Структура и разделы современной экологии.

Фундаментальные законы экологии.

Закон оптимума Шелфорда: Зона благоприятного воздействия фактора на жизнедеятельность вида – оптимум. Отклонения от оптимума вызывает угнетение особей дикого вида – зона пессимума. Крайние её пределы – критические точки, за ними существование вида невозможно. Общая зона между критическими точками – зона экологической толерантности вида, его экологическая валентность.

Эврибионты – толерантные виды с широкой экологической валентностью, способные существовать при значительных колебаниях факторов среды.

Стенобионты – уязвимые виды с узкой экологической валентностью, способные переносить только незначительные колебания значений факторов среды.

Правило лимитирующего фактора – закон минимума Либиха: Жизнедеятельность организма и, следовательно, ареал вида ограничивает любой фактор, выходящий за пределы зоны толерантность. При этом оптимальные уровни всех других факторов уже не имеют значения для выживаемости вида.

Лимитирующим может стать как абиотический фактор (дефицит тепла в Арктике, влаги в пустынях), так и биотический (отсутствие насекомых - опылителей даже при всех прочих благоприятных условиях, например, случай с клевером в Австралии).

Закон конкурентного исключения Гаузе: Два вида с одинаковыми экологическими потребностями вместе не уживаются.

Закон корреляцииКювье: В организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.

Закон генетического разнообразия: все живое генетическое разное и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности.

Закон исторической необратимости: развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздний фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйничанья.

Закон пирамиды энергийЛиндемана: с одного трофического уровня экологической пирамиды на другого переходит в среднем не более 10 % энергии.

Законы – афоризмы Б. Коммонера:

· Всё связано со всем. Любое изменение, совершаемые человеком в природе, вызывает цепь последствий, как правило неблагоприятных.

· Всё должно куда-то деваться. Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде "экологического бумеранга".

· Природа знает лучше. Действия человека должны быть направлены не на покорение природы и преобразование ее в своих интересах, а на адаптацию к ней.

· Ничего не даётся даром. Если мы не хотим вкладывать средства в охрану природы, то придется платить здоровьем, как своим, так и потомков.

 

 

Абиотические и биотические факторы среды.

Среда обитания – непрерывно меняющаяся арена жизни, сложный комплекс разнообразных факторов: абиотических (неживая природа), биотических (живая природа), антропогенных (воздействие человека).

Классификация экологических факторов:

1. Природные

· Абиотические

А) Климатические: температура, влажность, свет, ветер.

Б) Эдафические: тип почвы, кислотность, местное водоснабжение.

В) Орография – рельеф, высота, крутизна, экспозиция

 

 

· Биотические (внутривидовые и межвидовые отношения (трофические, конкурентные, топические, репродуктивные))- воздействие растений, животных

 

2. Не природные

· Антропогенные (прямое и косвенное влияние человеческой деятельности на живые организмы)

В последнее время именно этот фактор вышел на первое место по воздействию на живые организмы.

 

Адаптации животных к абиотическим факторам.

Симбиоз. Примеры симбиотических отношений.

Симбиоз.

Объединенные симбиотическими отношениями виды не могут выжить друг без друга, т.е. симбиоз – это прямая противоположность конкуренции.

Лишайник – гриб + зеленые водоросли, совместно живущие в неразделимом организме. В Антарктиде найдены лишайники возрастом 10 тыс. лет (!) – самые древние особи живых организмов Земли. За 100 лет нарастает на 3-4 мм. Более 20 тыс. видов.

Каменный лишайник

Кладония (олений мох)

Шерсть ленивца наполнена симбионтами – зелеными водорослями

Растительноядные животные (термиты олени, люди) и бактерии или простейшие, живущие в их желудках, без которых они не могли бы переваривать целлюлозу.

Цветковые растения и их опылители насекомые, колибри.

 

Симбиоз — это тесное и продолжительное сосуществование представителей разных биологических видов. При этом в ходе коэволюции происходит их взаимоадаптация.

В природе встречается широкий спектр примеров взаимовыгодного симбиоза (мутуализм). От желудочных и кишечных бактерий, без которых было бы невозможно пищеварение, до растений (зачастую орхидеи), чью пыльцу может распространять только один, определённый вид насекомых. Такие отношения успешны всегда, когда они увеличивают шансы обоих партнёров на выживание. Осуществляемые в ходе симбиоза действия или производимые вещества являются для партнёров существенными и незаменимыми. В обобщённом понимании такой симбиоз — промежуточное звено между взаимодействием и слиянием.

В более широком научном понимании симбиоз представляет собой любую форму взаимодействия между организмами разных видов, в том числе:

паразитизм — отношения, выгодные одному, но вредные другому симбионту. Обоюдно выгодный вид симбиоза называют мутуализмом.

Комменсализмом называют отношения, полезные одному, но безразличные другому симбионту, а

аменсализмом — отношения, вредные одному, но безразличные другому.

Характеристика адаптаций.

См. 4,5.

Взаимодействие видов.

К основным способам взаимодействия видов относятся межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, мутуализм и комменсализм.

 

Межвидовая конкуренция.

Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные виды потребляют их сообща. Однако если два или более видов в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях межвидовой конкуренции.

Вид получает преимущество в межвидовой конкуренции, если для него характерны

- более интенсивное размножение;

- адаптация к более широкому диапазону температуры, освещенности, солености воды или

концентрации определенных вредных веществ;

- лишение конкурента доступа к ресурсу.

 

Способы снижения межвидовой конкуренции:

- переселение в другой район;

- переход на более труднодоступную или трудно усваиваемую пищу;

- смена времени и места добычи корма.

Хищничество.

Наиболее характерной формой взаимодействия видов в пищевых цепях и сетях является хищничество, при котором отдельная особь одного вида (хищник) питается организмами (или частями организмов) другого вида (жертвы), причем хищник живет отдельно от жертвы. Эти два вида организмов вовлечены в отношения типа хищник – жертва.

Виды - жертвы пользуются целым рядом защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищников:

- умение быстро бегать или летать;

- обладание толстой кожей или панцирем;

- обладание защитной окраской или способом изменять цвет;

- умение выделять химические вещества с запахом или вкусом, отпугивающим хищника или даже отравляющим его.

У хищников тоже есть несколько способов добычи жертвы:

- умение быстро бегать (например, гепард);

- охота стаями (например, пятнистые гиены, львы, волки);

- отлов в качестве жертв преимущественно больных, раненых и прочих неполноценных особей;

Четвертый путь обеспечения себя животной пищей – это путь, по которому пошел человек разумный, путь изобретения орудий охоты и ловушек, а также одомашнивания животных.

 

Еще один тип взаимодействия видов – паразитизм.

Паразиты питаются за счет другого организма, называемого хозяином, однако в отличие от хищников они живут на хозяине или внутри его организма на протяжении значительной части их жизненного цикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постепенно ослабляя и нередко даже убивая его.

Например, ленточные черви, болезнетворные бактерии и другие паразиты живут внутри своих хозяев. Вши, клещи и такие растения-паразиты, как омела белая, прикрепляются к своим хозяевам снаружи. Собачьи блохи, например, способны перемещаться от хозяина к хозяину.

 

Мутуализм.

Нередко случается, что два различных вида организмов непосредственно взаимодействуют таким образом, что приносят друг другу взаимную пользу. Такие взаимовыгодные межвидовые взаимодействия называются мутуализмом. Например, цветы и насекомые-опылители.

 

Комменсализм.

Комменсализм характеризуется тем, что один из двух видов извлекает из межвидового взаимодействия пользу, тогда как на другом это практически никак не отражается (ни положительно, ни отрицательно). Например, рачки в челюстях кита.

 

Аквакультура

Аквакультура – это выращивание водных организмов в искусственно контролируемых условиях. Повышенная потребность населения в морепродуктах в совокупности со сравнительно небольшими объемами продукции, предлагаемыми американскими компаниями, подтолкнуло специалистов, работающих в научных и производственных сферах, объединить усилия по поиску путей использования морской биотехнологии в целях повышения эффективности производства морепродуктов. Методы биотехнологии позволяют исследователям детально изучать процессы роста и развития рыб и других водных организмов для последующей идентификации признаков, ответственных за скорость роста, устойчивость к заболеваниям и неблагоприятным условиям среды.

Идентификация и комбинирование генов, отвечающих за хозяйственно ценные признаки, используются биотехнологами для повышения продуктивности рыб и моллюсков, а также для улучшения качества продукции. Кроме манипуляций с генами, отвечающими за продукцию естественных факторов роста и веществ, используемых водными организмами для защиты от микробных инфекций, специалисты также работают над созданием пищевых добавок, вакцин и других фармакологических агентов

Биотехнология

Основные направления биотехнологии. Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

Возможности биотехнологии необычайно велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др.

Объектами биотехнологии служат многочисленные представители групп живых организмов — микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, дрожжи и др.}, растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные структуры (орга-неллы). Биотехнология базируется на протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки.

Главными направлениями биотехнологии являются: 1) производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эука-риотических клеток биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормональных препаратов), лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок; 2) применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. и.) и для защиты растений от вредителей и болезней; 3) создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т. п.

Задачи, методы и достижения биотехнологии. Человечеству необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов, чтобы обеспечить себя доброкачественной пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической катастрофе. Поэтому не случайно главной задачей селекционеров в наше время стало решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии.

 

Планетарный, региональный и топологический (ландшафтный) уровни дифференциации живого покрова суши. Зональные и интразональные типы сообществ.

Зональные биоценозы развиваются на - хорошо дренированных водораздельных равнинах с почвами среднего механического состава - легкосуглинистыми или супесчаными. Иными словами, радиационный режим и условия увлажнения на плакорах типичны для зоны.

К интразональным биоценозам относятся такие, которые нигде не выходят на плакоры и не образуют собственной зоны. Интразональные биоценозы связаны в своем распространении с местообитаниями, где условия увлажнения по тем или иным причинам существенно отличаются от таковых на плакорах. Яркий пример таких биоценозов - пойменные (периодически заливаемые) луга, растительность и животное население которых существенно отличаются от зональных.

Смотри выше.

Структура и разделы современной экологии.

Эрнст Геккель: «Экология – наука изучающая все сложные взаимоотношения животных и растений друг с другом и со средой»

Экология – междисциплинарная область знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе и их взаимосвязи (Одум).

Современная экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и их сообществ между собой и окружающей средой.

Современное понимание:

1) Биологическая наука, изучающая вз-е между организмами и средой.

2) Научное мировоззрение (Петров), особый общенаучный подход к исследованиям проблем вз-я организмов и среды.

3) Комплексная наука, синтезирующая все естественно - исторические знания о вз-ии природы и общества (Тейлор, Небел).

Предмет экологии – биологические макросистемы, популяции, сообщества, экосистемы и их динамика во времени и пространстве.

Её цель – выявление связей между природной средой, биотой, человеком и обществом.

Прикладные задачи экологии:

· Мониторинг окружающей среды

· Определение порога выносливости биосферы по отношению к антроп возд-ю

· Разработка теории и методов оценки устойчивости экол систем на всех уровнях, включая биосферный

· Исследование биологич разнообразия и мех поддержке численности популяций, регулирующих воздействие биоты на оружающую среду

· Рациональное природопользование

· Охрана животного и растительного мира

· Разработка стратегии развития мирового сообщества на ближайшую перспективу

· Формирование экологического мировоззрения и такой стратегии поведения чел общества, которые приведут масштабы и хар-р хоз деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и предотвратит глобальный экологический кризис.

Экология – наука о взаимоотношениях любого изучаемого объекта с окружающей средой.

Основные подразделения экологии:

· Биоэкология (общая, классическая)

· Экология человека(антропоэкология) – вз-е человека со сложной многокомпонентной окружающей средой

· Геоэкология – изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их геогр принадлежности

· Фундаментальная экология

· Прикладная экология – исслед мех возд на природу, окружающую среду

Разделы:

1) Промышленная экология – возд пром на среду

2) Инженерная –обеспечить соотв техники и технологий пром объектов экологическим требованиям

3) С\х – обогащает землед и скотов принципами и средствами рациональной эксплуатации зем рес, повышения продуктивности и получ экол чистой прод

4) Биоресурсная и промысловая э – условия, не приводящие к истощению биорес

5) Урбоэкология – посвящ особ-тям и влияниям разл вакторов искусственно пребразованной среды обитания людей в жилищах.

6) мед экол – изуч экол усл возможного распр, развития болезней, обусловленных прир факторами и неблагоприятным техн возд на среду

· Глобальная экология – учение о биосфере

· Теоретическая экология - установление общих закономерностей функционирования экосистем

· Экспериментальная экология – обеспечение методическим инструментарием различные разделы науки

· Математическая экология – количественный анализ фактического материала и моделирование.

· Эволюционная экология

· Экология ландшафтов

· Экология сред

· Экология природных зон

· Биоантропоэкология

· Социальная экология

Реймерс объединил разнообразные экологические знания на едином научном фундаменте.

По иерархическим уровням экология разделена на:

1. Аутоэкологию - экология отдельных особей как представителей определенного вида организмов.

2. Популяционную экологию – экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих общее место обитания.

3. Синэкологию – экология многовидовых сообществ.

4. Экология экосистем (биогеоценология) – учение об экологических системах

По таксономическим группам: экология животных, растений, грибов, бактерий.