Раздел 1. Тезисы установочных лекций 1 лекция. Тема: Введение в общую экологию. Основные термины и понятия (стр. 1 )

РАЗДЕЛ 1. Тезисы  установочных лекций

1 лекция.

Тема: Введение в общую экологию. Основные термины и понятия

1. Экология - это наука о взаимодействии живых организмов со средой их обитания.

Классическая экология выросла из биологии. Современная экология базируется на данных таких наук, как химия,  физика, математика, геология, география и т. д. (Экология вобрала в себя данные этих наук.)

Биология

Экология

химия,  физика,  математика,  геология, и т. д.

2. Земля, как любая планета, имеет состоящую из нескольких частей оболочку. Оболочка Земли образована сферами. По направлению из космоса к центру Земли выделяют следующие сферы: атмосферу( воздушная оболочка Земли) , гидросферу (водная оболочка), литосферу (земная кора ) -  (внешние оболочки),  а также мантию (внутреннюю оболочку)и ядро.

3. Примерно  3,4 - 4,5 млрд. лет назад  в оболочке Земли возникла тонкая  жизненная пленка - биосфера.  Биосфера (от лат.  «биос» - жизнь) - это область существования  живых организмов. Это геологическая оболочка Земли вместе с населяющими ее живыми организмами: животными, растениями, микроорганизмами.

4. Эволюция биосферы - образование жизни из неживой материи. В настоящее время выделяют новое состояние, возникшее в результате эволюции биосферы биотехносферу. Биотехносфера - новое состояние биосферы, возникшее в результате изменения природной среды человеком.

Человек при помощи разума должен сбалансировать процессы между обществом и средой. Тогда, согласно учению выдающего русского ученого Владимира Ивановича Вернадского, произойдет постепенное превращение биосферы в ноосферу  - сферу разума, высшую стадию развития биосферы, этап развития биосферы, характеризующийся разумным регулированием взаимоотношения человека и природы.

5. Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз. Биогеоценоз - это совокупность на определенном участке земной поверхности компонентов живой и неживой природы, обменивающихся веществом и энергией  как между собой, так и с другими явлениями природы.

Экосистемой называется безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов природы, в которой осуществляется внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.

6.  В любом биогеоценозе можно выделить две составляющие:

совокупность факторов живой природы – биотоп, и  экотоп - состав воздуха, почвы, рельеф местности и т. д.; совокупность живых организмов, населяющих биотоп - биоценоз.

Совокупность биогеоценозов образует биом - более крупную единицу биосферы. Биом - совокупность биоценозов, между которыми происходит интенсивный обмен веществом и энергией.  Пр.: тайга, тундра)

7. В биосфере  осуществляется непрерывный круговорот  веществ и энергии. Органическое вещество на Земле образуется в основном зелеными растениями под воздействием солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Фотосинтез - это химическая реакция образования органического вещества и свободного кислорода из простых неорганических веществ под воздействием энергии Солнца. При этом энергии солнечного излучения преобразуется в энергию химических связей, т. е. происходит накопление энергии в органическом веществе.

8. Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но эта энергия недоступна для непосредственного использования в реакциях, протекающих в живых тканях. Дыхание - это процесс, обратный фотосинтезу, при котором энергия органического вещества переводится в активную форму и может быть использована организмом.

9. Кроме растений, синтез органического вещества присущ некоторым бактериям. Хемосинтез - синтез органического вещества бактериями, сопровождающийся окислением простых неорганических веществ.

10. Не все живые организмы способны  получать энергию непосредственно от Солнца. Живые организмы образуют цепи питания - трофические цепи (от лат. «трофе» - питаюсь). Перенос энергии пищи от ее источника - растений - через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется трофической (пищевой) цепью. По положению в трофической цепи организмы делятся на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты создают первичное органические вещество, продуцируя его из неорганического. Консументы - это организмы, питающиеся созданным продуцентами органическим веществом. Редуценты перерабатывают отходы жизнедеятельности продуцентов и консументов, образуя замкнутый цикл  органического вещества.

11. По трофической цепи  происходит передача энергии Солнца от продуцентов  к другим звеньям. При этом усваиваемая растениями энергия Солнца переходит в энергию связей органического вещества.  Организмы-потребители (консументы) питаются органическим веществом продуцентов и усваивают энергию их органического вещества, часть которой расходуется на построения собственного органического вещества, а часть рассеивается в процессах дыхания, теплообмена, движения и т. д. При помощи пищевых цепей в  экосистеме образуется непрерывный поток энергии. В процессе этого некоторая часть энергии рассеивается (теряется) в виде тепла, поэтому необходима постоянная компенсация рассеянной энергии от Солнца.

12. В процессе жизнедеятельности живых организмов в экосистеме создается и расходуется живое (органическое)  вещество. Продуктивность экосистемы - это масса живого вещества, образованного в единицу времени на единице поверхности. Выделяют первичную продуктивность – продуктивность продуцентов, вторичную продуктивность – консументов. Первичная продуктивность продуцентов  0,5 % от количества солнечной энергии. Вторичная продуктивность (масса растительноядных) будет еще ниже, составлять всего  1 % от первичной. При дальнейшем перемещении по трофической цепи происходит дальнейшее снижение энергии. Поэтому  на 1 кг веса растительноядного животного расходуется  около 70-90 кг травы.

13. Продуктивность измеряется в единицах энергии, массы или в числах (количестве животных). Графическое отображение соотношения продуктивности различных звеньев трофической цепи  представляет собой пирамиду. Различают пирамиды массы, энергии и чисел. Различают пирамиды массы, энергии и чисел.

Массы: 80000кг растений → 1000 кг говядины → 50 кг чел.

Энергии: 2×109кДж солнечной энергии → 107кДж  растений(0,05%) → 105кДж говядины → 103кДж чел.

Чисел: 3×107(30 млн.) травинок → 3 коровы → 1  чел.

Для человека энергетически более выгодно растительное питания и наиболее дорого-использование в пищу хищных видов. Так, с энергетической точки зрения  1 кг окуня или щуки обходится природе в 7 раз дороже, чем 1 кг говядины. Отсюда видно преимущество традиционного разведения растительноядных видов (свиньи, куры, коровы). У них перевод энергии пищи в собственную биомассу  выше, чем у хищников.

14. Если бы не было круговорота веществ, то постепенно все ресурсы неорганических веществ перешли бы в массу мертвой органики. Этого не происходит, так как все химические элементы циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды  в организм и опять во внешнюю среду. Выделяют следующие виды  круговоротов: Биогеохимический цикл - это  большой круговорот химических веществ через неживую природу и живые организмы называется («био» здесь относится к живым организмам, а «гео» - к горным породам, почве, воздуху и воде).

1) Геологический круговорот длится сотни тысяч или млн. лет. Включает процессы разрушения горных пород, выветривания продуктов, снесение их потоками в Мировой океан, образование морских пластов, лишь частично возвращаемых на сушу с осадками, с извлекаемыми водными организмами,  крупные медленные процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещение морей и океанов, сопровождающееся возвращением пластов на сушу и повторением процессов.

Вещества, вовлеченные в геологический круговорот, находятся в резерве по отношению к живым организмам, т. е. составляют резервный фонд. «Резервный фонд» - большая масса медленно движущегося вещества, вовлеченного в геологический круговорот и не связанного с живыми организмами.

15. 2) Малый круговорот - часть большого на уровне биогеоценоза: питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в растениях, расходуются на построение тела и жизненные процессы растений, затем животных, образующиеся продукты распада органического вещества разлагаются редуцентами до минеральных компонентов  и вновь вовлекаются в поток веществ (трофические цепи):

  продуценты  перв. консументы  втор. консументы

  мин. вещества  редуценты

Скорость биотического круговорота в сотни тысяч и млн. раз больше, чем геологического, т. к. все биологические превращения катализируются ферментами, которые в сотни тысяч и млн. раз активнее неорганических катализаторов. Вещества, вовлеченные в малый круговорот, доступны живым организмам и составляют «обменный фонд» - сравнительно небольшое количество  вещества, для которого характерен быстрый обмен между организмами и окружающей средой.

Круговорот углерода: Углеродный скелет является основой всех органических веществ. Резервом углерода являются  минеральные отложения (карбонаты и ископаемые виды топлива) и небольшой, но активный  фонд в атмосфере (СО2).

  1  Зеленые растения  2

  4  5 

  Атмосфера и гидросфера  3  животные

  8  7  6

  отложения 

Диоксид углерода в атмосфере участвует в процессе фотосинтеза, обеспечивая накопление солнечной энергии в биосфере. При этом постоянно возникают и распадаются сложные органические  соединения углерода.

В соответствие со схемой: углекислый газ атмосферы извлекается растениями в процессе фотосинтеза (1),  и через пищевые цепи в процессе питания (2) углерод попадает в организм животных. Дыхание растений и животных и тление останков постоянно возвращает атмосфере и водам океана громадные массы углерода в виде углекислого газа (3,4). Частично углерод выходит из круговорота при минерализации останков растений (5) и животных (6)(некоторые организмы, погребенные в осадках, накапливаются в форме ископаемых компонентов), а также за счет образования горных пород (7). Различные свободно протекающие процессы (извержение вулканов, газовые источники), ведущими к обратному перехода углерода из минералов в атмосферу (8).