Экология: учебно-методический комплекс (стр. 4 )

	Автотрофы	Гетеротрофы
Фототрофы	Растения, небольшая группа фотосинтезирующих бактерий	Бактерии
Хемотрофы	Хемосинтезирующие бактерии	Животные, грибы, большинство бактерий

Итак, подведем итог.

-  живые системы организованы в иерархичные уровни;

-  биокибернетический подход ограничивает количество уровней до 4;

-  мы дали характеристику каждого уровня. Указали на элементарную единицу, процесс, способ регуляции процессов;

-  предметом изучения экологии являются три последних (высших) уровня.

Лекция 3. Понятие о среде обитания и экологических факторах. Различные подходы к классификации факторов. Классификация факторов среды. Классификация Мончадского.

План.

1.  Среда обитания. Основные среды обитания на Земле.

2.  Ресурсы среды.

3.  Экологические факторы.

4.  Различные классификации факторов среды.

Наиболее известно ставшее уже классическим в экологии деление факторов на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называется вся совокупность факторов неорганической среды, влияющая на жизнь и распространение организмов. Среди них различают физические, химические и эдафические факторы. К физическим относят те, которые связаны с физическим состоянием или явлением. Например, температура, освещенность, движение воздуха или воды. Химические факторы – это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, содержание кислорода. Эдафическими факторами называют почвенные, т. е. совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород.

Биотические факторами – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В последнем случае речь идет о том, что живые организмы сами способны в известной степени изменять окружающую их среду.

Антропогенными называются факторы, порожденные деятельностью человека, например, загрязнение окружающей среды, сокращение биологического разнообразия и др.

Существует другая классификация факторов, разработанная американским экологом Смитом. Он делит все факторы на две группы:

-  зависящие от плотности

-  не зависящие от плотности.

Еще одна классификация факторов принадлежит советскому экологу . Он делит факторы на следующие группы:

- первичные периодические факторы

- вторичные периодические факторы

- непериодические факторы.

Соответствие различных классификаций факторов приведено в таблице

А. Климатические факторы А) температура Б) свет и др.	Периодические первичные	Абиотические факторы	Факторы, не зависящие от плотности
В) относительная влажность Г) осадки	Периодические вторичные
Другие факторы
В. Физические неклиматические А) факторы водной среды	Периодические вторичные или непериодические
Б) эдафические факторы	Непериодические	Биотические факторы	Факторы, зависящие от плотности
С. Пищевые факторы	В основном периодические вторичные
D. Биотические факторы А) внутривидовые взаимоотношения
Б) межвидовые взаимоотношения	Непериодические

Подводя итог лекции, можно констатировать, что мы сегодня:

- вспомнили понятие среды обитания и экологических факторов;

-  познакомились с новыми подходами к классификации экологических факторов;

-  отметили, что в каждой среде обитания существуют ведущие факторы;

- выяснили, что в основе взаимоотношений организмов со средой лежат адаптации.

Лекция 4. Закон минимума. Понятие о лимитирующем факторе и экологической валентности.

План.

1.  Закономерности воздействия факторов на живые организмы.

2.  Закон минимума.

3.  Понятие о лимитирующем факторе. Закон толерантности.

4.  Экологическая валентность организмов.

Рассматриваются следующие экологические законы, правила и закономерности:

- закон минимума Либиха

- закон селективного действия фактора

- закон компенсации факторов

- закона незаменимости фундаментальных факторов

- правило фазовых реакций

- закон толерантности (Шелфорда)

Общий принцип влияния фактора на живые организмы может быть выражен следующим рисунком.

Дается понятие стенобионтных и эврибионтных видов, экологической валентности и толерантности.

зона оптимум зона

стресса стресса

Диапазон устойчивости

Итак, сегодня мы с вами узнали следующее:

-  познакомились с некоторыми экологическими закономерностями (закон Либиха и его уточнения, закон Шелфорда, закономерности Одума);

-  рассмотрели механизм воздействия фактора на живой организм (узнали о зонах выносливости);

-  рассмотрели понятие «экологической валентности», углубили понятие о стенобионтах и эврибионтах.

Лекция 5. Понятие об адаптации. Типы адаптаций. Экологическая ниша.

План

1.  Понятие об адаптации.

2.  Типы адаптаций: морфологические, физиологические, поведенческие, биохимические и др.

3.  Экологическая ниша.

Организмы в процессе эволюции вырабатывают особенности, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в изменяющихся экологических условиях, т. е. происходит адаптация. Адаптация может происходить на уровне клетки, тканей, целого организма. Она может затрагивать форму, размеры, соотношение органов и другие признаки. Способность к адаптации – одно из фундаментальных свойств живой материи.

Поэтому адаптация происходит на различных уровнях.

Генетический уровень.

Уровень обмена веществ

Организменный уровень

Для успешной адаптации организмов к среде необходимы некоторые условия.

1.  Организмы способны адаптироваться к условиям среды успешно в том случае, если изменения происходят постепенно и малозаметны.

2.  Чем резче изменения, тем большее генетическое разнообразие необходимо для выживания вида. В случае катастроф (например, ядерного взрыва) очень велика вероятность, что ни один вид не выживет. Важнейший экологический принцип гласит:

Выживание вида обеспечивается его генетическим разнообразием и слабыми колебаниями экологических факторов.

3.  Еще одним условием является географическое распространение. Чем шире распространен вид, тем он генетически разнообразнее. Кроме того, чем дальше удалены друг от друга участки ареала, тем больше вероятность, что они окажутся изолированы от районов, где нарушались условия существования. На этих участках вид может сохраниться, даже если исчезнет на других.

4.  Скорость размножения. Если особи выживают в новых условиях, то дальнейшая адаптация и восстановление численности зависит от скорости воспроизведения потомства.

Адаптации могут быть морфологическими, физиологическими и поведенческими.

Подведем итог: на сегодняшней лекции мы узнали

-  что такое адаптация;

-  какие существуют уровни и виды адаптаций

-  особенности адаптаций

-  углубили понятия «местообитание» и «экологическая ниша»

-  узнали о разновидностях экологических ниш

-  рассмотрели новые правила экологии

Лекция 6. Влияние основных абиотических факторов на организмы. Температура. Свет. Влажность. Другие абиотические факторы.

План

1.  Основные физические характеристики температуры, света, влажности

2.  Влияние основных абиотических факторов на организмы.

3.  Основные адаптации к ведущим абиотическим факторам..

Лекция 7. Биотические факторы. Факторы питания. Групповой и массовый эффект.

План:

1.  Биотические факторы, влияющие на живые организмы.

2.  Факторы питания

3.  Групповой эффект.

Биотическими факторами называют всю совокупность влияний живых организмов друг на друга. Влияние факторов может быть прямым и косвенным, положительным и отрицательным. Прямое воздействие – при непосредственном влиянии организмов друг на друга, косвенное является средообразующим.

Важнейшим экологическим фактором является пища. В зависимости от ее количества и качества может изменяться плодовитость, продолжительность жизни, развитие, смертность организмов. Под влиянием пищевых отношений возникают разнообразные адаптации.

Биотическими факторами являются не только пищевые отношения. Все типы взаимодействий между живыми организмами можно разбить на две группы:

1.  Гомотипические реакции (взаимодействие между особями одного вида).

2.  Гетеротипические реакции (взаимоотношения между особями разных видов).

Гомотипические реакции. Они могут быть весьма разнообразны. Основные среди них – групповой эффект, массовый эффект. Термином «групповой эффект» обозначают изменения, связанные с объединением организмов в группы. Массовый эффект. Этим термином обозначают эффект, вызванный перенаселением среды.

Лекция 8. Типы биотических взаимоотношений.

План:

1.  Типы биотических взаимоотношений.

2.  Симбиотические отношения.

3.  Антибиотические отношения.

Гетеротипические реакции. Теоретически все влияния особей, обитающих совместно, можно было бы определить, как нейтральные (0), благоприятные (+) или неблагоприятные (-). Взаимное влияние видов или особей друг на друга называется коакциями. Возможны следующие типы коакций:

-  нейтрализм (оба организма независимы, не оказывают друг на друга влияния);

-  конкуренция (каждый оказывает на другого угнетающее действие);

-  симбиоз (совместное обитание благоприятно для обоих видов);

-  комменсализм (один из организмов получает выгоду, другому – безразлично);

-  аменсализм (один вид вызывает угнетение другого, но при этом сам не получает выгоды);

-  паразитизм и хищничество.

А В	0	+	−
0	0 0	0 +	0 −
+		+ +	+ −
−			− −

Лекция 9. Антропогенные факторы. Принципы их влияния на живые организмы.

План:

1.  Понятие об антропогенных факторах.

2.  Принципы влияния антропогенных факторов на живые организмы.

3.  Экология как мировоззрение. Экологическая безопасность.

Антропогенными факторами называются такие, которые связаны с деятельностью человека. Главной особенностью антропогенного фактора является скорость его изменения. Эта скорость настолько велика, что к новым, антропогенным параметрам среды успевают приспособиться только виды с наиболее широкой экологической валентностью. Большинство антропогенных воздействий на природу носит целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком для достижения его конкретных целей. Но часто возникают также стихийные, непроизвольные воздействия, к ним относятся различного рода аварии, подтопления после застроек и т. д. Разнообразие воздействия – также одна из особенностей антропогенного фактора. Человек постоянно вносит в среду различные вещества, которые прежде в природе отсутствовали, повышает параметры среды до таких величин, которые также не свойственны природе и т. д.

Антропогенное воздействие на природу может быть прямым и косвенным. Американский эколог Б. Коммонер приводит пять основных видов вмешательства человека в природные процессы:

-  упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;

-  концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;

-  рост числа ядовитых отходов от химического производства;

-  введение в экосистему новых видов;

-  появление генетических изменений в организмах растений и животных.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ =	Уровень экологического сознания (образования и бытовой культуры)
Численность х Уровень населения потребления

Лекция 10. Понятие о популяциях. Статические показатели популяций.

План:

1.  Понятие о популяции.

2.  Свойства популяций.

3.  Статические показатели популяции.

Основными свойствами популяции как минимальной естественно-исторической структуры являются преемственность, целостность, структурированность, динамичность и уникальность.

Обычно, характеризуя популяцию, говорят, что она обладает статическими и динамическими показателями. К статическим относятся такие, которые характеризуют популяцию в данный момент времени. Обычно это показатели численности, плотности, структуры.

Итак, подводим итог нашей лекции. Ответьте на следующие вопросы:

1.  Что такое популяция?

2.  Какими свойствами характеризуется популяция?

3.  Назовите статические показатели популяции.

4.  Что такое численность, как она определяется?

5.  Что такое плотность?

Лекция 11. Структура популяций.

План:

1.  Возрастная структура популяции.

2.  Половая структура популяций

3.  Пространственная структура популяции.

4.  Этологическая структура.

5.  Экологическая структура.

Каждая особь оказывается членом определенной возрастной группы. Возрастная структура популяции отражает такие важные процессы, как интенсивность воспроизведения, уровень смертности, скорость смены поколений. Возрастная структура популяции зависит от биологических особенностей вида, которые по-разному реализуются в конкретных условиях существования. Для понимания возрастной структуры необходимо знать содержание определенных терминов:

-  поколение – непосредственное потомство особей, появившееся на свет на протяжении одного цикла размножения или всего репродуктивного периода;

-  приплод – одновременно родившиеся особи от определенной совокупности родителей;

-  возрастная группа (когорта) – особи одинакового возраста (астрономического или физиологического);

-  цикл размножения – период размножения и формирования потомства.

При изучении возрастной структуры популяции обычно выделяют три основные возрастные группы: молодых, еще не приступивших к размножению особей (предрепродуктивный возраст), взрослую размножающуюся часть популяции (репродуктивный возраст) и старых, уже закончивших размножение (пострепродуктивный возраст) особей. Соотношение этих групп в разных популяциях колеблется в широких пределах. Об этом мы поговорим более подробно дольше, когда будем рассматривать возрастные пирамиды

Из приведенных материалов по возрастной структуре популяции можно сделать несколько важных выводов. Во-первых, возрастной состав любой популяции зависит от различных факторов (времени достижения половой зрелости, общей продолжительности жизни, длительности периода размножения, продолжительности поколения, частоты приплодов и т. д.). Во-вторых, возрастная структура является неустойчивой характеристикой, т. к. отмеченные показатели могут различаться в разных популяциях.

Обычно половую структуру понимают как соотношение самцов и самок в популяции. Но на самом деле все оказывается значительно сложнее. Она определяется первичным (при возникновении зигот), вторичным (у новорожденных) и третичным (у половозрелых особей) соотношением полов. При этом надо учитывать, что о половой структуре можно говорить не только для видов, размножающихся обычным половым путем. В природе существуют различные вариации размножения для гермафродитных, партеногенетических популяций. Так что, половая структура служит важной характеристикой популяции.

Распределение организмов характеризует пространственную структуру популяции.

Типы пространственного распределения отражают реакцию организмов на различные влияния. Знание типа распределения важно учитывать при определении плотности популяции. Возьмем n выборок. Если через m обозначить среднее число особей в каждой выборке, то дисперсию, или рассеяние, s², можно рассчитать по формуле:

s² =	∑ (x - m)²
n – 1

Если s² равна нулю, распределение равномерное, т. к. число особей в каждой выборке постоянно и равно среднему. При случайном распределении среднее m и дисперсия s² равны. При пятнистом (конгрегационном) распределении рассеяние s² выше среднего m, и разница между ними тем больше, чем сильнее тенденция организмов к образованию скоплений. Возможные распределения организмов в пространстве следующие:

-  равномерное (встречается редко)

-  случайное

-  островное (конгрегационное)

-  ленточное

-  сетчатое

-  четковидное.

Среди животных встречаются особи, ведущие одиночный и семейный, стайный или стадный образ жизни. Есть виды, живущие колониями. От этих особенностей зависит структура популяций особей. Основная черта поведения – территориальное. В составе популяций всегда образуются группы, в которых, кроме борьбы за существование, проявляется различная взаимопомощь. Кроме того, в группировках проявляются иерархические отношения. Структуру отношений внутри вида можно выразить следующей схемой:

Внутривидовые отношения

↓ ↓

Внутрипопуляционные ↔ Межпопуляционные

↓ ↓

Индивидуальные Групповые

↓ ↓ ↓

Внутри Внутри Внутри

семьи колонии стаи

Экологическая структура это подразделение популяций на группы, находящиеся в специфических связях с биотическими и абиотическими факторами среды. Часто различаются пищевые спектры самцов и самок (комары), почти всегда – молоди и взрослых особей. Часто особи разных возрастных групп по-разному ведут себя при избегании хищников и во многих других ситуациях.

Лекция 12. Динамические показатели популяций.

План:

5.  Рождаемость и смертность.

6.  Скорость роста.

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции в определенный интервал времени. Основными динамическими показателями являются рождаемость, смертность и скорость роста популяции. Рождаемость это способность популяции к увеличению численности. Определяется рождаемость по количеству особей, появившихся в популяции в единицу времени

Смертность. Этот показатель отражает гибель особей в популяции. Смертность в определенном смысле является показателем, противоположном рождаемости. Ее можно выразить количеством особей, погибших за данный период времени.

Если смертность обозначить буквой М, то выживаемость можно рассчитать по формуле:

1 – М

Скорость увеличения численности популяции рассчитывают по формуле:

∆N /∆t

Теоретически рост популяции, обладающей неограниченными пищевыми ресурсами и пространством, выражается экспоненциальной кривой, если допустить, что коэффициент роста r имеет постоянную величину. Действительно,

dN/dt = rN, откуда

Nt = No • ert

Лекция 13. Динамика численности популяций. Причины колебания численности.

План:

1.  Способность живой материи к распространению.

2.  Колебания численности естественных популяций.

3.  Причины колебания численности популяций.

Живая материя имеет практически неограниченную способность к распространению. Эта способность связана с возможностями размножения. Любой вид в отсутствии ограничивающих факторов может увеличивать свою численность в геометрической прогрессии. Эта особенность живых организмов была отмечена еще Ч. Дарвином. Бактерия делится в благоприятных условиях каждые 20 минут. При таком ритме размножения достаточно 36 часов, чтобы потомки этой бактерии покрыли весь земной шар сплошным слоем. Одна инфузория-туфелька могла бы за несколько дней произвести такое количество протоплазмы, которое по объему враз превышает объем земного шара. Треска за период нереста продуцирует 80 млн. икринок. Всего за 1 год потомство этой трески заполнило бы весь мировой океан. Дарвин подсчитал, что потомство одной пары таких медленно размножающихся животных, как слоны, за 750 лет составило бы 19 млн. особей.

Колебания численности естественных популяций по сравнению с теоретически возможными, сравнительно невелики. В популяциях отмечаются различные виды колебания численности, которые в современной экологии называются популяционными волнами.

Непериодические колебания.

Многолетние периодические колебания.

Сезонные колебания численности.

Резкое возрастание численности популяций, оказавшихся в новом месте обитания.

Работа экологов, изучающих причины колебания численности популяций ведется в трех различных направлениях.

1.  В лабораторных условиях разрабатываются и изучаются простые модели.

2.  В природе исследуются сложные естественные биоценозы.

3.  Изучаются простые естественные биоценозы или создаются сложные модели, в которые могут получать развитие сложные экологические взаимосвязи.

Лекция 14. Экологические стратегии выживания. Регуляция плотности популяций.

План:

1.  Стратегии выживания организмов.

2.  Регуляция плотности поселений.

Стремление организмов выжить в разнообразных условиях называется экологическими стратегиями выживания. Любая популяция выживает в том случае, если доступная ей энергия превышает те нормы, которые необходимы для простого поддержания ее существования. Оптимизация этого соотношения может быть достигнута двумя основными путями:

1.  минимизацией времени (например, при эффективном поиске)

2.  максимизацией чистой энергии (путем выбора крупных пищевых объектов или легко усвояемой пищи).

В не перенасыщенной среде преимущество получают организмы с высоким репродуктивным потенциалом. И наоборот, условия заполненной среды благоприятны для организмов, характеризующихся низким потенциалом роста, но более высокой способностью конкурировать за скудные ресурсы. Соответственно, в экологии выделяют две основные выживания, названные по константам логистического уравнения роста численности популяции К-стратегия (К-отбор) и r–стратегия (r-отбор).

Общая модель действия К-отбора и r-отбора предложена Мак-Артуром в 1972 г. Она показана на рисунке.

r1

 

r2

C

 

К1 К2

A B

Низкая ← плотность популяции → Высокая

Высокая ← плотность пищи → Низкая

Лекция 15. Понятие биоценоза и экосистемы. Классификация биоценозов. Краевой эффект. Понятие об экотоне.

План:

1.  Понятие о биоценозе и экосистеме.

2.  Структура биоценоза.

3.  Краевой эффект.

Биогеоценоз состоит из двух компонентов: биоценоза (т. е. совокупности живых организмов) и места обитания биоценоза – биотопа:

БИОГЕОЦЕНОЗ = БИОЦЕНОЗ + БИОТОП

Термин «биоценоз» был введен в науку немецким ученым К. Мёбиусом в 1877 г. при изучении населения устричных банок. Биоценозом называют надорганизменную систему, состоящую из совокупности живых компонентов: животных, растений, грибов и микроорганизмов, характеризующихся совместным обитанием и взаимодействием.

Различают видовую и пространственную структуру биоценоза.

Видовая структура. Для существования сообщества важна не только его величина, не только численность входящих в него видов, но и видовое разнообразие. Последнее является основой его устойчивого существования.

В 1939 г. Тиннеман сформулировал известные биоценотические принципы:

1.  Принцип разнообразия условий биотопа. Чем разнообразнее условия жизни в пределах биотопа, тем больше число видов в заселяющем его биоценозе.