Основные понятия и закономерности экологии

1.

Основные понятия и
закономерности экологии
Божко Г.Г.

2.

Экология (греч. oikos – жилище, местопребывание) наука о взаимоотношениях живых организмов между
собой и с окружающей средой.
Кроме того, данная наука позволяет определить
оптимальные формы взаимоотношений природы и
человеческого общества.

3.

ПРАВИЛА ЭКОЛОГИИ. Б. Коммонер (1974 г.)
• Всеобщей связи процессов в биосфере: все связано со всем.
Классический пример «жертва-хищник»
• Безотходность биосферных технологий: все должно куда-то
деваться. В природе не существует такой вещи как «мусор». В любой
природной системе экскременты и отбросы одних организмов служат
пищей для других. Отходы производства не исчезают, а вовлекаются в
круговорот. Соли ртути (лампы дневного света) попадая в почву
вымываются дождем в водоемы и накапливаются в рыбе и по цепи
питания – в человека. Ртуть – ядовитое вещество поражающее печень и
почки.
• Рациональности природных веществ и соединений: природа знает
лучше. Синтезированные новые органические вещества отличающиеся
от природных не найдут редуцентов и будут накапливаться.
• Целостности и рациональности построения биосферы: ничто не
дается даром. Достижения науки вызвали рост промышленности,
которая исходила из принципа неисчерпаемости природных ресурсов.
Это породило ряд экологических проблем: отравление воздуха, воды и
почвы; недостаток чистой воды, кислорода в воздухе; истощение
минеральных ресурсов; эрозия почв и т.д.

4.

Структура экологии

5.

Разделы классической экологии
• Аутэкология (греч. autos- сам) – изучает взаимодействие
отдельных организмов или групп этих организмов с
окружающей средой (т.е. действие среды на отдельные
особи).
• Демэкология (греч. demos - народ), или популяционная
экология - группировки особей одного вида, совместно
проживающих на определенной территории и способные к
устойчивому воспроизводству (динамика популяций)
• Синэкология (греч. syn - вместе), или биоценология –
изучает взаимодействие сообществ организмов различных
видов между собой, а также с окружающей их
абиотической средой. Она изучает экосистему и биосферу.
• В последние годы выделили еще два направления:
Глобальная экология – изучает биосферу в целом;
Социоэкология – изучает проблемы взаимодействия
природы и общества.

6.

Среда обитания и факторы среды
• Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой
организм и с которой он взаимодействует.
• Водная, Наземно-воздушная, Почвенная, Организменная.
Экологические факторы среды
• Абиотические – все влияющие на организм элементы неживой
природы.
физические (Свет, температура, влажность)
химические (состав атмосферы, органические и минеральные вещества
почвы, рН среды, соленость)
механические (рельеф местности, движение почвы и воды, ветер, оползни
и др.)
Например: форма тела одних животных обеспечивает передвижение в воде,
других – в воздухе, в почве.
• Биотические – всевозможные взаимодействия, которые возникают
между организмами (хищничество, паразитизм, симбиоз.)
• Антропогенные – человек и все формы его деятельности, которые
приводят к изменению природы как среды обитания других видов или
непосредственно сказываются на их жизнь.

7.

Закономерности действия экологических факторов
• «закон минимума»
Либиха Ю. (1840)
Выносливость организма
определяется
самым слабым
звеном в цепи его
экологических
потребностей
Фактор среды ощущается
организмом лишь в
определенных пределах,
т.е. реакция организма
зависит от дозировки
фактора.

8.

Закономерности действия экологических факторов
• Закон толерантности В. Шелфорда (1913)
• Лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток таких
факторов, как свет, тепло, вода, то есть по отношению к любому
экологическому фактору организм обладает определенным диапазоном
выносливости, или толерантности

9.

Способность организма адаптироваться к определенному
диапазону изменения экологического фактора называется
экологической пластичностью
По степени пластичности различают два типа организмов:
• Стенобионтные ( от греч. Stenos - узкий) – виды с узкой
экологической пластичностью
• Эврибионтные (от греч. eurus - широкий) - виды с широкой
экологической пластичностью

10.

По отношению к температуре
• Стенотермные – морские беспозвоночные обитают при +30 0С,
реже 38, обитатели крупных водоемов не подвергаются перегреванию.
• Эвритермные - пресноводные животные выдерживают промерзание и
нагревание + 41 и 44 0С
• Процесс приспособления строения и функций организмов к условиям
среды называется – адаптацией.
• Генотипически обусловлено, что все организмы имеют адаптивные
возможности изменяться в определенных пределах, приноравливаться к
колеблющимся факторам среды, как правило сохраняя постоянство
гомеостаза.
• Физиологическая адаптация.
• Пойкилотермные (греч. poikilos – различный, переменный) –
температура тела непостоянная и зависит от среды (земноводные,
пресмыкающиеся)
• Гомойотермные (греч. homoios - подобный) – имеют постоянную
температуру тела, независимо от температуры окружающей среды. Птицы
и млекопитающие.

11.

Морфологические адаптации к температуре
Правило Бергмана – при продвижении на север средние размеры тела в
популяциях теплокровных животных увеличиваются. При увеличении
размеров уменьшается относительная поверхность тела, а значит и
теплоотдача.
Закон (правило) Аллена
(1877г.)
Выступающие части тела
теплокровных животных
(конечности, хвост, уши)
относительно увеличиваются по
мере движения от севера к югу в
пределах ареала одного вида.
Явление вытекает из принципа
уменьшения теплоотдачи при
сокращении отношения
поверхности тела к объему.

12.

Демэкология: экология популяций
• Популяция – это группа особей одного вида, населяющих
одну территорию, скрещивающихся и дающих потомство.
• Характеристика популяций: Пространственное
распределение (равномерное, случайное, групповое),
численность, плотность (рождаемость, смертность)
• Структура популяции: Половая, возрастная, генетическая,
поведенческая (одиночный или групповой, оседлый или
кочевой образ жизни)
• Демографические показатели популяции: плотность
расселения, численность, скорость роста,
продолжительность жизни, количество производимого
потомства.
• Географические границы распространения вида и
популяции – ареал.

13.

Синэкология – это экология сообществ
• Биоценозы – это совокупность организмов, обитающих на одной
территории, связанных в цепи питания и оказывающих друг на друга
определенное влияние. Взаимозависимость такова. Что изменение
одного вида отражается на изменение другого вида или биоценоза в
целом. Биоценоз зависит от внешних факторов среды (пищевые цепи,
ярусность, экологические ниши)
• Взаимоотношения между организмами, связанные с питанием,
приводят к возникновению цепей питания. Источником энергии, за
счет которой существуют все организмы, является Солнце.
• Звенья пищевой цепи:
Продуценты,
консументы,
редуценты

14.

Правило экологической пирамиды
(Р. Линдеман)
С одного трофического уровня
экологической
пирамиды
переходит на другой, более
высокий ее уровень
(по
лестнице:
продуцентыконсументы) в среднем около
10%
поступившей
на
предыдущий уровень энергии.
Каждая цепь питания включает,
как правило, не более 4-5 звеньев,
так как из-за потери энергии
общая
биомасса
каждого
последующего звена примерно в
10 раз меньше предыдущего
В каждом последующем звене
убывает и число особей
• Соотношение биомассы
на 1 га.

15.

Биогеоценоз – элементарная единица биогеоценотического уровня
организации жизни
Биогеоценоз – это динамическое
и
устойчивое
сообщество
растений,
животных
и
микроорганизмов, находящееся в
постоянном взаимодействии и
непосредственном контакте с
компонентами
атмосферы,
гидросферы и литосферы
Экосистемы
могут
иметь
произвольные
границы
(от
аквариума, космического корабля
до биосферы в целом), в то время
как биогеоценоз всегда занимает
определенную
территорию
(озеро, широколиственный лес и
т.д.)

16.

Связи в биоценозе:
трофические (цепи питания.);
топические (любое физическое или
химическое, изменение условий
обитания одного вида в результате
жизнедеятельности другого (внутренний
паразитизм, лишайники на стволах
деревьев, морские желуди на коже
китов);
форические ( это участие одного вида в
распространении другого (пассивно и
активно);
фабрические (отношения, в которые
вступает вид, использующий для своих
сооружений (фабрикации) продукты
выделения, либо мертвые остатки, либо
даже живых особей другого вида (
птицы для построения гнезд используют
ветки, шерсть, траву, пух; личинки
ручейников строят домики из кусочков
веток, листьев, раковин)
Чем разнообразнее абиотическая среда
сообщества, тем большее количество
видов может освоить биоценоз.
Нем. зоолог А. Тинеманн сформулировал
правило числа видов и числа особей: чем
больше видов – тем меньше особей.
А. Уоллес: «за день в тропических лесах
можно поймать по одной бабочке ста
видов».
Признаки устойчивости биогеоценозов
• Большое видовое разнообразие
• Наличие неспециализированных видов
• Слабая степень отграниченности от
соседних экологических систем
• Большая биомасса

17.

Одни виды могут покидать сообщество, а другие появляются в нем.
Эти изменения вызываются следующими причинами:
Катастрофы – естественные или происходящие по вине человека.
Сезонность – изменение температуры, количества осадков, солнечной
активности и ветра и т.д.
Сукцессия – долговременные направленные изменения, вызываемые
взаимодействием членов сообщества. Развитие биоценозов, при котором
имеет место замещение во времени одного сообщества другим, называют
экологической сукцессией ( от лат. successio - преемственность)
Сукцессия завершается климаксом – образованием сообщества, видовой
состав которого в дальнейшем изменяется незначительно
Скорость сукцессии по мере приближения к состоянию климакса снижается
Пример сукцессии – зарастание некрупных пресноводных водоемов,
обуславливает трансформацию водного биогеоценоза в биогеоценоз
болотного типа
Чистая первичная продукция – это прирост биомассы за единицу времени
продуцентами и она является резервом пищи для гетеротрофных
организмов
Прирост за единицу времени биомассы консументов составляет вторичную
продукцию экосистемы.

18.

Эволюция биогеоценозов
Сукцессия – это заселение любой
территории, пригодной к жизни по
набору абиотических факторов
Первичная сукцессия – развитие
растительности в местообитаниях,
где прежде растений не было (на
голом незаселенном грунте - голые
скалы, отмели, сыпучие пески.)
Вторичная
сукцессия,
или
восстановительная – развитие
растительности
в местах с
предшествующим,
но
разрушенным
растительным
покровом (после лесного пожара,
рубки леса, вспашки целины). В
этих случаях уничтожаются не все
элементы экосистемы, остается
сформированная
живыми
организмами почва, сохраняются
семена,
корневища,
споры,
выживают
некоторые
виды
животных.
Время
первичных
сукцессий
исчисляется в природе сотнями лет,
вторичные происходят быстрее.

19.

Агроценозы • Это искусственные экосистемы (созданные человеком), отличающиеся
от естественных биогеоценозов следующими особенностями:
1. Видовое разнообразие организмов резко снижено
2. Преобладание монокультуры, поэтому пищевые цепи укорочены
3. Естественный отбор заменяется искусственным
4. Кроме солнечной энергии необходимы затраты дополнительной
энергии: химической в виде удобрений, механической и др.
5. Различия в балансе питательных веществ
6. Высокая продуктивность (урожайность)
7. Биогеоценоз – саморегулирующаяся система, агроценоз регулируется
человеком
8. Не может длительно существовать без вмешательства человека

20.

Биосфера (греч. bios- жизнь, sphaire - пленка) – живая оболочка Земли
• Понятие о биосфере впервые ввел в науку Ж.-Б. Ламарк в 1803 г.
для обозначения всей совокупности живых организмов, обитающих на
земном шаре.
• Термин воскресил в труде «Лик Земли» (1875) австрийский ученый
Э. Зюсс.
• Учение о биосфере в современном понимании было сформулировано
В. И. Вернадским в работе «Биосфера» (1926): «Биосфера- это
планетное явление космического характера и она должна
рассматриваться как «область превращения космической энергии»
• В. И. Вернадский отмечал, что биосфера является термодинамической
оболочкой с температурой от +50оС до -50оС и давлением около 1
атмосферы, эти условия составляют границу жизни для большинства
организмов.
• Б. Коммонер (1973)использует термин экосфера – экологическая сфера –
биологическая система, включающая живые организмы и окружающую их
среду, с которой они взаимодействуют.
• Экосфера как синоним биосфера.

21.

Оболочки биосферы
• Атмосфера; Гидросфера; Литосфера

22.

По В. И. Вернадскому
Биосфера – это такая оболочка, в которой существует
или существовала в прошлом жизнь и которая
подвергается воздействию живых организмов.
Она включает в себя:
1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов;
2. Биогенное вещество, которое создается в процессе
жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный
уголь, нефть, известняки)
3. Косное вещество, которое формируется без участия живых
организмов
(продукты
тектонической
деятельности,
метеориты);
4. Биокосное вещество, представляет собой совместный
результат жизнедеятельности организмов и небиологических
процессов (почва)

23.

Границы жизни
Верхняя граница проходит на
высоте 20 км от поверхности
планеты и отграничена слоем
озона. Жизнь может
существовать в тропосфере и
нижних слоях стратосферы.
В гидросфере организмы
проникают на глубину Мирового
океана до 10 – 11 км.
В литосфере жизнь встречается
на глубине 3,5 – 7,5 км, что
обусловлено температурой
земных недр и уровнем
проникновения воды в жидком
состоянии.

24.

Круговорот веществ в природе
• Основных круговоротов веществ в природе два:
большой
(геологический)
и
малый
(биогеохимический).
Большой - обусловлен взаимодействием солнечной
энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет
перераспределение веществ между биосферой и более
глубокими горизонтами Земли. Например, круговорот
воды между сушей и океаном через атмосферу.
• Малый – совершается в пределах биосферы. Сущность
его в образовании живого вещества из неорганических
соединений в процессе фотосинтеза и в превращении
органических веществ при разложение вновь в
неорганические соединения.

25.

• Макротрофные вещества – элементы, которые составляют
химическую основу тканей живых организмов. К ним
относятся: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий,
кальций, магний, сера.
• Микротрофные вещества – элементы необходимые для
существования живых систем, но в исключительно малых
количествах. Такие вещества называются микроэлементами:
железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор,
ванадий и кобальт.
• Хотя микротрофные элементы необходимы для организмов
в очень малых количествах, их недостаток может сильно
ограничивать продуктивность, так же как и нехватка
биогенных элементов.
• В отличие от энергии биогенные элементы могут
использоваться неоднократно: круговорот – их характерная
черта.

26.

Расщепляется вода при фотосинтезе и снова синтезируется при
дыхании за 2 млн. лет

27.

Полный оборот СО2Полный оборот СО2 через фотосинтез
за 300 лет; О2 за 2000-2500 лет
через фотосинтез за 300
• Полный оборот СО2 через фотосинтез за
300 лет; О2 за 2000-2500 лет

28.

29.

Благодаря биотическому круговороту живое вещество
выполняет функции:
• Газовая – осуществляется зелеными растениям при фотосинтезе и
всеми организмами в результате дыхания
• Концентрационная – накопление химических элементов Благодаря
этой функции живые организмы могут служить для человека
источником как полезных (витаминов, аминокислот), так и опасных для
здоровья веществ (тяжелых металлов, радиоактивных элементов,
ядохимикатов).
• Энергетическая – за счет аккумулирования солнечной энергии
растениями в процессе фотосинтеза
• Деструктивная -обуславливает процессы, связанные с разложением
мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и
вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот.
• Окислительно-восстановительная – окисление веществ в процессе
жизнедеятельности. В почве образуются окиси, соли. Бактерии создают
известняки, руды и т.д.
• Стабильность биосферы (гомеостаз) определяется наличием
продуцентов, консументов и редуцентов.

30.

• Ноосфера (греч. noos-разум; sphera - шар).
• Ноосфера вначале (фр. философом Э. Леруа в 1927 г.)
представлялась как своеобразная «мыслящая»
оболочка Земли, которая зародившись в конце
третичного периода, разворачивается над
растительным и животным миром – вне биосферы.
• В. И. Вернадский переосмыслил содержание этого
понятия и создал учение о биосфере. Ноосфера – это
такое состояние биосферы, когда ее развитие
происходит целенаправленно, когда разум имеет
возможность направлять развитие биосферы в
интересах эволюции человека.
• Сейчас человечество использует для своих нужд все
большую часть территории планеты и все большее
количество минеральных ресурсов

31.

Резюме
• Биосфера, как утверждал В. И. Вернадский, должна
закономерно перейти в ноосферу, поскольку,
познавая законы природы и развивая технику,
человечество должно придать ей черты новой, более
высокой организованности. При этом человечество
становится мощной силой, сравниваемой по
воздействию с геологической силой.
• Осознав огромную ценность жизни в биосферных
рамках, катастрофические последствия ее
преобразования, человек должен проникнуться
экологическим мышлением и перейти к
равноправному сотрудничеству с природой.

32.

А.Л.Чижевский – биофизик, основоположник гелиобиологии
Показал, что мир космический и мир земной биосферы представляет
собой единое целое.
В 1918 году он открыл биогенное действие электрических зарядов на
организм. Он первым установил, что отрицательные ионы кислорода
благотворно действуют на все функции организма, улучшают состояние
здоровья, излечивают многие заболевания, продлевают жизнь.
Он обратил внимание, что периодичность солнечного излучения равна 11
годам.
Ноосфера (греч. noos-разум;
sphera - шар).
Ноосфера вначале (фр. философом Э. Леруа в 1927 г.) представлялась как
своеобразная «мыслящая» оболочка Земли, которая зародившись в конце
третичного периода, разворачивается над растительным и животным
миром – вне биосферы.
В.И.Вернадский переосмыслил содержание этого понятия со своим
учением о биосфере. Ноосфера, по Вернадскому, - биосфера,
преобразованная трудом человека и измененная научной мыслью.
Сейчас человечество использует для своих нужд все большую часть
территории планеты и все большие количества минеральных ресурсов