Реферат. 3 вопрос. Экология.. Лекция 2. Взаимодействие организмов и среды
 Скачать 124 Kb.
|
|
Лекция №2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМОВ И СРЕДЫ Знакомство с экологией мы начинаем, пожалуй, с одного из самых разработанных и изученных разделов - аутэкологии. Как вы помните из первой лекции, внимание аутэкологии концентрируется на взаимодействии особей или групп особей с условиями окружающей их среды. Поэтому ключевым понятием аутэкологии является экологический фактор, то есть фактор окружающей среды, воздействующий на организм. Влияние окружающей среды на организм и называется экологическим фактором. Точное научное определение звучит так: Экологический фактор - это любой элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями. Условия существования – совокупность экологических факторов, обеспечивающих рост, развитие и воспроизводство организмов. С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов. Классификация экологических факторовПо своей природе экологические факторы делят на три группы: абиотические факторы - влияния неживой природы; биотические факторы - влияния живой природы. антропогенные факторы - влияния, вызванные деятельностью человека ("антропос" - человек). Абиотические: • климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха) • почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость) • орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона) • химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность) Биотические: • фитогенные (растения) • зоогенные (животные) • микробиогенные (вирусы, бактерии) • антропогенные (деятельность человека). Абиотические факторы наземной среды1) Лучистая энергия солнца. Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза). Количество энергии у поверхности Земли - 21*10   кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).2) Освещение. Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на: • светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест. • тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник). • тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим. Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью. 3) Температура: Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы. Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t  на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся: • Организмы, t  тела= t окр. среды, т.е. меняется в зависимости от t окр. среды, нет механизма терморегуляции (растения, рыбы, рептилии). • Организмы с постоянной t тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t =36-40°C.Также выделяют организмы, способные переносить колебания t0 в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных t0 (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов). 4) Влажность атмосферного воздуха. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50  всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t воздуха.5) Атмосферные осадки. Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности: • Влажная экваториальная. Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов). • Сухая зона тропического пояса. Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка). • Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь. • Полярная область. Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.6) Газовый состав атмосферы. Состав ее практически постоянен и включает: N  -78%, 0 -20,9%, СО , аргон и другие газы, частицы воды, пыль.7) Движение воздушных масс (ветер). Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью-Гемпшир, США). Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере. 8) Давление атмосферы. 760 мм ртутного столба или 10  кПа.Абиотические факторы почвенного покроваПочва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой. Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух - О , СО ), растения, животные, микроорганизмы, гумус.Толщина почвы: 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах. 1 см почвы образуется примерно за 100 лет. Типы почв: 1 Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %) 2 Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %). 3 Черноземы (степь, гумус до 10 %). 4 Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%). 5 Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%). 6 Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %). Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения. Физические свойства: 1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра. 2. Плотность. 3. Теплоемкость, теплопроводность. 4. Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость). 5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы). Химические свойства: 1. Химический состав: до 50 % SiO  - кремнеземдо 25 % Al O - глиноземдо 10 %- оксиды Fe остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д. 2. Кислотность Влияние кислотности на растения: • Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи • Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений • На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...) • Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная) 3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.) Абиотические факторы водной среды Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022 % веса планеты, площадь - 1350 млн. кв. км - океаны, 35 млн. кв. км - пресные воды. Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов. Физические свойства: 1. Плотность. Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон). 2. Температура. Изменение t° в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные). Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t° верхних слоев океана 10-15°С, более глубокие слой 3 -4°С. 3. Световой режим. Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м. С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция). 4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве. 5. Прозрачность. Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды). Химические свойства: 1.Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л. Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки. 2. Количество растворенного О2 и СО2. О2 - для дыхания. 3. Кислая, нейтральная, щелочная среда. Биотические факторыБиотические факторы- это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу. Классификация биотических взаимодействий: 1 Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую. 2 Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма. Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции. Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной. Конкуренция бывает прямая и косвенная. Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.) Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света. 3 Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания: • находятся на поверхности хозяина. Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.) • внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности 4 Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник. 5 Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает: Комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи. Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его. В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида. Лимитирующие факторыЛюбой экологический фактор, приближающийся к верхней или нижней границе выживания, называется лимитирующим. Так он сформулировал закон, который носит название «закон Либиха». Закон относится ко всем влияющим на организм биотическим и абиотическим факторам, и применим к растениям, животным и человеку. Экологический фактор играет роль лимитирующего фактора, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень. По сложившимся представлениям, лимитирующим считают такой фактор, который присутствует как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма. Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазон между этими величинами принято называть пределами толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимуме показал в своих работах американский ученый Шелфорд и он же сформулировал в 1913 г. этот принцип как закон толерантности (закон лимитирующего фактора): диапазон между экологическим минимумом и экологическим максимумом составляет пределы устойчивости, т.е. толерантности данного организма. Экологический закон конкурентного исключения: Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут долго существовать из-за биологической конкуренции. Закон оптимума звучит следующим образом: Любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы «Законы» экологии Б.Коммонера: Первый закон: Все связано со всем Второй закон: Все должно куда-то деваться Третий закон: Природа «знает» лучше Четвертый закон: Ничто не дается даром Закон минимума Либиха: Веществом, находящимся в минимуме, управляется жизнедеятельность организма. Взаимодействие факторовМожно выделить три основные вида взаимодействия факторов: аддитивное - взаимодействие факторов представляет собой простую алгебраическую сумму эффектов каждого из факторов при независимом действии; синергетическое - совместное действие факторов усиливает эффект (то есть эффект при их совместном действии больше простой суммы эффектов каждого фактора при независимом действии); антагонистическое - совместное действие факторов ослабляет эффект (то есть эффект при их совместном действии меньше простой суммы эффектов каждого фактора). Адаптация живых организмов к экологическим факторам На уровне сообществ и даже видов известно явление компенсации факторов, под которым понимают способность приспосабливаться (адаптироваться) к условиям среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов. Адаптация – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов. Другими словами, это процесс приспособления организмов к определенным условиям окружающей среды. Любой живой организм может обитать лишь там, где режимы экологических факторов соответствуют необходимым условиям. Особи, не приспособленные к данным или изменяющимся условиям, вымирают. Рассмотрим некоторые примеры адаптаций: 1) Морфологические адаптации. Пример – строение организмов, обитающих в воде, в частности, приспособления к быстрому плаванию у китообразных, приспособления к парению в воде у планктонных организмов. Растения в пустынях лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги. 2) Физиологические адаптации, заключаются, например, в том, что обитатели пустынь способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров. Биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха. Состав пищи определяет особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных. 3) Поведенческиеадаптации. Приспособительное поведение может проявляться у хищников в процессе выслеживания и преследования добычи, а у жертв – в ответных реакциях (затаивание, например). Некоторые насекомые отпугивают хищников и паразитов резкими движениями. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции – экотипы. Совокупность на определенной территории абиотических факторов называют экотоп; совокупность живых организмов — биоценоз; место обитания организмов – биотоп. В свою очередь, экотоп состоит из совокупности климатических (климатоп) и почвенно-грунтовых (эдафотоп) факторов, а биоценоз включает сообщества животных (зооценоз), растений (фитоценоз) и микроорганизмов (микробоценоз). Экологическая ниша – это место вида в экосистеме (биоценозе), определяемое его биологическим потенциалом и совокупностью факторов внешней среды. Экологическая сукцессия – это последовательная смена биоценозов, выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Пищевые цепи – это ряд организмов, в котором каждое предыдущее звено пища для последующего. |