- •Предмет, задачи и основные концепции экологии
- •Основные этапы развития экологии
- •Основные методы экологии
- •Организм и среда
- •Гидрологические факторы (от греч. Гидро – вода) - прозрачность, скорость течения, концентрация в газов и растворенных веществ, электропроводность, соленость, рН и мн. Др.
- •Лекция 3 Закон толерантности
- •Лекция 4 Диапазон изменения важнейших факторов среды в Биосфере
- •Организмы, которые нуждаются в небольшом кислороде, но способны длительное время выживать при его концентрациях, ниже точки Пастера, называются факультативными анаэробами.
- •Белки (биологическая калорийность) 4,2 – 4,6
- •Белки (биологическая калорийность) 4,2 – 4,6
- •Совокупность живых организмов, населяющих биогеоценоз, представляет собой биоценоз. Природная среда, в которой существует биоценоз, называется биотоп.
- •Примерами биогеоценозов являются пруд, луг, лесной массив, болото и т.Д.
- •Таксономический состав экологических систем
- •Большинство видов (в том числе все животные и грибы) -- гетеротрофы. Способы гетеротрофного питания различаются от сапрофитного до голозойного (т.Е. Питания оформленной пищей).
- •Структурно-функциональная организация экологических систем
- •3. Более низкий трофический уровень может обеспечить существование большей биомассы живых организмов, чем более высокий.
- •4. Одна и та же экосистема потенциально способна обеспечить существование существенно большего количества пойкилотермных организмов, чем равных им по размерам гомойтермных.
- •5. Одна и та же экосистема потенциально способна обеспечить существование большей биомассы гетеротрофных организмов, если эту биомассу будут составлять более крупные особи.
- •Если удельные скорости рождаемости (b) и смертности (d) в популяции остаются постоянными, то изменения ее численности во времени будут передаваться экспоненциальным уравнением:
- •В очень редких случаях наблюдается гиперэкспоненциальный рост, когда удельная скорость роста популяции возрастает со временем. Его примером является рост численности населения Земли в 20 веке.
- •Демографические показатели популяций
- •Допустим, численность популяции особей за время одной генерации (t) растет экспоненциально. Тогда:
- •Однако Nt/n0 является отношением численности особей в двух последовательных поколениях, т.Е. Ro. Тогда:
- •1. Нейтрализм (0 : 0)
- •2. Конкуренция (- : -)
- •3. Аменсализм (0 : -)
- •Показатель возобновления ресурса – количество ресурса, которое производится в единицу времению.
- •Например, чем выше биомасса и продукция более низкого трофического уровня, тем большее количество пищи может поступить на более высокие уровни.
- •Лекция 16 Межпопуляционные взаимоотношения
- •Межвидовая конкуренция может подразделяться на две основные формы:
- •Математическая модель межвидовой конкуренции
- •В третьем случае будет наблюдаться устойчивое сосуществование двух конкурирующих видов, которому соответствуют неравенства:
- •Математическая модель межвидовой конкуренции
- •Вариант 1.
- •Лекция 18
- •Примеры отдельных типов сукцессий
- •Биологическое разнообразие экологических систем
- •Лекция 21 Биосфера Земли
- •Строение и функции Биосферы
- •Биосфера Земли является самой крупной и сложной экологической системой, известной человеку. Она образована пятью основными компонентами:
- •Продуктивность Биосферы и ее использование человеком
- •Лекция 24 - 25
- •Зональность Мирового океана в значительной степени определяет температура. В Мировом океане на основании температурного режима прибрежных и поверхностных вод выделяют 5 основных зон:
Организм и среда
Среда обитания – это та часть природы (или совокупности конкретных природных условий), которая окружает живые организмы и оказывает на них прямое или косвенное влияние и вызывает у них приспособительные реакции (адаптации).
На Земле организмы освоили четыре важнейшие среды обитания – водную, наземную (включая и воздушную), почвенную и тела других организмов (паразитические формы). В последние десятилетия человек, а с 7помощью него и другие виды живых организмов (начиная с собаки Лайки в 1957 г.) начали освоение космического пространства.
От понятия среды обитания следует отличать понятие «условия существования», или совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых организмы не могут существовать.
Факторы - это движущие силы совершающихся процессов или условия, влияющие на эти процессы.
Факторы среды, которые вызывают у отдельных особей, популяций или сообществ приспособительные реакции (или адаптации), называются экологическими факторами.
Экологические факторы подразделяются на три основные группы:
Абиотические факторы, или факторы неорганической или неживой природы. К ним относятся:
Физические факторы – тяготение, спектр электромагнитного излучения, газовый состав атмосферы, освещенность и мн. др.
Климатические факторы – температура, влажность, cкорость ветра, состав и давление атмосферы и т.д.;
Эдафические факторы (от греч. эдафон – почва) – структура почвы, содержание в ней минеральных солей и микроэлементов, определяющих ее плодородие, соленость, рН и пр.
Гидрологические факторы (от греч. Гидро – вода) - прозрачность, скорость течения, концентрация в газов и растворенных веществ, электропроводность, соленость, рН и мн. Др.
2. Биотические факторы, или разнообразные формы влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Их многочисленные формы с достаточной долей условности можно разделить на ряд групп:
Нейтрализм;
Конкуренция;
Аменсализм;
Паразитизм;
Хищничество;
Комменсализм;
Протокооперация;
Мутуализм.
Биотические факторы могут оказывать влияние на абиотические факторы среды. Например, деятельность микроорганизмов в почве оказывает большое влияние на концентрацию химических соединений, например, нитратов и нитритов, необходимых для питания растений.
Подробнее о биотических факторах мы поговорим ниже при анализе межвидовых взаимоотношений в биогеоценозах.
В середине ХХ века была предложена принципиально иная классификация экологических факторов. Все эти факторы, независимо от их природы, подразделяются на факторы, зависимые от плотности (ЗП) и независимые от плотности (НП). Как правило, НП-факторы – это абиотические факторы, а ЗП-факторы – биотические факторы.
Влияние ЗП-факторов может быть прямым, т.е. усиливаться с увеличением плотности, и обратным, т.е. уменьшаться с увеличением плотности. Например, повышение плотности популяций, приводящее к снижению скоростей роста и размножения особей является примером прямого влияния ЗП-фактора.
3. Антропогенные факторы, которые вызваны человеческой деятельностью. Они могут быть подразделены на три основные группы:
А. Изменение природных ландшафтов;
Б. Загрязнение окружающей среды;
В. Уменьшение численности отдельных видов.
Изменения природных ландшафтов могут быть выражены в разной степени – от незначительных, например, когда луг эпизодически используется для выпаса домашнего скота, до кардинальных - когда на месте осушенного болота создается пашня, или на месте вырубленного лесного массива – населенный пункт.
Крайний случай результат этого процесса – т.наз. бедленд (от англ. badland – «плохая земля») – территория, полностью лишенная естественного растительного покрова. Примеры бедленда - открытые разработки полезных ископаемых, терриконы пустой породы, открытые свалки промышленных и бытовых отходов.
Любое изменение природных ландшафтов нарушает естественную среду обитания для многих видов. Это часто приводит к снижению их численности вплоть до полного их исчезновения. Однако этот же процесс часто создает среду обитания для других видов.
Достаточно большое число видов более или менее успешно приспосабливается к обитанию в изменившихся условиях. В крупных городах, где наблюдается повышенное разнообразие биотопов, обитает большое количество видов членистоногих, птиц и мелких млекопитающих, сорных растений. Виды диких животных, живущие в поселениях человека, называются синантропными видами.
Отдельные синантропные виды достигают в городах даже более высокой численности, чем в естественных биогеоценозах. Некоторые из них в условиях города значительно изменяют свою биологию, например, утки, грачи и другие виды птиц превратились из перелетных в оседлых.
Загрязнение окружающей среды означает вызванное деятельностью человека привнесение в окружающую среду новых, обычно нехарактерных для нее агентов, выводящее экологическую систему из состояния равновесия или стабильного состояния.
Формы и типы загрязнений могут быть самыми разными. В самом общем виде их можно подразделить на следующие основные группы:
А. Физическое загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды. Среди его разнообразных форм можно выделить температурное (тепловое), световое, шумовое, электромагнитное, радиационное и т.п. загрязнение.
Б. Химическое загрязнение, или изменение в рассматриваемый период времени среднемноголетних концентраций химических элементов или их соединений в среде. Химическими загрязнителями могут быть отходы производства, минеральные удобрения, пестициды, радионуклиды и т.д.
Считается, что на Земле имеется около 1,5 миллионов природных химических соединений, и около 2 тысяч новых ежегодно синтезируется учеными. Многие из них, являющиеся потенциально опасными для живых организмов, попадают в природную среду.
Искусственно синтезированные химические вещества, попавшие в природную среду называются ксенобиотиками (от греч. ксенос – чуждый).
Классическим примером ксенобиотиков являются диоксины – семейство хлорсодержащих трициклических углеводородов, первый из которых синтезирован в 1957 г. Классическим примером диоксинов является вещество с такой структурной формулой
Это самое сильное из известных на сегодняшний день ядовитых веществ. Его летальная доза в 150 тыс. раз меньше, чем у цианистого калия.
В. Биологическое загрязнение, или привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов, а также увеличение концентрации в среде продуктов их жизнедеятельности.
Воздействие загрязнения окружающей среды на живые организмы также не всегда однозначно. Чаще всего оно вызывает негативный эффект. Однако если среда загрязняется органическими веществами, это может оказать положительное воздействие на те виды живых организмов, которые способны употреблять их в пищу или для других целей.
Например, нефтяное загрязнение при авариях танкеров оказывает огромное отрицательное воздействие на водные и прибрежные экосистемы. Однако в нефтяном пятне начинает быстро увеличиваться численность целого ряда видов бактерий, которые способы усваивать нефть, разлагая ее в процессе метаболизма до простых неорганических соединений.
Если бы не деятельность таких бактерий, то поверхность Мирового океана уже за 10-15 лет покрылась бы пленкой нефти толщиной в несколько миллиметров. Это сделало бы фотосинтез океанического фитопланктона невозможным.
То же самое относится и другим органическим загрязнителям, например, отходам сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности. Как правило, они могут быть полностью разложены организмами-редуцентами до простых нетоксичных неорганических соединений.
Многие организмы, например, коловратки, инфузории, рачок водяной ослик, кольчатый червь тубифекс прекрасно живут и образуют скопления с высокой численностью в бытовых стоках, используя их в качестве источников пищи. На использовании таких организмов основаны биологические методы очистки сточных вод.
Напротив, загрязнение среды неорганическими веществами и трудно разлагающимися органическими соединениями (особенно, синтетическими органическими полимерами) представляет значительно большую опасность, поскольку они с трудом поддаются биологическому разложению. В последние годы большое внимание уделяется выведению особых штаммов микроорганизмов, способных быстро разлагать органические высокомолекулярные соединения естественного и искусственного происхождения, например, полиэтилен. Предлагается даже выпускать полиэтилен с особыми добавками, облегчающими его разрушение.
Неорганические вещества (например, тяжелые металлы и их соединения, радионуклиды) принципиально не могут разлагаться живыми организмами. Некоторые виды животных и растений (например, моллюск дрейссена и растение – водный гиацинт) способны эффективно очищать водоемы от этих веществ, концентрируя их в своих организмах. Некоторые из этих видов также используются в очистных сооружениях.
Однако здесь возможно только накопление неорганических соединений в тканях организмов. После их отмирания эти элементы могут вновь попасть в среду, вызывая вторичное загрязнение. Поэтому на очистных сооружениях периодически удаляется часть организмов вместе с накопленными ими соединениями (активный ил), который захоранивается в специальных хранилищах. Поскольку эти хранилища не беспредельны, захоронения активного или представляет собой серьезную экологическую и экономическую проблему, особенно в небольших по площади западно-европейских государствах с высокой плотностью населения.
Антропогенное загрязнение может оказывать и опосредованное воздействие на организмы. Например, оно может привести к уменьшению численности или полному исчезновению отдельных видов. Это может оказать определенное положительное воздействие на другие виды, более устойчивые к подобным загрязнениям. Их численность может возрасти в результате снижения или устранения межвидовой конкуренции.
Уменьшение численности отдельных видов может происходить целенаправленно результате их неконтролируемого промысла, добычи сбора и т.д. или являться побочным эффектом других форм антропогенного воздействия.
Неконтролируемый промысел того или иного вида, даже если он привел к его полному уничтожению, как правило, не оказывает непосредственного отрицательного воздействия на природную среду, где этот вид обитал. Однако он может оказывать опосредованное влияние на экологические системы. Например, резкое снижение численности ламантинов, питающихся высшей водной растительностью, в реках тропического пояса Америки привело к значительному их зарастанию.