Возникновение жизни на земле

Э К О Л О Г И Я

 

Письменные лекции

 

Москва, 2001 г.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Организм и среда

Экологические системы

Экология человека

Глобальные проблемы окружающей среды

Мониторинг окружающей среды

Правовое регулирование в экологии

Литература

Словарь экологических терминов

Контрольные вопросы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Экологию определяют как науку об отношениях растительности и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Термин экология происходит от греческих слов «ойкос» – дом, жилище, местопребывание и … «логия» – наука.

Объектами экологии являются популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом. Изучение общих закономерностей взаимоотношений человека, общества и природы выделяют в особое направление – экологию человека.

Автором термина «экология» является Эрнст Геккель, который еще в прошлом веке определил экологию, как область знаний, изучающую общие взаимодействия животных как с живой, так и с неживой природой.

Биосфера – это часть планеты, включающая область распространения жизни. Биосфера включает в себя атмосферу (газообразную оболочку Земли), гидросферу (водоемы Земли с населяющими их живыми организмами), литосферу (недра Земли и почва).

Атмосфера представляет собой газообразное тело, сохраняющее неустойчивое равновесие. Атмосфера предохраняет Землю от агрессивного влияния космоса, жары, части ультрафиолетового излучения, пропуская солнечный свет. Земная атмосфера разделяется на несколько этажей. Между этими этажами нет четко определенных границ, ближе к поверхности Земли происходит незаметный переход от экзосферы (на высоте более 500 км – из-за большой удаленности самые легкие ее частицы поглощаются межпланетным пространством) к термосфере, далее - к мезосфере (на высоте от 50 до 500 км, которая представляет собой «устойчивый» слой земной атмосферы: входящие в ее состав частицы подвержены земному притяжению), затем к стратосфере (на высоте от 15 до 50 км) и тропосфере (до высоты 15 км: именно в этой нижней части атмосферы располагается среда обитания всех земных живых организмов, животных и растений). В нижних слоях атмосферы ультрафиолетовые лучи воздействуют на кислород, образуя озоновый экран (озон – О₃), который избирательно пропуская солнечное излучение, создает условия для развития жизни на Земле. Разрушение озонового слоя может привести к гибели живых организмов. При контакте с поверхностью Земли температура меняется от -60°С в районах полюсов до +60°С в зоне тропиков. Атмосфера Земли состоит на 79% из молекул азота, на 20% - из молекул кислорода, а остальное составляет углекислый газ, водород, озон, а также инертные газы (аргон, неон и криптон). Воздух при контакте с землей насыщается водой, создавая условия для поддержания жизни на поверхности континентов.

Гидросфера Земли включает в себя океаны, моря, реки, озера и другие водоемы. В океанах и морях аккумулировано около 95 % воды на Земле, и она – соленая. Полярные льды, арктическая и антарктическая ледяные «шапки» составляют еще около 2% водных запасов. Все остальное – пресная вода, содержащаяся в водоносных слоях земли, озерах, реках и в виде атмосферных испарений. Без воды не было бы жизни на нашей планете: именно в океане, не пропускающем ультрафиолетовые лучи, появились и стали размножаться первые живые организмы на Земле. Все клетки живых организмов насыщены водой. Животный и растительный мир также принимает участие в круговороте воды в природе.

Литосфера – внешняя оболочка нашей планеты представляет собой совокупность литосферных плит, перемещение которых вызывает ответные реакции со стороны земной коры. Если две плиты расходятся (режим дивергации), промежуток между ними заполняется базальтовой магмой и образуется новая кора. Если плиты сходятся (режим конвергации), или одна из них погружается в глубинную часть мантии, или же когда две плиты надвигаются одна на другую и одна из них проскальзывает горизонтально под другую, они подвергаются воздействию растущей температуры и сжимающих сил. Эти перечисленные зоны – места сейсмической активности, проявлениями которой являются извержения вулканов и землетрясения. Впервые гипотеза тектоники литосферных плит была выдвинута в 1924 году ученым Вегенером. В соответствии с этой гипотезой литосферные плиты, из которых состоит поверхность Земли находятся в непрерывном движении – «дрейфуют». Этот процесс происходил в отдаленное от нас время, продолжается он и сейчас. В отдаленное от нас время на Земле существовала единая первичная континентальная масса, называемая Пангеей, которая начала распадаться на отдельные части примерно 180 млн. лет назад. Около 120 млн. лет назад произошел раскол первичной континентальной массы и в Южной Атлантике образовался массив суши, называемый Гондваной, в состав которой вошли Африка, Южная Америка, Мадагаскар, Индия, Австралия и восточная часть Антарктиды. В северной части Атлантики образовался массив суши, называемой Лавразией, в который вошли Северная Америка, Европа и часть современной Азии. Постепенно в результате дрейфа литосферных плит очертания континентов приняли современный вид.

Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровня океанов. Движение литосферных плит, разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, в результате которой в атмосферу Земли выбрасывалось большое количество газов и пепла. В результате этого снижалась прозрачность атмосферы, что вело к снижению количества солнечной энергии, поступавшей к поверхности Земли. Это являлось одной из причин оледенений. На протяжении этих периодов изменялись климатические условия, животный и растительный мир: одни группы живых организмов исчезали, другие сохранялись. Ниже приведена геохронологическая шкала, показывающая эволюцию биосферы Земли.

 

Таблица

Геохронологическая шкала

 

Название эр и их длительность, млн. лет	Возраст эр, млн. лет	Периоды и их длительность, млн. лет	Животный и растительный мир
Кайнозойская (эра новой жизни), 60-70	60-70	Антропоген, 1,5-2	Появление и развитие человека, животный и растительный мир принимают современный облик
Неоген, 25 Палеоген, 41	Господство млекопитающих и птиц, расцвет насекомых, господство покрытосеменных растений
Мезозойская (эра средней жизни), 173		Меловой, 70	Появление высших млекопитающих и птиц, распространение покрытосеменных растений
Юрский, 58	Господство пресмыкающихся и голосеменных растений
Триасовый, 45	Начало расцвета пресмыкающихся, появление первых млекопитающих
Палеозойская (эра древней жизни), 330		Пермский, 45	Быстрое развитие пресмыкающихся, исчезновение лесов каменноугольного периода, появление голосеменных
Каменноугольный, 55-75	Расцвет земноводных, возникновение первых пресмыкающихся, преобладание древних хвощей, развитие грибов
Девонский, 50-70	Появление кистеперых раб и стегоцефалов, возникновение грибов, распространение на суше высших споровых
Силурийский, 30	Преобладание кораллов, выход растений на сушу
Ордовикский, 60	Распространение морских беспозвоночных
Кембрийский, 70	Распространение водорослей
Протерозойская (эра ранней жизни), 2000	2500 – 2700		Все типы беспозвоночных
Архейская (самая древняя эра), 900			Следы жизни незначительны (бактерии, одноклеточные водоросли)

 

 

Тема1: ВВЕДЕНИЕ (Смотри контрольные вопросы)

 

 

ОРГАНИЗМ И СРЕДА

 

УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ

 

Условия среды - экологические факторы, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ.

Различают следующие виды экологических факторов:

1. АБИОТИЧЕСКИЕ (факторы неживой природы: солнечный свет, температура, влажность - климатические; рельеф, свойства почвы, соленость, течение, ветер, радиация и др. - местные);

2. БИОТИЧЕСКИЕ - формы влияния живых организмов друг на друга (опыление растений, конкуренция, паразитизм) и на среду;

3. АНТРОПОГЕННЫЕ - все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на виды.

Живые организмы живут и развиваются в определенной среде. Различают следующие типы СРЕДЫ ОБИТАНИЯ:

1. ВОДНАЯ СРЕДА;

2. НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ СРЕДА;

3. ПОЧВЕННАЯ СРЕДА;

4. СРЕДА, ОБРАЗУЕМАЯ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ.

К факторам ВОДНОЙ СРЕДЫ относятся: плотность, солевой режим, скорость течения, содержание органических веществ, свойства грунта, поглощение света, насыщенность кислородом.

Обитатели водной среды называются ГИДРОБИОНТАМИ.

К факторам НАЗЕМНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ относятся: температура, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света. К факторам ПОЧВЕННОЙ среды относятся: структура, химический состав и влажность.

Обитатели наземно-воздушной и почвенной среды называются ГЕОБИОНТАМИ (ЭДАФОБИОНТАМИ).

К СРЕДЕ, ОБРАЗУЕМОЙ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ относятся тела организмов. Обитатели этой среды носят название ПАРАЗИТОВ, СИМБИОНТОВ.

Условия жизни живых существ могут достаточно сильно изменяться. При этом живые организмы могут по-разному выдерживать изменений условий жизни.

Способность организмов выдерживать изменение условий жизни называется ТОЛЕРАНТНОСТЬЮ.

Организмы с широким диапазоном ТОЛЕРАНТНОСТИ называются ЭВРИБИОНТАМИ (приспосабливающимися к разным условиям среды).

Организмы, обитающие в узких границах изменения того или иного фактора называются СТЕНОБИОНТАМИ. При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним. Следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиги купола толерантности. Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или АККЛИМАТИЗАЦИЕЙ.

 

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873 гг.), основоположник науки о минеральных удобрениях, обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. Это положение получило название ЗАКОНА МИНИМУМА или ПРАВИЛА ЛИБИХА.

Его можно сформулировать следующим образом: ЕСЛИ ИНТЕНСИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОКАЗЫВАЕТСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К ДВУМ И БОЛЬШЕМУ ЧИСЛУ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТО РЕШАЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ БУДЕТ ПРИНАДЛЕЖАТЬ ТАКОМУ ФАКТОРУ ИЛИ РЕСУРСУ, КОТОРЫЙ ИМЕЕТСЯ В МИНИМАЛЬНОМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ ОРГАНИЗМА КОЛИЧЕСТВЕ. Успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ОГРАНИЧИВАЮЩИМ (лимитирующим) фактором является состояние среды, приближающееся, или выходящее за границу устойчивости группы.

Например, кислород - энергетический ресурс большинства сухопутных животных, но применительно к рыбам содержание кислорода можно рассматривать и как показатель устойчивости группы.

Важным экологическим понятием является понятие ресурсов.

РЕСУРСЫ - все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности.

Ресурсы живых существ подразделяются на:

· вещества, идущие на построение тел живых существ;

· энергию, необходимую для жизнедеятельности живых организмов.

Иногда к ресурсам относят ПРОСТРАНСТВО.

Например, тело зеленого растения создается из молекул неорганического вещества и ионов - это пищевой ресурс зеленого растения. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от Солнечного излучения при ФОТОСИНТЕЗЕ - это ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС.

Но один и тот же фактор можно рассматривать и как УСЛОВИЕ и как РЕСУРС.

 

 

ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА

 

Живые организмы участвуют в кругообороте веществ и энергии в биосфере Земли. Они живут группами, благодаря чему выживают и развиваются. Их важнейшими характеристиками являются численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, соотношение полов и др.

В экологии одно их важнейших мест занимают такие направления, как экология популяций и сообществ, которые рассматривают характеристики популяций и сообществ, структуру, свойства и т.д.

ПОПУЛЯЦИИ состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой определенными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.

ВИД - основная структурная и классификационная (ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ) единица в системе живых организмов; совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков, населяющих определенный ареал, обособленных от других нескрещиваемостью в природных условиях.

Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и свойствами, которые присущи группе особей в целом. Различают СТАТИЧЕСКИЕ и ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристик популяций.

К статическим характеристикам относятся:

· ЧИСЛЕННОСТЬ;

· ПЛОТНОСТЬ;

· ВОЗРАСТНОЙ и ПОЛОВОЙ СОСТАВ.

К динамическим характеристикам относятся:

· РОЖДАЕМОСТЬ;

· СМЕРТНОСТЬ;

· СКОРОСТЬ ПОПУЛЯЦИОННОГО РОСТА.

Численность популяции не может быть любой; она не может быть слишком малой (до 2000 особей), но и не может быть бесконечно большой, так как тогда она не сможет прокормиться и разместиться на данной площади.

Плотностью популяции называется число особей, приходящихся на единицу площади. Часто плотность измеряют не числом особей, а их массой (биомассой). Плотность равная численности или биомассе популяции на единицу обитаемого пространства называют ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ.

Возрастной состав также является статической характеристикой популяции.

Растущая популяция характеризуется преобладающим числом молодых особей, а в сокращающейся популяции преобладают особи старческого (пострепродуктивного) возраста.

Другая статическая характеристика популяции - половой состав. У высших животных число особей женского и мужского пола различно. Так, например, в человеческой популяции это соотношение составляет 515: 485.

Рождаемость является динамической характеристикой популяции. Различают максимальную и реальную рождаемость.

Реально-реализованная рождаемость (ПЛОДОВИТОСТЬ) называется ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РОЖДАЕМОСТЬЮ. Экологическая рождаемость зависит от численности популяции, ее полового и возрастного состава, а также от физических условий среды.

Рождаемость равна общему числу вновь появившихся особей деленному на промежуток времени, в течение которого они появились.

Удельная рождаемость равна рождаемости, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность определяется как число особей, погибших за данный отрезок времени.

Удельная смертность равна смертности, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность - показатель, противоположный рождаемости. У большинства живых организмов интенсивность смертности меняется на протяжении всей жизни. Чаще она больше на ранних стадиях развития, затем она снижается, а к старости снова возрастает.

Чем больше смертность, тем меньше средняя продолжительность жизни и наоборот. Иначе говоря, чем меньше средняя продолжительность жизни, тем меньшее количество живых организмов доживет до старости. Зависимости возраста и численности популяции представляются в виде КРИВЫХ ВЫЖИВАНИЯ.

В Биосфере Земли живые организмы живут в окружении других представителей живой природы.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой или использовать их как среду обитания (НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ взаимодействие). Разные организмы могут использовать один и тот же ресурс; один вид может быть передающим звеном в цепи развития паразита, живущего за счет другого (ОПОСРЕДОВАННЫЕ или КОСВЕННЫЕ взаимодействия).

Различают следующие типы экологических взаимодействий:

1. если две популяции не влияют друг на друга, то это носит название НЕЙТРАЛИЗМ (в природе нейтрализм встречается крайне редко);

2. если для одного из совместно обитающих видов влияниедругого отрицательно (он испытывает угнетение), в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы, то это называется АМЕНСАЛИЗМ. Например - когда светолюбивые растения растут в густом еловом лесу;

3. к взаимополезным взаимодействиям относятся:

· ПРОТОКООПЕРАЦИЯ;

· СИМБИОЗ;

· МУТУАЛИЗМ (птицы, кормящиеся на коже носорога);

4. к полезно-нейтральным взаимодействиям относятся:

· КОМЕНСАЛИЗМ (нахлебничество, сотрапезничество, квартиранство);

5. к полезно-вредным взаимодействиям относятся:

· ПАРАЗИТИЗМ;

· ХИЩНИЧЕСТВО;

6. к взаимовредным взаимодействиям относятся:

· КОНКУРЕНЦИЯ (различают межвидовую и внутривидовую конкуренцию).

СООБЩЕСТВОМ называется совокупность образующих его видов и взаимоотношения между ними.

С этим понятием тесно связано понятие биогеоценоза.

БИОГЕОЦЕНОЗОМ называют исторически сложившуюся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (БИОТОПОМ).

Структурой сообщества называют соотношение различных групп организмов, различающиеся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессе переноса энергии и вещества, по месту в пространстве, в пищевой сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей группы естественных экосистем.

 

Тема2: ОРГАНИЗМ И СРЕДА (Смотри контрольные вопросы)

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ И ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

 

При рассмотрении вопросов взаимодействия человека и окружающей среды важными аспектами являются: взаимодействие живых организмов в биосфере и роль человека в этих взаимоотношениях. Для понимания этих аспектов необходимо усвоить такие понятия, как “ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ”, “ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ”, “ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ” и циркуляция в них загрязняющих веществ естественного и антропогенного характера, а также вопросы циркуляции и расходования энергии в экосистемах.

Законы В.И.Вернадского

 

ПЕРВЫЙ ЗАКОН: масса вещества, вовлекаемого в жизненные процессы, постепенно увеличивается в процессе эволюции биосферы.

ВТОРОЙ ЗАКОН: скорость оборачиваемости вещества увеличивается в процессе эволюции биосферы.

При изучении свойств и эволюции экосистемы применяют два подхода:

1. от общего к частному,

2. от частного к общему.

При первом подходе на первый план выступают общие, совокупные, так называемые ЭМЕРДЖЕТНЫЕ свойства системы. Подход к изучению экосистемы как к целому называется ХОЛИСТИЧЕСКИМ (холос - целый (греч.).

При втором подходе изучают элементы экосистемы с дальнейшим обобщением данных на всю экосистему в целом.

Такой подход называется МЕРОЛОГИЧЕСКИМ (мерос - часть (греч.)).

Каждая экосистема находится в непрерывном развитии, которое обозначают термином СУКЦЕССИЯ (от лат. сукцессио -преемственность, наследование).

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУКЦЕССИЯ - это упорядоченный процесс развития сообщества животных, который не может происходить без изменения окружающей среды.

В этом упорядоченном процессе развития сообщество изменяет окружающую среду так, что в новых условиях постепенно вместо старых видов образуются другие популяции, другие виды.

Этот упорядоченный процесс развития на определенной стадии выходит на равновесное состояние. Имеется ввиду равновесие между живым веществом и биокосным и косным веществом. Это равновесие - зрелая стадия экологической системы.

В нормальных условиях в экологической системе Земли - биосфере имеет место УСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ: жизнь создает необходимый для жизни состав земной атмосферы и морской воды. Но человек пытается нарушить это равновесие, изменяя состав атмосферы, воды и почвы. С одной стороны - из атмосферы все больше потребляется кислорода на нужды промышленности и транспорта. С другой стороны - человек сокращает площади лесных массивов. Загрязняя воды Мирового океана, он сокращает плантации морского фитопланктона, который как и растения на суше, поставляет кислород в атмосферу.

Общее содержание кислорода в атмосфере уменьшается. Одновременно увеличивается содержание углекислого газа.

За последние 80 лет производство электроэнергии увеличилось более, чем в 1000 раз. 80% ее вырабатывается на тепловых электростанциях путем сжигания топлива. Потребление нефти за этот период возросло в 43 раза, а газа - в 34 раза. По некоторым прогнозам к концу второго тысячелетия потребление всех видов энергоресурсов достигнет 25 млрд. тонн условного топлива.

 

ВЕЩЕСТВ

Экологические пирамиды

 

Энергию, которую потребляют живые организмы можно представить в виде экологических пирамид по пищевым (ТРОФИЧЕСКИМ) уровням:

 

Третий пищевой уровень ЭНЕРГИЯ

ВТОРИЧНОГО КОНСУМЕНТА

 

 

Второй пищевой уровень ЭНЕРГИЯ

ПЕРВИЧНОГО КОНСУМЕНТА

 

 

Первый пищевой уровень ЭНЕРГИЯ ПРОДУЦЕНТА

 

 

Данная экологическая пирамида носит название ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПИРАМИДЫ, построенной по трофическим уровням.

Следует иметь ввиду, что энергия более высокого трофического уровня составляет только 10% от энергии более низкого трофического уровня, например, второго уровня от первого.

Существуют также экологические пирамиды, построенные по биомассе (численности):

 

Третий уровень (звено) БИОМАССА

ВТОРИЧНОГО КОНСУМЕНТА

 

ПЕРВИЧНОГО КОНСУМЕНТА

 

 

Первый уровень (звено) БИОМАССА ПРОДУЦЕНТА

 

 

В некоторых случаях экологическая пирамида, построенная по биомассе (численности) может быть перевернутой, что имеет место в озерах и морях зимой, когда продуцента по массе меньше, чем консумента:

Второй уровень (звено) К О Н С У М Е Н Т

(зоопланктон)

Первый уровень (звено) ПРОДУЦЕНТ

(фитопланктон)

Более показательными в смысле описания пищевой (трофической) структуры данного сообщества организмов являются ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ, поскольку энергия характеризуется скоростью прохождения массы пищи через пищевую цепь.

Поэтому на форму энергетической пирамиды не оказывают влияния изменения размеров различных особей в сообществе и интенсивность потребления ими пищи. Каждое сообщество особей, участвующих в единых пищевых цепях, может успешно характеризоваться ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ПИРАМИДОЙ. Она отражает трофическую (пищевую) структуру сообщества.

Трофическая структура является его фундаментальным свойством, которое весьма устойчиво. Так, если, например, в результате пожара или по другим причинам нарушилось соотношение между хищником и его жертвой - травоядным животным, то оно восстанавливается еще до того, как все виды, которые имелись здесь до бедствия, успеют восстановиться. Другим таким бедствием может быть и обработка инсектицидом. Следует иметь ввиду, что чем меньше размеры особи, тем больше пищи (энергии) на единицу массы нужно, чтобы его прокормить.

 

ЦИРКУЛЯЦИЯ ВЕЩЕСТВ

 

Схема многозвенной пищевой цепи, рассмотренная в п.2 может быть представлена как две пищевые цепи, одна из которых начинается с растения, а вторая - с имеющегося органического вещества в виде трупа.

Пищевая цепь, начинающаяся с растения, называется ПАСТБИЩНОЙ. Пищевая цепь, начинающаяся с имеющегося органического вещества, называется ДЕТРИТНОЙ (от лат. детерере - изнашиваться).

Детритом называтся органическое вещество, которое вовлечено в процесс разложения.

Детритная пищевая цепь имеет своим первым трофическим уровнем любые продукты распада органических веществ.

Производители-продуценты органических веществ в процессах фотосинтеза называются АВТОТРОФАМИ, то есть самопитающимися.

Тех, кто ими питается называют ГЕТЕРОТРОФАМИ (питаются автотрофами или другими гетеротрофами).

Таким образом, автотрофы являются продуцентами, а гетеротрофы - консументами.

Приводимые определения касаются функций организма, а не его вида. Так, например, человек является первичным консументом, если он вегетарианец, а если он питаеся мясом, то является консументом второго порядка. В любом случае человек является гетеротрофом.

Органическое вещество, которое перестало быть живым животным или растением должно быть разложено на составляющие элементы, которые должны снова и снова совершать циклы в природе, чтобы не останавливалась жизнь.

Процесс разложения органического вещества сложен и многоэтапен. В процесс разложения вовлечены как живые организмы (живое вещество), так и неживое (косное) вещество.

Разложение является результатом: 1. БИОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (био - жизнь),

АБИОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

РАЗЛОЖЕНИЕМ называется любое биологическое окисление, дающее энергию.

Различают следующие типы разложения:

1. АЭРОБНОЕ (с использованием молекулярного кислорода, окислитель - О2),

2. АНАЭРОБНОЕ (бескислородное - когда окислителем является другое органическое или неорганическое вещество),

3. БРОЖЕНИЕ (анаэробное разложение, когда в качестве окислителя служит само окисляемое органическое вещество, например - дрожжи).

Многие бактерии универсальны - могут пользоваться как аэробным, так и анаэробным дыханием.

Микроорганизмы, участвующие в этих процессах называются САПРТРОФАМИ (сапрос (греч.) - гнилой).

Разложение происходит следующим образом: в клетках бактерий, а также в грибном мицелии вырабатываются специальные вещества - наборы ферментов. Эти вещества способствуют протеканию специфических химических реакций, когда они выделяются бактериями в мертвое вещество.

В процессе разложения образуются вещества, которые оказывают важное влияние на рост других организмов, находящихся в их окружении.

Вещества, выделяемые одним видом организмов, которые влияют на организмы других видов называются ВТОРИЧНЫМИ МЕТАБОЛИТАМИ. Вторичные метаболиты могут быть:

1. ИНГИБИТОРАМИ (от лат. ингебере - сдерживать. Пример -антибиотик пеницилин);

2. СТИМУЛЯТОРАМИ (различные витамины и другие вещества, способствующие росту).

Разложение органического вещества организмов, переставших быть живыми, зависит от степени их механического измельчения. Процессы разложения как и процессы фотосинтеза должны идти с определенной скоростью. Нарушение баланса в ту или иную сторону нарушает равновесие в природе. В настоящее время человек ускоряет процессы разложения в природе. Например, сжигание органических веществ, накопленных в горючих ископаемых, приводит к выбросам углекислого газа в атмосферу Земли, что приводит к изменению климата и ускорению разложения вещества.

ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Целостность, постоянство и расселение человеческих основаны на непрерывном взаимодействии с окружающей средой - непрерывном обмене веществами и энергией. Благодаря этому группа получает необходимые вещества и создает условия для своего существования.

Экология в широком смысле означает динамическую связь сообщества со средой, в которой оно находится.

Приспособления, необходимые для успешного существования в определенных условиях называются АДАПТАЦИЯМИ.

Приспособляемость - свойство не только каждого из индивидуумов, образующих группу, но и всей группы в целом.

Экологическое взаимодействие осуществляется по следующей схеме:

· биологические процессы влияют на жизнедеятельность и формирование членов группы (сообщества),

· сообщество инициирует небиологические процессы, которые могут рассматриваться как реакции со стороны группы (культурные, технические, общественные).

Адаптация может рассматриваться:

с одной стороны, как изменение физиологических и социальных функций (для удовлетворения требований кору жующей Среды), с другойстороны, как изменение компонентов среды (для удовлетворения требований организма).

 

 

СРЕДА (обитания) - комплекс окружающих условий, в которых находится сообщество. К компонентам среды относятся:

 

· особенности рельефа,

· климат,

· средства сообщения,

· растительный и животный мир и др.

Таким образом, ЭКОСИСТЕМУ можно определить как комплекс, состоящий из определенной группы живых существ и среды, в которой эта группа существует.

Под ЭКОЛОГИЕЙ ЧЕЛОВЕКА следует понимать экологию всей экосистемы в целом, рассматриваемой с точки зрения, которую в ней играет “человеческая компонента”.

Экосистема - арена “борьбы за существование”, в которой успех зависит от эффективности адаптаций и в которой действует естественный отбор.

Процессы экологической адаптации протекают в двух направлениях:

1.вызывая биохимические изменения в организме человека, которые обусловлены требованиями среды или возникают в процессе воздействия человека на среду (они определяются индивидуальными реакциями и реакциями всей группы в целом).

2. вызывая биологические реакции, специфические для данного индивидуума.

Эти процессы характеризуют взаимодействие организма со средой.

 

Первое направление обусловлено требованиями среды или воздействием человека на среду. Оно в свою очередь делится на:

· индивидуальные реакции мужчины, женщины или ребенка. Этими вопросами занимается АУТЭКОЛОГИЯ;

· реакции всей группы в целом. Этими вопросами занимается СИНЭКОЛОГИЯ.

Второе направление определяется частным генотипом, например - узкий нос в холодных или засушливых странах.

Таким образом, ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ - это свойство вида. Все представители Homo Sapiens способны проявить необходимую пластичность реакций в ответ на изменение внешних условий (физиологическую пластичность).

Цель и значение адаптации - сохранение биологического ГОМЕОСТАЗА.

ЭКОЛОГИЯ ПИТАНИЯ

 

Рассмотрим анализ экосистем как систем, в которых происходит обмен веществами и энергией.

2.1.Энергия

Поддержание общего баланса энергии у взрослого индивидуума, исключающее резкие колебания веса тела, связано с регуляцией, осуществляемой нервной системой. Энергия, получаемая из пищи необходима для поддержания обмена веществ в состоянии покоя (ОСНОВНОЙ ОБМЕН), для мышечной деятельности, роста и размножения.

К ОСНОВНОМУ ОБМЕНУ относят энергию, расходуемую организмом во время сна, в покое или сидячем положении, во время беременности и лактации, а также в процессе роста. В среднем в состоянии “покоя” расходуется около 300 кДж/час. Расход энергии при беременности и кормлении грудью составляет около 400 кДж/час. Расход энергии ребенком составляет 150 - 250 кДж/час.

При МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ расход энергии составляет:

· пешая прогулка - около 450 кДж/час;

· тяжелая работа - 1600 - 2000 кДж/час.

Работа, сопровождаемая такими энергозатратами может выполняться в течение нескольких часов в день.

Наиболее тяжелая физическая работа в промышленности требует затрат около 10000 кДж для мужчин (1250 кДж/час) и 6700 кДж для женщин (838 кДж/час) за 8-ми часовой рабочий день.

Оценка иных видов деятельности с энергетической стороны весьма затруднительна. В различных видах деятельности человек затрачивает в полтора раза больше энергии, чем необходимо для поддержания обмена в состоянии покоя, то есть 460 - 500 кДж. Многие виды развлечений (танцы и др.) требуют не меньшей затраты, чем иной вид трудоемкой работы.

На холоде тратится избыточная энергия на 30% больше обычной.

Основной обмен для данного возраста может быть выражен по формуле Дюбуа:

 

0,425 0,725

A = W * H * 71,84,

 

где A - площадь поверхности тела в кв.см;

W - вес тела в кг;

H - рост в см.

Фактор размера также влияет на энергетическую стоимость работы, выраженную в кДж.

Например, пешая прогулка со скоростью 3 км/час требует независимо от пола и возраста затраты:

 

Q = 0,127W + 4,284 кДж/мин.,

 

где W - вес тела в кг.

В среднем можно считать, что в любом обществе на каждого человека необходимо от 8500 до 12750 кДж в день. Здесь учитываются следующие факторы:

1. размер тела;

2. климат;

3. трудность работы.

Между экосистемами существуют различия в доле энергии, затрачиваемой на производство продуктов питания, что характеризуется БАЛАНСОМ ЭНЕРГИИ.

 

Для примитивных обществ, занятых в основном добыванием средств существования, из каждых 40 кДж, расходуемой семьей для всех нужд, 10 - 15 кДж затрачивается на деятельность, связанную с добыванием пищи, что составляет 30 - 40 %. Для первобытных людей эта величина составляла около 70 %; в эффективном сельском хозяйстве доля энергии, затрачиваемая для добывания пищи для человека составляет примерно 5 %, то есть один работающий может прокормить примерно 20 человек.

Энергетический состав основных компонентов продуктов питания для человека составляет:

 

ЖИРЫ............................ 38 кДж/г;

УГЛЕВОДЫ........................ 17 кДж/г;

БЕЛКИ........................... 17 кДж/г.

Среднее суточное потребление на душу населения жиров, белков и углеводов различно в зависимости от типа экономики данной страны. Ассортимент продуктов зависит от окружающей среды и способа добывания пищи.

Источниками необходимых компонентов являются:

 

ЖИРЫ - растительные и животные жиры и масла;

УГЛЕВОДЫ - злаки, корнеплоды, плоды и сахар;

БЕЛКИ - животная пища (в том числе рыба и молоко), орехи и бобовые растения.

Доля энергии, поступающей в организм в виде жиров в европейских странах колеблется от 21 % в странах Средиземноморья до 31 % в странах Западной Европы и США (у эскимосов - 47 %).

Доля белков в рационе различных сообществ примерно постоянна и составляет по относительному белковому эквиваленту энергии 9 - 12 %.