Живое и неживое вещество
Живое вещество на 99,9 % по массе состоит из 14 элементов, которые в земной коре составляют 98,9 %. Это - Н, О, С, N, Са, К, Si, Mg, P, S, Al, Na, Fe и Cl. Кроме них, в организмах обнаружены все элементы таблицы Менделеева.
Отличие живого от неживого – сложность молекул. Например, неживое – воздух, состоящий, в основном, из О2, N2 и СО2 и других газов, составляющих в сумме менее 1%, вода (Н2О), состоит из атома кислорода и двух атомов водорода, горные породы и почвенные минералы состоят из прочных кристаллических решеток, в которых атомы двух или большего числа элементов, соединены между собой притяжением отрицательных и положительных ионов.
Воздух, вода и минералы непрерывно взаимодействуют друг с другом. Молекулы воздуха растворяются в воде, молекулы воды поступают в виде пара в воздух. Минералы растворяются в воде, однако, при этом не меняются.
Химическая структура живого, напротив, основана на сложных молекулах белков, углеводов, жиров, липидов и нуклеиновых кислот, в построении которых могут участвовать кислород, азот, фосфор, сера, однако, основу составляют углерод – углеродные и углерод – водородные связи. Некоторые соединения состоят из нескольких миллионов атомов, а их потенциальное разнообразие бесконечно.
Молекулы, в основе которых лежат сочетания углерода и водорода, называются органическими. Молекулы, у которых таких связей нет, называются неорганическими. Существуют природные органические соединения (живые организмы) и синтетические.
Экология
Термин «экология» (от греч. oikos – жилище, местопребывание и logos – наука) был предложен более 100 лет назад, в 1866 г., выдающимся немецким естествоиспытателем Эрнстом Геккелем.
В буквальном смысле экология – наука об условиях существования живых организмов и их взаимодействии между собой.
Экология, возникнув как биологическая наука, со временем расширила свои границы. Современная экология включает химию, физику, математику, технологические, гуманитарные и другие дисциплины. В зависимости от решаемых задач существуют ее различные прикладные направления (см. рис 2.1).
Экологию в применении к человеку назвали наукой об окружающей среде.
Окружающая среда – совокупность факторов живой и неживой природы, прямо или косвенно воздействующих на организм. Различают биотические и абиотические факторы.
К биотическим факторам относятся: фитогенные (растительные организмы); зоогенные (животные); микробиогенные (вирусы, простейшие, бактерии) и антропогенные (деятельность человека).
К абиотическим факторам относятся: климатические (свет, температура, влажность, движение воздушных масс, давление); структурные (механический состав почв и горных пород, их плотность, воздухопроницаемость, влажность); орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (состав воздуха и воды, кислотность и химический состав почвы).
Биотоп (от био… и греч. topos – место), неорганический компонент биогеоценоза экосистемы) – участок водоема или суши с однородными условиями рельефа, климата и других абиотических факторов, занятый определенным биоценозом. В наиболее общем виде, биотоп – это среда существования биоценоза.
Биоценоз – совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема. Например, рассматривая систему "озеро", мы можем отнести к биотопу воду, донные отложения, а к биоценозу – фитопланктон, зоопланктон, рыб и т.д.
Биотоп и соответствующий ему биоценоз образуют экологическую систему. Экосистемы – совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов. Экосистемы могут быть различны по размеру: капля воды, озеро, пень, лес.
Между экосистемами существуют связи, но всегда менее важные, чем между организмами внутри системы.
Близким понятием "экосистеме" является "биогеоценоз".
Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительности, животного мира, микроорганизмов), имеющая свою особую специфику взаимодействия слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией. Внешние границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ.
Антропогенные факторы – это факторы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природных условий, как среды обитания других видов.
Естественные экологические системы (биогеоценозы) стабильны и существуют длительное время. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза.
В естественных экосистемах гомеостаз поддерживается тем, что они открыты, т.е. постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. В антропогенных, созданных под влиянием человека системах, для поддержания гомеостаза необходимо вмешательство (управление) людей.
Несмотря на то, что естественные экосистемы находятся в состоянии гомеостаза, они претерпевают медленные изменения во времени. Каждый живой организм в результате своей жизнедеятельности изменяет вокруг себя среду и, следовательно, относительно долгое существование популяций на одном месте изменяет биотоп таким образом, что он становится малоприемлемым для обитания одних видов, но пригодным для других. Такая последовательная смена одного биоценоза другим носит название сукцессии. Например, заброшенную пашню сначала осваивают травянистые растения, затем кустарники, светолюбивые деревья (березы), а потом хвойные деревья.
Все живые организмы существуют в форме популяций.
Популяция – совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Популяции разных видов, существующие в одном месте, образуют в своей совокупности сообщество (биоценоз). Каждая популяция имеет свою возрастную и сексуальную структуру, внутривидовые отношения. Популяции включены в окружающую среду. Воздействуя на биоценоз, человек воздействует не на отдельные организмы (особи), а на всю популяцию в целом.
В каждой экосистеме есть два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Всю совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы. Всем экосистемам свойственна примерно одинаковая биотическая структура, т.е. они включают, чаще всего одни и те же основные организмы.