87538

Предмет экологии. Понятие об экосистемах. Экологические факторы

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Существует довольно много определений экологии однако подавляющее большинство современных экологов считают что экология –- это наука изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи организмов между собой и средой в которой они обитают.

Русский

2015-04-21

178.5 KB

0 чел.

Тема 1. Введение. Предмет экологии. Понятие об экосистемах. Экологические факторы.

(Вопросы для рассмотрения. Основные разделы экологии. Экология в системе естественных наук. Фундаментальные свойства и уровни организации живой материи. Понятие об экосистемах. Экологические факторы. Обмен вещества и энергии в  экосистемах.)

Слово «экология» было впервые использовано немецким биологом Э.Геккелем в 1866 г.  В буквальном смысле экология – это «наука о местообитании» (греч. Oikos -  дом,  logos – наука) . Существует довольно много определений экологии, однако подавляющее большинство современных экологов считают, что

экологияэто наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи организмов между собой и средой, в которой они обитают.

Объекты исследования экологии — в основном, системы выше уровня отдельных организмов: популяции, биоценозы, экосистемы, а также вся биосфера.

Предмет изучения — организация и функционирование таких систем.

Основные разделы экологии

В структуре современной экологии Н.Ф.Реймерс (1994) выделил следующие крупные разделы экологии как науки:

  •  теоретическая экология (биоэкология, общая экология);
  •  прикладная экология;
  •  социальная экология.

Теоретическая экология рассматривает общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы.

В зависимости от уровня биологической организации общую экологию подразделяют  на:

аутэкологию (изучает особи и виды организмов)

популяционную экологию (изучение популяций)

синэкологию (экология сообществ)

существует и более дробное деление (классификация) — экология животных, растений, океана и др.

Экологическими проблемами Земли как планеты занимается глобальная экология, объектом изучения которой является биосфера, как глобальная экосистема.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования. Естественной  основой прикладной экологии служат законы, правила и принципы фундаментальной (теоретической) экологии.

Социальная экология изучает взаимоотношения в системе «человеческое общество — природа».

Частью социальной экологии является экология человека, в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающей средой. Ответвлением экологии человека является валеология, рассматривающая вопросы приобретения человеком навыков здорового образа жизни.

Место экологии в системе естественных наук

Современная  экология тесно взаимодействует с другими отраслями науки, преимущественно естественно-научного направления. Экологи активно используют их методы, законы, принципы, а также информацию о строении и свойствах живой и неживой материи, накопленную в различных областях научных знаний. В то же время её выводы и достижения учитываются учёными различных направлений, а нередко лежат в основе разработки новейших концепций развития общества.

Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология, биогеохимия, социология, демография, экономика и др.

Методы исследования в экологии подразделяются на: полевые, экспериментальные и методы моделирования.

Полевые методы представляют собой наблюдение за функционированием живых организмов в их естественной среде обитания.

Экспериментальные методы включают в себя варьирование различных факторов, влияющих на организмы, по выбранной программе в стационарных условиях.

Методы моделирования позволяют прогнозировать развитие различных процессов взаимодействия живых систем между собой и с окружающей их природной средой.

Фундаментальные свойства живой материи.

Так как экология занимается изучением условий и механизмов функционирования живой материи (организмов) высоких уровней организации кратко рассмотрим фундаментальные свойства живой материи. Чем живое вещество отличается от неживого.

Несмотря на то, что такие различия многочисленны и нередко очевидны (например, различие между живой и неживой природой отчетливо проявляется уже на уровне их химического состава. Если земная кора на 90% состоит из О, Si, Al и Na, то в живых организмах около 95 % составляют C, H, O, N. Кроме того, к этой группе (макроэлементов) относится еще восемь элементов - Na, Cl, S, P, Ca, K, Mg, Fe, содержание которых исчисляется долями процента) на данный момент нет строгого определения, что же такое жизнь.

Поскольку среди учёных нет полного единства в данном вопросе, перечислим те свойства, которые всеми исследователями рассматриваются как непременный атрибут (свойство) живой материи.

Обмен веществ (метаболизм)

В отличие от тел неживой природы обмен с окружающей средой для живых организмов является условием их существования. При этом происходит восстановление разрушенных («отработавших») компонентов, замена их новыми, идентичными им, т.е. имеет место самообновление. Вот некоторые примеры: все белки печени и крови человека обновляются каждые 20 дней; все тканевые белки - в течение каждых 160 дней; все клетки кишечного эпителия обновляются в течение недели.

Самовоспроизведение (репродукция)

Жизнь существует в виде дискретных биологических систем (клеток, организмов и т.д.) и существование каждой отдельно взятой биологической системы ограничено во времени. Поэтому поддержание жизни на любом уровне организации связано с репродукцией.

Наследственность и изменчивость

Наследственность обеспечивает материальную преемственность (поток генетической информации) между поколениями организмов. Она тесно связана с репродукцией на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Генетический код - это система «записи» информации о последовательности расположения аминокислот в синтезируемых белках с помощью последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Совокупность всех генов организма называется генотипом, а совокупность признаков -фенотипом

Если бы при размножении организмов проявлялась только преемственность существующих признаков и свойств, то на фоне меняющихся условий внешней среды существование организмов было бы невозможно, так как необходимым условием жизни организмов является их приспособленность к условиям среды обитания. При «жесткой» наследственности не мог бы осуществляться и эволюционный процесс. Но живым организмам свойственна изменчивость, под которой понимают свойство живого приобретать новые признаки и утрачивать прежние.

Таким образом, на наследственной (генотипической) изменчивости базируется приспособляемость организмов к условиям внешней среды, разнообразие организмов, создаются предпосылки для позитивной эволюции.

Индивидуальное развитие организмов

Всем живым организмам свойственен процесс индивидуального развития - онтогенез.

Эволюция организмов

Эволюция организмов представляет собой необратимый процесс исторического развития живого. В ходе эволюции (филогенетического развития) происходит последовательная смена видов в результате процесса возникновения новых видов организмов. С появлением человека возникла новая форма существования материи - социальная, высшая по сравнению с биологической и не сводимая к ней. В силу этого человек в отличие от всех других видов организмов представляет собой биосоциальное существо.

Раздражимость организмов

Неотъемлемым свойством организмов и всех живых систем является раздражимость - способность воспринимать внешние или внутренние раздражители (воздействия) и адекватно на них реагировать.

Существуют и другие представления о наборе признаков, по которым живую материю можно отличить от неживой. К ним относят:

1. Питание.

Пища нужна всем живым существам. Они используют ее как источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности.

2. Дыхание

Для всех процессов жизнедеятельности нужна энергия, поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеротрофного питания, используется в качестве источника энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая энергия запасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.

3. Раздражимость

Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить.

4. Подвижность

Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т.е. способностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны сами создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри клеток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут двигаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.

5. Выделение

Выделение, или экскреция - это выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Такие ядовитые «шлаки» возникают, например, в процессе дыхания, и их надо обязательно удалять.

6. Размножение

Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, однако все живое «бессмертно». Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения.

7. Рост

Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые организм получает в процессе автотрофного или гетеротрофного питания.

Эти семь главных признаков живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв. Не следует, однако, забывать, что все эти признаки - лишь наблюдаемые проявления главных свойств живой материи, т.е. ее способности извлекать, превращать и использовать энергию извне. К тому же живая материя способна не только поддерживать, но и увеличивать свои энергетические запасы.

В отличие от живой материи мертвое органическое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды. Живые существа обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неуправляемому распаду структур и веществ и бесцельному выделению энергии. Такая регуляция направлена в поддержание гомеостаза (стабильности) на всех уровнях организации живых систем от молекул до целых сообществ.

Уровни организации живой материи

К 60-м годам текущего столетия сложилось представление об уровнях организации живого как конкретном выражении иерархической упорядоченности. Жизнь на Земле представлена организмами определенного строения, принадлежащим к определенным систематическим группам (популяция, вид), а также сообществам разной сложности (биогеоценозы, биосфера). В свою очередь, организмы характеризуются молекулярной, клеточной, тканевой, органной структурностью. Каждый организм, с одной стороны, состоит из единиц подчиненных ему уровней организации (органов, тканей и т.д.), с другой - сам является единицей в составе надорганизменных биологических систем (популяций, видов, биогеоценозов, биосферы в целом).

Существование жизни на всех уровнях определяется структурой низшего уровня. Например, характер клеточного уровня организации определяется молекулярным и субклеточным уровнями; организменного - клеточным, тканевым, органным; популяционно-видового - организменным и т.д. Следует отметить большое сходство дискретных единиц на низших уровнях и все возрастающее различие на высших уровнях.

Выделяют  следующие уровни организации живой материи на базе разных способов структурно-функционального объединения составляющих элементов:

Уровень

Определение и краткая характеристика

Молекулярный

20 аминокислот и 4 азотистых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот

Клеточный

Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей, характерной для всех организмов. Только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. У одноклеточных организмов этот уровень совпадает с организменным

Тканево-органный

Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы. Всего лишь 5 основных тканей входят в состав органов всех многоклеточных животных и 6 основных тканей образуют органы растений

Организменный или онтогенети-

ческий

Характеризуется трудновообразимым многообразием форм. В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов высших растений. Организм как целое (особь) - элементарная единица жизни. Вне особей жизни не существует. На этом уровне протекают процессы онтогенеза

 

Популяционно-

видовой

Совокупность организмов (особей) одного вида, населяющих определенную территорию, свободно между собой скрещивающихся, составляет популяцию. Популяция - это элементарная единица эволюционного процесса; в ней начинаются процессы видообразования

Биоценотиче-

ский

Биоценозы – исторически сложившиеся устойчивые сообщества популяций разных видов, связанных между собой и с окружающей неживой природой обменом веществ, энергии и информации. Являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов

Биосферный

Биосфера – область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, где живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему

Главные уровни организации жизни можно представить и в виде следующего ряда: ген, клетка, орган, организм, популяция, биоценоз, экосистема (в том числе – биосфера). Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем.

Основные термины

ПОПУЛЯЦИЯ (народ) - группа особей одного вида, занимающая определенное пространство.

БИОЦЕНОЗ или сообщество (совместная жизнь) - все популяции разных видов, взаимодействующие между собой на определенной территории, называемой БИОТОПОМ

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (экосистема, биогеоценоз) - это биоценоз и неживая среда, функционирующие совместно.

К экосистема можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания –от небольшого озера или пруда до Мирового океана, от отдельного дерева, куста до крупных лесных массивов, например, тайги.

Экосистемы отличаются как по составу биоценозов, так и по условиям обитания  биоты. Условия обитания определяются совокупным воздействием экологических факторов.

Экологические факторы

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ - любой компонент среды, способный оказать непосредственное влияние на живые организмы, а также на характер их отношений друг с другом.

Выделяют абиотичнские, биотические, антропогенные факторы.

Абиотическими называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди абиотических факторов часто выделяют: климатические (температура, влажность воздуха, ветер , свет и др.), гидрографические – факторы водной среды (течение, солёность, колебание уровня воды, приливы и др.), почвенные (количество гумуса, структура почвы, минеральный состав, содержание макро- и микроэлементов и др.), геологические (состав пород, геологические процессы и др.) и др.

Биотические факторы – совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (в том числе внутривидовое и межвидовое взаимодействие).

Антропогенные факторы – факторы, порожденные хозяйственной и иной деятельностью человека и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, изменение рельефа и других элементов ландшафта, создание источников повышенного шума, электромагнитного и других видов излучения и др.).

Обмен веществом и энергией в экосистемах.

Вещество экосистем постоянно находятся в движении. Важнейшее свойство любой экосистемы — это циркуляция, обмен веществ и энергии между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т.е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом (рис. 1).

Рис. 1. Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в природных экосистемах.

Энергетической базой всех биологических процессов (круговоротов, циклов) является солнечный свет, обеспечивающий фотосинтез.

Основными формами обмена вещества и энергии в экосистеме между её компонентами: растениями, животными, микроорганизмами и окружающей средой, являются фотосинтез, дыхание живых организмов и разнообразные пищевые связи.

По роли, которую играют живые вещества в биологическом круговороте они делятся на:

АВТОТРОФНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (продуценты),  использующие неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической.. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши, водной среды, сине-зелйные водоросли, некоторые хемосинтезирующие растения и др.

ГЕТЕРОТРОФНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (консументы и редуценты) — потребители готовых органических веществ растительного и животного происхождения (потребители первого, второго и др. порядков). Они создают вторичную биологическую продукцию.

(Справка. 1) консументы — потребители первичной или вторичной биологической продукции 2) редуценты или деструкторы (разрушители), к которым относятся преимущественно микроорганизмы и грибы. Редуценты разлагают остатки мёртвых животных и растений, превращая их в простые минеральные соединения. Они завершают биологический круговорот в экосистемах).

Перераспределение энергии в экосистемах

Перенос энергии в экосистемах между живыми существами происходит в ходе питания в так называемых пищевых цепях (трофическая цепь).

Пищевая цепь это ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему.

Это процесс переноса энергии от её источника — растений через ряд организмов путём поедания одних видов другими. В основе трофической цепи лежат зелёные растения, которыми питаются насекомые и позвоночные животные, в свою очередь служащие источником энергии и вещества для построения тела потребителей второго, третьего и др. порядков (хищников).  С каждым звеном цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размножаются, их число уменьшается.

При этом следует учитывать, что зелёная растительность даже при условии максимального притока атмосферного углекислого газа усваивает не более 5% поступающей на земную поверхность солнечной энергии. Обычно эта величина ещё меньше от 0,1 до 1 %.

Общая закономерность построения трофических цепей состоит в том, что количество особей, включённых в трофическую цепь, последовательно уменьшается и число жертв значительно больше численности их потребителей. Это происходит потому, что в каждом звене пищевой цепи, при каждом переносе энергии 80-90% её теряется, рассеиваясь в форме тепла.

Это обстоятельство ограничивает число звеньев в цепи. Обычно их        3 — 5. В среднем из 1000 кг (1т) растительности образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных животных, могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники — только 1 кг. Следовательно, масса каждого следующего в цепи звена прогрессивно уменьшается. Это правило носит название правило экологической пирамиды.

На основе изучения переноса энергии в трофических  цепях                            Р. Линдеманом сформулирован закон пирамиды энергий: с одного трофического уровня экологической пирамиды на другого переходит в среднем не более 10 % энергии.

Трофические цепи могут перекрещиваться, образуя трофические сети питания.

                  

Рис. 2 Пример экологической пирамиды для биоценоза суши

                      

Рис. 3 Пример экологической пирамиды для морского биоценоза


Продуценты

онсументы

1-го порядка

Консументы

2-го порядка

Редуценты

Минеральные вещества

Солнце


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75317. Понятие “феодализма” в западноевропейской историографии 39.5 KB
  Понятие феодализма в западноевропейской историографии. Понимание феодализма в историографии XVIII в. Главными чертами феодализма некоторые из них считали политическую раздробленность и как следствие ее господство в средние века папской теократии. в определении сущности феодализма недалеко ушли от историков эпохи Просвещения хотя в отличие от них оценивали феодализм как положительное историческое явление: реакционные романтики потому что видели в нем свой политический идеал...
75318. Проблема генезиса феодализма в отечественной и зарубежной историографии 46.5 KB
  Проблема генезиса феодализма в отечественной и зарубежной историографии. Проблема генезиса феодализма и связанный с нею вопрос о путях складывания феодально зависимого крестьянства представляет трудность и с источниковедческой и с теоретической точек зрения. В советской историографии становление феодализма рассматривалось в первую очередь в аспекте вскрытия сдвигов в производительных силах в отношениях собственности...
75319. Образование государства и возникновение писаного права у франков 38.5 KB
  Образование государства и возникновение писаного права у франков. В исторических памятниках имя франков появилось начиная с III в. Франки распадались на две большие ветви приморских или салических франков от латинского слова slum что значит море живших у устья Рейна и прибрежных или рипуарских франков от латинского слова rip что значит берег живших южнее по берегам Рейна и Мааса. Из вождей франков известен Меровей при котором франки сражались против Аттилы на Каталаунских полях 451 г.
75320. Рост крупного землевладения и ослабление центральной власти у франков при преемниках Хлодвига. Объединение страны майордомами Австразии 33.5 KB
  После смерти Хлодвига началось дробление королевства. намечается обособление самостоятельных политических единиц в составе Франкского королевства: Нейстрии СевероЗападной Галлии с центром в Париже; Австразии северовосточной части Франкского королевства включавшей исконные франкские области по обоим берегам Рейна и Мааса; Бургундии территории бывшего королевства бургундов. В Нейстрии которая к моменту франкского завоевания была сильно романизована галлоримляне составлявшие и после завоевания большинство населения раньше чем в...
75321. Франция в IX-XI веках 39.5 KB
  В начале этого периода в стране имелось еще много крестьян не находившихся в какойлибо зависимости от частных лиц и подчинявшихся непосредственно короне. Вместе с тем возрастало число крестьян находившихся в личнонаследственной зависимости сервов и колонов а также жителей иммунитетных территорий. В результате все жители округи будь они в личной либо поземельной зависимости от данного или какогонибудь другого феодала или нет становились его людьми в судебноадминистративном отношении. Для по земельно и лично зависимых крестьян...
75322. Англия в XI-XII вв. Завершение феодализации английского общества 47 KB
  в Англии в основном уже господствовали феодальные порядки но процесс феодализации еще не завершился. Вильгельм со своим войском на больших ладьях переплыл ЛаМанш и высадился на юге Англии в бухте Павенси. Во главе последнего выступил избранный советом мудрых новый король Англии Гарольд. Герцог Нормандский же двинулся к Лондону захватил его и стал королем Англии под именем Вильгельма I Завоевателя.
75323. Особенности социально-экономического развития Италии в конце V- сер. XI веков 51 KB
  Особенности социальноэкономического развития Италии в конце V сер. Подвластное лангобардам коренное население Италии оставалось в сфере действия римского права. империи но не принесло Италии политического единства. Карл Великий изменил территориальноадминистративное деление своих владений в Италии: вместо герцогств были образованы 20 графств отданных в управление представителям франкской знати.
75324. Основные черты феодального строя в Западной Европе к концу XI века 32 KB
  Господствует феодальная земельная собственность в вид вотчины в сочетании с мелким индивидуальным крестьянским хозяйством. Основная масса крестьян находится уже в той или иной форме зависимости. На раннем этапе развития феодализма господствовало натуральное хозяйство; обмен был незначителен торговые связи не развиты; У лично зависимых крестьян особенно в крупных поместьях преобладала отработочная рента. Широко распространяется также натуральный оброк с крестьян находившихся в более легкой зависимости.