Биоиндикация по возрасту хвои сосны.

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные). Сущность биоиндикации в том, что определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида.

Индикаторы - виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений.

Биологический мониторинг - при изучении степени загрязнения окружающей среды важна реакция организмов на загрязнители. Систему наблюдений за этой реакцией.

Хвойные растения также чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3-4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения.

Под влиянием токсиканта у сосны происходят следующие изменения:

1) Уменьшение продолжительности жизни хвои

2) Отмирание побегов

3) Появление некрозов (омертвление тканей)

4) Изреживание кроны

5) Уменьшение ширины годичных колец

У сосны происходит изреживание кроны, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Скорость поступления фитотоксиканта сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные хвоинки поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Растение интенсивно накапливает в тканях серу. Молодые хвоинки (молодые деревья) активнее поглощают сернистый газ, чем старые. Поэтому возраст сосновой хвои указывает на степень загрязнения. При концентрации сернистого газа 1:1000000 хвоя сосны опадает. Фотосинтез полностью прекращается.

Появление некрозов (омертвление тканей) чаще проявляется на хвоинках сосны под влиянием загрязняющих веществ. Различают следующие виды некрозов:

1) краевой некроз (по краям хвоинки);

2) срединный некроз;

3) точечный – отмирание тканей листа в виде пятен, рассыпанных по всей поверхности хвоинки.

Исследование: При проведении работы для получения достоверных результатов обычно отбирают 200 хвоинок. Разбор их проводится в лаборатории. Все хвоинки делятся на группы в соответствии с выше приведенными классами усыхания и повреждения. После этого данные нынешнего года сравнивают с предыдущими и находят изменения, либо сравнивают полученные результаты из районов загрязнения и контрольного. При проведении данной работы можно также провести оценку продолжительности жизни хвои. Каждая мутовка сверху – год жизни дерева. Определив класс повреждения и продолжительность жизни хвои, можно оценить класс загрязненности воздуха

БИОИНДИКАЦИЯ.

Биоиндикация – это оценка состояния окружающей среды по реакции живых организмов (растения, животные).

Основная задача: разработка методов и критериев, адекватно отражающих уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения.

Сущность: определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида.

Индикаторы - виды, которые позволяют выявить специфические особенности среды. Биоиндикация дает возможность судить об изменениях состояния среды и прогнозировать направление этих изменений.

Применение в экологии:

Биоиндикация используется в экологических исследованиях, как метод выявлення антропогенной нагрузки на биоценоз. Метод биоиндикаторов основан на исследовании воздействия изменяющихся экологических факторов на различные характеристики биологических объектов и систем. В качестве биоиндикаторов выбирают наиболее чувствительные к исследуемым факторам биологические системы или организмы. Изменения в поведении тест-объекта оценивают в сравнении с контрольными ситуациями, принятыми за эталон. Например, при оценке экологического состояния поверхностных вод в качестве биоиндикаторов используют наблюдение за поведением дафний, моллюсков, некоторых рыб и т.п.

Биоиндикация осуществляется на различных уровнях организации биосферы:

1) Макромолекулы

2) Клетки

3) Органа

4) Организма

5) Популяции

6) Биоценоза.

Совокупность действий:

1) выделение 1 или нескольких факторов среды

2) сбор полевых и экспериментальных данных

3) некоторым образом (например посредством визуального сравнения) делается сравнение и вывод об индикаторной значимости какого – либо вида или группы видов.

Назначение:

1) адекватно отражать уровень воздействия среды

2) диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.

БИОСФЕРА И БИОЦЕНОЗ.

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

Владимир Иванович Вернадский – русский и советский ученый 20 века, занимавшийся в том числе исследовательской деятельностью в области биологии и экологии. Деятельность Вернадского оказала огромное влияние на развитие наук о Земле.

 

 

Биосфера охватывает:

1) Нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км)

2) Верхнюю часть литосферы (кора выветривания)

3) Всю гидросферу до глубинных слоев океана.

В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни».

На развитие жизни и границы биосферы оказывают влияние многие факторы:

1) Наличие кислорода

2) Углекислого газа

3) Воды в ее жидкой фазе.

4) Слишком высокие или низкие температуры.

5) Элементы минерального питания.

Современная или необиосфера - та часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящем.

Древние биосферы, относящиеся к палеобиосфере это безжизненное скопление вещества.

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

1) Живое

2) Биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке)

3) Косное (образовавшееся вне жизни)

4) Биокосное (возникшее на стыке живого и неживого, например: почва)

5) Вещество в стадии радиоактивного распада

6) Рассеянные атомы

7) Вещество космического происхождения.

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.

4) Представление о возникновение, о развитие растений в процессе длительной эволюции, в результате взаимодействия абиотических и биотических факторов.

Биоценоз – совокупность всех живых существ, населяющих более или менее однородный участок суши или водоема, характеризующийся определенными отношениями между организмами и приспособлен к условиям окр. среды. Несмотря на то, что каждый биоценоз может состоять из 1000 видов растений и животных, большинство 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

БИОТОП И ЭКОСИСТЕМА.

Экосистема - единый естественный комплекс, образованный за длинный период живыми организмами и средой, в которой они существуют, и где все компоненты тесно связаны обменом веществ и энергии.

Выделяют экосистемы:

1) Микроэкосистемы (пенек с грибами, небольшое болото)

2) Мезоэкосистемы (участок леса, озеро, водохранилище)

3) Макроэкосистемы (континент, океан). Глобальной экосистемой является биосфера нашей планеты.

Различают экосистемы:

1) водные

2) наземные экосистемы.

При этом в одной природной зоне встречается множество сходных экосистем – или слитых в однородные комплексы или разделенных другими экосистемами.

Экосистема — это совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой посредством обмена веществом, энергией, информацией и сохранения устойчивости в течении длительного времени. (Впервые термин ввел Тэнсли в 1935 году).

Экосистема имеет 2 компонента:

1) Биотический (живой)

2) Среда обитания (не живой).

Между ними осуществляется взаимосвязь посредством обмена веществом, энергией, информацией.

Экосистема = среда обитания + экологические факторы + биотические факторы + биотическая структура (продуценты, консументы, редуценты).

Главные свойства экосистем:

1) Эмерджентность — свойства целого не равно сумме свойств его частей.

2) Непрерывность.

3) Эмерджентность возникает как в результате взаимодействия компонентов, а не как суммирование.

Биотоп или экотоп – абиотический компонент, существующих в каждой наземной экосистеме. Участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями;

Биотический компонент – сообщество.

Биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп.

Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз.

Биогеоценоз = (биотоп + биоценоз) - элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. (Термин ввел В.Н.Сукачев).

Каждая экосистема имеет определенную функциональную структуру.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различимые по способу питания:

1) автотрофы (“самопитающиеся”)

2) гетеротрофы (“питающиеся другими”).

3) Консументы –потребители органического вещества живых организмов.

4) Дитритофаги, или сапрофаги, - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных.

5) Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Они вызываются разными причинами:

1) Кратковременные – погодными условиями и биотическими воздействиями

2) Сезонные – большим годовым ходом температуры.

3) От года к году – различными случайными сочетаниями абиотических и биотических факторов.

Экосистема — весь комплекс совместно живущих на одной территории и связанных друг с другом разных видов.

Большие экосистемы рекурсивно включают в себя малые экосистемы. Так, самой большой системой является биосфера — экосистема нашей планеты. Биосфера включает в себя менее крупные экосистемы, те в свою очередь еще более мелкие и так далее.

Экосистема и Биогеоценоз являются взаимозаменяемыми понятиями.

В общем случае экосистема является сочетанием взаимодействующего биоценоза и биотопа. Биоценоз — совокупность фактров живой природы (солнечная энергия, продуценты, консументы, редуценты).

Биотоп — совокупность факторов неживой природы (территория + абиотические факторы: свет, вода, etc. + экотоп)

БИОЭКОЛОГИЯ.

Биоэкология - это экология в первоначальном понимании термина, то есть часть биологии, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и окружающей средой. Вместе с тем - это биологическая основа (базис) современной экологии.

Структура современной биоэкологии (Н.Ф. Реймерсом 1994):

1) Системная экология - это совокупность научных дисциплин, исследующих взаимоотношения системных биологических структур (биотических систем) между собой и с окружающей их средой.

а) Эндоэкология:

- молекулярная экология (в т.ч. экологическая генетика);

- физиологическая экология (экология индивида).

б) Экзоэкология:

- аутоэкология (особей и организмов как представителей вида);

- демэкология (экология малых групп);

- популяционная экология;

- специоэкология (экология вида);

- синэкология (экология сообществ);

- биоценология (экология биоценозов);

- биогеоценология (учение об экосистемах различного иерархического уровня

организации);

- учение о биосфере (биосферология);

- экосферология (глобальная экология выходит за рамки биосферы, изучая всю

экосферу планеты как космического тела).

2) Экология систематических групп – рассматривает взаимосвязь организмов с окружающей средой в соответствии с крупнейшими систематическими категориями (экология амфибий, птиц, насекомых).

3) Эволюционная экология – рассматривает эволюцию видов в связи с факторами внешней среды.

4) Палеоэкология – изучает образ жизни и условия обитания вымерших организмов, их изменения в процессе исторического развития жизни на Земле.

Биоэкология при изучении взаимосвязей организмов окружающей среды предполагает биологический подход при оценке процессов и явлений и их последствий. Она изучает основные принципы строения и функционирования организмов и надорганизменных систем, их взаимоотношения между собой и со средой их обитания.

По уровням изучаемых биологических систем биоэкологию подразделяют на:

1. Ауэтэкология - взаимоотношения особей с внешней средой

2. Демэкология - естественные группировки организмов одного вида - популяции, т.е. элементарные надорганизменные макросистемы.

3. Эйдэкология – экология видов.

4. Синэкология - экология сообществ изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, пути формирования и развития биоценозов, их структуру и динамику, взаимодействие с факторами среды, энергетику, продуктивность и другие особенности.

ВИДОВАЯ ЭВОЛЮЦИЯ.

Эволюция — процесс развития, состоящий из постепенных изменений, без резких скачков (в противовес революции). Чаще всего, говоря об эволюции, имеют ввиду биологическую эволюцию.

Биологическая эволюция — необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом. Биологическая эволюция изучается эволюционной биологией.

Существует несколько теорий. Общее для всех - ныне живущие формы жизни являются потомками других форм жизни, существовавших ранее Эволюционные теории отличаются объяснением механизмов эволюции. В данный момент наиболее распространённой является т.н. синтетическая теория эволюции, являющаяся развитием теории Дарвина.

Гены, которые передаются потомству, в результате выражения образуют сумму признаков организма (фенотип). При воспроизведении организмов у их потомков появляются новые или изменённые признаки, которые возникают в результате мутации или при переносе генов между популяциями или даже видами. У видов, которые размножаются половым путём, новые комбинации генов возникают при генетической рекомбинации. Эволюция происходит, когда наследственные различия становятся более частыми или редкими в популяции.

Эволюционная биология изучает эволюционные процессы и выдвигает теории для объяснения их причин. Изучение окаменелостей и разнообразия видов живых организмов к середине XIX века убедило большинство учёных, что виды изменяются с течением времени. Однако механизм этих изменений оставался неясен до публикации в 1859 году книги Происхождение видов английского учёного Чарльза Дарвина о естественном отборе как движущей силе эволюции. Теория Дарвина и Уоллеса, в конечном итоге, была принята научным сообществом. В 30-х годах прошлого века идея дарвиновского естественного отбора была объединена с законами Менделя, которые сформировали основу синтетической теории эволюции (СТЭ). СТЭ позволила объяснить связь субстрата эволюции (гены) и механизма эволюции (естественный отбор).