Лекция № 1 - Экология и краткий обзор ее развития

Лекция № 1 - Экология и краткий обзор ее развития

« Природа – это не то, что мы получили в наследство от предков, а то, что мы взяли взаймы у потомков»

Цель лекции: познакомить студентов с основным содержанием науки экологии, ее задачами, методами и характеризовать историю развития науки.

План лекции

1. Определения экологии как науки.

2. Разделы экологии.

3. Этапы развития экологии.

4. Задачи и методы экологии.

Основные понятия по теме: экология, определение науки экологии, факторы, аутэкология, демэкология, синэкология, особь, экология растений, экология животных, экология микроорганизмов, экология человека, глобальная экология, социальная экология, промышленная экология, геоэкология, прикладная экология, история экологии.

 

Из-за экологической безграмотности или в погоне за сиюминутной выгодой многие не хотят задумываться о будущем, главное для них – получить побольше сегодня. Людей не тревожит, что рано или поздно природа предъявит им свой счет. И расплата может быть очень тяжелой. Уже сейчас в некоторых районах нашей страны жители обеспокоены даже несколько охраной природы, сколько восстановлением нормальных условий жизни. Но чтобы восстановить природную среду, необходимо знать законы, по которым она живет и развивается. Поэтому основы экологии как науки «о нашем общем доме» – Земле, должен знать каждый человек планеты. Знания основ экологии помогут разумно строить свою жизнь и обществу, и отдельному человеку; они помогут каждому ощутить себя частью великой Природы, достичь гармонии и комфорта там, где ранее шла неразумная борьба с природными силами. Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, но и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. Термин «Экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э.Геккелем 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос -дом, жилище: логос -учение).

В современном понимании экология – это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей среде или наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

Существует много определении экологии, однако подавляющее большинство исследователей считает, что экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Предлагаем следующие определения экологии как науки:

Р. Дажо: «Экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в котором они обитают». Вместе с тем он еще дает такое определение: экология – это биология окружающей среды.

Э. Макфедьен: «Экология – это наука, изучающая популяции и характеризующаяся количественным подходом к исследованию природных явлений».

Е. Одум: «Экология – это наука о структуре природы, характеризующаяся энергетическим подходом к исследованию природных явлений».

Т. Льюис и Л. Тейлор: «Экология – это наука о том, как реагируют индивиды, популяции и сообщества на изменение среды».

Н. П. Наумов: «Экология имеет дело с той стороной, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику образуемых ими популяций отдельных видов и, наконец, структуру и динамику сообществ разных видов».

С. С. Шварц: «Современная экология – это наука о путях приспособления видовых популяций к изменяющимся условиям внешней среды, наука о становлении, преобразовании и развитии видовых популяций, о законах их интеграции в биологические системы более высокого порядка, специфически приспособленные к наиболее эффективному использованию энергии в конкретных условиях среды».

В Полном словаре Н. Уэбстера (1961г., изд. 3) приведено следующее определение экологии: «Предмет экологии – это совокупность или структура связей между организмами и их средой».

В Советском энциклопедическом словаре (1990г.) экология определяется как «наука об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Объектами экологии могут быть популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом».

Проанализировав все приведенные определения, можно заметить, что все они базируются на трех ключевых понятиях: «живые системы» (организмы, популяции, биоценозы), «взаимодействия» (взаимосвязи, взаимоотношения, взаимозависимости) и «окружающая среда» (среда обитания, внешняя среда).Экология – это комплексная наука, изучающая законы существования (функционирования) живых систем в их взаимодействии с окружающей средой.

Экология, как и всякая наука, имеет два аспекта. Один –это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение: другой – применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой.

Экология относится к фундаментальным разделам биологии и представляет собой раздел или составную часть каждого таксономического подразделения. Различают экологию животных, растений, микроорганизмов. В настоящее время в экологии объективно выделяются разделы, изучающие органический мир на уровне особи, популяции, вида, экосистемы и биосферы.

Современная экология — это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов и так же, как и другие организмы, не может существовать без биоты, т. е. без совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые и составляют среду обитания человечества. Рассматривая структуру современной экологической науки, примерно соответствующую структуре естественнонаучной дисциплины в высших учебных заведениях, можно выделить три основные направления экологии.

1.Общая экология, или биоэкология, — это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:

-аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношенийорганизмов отдельного вида со средой обитания;- демэкологию или экологию популяций;

- синэкологию т. е. экологию сообществ;- экосистемную т. е. экологию биосферы

2.Геоэкология — это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы.

3.Прикладная экология — это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.

Рассматривая разделы экологии, необходимо остановиться на экологии человека. Экология человека - комплексная дисциплина, изучающая взаимодействия человека как биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим миром. Её основные задачи: раскрытие закономерностей производственно экономического, целевого и рационального освоения природных ресурсов, а также исследование естественных процессов сохранения и развития здоровья людей; выявить условия поведения человека, определить ограничение и запреты, необходимые для обеспечения дальнейшего развития нашей цивилизации.

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», возникла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384-322 до н.э.), Плиния Старшего (23-79 н.э.), Р.Бойля (1627-1691) и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям, чтобы убедиться в этом.

В истории развития экологии можно выделить три основных этапа. Первый этап - зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. ХIХ в.) На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.

Второй этап – оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. ХIХ в.) Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К.Ф. Рулье (1814-1858), Н.А.Северцова (1827-1885), В.В.Докучаева (1846-1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени.

Третий этап (50-е гг. ХХ в – до настоящего времени ) – превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Из строгой биологической науки экология превращается в значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики.

В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не только отдельных объектов, территорий, стран и т.п., но и для всего человечества. Это объясняется тем, что человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями, но, в отличие от других организмов, эти связи приняли такие масштабы и формы, что это может привести (и уже приводит) к практически полному вовлечению живого покрова планеты (биосферы) в жизнеобеспечение современного общества, поставив человечество на грань экологической катастрофы.В настоящее время остановить нарушение экологических законов можно, только подняв на должную высоту экологическую культуру каждого члена общества, а это возможно сделать прежде всего через образование, через изучение основ экологии. Что особенно важно для специалистов в области наук технического направления, в первую очередь для инженеров-строителей, инженеров в области химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и добывающей промышленности и. т.д.

Основной задачей экологии- является изучение взаимоотношения той или иной группы организмов с окружающей средой, под последней мы понимаем как физические факторы (климат, место обитания), так и живые организмы. Задача курса сводится к формированию общих основ системного взгляда на природные и техногенные процессы, как базы для оптимизации деятельности и поведения человека в окружающем мире с целью поиска путей относительно стабильного, а в дальнейшем и устойчивого развития общества, к чему призвала Конференция ООН по окружающей среде и развитию, состоявщаяся в Рио-де-Жанейро в 1992 году.

В последнее десятилетие XX в. и начале ХI в. успехи техники дали возможность на количественном уровне изучать большие, сложные системы, такие, как экологические. Необходимыми инструментами для этого послужили метод меченых атомов, новые физико-химические методы (спектрометрия, колориметрия, хроматография), дистанционные методы зондирования, автоматический мониторинг, математическое моделирование и т.д. Это позволило ученым разных стран, работающим с 1964 г. по общей Международной биологической программе (МБП), подсчитать максимальную биологическую продуктивность всей нашей планеты или тот природный фонд, которым располагает человечество, и максимально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли.

Методической основой экологии становится системный подход как особое направление исследований, ориентированное на изучение специфических характеристик сложно организованных объектов, многообразия связей между элементами, их разнокачественности и соподчинения. Использование этого метода позволяет получить целостное представление об изучаемом объекте.

 

 

Выводы:

Таким образом, экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов и их сообществ со средой обитания. Наука подразделяется на фундаментальную и прикладную. Историческое развитие экологии уходит в далекое прошлое и можно выделить три основных этапа. Все возрастающее значение экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности, в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.

Контрольные вопросы:

1.Что такое экология и предмет ее изучения?

2. Дайте определения понятия по Э.Геккелю, Е. Одуму, Т. Льюис и Л. Тейлору, Э.Макфедьену, Р.Дажо, Н. П. Наумову.

3. Перечислите этапы исторического развития экологии как науки.

4. Почему человек должен соизмерять свою деятельность с экологическим порядком?

5. Объясните, как экологические знания может повлиять на изменение качества окружающей среды.

Методические рекомендации к лекции

Для усвоения материала лекции необходимо обратить особое внимание на различные определения экологии, а так же на объекты изучения данной науки и охарактеризовать взаимоотношения ее с другими областями биологии. Во время работы по этой теме лекции акцентируйте внимание на отдельные разделы экологии, необходимо запомнить и осмыслить определения. Общие экологические подходы к рассмотрению и оценке природных явлении имеют длительную историю, поэтому изучая этапы развития экологии к приведенному в тексте материалу необходимо дальнейшее самостоятельное изучение.

 

 

Рис. Уровни организации живых организмов

 

Живые организмы постоянно воспроизводят себя в веренице поколений, что не свойственно телам неживой природы. Именно способность к размножению позволяет видам существовать в природе очень долго, несмотря на то, что каждая особь живет ограниченное время. Способность к самовоспроизведению – главное свойство жизни. Даже самый медленно размножающийся вид способен в короткое время произвести столько особей, что для них не хватит места на земном шаре. Например, всего за пять поколений, т.е. за один – полтора летних месяца, одна единственная тля может оставить более 300 млн. потомков. Если дать видам размножаться свободно, без ограничений, численность любого из них росла бы в геометрической прогрессии, несмотря на то, что одни производят за всю жизнь всего несколько яиц или детенышей, а другие – тысячи и даже миллионы зародышей, которые могут вырасти во взрослые организмы. Фактически во всех живых организмах заложена способность размножаться беспредельно. Однако не один вид не в состоянии реализовать до конца ту безграничную способность к размножению, которой он обладает. Главный ограничитель к беспредельному размножению организмов – нехватка ресурсов, самых необходимых: для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света; для животных – пищи, воды; для микроорганизмов – разнообразных потребляемых ими соединений. Запасы этих ресурсов не бесконечны, и этим сдерживается размножение видов. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющих рост и размножение организмов. Например, рост и вызревание растений сильно зависят от погоды, в частности от изменения температуры и т.д. В природе происходит также огромный отсев, гибель уже произведенных на свет зародышей или подрастающих молодых особей. Например, тысячи желудей, которые ежегодно производит один большой дуб, оказывается съеденными белками, кабанами и т.п., или поражаются грибками и бактериями, или гибнут на стадии проростков по разным причинам. В результате лишь из считанных желудей вырастают взрослые деревья. Подмечена одна важная закономерность: высокой плодовитостью отличаются именно те виды, у которых очень велика гибель особей в природе. Таким образом, высокая плодовитость не всегда приводит к высокой численности вида. Выживание, рост и размножение, численность организмов является результатом их сложных взаимодействий со средой обитания.

Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности. К окружающей среде относится вся природная среда (возникшая на Земле вне зависимости от человека) и техногенная среда (созданная человеком). Понятие окружающая среда было введено биологом Я. Юкскюлем, который считал, что живые существа и среды их обитания взаимосвязаны между собой и образуют вместе единую систему - окружающую нас действительность. В процессе приспособления к окружающей среде организм, взаимодействуя с ней, отдает и принимает различные вещества, энергию, информацию. Окружающая среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние и функционирование. Среда, обеспечивающая возможность жизни организмов на Земле, очень разнообразна.

На нашей планете можно выделить четыре качественно отличные среды жизни: водную, наземно–воздушную, почвенную и живые организмы. Сами среды жизни также очень разнообразны. Например, вода как среда жизни может быть морской или пресной, текучей или стоячей. В этом случае говорят о среде обитания. Например, озеро является средой обитания в водной среде. Организмы обитающие в водной среде – гидробионты по месту обитания подразделяются: на нектон, планктон и бентос. Нектон – это совокупность плавающих, свободно перемещающихся организмов. Они способны преодолевать большие расстояния и сильные течения (киты, рыбы, и др). Планктон –это совокупность плавающих организмов, которые перемещаются главным образом с помощью течений, не способны к быстрым перемещениям (водоросли, простейшие, ракообразные). Бентос –совокупность организмов, обитающих на дне водоемов медленно передвигающиеся или прикрепленные (водоросли, актиния и т.д.) В свою очередь, в средах обитания различают местообитания. Так, в водной среде жизни, в среде обитания –озере, можно выделить местообитания: в толще воды, на дне, у поверхности и т.д. В водной среде обитают около 150 000 видов. Основные абиотические факторы водной среды: температура воды, плотность и вязкость воды, прозрачность воды, соленость воды, световой режим, кислород, кислотность воды. Водные организмы обладают меньшей экологической пластичностью, чем наземные, так как вода –более стабильная среда, и факторы ее претерпевают сравнительно незначительные колебания. Одной из особенностей водной среды является наличие в ней большого количества мелких частиц органического вещества – детрита, образующегося за счет отмирающихся растений и животных. Детрит для многих водных организмов представляет собой высококачественную пищу, поэтому некоторые из них, так называемые биофильтраторы, приспособлены добывать его с помощью специальных микропористых структур, процеживая воду и задерживая взвешенные в ней частицы. Такой способ питания называется фильтрацией: к биофильтраторам относятся двустворчатые моллюски, сидячие иглокожие, асцидии, планктонные ракообразные и другие. Животные – биофильтраторы играют большую роль в биологической очистке водоемов.

Организмы обитающие на поверхности Земли, окружены газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью и давлением, а также высоким содержанием кислорода. Действующие в наземно-воздушной среде экологические факторы отличаются рядом специфических особенностей: по сравнению с другими средами свет здесь действует интенсивнее, температура претерпевает более сильные колебания, влажность значительно изменяется в зависимости от географического положения, сезона и времени суток. Воздействие почти всех перечисленных факторов тесно связано с движением воздушных масс – ветрами. У организмов – обитателей наземно-воздушной среды в процессе эволюции выработались специфические анатома – морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. У них появились органы, обеспечивающие непосредственное усвоение атмосферного воздуха; сильное развитие получили скелетные образования, поддерживающие тело в условиях незначительной плотности среды; вырабатывались сложных приспособления для защиты от неблагоприятных факторов; установилась более тесная связь с почвой; выработалась большая подвижность животных в поисках пищи; появились летающие животные и переносимые воздушными течениями плоды, семена, пыльца растений. Для наземно-воздушной среды характерна четко выраженная зональность; различают широтные и меридиональные, или долготные природные зоны. Первые тянутся с западе на восток, вторые с севера на юг.

Почва как среда жизни обладает своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Почвенные организмы по степени связи со средой обитания разделяются на три основные группы:

- геобионты – постоянные обитатели почвы, весь цикл их развития протекает в почве (дождевые черви);

- геофилы – животные, часть цикла развития которых проходит в почве. К ним относятся большинство насекомых: саранчовые, комары, долгоножки, жуки и т.д.;

- геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, грызуны, млекопитающие, живущие в норах).

По размерам и степени подвижности почвенные обитатели делятся на группы:

- микробиота – почвенные микроорганизмы, составляющие основное звено детритной пищевой цепи (зеленые и сине-зеленые водоросли, бактерии, грибы, простейшие);

- мезобиота – сравнительно мелкие подвижные животные насекомые, дождевые черви и другие животные вплоть до роющих позвоночных;

- макробиота – крупные относительно подвижные насекомые, дождевые черви и другие животные (роющие позвоночные).

Верхние слои почвы содержат массу корней растений. В процессе роста, отмирания и разложения они разрыхляют почву, создавая определенную структуру, а вместе с тем и условия для жизни других организмов. Количество организмов в почве огромно, однако в связи со сглаженностью экологических условий все они отличаются «выравненностью группового состава», кроме того, для них характерна повторяемость в различных климатических зонах.

Для животных и растений, ведущих паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются (хозяин), является специфической средой обитания, т.е. организм хозяина для паразита является средой обитания. Многие паразиты почти полностью утратили связь с внешним миром – все стадии их развития проходят в организме хозяев. Между паразитами и хозяевами в процессе эволюции возникли сложные взаимоотношения. Выделяют три пути возникновения паразитизма: «квартирантство» – когда более мелкий организм поселяется в жилище более крупного или с близи него и со временем переходит на тело хозяина, а затем и внутрь, переключаясь на питание за счет его пищи или соков и тем самым причиняя ему вред. Так квартирант превращается в паразита; «хищничество» – если хищник нападает на крупную добычу, которую не может уничтожить и съесть сразу, он прикрепляется к ней и постоянно питается тканями или соками ее тела. При определенных условиях такой хищник проникает внутрь тела хозяина и превращается в паразита. Случайное проникновение – крупные животные могут заглатывать с пищей мелкие организмы: некоторые из них не погибают, а приспосабливаясь к новым условиям, превращаются в паразитов. Все паразиты делятся на две группы: эктопаразиты – наружные паразиты, обитающие на поверхности тела хозяина (клещи, пиявки, блохи) и эндопаразиты – внутренние паразиты, живущие внутри тела хозяина (большинство гельминтов, вирусов, бактерий, паразитические простейшие). У животных и у растений, ведущих паразитический образ жизни, выработались многочисленные приспособления к паразитированию в виде анатомо – морфологических и физиологических особенностей. При ухудшении условий среды многие виды способны приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жизни. Такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом – (ана- нет, биос - жизнь). Глубокий анабиоз – это полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании организмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопровождалась нарушением внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способны. Однако замедление жизнедеятельности в неблагоприятных условиях – явление широко распространенное. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют скрытой жизнью. К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зимний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких обитателей – в пересыхающих водоемах. Скрытая жизнь – очень важное экологическое приспособление. Это способ переживать неблагоприятные изменения среды обитания. При восстановлении необходимых условий организмы вновь переходят к активной жизни. Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом затраты на свое существование.

Другой, прямо противоположенный способ выживания организмов связан с поддержанием постоянства внутренней среды, несмотря на колебания воздействий внешних факторов. Например, птицы и млекопитающие – поддерживают внутри себя постоянную температуру, оптимальную для биохимических процессов в клетках тела. Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях. Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших затрат энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания – избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, которые могут перемещаться в пространстве.

Все три способа выживания могут сочетаться у представителей одного и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную температуру тела, но многие из них способны регулировать водный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия.

Таким образом главные способы выживания организмов при ухудшении условий – либо временный переход в неактивное состояние, либо сохранение активности при дополнительных затратах энергии, либо избегание неблагоприятного фактора и перемена мест обитания. Каждый вид осуществляет эти способы по-своему.

 

Выводы:

Таким образом, выделяют основные уровни организации живых систем от молекулярного до биосферного, где каждый уровень характеризуется определенной совокупностью свойств и экология изучает начиная с организменного уровня. Живым организмам присуще свойство – способность к самовоспроизведению, а также приспособляемость к условиям окружающей среды. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы.

Контрольные вопросы

1. Какие уровни биологической организации являются объектами изучения экологии?

2. Что такое среда обитания, и какие среды заселены организмами?

3. Почему следует говорить о зависимости живых существ не только от окружающей среды, но и об их влиянии на нее?

4. Что способствует выживанию вида?

5. Перечислите основные среды обитания?

6. Почему некоторые организмы впадают в состояние анабиоза? В чем экологический смысл этого процесса?

Методические рекомендации к лекции

Для усвоения материала лекции необходимо хорошо представить схему уровней биологической организации, которая отражает иерархию природных систем, где свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Обязательно нужно учесть, что экология изучает уровни организации начиная от организмов до биосферы, где организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой. Для правильного понимания взаимодействий организма со средой преподаватель заостряет внимание студентов на следующие моменты: организм обладает способностью к самовоспроизведению, причем численность видов в природе достигает определенных пределов; живым организмам присущи движение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования – адаптация. В процессе изучения понятия адаптации студенты должны усвоить, что организмы взаимодействуя с окружающей средой обитания приобретают выгодные признаки, обеспечивающие ему наиболее оптимальные условия для жизни, и уметь подкрепить это положение примерами: на лугу много злаков и бобовых, их корневые системы располагаются на разных уровнях; в лесу растут теневыносливые травянистые растения и т.д.

 

Лекция № 3 -Экологические факторы

 

Цель лекции: дать понятие об экологических факторах, их разнообразии, классификации, об основных законах экологии и разъяснить значимость этих законов для правильного понимания взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

План лекции:

1. Понятие о факторах среды

2. Классификация экологических факторов.

3. Законы экологии.

4. Влияние абиотических факторов на живые организмы

Основные понятия: экологический фактор, абиотический фактор, биотический фактор, антропогенный фактор, гелиофиты, эврибионтность, стенобионтность, экологические законы оптимума, Либиха, толерантности, Коммонера, пессимум, критические точки, лимитирующий фактор, экстремальное условие.

 

Любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, называют экологическим фактором. Фактор (от лат. factor — делающий, производящий) — движущая сила, причина какого-либо процесса, явления. Под экологическими факторами понимается условия среды, на которые организмы реагирует приспособительными реакциями, или адаптациями, так же важным свойствам экологического фактора является его нерасчленяемость на более простые элементы среды. За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов. Действие экологического фактора может быть не прямым, а посредственным, т.е. в этом случае он воздействует через многочисленные причинно-следственные связи. Любой организм в окружающей среде подвергается воздействию огромного числа экологических факторов. Экологические факторы многообразны, при этом каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды и его ресурса. Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros – широкий), маловыносливые – стенобионтными (stenos –узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Так, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы; к концентрации солей – эври- и стенгалинные; к свету - эври- и стенофотные; к видам пищи –эври- и стенофагные. Эврибионтность обычно способствует широкому распространению видов. Как известно, многие простейшие, грибы (типичные эврибионты) являются космополитами и распространены повсеместно. Стенобионтность же обычно ограничивает ареалы.

Экологические факторы среды подразделяются на три группы: абиотические или абиогенные - факторы косной (неживой) природы; биотические или биогенные.- факторы живой природы; антропогенные – факторы,порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду. Факторы неживой природы или абиотические факторы- это комплекс условий окружающей среды, влияющих на живой организм. К ним относятся климатические, атмосферные, почвенные (эдафические), геоморфологические (орографические), гидрологические и др. Факторы живой природы или биотические - это влияние одних организмов или их сообществ на другие. Эти влияния могут быть со стороны растений (фитогенные), животных (зоогенные), микроорганизмов, грибов и т.п. Антропогенные факторы – это совокупность влияний деятельности человека на окружающую среду. В их числе различают прямое влияние на организмы (например, промысел) и косвенные - влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т.п).

Экологические факторы динамичны, изменчивы во времени и пространстве. Теплое время года регулярно сменяется холодным, в течение суток наблюдается колебание температуры и влажности, день сменяет ночь и т. п. Все это природные (естественные) изменения экологических факторов, однако в них может вмешиваться человек. Антропогенное влияние на природную среду проявляется в изменении либо режимов экологических факторов (абсолютных значений или динамики), либо состава факторов (например, разработка, производство и применение не существовавших ранее в природе средств защиты растений, минеральных удобрений и др.). В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальным (общими) по отношению к организмам, к таким закономерностям относятся закон оптимума, закон взаимодействия факторов, закон лимитирующих факторов и некоторые другие.

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения –зоны пессимума –это условия при которых жизнедеятельность организма максимального угнетается, но он еще может существовать, как показано на рис. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменениям фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы, для выживания. Такие условия называют экстремальными.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальное количество видов и плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковые. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относится к группе эврибионтов (греч. эури- широки). Организмы с узким диапазоном адаптации к фактором называются стенобионтами (греч. стенос-узкий). Например, растение недотрога вянет6 если воздух не насыщен водяными парами, в ковыль хорошо переносит изменения влажности и н не погибает даже в засуху; чем больше значения факторов удаляются от оптимальных, тем меньше видов может приспособиться к жизни в таких условиях. Например, на дне самых глубоководных океанических впадин, давление достигает более 1000 атмосфер, обнаружено всего около 20 видов многоклеточных животных, на глубинах в 6 км – 140, а в поверхностных слоях океанов многие тысячи видов.

Закон минимума Либиха. Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества или какие-нибудь другие факторы, а их определенный режим. Реакция организма зависит от количества (дозы) фактора. Кроме того, живой организм в природных условиях подвергается воздействию многих экологических факторов (как абиотических, так и биотических) одновременно. Растения нуждаются в значительных количествах влаги и питательных веществ (азот, фосфор, калий) и одновременно в относительно «ничтожных» количествах таких элементов, как бор и молибден. Любой вид животного и