Тема организмы и среды их обитания. Организмы и среды их обитания

Тема Организмы и среды их обитания

Слово "экология " происходит от двух греческих слов: oikos , что означает дом, родина, и logos ― понятие, учение. В буквальном смысле экология ― это "наука о местообитании". "Под экологией, ― писал Геккель, ― мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего ― его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология ― это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование".

"Экология ― это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают".

Экология ― это комплексная наука, изучающая законы существования (функционирования) живых систем в их взаимодействии с окружающей средой.

В настоящее время в экологической науке наибольшее развитие получили следующие направления:

классическая (общая) экология ― изучает взаимодействие биологических систем с окружающей средой;

глобальная экология ― раскрывает единство и целостность биосферы как глобальной экосистемы, её антропогенные изменения;

социальная экология ― рассматривает взаимосвязи и взаимозависимости в системе "общество ― окружающая среда";

геоэкология ― изучает антропогенные изменения природной среды;

экология человека ― изучает природную сущность человека, среду его обитания, экологические факторы здоровья;

прикладная экология ― изучает взаимосвязи агроэкосистем, экосистем города, техносферы с окружающей средой;

экологический мониторинг ― это система наблюдения, оценки, анализа и прогноза состояния окружающей среды.

Классическая экология изучает биологические системы, т. е. занимается исследованием ограниченного мира на уровне отдельных особей (организмов), популяций, видов, биоценоза, биогеоценозов (экосистем) и биосферы. В связи с этим выделяют:

Аутэкология (экологию особей);

Демэкология (экологию популяций);

Синэкология (экологию сообществ).

Аутэкология (от греч. autos ― сам) устанавливает пределы существования особей (организма) в окружающей среде, изучает реакции организмов на воздействие факторов среды, их приспособленность к условиям среды обитания. Термин «аутэкология» был введён швейцарским ботаником К. Шретером в 1896 г. именно для обозначения экологии особей.

Аутэкология в качестве живой системы рассматривает отдельный живой организм (животное, растение или микроорганизм), а также среду (всё, что этот организм окружает).

Окружающая среда

К окружающей среде относится вся природная среда (возникшая на Земле вне зависимости от человека, и унаследованная им от предшествующих поколений) и техногенная среда (то есть среда, созданная человеком).

Понятие “окружающая среда” было введено в экологию немецким биологом Я. Юкскюлем (1864–1944), который считал, что живые существа и среда их обитания взаимосвязаны между собой и образуют вместе единую систему окружающей нас действительности. В процессе приспособления к окружающей среде организм, взаимодействуя с ней, отдаёт и принимает различные вещества, энергию, информацию.

Окружающая среда ― это всё, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние и функционирование (развитие, рост, выживаемость, размножение и т. д.). Среда, обеспечивающая возможность существования организмов на Земле, очень разнообразна. На нашей планете можно выделить четыре качественно отличные среды жизни: водную, наземно-воздушную, почву и живой организм.

Водная среда

Вода служит средой обитания многих организмов. Из воды же они получают все необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Поэтому как бы ни было высоко разнообразие водных организмов, все они должны быть приспособлены к главным особенностям жизни в водной среде. Эти особенности определяются физическими и химическими свойствами воды.

В толще воды постоянно находится большое число мелких представителей растений и животных, ведущих жизнь во взвешенном состоянии. Способность их к парению обеспечивается не только физическими свойствами воды, обладающей выталкивающей силой, но и специальными приспособлениями самих организмов. Например, многочисленными выростами и придатками, значительно увеличивающими поверхность тела относительно массы и, следовательно, повышающими трение об окружающую жидкость.

Другой пример ― медузы. Их способность удерживаться в толще воды определяется не только характерной формой тела, напоминающей парашют, но и его сильной обводненностью. Плотность тела медуз очень близка к плотности воды.

К передвижению в водной среде животные приспособлены по-разному. Активные пловцы (рыбы, дельфины и др.) имеют характерную обтекаемую форму тела и конечности в виде плавников. Их быстрое плавание облегчается также особенностями строения внешних покровов и наличием специальной смазки ― слизи, снижающей трение о воду.

У некоторых водных жуков выпущенный из дыхалец отработанный воздух задерживается между телом и надкрыльями благодаря не смачиваемым водой волоскам. С помощью такого приспособления водное насекомое быстро поднимается на поверхность воды, где выпускает воздух в атмосферу. Многие простейшие передвигаются при помощи колеблющихся ресничек (инфузории) или жгутиков (эвглена).

Вода обладает очень высокой теплоемкостью, т. е. свойством накапливать и удерживать тепло. По этой причине в воде не бывает резких колебаний температуры, которые часто случаются на суше. Воды полярных морей могут быть очень холодными ― близкими к замерзанию. Однако постоянство температуры позволило развиться ряду приспособлений, обеспечивающих жизнь даже в этих условиях.

Одним из наиболее важных свойств воды является способность растворять в себе другие вещества, которые могут использоваться водными организмами для дыхания и питания.

Для дыхания необходим кислород. Поэтому насыщенность им воды имеет очень большое значение.

Количество растворенного в воде кислорода уменьшается с увеличением температуры. Причем в морской воде кислород растворяется хуже, чем в пресной. По этой причине воды открытого моря тропического пояса бедны живыми организмами. И наоборот, в полярных водах, где больше кислорода, наблюдается обилие планктона ― мелких рачков, которыми кормятся представители богатой фауны, включая рыб и крупных китообразных.

Дыхание водных организмов может совершаться всей поверхностью тела или специальными органами ― жабрами. Для успешности дыхания необходимо, чтобы вблизи тела происходило постоянное обновление воды. Это достигается различными рода движениями. Для многих организмов необходимо поддержание постоянного тока воды. Это может обеспечиваться движением самого животного или особыми приспособлениями, например колеблющимися ресничками или щупальцами, которые производят возле рта водоворот, загоняющий в него пищевые частицы.

Очень важным для жизни является солевой состав воды, особенное значение для организмов имеют ионы Са 2+ . Моллюскам и ракообразным кальций совершенно необходим для построения раковины или панциря. Концентрация солей в воде может сильно изменяться. Вода считается пресной, если в ней содержится менее 0,5 г на литр растворенных солей. Морская вода отличается постоянством солености и содержит в среднем 35 г солей в одном литре.

Наземно-воздушная среда

Наземно-воздушная среда, освоенная позже в ходе эволюции водной, более сложна и разнообразна. Ей свойствен более высокий уровень организации живого.

Наиболее важным фактором жизни пребывающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо ниже плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани ― внутренний и наружный скелет. Формы движения крайне разнообразны: бегание, прыгание, ползание, полет и т. д. По воздуху передвигаются птицы и многие насекомые. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.

Воздушные массы характеризуются огромным объемом и постоянно находятся в движении. Температура воздуха может меняться очень быстро и на больших пространствах. Поэтому живущие на суше организмы имеют многочисленные приспособления, позволяющие выдерживать резкие изменения температуры или избегать их. Наиболее замечательным приспособлением является развитие теплокровности, возникшее именно в наземно-воздушной среде.

В целом воздушно-наземная среда более разнообразна, чем водная; условия жизни здесь сильно меняются во времени и в пространстве. Эти изменения заметны даже на расстоянии в несколько десятков метров, например, на границе леса и поля, на разной высоте в горах, даже на разных склонах небольших холмов. Вместе с тем, здесь слабее выражены перепады давления, но часто возникает недостаток влаги. Поэтому у наземных обитателей развиты приспособления, связанные с обеспечением организма водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных, помимо особенностей строения внешних покровов, это и особенности поведения, способствующие поддержанию водного баланса, например миграции к водопоям или избегание иссушающих условий.

Большое значение для жизни наземных организмов имеет состав воздуха (79 % азота, 21 % кислорода и 0,03 % углекислого газа), который обеспечивает химическую основу жизни. Так, снижение удельного количества кислорода в воздухе в зависимости от повышения высоты местности определяет верхнюю границу жизни животных. Люди, например, никогда не образовывали постоянных поселений на высоте свыше 6000 м над уровнем моря.

Углекислый газ (диоксид углерода) является важнейшим сырьевым источником для фотосинтеза. Азот воздуха необходим для синтеза белков и нуклеиновых кислот.

Почва

Почва как среда обитания ― верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными деятельностью почвенных обитателей. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими её частями. Жизнь почвы необычайна богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие – часть жизни. Огромную роль играет почва в жизни растений.

Условия жизни в почве во многом определяются климатическими факторами, важнейшим из которых является температура.

Тела организмов

Среды жизни очень разнообразны. Например, вода как среда жизни может быть морской или пресной, текучей или стоячей. В этом случае говорят о среде обитания . Например, пруд (или река) является средой обитания в водной среде жизни. В свою очередь, в средах обитания различают местообитания. Так в водной среде жизни, в среде обитания озере, можно выделить местообитания: в толще воды, на дне, у поверхности и т. д.

Демэкология (от греч. demos ― народ) изучает естественные группы особей одного вида ― популяции, элементарные надорганизменные системы. Её важнейшей задачей является изучение условий формирований популяций, внутрипопуляционных взаимоотношений, динамики численности популяций.

Синэкология (от греч. syn ― вместе), или экология сообществ, изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, и взаимодействие их с окружающей средой. Термин «синэкология» предложил К. Шретер в 1902 г.

Тема Экологические факторы. Условия среды

Экологический фактор ― это любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Классификация экологических факторов

Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Наиболее традиционной классификацией экологических факторов является их деление на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы ― это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм (температура, давление, радиационный фон, освещённость, влажность, долгота дня, состав атмосферы, почвы и др.). Эти факторы могут влиять на организм прямо (непосредственно), как свет и тепло, либо косвенно, как, например, рельеф местности, который обуславливает действие прямых факторов (освещенности, увлажнения ветра и т.д.).

Антропогенные факторы ― это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду (выбросы вредных веществ, разрушение почвенного слоя, нарушение природных ландшафтов). Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.

Условия среды

Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Количеством света, проникающим через толщу воды, ограничивается жизнь зеленых растений в водоемах. Обилием кислорода ограничивается число воздуходышащих животных. Температурой определяется активность и контролируется размножение многих организмов.

К наиболее важным факторам, определяющим условия существования организмов, практически во всех средах жизни относятся температура, влажность и свет.

Температура

Любой организм способен жить только в пределах определенного интервала температур: особи вида погибают при слишком высоких либо слишком низких температурах. Где-то внутри этого интервала температурные условия наиболее благоприятны для существования данного организма, его жизненные функции осуществляются наиболее активно. По мере того как температура приближается к границам интервала, скорость жизненных процессов замедляется и, наконец, они вовсе прекращаются ― организм погибает.

Пределы температурной выносливости у разных организмов различны. Существуют виды, способные выносить колебания температуры в широких пределах. Например, лишайники и многие бактерии способны жить при самой различной температуре. Среди животных наибольшим диапазоном температурной выносливости характеризуются теплокровные. Тигр, например, одинаково хорошо переносит как сибирский холод, так и жару тропических областей Индии или Малайского архипелага. Но есть и такие виды, которые могут жить только в более или менее узких температурных пределах. Сюда относятся многие тропические растения, как, например, орхидеи. В умеренном поясе они могут произрастать только в теплицах и требуют тщательного ухода. Некоторые кораллы, образующие рифы, могут жить только в морях, где температура воды не ниже 21 °С. Однако кораллы отмирают и когда вода сильно перегревается.

В наземно-воздушной среде и даже во многих участках водной среды температура не остается постоянной и может сильно варьировать в зависимости от сезона года или от времени суток. В тропических областях годовые колебания температуры могут быть даже менее заметны, чем суточные. И, наоборот, в умеренных областях температура значительно различается в разные времена года. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к неблагоприятному, зимнему сезону, в течение которого активная жизнь затруднена или просто невозможна. В тропических областях такие приспособления выражены слабее. В холодном периоде с неблагоприятными температурными условиями в жизни многих организмов как бы наступает пауза: спячка у млекопитающих, сбрасывание листвы у растений и т. д. Некоторые животные совершают длительные миграции в места с более подходящим климатом.

На примере температуры видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определённых пределах. Организм погибает, если температура среды слишком низкая или слишком высокая. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живые обитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, как температура приближается к среднему значению, которое является наилучшим (оптимальным) для данного вида.

Влажность

На протяжении большей части своей истории живая природа была представлена исключительно водными формами организмов. Завоевав сушу, они, тем не менее, не утратили зависимости от воды. Вода является составной частью значительного большинства живых существ: она необходима для их нормального функционирования. Нормально развивающийся организм постоянно теряет воду и поэтому не может жить в абсолютно сухом воздухе. Рано или поздно такие потери могут привести к гибели организма.

В физике влажность измеряется количеством водяных паров в воздухе. Однако наиболее простым и удобным показателем, характеризующим влажность той или иной местности, является количество осадков, выпадающих здесь за год или иной период времени.

Растения извлекают воду из почвы при помощи корней. Лишайники могут улавливать водяной пар из воздуха. Растения обладают рядом приспособлений, обеспечивающих минимальную потерю воды. Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения или выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие животные пьют воду; другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, через покровы тела всасывают её в жидком или парообразном состоянии. Большая часть животных пустынь никогда не пьет. Они удовлетворяют свои потребности за счет воды, поступающей с пищей. Наконец, есть животные, получающие воду еще более сложным путем в процессе окисления жиров. Примерами могут служить верблюд и некоторые виды насекомых, например рисовый и амбарный долгоносики, платяная моль, питающиеся жиром. У животных, как и у растений, существует множество приспособлений для экономии расходов воды.

Свет

Для животных свет как экологический фактор имеет несравненно меньшее значение, чем температура и влажность. Но свет совершенно необходим живой природе, поскольку служит для нее практически единственным источником энергии.

С давних пор отличают светолюбивые растения, которые способны развиваться только под солнечными лучами, и растения теневыносливые, которые способны хорошо расти под пологом леса. Большую часть подлеска в буковом лесу, отличающемся особой тенистостью, образуют теневыносливые растения. Это имеет большое практическое значение для естественного возобновления древостоя: молодая поросль многих древесных пород способна развиваться под прикрытием больших деревьев.

У многих животных нормальные условия освещенности проявляются в положительной или отрицательной реакции на свет.

Однако наибольшее экологическое значение свет имеет в смене дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство воробьиных), другие ― исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днем опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.

По сравнению с температурой или влажностью свет почти не оказывает непосредственного влияния на животных. Он служит лишь сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий.

Перечисленными выше факторами вовсе не исчерпывается набор экологических условий, определяющих жизнь и распространение организмов. Важное значение имеют так называемые вторичные климатические факторы, например, ветер, атмосферное давление, высота над уровнем моря. Ветер обладает кос венным действием: усиливая испарение, увеличивая сухость. Сильный ветер способствует охлаждению. Это действие оказывается важным в холодных местах, на высокогорьях или в полярных областях.

Ответьте на вопросы

Какое влияние оказывает температура на различные виды организмов?

Каким способом животные и растения получают необходимую им воду?

Какое влияние оказывает на организмы освещённость?

Что такое условия среды?

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

ЧТО ИЗУЧАЕТ ЭКОЛОГИЯ

В последнее время слово "экология" стало очень популярным; наиболее часто его употребляют, говоря о неблагополучном состоянии окружающей нас природы. Иногда этот термин используют в сочетании с такими словами, как "общество", "семья", "культура", "здоровье". Неужели экология столь обширная наука, что способна охватить большинство проблем, стоящих перед человечеством? Можно ли дать конкретный ответ на вопрос -- что же изучает эта наука?

С первых шагов своего развития человек неразрывно связан с природой. Он всегда находился в тесной зависимости от растительного и животного мира, от их ресурсов и был вынужден повседневно считаться с особенностями распределения и образа жизни зверей, рыб, птиц и др. Конечно, представления древнего человека об окружающей среде не носили научного характера и были не всегда осознанными, но с течением времени именно они послужили источником накопления экологических знаний.

Уже в самых древних рукописях не только упоминаются различные животные и растения, но приведены и некоторые сведения об их образе жизни, о значении окружающей среды обитания для организмов, в том числе и для человека.

Термин экология был предложен в 1866 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем. Слово "экология" (от греч. ойкос -- дом, жилище, родина и логос -- наука) означает дословно"наука о доме, о месте своей жизни". В более общем смысле экология -- это наука, изучающая взаимоотношения организмов с окружающей их средой обитания (в том числе многообразие взаимосвязей их с другими организмами и сообществами).

В качестве самостоятельной науки экология оформилась лишь в XX в. А по-настоящему большое значение экологии как науки стали понимать недавно. Этому есть объяснение, которое связано с тем, что рост численности населения Земли и усиливающееся воздействие на природную среду поставили человека перед необходимостью решать ряд новых жизненно важных задач. Человеку надо знать, как устроена и как функционирует окружающая его природа. Экология как раз и изучает эти проблемы.

Идеи экологии как фундаментальной научной дисциплины имеют очень важное значение. И если мы признаём актуальность этой науки, нам надо научиться правильно пользоваться ее законами, понятиями, терминами. Ведь они помогают людям определять свое место в окружающей их среде, правильно и рационально использовать природные богатства.

Во второй половине XX в. происходит своего рода "экологизация" современных наук. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не только наносит вред окружающей среде, но, воздействуя на нее негативно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.

Если в период своего возникновения экология в основном изучала взаимоотношения организмов со средой и была составной частью биологии, то современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук. Среди них прежде всего биология (ботаника и зоология), география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура.

В настоящее время в экологии выделяют такие научные отрасли, как популяционная экология, географическая экология, химическая экология, промышленная экология, экология растений, животных, человека. В основе всех направлений современной экологии лежат фундаментальные биологические идеи об отношениях живых организмов с окружающей их средой.

Природа гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить. Первый закон экологии гласит: "Что бы мы ни делали в природе, все вызывает в ней те или иные последствия, часто непредсказуемые" .

Следовательно, результаты нашей деятельности можно предвидеть, только всесторонне проанализировав ее влияние на природу. Для экологического анализа необходимо привлечь знания различных наук, чтобы понять, каким образом происходит воздействие человека на окружающую среду, и найти те пределы изменения условий, которые позволяют не допускать экологического кризиса. Таким образом, экология становится теоретической основой для рационального использования природных ресурсов.

Современная экология -- универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Экология -- наука будущего, и возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки.

ОРГАНИЗМЫ И СРЕДЫ ИХ ОБИТАНИЯ

СРЕДЫ ЖИЗНИ

Поверхность Земли (ее суша, воды) и окружающее воздушное пространство, населенные живыми организмами, образуют биосферу, то есть область жизни. Биосфера -- закономерный продукт эволюции Земли, в преобразованиях которой живое вещество играет огромную роль. К такому выводу пришел Владимир Иванович Вернадский. Исследуя химический состав и химическую эволюцию земной коры, он доказал, что они не могут быть объяснены лишь геологическими причинами, без учета роли живого вещества в геохимической миграции атомов.

Биосфера характеризуется многообразием природных условий, зависящих от географической широты, рельефа местности, от сезонных изменений климата. Но основной источник разнообразия биосферы -- это деятельность самих живых организмов.

Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому в каждый данный момент различные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям.

В биосфере представлено более двух миллионов видов живых организмов. Многие виды включают в себя миллионы особей, определенным образом распределенных в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создает удивительное разнообразие окружающей нас природы. Оно и служит гарантией сохранения жизни на Земле.

В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и среду, образуемую самими живыми организмами.

Вода служит средой обитания многих организмов. Из водной среды они получают необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Водные организмы приспособлены к главным особенностям водной среды в своих способах движения, дыхания, питания и размножения.

Наземно-воздушная среда, освоенная в ходе эволюции позже водной, более сложна и разнообразна, требует более высокого уровня организации живого.

Наиболее важным фактором жизни пребывающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо меньше плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани -- внутренний и наружный скелет. Формы движения наземных животных крайне разнообразны, например бег, прыжки, ползание, полет. По воздуху передвигаются птицы и летающие насекомые. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.

Почва -- верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными жизнедеятельностью живых существ. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями. Жизнь почвы необычайно богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие -- часть жизни. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и дышащие воздухом организмы. Огромную роль играет почва в жизни растений.

Тела многих организмов служат жизненной средой для других организмов. Очевидно, что жизнь внутри другого организма характеризуется большим постоянством по сравнению с жизнью в открытой среде. Поэтому организмы, находящие себе место в теле растений или животных, часто полностью утрачивают органы и системы, необходимые свободноживущим видам. Взамен органов чувств или органов движения у них возникают приспособления (часто весьма изощренные) для удержания себя в теле хозяина и эффективного размножения.

СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМОВ

Живые организмы не только испытывают влияние со стороны окружающей их среды, но сами активно влияют на среду своего обитания. В результате жизнедеятельности физические и химические свойства среды (газовый состав воздуха и воды, структура и свойства почвы, даже климат местности) могут заметно меняться.

Наиболее простым влиянием жизни на среду является механическое воздействие. Строя норы, прокладывая ходы, животные сильно изменяют свойства грунта. Почва изменяется и под действием корней высших растений, она уплотняется, становясь менее подверженной разрушению потоками воды или ветром.

Живущие в толще воды мелкие рачки, личинки насекомых, моллюски, многие рыбы имеют своеобразный тип питания -- фильтрацию. Постоянно пропуская воду через ротовой аппарат, эти животные непрерывно отцеживают из нее пищевые частицы, содержащиеся в твердых взвесях. Эта деятельность оказывает огромное воздействие на качество вод. Ее можно сравнитьс гигантским фильтром, ведущим постоянную очистку природных вод.

Однако влияние механического воздействия гораздо слабее воздействия организмов на физические и химические свойства среды. Наибольшая роль здесь принадлежит зеленым растениям, благодаря которым формируется химический состав атмосферы. Фотосинтез является главным поставщиком кислорода в атмосферу, обеспечивая тем самым жизнь многочисленным организмам, включая и человека.

Растения перемещают огромные массы воды и растворенных в ней веществ снизу вверх из почвенного раствора -- в корни, стебли, листья. Живые организмы оказываются важнейшим звеном в глобальном переносе химических элементов -- постоянно происходящем в биосфере круговороте веществ.

Организмы оказывают решающее влияние на состав и плодородие почв. Благодаря их деятельности, в частности переработке организмами мертвых корней, опавших листьев, иных омертвевших тканей, в почве образуется особое вещество -- гумус. В его образовании участвует огромное число организмов: бактерий, грибов, простейших клещей, многоножек, дождевых червей, насекомых и их личинок, пауков, моллюсков, кротов и других землероев. Питаясь, они не только преобразуют мертвое органическое вещество в гумус, но и перемешивают его, соединяют его с минеральными частицами, формируя тем самым почвенную структуру.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. УСЛОВИЯ СРЕДЫ

Экологическими факторами называют любые внешние факторы, оказывающие прямое или опосредованное влияние на численность (обилие) и географическое распространение животных, растений и других обитателей нашей планеты.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяют на три большие группы -- абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы -- это факторы неживой природы, прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность воздуха, и местные: рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и т. д. Эти факторы могут влиять на организм прямо, то есть непосредственно, например свет и тепло; либо косвенно, например рельеф, что обусловливает действие прямых факторов -- освещенности, увлажнения, ветра и прочих.

Антропогенные факторы -- это те формы деятельности человека, которые, воздействуя на окружающую среду, изменяют условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных. Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение.

Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Наиболее важные факторы, определяющие условия всех сред, -- температура, влажность и свет.

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМЫ

Если нарисовать на графике кривую, характеризующую скорость того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола. Такая кривая и аналогичные ей называются кривыми толерантности (от греч. толеранция -- терпение). Положение вершин кривых указывает на оптимальные условия для данного процесса.

Для некоторых особей и видов характерны кривые с очень острыми пиками. Это означает, что диапазон условий, при которых скорость процесса достигает максимума, очень узок.

Плавные кривые соответствуют широкому диапазону толерантности, или устойчивости.

Толерантность может измениться (соответственно изменится и положение кривой), если организм попадет в иные внешние условия. Попадая в такие условия, он через некоторое время как бы привыкает, адаптируется, к ним (от лат. адаптации -- приспособлять). Следствием этого является изменение положений физиологического оптимума, что изображается на графике как сдвиг купола кривой толерантности.

Виды с широким географическим распространением популяции, обитающие в климатически разных зонах, часто оказываются приспособленными наилучшим образом именно к тем условиям, которые характерны для данной местности. Это явление называют акклиматизацией.

Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум или большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать такому фактору, который имеется в минимальном с точки зрения потребностей организма количестве. Это простое правило получило название закона минимума.

Разные факторы среды могут взаимодействовать, то есть нехватка одного вещества может приводить к дефициту и других веществ. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом: успешное выживание организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов данного вида.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Ресурсами называют вещества и энергию, вовлекаемые организмами в процессы их жизнедеятельности. За этим понятием стоят количества: ресурс может расходоваться и исчерпываться (в отличие от условий). Ресурс живых существ -- это в основном вещества, идущие на построение их тел, и энергия, необходимая для их жизнедеятельности. Иногда к ресурсам относят и пространство, если обладание этим пространством -- необходимое условие жизни организмов.

Тело зеленого растения состоит из органических веществ, которые растение само создает из неорганических веществ. Эти вещества представляют собой пищевой ресурс зеленого растения. Для фотосинтеза и построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается только от солнечного излучения.

Функционируя как ресурс, поток солнечного излучения, достигающий растений, может быть прямым, либо отраженным от других предметов, либо сквозь них прошедшим.

Энергия излучения, связанная при фотосинтезе в виде химической энергии соединений углерода (глюкозы), проделывает свой земной путь лишь однажды. Этим она отличается от атомов углерода или от молекул воды, которые неоднократно проходят через бесчисленные поколения живых существ.

Далеко не вся энергия солнечного излучения может улавливаться и использоваться растениями. Лишь около 44% всей падающей на земную поверхность лучистой энергии Солнца может служить источником энергии для зеленого растения. Если лучистая энергия при попадании на лист в тот же миг не улавливается, она безвозвратно утрачивается.

Известны и другие виды ресурсов в природе. Помимо лучистой энергии в процесс фотосинтезавовлекаются углекислый газ (диоксид углерода) и вода, вступающие между собой в сложные взаимодействия.

Практически весь углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, поступает из атмосферы, где концентрация углекислого газа остается практически постоянной (0,03%). Большая часть используемой наземными растениями воды находится в почве, где происходит ее всасывание корнями растений.

Важным пищевым ресурсом для растений являются элементы минеральных веществ, которые в растворах извлекаются из почвы (если растение наземное) или из воды (если оно водное). К питательным минеральным веществам относятся: азот, фосфор, сера, кальций, магний, железо и др. Пищевым ресурсом организмов (за исключением зеленых растений и некоторых видов бактерий, способных использовать неорганические соединения, превращая их в молекулы белков, жиров и углеводов) обычно являются сами же организмы.

Общие закономерности их действие на живые организмы

Жан Батист Ламарк (1744-1829), автор первого эволюционного учения, считал, что влияние «внешних обстоятельств» - одна из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений. Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале XIX столетия биогеографии. Труды Александра Гумбольдта (1807) определили новое экологическое направление в географии растений. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ландшафта определяется внешним обликом растительности. В сходных зональных и вертикально поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, т. е. одинаковый внешний облик; по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например книга немецкого зоолога К. Глогера об изменениях птиц под влиянием климата (1833) и датчанина Т. Фабера об особенностях биологии северных птиц (1826), К. Бергмана о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии растений» (1855) подробно описан влияние отдельных факторов среды (температуры, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на растения и обратил внимание на повышенную экологическую пластичность растений но сравнению с животными.

Профессор Московского университета, К.Ф. Рулье (1814- 1858) разработал широкую систему экологического исследования животных, «зообиологии», в его понимании, и оставил ряд трудов типично экологического содержания, например типизацию общих особенностей водных, наземных и роющих позвоночных и т. д.

В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствующих пород в борьбе за жизнь». Ч. Дарвин пока-зал, что «борьба за существование» в природе, под которой он понимал все формы противоречивых связок вида со средой, приводит к естественному отбору, т. е. является движу-щим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды («борьба за существование») - большая самостоятельная область исследований.

Термин «экология» прижился не сразу и получил всеобщее признание лишь к концу XIX в. Во второй половине XIX столетия содержанием экологии было в основном изучение образа жизни животных и растений и их адаптации к климатическим условиям: температуре и световому режиму, влажности и т. д. В этой области был сделан ряд важных обобщений. Продолжая «физиономическое» направление А. Гумбольдта, датский ботаник Е. Варминг в книге «Ойкологическая география растений» (1895) обосновал понятие о жизненной форме растения. А.Н. Бекетов (1825-1902) выявил связь особенностей анатомического и морфологического строения растений с их географическим распространением и указал на значение физиологических исследований в экологии. А. Ф. Миддендорф, изучая общие черты строения и жизни арктических животных, положил начало применению учения Гумбольдта к зоологическим объектам. Д. Аллен (1877) нашел ряд общих закономерностей в изменении пропорций тела и его выступающих частей и в окраске североамериканских млекопитающих и птиц в связи с географическими изменениями климата.

В начале XX столетия оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки. На III ботаническом конгрессе в Брюсселе в 1910 г. экология растений официально разделилась на экологию особей (аутэкологию) и экологию сообществ (синэкологию). Это деление распространилось также на экологию животных, равно как и на общую экологию. Появились первые экологические сводки - руководства к изучению экологии животных Ч. Адамса (1913), книги В. Шелфорда о сообществах наземных животных (1913), С.А. Зернова по гидробиологии (1913). В 1913-1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах.

К 30-м годам, после разносторонних исследований и дискуссий, выкристаллизовались основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценоза, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углублялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценоза. Разрабатывалась соответствующая терминология.

В разработку физиологических основ экологии растений, продолжая традиции К.А. Тимирязева, много ценного внес Н.А. Максимов.

В 30-х годах оформилась новая область экологической науки - популяционная экология. Основоположником ее следует считать английского ученого Ч. Элтона.

В развитие популяционной экологии в нашей стране большой вклад внесли С.А. Северцов, С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Г.А. Викторов, работы которых во многом определя-ют современное состояние этой области науки.

Начало исследований популяций у растений было положено трудами Е.Н. Синской (1948), много сделавшей по выяснению экологического и географического полиморфизма видов.

Параллельно развиваются и другие области экологии, тесно связывающие эту науку с традиционными областями биологии. В развитие морфологической и эволюционной эко-логии животных большой вклад внес М.С. Гиляров, выдвинувший предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши (1949). Проблемы эволюционной экологии позвоночных животных нашли отражение в трудах С.С. Шварца.

И.С. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм цветковых растений. Возникла палеоэкология, задача которой - восстановление кар-тины образа жизни вымерших форм.

С начала 40-х годов в экологии возник принципиально новый подход к исследованию природных экосистем. В 1935 г. английский ученый А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а в 1942г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружаю-щей неорганической среды, о круговороте вещества и превращениях энергии.

Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Следовательно, основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционном биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценоз (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.

Отсюда очевидно, что предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценоз, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве.

Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценоза и их системах. Структура биоценоза, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

ПРИНЦИПЫ ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ. ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ

Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов, или подмножеств, в более «крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу. Иными словами, свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне; он должен быть изучен непосредственно.

Для иллюстрации принципа толерантности приведем два примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, об-разуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.

При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает по меньшей мере одно новое свойство; предлагается различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие - свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств.

Некоторые признаки, естественно, становятся более сложными и изменчивыми, когда по иерархии уровней организации продвигаешься слева направо, другие же, напротив, часто становятся менее сложными и менее изменчивыми. Поскольку на всех уровнях функционируют гомеостатические механизмы, а именно корректирующие и уравновешивающие процессы, действующие и противодействующие силы, амплитуда колебаний имеет тенденцию уменьшаться, когда мы переходим к рассмотрению более мелких единиц, функционирующих внутри крупных. Статистически разброс значений целого меньше суммы разброса частей. Например, интенсивность фотосинтеза лесного сообщества менее изменчива, чем интенсивность фотосинтеза у отдельных листьев или деревьев внутри сообщества; объясняется это тем, что если в одной части интенсивность фотосинтеза снижается, то в другой возможно его компенсаторное усиление. Если учесть эмерджентные свойства и усиление гомеостаза на каждом уровне, то станет ясно, что для изучения целого не обязательно знать все его компоненты. Это важный момент, поскольку некоторые исследователи считают, что не имеет смысла пытаться изучать сложные популяции и сообщества, не изучив досконально составляющие его более мелкие единицы. Напротив, изучение можно начать с любой точки спектра при условии, что учитывается не только изучаемый, но и соседние уровни, поскольку, как уже было сказано, некоторые свойства целого можно предсказать, исходя из свойств его частей (совокупные свойства), другие же нельзя (эмерджентные свойства). Идеальное изучение какого-либо уровня системы включает изучение трехчленной иерархии: системы, подсистемы (соседний низший уровень) и над системы (следующий верхний уровень).

В соответствии со сказанным мы будем обсуждать принципы экологии на уровне экосистемы, уделяя достаточно внимания таким под системам, как популяция и сообщество, и такой над системе, как биосфера.

Реакция организмов на влияние абиотических факторов. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие -- на определенный жизненный процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма (рис. 1).

На рис. 1 по оси абсцисс отложена интенсивность (или «доза») фактора (например, температура, освещенность, концентрация солей в почвенном растворе, рН или влажность почвы и х д.), а по оси ординат -- реакция организма на воздействие экологического фактора в его количественном выражении (например, интенсивность фотосинтеза, дыхания, скорость роста, продуктивность, численность особей на единицу площади и т. д.), т е. степень благотворности фактора.

Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями(точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Рис. 1. Схема действия экологического фактора на жизнедеятельность организмов: 1, 2. 3 -- точки минимума, оптимума и максимума соответственно; I, II, III --зоны пессимума, нормы и оптимума соответственно.

Точка 2 на оси абсцисс, соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности организма, означает наиболее благоприятную для организма величину воздействующего фактора -- это точка оптимума. Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения организмов при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума или стресса. Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны выживания --летальные.

Подобная закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее какфундаментальный биологический принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению к каждому фактору среды.

Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С), нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5--10 мин. Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с довольно узким диапазоном кислотности -- при рН = 3,5--4,5 (например, вереск обыкновенный, белоус торчащий, щавель малый служат индикаторами кислых почв), другие хорошо растут при широком диапазоне рН -- от сильнокислого до щелочного (например, сосна обыкновенная). В связи с этим организмы, для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды, называют стенобионтными(греч. stenos -- узкий, bion -- живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды, --эврибионтными (греч. eurys -- широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фак тору и широкую -- к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называютэкологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения.

Взаимодействие экологических факторов. Ограничивающий фактор. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила названиевзаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.

В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.

Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называютсяограничивающими (лимитирующими).

Природа ограничивающих факторов может быть различной. Например, угнетение травянистых растений под пологом буковых лесов, где при оптимальном тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, богатых почвах возможности развития трав ограничиваются недостатком света. Изменить такой результат можно только воздействием на ограничивающий фактор.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь и сухих степей -- недостатком влаги или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений. организм обитание экологический ресурс

Выявление ограничивающих факторов и устранение их действия, т. е. оптимизация среды обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности домашних животных.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общие правила и закономерности влияния экологических факторов на живые организмы. Классификация экологических факторов. Характеристика абиотических и биотических факторов. Понятие об оптимуме. Закон минимума Либиха. Закон лимитирующих факторов Шелфорда.

курсовая работа , добавлен 06.01.2015


Характеристика водной, наземно-воздушной, почвенной сред как основных составляющих биосферы. Изучение биотических, абиотических, антропогенных групп экологических факторов, определение их влияния на организмы. Описание энергетического и пищевого ресурсов.

реферат , добавлен 08.07.2010


реферат , добавлен 06.07.2010


Среды обитания как все, что окружает живой организм и с чем он непосредственно взаимодействует, их разновидности и закономерности функционирования. Закон оптимума. Потенциальная и реализованная экологическая ниша. Действие различных факторов на организм.

презентация , добавлен 11.04.2014


Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним организмов. Условия обитания организмов воздушной и водной среды. Понятие и классификация экологических факторов, законы их действия (закон оптимума, минимума, взаимозаменяемости факторов).

презентация , добавлен 06.06.2017


Общие законы действия факторов среды на организмы. Важнейшие абиотические факторы и адаптации к ним организмов. Основные среды жизни. Понятие и структура биоценоза. Математическое моделирование в экологии. Биологическая продуктивность экосистем.

учебное пособие , добавлен 11.04.2014


Влияние экологических и биотических факторов на среду обитания. Закон лимитирующего фактора. Шумовое и электромагнитное воздействие на организмы. Мероприятия по складированию и утилизации отработанных ртутьсодержащих ламп. Источники загрязнения воздуха.

контрольная работа , добавлен 18.04.2016


Закономерности совместного действия факторов среды на организмы. Понятие об оптимальных и пессимальных условиях жизнедеятельности. Закон Либиха, или "закон минимума", или закон ограничивающего фактора. Понятие о толерантности, эврибионты и стенобионты.

реферат , добавлен 30.11.2010


Понятие экологических факторов, их классификация и определение оптимума и толерантности. Лимитирующие факторы и закон Либиха. Воздействие экологических причин на динамику численности. Основные способы адаптации особи к изменениям абиотических факторов.

реферат , добавлен 24.03.2011


Ознакомление с различными средами обитания организмов. Характеристика влияния различных факторов на организм. Экологические факторы как отдельные элементы среды обитания организма, взаимодействующие с ним. Причины возникновения приспособленности к средам.

СРЕДЫ ЖИЗНИ

Поверхность Земли (ее суша, воды) и окружающее воздушное пространство, населенные живыми организмами, образуют биосферу, то есть область жизни. Биосфера -- закономерный продукт эволюции Земли, в преобразованиях которой живое вещество играет огромную роль. К такому выводу пришел Владимир Иванович Вернадский. Исследуя химический состав и химическую эволюцию земной коры, он доказал, что они не могут быть объяснены лишь геологическими причинами, без учета роли живого вещества в геохимической миграции атомов.

Биосфера характеризуется многообразием природных условий, зависящих от географической широты, рельефа местности, от сезонных изменений климата. Но основной источник разнообразия биосферы -- это деятельность самих живых организмов.

Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому в каждый данный момент различные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям.

В биосфере представлено более двух миллионов видов живых организмов. Многие виды включают в себя миллионы особей, определенным образом распределенных в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создает удивительное разнообразие окружающей нас природы. Оно и служит гарантией сохранения жизни на Земле.

В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и среду, образуемую самими живыми организмами.

Вода служит средой обитания многих организмов. Из водной среды они получают необходимые для жизни вещества: пищу, воду, газы. Водные организмы приспособлены к главным особенностям водной среды в своих способах движения, дыхания, питания и размножения.

Наземно-воздушная среда, освоенная в ходе эволюции позже водной, более сложна и разнообразна, требует более высокого уровня организации живого.

Наиболее важным фактором жизни пребывающих здесь организмов являются свойства и состав окружающих их воздушных масс. Плотность воздуха гораздо меньше плотности воды, поэтому у наземных организмов сильно развиты опорные ткани -- внутренний и наружный скелет. Формы движения наземных животных крайне разнообразны, например бег, прыжки, ползание, полет. По воздуху передвигаются птицы и летающие насекомые. Потоки воздуха разносят семена растений, споры, микроорганизмы.

Почва -- верхний слой суши, образованный минеральными частицами, переработанными жизнедеятельностью живых существ. Это важный и очень сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями. Жизнь почвы необычайно богата. Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие -- часть жизни. Между частицами почвы имеются многочисленные полости, которые могут быть заполнены водой или воздухом. Поэтому почву населяют как водные, так и дышащие воздухом организмы. Огромную роль играет почва в жизни растений.

Тела многих организмов служат жизненной средой для других организмов. Очевидно, что жизнь внутри другого организма характеризуется большим постоянством по сравнению с жизнью в открытой среде. Поэтому организмы, находящие себе место в теле растений или животных, часто полностью утрачивают органы и системы, необходимые свободноживущим видам. Взамен органов чувств или органов движения у них возникают приспособления (часто весьма изощренные) для удержания себя в теле хозяина и эффективного размножения.

Внимание! Описание ниже, это справочный материал, он не указан в данной виниловой таблице!

Учебная виниловая таблица форматом 140 х 100 см, предназначена для учащихся средних классов.

Наряду с понятиями «среда», «местообитание», «природная среда», «окружающая среда» широко используется термин «среда жизни». Все разнообразие условий на Земле объединяет в четыре среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (в последнем случае одни организмы являются средой для других).

Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу факторов. Эти факторы являются средообразующими и обуславливают свойства сред. Рассмотрим кратко присущие названным средам жизни свойства, лимитирующие факторы и адаптации организмов.

Водная среда. Эта среда наиболее однородна среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами. Амплитуды значений факторов также невелики. Разница между максимальными и минимальными значениями температуры здесь обычно не превышает 50 градусов (в наземно-воздушной среде – до 100 градусов). Среде присуща высокая плотность. Для океанических вод она равна 1,3 г/см3, для пресных – близка к единице. Давление изменяется только в зависимости от глубины: каждый 10-метровый слой воды увеличивает давление на 1 атмосферу.

Лимитирующим фактором часто бывает кислород. Содержание его обычно не превышает 1% от объема. При повышении температуры, обогащении органическим веществом и слабом перемешивании содержание кислорода в воде уменьшается. Малая доступность кислорода для организмов связана также с его слабой диффузией (в воде она в тысячи раз меньше, чем в воздухе). Второй лимитирующий фактор – свет. Освещенность быстро уменьшается с глубиной. В идеально чистых водах свет может проникать до глубины 50-60 метров, в сильно загрязненных – только на несколько сантиметров.

В воде мало теплокровных, или гомойотермных (греч.хомой – одинаковый, термо - тепло), организмов. Это результат двух причин: малое колебание температур и недостаток кислорода. Основной адаптационный механизм гомойотермии – противостояние неблагоприятным температурам. В воде такие температуры маловероятны, а в глубинных слоях температура практически постоянна (+40С). Поддержание постоянной температуры тела обязательно связано с интенсивными процессами обмена веществ, что возможно только при хорошей обеспеченности кислородом. В воде таких условий нет. Теплокровные животные водной среды (киты, тюлени, морские котики и др.) – это бывшие обитатели суши. Их существование невозможно без периодической связи с воздушной средой.

Типичные обитатели водной среды имеют переменную температуру тела и относятся к группе пойкилотермных (греч.пойкилос - разнообразный). Недостаток кислорода они в какой-то мере компенсируют увеличением соприкосновения органов дыхания с водой. Многие обитатели вод (гидробионты) потребляют кислород через все покровы тела. Частое дыхание сочетается с фильтрационным типом питания, при котором через организм пропускается большое количество воды. Некоторые организмы в периоды острого недостатка кислорода способны резко замедлять жизнедеятельность, вплоть до состояния анабиоза (почти полное прекращение обмена веществ).

К высокой плотности воды организмы адаптируются в основном двумя путями. Одни используют ее как опору и находятся в состоянии свободного парения. Плотность (удельный вес) таких организмов обычно мало отличается от плотности воды. Этому способствует полное или почти полное отсутствие скелета, наличие выростов, капелек жира в теле или воздушных полостей. Такие организмы объединяют в группу планктона (греч.планктос - блуждающий). Различают растительный (фито-) и животный (зоо-) планктон. Размеры планктонных организмов обычно невелики. Но на их долю приходится основная масса водных обитателей.

Активно передвигающиеся организмы (пловцы) адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие структур, уменьшающих трение (слизь, чешуя). В целом же высокая плотность воды имеет следствием уменьшение доли скелета в общей массе тела гидробионтов по сравнению с наземными организмами.

В условиях недостатка света или его отсутствия организмы для ориентации используют звук. Он в воде распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук по типу эхолокации. Для ориентации используются также запаховые явления (в воде запахи ощущаются намного лучше, чем в воздухе). В глубинах вод многие организмы обладают свойством свечения (биолюминесценции).

Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет растений меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.

Адекватно адаптационным механизмам выделяются следующие группы гидробионтов: отмеченный выше планктон – свободнопарящие, нектон (греч.нектос - плавающий) – активно передвигающиеся, бентос (греч.бентос - глубина) – обитатели дна, пелагос (греч.пелагос – открытое море) – обитатели водной толщи, нейстон – обитатели верхней пленки воды (часть тела может быть в воде, часть – в воздухе).

Воздействие человека на водную среду проявляется в уменьшении прозрачности, изменении химического состава (загрязнении) и температуры (тепловое загрязнение). Следствием этих и других воздействий является обеднение кислородом, снижение продуктивности, смены видового состава и другие отклонения от нормы.

Наземно–воздушная среда. Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 1000С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.

Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами. Для организмов наземно-воздушной среды типичны три механизма адаптации к температурному фактору: физический, химический, поведенческий. Физический осуществляется регулированием теплоотдачи. Факторами ее являются кожные покровы, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Этот путь характерен для пойкилотермных и гомойтермных организмов. Химические адаптации базируются на поддержании определенной температуры тела. Это требует интенсивного обмена веществ. Такие адаптации свойственны гомойотермным и лишь частично пойкилотермным организмам. Поведенческий путь осуществляется посредством
выбора организмами предпочтительных положений (открытые солнцу или затемненные места, разного вида укрытия и т.п.). Он свойственен обеим группам организмов, но пойкилотермным в большей степени. Растения приспосабливаются к температурному фактору в основном через физические механизмы (покровы, испарение воды) и лишь частично-поведенчески (повороты пластинок листьев относительно солнечных лучей, использование тепла земли и утепляющей роли снежного покрова).

Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшение теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы, а следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана. Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых (правило Аллена).

О зависимости теплоотдачи от размеров тела можно судить по количеству кислорода, расходуемого при дыхании на единицу массы различными организмами. Оно тем больше, чем меньше размеры животных. Так, на 1 кг массы потребление кислорода (см3/час) составило: лошадь – 220, кролик – 480, крыса – 1800, мышь – 4100.

Регулирование водного баланса организмами. У животных различают три механизма: морфологический – через форму тела, покровы; физиологический – посредством высвобождения воды из жиров, белков и углеводов (метаболическая вода), через испарение и органы выделения; поведенческий – выбор предпочтительного расположения в пространстве.

Растения избегают обезвоживания либо посредством запасания воды в теле и защиты ее от испарения (суккуленты), либо через увеличение доли подземных органов (корневых систем) в общем объеме тела. Уменьшению испарения способствуют также различного рода покровы (волоски, плотная кутикула, восковой налет и др.). При избытке воды механизмы ее экономии слабо выражены. Наоборот, некоторые растения способны выделять избыточную воду через листья, в капельно-жидком виде («плач растений»).

Воздействия человека на наземно-воздушную среду и ее обитателей многообразны.

Почвенная среда. Эта среда имеет свойства, сближающие ее с водной и наземно-воздушной средами.

Многие мелкие организмы живут здесь как гидробионты – в поровых скоплениях свободной воды. Как и в водной среде, в почвах невелики колебания температур. Амплитуды их быстро затухают с глубиной. Существенна вероятность дефицита кислорода, особенно при избытке влаги и углекислоты. Сходство с наземно-воздушной средой проявляется через наличие пор, заполненных воздухом.

К специфическим свойствам, присущим только почве, относится плотное сложение (твердая часть или скелет). В почвах обычно выделяют три фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. В.И.Вернадский почву отнес к биокостным телам, подчеркивая этим большую роль в ее образовании и жизни организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва – наиболее насыщенная живыми организмами часть биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней иногда выделяют четвертую фазу – живую.

Есть основание рассматривать почву как среду, которая играла промежуточную роль при выходе организмов из воды на сушу (М.С.Гиляров). Кроме перечисленных выше свойств, сближающих эти среды, в почве организмы находили защиту от жесткого космического излучения (при отсутствии озонового экрана).

В качестве лимитирующих факторов чаще всего выступает недостаток тепла (особенно при вечной мерзлоте), а также недостаток (засушливые условия) или избыток (болота) влаги. Реже лимитирующими бывают недостаток кислорода или избыток углекислоты.

Жизнь многих почвенных организмов тесно связана с порами и их размером. Одни организмы в порах свободно передвигаются. Другие (более крупные организмы) при передвижениях в порах изменяют форму тела по принципу перетекания, например, дождевой червь, или уплотняют стенки пор. Третьи могут передвигаться только разрыхляя почву или выбрасывая на поверхность образующий ее материал (землерои). Из-за отсутствия света многие почвенные организмы лишены органов зрения. Ориентация осуществляется с помощью обоняния или других рецепторов.

Воздействия человека проявляются в разрушении почв (эрозии), загрязнении, изменении химических и физических свойств.

Таблица устойчива к температурным изменением внешней среды, механическим воздействиям и к воздействию влаги. Ее можно сворачивать в рулон и закреплять магнитными кнопками на классной доске. Таблицу трудно порвать и она имеет значительно более длительный срок эксплуатации по сравнению с бумажными и ламинированными плакатами.

Экологические факторы — это отдельные элементы среды, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов.

Экологические факторы классифицируют на абиотические, биотические, антропогенные и т.д.

Абиотические факторы — компоненты неживой природы. К ним относят:

• климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.),
• геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.),
• орографические (рельеф местности),
• эдафические , или почвенно-грунтовые (плотность, структура, pH, гранулометрический состав, химический состав и др.),
• гидрологические (вода, течение, соленость, давление и др.).

Биотические факторы — воздействие живых организмов друг на друга (взаимодействие, взаимоотношения между особями в популяциях и между популяциями в сообществах). При этом взаимоотношения могут быть:

• внутривидовыми (взаимодействия между особями одного вида),
• межвидовыми (между особями разных видов).

По типу взаимодействия различают:

В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на:

• фитогенные (влияние растений),
• зоогенные (животных),
• микробогенные (микроорганизмов).

Антропогенные факторы — деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, вырубка лесов, загрязнение, эрозия почв и др.). При этом различается воздействие человека как биологического организма и его хозяйственная деятельность (техногенные факторы ).

Экологические факторы могут оказывать на организм прямое и косвенное воздействие. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое воздействие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).

Разные экологические факторы обладают различной изменчивостью в пространстве и во времени. Одни из них относительно постоянны (например, сила тяготения, солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (например, температура и влажность воздуха, сила ветра).

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодические факторы не имеют периодичности (например, извержение вулкана, нападение хищника). Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы и др.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных факторов (температуре, количество осадков, биомасса, продуктивность и др.).

В природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называет условиями жизни .

Адаптации

В процессе эволюции у организмов выработались различные приспособления к среде обитания — адаптации . Они проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации — одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственности, изменчивости и естественного (а также искусственного) отбора.

Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный, пассивный, избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.

Типы адаптаций

Адаптации можно подразделить на три типа: морфологические, физиологические и отологические.

Морфологические адаптации сопровождаются изменением в строении организма (например, видоизменение листа у растений пустынь). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.

Физиологические адаптации сопровождаются изменением в физиологии организмов (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира).

Этологические адаптации заключаются в изменениях в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период). Данный тип адаптации характерен для животных.