экология. Экология как наука
 Скачать 433 Kb.
|
|
10. Почва как компонент биосферы Биокосное вещество - создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других. Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия. В состав почвы входят четыре основных структурных компонента: 1) минеральная основа (обычно 5060% общего состава почвы); 2) органическое вещество (до 10%); 3) воздух (1525%); 4) вода (2530%). Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания. Свыше 50% минерального состава почвы занимает кремнезем SiO от 1 до 25% приходится на глинозем А1, 0з, от 1 до 10% - на оксиды железа FeO, от 0, 1 до 5% - на 2- 3- оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Минеральные элементы, образующие вещество почвенного скелета, различны по размерам: от валунов и камней до песчаных крупинок - частиц диаметром 0,022 мм, ила - частиц диаметром 0, 002 - 0, 02 мм и мельчайших частиц глины размером менее 0,002 мм в диаметре. Их соотношение определяет механическую структуру почвы. Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей и экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения - аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, называется гумусом. Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность возрастает от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Почвенная влага делится на свободную, капиллярную и пленочную. Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий - 1000 - 7000, микроскопических грибов - 1001000, водорослей 100300, членистоногих - 1000, червей - 350 - 1000. 11. Человек как биологический вид. Его экологическая ниша Современная наука видит в человеке прежде всего биосоциальное существо, прошедшее в своем становлении длительный путь эволюции и выработавшее сложную социальную организацию. Выйдя из животного царства, человек и поныне остается одним из его членов. Царство Животные, подцарство Многоклеточные, раздел Двустороннесимметричные, тип Хордовые, подтип Позвоночные, группа Челюстноротые, класс Млекопитающие, отряд Приматы, подотряд Обезьяны, секция Узконосые, надсемейство Высшие узконосые (гоминоиды), семейство Гоминиды, род Человек, вид Человек разумный - таково его положение в системе органического мира. Современный человек произошел от обезьяноподобного предка - дриопитека, представителя ветви гоминид, отделившихся примерно 2025 млн лет назад от высших узконосых обезьян. Причиной отхода предков человека от генеральной линии эволюции, предопределившего невиданный скачок в совершенствовании его физической организации и расширении возможностей функционирования, стали изменения условий существования, произошедшие вследствие развития естественных природных процессов. Общее похолодание, вызвавшее сокращение ареалов лесов - естественных экологических ниш, населяемых предками человека, поставило его перед необходимостью приспособиться к новым, крайне неблагоприятным обстоятельствам жизни. Это дало возможность более гибко реагировать на текущие изменения во внешней среде и тем самым успешнее адаптироваться к ним. Постепенно, по мере освоения человеком умений, создания и использования орудий, создания им развитой материальной культуры и, что самое главное, развития интеллекта, он фактически перешел от пассивного приспособления к условиям существования к активному и сознательному их преобразованию. В экосистеме человек занимает место на высших трофических уровнях. Расселение его можно считать повсеместным. В настоящее время жизнь человечества протекает в совокупности взаимодействующих природных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природной средой (природно-технических геосистем (ПТГС)). Структура ПТГС включает подсистему природных объектов (геологические тела, почва, растительный покров, водные источники, воздух, животные, составляющую природную основу ПТГС) и подсистему искусственных объектов (наземные и подземные сооружения, плотины, водохранилища, технические средства, например бульдозеры, и т.п.). 12. Понятие «экосистема». Структура экосистемы Экосистема - это совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака: 1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов; 2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие; 3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов. Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня и т.д. Более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем. Важным следствием иерархической организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства. Наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью. Основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов. Несмотря на многообразие экосистем, все они обладают структурным сходством. В каждой из них можно выделить фотосинтезирующие растения - продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они и составляют биотическую структуру экосистем. Неживая и живая природа, окружающая растения, животных и человека, носит название среды обитания. Множество отдельных компонентов среды, влияющих на организмы, называется экологическими факторами. По природе происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Раньше к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые организмы, однако в настоящее время выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком. Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и др. 13. Основные формы межвидовых связей в экосистемах В основе форм взаимодействия популяций лежат трофические связи. Межвидовые отношения реализуются в виде взаимодействия конкретных видов в структуре отдельных биоценозов и выражаются: 1) в антибиозе - крайнем выражении конкурентных отношений. Вид полностью препятствует возможности поселения особей других видов в определенной зоне влияния;2) нейтрализме - виды, взаимодействуя друг с другом, не оказывают друг на друга заметного биологического воздействия. Такой тип отношений встречается в отношениях между видами смежных трофических уровней;3) симбиозе - тесными функциональными взаимовыгодными отношениями (мутуализм - выгода для обоих видов, комменсализм - выгода только для одного вида). В результате взаимоотношений растений и животных и у тех и у других формировались адаптации. Это образование твердой коры, различного рода шипов, колючек, развитие химической формы защиты у живых организмов, что способствовало ограничению выедания растительности. Удобрение почвы экскрементами животных способствует развитию богатой растительности. Важные биологические функции осуществляются на основе прямых трофических связей в пищевых цепях, вызывая ускорение биологического круговорота биомассы, способствуя распространению растений. Во взаимоотношениях хищник - жертва большую роль играет поведение во время охоты: простое собирательство, широкий поиск, подстерегание, преследование, умерщвление жертв ядом. Животные, выступающие в качестве жертв, выработали приспособления - морфологические (шипы, колючки и т.п.), поведенческие (убегание, затаивание) или физиологические (продукция ядовитых, отпугивающих веществ), а также используют покровительственную окраску. Хищники могут воздействовать на половую структуру, изымая из популяций жертв преимущественно самцов. Форма взаимосвязей между видами, при которой организмы одного вида живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида в течение определенного времени, называется отношениями хозяин - паразит. Для паразита организм хозяина - территория его обитания, которая защищена не только от факторов абиотического характера, но и укрывает его от различного рода врагов. Различают постоянных и временных паразитов. Для фиксации в организме жертвы используются зацепки, крючья, присоски. Обоюдные адаптации приводят к сокращению фатальных случаев среди жертв. Жизненно важно для паразита надежное попадание в организм хозяина. Явление паразитизма на планете наиболее богато представлено среди микроорганизмов и примитивных многоклеточных. 14. Составные компоненты экосистем, основные факторы, обеспечивающие их существование Правомерно вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды (такие как солнечная радиация, влажность и температура, атмосферное давление, антропогенные факторы и др.). Биоту, входящую в состав биогеоценоза, или элементарной экосистемы, принято называть биоценозом (от греч. bios «жизнь», koinos «сообщество»), а пространство, им занятое, - биотопом. Совокупности природных факторов, в свою очередь, определяют и лимитируют развитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и природными факторами составляют экологические условия жизнеобитания. Основой формирования и функционирования биогеоценозов, а следовательно, и экосистем являются продуценты - растения и микроорганизмы, способные производить из неорганического вещества органическое, используя энергию света или химические реакции. Продуценты, использующие для продуцирования органического вещества солнечную энергию, называются автотрофами (от греч. avtos «сам», trof «питаться»), а использующие химическую энергию - хемотрофами. В отличие от продуцентов, образующих первичную продукцию экосистем, организмы, использующие эту продукцию, получили название гетеротрофов (от греч. geteros - «разный»). Они используют для формирования своих органов готовое органическое вещество других организмов и продукты их жизнедеятельности. Гетеротрофностью обладают консументы (от лат. копsymo - «потреблять») - потребители живого органического вещества, к которым относятся фитофаги и зоофаги. Фитофаги - травоядные (от греч. fitos - «растение», fagos - «пожиратель») или растительноядные. Зоофаги - хищники, поедающие фитофагов и более мелких хищников. Симбиотрофы (от греч. simbios - «сожительство») - микроорганизмы и грибы, живущие на корнях растений и вокруг них и получающие часть продуктов фотосинтеза в виде выделяемых корнями органических веществ. Паразиты - консументы, начиная от вирусов и бактерий (микропаразитов) и заканчивая крупными растениями-паразитами или насекомыми. Паразиты - организмы, обитающие внутри или на поверхности животных или растений, которые питаются за счет организма хозяина, но не съедают его до гибели, а пользуются длительное время. В естественных экосистемах обеспечивается состояние динамического постоянства баланса: растения<>фитофагиохищники<>паразиты. Тем не менее колебания численности могут быть значительны. Сапрофаги - животные, поедающие трупы и экскременты. 15. Развитие экосистем: сукцессия Процесс, при котором сообщества видов растений и животных замещаются с течением времени другими, обычно более сложными сообществами, называется экологической сукцессией, или просто сукцессией. Экологическая сукцессия обычно продолжается до тех пор, пока сообщество не станет стабильным и самообеспечивающимся. Конечное сообщество, занявшее нарушенный участок, называется зрелым сообществом, а экосистема в целом - климаксовой. На планете выделяют несколько крупных наземных климаксовых экосистем, которые называют биомами: тундра, хвойные леса (тайга), леса умеренного пояса, степи, пустыни, саванны, дождевые тропические леса. Экологи выделяют два вида экологических сукцессии: первичные и вторичные. Первичная сукцессия - это последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв. Более распространенным типом сукцессии является вторичная сукцессия, т.е. последовательное развитие сообществ в ареале, в котором естественная растительность была устранена или сильно нарушена, но почва не была уничтожена. Существует два крайних типа видовых стратегий – r-стратегия и К-стратегия. Это два различных решения одной задачи - задачи длительного выживания вида. Виды с r-стратегией быстрее заселяют нарушенные местообитания, характерные для ранних стадий сукцессии, такие как обнаженная горная порода, лесные вырубки, выгоревшие участки, чем виды с К-стратегией, так как они легче распространяются и быстрее размножаются. Виды с К-стратегией более конкурентоспособны, и в конце концов они вытесняют r-виды, которые тем временем перемещаются в другие нарушенные местообитания. Сукцессия любого масштаба заканчивается формированием зрелого сообщества, и в экосистеме все популяции приходят в состояние динамического равновесия. В ходе сукцессии постепенно нарастает видовое разнообразие. С энергетических позиций сукцессия - это такое неустойчивое состояние сообщества, которое характеризуется несоответствием двух показателей: валовой продуктивности и энергетических затрат всей системы на поддержание жизнедеятельности - дыхания. Изымая избыток чистой продукции из сообществ, находящихся в начале развития сукцессии, мы задерживаем ее, но не подрываем основу существования сообщества. Вмешательство же в стабильные, климаксовые системы неминуемо вызывает нарушение сложившегося равновесия. Пока нарушение не превышает самовосстановительной способности системы, вторичные сукцессии могут вернуть ее к исходному состоянию - этим пользуются, например, при планировании рубок леса. 16. Популяция как биологическая система Популяция - совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство в течение большого числа поколений и связанных между собой различными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде. Одно из фундаментальных свойств популяции - единство морфобиологического типа составляющих ее особей. Масштабы территориальной группировки вида и степень ее репродуктивной изоляции от других аналогичных группировок определяют величину такого единства. Способность к воспроизводству путем свободного обмена генетической информацией (панмиксия) - важнейшее свойство популяции. В фитоценологии принят термин «ценопопуляции», подчеркивающий место и роль населения определенного вида в функционировании фитоценоза. Популяции растений составлены прикрепленными формами. В качестве структурных элементов ценопопуляции выступают особи семенного и вегетативного происхождения, клоны, часть особи - побег, лист, парциальный куст. На основе пространственной и функциональной структуры популяций, численности и плотности населения, рождаемости и смертности, возрастной структуры складывается ход динамики популяций, определяющий изменения фитоценоза в целом. Типы пространственного распределения особей в популяциях: 1) равномерный - равное удаление каждой особи от всех соседних (в природе встречается редко); 2) случайный (диффузный) - встречается чаще; 3) мозаичный (агрегированный) - характерен для высших животных. Участок обитания играет биологическую роль в жизни животных. Они хорошо исследуют территорию обитания, перемещаются по своим тропам, выбирают места укрытия, формируют запасы корма. Обеспеченность кормом, количество убежищ, мест, пригодных для создания гнезд, нор, - все эти факторы определяют приуроченность участка к определенному месту. Существование животных, птиц, рыб в составе группы имеет биологические преимущества: уменьшение затрат на добычу корма, своевременное обнаружение хищника, организация обороны от его нападения, возможность обучения молодых особей группы. В стадах, стаях существуют индивидуальная дистанция, которую соблюдают особи по отношению друг к другу, и синхронизация действий при движении (перелетах] популяции. Важным фактором поддержания целостности стада как функциональной популяционной системы является поддержание информационных контактов. Информация передается звуками, запахами, через следы, тропы, норы, гнезда, фекалии, электрическими разрядами (некоторые рыбы), механическими колебаниями воды (беспозвоночные). Часто происходит сближение внутрипопуляционных группировок - перекрывание территорий. 17. Конкуренция Конкуренция - взаимодействие организмов, проявляющееся во взаимном угнетении друг друга из-за потребности в одном и том же ресурсе - потребляемом компоненте среды. Конкуренция - биотический фактор - возникает в результате нехватки ресурса или его ограниченной доступности. Таким ресурсом может быть объект питания для животных, элементы минерального питания для растений (соединения фосфора, азота, калия и др.), пространство для устройства гнезда, норы, количество света и влаги и т.д. Конкуренция бывает: 1) межвидовой - распространяется практически на все виды организмов. Формы проявления - от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования. Выигрывает в борьбе вид, который в данных экологических условиях имеет хотя бы небольшие преимущества перед другим видом. Например, в результате конкуренции двух сходных видов растений, произрастающих в одной среде, победу одерживает тот вид, который раньше достигнет яруса, имеющего лучшую освещенность. Итог межвидовой конкуренции - вытеснение одного из двух видов из сообщества или расхождение этих видов по различным экологическим нишам. Межвидовая конкуренция играет важную роль в формировании облика природного сообщества; 2) внутривидовая - борьба за территорию, участок обитания, охрана индивидуального охотничьего участка (территориальность). У растений территорию занимает вид - часть популяции, у животных - особь. Борьба особи за территорию может осуществляться простым пением, угрожающими позами. Об интенсивности внутривидовой конкуренции можно судить по тому, как снижается скорость роста популяции - падает рождаемость и растет смертность - при увеличении ее плотности. Территориальность является способом не допустить слишком высокой плотности особей своего вида и сохранить кормовую базу для себя и потомства. Согласно математической модели, развитой и подтвержденной экспериментально русским ученым Г.Ф. Гаузе, сформулирован принцип конкурентного исключения (теорема Гаузе), который гласит: «Два вида, конкурирующие за один ресурс, не могут существовать в гомогенной среде, и исход конкуренции определяется соотношением интенсивности самоограничения каждой из популяций и их взаимоотношений». Принцип в последнее время оспаривается. Сосуществование конкурирующих видов (несоблюдение закона Гаузе) происходит по следующим причинам: 1) популяции разных видов ограничены разными ресурсами; 2) хищник преимущественно выедает более сильного конкурента; 3) конкурентное преимущество видов изменяется в зависимости от непостоянства внешних условий; 4) популяции разных видов разделены в пространстве и времени. 18. Трофические уровни Устойчивые биогеохимические циклы вещества и энергии в биосфере нашей планеты формируются вследствие биологического разнообразия потребляемого организмами набора веществ и выделяемых в природную среду продуктов жизнедеятельности. Базу биологического круговорота веществ составляют трофические уровни, которые представлены конкретными видами живых организмов, делящимися на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Трофический уровень составляют популяции организмов, выполняющих в экосистеме одинаковые трофические функции и имеющих различный видовой состав (от греч. trophe - «питание»). Первый трофический уровень - уровень первичной продукции - образуют автотрофы. Это организмы, которые синтезируют органические вещества (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты) из неорганических соединений, используя энергию Солнца. Первичная продукция - это биомасса растительных тканей. Первичные продуценты - растения, фотоавтотрофные бактерии и хемосинтезирующие бактерии (хемотрофы). Хемотрофы - микроорганизмы, синтезирующие органическое вещество за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и других веществ, имеющихся в воде и почве. Второй трофический уровень представляют консументы (гетеротрофы): 1) первого порядка - фитофаги - используют в качестве пищи растения; 2) второго порядка - питаются животной пищей. Консументы - животные, бактерии, грибы, паразитические и насекомоядные растения - накапливают в тканях своего тела энергию, которая используется в пищу консументами высших порядков. Эта энергия составляет вторичную продукцию экосистемы. На третьем трофическом уровне - редуценты. Это организмы, разлагающие до минеральных веществ, диоксида углерода и воды отходы жизнедеятельности и отмершие организмы. Консументы также участвуют в минерализации органических веществ. Все организмы используют в пищу биомассу предыдущих трофических уровней, теряя энергию с потерями на дыхание, обогрев тела, на различные формы деятельности, на выделение экскрементов. Между видами разных трофических уровней существуют взаимоотношения, образующие систему трофических цепей (цепей питания). Использование ресурсов на каждом трофическом уровне зависит от видового разнообразия экосистемы. Видовое разнообразие может снижаться в зонах загрязнения, вызывая упрощение трофической структуры. Сегодня фиксируются нарушения структуры биоценозов вследствие загрязнения окружающей природной среды. Токсиканты передаются по цепям питания и способствуют гибели животных, птиц, гидробионтов, а также накапливаются в пищевых продуктах, потребляемых человеком. 19. Первичная продукция - продукция автотрофных организмов Скорость образования биомассы первичными продуцентами (растениями) называют первичной продукцией. Первичная продукция - продукция автотрофных организмов. Автотрофы занимают первый трофический уровень. Перевод слова с греческого: avto - «сам», trophe - «питание», т.е. самопитающиеся. Биосферная функция автотрофных организмов - вовлечение неживой природы в состав тканей организмов, в биологический круговорот. 95% всех живых организмов в биосфере составляет масса автотрофовпродуцентов. Основная роль в живом веществе Земли принадлежит автотрофным растениям суши. Автотрофные организмы (первичные продуценты) синтезируют органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Распределение автотрофных организмов географически неравномерно и зависит от количества тепла и влаги. Максимум запасов фитомассы приходится на область тропиков, где первичная продуктивность достигает 650 т/га. Запасы фитомассы в полярных и пустынных областях составляют 1 - 2 т/га. Годовая продукция наземной растительности составляет 180 - 200 млрд т. Фитомасса Мирового океана, состоящая из водорослей и фитопланктона, невелика, так как быстро вовлекается в цепи питания. Максимум фитомассы достигается в умеренном поясе. Приток питательных веществ с континентов обеспечивает насыщенные жизнью зоны океанов вблизи берегов. Годовая продукция фитомассы океана составляет около 50100 млрд т. Продуценты по характеру источника энергии для синтеза делятся на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофы используют для синтеза энергию солнечного излучения (длина волны 380710 нм) и диоксид углерода, воду, азот, фосфор, калий и другие элементы минерального питания. Фотоавтотрофы - это зеленые растения. Автотрофыфотосинтетики играют большую роль в высвобождении молекулярного кислорода. Выработка кислорода в наземных экосистемах осуществляется только растениями. В водной среде к фотосинтезу способны цианобактерий, но они не выделяют кислород. Хемоавтотрофы используют энергию химических связей в процессах синтеза органического вещества. Кхемоавтотрофам относятся прокариоты: бактерии, архебактерий и отчасти синезеленые водоросли. В процессе окисления минеральных веществ аммиак окисляется до нитритов, затем до нитратов, закисное железо - до окисного, сероводород - до сульфатов. Некоторые живые организмы, сочетающие свойства автотрофности с использованием в пищу готовых органических веществ, называют миксотрофами. Типичный представитель миксотрофов - омела. 20. Значение фото и хемосинтеза Реакция синтеза органических веществ с помощью световой энергии называется фотосинтезом. В ходе фотосинтеза усваивается порядка 200 млрд т СО2 и выделяется около 145 млрд т свободного кислорода. Поток солнечной энергии, используемой для фотосинтеза, может быть прямым либо отраженным от других предметов, сквозь них прошедшим. Зеленым листом поглощается в среднем 75% падающей на него лучистой энергии, но на фотосинтез используется только небольшая ее часть. На уровень фотосинтеза влияют внешние факторы - температура, свет, диоксид углерода и кислород. Оптимальными температурными условиями являются тепловые условия, при которых фотосинтез достигает 90% своей максимальной величины. Повышение концентрации СО2 в атмосфере ведет к усилению фотосинтеза (до определенного предела). Недостаток воды может быть ограничителем процесса фотосинтеза. Диоксид углерода и вода - основные исходные вещества, которые используются для фотосинтеза, осуществляемого пигментной системой - хлорофиллом (в некоторых случаях его аналогами). Хлорофилл придает листьям растений зеленую окраску. Процесс фотосинтеза выражается через уравнение: солнечная энергия 6СО2 + 12Н2ОС6 Н12О6 + 6О2 + 6Н2О. Продукты реакции фотосинтеза - вода, кислород и углеводы, молекулы которых обладают богатой энергией. Кислород возвращается в атмосферу через мелкие поры в листьях растений - устьица, а углеводы становятся со временем пищей для консументов. В результате фотосинтеза накапливается первичная продукция - биомасса растений. Современный газовый состав атмосферы образовался в результате процесса фотосинтеза. Благодаря процессу фотосинтеза замыкается круговорот углерода в биосфере. В результате деятельности фотасинтезирующих организмов появился кислород, играющий важнейшую роль в жизни большинства живых организмов. Кислород под действием ультрафиолетовых лучей превращается в озон. Озоновый слой планеты является экраном, отражающим губительные ультрафиолетовые солнечные лучи. Процессы фотосинтеза протекают и у прокариот - бактерий, архебактерий, цианобактерий, использующих для этой функции пигмент бактериохлорин и не выделяющих в окружающую среду кислород. Среди прокариот распространены также различные формы хемосинтеза. Микроорганизмы, в ходе своей жизнедеятельности осуществляющие процесс синтеза органических веществ из углекислого газа за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и других веществ, называются хемотрофами. Хемотрофы являются начальным этапом круговорота веществ в экосистемах районов геотермальных источников. 21. Пищевые цели «выедания» (пастбищные) и пищевые цепи «разложения» (детритные) Пищевые цепи - трофические цепи - включают ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. Всех первичных консументов независимо от размеров и места обитания можно считать растительноядными животными на пастбище. От растений через таких животных, называемых пасущимися, идет поток энергии. Этот поток обозначается пастбищной пищевой цепью. В пастбищных пищевых цепях наблюдается явление «выедания» в результате повышения плотности популяций. Несмотря на большое количество растительноядных животных, масса наземных растений очень велика. Между членами трофической цепи складываются сложные отношения, которые прошли длительный путь совместной эволюции. При возрастании плотности популяции включаются регулирующие механизмы, которые закономерно сменяют друг друга. В результате этого растения выработали средства защиты от потребителей - защитные покровы, химические вещества, делающие их несъедобными для консументов. В ответ на повышение плотности жертв возрастает их потребление каждой особью хищника (до определенных пределов). При высокой плотности популяции влияют на ее динамику различные инфекционные заболевания. Так работает защита пастбищных цепей от выедания. Связь типа регуляции с положением вида в трофической цепи проявляется только в среднем и только в наземных экосистемах. Напротив, основные продуценты водной среды - микроскопические планктонные водоросли - могут сильно выедаться зоопланктоном. Организмы, использующие в качестве пищи мертвое органическое вещество (трупы, фекалии, растительный опад и т.п.), называются редуцентами. Поток энергии от мертвого органического вещества - детрита - до полного использования и рассеивания в виде тепла при дыхании, называется детритной пищевой цепью. Животные участвуют на первых стадиях разложения - они измельчают ткани пищевых объектов, разлагая в процессе пищеварения молекулы белков, углеводов. Основная часть процесса деструкции идет в почве. В категорию редуцентов входят многие виды бактерий, грибов и актиномицетов и простейших, завершающих минерализацию органического вещества. Энергия в цепях разложения частично аккумулируется в составе тканей организмов-редуцентов, тела которых после гибели также попадают в цикл редукции. При определенных условиях (недостатке кислорода, повышенной кислотности, высокой влажности, мерзлоте) редукция в почве замедляется и происходит накопление не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающегося со временем в торф, нефть и уголь. 22. Взаимоотношения организма и среды Окружающая среда служит источником необходимых веществ для процессов обмена в организме. Комплекс факторов естественной среды обитания воздействует на живой организм. Поэтому любой организм адаптируется к факторам среды. Важнейшие экологические факторы, действующие на жизнедеятельность организмов, следующие. Температура. Влияет на скорость обменных процессов. Существуют верхний и нижний температурный пороги жизни. Эти пороги неодинаковы для разных видов живых организмов. Ряд видов бактерий обитают в горячих источниках с температурой воды 70 "С, растения степей, саванн и пустынь выдерживают нагревание до 5060 "С, растения влажных тропических лесов, водоросли теплых морей погибают при температуре чуть выше 0 °С, морозоустойчивые формы растений выдерживают полное зимнее промерзание. Вода и минеральные соли. Вода составляет основную массу организмов растений и животных (5080%, у ряда видов до 95%). Водный обмен организма со средой складывается из двух процессов: 1) поступления воды в организм - в виде питья из источников, в виде росы, тумана, дождя, с пищей; 2) отдачи ее во внешнюю среду - с мочой, экскрементами, путем испарения. Осадки определяют режим водоемов, почвенной влаги и влажности воздуха. Необходимое условие нормальных функций организма - определенный набор солей, входящих в ткани и играющих важную роль в обменных механизмах клеток. Многие растения (суккуленты и склерофиты) приспособились к жизни в условиях постоянного и регулярного дефицита влаги, на засоленных почвах (растения-галофиты). Пустынные животные адаптируются к водному голоданию. Изменение содержания солей в пище вызывает у млекопитающих-фитофагов также ряд адаптивных реакций. Кислород. Кислород необходим абсолютному большинству живых организмов, в том числе высшим растениям и животным, для получения энергии в результате аэробного окисления органических веществ. У растений дыхание осуществляется всеми органами и тканями. Организмы, обитающие в водной среде, используют специальные органы дыхания (жабры) либо извлекают его всей поверхностью тела. В транспорте кислорода принимают участие дыхательные пигменты (гемоглобин) крови. У обитателей воздушной среды увеличена дыхательная поверхность и активизирована вентиляция легких. У видов, обитающих в высокогорных районах, повышено содержание гемоглобина и эритроцитов. У ныряющих животных запасы кислорода накапливаются в крови и мышцах. |