экзамен магистратура экология. 1. Экология как наука. Место экологии в структуре человеческого знания. В начале xx в сформировалась новая биологическая наука экология. Термин экология
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
25. Биологический вид. Критерии вида. Основные модели видообразования: аллопатрическое и симпатрическое. Вид – это естественная биологическая единица, всех членов которой связывает воедино участие в общем генофонде(Меррилл, 1962) Вид — основная структурная единица биологической систематики живых организмов (животных, растений и микроорганизмов); таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Большой вклад в дальнейшую разработку понятия «вид» внес шведский ученый Карл Линней (1707—1778). Согласно его представлениям, виды — объективно существующие в природе образования, и между разными видами в большей или меньшей степени имеются различия. Признаки, по которым один вид можно отличить от другого, называют критериями вида: 1. В основе морфологического критерия лежит сходство внешнего и внутреннего строения между особями одного вида. 2. В основу физиологического критерия положено сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего сходство размножения. Особи разных видов, как правило, не скрещиваются, или потомство их бесплодно. Например, у многих видов мухи дрозофилы сперма особей чужого вида вызывает иммунную реакцию, что приводит к гибели сперматозоидов в половых путях самки. В то же время в природе есть виды, особи которых скрещиваются и дают плодовитое потомство (некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив) 3. Географический критерий основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию, называемую ареалом. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным .Однако огромное число видов имеет накладывающиеся или перекрывающиеся ареалы. Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также виды-космополиты, обитающие на огромных пространствах суши всех континентов или океана (например, растения — пастушья сумка, одуванчик лекарственный, виды рдестов, ряски, тростника, животные-синантропы — постельный клоп, рыжий таракан, комнатная муха). Поэтому географический критерий, как и другие, не является абсолютным. 4. Экологический критерий основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя свойственные ему функции в определенном биогеоценозе. Так, например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик ползучий — по берегам рек и канав, лютик жгучий — на заболоченных местах. Существуют, однако, виды, которые не имеют строгой экологической приуроченности. К ним относятся многие сорные растения, а также виды, находящиеся под опекой человека: комнатные и культурные растения, домашние животные. 5. Генетический (цитоморфологический) критерий основан на различии видов по кариотипам, т.е. числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определенный кариотип. Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Например, некоторые виды семейства бобовых имеют 22 хромосомы (2п = 22). Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций (поли- или анеу-плоидия). Например, ива козья может иметь диплоидное (38) или тетра-плоидное (76) число хромосом. 6. Биохимический критерий позволяет различать виды по составу и структуре определенных белков, нуклеиновых кислот и др. Особи одного вида имеют сходную структуру ДНК, что обусловливает синтез одинаковых белков, отличающихся от белков другого вида. Вместе с тем у некоторых бактерий, грибов, высших растений состав ДНК оказался очень близким. Следовательно, есть виды-двойники и по биохимическим признакам. Критерии вида кратко: Критерии вида – это признаки, по которым сравнивают 2 организма, чтобы определить, относятся они к одному виду или к разным. * Морфологический – внутреннее и внешнее строение. * Физиолого-биохимический – как работают органы и клетки. * Поведенческий – поведение, особенно в момент размножения. * Экологический – совокупность факторов внешней среды, необходимых для жизни вида (температура, влажность, пища, конкуренты и т.п.) * Географический – ареал (область распространения), т.е. территория, на которой живет данный вид. * Генетико-репродуктивный – одинаковое количество и строение хромосом, что позволяет организмам давать плодовитое потомство. Виды, встречающиеся в разных географических областях (или разделенные пространственными преградами), называют аллотропическими, тогда как виды, встречающиеся в одной и той же области( но не обязательно в одной и той же нише), называют симпатрическими. При симпатрии различия между близкородственными видами часто усиливаются, а при аллопатрии уменьшаются под действием эволюционного процесса, известного как смещение признаков. Видообразование, или формирование нового вида и развитие видового разнообразия, происходит тогда, когда поток генов в пределах общего генофонда прерывается каким либо изолирующим механизмом. Если изоляция возникает вследствие географического разделения популяций, происходящий от общего предка, то происходит аллотропическое видообразование. Если изоляция осуществляется экологическими или генетическими средствами в пределах данной области, то можно говорить о симпатрическом видообразовании. Пространственная изоляция может возникать в ходе распространения вида по ареалу. На пике численности обычно усиливается миграция особей, и ареал вида расширяется. В период спада численности этот ареал фрагментируется и прежде большая единая популяция распадается на серию мелких частично изолированных популяций. Глобальные изменения климата, наступление ледников или пустынь, дрейф материков, горообразование, изменение русел рек – все эти события также могут приводить к фрагментации ареалов. В историческое время фрагментация ареалов многих животных и растений была обусловлена деятельностью человека. Вырубка лесов, распашка полей, прокладка железных и шоссейных дорог, газо- и нефтепроводов привели к тому, что многие популяции оказались отрезанными друг от друга, их численность снизалась, и обмен мигрантами между ними резко сократился.В зависимости от того, где и как возникает репродуктивная изоляция между исходным и нарождающимся видом или видами, выделяют 2 основных способа видообразования. Аллопатрическое (от греч.allos – другой, patris— родина) видообразование происходит в том случае, когда нарождающиеся виды оказываются пространственно разобщенными, отделенными друг от друга и от исходного вида труднопреодолимыми географическими барьерами. Классический пример аллопатрического видообразования — эндемичные виды, возникшие на островах. Вьюрки на Галапагосских островах, описанные впервые Ч. Дарвином, — свидетельство эффективности аллопатрического видообразования. Молекулярный анализ их ДНК показывает, что при всем удивительном морфологическом многообразии видов Дарвиновых вьюрков, все они являются потомками одного единственного континентального вида. В озере Байкал возникло множество эндемичных видов беспозвоночных и рыб. Особенно показательно разнообразие бокоплавов — примерно 250 эндемичных видов, возникших, возможно, из одного предкового вида. Большинство ученых сходятся во мнении, что аллопатрическое видообразование было основной причиной возникновения множества видов животных растений. Однако известны примеры обитания нескольких (а иногда и многих) близкородственных видов на одной территории. Например, в африканским озере Виктория, которое образовались всего 12 тыс. лет назад, обитают более 500 видов рыб-цихлид, отличающиеся друг от друга по морфологии, образу жизни, поведению и ряду других признаков. Молекулярно-генетический анализ показывает, что все они произошли от одного общего предка. Для объяснения такого рода явлений была предложена гипотеза симпатрического видообразования. Она предполагает, что репродуктивная изоляция может возникнуть в пределах одной территории. Были высказано несколько гипотез о том, как это происходит. Репродуктивная изоляция может возникать на основе геномных и хромосомных перестроек. Другим путем к симпатрическому видообразованию может быть экологическая специализация. Одни паразитические виды оказываются крайне специализированными по хозяину: они паразитируют только на нем одном. Другие виды могут использовать несколько видов-хозяев. Среди них выделяются такие, которые образуют так называемые «расы по хозяину». Представители этих рас могут использовать несколько видов, но в силу своих генетических особенностей, предпочитают какой-то один вид-хозяин. Углубление такой специализации за счет дизруптивного отбора может привести к симпатрическому видообразованию. Изоляция может формироваться и поддерживаться благодаря разобщению сезонов размножения. Примером может служить возникновение ранне- и поздноцветущих рас у погремка. 26. Понятие эндемизма, виды эндемиков. Реликты. Эндемики – это виды (или другие таксоны), ограниченные в своем распространении какой либо определенной географической областью и не выходящие за ее границы. Для существования эндемизма необходима изоляция. Поэтому можно говорить лишь об эндемиках определенной территории. Количество эндемиков в различных фаунах неодинаково. Наиболее высок процент эндемизма в островных фаунах, а на континентах — в районах с сильно расчлененным рельефом, т. е. в горных странах, поскольку географическая изоляция — необходимое условие процесса видообразования. Для образования эндемичных видов требуется не только географическая изоляция, но и продолжительное время. Длительное и непрерывное развитие фауны благоприятствует возникновению новых видов, в то время как быстрые изменения условий существования, наоборот, ведут к вымиранию одних и расселению других. Обилие эндемиков отражает длительность развития фаун. Ареалы эндемиков иногда очень малы по площади. Например, сосна эльдарская (Pinus eldarica) в Восточном Закавказье занимает около 50 га. На Земле имеются районы, для которых особенно характерен видовой эндемизм. Среди них следует назвать юго-западную оконечность Африки с уникальной эндемичной флорой, из почти 7000 видов растений которой около 90% — эндемики. Примером может служить также оз. Байкал, где из 600 видов растений и 1200 видо животных эндемичны 3/4 их численности. Видовой эндемизм широко распространен и на горных вершинах, резко ограниченных от равнинных пространств, островах, ранее составляющих часть суши. Эндемики могут иметь разный эволюционный возраст, который определяется образованием их эколого-географической изолированности и способностью к историческому развитию — филогенезу. Виды эндемиков: 1. неоэндемизм связан с формированием нового вида, когда вначале распространен на очень ограниченной территории и границы ареала еще не определились. Неоэндемики находятся в родственных отношениях с другими представителями местной флоры и фауны. К ним относятся многие виды полыней и астрагалов, недавно возникших в Средней Азии. На Британских островах в наземной фауне велик контингент неоэндемиков, среди которых белка (Sciurus vulgaris leucourus), отличающаяся от континентальной формы более светлым мехом. 2. Палеоэндемики (древние эндемики) — это древние формы, первоначально обширный ареал которых сокращается в связи с изменением климата или из-за конкуренции с более приспособленными видами.Они обычно не связаны родственными отношениями с представителями местной флоры или фауны. Так, палеоэндемиком является гинкго двулопастный, который в третичный период покрывал все континенты, но до наших дней сохранился лишь в Восточной Азии. Палеоэндемична фауна Австралии и Мадагаскара. В целом палеоэндемизм — признак угасания вида, а неоэндемизм, наоборот, признак развития и начинающегося распространения. Многие из палеоэндемиков относятся к редким исчезающим видам, являются реликтами. Реликтовые эндемики (их иногда называют консервативными) занимают в фауне, как правило, изолированное положение. Реликтовый эндемизм характерен для изолированных гор. Близкородственных видов у них нет, они систематически обособлены. Реликтовые эндемичные роды часто включают лишь несколько или всего-навсего один вид (монотипичные роды). Конечно, если бы она полностью не отвечала их потребностям, они бы давно вымерли. Однако распространение этих видов в ареале носит пятнистый характер, они узколокальны и связаны с ограниченными биотопами. Наличие в фауне реликтовых эндемиков говорит о том, что благоприятная для них обстановка сохраняется длительное (в геологическом смысле) время, пусть даже на небольшом пространстве. Замечательным примером реликтового эндемизма служит гаттерия Sphenodon punctatus — единственный представитель семейства клинозубых Sphenodontidae, отряда клювоголовых Rhyn-chocephalia рептилий, живущая в Новой Зеландии. Для консервативных эндемиков высокого ранга нередко характерно дизъюнктивное распространение. 27. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу. Загрязнение окружающей природной среды: определение, классификация. Основные источники и виды загрязнений. Антропогенные воздействия на биосферу.В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов Гарантом динамической устойчивости биосферы служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объеме. Однако по мере развития цивилизации планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, все больше стала испытывать влияние новых воздействий, небывалых по силе и разнообразию – антропогенных. Антропогенные воздействия- это деятельность, связанная с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящая физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду. Можно выделить 5 основных видов вмешательства человека в экологические процессы(по Коммонеру, 1974) 1. Упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов (пригородные леса, водоемы) 2. Концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения (водоемы при ТЭС) 3. Рост числа ядовитых отходов от хим. производств 4. Введение в экосистему новых видов 5. Появление генетических изменений в организмах растений и животных Загрязнения Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Загрязнение - поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, м\о или энергий(в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, растений и экосистем. Загрязнения по объектам: * Загрязнение поверхностных и подземных вод * Загрязнение атмосферного воздуха * Загрязнение почв Виды загрязнений: Физические: тепловые, шумовые, радиоактивные, электромагнитные * тепловое (термальное) загрязнение характеризуется периодическим или длительным повышением температуры среды выше естественного уровня; характерно для воздушной и водной сред (в результате выбросов/сбросов нагретых газов и отработанных вод); * световое загрязнение связано с периодическим или продолжительным превышением уровня естественной освещенности местности за счет использования источников искусственного освещения; характерно для индустриальных центров, больших городов, агломераций; эта форма загрязнения самостоятельно или в сочетании с другими формами загрязнения способна приводить к аномалиям в развитии живых организмов, стать причиной их миграции; * шумовое загрязнение характеризуется превышением уровня естественного шумового фона; основной его источник – технические устройства, транспорт и т.п.; особенно характерно для городов, окрестностей аэродромов, промышленных объектов; приводит к утомляемости человека, стрессовых состояниям, развитого нервно-психических заболеваний, при достижении уровня шума 90 дБ возможна потеря слуха; даже относительно невысокое, но продолжительное шумовое загрязнение природных экосистем ведет к их изменению (переселение отдельных видов, нарушению процессов воспроизводства и т.п.); * радиоактивноезагрязнение связано с превышением естественного радиационного фона и уровня содержания в природной среде радиоактивных элементов и веществ (одновременно мотает рассматриваться и как химическое загрязнение); основными источниками являются ядерные установки, испытания, аварии, искусственные трансурановые элементы, продукты деления ядер радиоактивных изотопов и т.п.; относится к числу особо опасных загрязнений для человека, животных и растений вследствие негативного влияния повышенных доз радиации на генетический аппарат и биологические структуры организмов; * электромагнитное – форма физического загрязнения окружающей среды, связанная с нарушением ее электромагнитных свойств; основные источники – линии электропередачи (ЛЭП), теле- и радиоустановки и пр.; относится к особо опасным загрязнениям, поскольку способно индуцировать нарушения в тонких биологических структурах живых организмов, кроме того, приводит к геофизическим аномалиям. * Химические: тяжелыми металлами, пестицидами, отдельными химическими веществами и элементами, СПАВ, пластмассами * Биологические: биогенные, микробиологические, генная инженерия Наиболее опасные загрязняющие вещества: * Диоксид серы(с учетом эффекта кислотных дождей) * Тяжелые металлы: в первую очередь Pb, Cd, Hg * Некоторые канцерогенные вещества, в частности бензопирен * Нефть и нефтепродукты в морях и океанах * Хлороорганические пестициды * Оксид углерода и оксид азота(в городах) * Радиоактивные вещества Классификация загрязнений: 1. Ингредиентное: * минеральное (продукты сгорания ископаемого топлива,отходы хим. производств,шахтные отвалы и терриконы, отходы металлургии, продукты сгорания в ДВС, ядохимикаты и удобрения,аварийные сбросы в акваториях,нефтедобыча и невтепереработка…) * органическое (бытовые стоки и мусор,микробиологические препараты, отходы пищевой промышленности, отходы животноводческих ферм...) 2. Параметрическое * тепловые * шумовые * световые * радиационные * электромагнитные 3. Биоценотическое: (комплексный фактор беспокойства; нарушение баланса популяции; случайная и направленная интродукция и акклиматизация видов; нерегулируемый сбор, отлов, отстрел, браконьерство; пере промысел) 4. Стациально-деструктивное: ( вырубка лесов, эрозия почв, пожары, дорожное строительство, зарегулирование водостоков, карьерная разработка ископаемых, орошение земель, урбанизация, лесные и степные пожары, прочие формы, связанные с разрушением и преобразованием экосистем) |