Экологические факторы, их значение в жизни организмов. Тема 1

1.

Модуль. Экология
Тема 1. Экологические факторы, их значение
в жизни организмов.

2.

План занятия:
1. Экология как наука, предмет изучения и задачи
современной экологии.
2. Среды жизни.
3. Экологические факторы.
4. Абиотические факторы среды и приспособленность к
ним организмов;

3.

Экология (от греч. ойкос — убежище,
жилище и логос — наука, знание) — это наука
о взаимосвязях организмов между собой, а
также между организмами и окружающей
средой.
Термин «экология» впервые предложил
немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в
книге «Общая морфология организмов». (От
греч. «oicos» -дом, «logos»-учение).
Эрнст Геккель

4.

Разделы общей экологии:
1. Аутэкология (физиологическая экология) - изучает
взаимодействие отдельных организмов с окружающей средой.
2. Демэкология (популяционная экология) - изучает структуру и
динамику популяций.
3. Синэкология - изучает сообщества живых организмов биоценозы.
4. Биогеоценология - изучает закономерности
функционирования экосистем.

5.

Частная экология
- изучает экологические закономерности в приложении к определенной группе живых
организмов, определенным экосистемам или другим областям знаний.
Разделы:
1. Экология растений.
2. Экология животных.
3. Экология микроорганизмов.
4. Экология человека – изучает взаимодействие человека со средой.
5. Социальная экология - изучает взаимодействие общества с окружающей средой.
Занимается проблемами охраны природы.
6. Глобальная экология - изучает функционирование биосферы и разрабатывает научную
основу рационального использование её ресурсов.
7. Экология сельского хозяйства – изучает формирование агрофитоценозов.
8. Промышленная экология - наука о взаимодействии промышленности и окружающей
среды.
9. Биохимическая экология – изучает молекулярные механизмы приспособительных
реакций организмов при изменениях среды.
10. Палеэкология – изучает экологические связи вымерших организмов и древние
сообщества.

6. Предмет изучения экологии - объекты всех уровней организации живого: Уровни организации живого - Биосферный -

Также экология изучает влияние человека на окружающую среду,
решает вопросы охраны природных сообществ от загрязнения, участвует
в разработке современных технологий.
Предмет изучения экологии - объекты всех уровней
организации живого:
Уровни организации живого
- Биосферный
- Биогеоценотический
- Популяционно-видовой
- Организменный
- Органный
- Тканевой
- Клеточный
- Молекулярный

7.

Задачи экологии:
1. Изучение взаимоотношений организмов и их популяций
с окружающей средой.
2. Исследование действия среды на строение,
жизнедеятельность и поведение организмов.
3. Установление зависимости между численностью
популяции и средой.
4. Исследование отношения между популяциями разных
видов в сообществе.
5. Изучает прямое и косвенное воздействие человека на
окр. среду.

8.

Методы экологии:
1. Наблюдение – невмешательство исследователя в окружающую среду
2. Эксперимент (в природе или в лаборатории)
3. Моделирование:
- реальные модели – отражают оригинал (аквариум)
- знаковые модели – условное описание оригинала с помощью
знаков и символов. Среди знаковых выделяют математические
(математические выражения, формулы и т. п.) и концептуальные модели
(схемы, графики, иллюстрации).

9.

Среды жизни.
Среда - все то, что окружает живой организм в природе.
На Земле существует 4 среды обитания: водная, наземно -воздушная,
почвенная, среда, образуемая самими живыми организмами.
Среда обитания –
это все, что окружает живой организм и оказывает на
него воздействие
Водная
Наземновоздушная
Почвенная
Организменная

10.

Среда обитания
Водная
Наземновоздушная
Почвенная
Организменная
Большая плотность,
сильные перепады
давления,
относительно малое
содержание
кислорода, сильное
поглощение
солнечных лучей.
Низкая плотность,
высокое содержание
кислорода и малое
количество водяных
паров, резкие
световые и
температурные
колебания
Высокая плотность.
Дефицит или полное
отсутствие света.
Пронизана
полостями,
заполненными
смесью газов и
водными растворами
Относительная
стабильность
условий,
защищенность от
внешних врагов,
обилие
легкоусвояемой
пищи
ОБИТАТЕЛИ –
ГИДРОБИОНТЫ
ОБИТАТЕЛИ –
ТЕРРАБИОНТЫ
ОБИТАТЕЛИ –
ЭДАФОБИОНТЫ
ОБИТАТЕЛИ –
ЭНДОБИОНТЫ

11.

ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
Водная — образована всеми водоемами Земли.
Это первая среда, которую освоили живые организмы.
В водной среде выделяют несколько групп организмов: планктон,
нектон и бентос.
Планктонные организмы обитают обычно около поверхности (на
глубине от 0 до 50 м), организм не способен противостоять течению.
Планктон состоит из фитопланктона (это автотрофы, представленные
одноклеточными водорослями) и зоопланктона (это гетеротрофы,
например криль). Планктон является основой всех пищевых цепей
океана.

12.

Нектон — это активно двигающиеся организмы в толще воды, способные
противостоять течению и перемещаться на большие расстояния (рыбы,
морские млекопитающие и т. п.).
Бентос — это организмы, обитающие на дне водоемов (черви, кораллы,
моллюски и губки).
Наземно-воздушная среда — образована поверхностью почвы и нижним
слоем атмосферы.
Все организмы, обитающие в этой среде, должны иметь опорную систему.
Почвенная среда — образована почвой.
Почва — тонкий поверхностный слой суши, возникший в результате
деятельности живых организмов и неживого компонента.

13.

Почва - это самая насыщенная живыми организмами среда.
Учение о почвах было создано В. В. Докучаевым в XIX в. В процессе
жизнедеятельности микроорганизмов происходит разложение органических
остатков, что приводит к изменению состава почвы, а также к образованию
гумуса.
Гумус (перегной) — это органическая темноокрашенная часть почвы,
образующаяся в результате превращения растительных и животных остатков.
В гумусе содержатся основные элементы питания растений, которые
под воздействием микроорганизмов становятся доступными для растений.
Живые организмы как среда обитания — на каждом живом существе
обитают другие организмы: симбионты, комменсалы (нахлебники) и
паразиты.

14.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Это компоненты живой и неживой природы, влияющие на
организм, популяцию или сообщество.
По степени выносливости выделяют две группы организмов:
эврибионты (выдерживают широкий диапазон изменения силы
фактора)
и стенобионты (выдерживают узкий диапазон изменения силы
фактора).
Причем организм, эврибионтный по одному фактору, может быть
стенобионтным по другому.

15.

Экологические факторы –
это те влияния среды, которые оказывают какоелибо воздействие на организмы
Абиотические
факторы неживой
природы
Биотические
факторы живой природы
Антропогенные
факторы, вызванные
деятельностью человека

16.

Экологические факторы
Абиотические
Биотические
Антропогенные
Климатические – влияние
света, температуры и
влажности
Геологические –
землетрясение, извержение
вулканов, движение
ледников, сход селей и
лавин и т.д.
Орографические –
особенности рельефа
местности, где обитают
изучаемые организмы
Фитогенные – влияние
растений
Зоогенные – влияние
животных
Микогенные – влияние
грибов
Микробогенные – влияние
микроорганизмов, особенно
бактерий и вирусов
Сознательные действия –
воздействия, которые были
заранее запланированы
Случайные действия –
воздействия, которые не
были заранее
запланированы

17.

• Свет.
Наиболее сильно этот фактор действует на растения и другие фотоавтотрофные
организмы, т. к. они используют энергию Солнца для своих процессов.
Выделяют три группы растений:
_ светолюбивые (им требуется высокий уровень солнечного освещения, в тени
такие растения растут гораздо хуже; например, василек, подсолнечник);
_ теневыносливые (они могут переносить затенение, но хорошо растут и на свету, к
ним относятся многие лесные кустарники и травы);
_ тенелюбивые (занимают нижние ярусы в лесу или обитают глубоко в воде; это
мхи, плауны, различные водоросли).
Среди гетеротрофов есть организмы, для которых свет губителен (бактерии); но для
большинства гетеротрофов свет необходим, т. к. они используют его для ориентировки в
пространстве, охоты и т. п.

18.

Свет как экологический фактор
Биологическое действие солнечного света
обусловлено:
Спектральным
составом
Интенсивностью
освещения
Суточной и
сезонной
периодичностью

19.

Спектральный состав

20.

Задание из сборника под ред. Г.С. Калиновой
Красные водоросли (багрянки) обитают на большой глубине. Несмотря на это, в их
клетках происходит фотосинтез. Объясните, за счет чего происходит фотосинтез, если
толща воды поглощает лучи красно-оранжевой части спектра.
Пояснение.
1. Для фотосинтеза необходимы лучи не только красной, но и синей
части спектра.
2. В клетках багрянок содержится красный пигмент (фикоэритрин),
который поглощает лучи синей части спектра, их энергия
используется в процессе фотосинтеза.

21.

Интенсивность освещения
По требовательности к условиям освещенности растения
распределены на следующие экологические группы
Светолюбивые, или
гелиофиты
Теневыносливые, или
факультативные гелиофиты
Тенелюбивые, или
сциофиты
Василек луговой
Лещина
обыкновенная
Майник
двулистный

22.

Интенсивность освещения
влияет на активность животных, определяя среди них
виды, ведущие дневной, сумеречный и ночной образ жизни
Дневные
Сумеречные
Ночные
Белоголовый
орлан
Дикий кролик
Ушастая сова

23.

Суточная и сезонная периодичность
это повторение природных процессов и явлений,
обусловленное вращением Земли вокруг своей оси и вокруг
Солнца
Суточная периодичность
Сезонная периодичность

24.

Суточная и сезонная периодичность
Длина светового дня закономерно изменяется в течение года
мо мере вращения Земли вокруг Солнца

25.

Суточная и сезонная периодичность
Длина светового дня, или фотопериод, является пусковым
механизмом, последовательно включающим
физиологические процессы, приводящие:
К росту, цветению растений весной,
плодоношению летом и сбрасыванию
ими листьев осенью
С наступлением осенних дней, длительность
которых уменьшается, деревья сбрасывают
листья
К линьке и накоплению жира,
миграции и размножению у птиц и
млекопитающих, наступлению стадии
покоя у насекомых
С наступлением весенних дней, длительность
которых прогрессивно увеличивается, у птиц
появляются гнездовые инстинкты

26.

Суточная и сезонная периодичность
По необходимой длительности светового периода растения
делят на три группы:
Длиннодневные
Пшеница
Растения короткого дня
Кукуруза
Нейтральные
Горох

27.

Задание.
К какой группе по необходимой длительности светового
периода относится ячмень? Ответ поясните.
Пояснение.
Ячмень относится к длиннодневным растениям, так как для
цветения и плодоношения ему необходимо более 12-ти часов
светового дня.
Ячмень, выращенный при разной длине дня:
1 – 16-ти часовой день; 2 – 10-ти часовой день; 3 – 8-ми часовой день

28.

Суточная и сезонная периодичность
Развитие некоторых животных также зависит от длины
светового дня
Длиннодневные
Короткодневные
Бабочка белянки развивается только
в условиях длинного дня
Саранча относится к
насекомым короткого дня

29.

Абиотические — факторы неживой природы.
• Температура. Она действует везде и постоянно, влияя на скорость многих
физических процессов и химических реакций, в том числе на те, которые проходят в
живых организмах. Любой организм способен существовать лишь в определенном
диапазоне температуры, все, что выше или ниже, приводит к летальному исходу.
Есть эвритермные (обитатели лесов умеренного пояса) и стенотермные виды
(обитатели тропичеких лесов).
Все организмы по отношению к этому фактору делятся на две большие руппы:
пойкилотермные и гомойотермные.
Пойкилотермные организмы не могут поддерживать постоянную температуру
тела: у них она зависит от температуры окружающей среды. К ним относится
большинство организмов нашей планеты.
К гомойотермным организмам относятся только две группы животных — птицы
и млекопитающие. Они поддерживают определенную постоянную температуру тела
вне зависимости от внешних температур.

30.

Температура как экологический фактор
По отношению к температуре животных делят на две экологические
группы:
Криофилы
(холодолюбивые)
Белый медведь обитает в
приполярных областях в северном
полушарии Земли
Термофилы (теплолюбивые)
Крокодилы распространены
во всех тропических странах

31.

Температура как экологический фактор
По способности поддерживать постоянную температуру тела
животных делят на три группы:
Пойкилотермные
Гомойотермные
Гетеротермные

32.

Задание.
Рассмотрите рисунок и объясните, почему лягушка является пойкилотермным
животным, а собака – гомойотермным?
Пояснение.
Лягушка является пойкилотермным
животным, так как у нее
температура тела непостоянная и
зависит от температуры
окружающей среды, а собака –
гомойотермное животное, так как
ее температура тела постоянная и
не зависит от температурных
колебаний окружающей среды.

33.

Температура как экологический фактор
Температурные приспособления у животных выражены в
различного рода терморегуляциях
Химическая
терморегуляция
Пестрый дятел зимой
питается семенами ели,
которые богаты маслами,
насыщенными энергией
Физическая терморегуляция
Поведенческая
терморегуляция
Американский заяц имеет
крупные ушные раковины с
густой сетью капилляров, что
способствует теплоотдаче
Ящерица пустынная
агама, спасаясь от
нагретого песка, залезает
на ветви кустарников

34.

Температура как экологический фактор
Температурные приспособления животных к перенесению
неблагоприятного периода года
Оцепенение
(у холоднокровных)
Зимовка гадюк
Спячка (у млекопитающих)
Впадая в зимнюю спячку, суслик
максимально экономит свою энергию

35.

Температура как экологический фактор
Приспособления растений к перенесению низких температур
Зимостойкость
Морозоустойчивость
Состояние покоя
Зимостойкие растения
осенью сбрасывают
листья, а их почки
защищены чешуями
В клетках озимых злаков
накапливаются углеводы,
препятствующие
образованию клеточного льда
Однолетние растения
проходят состояние
покоя на стадии
семени

36.

• Влажность. Все живые организмы нуждаются в воде.
У большинства животных развились приспособления, позволяющие
экономить воду: специальные покровы, уменьшающие испарение; небольшие
отверстия дыхательной системы и т. п.
Наземные животные активно ищут микроклиматические условия с
подходящей им влажностью или сами создают себе такие условия (мокрицы).
Среди растений выделяют следующие экологические группы:
_ гидатофиты — это растения, полностью или почти полностью
погруженные в воду (кувшинка, элодея, многие водоросли);
_ гидрофиты обитают на мелководье или по берегам водоемов (рогоз,
тростник, ирис);

37.

_ гигрофиты живут в условиях постоянно высокой влажности — в сырых
лесах, на заболоченных участках (бегония, традесканция);
_ мезофиты предпочитают жить при средних значениях увлажнения (к ним
относится большинство деревьев и кустарников лесов умеренного пояса);
_ ксерофиты — растения, занимающие территории с условиями
недостаточного увлажнения.
Среди них выделяют суккуленты и склерофиты.
Суккуленты имеют хорошо развитую водоносную ткань (кактусы, молочаи,
агавы).
Склерофиты, наоборот, не имеют тканей с запасом воды, но
характеризуются жесткими узкими листьями и хорошо развитой склеренхимой
(полынь, ковыль, саксаул).

38.

Влажность как экологический фактор
Экологические группы растений по отношению к воде
Водные
растения, или
гидатофиты
Наземноводные
растения,
или
гидрофиты
Роголистник
Кувшинка
Растения
влажных
мест суши,
или
гигрофиты
Растения
умеренновлажных
мест суши,
или
мезофиты
Папоротник Тысячелистник
Растения
сухих мест
суши, или
ксерофиты
Кактус

39.

Задание.
Определите, к какой экологической группе относится стрелолист? Ответ поясните.
Пояснение.
Стрелолист является наземно-водным
растением, или гидатофитом, так как
частично погружено в воду.

40.

Влажность как экологический
фактор
Экологические группы животных по отношению к воде
Водные
Полуводно-наземные
Наземные
Речной рак
Лягушка прудовая
Бурый медведь

41.

Действие экологических факторов
Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные
пределы положительного влияния на живой организм. Этот закон отражает то,
как переносят живые организмы разную силу действия экологических
факторов. Его график симметричная кривая (рис.).

42. Степень воздействия экологических факторов на организм. Закон оптимума

43.

Зона оптимума — это условия, наиболее благоприятные для
жизнедеятельности особей данного вида.
В зоне угнетения условия позволяют выживать особям, но меньше
подходят для нормальной жизнедеятельности.
Верхние и нижние границы выносливости (критические точки)
— это такие значения фактора, которые особи этого вида не выдерживают;
за их значениями наступает смерть. Условия, близкие к этим точкам,
называют экстремальными.
Расстояние между верхними и нижними границами выносливости
называют толерантностью вида или диапазоном его устойчивости.
Оптимум для взрослых форм, личинок и яиц одного и того же вида
может довольно сильно отличаться.

44.

Организмы, способные выдерживать существенные колебания
фактора, называют эврибионтными (например, волки в тайге
переносят колебания температуры от –40...–35 °C зимой до +30...+35 °C
летом).
Если же для нормальной жизнедеятельности организма необходимы
довольно узкие значения того или иного фактора, то его относят к
стенобионтам (в качестве примера можно привести форель,
обитающую в температурном диапазоне +4...+6 °C).
При этом один и тот же вид может быть стенобионтом по отношению
к одному фактору и эврибионтом — по отношению к другому.

45.

Закон ограничивающего фактора (закон Либиха):
наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от
оптимального значения для данного организма. Именно от него зависит
выживание особей в данный конкретный момент времени.
Необходимо отметить, что этот закон не действует в случае
взаимозаменяемых ресурсов: увеличение количества одного может
компенсировать нехватку другого.
Иллюстрацией этого закона является так называемая "бочка
Либиха" — бочка с разной высотой планок.
Как видно из рис., налить воду выше самой нижней планки
невозможно — она будет выливаться, хотя остальные планки имеют
большую длину. По такому же принципу действует и закон
ограничивающего фактора.

46.

Пример: в почве содержатся все элементы минерального питания,
необходимые растениям, кроме фосфора.
Рост растений и урожай будут зависеть именно от фосора. Если мы
будем вносить в почву любые вещества, кроме фосфора, никакого
эффекта мы не добьемся. Таким образом, это правило имеет очень важное
практическое значение для сельского хозяйства.

47.

Закон толерантности Шелфорда:
лимитирующим фактором существования вида может быть как
минимум, так и максимум экологического фактора, а диапазон между
ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или
экологическую валентность организма к данному фактору

48. Закон Шелфорда можно доказать опытом «Влияние температуры на рост растения»

Ответьте на вопросы:
1. В каком диапазоне температур
растение чувствует себя
оптимально?
2. В каком диапазоне температур
растение способно жить?
Температура

49.

ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
ОРГАНИЗМОВ К СРЕДЕ
Большинство организмов обитает в постоянно меняющихся условиях среды, к
которым они вынуждены приспосабливаться.
Выделяют три основных направления.
Пассивные приспособления — организм переходит в состояние покоя и
"подчиняется" внешним воздействиям.
Среди таких приспособлений выделяют анабиоз и скрытую жизнь (гипобиоз —
вынужденный покой и криптобиоз — физиологический покой).
Анабиоз редко встречается в природе и характерен не для всех групп организмов:
например, он отмечен у бактерий, водорослей, нематод, коловраток, но не
встречается у позвоночных животных. При анабиозе у организма практически
полностью останавливается обмен веществ.

50.

Скрытая жизнь — это обычное явление в природе, возникающее
для пережидания неблагоприятных условий (зимний покой растений,
спячка млекопитающих, оцепенение насекомых). Ообменные процессы
организма очень сильно замедляются.
Гипобиоз возникает при прямом действии на организм
неблагоприятных факторов среды (понижение или повышение
температуры, нехватка воды и т. п.). Как только экологические факторы
приобретают нормальные значения, организмы выходят из гипобиоза и
возвращаются к обычной жизнедеятельности.
Криптобиозу
у
организмов
предшествует
длительная
физиологическая подготовка (накопление жира, понижение уровня
обменных процессов и т. п.). В основном криптобиоз связан с
сезонными климатическими изменениями, например со сменой времен
года.