Занятие 1 Тема урока Понятие, задачи, структура экологии, уровни организации жизни
 Скачать 164.82 Kb.
|
|
Занятие № 1 Тема урока: «Понятие, задачи, структура экологии, уровни организации жизни» Наука о взаимоотношении организмов с окружающей средой по предло-жению Э. Геккеля (1866 г.) получила название «экология». Экология (от греч. «ойкос» - дом, жилище, и «логос» - учение) - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально она развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками. Экология как самостоятельная наука окончательно сформировалась к концу XIX века. Вместе с тем накопление сведений о зависимости животных и растений от внешних условий началось с древних времен. Сегодня экология – междисциплинарная наука. В широком смысле – глобальная экология. Задачи глобальной экологии – изучение законов взаимодействия природы и общества и оптимизации этого взаимодействия. Актуальность этой проблемы привела к «экологизации» всех наук и других отраслей человеческой деятельности, то есть к обязательному учету ими законов и требований экологии. Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая и ме-ждународное право), психологией, педагогикой и т. п. Экология использует широкий набор методов исследования: а) Метод наблюдения и описания (заключается в сборе и описании фактов); б) Сравнительный метод (основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов); в) Метод эксперимента (делает возможным изучать явления природы в заданных условиях); г) Исторический метод (изучает ход развития исследуемого объекта); Метод моделирования (позволяет описывать сложные природные явления относительно простыми моделями); Задачи экологической науки состоят в следующем: -разработка теории и методов оценки устойчивости экологических систем на всех уровнях, включая биосферный; -исследование проблем популяционной экологии, экологии биотических сообществ, сохранения биоразнообразия в природе, регулирующего воздействия биоты на окружающую среду; -изучение и прогнозирование изменений биосферы под влиянием природных и антропогенных факторов и оценка экологических последствий этих изменений; -оценка состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления; -разработка и совершенствование методов управления качеством окружающей среды; -формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали; -оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития общества и государства. Жизнь на нашей планете не хаотична. Она представляет собой строго упорядоченную систему, состоящую как бы из нескольких уровней: Молекулярный. На этом уровне осуществляются такие процессы жиз-недеятельности, как обмен веществ и превращение энергии, передача на-следственной информации. Клеточный. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого. Тканевый. Ткань - совокупность структурно сходных клеток, а также связанных с ними межклеточных веществ, объединенных выполнением определенных функций. Органный. Орган - часть многоклеточного организма, выполняющая оп-ределенную функцию или функции. (В настоящее время часто выделяют единый «онтогенетический» уровень, включающий клеточный, тканевый и органный уровни организации.) 0рганизменный. Организм - реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками. Популяционно-видовой. Популяция - совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему и населяющих пространство с относительно однородными условиями обитания. Вид - совокупность популяций, особи которых способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимают определенную область географического пространства (ареал). Биоценотический. Биоценоз - совокупность организмов разных видов различной сложности организации, обитающих на определенной территории. Если при этом учитываются и абиотические факторы среды обитания, то говорят о биогеоценозе. Биосферный. Биосфера - оболочка Земли, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Уровни организации жизни: Экосистема – любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот веществ. В состав любой экосистемы входят: а) комплекс неживой природы (воздух, вода, земля, горные породы…); б) комплекс автотрофных организмов – продуценты (растения); в) комплекс гетеротрофных организмов – консументы (животные); г) микроорганизмы – редуценты. 2. Биоценоз – совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (биотоп). 3. Популяция – группа особей одного вида, занимающая однородное пространство, находящихся во взаимодействии и воспроизводящих себя в поколениях. Структура современной экологии: Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования. Социальная экология изучает взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа». Законы экологии (Б. Коммонер): Всё связано со всем - отражает всеобщую связь процессов и явлений в природе. Всё должно куда-то деваться – базируется на положении сохранения вещества и энергии. Природа «знает» лучше – ориентирует на действия, согласующиеся с природными процессами, сотрудничество с природой. Ничто не даётся даром – всё, что извлечено из природы, должно быть возмещено. Занятие № 2 Тема урока: «Факторы среды, их общая характеристика» Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой ор-ганизм и с которой он непосредственно взаимодействует. Это и температура, освещенность, давление, уровень радиации, подвиж-ность частиц. На нашей планете организмы освоили 4 среды жизни - наземно-воздушная, водная, почва, сами живые организмы. Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на существование и географическое распространение живых су-ществ – экологические факторы. Абиотические –температура,свет,радиоактивное излучение,влажностьвоздуха, соленость воды, ветер, течения, рельеф местности. Биотические –формы воздействия живых существ друг на друга..меж-видовые отношения – хищник-жертва, нейтральные, паразит-хозяин, внутриви-довые – иерархические, демографические, социальные и т.д. Антропогенные –формы деятельности человеческого общества,приво-дящие к изменению природы как среды обитания организмов. В характере воздействия любых факторов можно выделить закономерности: Закон оптимума – каждый фактор имеет определенные пределы по-ложительного влияния на организм. Таким образом, для каждого вида существует свой закон оптимума, и уменьшение или усиление влияния фактора ведет к гибели организма. Закон ограничивающего фактора – наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организмов значе-ний. Если бы факторы, ограничивающие жизнь организмов действовали непрерывно, они также привели бы к гибели живых существ, но организмы вырабо-тали защиту – адаптацию. Адаптация – приспособительные реакции организмов к изменчивым факторам среды обитания. Путь приспособительных изменений обобщил Ч. Дарвин – эволюционная теория. 4 основных положения: 1.все организмы изменчивы. 2.различия передаются по наследству. 3.борьба за существование и естественный отбор. 4.распространенность и численность вида зависит от количества оставляемого потомства. Среда обитания – одно из ключевых понятий экологии. В ходе эволюции и при воздействии меняющихся факторов среды живая природа достигла большого разнообразия. Но процесс не прекратился: меняются природные условия, организмы приспосабливаются к изменившимся условиям окружающей среды. Эта способность организмов адаптироваться к изменению среды является важнейшим экологическим свойством, обеспечивающим соответствие между существами и средой их обитания. Атмосфера - наземно-воздушная среда обитания живых организмов Наземно-воздушная среда – самая сложная по экологическим условиям жизни. Жизнь на суше потребовала таких морфологических, биохимических приспособлений, которые оказались возможными только при очень высоком уровне организации как растений, так и животных. К наземно-воздушной среде можно отнести как верхний слой литосферы, так и нижнюю часть атмосферы. Поскольку основная масса живых существ обитает в тропосфере, именно этот слой атмосферы входит в понятие наземно-воздушной среды обитания. Тропосфера – самый нижний слой атмосферы. Высота варьирует от 7 до 18 км. В ней содержится основная масса водяных паров, которые конденсируясь, образуют облака. В тропосфере происходит мощное перемещение воздуха и температура падает в среднем на 0,6оС с поднятием на каждые 100м. Атмосфера земли состоит из смеси газов, не взаимодействующих друг с другом. В ней происходят все метеорологические процессы, совокупность которых называется климатом. Верхняя граница примерно на 2000 км. Основная масса воздуха сосредоточена на высоте 70 км. Сухой воздух содержит, %: азота– 78,08; кислорода – 20,95; аргона – 0,93; углекислого газа – 0,03. Остальные – водород, неон, гелий, криптон, радон, ксенон – инертные газы. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды. Он надежно защищает землю от вредного космического излучения. Под воздействием атмосферы свершаются важнейшие геологические процессы, которые в конечном итоге формируют ландшафт. Атмосферный воздух относится к категории неисчерпаемых природных ресурсов, но сегодня существует целый ряд факторов, который усиливает вредное влияние на атмосферу: интенсивное развитие промышленности, рост городов, расширение исследований космоса. Свет как условие жизни растений. Свет необходим растениям. Он улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза: 6 СО2 + 6Н2О свет С6Н12О6 + 6О2 В связи с разной потребностью растений в свете, существуют разные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму обитания. Адаптация – системы регулирования обменных процессов и физиологических особенностей, обеспечивающих максимальную приспособленность организмов к условиям окружающей среды. Экологические группы в соответствии с адаптациями: Светолюбивые – сильноветвящиеся побеги с укороченными междоузлиями, розеточные; листья мелкие или с сильной рассеченной листовой пластинкой, нередко с восковым налетом или опушенные, часто повернутые ребром к свету. Тенелюбивые – листья темно-зеленого цвета, располагаются горизонтально, это растения нижних ярусов лесов, глубоководные; стебли длинные, цветки яркие или с сильным запахом. Теневыносливые – могут переносить затенение, но и хорошо растут на свету (дуб, бук, граб, ель, кустарники и лесные травы.). Листья деревьев часто составляют листовую мозаику для полноценного принятия света. Фотопериодизм – реакция организма на смену режима освещения – в течение суток, сезонов. Изменяются процессы обмена веществ, роста и развития. С ним связано явление фототропизма – движения отдельных органов растений к свету. Растения короткого дня – субтропики. Рис, соя, хризантема. Растения длинного дня – укроп, рудбекия, хлебные злаки, крестоцветные. Свет как условие жизни животных. Для ориентации в пространстве. У примитивных это светочувствительные клетки или даже место в клетке (светочувствительный глазок). Образное видение. Паук -1-2 см, позвоночные – форма, размеры и расстояние до предметов. Органы зрения развиты в зависимости от среды обитания, образа жизни. С помощью зрения птицы способны к перелетам. Так же развито это у пчел. Температурный режим.Температурные адаптации. От 0 до -50. Криофилы – -8-10оС. виды, предпочитающие холод. Бактерии, грибы, ли-шайники, мхи, членистоногие. Термофилы – высокие температуры. Черви, насекомые, клещи, бактерии – до +70. Латентные – длительно покоящиеся. До +180, -195,8 – Бактерии, одноклеточные водоросли, длительное хранение при -70. Анабиоз – временная приостановка всех жизненных процессов. У растений – транспирация – система испарения воды через устьичный аппарат, которая спасает их от перегрева. Пирофиты – переживают пожары в саваннах. У животных – пойкилотермные – меняют температуру тела со средой – насекомые, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся. Гомойотермные - поддерживают постоянную температуру тела- млекопитающие и птицы. Загрязнения наземно-воздушной среды. В последнее время все более значительным внешним фактором, изменяющим наземно-воздушную среду обитания, становится антропогенный фактор. Атмосфера, как и биосфера, имеет свойство самоочищения, но объем и скорость современных загрязнений превосходят природные возможности их обезвреживания. Существует классификация загрязнений природной среды: Природные – различная пыль: минеральная (продукт выветривания и раз-рушения горных пород), органическая (аэропланктон – бактерии, вирусы, пыльца растений), космическая (частицы, попадающие из космоса). Антропогенные – промышленные, транспортные, бытовые выбросы в атмосферу (пыль цементных заводов, сажа, разные газы, пестицыды, аэрозоли и т.д.) В результате выбросов в городах, где снижено ультрафиолетовое излучение и наблюдается большое скопление людей, происходит деградация воздушного бассейна, одним из проявлений которого является смог. Бывает классический (смесь токсичных туманов, возникающих при не-значительной облачности) и фотохимический (едкие газы и аэрозоли, которая образуется без тумана в результате фотохимических реакций). Наземно-воздушная среда является самой сложной для жизни организмов. Физические факторы, ее составляющие, очень разнообразны: свет, температура. Но организмы приспособились в ходе эволюции к этим ме-няющимся факторам и выработали системы адаптации для обеспечения чрезвычайной приспособленности к условиям обитания. Несмотря на неис-черпаемость воздуха как ресурса окружающей среды, качество его стремительно ухудшается. Загрязнение воздуха – самая опасная форма загрязнения окружающей среды. Занятие №3 Тема урока: «Вода в природе. Водная среда обитания» Виды, формы, запасы воды. Вода - одно из самых распространенных ве-ществ на Земле. Ее мировые запасы составляют жидкая (соленая и пресная), твердая (пресная)и газообразная (пресная)вода.Все воды Земли образуют гидросферу, площадь которой занимает70%всей поверхности Земли.В состав гидросферы входят: Мировой океан, подземные воды, ледники, озера, почвенная влага, пары атмосферы, речные воды. Наибольшие запасы соленой воды сосредоточены в Мировом океане, пресной - в ледниках. Вода непрерывно перемещается по Земле. Пути ее перемещения - общая циркуляция в атмосфере, морские течения и речной сток. Скорость водообменаколеблется в различных частях гидросферы. Медленнее всего возобновляются подземные воды (около 5000 лет), а обмен речных происходит 32 раза в течение года. Поэтому очень важна проблема загрязнения подземных вод (например, в результате подземных ядерных взрывов). Загрязнив один раз, мы не сможем их обновить раньше чем через 5000 лет. Доступная пресная вода, необходимая для растительного и животного мира, физиологических потребностей и хозяйственной деятельности людей, составляет лишь 2% гидросферы, при этом распределена она по континентам крайне неравномерно - ее много в ледниках и мало в засушливых районах Африки и Азии. Вода - это специфическая среда обитания для большой группы живых ор-ганизмов. Жизнь возникла в воде, вода входит в состав живых тел и является той средой, где в любом организме протекают все биохимические реакции. Вода составляет основную часть цитоплазмы клеток, растительных соков, жидких тканей животных. Концентрация солей в воде определяет осмотическое давление тканей, через водную среду происходят контроль и регуляция содержания макро- и микроэлементов в цитоплазме. Кроме всего прочего, вода - единственный источник кислорода, обра-зующегося в процессе фотосинтеза: он образуется при фотохимическом разло-жении воды, в котором используется энергия солнечного света. Серьезные нарушения в организме может вызвать обезвоживание. \ Так, у многих млекопитающих, в том числе и у человека, при снижении содержания воды в организме на 10% возникают тяжелые болезненные явления, а потеря 20-30% влаги обычно заканчивается смертью. Свойства водной среды обитания. Рассмотрим факторы водной среды, действующие на водных обитателей. Прежде всего, это плотность водного слоя. Плотность воды обеспечивает организмам возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяются в особую экологическую группу гидробионтов - планктон. Обитатели дна образуют особую группу - бентос. Следующие важные показатели для существующих в воде организмов - это подвижность, светопроницаемость (или мутность), давление, а также кислотность (значение водородного показателя — рН). В глубине температура практически постоянна (+4 °С). Все эти свойства водной среды во многом определяют форму тела и строение скелета, соответствующее водной среде строение органов чувств и другие особенности анатомии и физиологии водных обитателей. Еще один фактор, важнейший для водной среды, - кислородный режим. Важное условие существования жизни в воде - растворенный в воде кислород, необходимый для дыхания водных растений и животных. Содержание кислорода в воде в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Кислород поступает в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей. Верхние слои водной толщи богаче кислородом, чем нижние. Нехватка кислорода иногда приводит к катастрофическим явлениям - заморам -с гибелью гидробионтов.Кроме недостатка кислорода в водоеме,заморы могут быть вызваны повышением концентрации токсичных газов - метана, сероводорода, углекислого газа и других. Круговорот воды. Для обеспечения устойчивости экосистем чрезвычайно важны циклические превращения элементов, а также участие веществ в био-логических и биогеохимических круговоротах. В биосфере в такой круговорот вовлечена и вода. Происходит это следующим образом. Вода выпадает на по-верхность земли в виде осадков, образующихся в результате испарения Миро-вого океана. При испарении в атмосфере накапливается водяной пар, который, конденсируясь, образует облака и, наконец, дождь или снег, выпадающие на землю; затем часть осадков снова испаряется с поверхности земли; часть проникает в почву, поглощается растениями и испаряется ими в процессе транспирации; часть просачивается в глубокие слои почвы и пополняет под-земные воды, а часть осадков стекает в водоемы (реки, озера) и оттуда также испаряется в атмосферу. Растительность на поверхности земли играет роль грандиозного испарителя, имеет водорегулирующее значение, способствует удержанию влаги и препятствует иссушению и эрозии почв. Вода как среда обитания растений. Вода накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру растений. Среди растений различают гигрофиты и гидрофиты. Гигрофиты - растения,живущие в условиях повы-шенной влажности, произрастающие на болотах или в мангровых лесах и тре-бующие для нормальной жизнедеятельности большого количества воды (осока, камыш, рогоз, сфагнум, растения влажных джунглей и т.д.). Гидрофиты - вод-ные растения, живущие либо полностью погруженными в воду (водоросли), либо на ее поверхности находятся листовые пластинки, а остальная часть находится в воде (кувшинки, элодея, Виктория регия, ряска, водоросли, сальвиния - водяной папоротник и т.д.). Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет водорослей меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному. Вода как среда обитания животных. Животные, постоянно обитающие в воде, адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них характерна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие слизи и чешуи для уменьшения трения. Для ориентации в условиях недостатка света организмы используют звук. В воде он распространяется намного быстрее, чем в воздухе. Использование воды человеком. Человечество потребляет огромное количество пресной воды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: гор-нодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит 70% всей воды, используемой в промыш-ленности. Но все же главный потребитель пресной воды - сельское хозяйство, забирающее 60—80% пресной воды, используемой человеком. Вода - необхо-димый компонент жизнедеятельности человека. Как человек использует воду? Вода — универсальный растворитель, все биохимические и обменные реакции в живом организме протекают с ее участием, 1. В сутки человек должен выпивать от 0,5 до 2 л воды. 2. Вода необходима для поддержания гигиены тела, жилища, улицы. 3. В теплоцентралях городов и поселков циркулирует вода. 4. Минеральные воды употребляют внутрь и для ванн, используя их целебные свойства. 5. Горячая вода термальных источников идет для обогрева жилья, парников, теплиц, выработки электроэнергии. Источники пополнения питьевой воды. Открытые водоемы - реки, озера, родники. Для получения питьевой воды из этих источников требуется дополнительная очистка. Атмосферные осадки -почти дистиллированная вода,в которой нет не-обходимых микроэлементов. Кроме того, при прохождении над населенными пунктами осадки загрязняются пылью, грязью, газами, различными микроорга-низмами. В результате для питья такая вода не годится. Артезианские воды, образующиеся из подземных вод, -как правило,эточистая вода, но отличающаяся повышенной жесткостью. Загрязнение морских вод. Качество используемой человеком воды резко снизилось из-за сбросов химических предприятий, бытовых отбросов и других загрязнителей в пресные и морские, воды. В результате поступления в воды морей и Мирового океана значительного количества ядовитых и антропогенных отходов уменьшаются самоочистительные свойства морских вод, снижается их биологическая продуктивность. Различают три вида загрязнения морских вод: химическое, загрязнение бытовыми отбросами, радиоактивное. Химические загрязнители — это в основном нефть и нефтепродукты,попавшие в море в результате бурения скважин или аварий танкеров. Загрязнение бытовыми отбросами приводит к возникновению инфекционных заболеваний у купальщиков, изменению водной флоры и фауны. Радиоактивное загрязнение — это такое загрязнение,при котором концентрация радионуклидов, накапливаемая планктонными организмами, в несколько раз превышает радиоактивность воды; источники загрязнений: отходы атомных подводных лодок, заводы для очистки урановой руды, атомные электростанции, Загрязнение внутренних водоемов. Вследствие бурного развития промышленности исчезают полноводные реки, озера, резко меняется их солевой состав. Вредными загрязнителями внутренних вод являются фенол и его произ-водные, а также поверхностно-активные вещества, содержащиеся в современных моющих средствах. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водоемов пестицидами и минеральными удобрениями, поступающими с полей с дождевыми и талыми водами. Пути охраны водных ресурсов - внедрение новых технологических процессов, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где сточные воды не сбрасываются, а используются многократно. В настоящее время очистка сточных вод проводится механическими, хи-мическими и биологическими методами. При механическом методе используют систему отстойников и разногорода ловушек (сита, решетки, песколовки, жироловки и т. д.). При химическом методе в сточные воды добавляют реагенты,образующие с загрязнителями нерастворимый осадок. При биологическом методе для минерализации органических загрязнителей используют аэробные (т. е. протекающие в кислородной среде) биологические процессы, осуществляемые микроорганизмами. Занятие № 4 |