33. Концепция экосистемы. Основные характеристики. Поток энергии и круговорот веществ. Пищевые цепи…

Концепция экосостемы является важнейшим обобщением современной экологии. Она разрабатывалась многими учеными. Особое значение имели труды К. Мебиуса (1877), С. Форбса (1887), обосновавшие концепцию биоценоза как многовидового сообщества живых организмов, заселяющих конкретную территорию и взаимодействующих друг с другом и внешней средой. Форбс оперировал термином «микрокосм», А. Тинеман ввел понятие «продукция», Ч. Элтон пределил понятие экологической ниши и сформултровал правило экологических пирамид. особый вклад в развитие концепции экосистемы внесли русские ученые. В.В.Докучаев обосновал идею о глобадьном влиянии жизни на природные явления, о взаимосвязи мертвой и живой природы, а также представление о почве как о сложной природной системе. В. Н. Сукачев явился основоположником учения о биогеоценозе., Вернадский разработал учение о биосфере. Форбс, Фридерикс, Вернадский, Тенсли, Сукачев понимали экологическую систему сходно, хотя называли ее по-разному: микрокосм, холоцен, совокупность живого вещества, экосистема, биогеоценоз. Тенсли заложил основы учения об экосистеме (от греч. Oikos-жилище). Экосистема – это универсальная категория, применимая для любых объектов (муравейник,горшок с растением, пруд, озеро). Экологи определяют экосистему как «совокупность живых и не живых элементов, в результате взаимодействия которых создается стабильная система, где имеет место круговорот вещества между живыми и не живыми частями». Основными характеристиками экосистемы являются поток энергии и круговорот веществ, функциональная структура, выраженность пищевых цепей и сетей, целостность(эмерджентность),упорядоченность,иерархичность,динамичност. Поток энергии и круговорот веществ. Жизнь любой экосистемы возможна только за счет постоянного притока энергии. Первоисточником энергии для экосистемы служит Солнце. Энерги. Аккумулируют только автотрофы. Животные используют готовую энергию в виде пищи. Согласно первому закону термодинамики, закону сохранения энергии, энергия не создается и не исчезает, она переходит из одной формы в другую. Этот переход происходит в организмах в процессе их жизнедеятельности.наиболее пригодна для использования в живой клетке энергия химических связей. Она накапливается, экономно расходуется, легко передается из клетки в клетку и трансформируется в другие виды энергии. В системе солнечная энергия переходит в энергию автотрофоф-продуцентов, которая передаетмся гетеротрофным организмам и осуществляя процессы метаболизма, превращается в механическую, а потом в тепловую энергию.

Согласно второму закону термодинамики, при превращении одного вида энергии в другой часть энергии рассеивается в виде тепла. Небольшая часть энергии, которую получает животное, потребляя пищу, переходит в потенциальную энергию вновь созданного органического вещества, которое используется животными трофического уровня. Большая часть энергии уходит на процессы жизнедеятельности этого животного и, совершив работу, рессеивается в виде тнпла.

Согласно законам термодинамики, превращения энергии в экосистеме идут в одном направлении в виде линейного потока. Экосистема может функционировать только при условии постоянного поступления солнечной энергии. Перемещение воды, питательных (минеральных) веществ в отличие от энергии идет по кругу. По замкнутому пути химические элементы переходят из внешней среды (водоем, почва) в растение, далее в животное, поедающее это растение, и опять во внешнюю среду благодаря деятельности редуцентов, а из нее-в растение.

Функциональная структура

Живые компоненты экосистемы по типу питания и используемому источнику энергии разделяются на продуцентов, консументов и редуцентов. Они составляют три «функциональных царства природы».

Продуцентами (от лат. Producen – производящий, создающий) являются зеленые растения, цианобактерии и некоторые бактерии, способные синтезировать органические вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят также хемосинтезирующие бактерии путем хемосинтеза, извлекая энергию из неорганического соединения.

Консументами (от лат consume – потребляю) являются животные, большинство микроорганизмов, растения-паразиты и частично насекомоядные растения. Они питаются готовым органическим веществом, трансформируя его в вещество своего тела. Первичные консументы (травоядные животные) питаются продуцентами. К ним относятся также паразиты растений (грибы, некоторые растения). Вторичные консументы питаются травоятными животными, они плотоядны. Также плотоядны консументы третьего порядка. Консументы второго и следующих порядков являются хищниками и паразитами.

Хотя консументы в отличие от продуцентов используют готовое органическое вещество, роль их в природе огромна. Они трансформируют органику в вещество собственного тела, чем увеличивают разнообразие живого вещества. Животные участвуют в миграции вещества, активно участвуют в круговороте веществ.

Редуценты (от лат reducens – возращающий, восстанавливающий), или деструкторы, обладают способностью разлагать и превращать мертвое органическое вещество в неорганическое. К ним относятся бактерии, грибы, актиномицеты и разнообразные простейшие.

В процессе разложения организмы-разрушители обеспечивают себя пищей, избавляют биосферу от накопления отживших, мертвых организмов, играют важную санитарно-эстетическую роль. Продукты разложения используются при образовании гумуса, определяющего плодородие почв.

Пищевые цепи

В экосистеме в результате поедания одного организма другим осуществляется трансформация вещества и перенос энергии. Перенос энергии пищи от ее источника (растений) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. Каждое ее звено является трофическим уровнем. Перенос сопровождается рассеиванием энергии в форме тепловой энергии. Различают разные типы пищевых цепей. Основными из них являются пастбищные (цепи выедания), и детритные

Пастбищная цепь основана на прямом потребелении живых растений или их частей. Первый трофический уровень занимают зеленые растения (продуценты), второй – первичные консументы (пастбищные животные, или фитофаги), третий – вторичные консументы,или зоофаги (плотоядные хищники). Например, обычную пастбищную цепь состовляют: древесное растение-тля-божья коровка-паук-хищная птица. Детритная цепь основана на процессах накопления и разложения мертвого органического вещества. Частично переработанный многочисленными микроорганизмами детрит потребляется детритофагами (дождевые черви, многоножки, личинки многих насекомых и др.), которые поедаются хищниками. Например: органический субстрат+микроорганизмы →дождевой червь→черный дрозд→ястреб-перепелятник. Пищевые цепи переплетаютя и образуют пищевые (трофические) сети. Они тем сложнее чем больше разнообразие биоценоза.

Эмерджентность, упорядоченность, динамичность.

Система не может состоять из однородных элементов. Экосистема как целое состоит из несходных по своим свойствам, разнородных частей (элементов), что приводит к появлению новых свойств, кот. не обладают отдельные ее части. Степень несводимости свойств системы свойствам составляющих ее элементов называется эмерджентностью (неожиданно возникающий). Любая Э, кот состоит из множества элементов, представляет не сумму св-в этих эл-ов, а наоборот, элементы, взаимодействуя, наделяют сист нов св-вами;

Экосистема – упорядоченная, организованная система, которая вырабатывается в процессе своего функционирования. Экосистемы, в кот значительную роль играют вероятностные процессы, постоянно изменяются. Динамичность составляет важнейшее функциональное свойство каждлй экосистемы, отражает не только зависимость свойств от факторов среды, но и адаптивный ответ системы в целом на их воздействие, определяет возможность ее развития и существования.

Соотношение понятий экосистема и биогеоценоз

Экосистема – это универсальная категория, применимая для любых объектов (муравейник,горшок с растением, пруд, озеро). Экологи определяют экосистему как «совокупность живых и не живых элементов, в результате взаимодействия которых создается стабильная система, где имеет место круговорот вещества между живыми и не живыми частями».

Биогеоценоз – это участок земной поверхности, на протяжение которого сложная система взаимодействия компонентов живой и неживой природы сохраняется однородной. Экотоп – это сов-ть эл-ов абиотической среды. Биоценоз поселяясь на экотопе превращает его в биотоп: Биоценоз + биотоп =биогеоценоз (экосистема).

34. Организм и среда. Закон единства организма и среды…

Среди многочисленных объектов биологии особи (организмы) принадлежит центральное место. Семьи, популяции, биоценозы взаимодействуют со средой и друг другом через организмы (особи). Особь – есть фенотипическое проявление уникального генома, самостоятельно устанавливающее отношения с внешней средой. Среды жизни:

1. Водная среда является первой, самой древней и наиболее обширной средой жизни, занимает до 71% земного шара. Водная среда более однородна, чем суша, и по разнообразию форм значительно уступает наземно-воздушной среде. Для воды хар-на самая высокая среди жидкостей удельная теплоемкость, что позволяет водоемам аккумулировать тепло. Специфику водной среды составляют подвижность воды, большая плотность, свет, малое содержание кислорода, температурный режим, соленость, наличие взвешенных частиц. Плотность позволяет растениям со слабым развитием механической ткани и бесскелетным формам животных находиться во взвешенном состоянии, парить в воде. Лимитирующим фактором, ограничивающим распространение растений в водной толще, является свет. Основными источниками кислорода в воде являются фотосинтез и диффузия воздуха. Концентрация кислорода в водоемах уменьшается с глубиной, повышением температуры, солености воды. Недостатка в углекислом газе фотосинтезирующие растения не испытывают. Его в воде почти в 60 раз больше, чем в атмосфере.

2. Наземно- воздушная среда включает часть атмосферы и поверхность земли, кот. служит местом прикрепления, размножения растений и животных. Воздух оказывает слабое сопротивление передвижению организмов по земле, благоприятствует полету в воздухе, но затрудняет подъем по вертикали. С высотой давление воздуха понижается, обеспеченность кислородом уменьшается, что ведет к учащению дыхания у животных и их обезвоживанию. Среда неоднородна, прерывна. Постоянными физическими барьерами служат горы, реки, пустыни.специфические особенности состоят в хорошей обеспеченности светом, постоянстве и высоком содержании кислорода, азота., постоянном движении воздушных масс (ветер, бури), характере осадков (дожди, снег), а также в колебаниях температурного режима.

3. Почва как среда жизни. Образование почвы связано с литогенным процессом, ведущим к образованию глинистых минералов, и процессам биогенным, способствующих образованию гумуса – устойчивого органического вещества.для многих видов почва играла роль переходной к наземному образу жизни среды. В настоящее время она является основной средой обитания наиболее древних форм жизни на суше – прокариотов.

4. Живые организмы как среда жизни. В процессе развития живых организмов сформировалась особая биотическая среда. Среда организма отличается от других сред постоянством физико-химических параметров, в связи с чем паразит не испытывает необходимости в выработке адаптационных механизмов, что ведет к уменьшению энергетических затрат.

Факторы среды – это элементы среды, оказывающие специфическое действие на организм. Влияние факторов весьма многообразно. Они выступают как раздражители, ограничители, модификаторы или имеют сигнальное значение. По своей природе факторы среды являются абиотическими, биотическими и антропическими. Особую составляют факторы антропогенные, действующие на человека.

Абиотические:

1. Климатические (свет, тепло, вода, ветер)

2. Эдафические (механический и химический состав почвы, кислотность, аэрация)

3. Орографические (рельеф, высота над уровнем моря, крутизна)

Биотические: Зоогенные Фитогенные

Антропические (влияние человека):\ Мелиорация (осушение, обводнение) Применение удобрений, пестицидов Гидростроительство ЗагрязнениеТехника

Антропогенные (влияние на человека): Мутагенные Канцерогенные Тератогенные

35. Общая характеристика популяции – одновидовой биологической системы…

Популяция (populus – от лат. народ. население) – одно из центральных понятий в биологии и обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и имеет общую территорию. Она является первой надорганизменной биологической системой. Основным свойством популяций, как и других биологических систем является то, что они находятся в беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это отражается на всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре, распределении в пространстве. Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость.

Типы популяций. Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую, географическую.

Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной пло-щади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто. ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; древостои в монодоминантных лесах, представляющих одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников .

Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

Основные характеристики популяций

Численность и плотность – основные параметры популяции. Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Рождаемость различают абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Под структурой популяции понимается определенное количественное соотношение особей, отличающихся по морфологическим и физиологическим признакам, возрасту, полу, характеру распределения в пространстве и другим свойствам.

Пространственная структура представляет собой особенности размещения особей популяции на занимаемой территории. Оно определяется степенью однородности среды обитания, наличием пригодных для жизни участков, а также биологическими особенностями вида, поведением его особей. Знание типа распределения организмов позволяет правильно оценить плотность методом выборки. Природным популяциям свойственны три типа распределения особей: случайное, равномерное (регулярное) и групповое (агрегированное). Случайное распределение особей наблюдается в однородной среде обитания, при невысокой численности популяции и отсутствии у особей стремления образовывать группы (например, у планарий, гидр). В природе этот тип распределения встречается редко. Равномерное распределение характерно для видов, отличающихся жесткой конкуренцией между особями за одинаковые ресурсы и сильным территориальным инстинктом (хищные рыбы, млекопитающие, птицы, пауки). Агрегированное (групповое) распределение встречается в природе наиболее часто. Оно выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются значительные незаселенные территории. Причинами агрегированности особей могут быть неоднородность среды и ограниченность пригодных для жизни местообитаний, особенности размножения стремление к жизни в группе. Жизнь в группе (семье, стаде, стае, колонии) облегчает защиту от хищников, поиск и добывание корма. У растений групповое распределение определяется главным образом способом размножения и расселения семян и плодов. Например, тяжелые плоды, падая рядом с материнским растением и в последующем прорастая, образуют группу рядом растущих дочерних растений. Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции, а также сезонную и межгодовую динамику этого соотношения. В популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (до размножения), репродуктивный (в период размножения) и пострепродуктивный (после размножения). При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный уровень численности. Несмотря на присутствие в популяции всех возрастных групп, соотношение между ними меняется и зависит от числа потомков в помете, количества пометов за сезон, времени наступления половозрел ости, продолжительности репродуктивного периода особей, продолжительности их жизни и других факторов. Так, например, в популяциях мелких грызунов велика доля особей младших возрастных групп, в то время как для крупных видов (слоны, киты и др.) она мала. Половую структуру формирует соотношение полов в популяциях с раздельнополыми особями. К ним относятся большинство животных и все двудомные растения. Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов имеют отличия в характере питания, ритме жизни, поведении. Так, самки некоторых видов комаров, клещей и мошек являются кровососущими, в то время как самцы питаются соком растений или нектаром. Повышение доли половозрелых самок приводит к более интенсивному росту популяции за счет рождения большего количества молоди. Виталитетная структура популяций. Жизненное,или виталитетное, состояние определяется как уровень продуктивного, ростового и формообразовательного процессов. Виталитет учитывается морфометрическими параметрами (размеры, масса, количество). Оценка качества особей позволяет установить их иерархию в популяции: особи процветающие (высший класс), угнетенные (низший класс) и особи промежуточного класса. Особи разных классов виталитета различаются по функциональному назначению. Этологическая структура популяций — это система отношений между членами одной популяции. Формы совместного существования особей в популяциях разнообразны. Одинокий образ жизни характерен для многих видов на определенной стадии жизненного цикла. Семья — группа особей, в которой усиливается связь между потомками и родителями. Она может быть смешанного типа (птицы, некоторые млекопитающие); родительского типа (воспитание осуществляет самец, например африканский страус, колюшка) материнского типа (саламандра, червьяга). Колония — групповое объединение оседлых животных. Они могут существовать долго или возникать только на период размножения (птицы, морские котики, тюлени, термиты, пчелы, муравьи, сурки, лемминги). Стая — временное объединение животных одного вида (волки, птицы, рыбы). Наиболее распространенная зграйнисть среди птиц и рыб, из млекопитающих она характерна для многих собачьих. Стаи рыб очень изменчивы по величине, форме, плотности. У птиц стаи формируются во время сезонных перелетов или зимних кормлений (у оседлых и кочевых форм). В стаях млекопитающих большую роль играют вожаки, специфические отношения складываются между отдельными особями, что сближает эти групповые образование со стадами.

Стада — длительные и постоянного объединения животных по сравнению со стаями. Основу группового поведения животных в стадах составляют взаимоотношения доминирования — подчиненности, основанные на индивидуальных различиях между особями.

Биологическое значение отношений между особями одного вида: защита особей от врагов; воспитание молодежи; получения пищи и т.д

36. Основные принципы охраны природы…

Охрана природы – совокупность государственных и общественных мероприятий, направленных на сохранение атмосферы, растительности и животного мира, почв, вод и земных недр.

Основными принципами охраны окружающей среды являются:

1. Приоритет охраны жизни и здоровья человека;

2. Научно-обоснованное сочетание экологических и эконом интересов;

3. Рациональное и неистощительное использование природ ресурсов;

4. Платность природопользования;

5. Соблюдение требований природоохранительного законодательства, неотвратимость ответственности за его нарушение;

6. Гласность в работе экологических организаций и тесная связь их с общественными объединениями и населением в решении природоохранных задач;

7. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.

Биологическое разнообразие в Беларуси имеет большую национальную и международную значимость, что определяется географическим положением нашей страны на стыке западноевропейской и восточноевропейской зон, существуют различные уникальные экосистемы, в которых сохраняется ценнейший генетический фонд.

В сохранении биологического разнообразия главенствующая роль принадлежит особо охраняемым природным территориям. Это участки земли и части водного пространства, в том числе природные комплексы, имеющие особое экологическое, научное, культурное, эстетическое, историческое значение, в отношении которых установлен особый режим охраны и использования. К таковым относятся: государственные заповедники, национальные парки, заказники, памятники природы, а также животные и растения, относящиеся к видам, занесенным в Красную книгу Республики Беларусь.

Заповедники являются исключительно природоохранными научно-исследовательскими учреждениями государственного значения, которые выполняют следующие задачи: сохранение в натуральном состоянии природного комплекса, входящего в состав заповедника; проведение научных исследований; организация мониторинга окружающей среды; содействие в подготовке научных кадров и специалистов в области охраны природы; популяризация природоохранных взглядов и дела охраны природы. В настоящее время функционируют Березинский биосферный и Полесский радиационно-экологический заповедники.

Национальные парки — это комплексные природоохранно-хозяйственные и научно-исследовательские учреждения, задачами которых являются: сохранение эталонных и уникальных природных комплексов и объектов природы; организация экологического просвещения и воспитания населения; проведение научных исследований; организация рекреационной деятельности; ведение комплексного хозяйства и некоторые другие. Таким образом, национальный парк создается с целью охраны уникальных, особо типичных и ценных природных комплексов и объектов, культурных ландшафтов, памятников истории и культуры, а также обеспечения условий приоритетного развития отдыха и туризма. На территории Беларуси созданы четыре национальных парка: Беловежская пуща, Припятский), Браславские озера и Нарочанский.

Заказники определены как территории, выделенные с целью сохранения и восстановления одного или нескольких видов природных ресурсов и поддержания общего экологического баланса. В зависимости от предназначения заказники подразделяются на ландшафтные(комплексные) - определенные для сохранения и восстановления особо ценных природных ландшафтов и комплексов; биологические (ботанические, зоологические); палеонтологические (сохранение отдельных ископаемых объектов и их комплексов); гидрологические (болотные, озерные, лесные).