиде энергии мы говорили в предыдущем разделе «Перенос энергии в экосистемах».

Соотношение живого вещества на разных уровнях подчиняется в целом тому же правилу, что и соотношение поступающей энергии: чем выше уровень, тем ниже общая биомасса и численность составляющих её организмов.

Принцип построения экологических пирамид

Основание пирамиды образуют продуценты (растения).

Над ними располагаются консументы первого порядка (травоядные).

Следующий уровень представляют консументы второго порядка (хищники).

И так далее до вершины пирамиды, которую занимают наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи.

Пирамида биомасс (1) показывает соотношение биомасс организмов разных трофических уровней, изображённых графически таким образом, что длина или площадь прямоугольника, соответствующего определённому трофическому уровню, пропорциональна его биомассе.

В любой трофической цепи не вся пища используется на рост особи, т. е. на формирование биомассы (часть её расходуется на удовлетворение энергетических затрат организмов: дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела и т. д.). Следовательно, в каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы.

Правило экологической пирамиды биомасс отражает закономерность, согласно которой в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 раз меньше предыдущего.

Пирамида численности, или чисел (2) — отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы.

Пирамиды чисел отражают только плотность населения организмов на каждом трофическом уровне, но не скорость самовозобновления (оборота) организмов.

Перевёрнутые пирамиды

Если скорость размножения популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость размножения.

По этой причине пирамиды численности могут быть перевёрнутыми, т. е. плотность организмов в данный конкретный момент времени на низком трофическом уровне может быть ниже, чем плотность организмов на высоком уровне.

Например, на одном дереве может жить и кормиться множество насекомых (перевёрнутая пирамида численности).

Перевёрнутая пирамида биомасс свойственна морским экосистемам, где первичные продуценты (фитопланктонные водоросли) очень быстро делятся (имеют большой репродуктивный потенциал и быструю смену поколений). В океане за год может смениться до 50 поколений фитопланктона. Потребители фитопланктона гораздо крупнее, но размножаются значительно медленнее. За то время, пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше.

 

Пирамидами биомасс не учитывается продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорость образования и выедания биомассы.

Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скоростей образования живого вещества, т. е. продуктивности. Их обычно называют пирамидами энергий, имея в виду энергетическое выражение продукции.

 

Обрати внимание!

Из трёх типов экологических пирамид пирамида энергии даёт наиболее полное представление о функциональной организованности сообществ, так как отражает картину скоростей прохождения массы пищи через пищевую цепь.

 27.04.21г. 303, 308, 305, 205

ГРУППА 303 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:

Происхождение человека.

Ближайшие «родственники» человека среди животных.

Основные этапы эволюции приматов. Появление человека разумного. 

Происхождение человека

Все современные люди принадлежат к одному биологическому виду Homosapiens — человек разумный. Из полутора миллионов видов животных, известных науке, только человеку присущи во всей полноте такие свойства, как сознание, речь, абстрактное мышление. Развитие этих свойств человеческой психики в сочетании с трудовой деятельностью способствовало возрастанию роли социальных отношений в эволюции человека, обеспечивших ему экологическое превосходство над всеми живыми существами, способность заселить практически все регионы Земли и выйти в Космос.

Осознавая свою уникальность, люди издавна пытались объяснить свое происхождение. Эти попытки породили множество легенд, верований и сказаний. Развитие науки, ископаемые останки, обнаруженные за последнее столетие, позволили ответить на многие вопросы, касающиеся происхождения человека. Сегодня известно, как выглядели предки человека, где и когда они впервые появились, в каком направлении эволюционировали. Тем не менее многое в истории возникновения и эволюции человека остается неясным.

Приступая к научному объяснению происхождения человека, следует помнить, что любой биологический вид является по-своему уникальным. Степень уникальности вида определяется тем, насколько сходны с данным видом его ближайшие родственники из числа ныне живущих организмов, тем, какое количество родственных форм вымерло ранее, а также тем, насколько уникальными были процессы, имевшие место в эволюции данного вида.

Молекулярные, цитогенетические и сравнительно-анатомические исследования показывают, что в современной природе наиболее близкими человеку являются два вида шимпанзе. Далее в этой системе родства следуют горилла и орангутан. По критериям зоологической систематики человека и перечисленных человекообразных обезьян относят к отряду приматов.

Данные сравнительной анатомии. Во внешнем облике, в строении и расположении внутренних органов человека и человекообразных обезьян много общего. Имеющиеся анатомические различия между этими организмами менее значительны, чем между человекообразными и остальными обезьянами, и связаны они прежде всего с разницей в способе передвижения.

В связи с прямохождением таз человека превратился в опору для позвоночника, который стал более массивным в своей нижней части и приобрел S-образный изгиб. Большое затылочное отверстие переместилось в нижнюю часть черепа. Изменились пропорции конечностей. Стопа утратила хватательную способность. Кисть, напротив, стала более развитой, чем у обезьян. Вслед за изменениями скелета изменилось положение внутренних органов.

Цитогенетические данные. Диплоидное число хромосом у всех крупных человекообразных обезьян равно 48. У человека диплоидный набор представлен 46 хромосомами. Два плеча второй хромосомы человека соответствуют двум разным хромосомам обезьян (12-й и 13-й у шимпанзе, 13-й и 14-й у гориллы и орангутана). Вторая хромосома человека возникла в ходе эволюции в результате слияния двух негомологичных хромосом, имевшихся у общего предка человека и человекообразных обезьян и сохранившихся у последних вплоть до настоящего времени. Другие различия кариотипов касаются структуры отдельных хромосом и обусловлены главным образом произошедшими инверсиями их участков. 

Данные молекулярной биологии. Последовательности аминокислот многих гомологичных белков человека и шимпанзе сходны более чем на 99%. Следствием этого являются близость групп крови, взаимозаменяемость многих белков (например, гормонов), сходные заболевания.

Важным открытием в области молекулярной биологии явилось установление постоянства скорости эволюции некоторых белков. Говоря об эволюции белка, подразумевают замены одних нуклеотидов на другие в гене, кодирующем этот белок. Скорость эволюции белка выражается в числе нуклеотидных замен, происходящих за единицу времени (млн лет). Если функция белка является очень специфичной и давно сложившейся, то такой белок эволюционирует в разных филогенетических линиях организмов приблизительно с постоянной скоростью. Этот факт позволяет оценить степень родства, а также установить последовательность и время дивергенции биологических видов. Примером таких белков служат белки — переносчики электронов в митохондриях.

Данные биологии развития. У детенышей шимпанзе есть признаки, свойственные человеку. С возрастом эти признаки у шимпанзе утрачиваются. Как и у людей, у детенышей шимпанзе тело покрыто редкими волосами. У них относительно крупный мозг (в сравнении с массой тела), защищенный выпуклым черепом. Кости черепа тонкие, не имеют сильно выраженных надглазничных валиков и затылочных гребней. Челюсти в меньшей степени выступают вперед, зубы небольшие. Затылочное отверстие расположено под средней частью черепа. Детеныши шимпанзе в возрасте до 3 лет способны гораздо лучше передвигаться на задних конечностях, чем взрослые особи.

Дивергенция человека и человекообразных обезьян на молекулярном и хромосомном уровнях выражена очень слабо. Если руководствоваться только молекулярно-биологическими и цитогенетическими данными, то человека и шимпанзе можно считать представителями одного рода. Тем не менее, огромные различия в поведении и деятельности, а также существующие морфологические различия заставили систематиков отнести человека и человекообразных обезьян не только к разным родам, но и к разным семействам. По-видимому, за те примерно 6—8 млн лет, которые прошли с момента дивергенции этих видов, человек эволюционировал чрезвычайно быстро в отношении морфологии и поведения, тогда как его молекулярная эволюция шла обычными темпами.

Антропогенез – наука, которая изучает основные этапы эволюции человека. Согласно

 палеонтологическим данным, 

примерно 30-35 млн лет назад от примитивных древних насекомоядных млекопитающих 

отделилась группа, от которых произошли приматы.

От приматов отделилась одна ветвь, от которой произошли предки человекообразных 

обезьян – парапитеки.

Эти небольшие группы животных вели древесный образ жизни, питались насекомыми и 

растениями. В дальнейшем от парапитеков произошли гиббоны и орангутанги, а также вымершая

 ветвь древесных обезьян – дриопитеки.

Примерно 25 миллионов лет назад произошло значительное изменение в человеческом роду.

 Дриопитеки разделились на две абсолютно независимые ветви, которые и стали 

основополагающими для такого понятия как основные этапы эволюции человека.

Одна ветвь (понгиды) осталась жить на деревьях, а вторая (гоминиды) спустилась на землю.

В развитии гоминид выделяют пять основных этапов.

Первый из них – стадия протантропа, которая проходила примерно 9 миллионов лет назад.

 В это время выделяется особая группа прямоходячих – австралопитеки. Они стали основной 

переходной формой от обезьян к человеку.

В это же время австралопитеки начинают активно осваивать первые орудия труда, которыми

 становятся обычные палки, кости убитых животных и камни. Все больше и больше предков 

человека объединяются в стада.

Вторая стадия – человек умелый. Это первая стадия формирования типа современного человека. 

Проходила она примерно 2-2,5 миллиона лет назад. Постепенно увеличивается объем мозга и

 подвижность всего тела.

Развиваются лицевые мышцы и формируется современное лицо, с меньшим количеством 

обезьяноподобных гримас. Вместе с ростом мозговой деятельности развивается и культура 

выращивания зерновых. Для этого изготавливаются орудия труда.

Дальше идет эра питекантропа. Основным показателем этой эры считается разделение людей 

на большие стада и заселение континентов. Были освоены Африка, Китай и Европа. Именно в 

этот период (1-1,3 миллиона лет тому назад) был освоен огонь. Объем мозга увеличивается до 

1200 см3, что приводит к формированию речи.

Четвертая стадия – неандерталец. Объем мозга практически не меняется, но зато активно

 развивается его деятельность. Орудие труда изготавливаются на достаточно высоком уровне,

 развиваются разные виды речи. Появляются отдельные семьи. Этот период проходит между 

200 и 500 тысячами лет назад.

Последней стадией развития человека стал кроманьонец. В этот период (40-50 тысяч лет назад)

 окончательно формируется облик современного человека. Появляется структура современного

 общества и происходит одомашнивание животных.

Человеческая жизнь на Земле появилась приблизительно 3,2 млн. лет назад. До сих пор человечеству не известно достоверно, каким образом зародилась человеческая жизнь. Существует ряд теорий, которые предоставляют свои варианты происхождения человека.

Самые известные из этих теорий - это религиозная, биологическая и космическая. Существует также археологическая периодизация жизни древних людей, которая основывается на том, из какого материала в разное время производились орудия труда.

Эпоха Палеолита - появление первого человека

Появления человека связывают с эпохой Палеолита – каменного века (от греческого « палеос» - древний, «литос» - камень). Первые люди жили небольшими стадами, их хозяйственная деятельность заключалась в собирательстве и охоте. Единственным орудием труда было каменное рубило. Язык заменяла жестикуляция, человек руководился исключительно собственными инстинктами самосохранения и во многом был похож на животное. 

В эпоху Позднего Палеолита завершилось умственное и физическое формирование современного человека, лат. Homo sapiens, человека разумного.

Особенности человека разумного: анатомия, речь, орудия труда

Человек разумный отличается от своих предшественников умением абстрактно мыслить и выражать свои мысли в членораздельной речевой форме. Человек разумный научился строить первые, хотя и достаточно примитивные жилища.

Первобытный человек имел ряд анатомических отличий от человека разумного. Мозговая часть черепа была значительно меньше по сравнению с лицевой. Так как человек разумный был более умственно развитым, его строение черепа абсолютно меняется: лицевая часть уменьшается, появляется плоский лоб, появляется подбородочный выступ. Руки человека разумного значительно укорачиваются: ведь ему больше не нужно заниматься собирательством, на смену ему приходит земледелие.

Человек разумный значительно совершенствует орудия труда, их уже существует более 100 видов. На смену первобытному стаду уже приходит сформированная родовая община: Homo sapiens четко определяет своих родственников среди множества людей. Благодаря умению анализировать, он начинает наполнять окружающие объекты и явления духовным смыслом – так зарождаются первые религиозные верования.

Человек разумный уже не так сильно зависит от природы: на смену охоты приходит скотоводство, он может также самостоятельно выращивать овощи и фрукты, не прибегая к собирательству. Благодаря тому, что человек смог приспособится к окружающей среде и бороться со стихийными бедствиями, его средний показатель жизни увеличивается примерно на 5 лет.

Позже, с усовершенствованием орудий труда, человек разумный создаст классовое общество, которое говорит, прежде всего, о материальном превосходстве и умении создавать личное имущество. Человеку разумному присуща вера в духи умерших предков, которые якобы помогают и покровительствуют ему. 

Смотря на эволюционное развитие человечества, душу охватывает восхищение его силой воли и умением бороться с различными препятствиями на своем пути. Благодаря чему, человек смог не только выйти из пещеры, но и самостоятельно строить современные небоскребы, реализовываться в науке и искусстве, полностью подчинив себе природу. 

ГРУППА 308

ТЕМА:Доказательства эволюции.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

- Какие доказательства свидетельствуют об эволюции живых организмов?

- В чём причины сходства ранних стадий эмбрионального развития животных?

- Как объяснить факты сходства и различия животного и растительного мира материков?

• О чём свидетельствует:

а) сходная организация молекулярных процессов у всех организмов на Земле?

б) наличие промежуточных форм и рудиментарных органов?

Глоссарий по теме:

Эволюция (от лат. evolutio — развёртывание) – это естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Эмбриология (от греч. embryon – «зародыш», logos – «учение») - наука о закономерностях развития зародышей. 

Морфология - изучает как внешнее строение (форму, структуру, цвет, образцы) организма, таксона или его составных частей, так и внутреннее строение живого организма.

Гомологичные органы - это органы, имеющие, общее происхождение и сходный план строения, выполняющие как сходные, так и различные функции и развивающиеся из сходных зачатков.

Рудименты (от лат. rudimentum — «зачаток», «первооснова») — органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюционного развития организма.

Палеонтология – наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков, а также следов их жизнедеятельности.

Биогеография - изучает закономерности географического распространения и распределения животных, растений и микроорганизмов.

Мутации (лат. mutatio – «изменение»)  - это стойкое изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Биология. Общая биология 10–11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / под редакцией академика Д.К. Беляева и профессора Г.М. Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В. Саблина.– М.: Просвещение, 2018.: с 142 – 148.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Все доказательства эволюции можно сгруппировать по направлениям:

Эмбриологические доказательства эволюции.

Согласно закону зародышевого сходства (К. Бэр) на начальных этапах эмбрионального развития зародыши животных разных видов сходны по своему строению. Особенное сходство стадий эмбрионального развития наблюдается в пределах отдельных типов или классов.

В процессе онтогенеза повторяются многие черты строения предковых форм: на ранних стадиях – более отдалённых предков, на поздних стадиях – близких предков. Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех живых организмов.

Биогенетический закон (Э. Геккель, Ф. Мюллер) описывает онтогенез (индивидуальное развитие) как краткое и сжатое повторение филогенеза (исторического развития вида). В начале XX века было установлено (А.Н. Северцов), что в эмбриогенезе повторяются признаки зародышей, а не взрослых особей.

Морфологические (сравнительно-анатомические) доказательства эволюции основываются на присутствии у многих живых организмов гомологичных, рудиментарных и атавистических органов. Изучение анатомии конечностей млекопитающих позволило установить их сходный план строения и формирования.

Рудименты и атавизмы, проявляющиеся у многих видов растений и животных, свидетельствует об определенной степени родства между представителями разных систематических единиц в пределах одного царства. Эволюционные изменения всегда происходят в сторону их усложнения, вследствие чего живые организмы имеют возможность лучше приспособиться к тем или иным условиям обитания.

Палеонтологические доказательства эволюции.

Палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. Нахождение и изучение ископаемых переходных форм позволяет составить палеонтологические эволюционные ряды организмов.

Находки и описание ископаемых переходных форм позволяют восстанавливать филогенез отдельных групп животных.

Палеонтологические ряды – это ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза.

Все морфологические изменения связаны с изменениями условий жизни, с геологическими преобразованиями и функциональными изменениями.

Биогеографические доказательства эволюции.

Распространение животных и растений по поверхности планеты, сравнение флоры и фауны различных материков, островов, выявление реликтовых (ныне живущих видов с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп) растений и животных разных природных зон указывает на связь с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.

Молекулярно-биологические доказательства эволюции.

Анализ ДНК, молекулярных данных дают возможность найти сходство и различия между давно вымершими и современными организмами, ведут к реконструкции истории жизни и позволяют построить единое филогенетическое древо.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Выберите один ответ.

Органами, имеющими общее анатомо-морфологическое происхождение, являются:

1) жабры краба и лёгкие слона; 3) крыло бабочки и крыло голубя;

2) ласты моржа и ноги человека; 4) хвост рака и хвост волка.

Ответ: 2) ласты моржа и ноги человека;

Пояснение: ласты моржа и ноги человека это гомологичные органы, так как имеют сходный план строения, выполняют как сходные, так и различные функции и развиваются из сходных зачатков.

2. Подчеркните верные утверждения.

1. Палеонтология – это наука о современных организмах.

2. Археоптерикс имеет черты, характерные для птиц: тяжелый скелет, мощные зубы, длинный хвост.

3. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скелеты и т.д.

4. Зародыши различных классов и видов позвоночных животных в пределах типа на ранних стадиях развития очень сходны между собой.

5. Гомологичные органы – это органы, различные по общему плану строения, но имеющие сходную форму, величину и приспособленность к функциональному выполнению.

6. Атавизмы – появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдалённых предков, но были утрачены в процессе эволюции.

Ответ: 3. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скелеты и т.д.;

4. Зародыши различных классов и видов позвоночных животных в пределах типа на ранних стадиях развития очень сходны между собой;

6. Атавизмы – появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдалённых предков, но были утрачены в процессе эволюции.

Пояснение: Палеонтология – это наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых останков; Археоптерикс имеет черты, характерные для рептилий: тяжелый скелет, мощные зубы, длинный хвост. Гомологичные органы – это органы, сходные по общему плану строения, но имеющие как сходные, так и различные форму, величину и приспособленность к функциональному выполнению.

ГРУППА 305

ТЕМА: Предмет экологии. Экологические факторы среды.

Взаимоотношения организма и среды. Определение Экология — это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой природой. Термин «экология» ввел в научный обиход в 1866 г. немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч. Дарвина Э. Геккель. Задачи экологии: Изучение пространственного размещения и адаптационных возможностей живых организмов, их роль в круговороте веществ (экология особей, или аутэкология). Изучение динамики численности  и структуры популяций (популяционная экология). Изучение состава и пространственной структуры сообществ, круговорота веществ и энергии в биосистемах (экология сообществ, или экосистемная экология). Изучение взаимодействия с окружающей средой отдельных таксономических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов и т. д.). Изучение различных экосистем: водных (гидробиология), лесных (лесоведение). Реконструкция и изучение эволюции древних сообществ (палеоэкология). Экология тесно связана с другими науками: физиологией, генетикой, физикой, географией и биогеографией, геологией и эволюционной теорией. В экологических расчетах применяется методы математического и компьютерного моделирования, метод статистического анализа данных. экологические факторы Экологические факторы — компоненты окружающей среды, влияющие на живой организм. Существование определенного вида зависит от сочетания множества различных факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфичны. Виды экологических факторов: Абиотические факторы — факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организм. Примеры: рельеф, температура и влажность воздуха, освещенность, течение и ветер. Биотические факторы — факторы живой природы, влияющие на организм. Примеры: микроорганизмы, животные и растения. Антропогенные факторы — факторы, связанные с деятельностью человека. Примеры: строительство дорог, распашка земель, промышленность и транспорт.  Абиотические факторы климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха; Развернуть Развернуть ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ По отношению к водному обмену различают следующие экологические группы растений: гидратофиты — растения, постоянно живущие в воде; гидрофиты — растения, частично погруженные в воду; гелофиты — болотные растения; гигрофиты — наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах; мезофиты — растения, предпочитающие умеренное увлажнение; ксерофиты — растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги (в том числе суккуленты --растения, накапливающие воду в тканях своего тела (например, толстянковые и кактусы); склерофиты — засухоустойчивые растения с жесткими, кожистыми листьями и стеблями. эдафические (почвенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы;  ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ По отношению к плодородию почвы различают следующие экологические группы растений: олиготрофы — растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная); мезотрофы — растения с умеренной потребностью в питательных веществах (большинство лесных растений умеренных широт); эвтрофы — растения, требующие большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть). орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона; химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность; физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоемкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ Все растения по отношению к свету можно разделить на три группы: гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты. Гелиофиты — светолюбивые растения (степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки). Сциофиты — тенелюбивые растения (лесные травы). Факультативные гелиофиты — теневыносливые растения, способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света (ель обыкновенная, клен остролистный, граб обыкновенный, лещина, боярышник, земляника, герань полевая, многие комнатные растения). Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Определенный биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия.  Однако существуют виды-космополиты, занимающие обширный ареал обитания. Например, двустворчатый моллюск мидия живет в морях и океанах обоих полушарий от полярных областей до экватора. Многие  из космополитов являются синантропными видами, т.е. обитают рядом с человеком. Примеры: комнатная муха, серая крыса, конопля и подорожник. К космополитам относятся и большинство паразитов человека: дизентерийная амеба, детская острица, аскарида, вши. БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ фитогенные — влияние растений; микогенные — влияние грибов; зоогенные — влияние животных; микробиогенные — влияние микроорганизмов. Биотические факторы разделяются на антагонистические (отрицательно влияющие на организм, например хищничество, паразитизм и конкуренция) и симбиотические (положительно влияющие на организм, например комменсализм и мутуализм). АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу. физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, влияние шума и вибрации; химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания; социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе: взаимодействие с домашними животными, синантропными видами (мухи, крысы и т. п.), использование цирковых и сельскохозяйственных животных. Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание мусорных свалок и пустырей, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т. п. Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ ВИДА Можно установить общий характер воздействия экологических факторов на живой организм. Любой организм имеет специфический комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует лишь в определенных границах их изменяемости. Экологический оптимум — значение одного или нескольких экологических факторов, наиболее благоприятных для существования данного вида или сообщества. Развернуть       БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ Биоценотический оптимум — условия среды, способствующие развитию максимально устойчивого биогеоценоза. Условия экологического оптимума не всегда соответствуют биоценотическому оптимуму. Так, Festuca sulcata лучшие условия для своего развития может найти (при отсутствии конкуренции) в условиях более влажных, чем те, при которых она создает устойчивые сообщества. Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности данного вида. Отклонения от оптимума определяют зоны угнетения (зоны пессимума). Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы. Критические точки — минимально и максимально переносимые значения фактора, за которыми организм гибнет. Область толерантности — диапазон значений экологического фактора, при котором возможно существование организма. Для каждого организма характерны свои максимумы, оптимумы и минимумы экологических факторов. Например, комнатная муха выдерживает колебание температуры от 7 до 50 °С, а человеческая аскарида живет только при температуре тела человека.  ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША Экологическая ниша — совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида. Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей — корова и кенгуру — занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса — белка и лось, относящиеся также к травоядным животным — занимают разные экологические ниши. Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе. В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР Лимитирующий (ограничивающий) фактор — любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества. Например,  если в почве недостает какого-то определенного микроэлемента, это вызывает снижение урожайности растений. Из-за отсутствия пищи гибнут насекомые, которые питались этими растениями. Последнее отражается на выживаемости хищников-энтомофагов: других насекомых, птиц и земноводных. Ограничивающие факторы определяют ареал расселения каждого вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг — дефицитом влаги.  Закон толерантности Шелфорда Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия. Закон толерантности можно сформулировать проще: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное. Из этого закона вытекает следствие: любой избыток вещества или энергии является загрязняющим среду компонентом. Например, в засушливых областях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель. Итак, для каждого вида существуют пределы значений жизненно необходимых факторов абиотической среды, которые ограничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой организм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость организма. Закон толерантности является одним из основополагающих в современной экологии. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЗАКОН ОПТИМУМА Закон оптимума Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно. Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Стенобионты — узкоспециализированные виды, которые могут жить только в относительно постоянных условиях. Например, глубоководные рыбы, иглокожие, ракообразные не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Эврибионты — виды с большим диапазоном выносливости (экологически пластичные виды). Например, виды-космополиты. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п. ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА Закон минимума Либиха, или закон ограничивающего фактора Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.  Именно от этого минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки — зимняя температура; а для хариуса — концентрация растворенного в воде кислорода. Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), которое представлено в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения. По имени ученого названо образное представление этого закона — так называемая «бочка Либиха» (см. рис.). Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.   ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ Изменение интенсивности одного экологического фактора может сузить предел выносливости организма к другому фактору или, наоборот, увеличить его. В природной среде действие факторов на организм может суммироваться, взаимно усиливаться или компенсироваться. Суммация факторов. Пример: высокая радиоактивность среды и одновременное содержание нитратного азота в питьевой воде и пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью человека, чем каждый из этих факторов в отдельности. Взаимное усиление (явление синергизма). Следствием этого является снижение жизнеспособности организма. Повышенная влажность значительно снижает устойчивость организма к перенесению высоких температур. Уменьшение содержания азота в почве приводит к снижению засухоустойчивости злаков.  Компенсация. Пример: утки, оставшиеся зимовать в умеренных широтах, недостаток тепла возмещают обильным питанием; бедность почвы во влажном экваториальном лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом веществ; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах кальций стронцием. Оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи.  В то же время ни один из необходимых организму факторов не может быть полностью заменен другим. Например, недостаток влаги замедляет процесс фотосинтеза даже при оптимальной освещенности и концентрации  в атмосфере; недостаток тепла нельзя заменить обилием света, а минеральные элементы, необходимые для питания растений, — водой. Поэтому если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности, то существование организма становится невозможным (см. закон Либиха). Интенсивность воздействия факторов среды находится в прямой зависимости от продолжительности этого воздействия. Длительное действие высоких или низких температур губительно для многих растений, тогда как кратковременные перепады растения переносят нормально. Таким образом, факторы среды действуют на организмы совместно и одновременно. Присутствие и процветание организмов в том или ином местообитании зависят от целого комплекса условий. ГРУППА 205 ТЕМА:Карбоновые кислоты. Понятие о карбоновых кислотах. Карбоксильная группа как функциональная. Гомологический ряд предельных однооснóвных карбоновых кислот. Получение карбоновых кислот . 1. Карбоновые кислоты – это кислородсодержащие органически вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп   (-СOOH), соединённых с углеродным радикалом или водородным атомом.  Карбоксильная группа содержит две функциональные группы – карбонил >С=О и гидроксил -OH, непосредственно связанные друг с другом: 2. Классификация А) По числу карбоксильных групп в молекуле  Название Примеры 1) Одноосновные Метановая, муравьиная кислота Этановая, уксусная кислота 2) Двухосновные HOOC – COOH Щавелевая кислота  3) Многоосновные Б) По природе углеводородного радикала  Название Примеры 1) Предельные (насыщенные) HCOOH Метановая, муравьиная кислота CH3COOH Этановая, уксусная кислота  2) Непредельные Акриловая кислота СН2=СНСООН Кротоновая кислота СН3–СН=СН–СООН Олеиновая СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)7–СООН Линолевая СН3–(СН2)4–(СН=СН–СН2)2–(СН2)6–СООН Линоленовая СН3–СН2–(СН=СН–СН2)3–(СН2)6–СООН 3) Ароматические С6Н5СООН – бензойная кислота   НООС–С6Н4–СООН   Пара-терефталевая кислота                3. Изомерия и номенклатура I. Структурная А) Изомерия углеродного скелета (начиная с C4)  Б) Межклассовая со сложными эфирами R- CO – O- R1  (начиная с C2) Например: для С3Н6О2 CH3-CH2-COOH пропионовая кислота СH3-CO-OCH3 метиловый эфир уксусной кислоты  II. Пространственная А) Оптическая  Например:   Б) Цис- транс – изомерия  для непредельных кислот Пример:   4. Номенклатура карбоновых кислот  Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -овая и слова кислота. Чтобы указать положение заместителя (или радикала), нумерацию углеродной цепи начинают от атома углерода карбоксильной группы. Например, соединение с разветвленной углеродной цепью (CH3)2CH-CH2-COOH называется 3-метилбутановая кислота. Для органических кислот широко используются также тривиальные названия, которые обычно отражают природный источник, где были впервые обнаружены эти соединения.  Некоторые одноосновные кислоты Формула Название кислоты R-COOH Название остатка RCOO- систематическое тривиальное HCOOH метановая муравьиная формиат CH3COOH этановая уксусная ацетат C2H5COOH пропановая пропионовая пропионат C3H7COOH бутановая масляная бутират C4H9COOH пентановая валерьяновая валерат C5H11COOH гексановая капроновая капрат C15H31COOH гексадекановая пальмитиновая пальмитат C17H35COOH октадекановая стеариновая стеарат C6H5COOH бензолкарбоновая бензойная бензоат CH2=СH-COOH пропеновая акриловая акрилат Для многоосновных кислот применяют суффиксы -диовая, -триовая и т.д. Например: HOOC-COOH - этандиовая (щавелевая) кислота; HOOC-CH2-COOH - пропандиовая (малоновая) кислота.  ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНООСНОВНЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ CnH2n+1-COOH или CnH2nO2 Гомологический ряд Название Формула кислоты tпл. °C tкип. °C ρ г/см3 кислоты муравьиная метановая HCOOH 8,3 100,5 1,22 уксусная этановая CH3COOH 16,8 118 1,05 пропионовая пропановая CH3CH2COOH -21 141 0,99 масляная бутановая CH3(CH2)2COOH -6 164 0,96 Строение карбоксильной группы  Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил >C=O и гидроксил -OH, взаимно влияющие друг на друга: Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О–Н. В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы: Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.     С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается. Физические свойства предельных одноосновных кислот Низшие члены этого ряда при обычных условиях представляют собой жидкости, обладающие характерным острым запахом. Например, этановая (уксусная) кислота имеет характерный "уксусный" запах. Безводная уксусная кислота при комнатной температуре представляет собой жидкость; при 17 °С она замерзает, превращаясь в льдистое вещество, которое получило название "ледяная" уксусная кислота. Средние представители этого гомологического ряда — вязкие, "маслообразные" жидкости; начиная с С10 — твердые вещества. Простейший представитель – муравьиная кислота НСООН – бесцветная жидкость с т. кип. 101 °С, а чистая безводная уксусная кислота CH3COOH при охлаждении до 16,8 °С превращается в прозрачные кристаллы, напоминающие лед (отсюда ее название ледяная кислота). Простейшая ароматическая кислота - бензойная C6H5COOH (т. пл. 122,4°С) - легко возгоняется, т.е. переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. При охлаждении её пары сублимирутся в кристаллы. Это свойство используется для очистки вещества от примесей.  Химические свойства карбоновых кислот Получение и применение карбоновых кислот