экология. Экология наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Что такое синэкология Синэкология
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
Экологическая ниша Местообитание - это место, где живёт организм (лес, луг, болото, внутри другого организма). Экологическая ниша - пространственно-временное положение организма в рамках экосистемы (где, когда и чем питается, где устраивает гнездо и т.п.). своей экологической нише абиотические и биотические факторы находятся в зоне оптимума, т.е высок биотический потенциал. На первый взгляд кажется, что животные должны конкурировать друг с другом за пищу и убежища. Однако это происходит редко, т.к. они занимают разные экологические ниши. Пример: дятлы извлекают личинки из-под коры, воробьи - зерном. И мухоловки и летучие мыши ловят мошкару, но в разное время - днём и ночью. Жираф поедает листья с верхушек деревьев и не конкурирует с другими травоядными. Пытаясь использовать ресурсы за пределами своей ниши, животное сталкивается со стрессом, т.е. с ростом сопротивления среды. Иными словами, в собственной нише его конкурентоспособность велика, а вне её значительно ослабевает или пропадает вовсе. Адаптация животных к определённым нишам заняла миллионы лет и протекала в каждой экосистеме по-своему. Ввезённые из других экосистем виды могут вызвать вымирание местных именно в результате успешной конкуренции за их ниши. Равновесие экосистемы Каждая экосистема - это динамичная структура из сотен и тысяч видов растения, консументов и детритофагов, которых связывают пищевые и непищевые взаимоотношения. Экосистема поддерживает своё существование за счёт кругооборота веществ и постоянного притока солнечной энергии. Но почему травоядные не уничтожают все растения? Что препятствует хищникам истребить все животные? Почему один вид не может вытеснить остальные путём конкуренции? За счёт чего поддерживается стабильность экосистемы? Гомеостаз - это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы (гомео - тот же, стазис - состояние). Равновесие в экосистемах поддерживается процессами с обратной связью. Рассмотрим простейшую экосистему, состоящую из 2 трофических уровней: «заяц - волк».  численность 1 зайцы 2 волки 3
Когда численность зайцев невелика, каждый из них может найти себе достаточное количество пищи и удобных укрытий для себя и своих детенышей. Т.е. сопротивление среды невелико, и численность зайцев начинает увеличиваться несмотря на присутствие хищников. Изобилие зайцев облегчает волкам охоту и вскармливание детенышей. В результате численность хищников также начинает возрастать. В этом проявляется обратная положительная связь. Однако, с ростом численности зайцев уменьшается количество корма, убежищ и усиливается хищничество, т.е. усиливается сопротивление среды. В результате численность зайцев снижается. Охотиться хищникам становится труднее, они испытывают нехватку пищи и их численность падает. В этом проявляется обратная отрицательная связь, которая компенсирует отклонения и возвращает экосистему в исходное состояние. Подобные колебания происходят периодически вокруг некого среднего уровня. При некоторых условиях обратная связь может быть нарушена. Например, на зайцев стал охотиться другой хищник, или среди зайцев возникла инфекционная болезнь. При этом происходит нарушение сбалансированности системы, которое может быть обратимым или необратимым. Роль помех могут играть и абиотические факторы. Засуха снижает продуктивность растений и ограничивает пищу для зайцев, что немедленно отразиться на хищнике. При появлении помех в системе «заяц-волк» станет меньше и зайцев и волков. Изданной ситуации возможно 3 выхода: засуха закончилась и экосистема вернулась в исходное состояние, вырубили часть леса. Стабильность системы в целом не нарушается, но объём трофических уровней изменится. При этом новый уровень стабильности опять будет обеспечиваться механизмами обратной связи. вырубили весь лес, осушили болото. Давление помех не может быть беспредельным. При массовой гибели зайцев экосистема за счёт обратной отрицательной связи не может компенсировать отклонения. Тогда данная система прекратит своё существование. Та область, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны сохранить устойчивость системы, хотя и в измененном виде, называют гомеостатическим плато. Экосистемы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее, т.е. чем больше видов организмов и пищевых связей. Экосистема человека: 80 % производимой пищи основано на потреблении 5 видов (пшеница, рис, кукуруза, соя, сахарный тростник). Адаптация, изменение или вымирание экосистем природе каждое поколение любого вида подвергается отбору на выживаемость и воспроизводство. Особи, которые выживают и размножаются, передают свои гены следующему поколению, а гены тех, что погибли, не оставив потомства, отсеиваются из генофонда. Таким образом, генофонд каждого вида испытывает действие естественного отбора. Поэтому почти все признаки организма служат выживанию и воспроизводству. Экологическая ниша человека - состав воздуха, воды, пищи, климатические условия, уровень электромагнитного, ультрафиолетового, радиоактивного излучения и пр. Популяции, их структура и динамика. Определение понятий «биологический вид» и «популяция». Статистические и динамические характеристики популяций. Иерархическая структура и динамика популяций. Механизмы популяционного равновесия. Типы взаимоотношений между организмами. Демографические показатели населения Сохранение или рост численности зависит не только от скорости размножения (число новорожденных, отложенных яиц, произведённых семян или спор в единицу времени) Не менее важно и пополнение взрослого состава популяции за счёт потомства. Высокая скорость размножения при низких темпах пополнения не может существенно увеличить её численность. Например - рыбы вымётывают тысячи или миллионы икринок, но лишь ничтожно малая часть выживает и превращается во взрослое животное. Растения рассеивают огромное количество семян. И напротив, размер популяции может расти за счёт увеличения темпов пополнения при малой скорости размножения. Это относится к людям (рождаемость низкая, но детская смертность низкая, поэтому практически все дети доживают до взрослого возраста). Другим важным фактором, ведущим к росту популяции, относится способность животных мигрировать, а семян рассеиваться на новых территориях, приспосабливаться к новым местам обитания и заселять их, наличие защищенных механизмов и устойчивость к неблагоприятным условиям среды и болезням. Биотический потенциал - это совокупность факторов, способствующих увеличению численности вида. разных видов составляющие биотического потенциала неодинаковы, но они имеют одно общее свойство - стремительное увеличение численности при благоприятных условиях среды. В естественных условиях такое наблюдается редко. Вероятность того, что все условия окажутся благоприятными очень низка. Обычно один или несколько факторов (температура, влажность, солёность, хищники, паразиты, нехватка пищи) становятся лимитирующими. Сочетание всех таких «ограничителей» называют сопротивлением среды. Сильнее всего они действуют на молодых особей, а это снижает темпы пополнения. При более суровых условиях гибнет часть взрослых особей. Следовательно: рост, снижение и постоянство популяции зависит от соотношения между биотическим потенциалом и сопротивлением среды.
Если БП = СС, то численность не изменяется, если БП < СС, то численность уменьшается, если БП > СС, то численность увеличивается. Принцип изменения популяции: это результат нарушения равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей её среды. Динамика роста численности популяций Динамика популяции – это процессы изменения ее основных биологических характеристик во времени. Можно выделить два основных типа кривых роста численности популяции. Экспоненциальный рост численности (J-образная кривая) : Nt = N0ert, где Nt – численность популяции в момент времени t, N0 – численность популяции в начальный момент времени t0, е – основание натурального логарифма, r – показатель, характеризующий темп размножения особей в данной популяции (удельная скорость изменения численности). Если r> 0, то численность популяции растет, при r < 0 – сокращается. Экспоненциальный рост возможен лишь при отсутствии лимитирующих факторов. Такой рост в природе не происходит, либо происходит в течение очень непродолжительного времени (например, популяции одноклеточных организмов, водорослей, мелких ракообразных при благоприятных условиях размножаются по экспоненциальному закону). Это рост численности особей в неизменяющихся условиях. N  N Рис. 9. J-образная кривая роста численности 0 Воздействие экологических факторов на скорость роста популяции может довести численность популяции до стабильной (r = 0) или уменьшить ее, т.е. экспоненциальный рост замедляется или останавливается. J-образная кривая превращается в S-образную. Логистическая кривая роста (S-образная кривая): скорость роста популяции линейно снижается по мере роста численности до 0 при некоторой предельной численности К (К – максимальное число особей, способных жить в рассматриваемой среде). При N0 r = max, а при N = K r = 0. В дифференциальной форме логистическое уравнение выглядит следующим образом: dN/dt = rmaxN(K–N)/K Константы K и r из логистического уравнения дали название двум типам естественного отбора. Каждый организм испытывает на себе комбинацию r и К–отбора, но r-отбор преобладает на ранней стадии развития популяции, а К-отбор характерен для стабилизированных систем. r- стратегия обеспечивает выживание за счет количественного роста (пусть мелочь, но много), характерна организмов с коротким жизненным циклом и высокой плодовитостью: микроорганизмов, мелких насекомых, однолетних трав. К-стратегия обеспечивает выживание за счет качественного совершенствования взаимоотношений между особями и особей с абиотической средой (пусть мало, но большие): крупные и долгоживущие виды, деревья, звери, человек. Биологическая емкость среды –степень способности природного окруженияобеспечивать нормальную жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение, отдых и т.п.) определенному числу организмов и их сообществ без заметного нарушения самого окружения. Численность популяций может изменяться в результате изменения внешних условий среды – из-за нехватки пищи, появления большого количества хищников и т.д. Периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием абиотических и биотических факторов среды называются популяционными волнами. Популяции обладают способностью к саморегуляции, и их плотность при более или менее значительных колебаниях остается в устойчивом состоянии между своими нижним и верхним пределами (динамическое равновесие). Изменение численности в системе «хищник-жертва» Межвидовые взаимоотношения играют большую роль в динамике численности организмов. Хищники, уничтожая свои жертвы, влияют на их численность. Такое же действие оказывают и паразиты. Математики А. Лотка (1880–1949 г.г.) и В. Вольтерра (1860–1940 г.г.) независимо друг от друга разработали математические модели взаимодействия животных в системе «паразит – хозяин» (Лотка) и в системе «хищник – жертва» (Вольтерра). Различия в этих системах состоят лишь в количественном соотношении: один хищник уничтожает много жертв, а паразитов может быть много на одном хозяине. системе «хищник – жертва» численности хищника соответствует определенная численность жертвы и по мере возрастания плотности популяции жертвы увеличивается и плотность популяции хищника. Повышение же численности хищника приводит к снижению численности жертвы, что опять снижает количество хищников. Так происходят периодические колебания численности популяций хищника и жертвы с небольшими отклонениями от какого-то оптимального уровня. Демографические проблемы Все люди на Земле образуют популяционную систему – человечество. Популяция человека, т.е. популяция особого вида – Homo Sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличаются вследствие действия та- ких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия и др., называемых единым термином – социум. Рост популяции человека ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами. Человек пока не придает значения этим ограничивающим факторам. Об этом свидетельствует стремительный рост населе- ния, т.е. численности популяции. Если в ближайшее время не произойдут изменения как в стиле жизни, так и в уровне экологического сознания людей, то биосфера не выдержит рост человечества. Английский экономист Томас Мальтус предвидел ситуацию перенаселения Земли и сформулировал следующее положение (1798 г.): возможности увеличения населения планеты шире, чем возможности Земли производить продукты питания. Численность популяции человека растет по экспоненциальному закону, а средства к существованию увеличиваются в арифметической прогрессии. Когда будут исчерпаны все имеющиеся ресурсы, регулирующими факторами изменения численности станут болезни, социальные потрясения, голод, войны. Мальтузианский кризис заключается в рассогласовании растущих потребностей растущего человечества и возможностей их удовлетворения убывающими ресурсами оскудевающей планеты. Признаки:  демографический взрыв;  убывание ресурсов планеты; разрушение естественных круговоротов веществ; потеря биосферой стабильности. По разным оценкам, для возвращения биосферы в равновесие при современном характере цивилизации и уровне потребления население Земли не может составлять более 500 млн. чел. (1–1,5 млрд. чел.). В 2006 г. численность населения составила 6,6 млрд. чел. В 2017 – 7,3 млрд. Демографические показатели характеризуются следующими параметрами: половозрастной состав, рождаемость, смертность, естественный прирост населения. Демографические показатели являются важнейшей характеристикой населения. Они отражают влияние социально-экономических процессов на здоровье общества. Демографические процессы существенно зависят от уровня здравоохранения и от качества окружающей среды. Ключевой фактор, определяющий диспропорции в темпах прироста населения, - суммарный коэффициент рождаемости (СКР). СКР - это среднее число детей, которое рожает женщина в течении жизни (статические данные). Если СКР=2, то это обеспечивает неизменную численность населения, так как два ребёнка заменят отца и мать, когда те умрут. Если СКР < 2, то это приведёт к снижению численности населения, потому что родительское поколение будет замещено не полностью. А СКР >2, обусловит рост населения, так как число родителей будет возрастать с каждым поколением. Половозрастной состав населения обычно изображают с помощью половозрастных пирамид, которые отображают возрастной и половой (количество мужчин и женщин) состав населения. Пирамида показывает количество людей в каждой возрастной группе, обычно с разницей в 5 или 10 лет. Во всех странах рождение и смерть регистрируются. Для сравнения прироста в разных странах рассчитывают среднее число рождений и смертей на 1000 человек в год. Эти показатели называются общий коэффициент рождаемости (ОКР) и смертности (ОКС) соответственно. Общий - здесь означает, что данные цифры не учитывают, какую часть населения страны составляют пожилые и молодые люди, мужчины и женщины. ОКР определяется как соотношение количества детей, родившихся за определённый период времени, к средней численности населения. Количество детей ОКР= ---------------------------------------------- * 1000 Средняя численность населения ОКС определяется как отношение количества умерших людей за определённый период
Естественный прирост определяется как разность между ОКР и ОКС. ЕПр=ОКР-ОКС Превращение энергии и вещества в биосфере. Фотосинтез и клеточное дыхание. Пищевые цепи и сети. Трофические уровни и экологические пирамиды. Круговорот веществ в природе. |