Предмет экологии. История развития экологии (стр. 1 )

1. Предмет экологии. История развития экологии.

Экология - это наука о взаимоотношении организма с окружающей средой.

Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия существования, как неорганические условия – климат, неорганическая пища, состав воды, почвы и т. д., так и органические – общие отношения организмов ко всем остальным организмам.

oicos – гр. дом, жилище, среда обитания; logos – гр. учение, слово.

1866 – термин предложен Э. Геккелем – наука об образе жизни, о внешних жизненных отн. орг др. с др.

Виды классификации:

1)по уровню организации

а) аутэкология или экология организмов. Исслед отдельные организмы, его индивидуальные связи со средой, изолиров от остальных компонентов системы

б) синэкология – экология сообществ. Биоценология. Комплексное изучение групп организмов, составляющие определенное единство (взаимоотношение сообществ, экосистем со средой)

в) демэкология – популяционная экология. Изучает взаимоотношения между организмами одного вида и средой обитания.

2)по объектам и средам

а) по объектам – экология человека, животных, экология микроорганизмов

б) по средам – экология пресных вод, экология моря, океана, суши.

в)по уровню организации – экология клетки, экология организма, экология сообществ

2. три этапа в истории экологии.

Труды первых ученых естествоиспытателей. Аристодо н. э.), Теораст (371-280 до н. э.), Плиний (79-23 до н. э.).

I этап. до 60-х XIX зарождение и становление как науки. К. Линней 1749 «Экономия природы» типология мест обитания. Ж. Бюффон 1749 «естественная история» изменения видов под влиянием среды. Ламарк 1802 термин биология; Ю. Либих 1840 – Закон min.

II этап. после 60-х оформление экология в собств отрасль знаний.

Ч. Дарвин 1859 «происхождение видов» приспособление и взотн видов.

Зюсс 1875 термин биосф. Мебиус 1877 термин биоценоз – сообщество жив. орг. Шелфорд 1911 з-н толерантности. Высоцкий экотип. биосф. Тенсли 1935 экосистема. Сукачев 1942 основы биогеоценологии, понятие биогеоценоз.

III этап. 50-е XX. наст. превр. в науку. Б. Коммонер 4 з-на экология Герасимов, Лосева, Горшкова, Розанов, Моисеев, Яблоков и др.

3. значение экологии. Идеи о выживании мирового сообщества.

Установить правильные взаимоотношения с природными процессами, обеспечивающими устойчивое поддержание жизни на нашей планете, можно лишь на основе знания законов формирования и поддержания активного функционирования биологических систем, обеспечивающих глобальный круговорот веществ.

По Вернадскому необходимо: 1) Образование всемирного пространства, высшим приоритетом которого должно быть сохранение и восстановление окружающей среды, координация жизнедеятельности планетарного социума. 2) Приоритет сохранения природы над интересами человека. 3) сформировать информ цивилиз, в которой информ выступает как эквивалент других видов ресурсов.

4. Концепция «устойчивого развития общества», принятая на международном форуме по охране ОС (1992г.)

В 1992г. – в рио де жанейро состоялся всемирный форум по окр среде эгидой ООН. Принята концепция устойчивого развития общества. Устойчивое развитие – такое развитие общества, где главной задачей является удовлетворение потребностей человека, но при условии, что возможности норм жизни ныне живущих поколений не входят в противоречия с интересами будущего поколения. «Нам Земля досталась не в наследство от наших родителей, а мы взяли её в долг у своих детей». Для перехода общества в устойчивое развитие:

1. экономия ресурсов

2. охрана биологич. разнообр.

3. Экономия энергии

4. Соверш. Технологий

5. Борьба с загрязнением

6. Регулировать рост населения

7. Преобладание потреб подхода

5.Задачи теоретической экологии:

1. разработать стереотип устойчивости экосистемы;

2. изучение механизмов адаптации к среде;

3. регуляция численности популяций;

4. изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5. исследование продуктивности процессов в экосистеме;

6. исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

7. моделирование состояния биосферы и экосистем с учетом глобальных биосферных процессов.

5.Задачи прикладной экологии:

1. прогнозирование и оценка возможности отрицательных последствий для окружающей среду, проектирование и конструирование предприятий;

2. оптимизация инженерных, технологических и проектно-конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде;

3. улучшение качества окружающей среды;

4. сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

5. стратегическая задача – развитие теории взаимоотношения природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

6. Экологическое образование и воспитание.

Человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями. Он стремится обеспечить себе «комфортные» условия среды, быть независимым от её физич. факторов, например, от климата, нехватки пищи, избавиться от вредных для него животных и растений. Человек взаимодействует с природой через создаваемую им культуру, т.е человечество создаёт на Земле культурную среду благодаря передаче из поколения в поколение своего трудового и духовного опыта. Остановить стихийное развитие событий помогут лишь знания о том, как ими управлять и, в случае с экологией, эти знания должны «овладеть массами», по крайней мере большей частью общества, что возможно лишь через эколог. образование людей. Экол. знания необходимыми каждому человеку, чтобы построить прекрасные города, развить совершенные произв. силы, которые смогли бы обеспечить гармонию человека и природы.

7.Законы Коммонера, их звучание сегодня.

1)Всё связано со всем;

2)за всё надо платить(закон рационального природопользования);

3)всё надо куда-то девать;

4)природа знает лучше.

Согласно им, Глоб. экосистема предст. соб. единое целое, в рамках кот. ничего не может быть выиграно или потеряно и кот. не может явиться объ. всеобщего улучшения; все, что может быть извлечено из глоб. экосистема чел. трудом, должно быть возмещено.

Объектом экологических исследований является, в том числе, человек. При этом человека обычно изучают прежде всего в его производственных условиях (море, угольные шахты, космические полеты и т. д.). Особое направление экологии человека - это охрана среды его обитания. Во многих странах существуют специальные экологические службы, а также общественное Движение "зеленых". "Зеленые" направляют свои усилия прежде всего на борьбу с загрязнением водоемов, воздушной среды, почвы, за сохранение лесов и животного мира. "Зеленые" борются против ядерных испытаний, за уничтожение ядерного, химического и биологического оружия, за запрет противопехотных мин, калечащих и мирных жителей, и животных, за запрет капканного промысла пушных зверей, при котором животные подвергаются чрезвычайным страданиям. Также очень важны "прикладные" экологические исследования жизнедеятельности человека в различных производственных условиях.

8. Биогеоценоз. Экотоп и биоценоз (биотоп и биота). Схема биогеоценоза по Сукачеву.

Био – жизнь, гео – земля, ценоз – сообщества. биогеоценоз – совокупность

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. (короче – обитающие на суше). Биогеоценоз состоит из : экотопа (биотопа) и биоценоза.

1) экотоп – среда обитания. Совокупность на определенной территории абиотических факторов (факторы неживой природы.

2) биоценоз – совокупность всех живых существ, населяющих более или менее однороднй участок суши или водоема, харак-ся определенными отношениями между организмами и приспособлен к условиям окр среды. Несмотря на то что

каждый биоценоз может состоять из 1000 видов растений и животных, большинтсво их играют незначительную роль и лишь несколько являются основными регулирующими функциями:

1) размер

2) Численность

3) Образ жизни представителей

Биоценозы различают:

а) водные

б) наземные

в) воздушные

9. Экосистема, её признаки. Виды экосистем. Классификация экосистем на основе биомов. Сходство и различия понятий биогеоценоз и экосистема.

Экосистема – это система, состоящая из живых существ и среды их обитания объединенных в единое функцион. целое.

Основные свойства:

1) способность осуществлять круговорот веществ

2) противостоять внешним воздействиям

3) производить биологическую продукцию

Виды экосистем:

1) микроэкосистемы (ствол дерева в стадии размножения, аквариум, небольшой водоем, капля воды и т. д.)

2) мезоэкосистема (лес, пруд, степь, река)

3) макроэкосистема (океан, континент, природная зона)

4) глобальная экосистема (биосфера в целом)

Ю. Одум предложил классификацию экосистемы на основе биомов. Это крупные природные экосистемы соответствующие физико-географическим зонам. Характеризуется каким – либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.

Типы биомов

1) наземные (тундра, тайга, степи, пустыни)

2) пресноводные ( текучие воды: реки, ручьи, стоячие воды: озера, пруды, заболоченные воды: болота)

3) морские (открытый океан, воды шельфа, глубоководные зоны)

понятие биогеоценоз и экосистема близки, но есть различия. Любой биогеоценоз это система. Экосистема может включать несколько биогеоценозов, но не каждая экосистема, есть биогеоценоз, поскольку не обладает всеми признаками его.

1) первый признак: территориальный

2) отсутствие одного из звена (гниющее дерево, разлагающийся труп животного)

3) продолжительность существования (любой биогеоценоз бессмертный, так как всё время пополняется энергией за счет биохемосинтеза)

10. Экологические факторы ОС: абиотические и биотические. Взаимоотношения организмов: нейтрализм, аменсализм, хищничество, паразитизм, симбиоз.

Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Абиотические факторы – факторы неживой природы.

1) Климатические факторы: спектр солнечные лучей, освещенность, температура поверхности Земли, влажность воздуха, осадки, ветер, давление атмосферы.

2) Эдафогенные (почвенные) факторы: плодородие, хим. состав, гравиметрическое состояние, влагоемкость, воздухопроницаемость, температура, механический состав, плотность.

3) Факторы водной среды. прозрачность, скорость течения, химические – кислород, содержание солей, жесткость, состав обменных катионов обменная возможность.

4) Орографические: рельеф, высота склона над уровнем моря, крутизна склона, экспозиция (север/юг).

Биотические факторы – факторы живой природы - воздействие живых организмов: фитогенные (воздействие других растений), зоогенные (воздействие других животных), микробогенные, антропогенные.

Различные формы взаимодействия между особями и популяциями:

1) внутривидовая конкуренция.

2) борьба за существование - главный биотический фактор для вида - чем больше совпадают потребности, тем сильнее борьба.

3) прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение токсинов.

4) косвенная конкуренция – опосредованная, т. е. не напрямую.

Взаимоотношения организмов:

Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую.

Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле.

Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников.

Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу.

11. Толерантность организмов. Законы минимума. Модель толерантности. Виды толерантности (устойчивости).

Лимитирующие факторы ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с оптимальными требованиями организма. Закон минимума установил Ю. Либих: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме (которого не хватает).

Позже американский ученый Шелфорд в начале 20го века показал, что не только недостаток, но и избыток вещества влияют на жизнедеятельность организмов и сформулировал закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или избытком любого фактора, уровень которого может оказаться близким к пределам устойчивости или выносливости, т. е. к пределам толерантности.

По способности приспосабливаться к окружающей среде: эврибионты (в широком интервале экологических факторов); стенобионты (в узком интервале экологических факторов).

На рисунке по отношению к свету – 1 – стенотервные виды, 2 – эвритерные виды.

Стенотервные-холодолюбивые, т. е. преофильные типы (организмы обитающие в узком интервале и низкая температура). Пример:рыбы сущ. -2 ,+2.

Эвритерные – обитание в широком интервале(муха коинатная от 0до 50;сосна карликовая). Диапазон толерантности не остаются пост-ми и отсюда следует и характер действие Эколог-х факторов при опред. услов. м/т менятся т. е. м/т быть а м/т и не быть с лимитир-м фактором.

12. Экологическая валентность или пластичность. Правило оптимума. Адаптация. Виды адаптации живых организмов: морфологическая, физиологическая, этологическая.

Эк. валентность (пластичность) – способность орг. адаптироваться к отд. факторам окр. среды.

Правило оптимума. Чем выше эк. валентность, тем шире область распространения особей данного вида.

Адаптация – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. Адаптации – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения).

Адаптация:

Морфологическая –выражается в приспособлении строения организма к факторам среды.;

Физиологическая – способность обитателей пустынь обеспечивать себя водой за счет биохим окислен жиров. (акклиматизация, миграция, зимовка);

Этологическая – поведенческая – приспособление поведения животных к температурным условиям.

13. Экологическая ниша. Принцип конкурентного исключения.

Экологическая ниша – совокупность всех факторов и ресурсов среды, в пределах которых может существовать вид в природе. Ниша – абстрактное понятие, которое сводит все, в чем нуждается организм. Это – место вида в природе, включающее как положение рода в пространстве, так и функциональную роль его в сообществе. По Одуму, экологическая ниша – роль, которую играет организм в природе или профессия организма. Место обитания – адрес организма.

Знание ниши позволяет ответить на вопрос: как, где, чем питается вид, чьей добычей является, как и где размножается.

В природе важное значение имеет дифференциация ниши – процесс разделения популяций и видов, пространства и ресурсов среды. Ведет к снижению конкуренции.

Фундаментальная ниша – условия среды, в которых вид может существовать без конкуренции (ниша желаний). Реальная ниша – та, которую вид может отстоять.

Закон заполнения экология ниши: при заполнении ниши исчезнувший или уничтоженный вид заменяется функционально близким или экологически аналогичным видом.

V – влажность; X – химический состав пищи; T – температура. Внутри – реальная ниша.

Принцип Гаузе: два вида не могут занимать одну экологическую нишу, один вид вытесняет другой.

Если близкородственные виды живут в одном месте, то они, как правило, либо используют разные ресурсы, например, питаются в разных ярусах леса, либо активны в разное время. В любом случае их жизнедеятельность не должна пересекаться. Выживает, как правило, только один из конкурирующих видов, лучше удовлетворяющий требованиям данного места обитания, проигравший либо погибает, либо мигрирует из данной экосистемы. Есть еще один выход, по которому часто идет природа: переадаптация, изменение своих требований, например, переход на новый вид пищи. Таким путем обычно создаются новые виды. Иногда достаточно просто сменить время питания или найти новое место обитания. В любом случае острота конкуренции обязательно снимается, то есть экосистема опять приходит в гармоничное состояние, характеризующееся минимумом конфронтаций.

14. Популяция. Панмиксия. Статические показатели: (численность, плотность, показатели структуры).

Популяция – совокупность особей одного вида, населяющие определенное пространство (ареал) внутри которого осуществляется панмиксия. Панмиксия – обмен генетической информации.

Статические показатели характеризуют состояние популяций на данный момент времени:

1) Численность

2) Плотность

3) Показатель структуры

1)Численность – общее количество особей на данной территории или данном объеме (количество растений района) численность может колебаться по времени. Некоторые колебания незакономерны, другие закономерны и носят циклический характер. Это «волны жизни». В одних случаях волны жизни связаны с пищевым фактором, другие с климатической и солнечной активностью. Резкие изменения численности имеют отрицательное следствие для жизни популяций. Для высокой численности ослабление всей особи при недостатке пищи, заболеваний. При низкой численности из за превышении порога. Чем меньше особи, тем выше критическое значение их численности.

2) Плотность – среднее число особей на единицу площади или объёма. Чем больше размеры ниши особи, тем меньше плотность популяций. Каждому виду присуща своя определенная оптимальная плотность. Отклонения от оптимальной плотности отрицательно сходится на плотности.

3) показатель структуры

а) половой (соотношение полов)

б) размерный (соотношение количества особей разных размеров)

в) возрастной (соотношение количества особей разного возраста)

Различают 3 возраста:

1) Предрепродуктивный

2) Репродуктивный

3) Пострепродуктивный

15. Динамические показатели: (рождаемость, смертность, выживаемость). Кривая выживания. Биотический потенциал. Сопротивление среды.

Динамические показатели характеризуют процессы популяции, за какой – то интервал.

1) Рождаемость

2) Смертность

3) Выживаемость

1)рождаемость (Р) - число новых особей появившихся за определенную единицу времени, как численность, выраженная способности популяций.

Р = Δ/ΔT, ΔТ – период времени, - число рождения, - число особей способных к рождению.

Население мира увеличивается на 250 тысяч человек ежедневно, 90 млн. в год.

2)Смертность (С) – число особей погибших в популяции в единицу времени. Смертность зависит от условий среды, возраста и состояния популяций. Смертность подвержена более резким колебаниям, чем рождаемость. Поэтому играет главную роль в регуляции численности. r = P*C

3)Выживаемость (r)

Доли особей доживших до возраста размножения определяется как разность между рождаемостью и смертностью. Зависимость числа выживаемых особей от времени выражается в виде кривых выживания.

Число выживших особей

I

II

III

Время

На основании кривых выживаний, в течение которых вид наиболее уязвим. Соотв увелич или уменьш смертность в этот период можно оказав наибольшее влияние на численность популяций.

Биотический потенциал – внутр присуще популяции способность увеличить численность при стабильном возрастном составе и оптимальных условиях окружающей среды. Иначе это оптимальная плодовитость вида, которая возможна при отсутствии органических факторов. Биотический потенциал тем выше, чем ниже уровень организации организмов. Однако биотический потенциал реализуется полно в отдельных случаях времени, если быстро развивается, организмы осваивают среду, где нет конкурентов

Сумма физических и биологических факторов не позволяющая данной популяции достигнуть максимальной численности называют сопротивлением среды. Известно. Что среда оказывает нам больше сопротивления к росту популяции, чем её численность.

16. Динамика роста численности популяций (экспоненциальный, логический, экспоненциальный и снижение). Емкость среды.

В 19 веке Мальтусом было установлено, что численность популяций растет в геометрической прогрессии.

Рост численности популяций:

1) экспоненциальный рост – неограниченный рост популяции.

2) Логический или S – образная кривая. Рост популяций замедляется, но лишь организм приспособляется и наблюдается устойчивое соч-е во времени. Высокая рождаемость быстро обеспечивает оптимальную для доли численности снижается до уровня характерного смертности.

3) Экспоненциальный рост или снижение. Популяции быстро размножаются со временем все внеш ресурсы исчерпаны, поэтому происходит вымирание.

Емкость среды – это степень способности природного окружения обеспечивать жизнедеятельность. Определенному числу организмов без заметного наружения самого окружения.

17. Биосфера. Учение Вернадского о биосфере. Границы и особенности биосферы. Необиосфера и палеобиосфера.

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

Сущность учения Вернадского:

1) Признает исключительную роль «живого вещества» преобразующий облик планеты.

2) Представление об организации биосферы, т е взаимные приспособления организма и среды

3) Представление о формах превращения вещества так называемая биогенная миграция атомов.