Geum.ru

Комплекс дисциплины «экология и устойчивое развитие» для всех специальностей университета Составители

Вид материалаКонспект

Содержание


Под средой обитания
Адаптации организмов
Закон оптимума.
Трофические связи
Фабрические связи
Комменсализм (нахлебничество, сотрапезничество)
Синойкия (квартиранство)
Симбиоз, или мутуализм
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

$$$002-002-900$ Лекция№2 Вопросы для самоконтроля


{ 1. Почему биоразнообразие является важнейшим жизненным ресурсом?

2. Каковы основные причины утраты видов?

3. Каковы основные меры по сохранению биоразнообразия? }

&&&


$$$002-003-000$3.2.3 Лекция № 3 Экология особи - аутэкология

{1. Экологические факторы и их классификация

2. Закон минимума Ю. Либиха. Закон толерантности В. Шелфорда}

&&&

$$$002-003-001$3.2.3.1 1. Экологические факторы и их классификация.


{Аутэкология изучает взаимоотношения организмов (особей) с внешней средой. Ни один живой организм на может существовать без определенных факторов среды, его окружающей. Поэтому необходимо различать такие понятия как «среда обитания» и «условия существования».

Под средой обитания обычно понимают природные тела и явления, с которыми организм (организмы) находится в прямых пли косвенных взаимоотношениях. Среда каждого организма складывается из множества элементов неорганической и органической природы и из элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. Причем одни элементы среды могут быть необходимы организму, а другие безразличны для него, например, каждому из нас необходимо наличие воздуха и пиши, и совсем не обязательно присутствие допустим шкафа у стены.

Из этого примера вытекает определение «условия существования», или условия жизни - это совокупность необходимых для жизни элементов, составляющих с организмом диалектическое единство.

Вывод: компоненты среды необходимые для жизни: воздух, пища, энергия) образуют условия существования, все остальные элементы - среда обитания.

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодейст­вует. Составные части и свойства среды многообразны и измен­чивы.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Фак­торы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или пре­пятствовать выживанию и размножению.

Экологические фак­торы имеют разную природу и специфику действия. Среди них выделяют абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы (физико-химические, факторы неживой природы) - температура, свет, радиоак­тивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой со­став воды, ветер, течения, рельеф местности — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на жи­вые организмы.

Биотические (факторы живой природы) - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испыты­вает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других ви­дов — растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие.

Антропогенные факторы - это формы деятельности че­ловеческого общества, которые приводят к изменению приро­ды как среды обитания других видов или непосредственно ска­зываются на их жизни. Значе­ние антропогенных воздействий на весь живой мир Земли про­должает стремительно возрастать.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом прили­вов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой пери­одичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера — бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похоло­дании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоян­ном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.; 4) неопределенного действия – антропогенные факторы, наиболее опасные для живых организмов и их сообществ, например выбросы загрязняющих веществ. При­рода таких факторов неопределенна, к ним организм, как правило, не готов, вид не встречался с такими явлениями и в процессе эволюции, представляют наибольшие трудности для адаптации. В этом их ос­новная специфика и антиэкологичность. Многие из этих факто­ров, кроме того, выступают как вредные. Их относят к группе ксенобиотиков (греч. ксенокс - чужой). К последним относятся практичес­ки все загрязняющие вещества. Только в отдельных случаях по отношению к таким факторам организмы могут использовать механизмы так на­зываемых преадаптаций, т. е. те адаптации, которые выработа­лись, но отношению к другим факторам. Так, например, устойчи­вости растений к загрязнениям воздуха в какой-то мере способствуют те структуры, которые благоприятны для повышения засухоустойчиво­сти: плотные покровные ткани листьев, наличие на них воскового нале­та, опушенности, меньшее количество устьиц и другие структуры, за­медляющие процессы поглощения веществ, а, следовательно, и отрав­ление организма.

Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресур­сы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым, уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при ее дефиците, убежища, удобные места для размноже­ния и т. п. Условия - это такие факторы, к которым организ­мы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет - жизнен­но необходимый энергетический ресурс для растений, а для об­ладающих зрением животных - условие зрительной ориента­ции. Вода для многих организмов может быть и условием жиз­ни, и ресурсом.

Адаптации организмов

Организм приспосабливается к среде, регулируя свою жизнедеятельность. Эти приспособления носят название адапта­ций. Под адаптациями понимаются любые изменения в струк­туре и функциях организмов, повышающие их шансы на вы­живание.

Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее су­ществования, возможность организмов выживать и размно­жаться. Адап­тации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Основные механизмы адаптации на уровне организма: 1) биохимические - проявляются во внутриклеточных процес­сах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества; 2) физиологические - например, усиление потоот­деления при повышении температуры у ряда видов; 3) морфо-анатомические - особенности строения и формы тела, связан­ные с образом жизни; 4) поведенческие - например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.; 5) онтогенетические - ускорение или замедление ин­дивидуального развития, способствующие выживанию при из­менении условий.}


&&&


$$$002-003-002$3.2.3.2 Закон минимума Ю. Либиха. Закон толерантности В. Шелфорда


{ Общие законы действия факторов среды на организмы

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реак­циях живых существ можно выявить ряд общих закономер­ностей.

Закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Ре­зультат действия переменного фактора зависит, прежде всего, от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятель­ности особей. Благоприятная сила воздействия называется зо­ной оптимума экологического фактора или просто оптиму­мом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и ми­нимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными. Пределы выносливости между критически­ми точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Экологическая валентность – свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к назва­нию фактора приставки «эври». Эвритермные виды — вынося­щие значительные колебания температуры, эврибатные — ши­рокий диапазон давления, эвригалинные — разную степень засо­ления среды.

Неспособность переносить значительные колебания факто­ра, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено» - стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные эко­логические условия, называют стенобионтными (экологически непластичные, узкоспециализированные, маловыносливые), а те, кото­рые способны приспосабливаться к разной экологической об­становке, - эврибионтными (более выносливые, широкоспециализированные).

«Рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов среды, значение которых приближается к экологическому минимуму» - закон минимума Ю. Либиха (1873). Из закона вытекает:

а) выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;

б) все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фак­тор может ограничивать возможности существования организма.

С законом минимума тесно связан закон ограничивающих факторов, или закон Ф. Блехмана (1909): факторы среды, имеющие в конкретных условиях максимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможности существо­вания вида в данных условиях. Иными словами, фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на орга­низмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме

Эти законы дополняет закон толерантности В. Шелфорда (1913): ограничивающим фак­тором жизни организма могут быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недоста­точное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказы­вается на жизнедеятельности особей.

Любая природная систе­ма может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Развитие природы подчиняется определенным законам.

Экологические факторы среды оказывают на живые орга­низмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздра­жители, вызывающие приспособительные изменения физио­логических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных ус­ловиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свиде­тельствующие об изменениях других факторов среды.

Рассмотрим экологическое значение некоторых факторов.

Свет. Для существования жизни на Земле наиболее важен видимый свет - часть диапазона солнечного спектра с длиной волны от 390 до 770 ммк. В жизни организмов и экосистем видимый свет может играть роль как энерге­тического, так и сигнального фактора. Свет - важный, сигнальный фактор, по­скольку именно смена освещения, световой ре­жим обусловливают изме­нение активности (перио­ды покоя и интенсивной жизнедеятельности) и определяют периоды раз­множения, миграции, линьки и другие биологи­ческие явления у живот­ных и растений, т. е. ре­гулируют ритмику их су­точной и сезонной жизни. Сигналом о приближении зимы и служит изменение длины дня, которое всегда тесно свя­зано с годовым ходом температуры - вслед за укороче­нием дня следует похолодание. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвержена колебаниям, подобным колебаниям других экологических факторов.

Ритмичные изменения морфологических, биохимиче­ских и физиологических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности освещения называются фотопериодизмом.

Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом в опре­деленные часы. Эти реакции основаны не просто на ко­личестве получаемого света, а на правильном чередова­нии периодов света и темноты в течение суток - на про­должительности дня и ночи. Механизмы, позволяющие организмам циклически менять свое состояние, называ­ются «биологическими часами». Равномерное чередование во времени каких-либо состояний организма называется биологическим ритмом. Ритмы, период которых равен или близок 24 часам, назы­ваются циркадными, или суточными (circa — около, dies - сутки).

Температура. Изменчивость температуры, временная и пространственная, являет­ся мощным экологическим фактором среды.

По отношению к температуре окру­жающей среды все организмы делят на два типа: гомойотермных (теплокровных) и пойкилотермных (холоднокровных).

Гомойотермные организмы имеют постоянную температуру и под­держивают ее, несмотря на изменение температуры в окружающей среде. Напротив, пойкилотермные организмы не тратят энергию на поддержа­ние постоянной температуры тела, и она меняется в зависимости от тем­пературы окружающей среды.

Гетеротермные организмы – типичные гомойотермные организмы, но в определенные периоды жизни, впадающие в спячку.

Теплокровные животные имеют различные механизмы терморегуляции.

Влажность. В природных условиях влажность меняется в течение суток: она повы­шается ночью и снижается днем. Кроме того, влажность сильно меняется также и в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Так, над самой поверхностью почвы, в гуще травянистого покрова относительная влаж­ность часто составляет почти 100 %, а над травянистым ярусом - всего 50%.

По отношению к водному режиму наземные организмы делят на три группы: гигрофильные (влаголюбивые), мезофильные (предпочитающие умеренную влажность) и ксерофильные (сухолюбивые).

В роли сигнального фактора может выступать инфразвук: некоторые мор­ские животные, например медузы, чувствуют инфразвуковые колебания воды, порождаемые волнением в зоне приближающегося шторма, и опускаются из по­верхностных слоев воды на глубины, слабо подвержен­ные влиянию поверхностных волн.

По классификации В.Н. Беклемишева, прямые и косвенные межвидовые отношения по значимости подразделяются на 4 типа: трофические (пищевые), топические, форические, фабрические.

Трофические связи возникают, когда один вид питается другим – либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами жизнедеятельности.

Топические связи характеризуют любое, физическое или химическое, изменение условий обитания одного вида в результате деятельности другого. Эти связи крайне разнообразны (морские желуди, поселяющиеся на коже китов, личинки мух, обитающие в лепешках коровьего навоза, например, известно, что в сосновом лесу формируется особенный температурный режим – летом в нем сравнительно прохладно, а зимой – теплее, чем за пределами леса). В результате отрицательных или положительных топических связей одни виды определяют или исключают возможность существования в биоценозе других видов, например, известно, что для того, что бы ель окрепла необходимо присутствие березы, а как только ель вырастает, она губит все вокруг.

Форические связи – это участие одного вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают животные. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называют зоохорией, перенос других более мелких животных – форезией (от лат форас – наружу, вон). При этом как у животных, так и у растений вырабатывается ряд специфических приспособлений: различные зацепки, крючки, щетинки, клейкие вещества, прилипающие к шерсти; животные поедают сочные плоды и ягоды, а семена при этом не перевариваются.

Фабрические связи, это такой вид биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида (построение гнезд птицами, нор животными и т.д.).

Предложенная система классификации биотических связей не раскрывает их полностью. Рассмотрим основные формы биотических отношений, существующих в природе.

Конкуренция - межвидовые отношения, при которых популяция в борьбе за пищу, местообитание и др. необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно. Явление конкуренции хорошо описано Г.Ф. Гаузе на примере двух видов инфузорий, питавшихся одной питательной средой - конкуренция обусловлена ограниченными пищевыми ресурсами. Гаузе вывел теорему конкурентного исключения: «два одинаковых в экологическом отношении вида сосуществовать не могут, особенно, если обладают сходными экологическими потребностями».

В биогеоценозах чаще всего конкуренция проявляется косвенно, поскольку различные виды, занимая определенные экологические ниши по-разному относятся к одним и тем же экологическим факторам. Чем разнообразнее возможность организмов биоценоза, тем менее напряженнее, будет конкуренция.

Различают конкуренцию и внутри одного вида - внутривидовая конкуренция. Ч. Дарвин рассматривал внутривидовую конкуренцию как важнейшую форму борьбы за существование, повышающей интенсивность естественного отбора.

Хищничество - форма межвидовых взаимоотношений, при которых один вид живет за счет другого, нанося ему ущерб. В ходе эволюции этих биотических отношений происходило развитие и хищника и жертвы, в результате образовались группы специализированных хищников и специализированных жертв. Это явление получило название адаптации, которое включает в себя мимикрию, способность подстраиваться под кого-либо, тем самым, запутывая хищника или жертву.

В результате действия хищничества в любом биоценозе сформировались определенные механизмы регуляции численности обоих компонентов системы. Поэтому она всегда удерживается на уровне, практически близком к уровню оптимума плотности, как хищника, так и жертвы.

Хищник выступает как разумный компонент биоценоза, т.к. уничтожает в основном слабых и больных особей, распространяющих болезни, или старых особей, тем самым содействует интенсивному размножению и повышению жизнеспособности популяции.

Паразитизм - межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого (хозяин), поселяясь внутри или на поверхности его тела.

Паразитизм:

Облигатные (без хозяина не живут)

Факультативные (могут не паразитировать)

Временный (не всю жизнь паразиты)

Эктопаразитизм (Наружный)

Эндопаразитизм (внутренний)

Стационарный (один хозяин)

Периодический (со сменой хозяев)

Паразит в отличие от хищника не убивает свою жертву, а длительное время живет за его счет. У паразитов выработались анатомо-морфологические и физиологические особенности, например, 1) упрощение организации паразита по сравнению со свободно живущими предками (редуцируются органы пищеварения - они буквально купаются в пищевом бульоне и всасывают пищу всем телом); 2) появление специфических органов фиксации (крючки, зацепки, присоски); 3) невозможность жить без хозяина способствует выработки приспособлений сохранять жизнеспособность длительное время (колдунья - трава в Африке, Южной Азии и Австралии продуцирует до 500 000 семян, которые могут пролежать в земле не прорастая до 20 лет, но как только растение хозяин оказывается рядом тут же трогается в рост и проникает в корень хозяина (злака)).

Комменсализм (нахлебничество, сотрапезничество) - взаимоотношения на базе пищевых связей, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а для другого они безразличны (например, краб пинникса поселяется в раковине дальневосточного пластинчатожаберного моллюска и питается его объедками). При комменсализме один из партнеров может использовать другого для защиты, как средство передвижения или только питаться за его счет. Комменсализм может переходить в конкуренцию или паразитизм, а также тесно связан с синойкией.

Синойкия (квартиранство) — пространственное сожительство, полезное для одного вида и безразличное для другого (рыба - прилипала на теле акулы, усоногие раки на панцирях крабов, на коже китов и акул -поверхностное размещение - эпойкия; размещение внутри крупных - энтойкия - рыба фиерасфер живет в легких голотурий).

Симбиоз, или мутуализм, - обоюдовыгодное сожительство разных видов рак-отшельник и актиния, гриб и водоросль - лишайник).

Зоохория (форезия).

Аллелопатия - это взаимодействие организмов посредством специфически действующих химических продуктов обмена веществ. На животных растения могут оказывать либо аттрактивное (привлекающее), либо репеллентное (отталкивающее) действие.

Животные вырабатывают феромоны (телергоны) - своеобразные активные вещества, оказывающие влияние на развитие и поведение индивидуумов своего вида, а также дающие определенную информацию другим видам.

Аменсализм - взаимоотношения, при которых возникают отрицательные условия для одной или нескольких популяций (плесневые грибы и бактерии).

Эпифитность - расселение растений на теле у других растений (многие лишайники, мхи, грибы, растущие на стволах деревьев).

У млекопитающих, птиц и особенно у насекомых биотические отношения достигают наибольшей сложности.

Например, муравьи - амазонки, совершая набеги на чужие муравейники, захватывают там личинок и куколок, выводят из них в своем муравейнике взрослых особей, которые и выполняют всю работу -

«рабовладельчество». При этом рабовладельчество можно считать высшей формой материнского инстинкта при хищническом нападении на чужую общину.

Нейтрализм - это такая форма биотических отношений, при которой сожительство двух видов на одной территории не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий. При нейтрапизме виды не связаны друг с другом непосредственно, но зависят от состояния сообщества в целом. Например, белки и лоси существуют, не зависимо друг от друга, однако угнетение леса отрицательно сказывается на оба вида.


&&&