Рисунок. В соответствии с программой Министерства образования и науки Украины (приказ 306 от 20. 05. 2001)
 Скачать 3.46 Mb.
|
|
Тема 2. естественные сообщества организмов. Экосистемы 86 86 Показатели, характеризующие популяции Численность .(количество .особей .в .ее .составе) Плотность .(среднее .количество .особей .на .единицу .площади, .объема) Биомасса .(масса .особей .на .единицу .площади, .объема) Рождаемость .(количество .особей, .родившихся .за .единицу .времени) Смертность .(количество .особей, .гибнущих .за .единицу .времени) Прирост .(разность .между .рождаемостью .и .смертностью) Ареал .(территория, .которую .занимает .популяция) особенности структуры популяций Половая Возрастная Пространственная Соотношение .особей .разных .по- лов Зависит .от .соотношения .особей . разного .возраста Распределения .особей .по .зани- маемой .ими .территории Пространственная структура (по характеру использования территории) Популяции оседлых видов Популяции кочевых видов Популяции мигрирующих видов Не .перемещаются Перемещаются .на .относитель- но .небольшие .расстояния Закономерно .меняют .места . обитания, .перемещаются .на . значительные .расстояния Пространственная . структура . по- пуляции .имеет .приспособленческий . характер, . поскольку . дает . возмож- ность . как . можно . полнее . использо- вать .ресурсы .среды .обитания . Популяционные волны (волны жизни) Сезонные Несезонные Обусловленные .особенностями .жизненных .цик- лов .или .сезонными .изменениями .климатичес- ких .факторов .(размножение .насекомых) Обусловленные .изменениями .разнообразных . экологических .факторов: .климатических, .био- тических, .антропических .(нашествие .саранчи) Прирост Положительный Отрицательный Интенсивность .рождаемости .пре- вышает .смертность Смертность .превышает .рождае- мость логистический . рост . .геометрический . . .рост Время Р аз м ер .п оп ул я ц и и раздел IV 87 87 экологичеСкие СиСтеМы Экосистема (биогеоценоз) .— .естес- твенная . единица, . состоящая . из . ряда . живых .и .неживых .компонентов . .В .ре- зультате .их .взаимодействия .создается . стабильная .система, .в .которой .посто- янно .происходит .круговорот .веществ . Структура экосистемы Экосистема Биотическая часть Абиотическая часть Консументы Органические .соединения Неоргани- ческие . соединения Продуценты Редуценты Климати- ческие . факторы Продуценты . (зеленые . расте- ния) . — . производители . органичес- ких .веществ . консументы . (растительноядные . и . плотоядные . животные, . грибы) . — . потребители .органических .веществ . редуценты . (грибы, . микроорга- низмы) .— .разрушители .органичес- ких .веществ .до .простых .минераль- ных .соединений . Характеристики экосистемы Видовое разнообразие .— .совокупность .популяций .разных .видов Плотность популяций .— .количество .особей, .отнесенная .к .единице .площади, .объема Биомасса .— .общее .количество .органического .вещества .(сухая .масса .на .единицу .площади, .объема) Биологическая продуктивность .— .скорость .образования .биомассы Площадь или объем, .который .занимает .экосистема Свойства экосистем Целостность .— .в .результате .взаимодействий .организмов .между .собой .и .факторами .неживой . природы .возникают .потоки .энергии .и .круговорот .веществ, .объединяющих .их .в .единое .целое Способность .к . самовоспроизведению Устойчивость Саморегуляция Нарушения . взаимосвязей . в . эко- системах . может . привести . к . нару- шению . саморегуляции . и . нежела- тельным .последствиям . Тема 2. естественные сообщества организмов. Экосистемы 88 88 взаимосвязи организмов в экосистемах Взаимосвязи Антагонистические Мутуалистические Нейтральные Паразитизм Антибиоз Конкуренция Внутривидовая Межвидовая Симбиоз .— .все .формы .сосущест- вования .различных .видов . Паразитизм .— .форма .сожитель- ства . организмов . разных . видов, . из . которых . один . (паразит) . живет . за . счет .другого .(хозяина) . комменсализм . — . форма . взаи- моотношений . между . двумя . вида- ми . животных, . при . котором . один . из .них .(комменсал) .пользуется .ка- кими-то . преимуществами . за . счет . другого . (хозяина), . не . нанося . ему . вреда . Мутуализм . — . форма . сосущест- вования . организмов, . при . которой . каждый . из . организмов, . живущих . вместе, . приносит . другому . опреде- ленную .пользу . Симбиоз Паразитизм Комменсализм Мутуализм «Квартирантство» Экзопаразитизм Эндопаразитизм «Нахлебничество» цепи питания В .природе .происходит .беспрерыв- ный .круговорот .биогенных .веществ, . необходимых .для .жизни . .В .процессе . эволюции .в .экологических .системах . сложились . определенные . цепи . пи- тания . цепь питания . — . это . последова- тельность . взаимосвязанных . видов, . последовательно . добывающих . ор- ганическое . вещество . и . энергию . из . начального .питательного .вещества, . каждое .предыдущее .звено .является . питательным .для .следующего . Автотрофы Растения Продуценты Гетеротрофы Растительноядные животные Консументы . . I .порядка Гетеротрофы Плотоядные животные Консументы II .порядка Сапротрофы, разрушители Редуценты раздел IV 89 89 Экологическая пирамида Когда . животное . съедает . расте- ние, . большая . часть . энергии, . содер- жащаяся . в . этой . пище, . рассеивается . в . виде . тепла . и . только . незначитель- ная . часть . используется . для . синтеза . животных . тканей . . Если . это . живот- ное . съедят . другие . животные, . про- изойдет .дальнейшая .потеря .энергии . в .виде .тепла .и .т . .д . .В .экологических . системах .в .процессе .эволюции .в .це- пях . питания . определилась . важная . закономерность, .получившая .назва- ние .экологической пирамиды: .каж- дый .последующий .уровень .питания . имеет .массу .в .10 .раз .меньшую, .чем . предыдущий . Третичные консументы Первый трофиче- ский уровень вторичные консументы Первичные консументы Продуценты Хищники Травоядные Хищники Коршун Змея Мышь Трава . четвертый трофический уровень Третий трофиче- ский уровень второй трофиче- ский уровень Растения Каждое .звено .способно .использо- вать . только . 5—15 . % . (в . среднем . 10 . %) .энергии, .поэтому .типичная .цепь . питания .состоит .не .более .чем .из .4— 6 . взаимосвязанных . звеньев . . Каж- дое . звено . цепи . питания . — . трофи- ческий уровень . изменения экосистем Ни .одна .экосистема .не .существу- ет . вечно, . рано . или . поздно . она . сме- няется .другой . .Способность .к .заме- нам .— .одно .из .важнейших .свойств . экосистемы . Сукцессия . — . последовательная, . необратимая, .направленная .замена . одной .экосистемы .другой . Причины изменений экосистем Изменения, .вызван- ные .жизнедеятель- ностью .организмов Факторы . физической .среды Сукцессии Первичные Начинаются . на .лишенных . жизни .местах Вторичные Развиваются .на .месте . сформированных .экосис- тем .после .их .нарушения Тема 2. естественные сообщества организмов. Экосистемы 90 90 Последовательные изменения и равновесие Если .климатические .условия .и .тип . почвы . определяют . растительность . местности, .то .растительность, .в .свою . очередь, .влияет .на .почву .и .в .неболь- ших .масштабах .также .на .климат . .Это . взаимодействие . приводит . к . состоя- нию . равновесия . ( климакса) . между . растительностью, .климатом .и .почвой . определенной . зоны . . Любое . измене- ние, .естественное .или .искусственное, . в . одном . из . этих . факторов . начинает . цепную . реакцию . последовательных . экологических .изменений, .целью .ко- торой .является .восстановление .равно- весия, .выражающееся .в .так .называе- мой .климаксовой .растительности . Пожар Уже .через .год .на .мес- те .пожара .выраста- ют .травы, .которые .лю- бят .свет Вкоре .появляются .побеги . берез .и .осин, .требующие . много .света .и .быстро .рас- тущие Через .60 .лет .получается .березовый .лес, . под .защитой .которого .растут .и .ели На .протяжении .150 .лет .бе- резы .вытесняются .пихтами; . ели .могут .расти .в .тени Ели .вытесняют .пихты, .ко- торые .не .могут .расти .в .те- ни . .Через .500 .лет .после .по- жара .восстанавливается . первоначальный .еловый .лес Пример последовательных экологических изменений после пожара в еловом лесу агроценозы агроценоз . — . это . искусственная . экосистема, . сообщества . растений, . животных, . грибов . и . микроорганиз- мов, .созданные .для .получения .сель- скохозяйственной .продукции, .регу- лярно .поддерживаемые .человеком . Искусственные . экосистемы . ха- рактеризуются . такими . же . показа- телями, .как .и .естественные . .У .них . такая . же . структура, . только . обяза- тельным . звеном . питательной . цепи . является .человек . Сравнения естественных и искусственных экосистем Биоценоз Агроценоз Действует .естественный .отбор .(выживают .на- иболее .приспособленные .к .условиям .сущест- вования .организмы) Действует .искусственный .отбор .(сохраняются .ор- ганизмы .с .большой .продуктивностью) Основной .источник .энергии .— .Солнце Кроме .солнечной .энергии .присутствует .другой .ис- точник .— .удобрения, .орошения .и .т . .д . Круговорот .веществ .осуществляется .полностью Круговорот .не .происходит Большое .разнообразие .видов .организмов Количество .видов .ограничено .двумя-тремя .видами Саморегуляция Регулируются .и .контролируются .человеком Разная .продуктивность Значительная .продуктивность раздел IV 91 91 Тема3.Человек и биосфера БиоСфеРа и ее гРаницы Биосфера .— .оболочка .Земли, .ко- торую . населяют . живые . организ- мы . . Биогеоценоз . является . элемен- тарной .структурой .биосферы . .Сама . биосфера . состоит . из . совокупности . всех . биогеоценозов . и . рассматрива- ется . как . большая . экологическая . система . В . 1875 . г . . австрийский . геолог . Э . . Зюсс . предложил . понятие . био- сферы . Учение .о .биосфере .как .об .особой . части . Земли, . населенной . живыми . организмами, . создал . украинский . ученый .В . .И . .Вернадский . Биосфера . не . образует . отдельной . оболочки . Земли, . а . является . час- тью .геологических .оболочек .земно- го .шара, .заселенных .живыми .орга- низмами, . занимает . верхнюю . часть . литосферы, .всю .гидросферу .и .ниж- ний .слой .атмосферы . 100 .км Тропосфера Озоновый .слой Стратосфера А т м о с ф е р а 15 .км 0 .км Ионосфера Гидросфера Литосфера Геологические оболочки Земли Организмы . могут . проникать . на . относительно . незначительные . глу- бины . литосферы . . Проникновение . живых . существ . вглубь . литосферы . ограничено . высокой . температурой . горных . пород . и . подземных . вод . на . глубинах .1,5—15 .км . Распространение . организмов . в . атмосфере . ограничено . озоновым . экраном, .так .как .выше .него .все .жи- вое .гибнет .под .действием .космичес- кого .излучения . Владимир .Иванович . Вернадский . (186—1945) Тема 3. человек и биосфера 92 92 Роль живых оРганизМов в пРеоБРазовании БиоСфеРы В .состав .биосферы .входят .живые . и .неживые .компоненты . .живое ве- щество, .по .В . .И . .Вернадскому,— .со- вокупность .всех .живых .организмов . планеты .на .данный .момент .сущест- вования . Свойства живого вещества Характеризуется .огромной .энергией, .содержащейся .в .нем, .и .способно .производить .работу Скорость .течения .химических .реакций .в .живом .веществе .благодаря .участию .ферментов .в .тысячи, . а .иногда .в .миллионы .раз .больше, .чем .при .производстве .веществ .сугубо .химическими .методами Индивидуальные .химические .соединения, .входящие .в .состав .живого .вещества, .устойчивы .только . в .живых .организмах Живому .веществу .присуща .подвижность . .Благодаря .разным .формам .движения .живое .вещест- во .способно .заполнять .собой .все .возможное .пространство .(«вездесущность» .жизни) . .Этот .процесс . В . .И . .Вернадский .назвал .давлением .(«напором») .жизни Имеет .гораздо .большее .морфологическое .и .химическое .многообразие, .чем .неживое Живое .вещество .представлено .в .биосфере .в .виде .отдельных .организмов, .размеры .которых .колеб- лются .от .20 .нм .у .бактерий .до .100 .м .у .растений .(диапазон .более .109) Индивидуумы .никогда .не .находятся .в .виде .отдельных .популяций .организмов .одного .вида, .они . всегда .входят .в .состав .экосистемы Существует .в .форме .беспрерывного .чередования .поколений, .способствующей .ее .обновлению Способно .к .эволюционному .процессу, .благодаря .которому .происходит .нарушение .абсолютного .ко- пирования .предыдущих .поколений . .Эта .способность .разрешает .живому .веществу .приспособиться . к .изменению .условий .существования Живое .вещество, .в .отличие .от .неживого, .постоянно .производит .работу, .выполняет .определенную . функцию Функции живого вещества Функция Происходящие процессы Энергети- ческая Проявляется .в .усвоении .живым .веществом .преимущественно .солнечной .энергии . и .передачи .ее .по .трофическим .цепям . .В .основе .лежит .фотосинтетическая .деятель- ность .зеленых .растений Газовая Осуществление .энергетической .функции .сопровождается .выделением .и .поглощени- ем .кислорода, .углекислого .газа .и .некоторых .других .газообразных .веществ . .Благо- даря .газовой .функции .сформировался .современный .состав .воздуха Концентра- ционная Проявляется .в .отделении .и .избирательном .накоплении .живыми .организмами .хи- мических .элементов .окружающей .среды . .В .результате .концентрационной .деятель- ности .организмов .происходит .накопление .залежей .полезных .ископаемых Окислитель- но-восстано- вительная Заключается .в .химическом .превращении .веществ, .содержащих .атомы .со .сменной . степенью .окисления . .Окислительно-восстановительные .реакции .лежат .в .основе .лю- бого .вида .биологического .метаболизма Деструкци- онная Обуславливает .процесс .разложения .организмов .после .их .смерти .до .минеральных . соединений, .которые .через .автотрофное .звено .снова .втягиваются .в .биологический . круговорот раздел IV 9 9 кРуговоРот вещеСтв в БиоСфеРе Осуществление . функций . живого . вещества . связано . с . миграцией . ато- мов .в .процессе .круговорота .веществ . в . биосфере . . Часть . миграции . хими- ческих . элементов, . происходящая . при . участии . живых . организмов, . называется . биогенной, . а . вне . их,— . абиогенной . цикл углерода Атом . углерода . входит . в . состав . углекислого . газа . (неорганическая . форма . углерода) . . Растение . погло- щает .его .и .вовлекает .в .процесс .фо- тосинтеза, . включая . углерод . в . со- став . молекулы . глюкозы . (углерод . переходит .в .органическую .форму) . . Травоядное . животное . поедает . это . растение . и . таким . образом . переме- щает .атом .углерода .в .свое .тело . .Тра- воядное . животное . служит . пищей . для . хищника . . После . гибели . жи- вотного . организмы-разрушители . превращают . часть . его . останков . в . неорганическую . форму . — . угле- кислый .газ, .который .попадает .в .ат- мосферу . . В . дальнейшем . цикл . по- вторяется . CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 CO 2 дыхание дыхание глюкоза водяные .растения мясо бактерии CO 2 цикл кислорода Природный . цикл . этого . элемен- та .противоположен .циклу .углекис- лого . газа . . В . результате . фотосинте- за .в .окружающую .среду .выделяется . молекулярный .кислород .(O 2 ) . .В .про- цессе .дыхания .животные .выделяют . углекислый .газ .(CO 2 ) . Тема 3. человек и биосфера 94 94 цикл воды Значение . воды . для . живых . ор- ганизмов . огромно . . В . водной . сре- де . зародилась . жизнь . на . Земле . . Все . химические .реакции, .которые .про- исходят . в . организме, . нуждаются . в .присутствии .воды . .Она .создает .не- заменимую . среду . для . осуществле- ния .обмена .веществ .(метаболизма), . от .образования .глюкозы .в .растениях . до . переваривания . пищи . или . регу- лирования .температуры .тела . .Водо- емы .— .среда .существования .многих . видов .животных, .растений, .микро- организмов . . Вода . также . проходит . непрерывный .цикл .в .природе, .кото- рый .происходит .очень .активно .как . вне .организмов, .так .и .в .их .теле . . снег .и .льды .(твердая .вода) конденсация водяной .пар реки, .озера .и .подземные .воды . . (пресная .вода) осадки испарение океаны .и .моря .(соленая .вода) цикл фосфора Фосфор .— .это .элемент, .который . распространен .в .природе .в .составе . минералов . . После . ряда . химичес- ких .реакций .воды .с .горными .поро- дами . образуются . фосфорсодержа- щие .вещества . .Они .входят .в .состав . почв . и . используются . растениями . или . попадают . в . моря, . где . стано- вятся . частью . водорослей, . прежде . всего .фитопланктона . . В . составе . живых .организмов .фосфор .перехо- дит . с . одного . трофического . уровня . на .другой .по .цепям питания .и .вы- свобождается . в . окружающую . сре- ду . после . гибели . и . разрушения . ор- ганизмов . В .живых .организмах .фосфор .вхо- дит .в .состав .важнейших .соединений . клетки .— .ДНК, .РНК, .АТФ . Морские . птицы . выделяют . с . экс- крементами . очень . много . фосфо- ра, .поэтому .птичий .помет .является . важным . источником . этого . элемен- та . . Накапливаясь, . экскременты . и . трупы . птиц . образуют . гуано, . кото- рое .используют .как .удобрение . .Фос- фор .присутствует .в .воде .в .виде .орто- фосфата .(PO 4 – ) . раздел IV 95 95 цикл азота В . состав . земной . атмосферы . вхо- дит .большое .количество .азота .в .виде . газа, . имеющего . формулу . N 2 . (78 . %) . . Но .азотом, .который .находится .в .этой . форме, . не . могуть . воспользоваться . ни . растения, . ни . животные; . он . при- годен .лишь .для .некоторых .бактерий . и .морских .водорослей, .которые .пре- образуют .его .в .аммиак .(NH ) . .Аммиа- ком .растения .тоже .не .могут .восполь- зоваться, . бактерии . другой . группы . преобразуют . его . в . нитраты . (NO ) . — . единственную .форму .азота, .которую . растения . могут . использовать . для . своего . развития . . Они . включают . его . в .свои .ткани, .и .в .этом . .виде .азот . .мо- жет . перейти . в . организмы . травояд- ных . животных, . которые . питаются . растениями, .а .потом .— .в .организмы . хищников .и .далее .по .пищевой .цепи . атмосферный .азот .N 2 ЦИКЛ .АЗОТА промышленное . . связывание: .завод . . химических .удобре- ний биологическое .связывание: . . бактерии .(Clostridium, . Azotobacter, .Rhizobium; .сине-зе- леные .водоросли) частичное .погло- щение .растениями . и .микроорганизма- ми денитрификация: . . бактерии- . денитрификаторы . (Pseudomonas) аммиак .NH нитраты .NO –1 нитриты .NO 2 –1 нитрификация: .бактерии- нитрификаторы .(Nitrosomas, . Nitrobacter) деятельность человека и состояние биосферы Человечество . — . часть . биосферы, . из .которой .оно .берет .все .средства .для . существования . .Преобразующая .де- ятельность .человека .в .биосфере .так . велика, . что . может . быть . сопостави- ма . лишь . с . грандиозными . геологи- ческими .процессами . .В .связи .с .этим . В . .И . .Вернадский .писал, .что .челове- чество, . познавая . законы . природы, . совершенствуя .технику, .своей .рабо- той .создает .высшую .стадию .сущест- вования .биосферы .— .ноосферу, .или . сферу . ума . . Человек . далеко . не . всег- да . умно . подходит . к . использованию . естественных .сокровищ .нашей .пла- неты . .В .результате .нерациональной . деятельности .человека .лишь .на .про- тяжении . нескольких . последних . ве- ков . бесследно . уничтожены . многие . виды .животных .и .растений . . |