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