Реферат
на тему: «Основы экологии: взаимодействиефакторов и организмов, экологические системы и популяции»
ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Экология — область биологии,изучающая взаимодействие организмов между собой и с окружающей средой. Впроцессе эволюции живые организмы расселились по всему земному шару иприспособились к различным условиям обитания. В результате взаимодействия живыхорганизмов и среды обитания сформировался разнообразный органический мир Земли.Жизнедеятельность организмов, в свою очередь, оказала влияние на неживуюприроду, которая развивалась и изменялась вместе с живой. В результате сложныхвзаимоотношений живой и неживой природы сформировались различные сообщества,экосистемы, которые составляют современную биосферу.
Экология как наука изучает закономерностиразвития экосистем, взаимоотношения организмов в них, эволюцию сообществ ибиосферы. Она является основой охраны природы, прогнозирования и управленияэкосистемами в условиях научно-технического прогресса.
На живые организмы прямо или косвенно влияютразличные компоненты окружающей среды, называемые экологическими факторами. Условноих можно разделить на две группы: абиотические и биотические факторы.
Абиотические факторы — это все влияющие наорганизм элементы неживой природы: климатические (свет, влажность,температура), почвенные, рельеф, атмосферные газы.
Биотические факторы — совокупностьвзаимодействия и влияние живых организмов друг на друга. Отдельно избиотических факторов выделяют антропогенный1 фактор каксовокупность различных воздействий человека и его хозяйственной деятельности наживые организмы и природу в целом.
Абиотические факторы. Наиболее важным из абиотическихфакторов является климат. От него зависит тип растительности в даннойместности, которая, в свою очередь, определяет животный мир и облик сообщества.Климат слагается из ряда факторов.
Свет. Климат связан в первую очередь с поступлениемсолнечной энергии. Биологическое действие солнечного света обусловленоинтенсивностью, спектральным составом, сезонной и суточной периодичностью. Всвязи с этим у живых организмов приспособления также носят сезонный и зональныйхарактер.
Ультрафиолетовые лучи губительны для всегоживого. Основная часть этого излучения задерживается озоновым экраноматмосферы, поэтому живые организмы распространены до озонового слоя. Видимыйспектр необходим растениям и животным. У зеленых растений в красном спектреидет фотосинтез. Для животных и человека видимый свет — важный фактор,определяющий степень активности.
В некоторых научных изданиях встречается термин«антропический», так как ряд авторов считают его более точным.
Инфракрасные лучи являются источником тепловойэнергии, но не воспринимаются глазом человека и большинства животных. Онихорошо поглощаются тканями организма и вызывают их нагревание. Особенно важныэти лучи для хладнокровных животных (насекомых, пресмыкающихся), которыеиспользуют их для повышения температуры тела.
Солнечная энергия создает световой режим, которыйменяется в зависимости от географической широты и рельефа. В связи с вращениемЗемли световой режим имеет отчетливую суточную и сезонную периодичность.Реакция организма на суточный режим освещения в результате периодической сменыопределенной продолжительности дня и ночи называется фотопериодизмом. Фотопериодичностьсвязана с механизмом биологических часов, основное проявление которогозаключается в способности организма к циклическим изменениям функций.Биологические часы определяют физиологические ритмы в соответствии сизменениями в окружающей среде. У растений суточный фотопериодизм контролируетпроцессы фотосинтеза. У животных возникли приспособления к дневному и ночномуобразу жизни.
Большое значение имеет и степень освещенности. Взависимости от способности расти в условиях затенения или освещения различаюттеневыносливые и светолюбивые растения. Теневыносливые обитают в нижнемярусе леса, светолюбивые — в верхнем ярусе и на открытых пространствах(лугах, степях).
Сезонный ритм — регулируемая фотопериодизмом реакцияорганизма на изменение времени года. Так, при наступлении осеннего короткогодня растения сбрасывают листву и готовятся к зимнему покою. Зимний покой —приспособительное свойство многолетних растений, для которых характерныпрекращение роста, отмирание надземных побегов (у трав) или листопад (удеревьев и кустарников), замедление или остановка многих процессовжизнедеятельности. У животных зимой наблюдается существенное снижение активности.Сигналом к массовому отлету птиц служит изменение длины светового дня. Многиеживотные впадают в зимнюю спячку — приспособление для перенесениянеблагоприятного зимнего времени года.
Температура— неменее важный фактор, лимитирующий жизненные процессы. Все процессыжизнедеятельности в организме протекают при определенной температуре тела, восновном в пределах +10...+40 °С. Лишь немногие организмы приспособлены к жизнипри очень высоких температурах. В зависимости от механизмов поддержания постояннойтемпературы тела животные делятся на пойкилотермных и гомойотермных.
Пойкилотермные — хладнокровные животные с непостояннойтемпературой тела. У них повышение температуры окружающей среды вызываетсильное ускорение всех физиологических процессов, изменяет активностьповедения. Так, ящерицы предпочитают температурную зону +37 °С. С повышениемтемпературы ускоряются и стадии развития некоторых животных. Для многиххладнокровных животных характерен анабиоз — временное состояниеорганизма, при котором жизненные процессы существенно замедляются и отсутствуютвидимые признаки жизни.
Гомойотермные — теплокровные животные с постояннойтемпературой тела. Они обладают наиболее совершенной терморегуляцией и вменьшей степени зависят от температуры среды. Способность поддерживатьпостоянную температуру тела является важной экологической приспособленностьюживотных, таких как птицы и млекопитающие.
Для растений температурный режим также имеетбольшое значение. Наиболее интенсивно процесс фотосинтеза идет в диапазоне +15…+25 °С. Для перенесения низких температур (ниже 0 °С) у растений существуютспециальные механизмы, позволяющие предотвращать замерзание воды в клетках.Так, зимой в тканях растений находятся концентрированные растворы Сахаров,глицерина и других веществ, препятствующих замерзанию воды.
Влажность. Необходимым условием существования всехорганизмов на земле является наличие воды. Она играет исключительно важную рольво всех процессах жизнедеятельности клетки. Поддержание водного балансаявляется основной физиологической функцией организма. С экологической точкизрения вода чаще других является лимитирующим фактором как для наземных, так идля водных организмов, где высокая соленость способствует ее потере. Влажностьна земной поверхности распределяется неодинаково. Так как большинство наземныхрастений и животных влаголюбивы, то недостаток воды часто оказывается причиной,ограничивающей распространение организмов.
Для растений наличие воды является одним изосновных экологических факторов, лимитирующих рост и развитие. Приспособления кнедостатку влаги у них особенно ярко выражены (колючки, длинные корни, мясистыестебли).
Фактор влажности является значимым и дляживотных. Большинство обитателей пустынь способны обходиться без водыдостаточно долго. Это верблюды, антилопы, куланы, сайгаки. Обитатели засушливыхмест ведут ночной образ жизни, тем самым избегая перегрева и испарения воды вдневное время.
Для растений и животных, обитающих в условияхпериодической сухости, характерно снижение жизненной активности, состояниефизиологического покоя в период отсутствия влаги. Растения могут сбрасыватьлиству в жаркое сухое лето, иногда у них полностью отмирают надземные побеги.
Животные с наступлением жаркого и сухого периодамогут впадать в летнюю спячку (сурки), а некоторые виды — в состояние анабиоза.
Почва — среда обитания для многих микроорганизмов иживотных, в ней закрепляются корни растений и гифы грибов. Первостепеннымифакторами для почвенных обитателей являются ее структура, химический состав,влажность, наличие питательных веществ.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ. ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ ФАКТОР
На организмы действует всегда комплекс факторовокружающей среды. Наиболее благоприятная для организма интенсивностьэкологического фактора называется оптимальной, или оптимумом. Отклонениеот оптимального действия фактора приводит к угнетению жизнедеятельностиорганизма. Граница, за пределами которой невозможно существование организма,называется пределом выносливости. Для любого организма и в целом видасуществует своя граница по каждому экологическому фактору. Фактор среды,выходящий за пределы выносливости организма, называется ограничивающим. Онимеет верхний и нижний пределы.
Оптимумотражает особенности условий обитания различных видов. Чем шире пределвыносливости, тем пластичнее организм. Причем предел выносливости по отношениюк различным экологическим факторам у организмов неодинаков. Узкоприспособленныевиды менее пластичны и имеют небольшой предел выносливости, широкоприспособленные виды более пластичны, и у них отмечается большой диапазонустойчивости к колебаниям факторов среды.
Взаимодействие различных экологических факторовзаключается в том, что изменения интенсивности одного могут снизить пределвыносливости к другому фактору или, наоборот, увеличить его.
Например, оптимальная температура повышаетвыносливость к недостатку влаги и пищи.
Совокупность факторов среды (абиотических ибиотических), необходимых для существования вида, называется экологическойнишей, которая характеризует образ жизни организма, условия его обитания ипитания.
ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ
Биотические факторы проявляются вовзаимоотношениях организмов при совместном обитании и имеют разнообразныйхарактер.
Нейтрализм — независимые отношения между совместнообитающими на одной территории разными видами (например, белка и лось).
Конкуренция — тип взаимоотношений, возникающий у двухвидов со сходными потребностями, обитающими на одной территории.
Присутствие одного вида или организма уменьшаетпищевые ресурсы, сокращает территорию расселения другого.
Например, угнетение растений нижнего яруса влесу, конкуренция различных видов грызунов, обитающих на одном поле, луге,хищников одного леса и т. д. В результате более слабый конкурент погибает иливытесняется более сильным.
Хищничество — взаимодействие особей, при котором однаиз них испытывает отрицательное воздействие со стороны другой. Хищники,питаясь, уничтожают свою жертву.
Отношение хищника и жертвы складывалось впроцессе эволюции. Хищники выступают как естественные регуляторы численностипопуляции жертвы. Увеличение численности хищника приводит к уменьшениюпопуляции жертвы. В свою очередь, падение численности жертвы приводит куменьшению хищников, которым не хватает пищи. Пример — взаимоотношения зайца иволка.
Паразитизм — межвидовые отношения, при которых одинвид живет за счет другого, используя его не только в качестве источникапитания, но и как место обитания. К паразитам принадлежат многие бактерии,грибы, простейшие, черви. Паразит, в отличие от хищника, не убивает своюжертву, а питается за счет соков хозяина длительное время.
Симбиоз — совместное существование видов, извлекающихвзаимную выгоду от такого сожительства. Примером симбиоза является микориза —соединение корней растений и гифов гриба, сожительство азотфиксирующих бактерийи бобовых растений, взаимосвязь актинии и рака-отшельника.
Нахлебничество — взаимоотношения организмов, когда одинвид извлекает пользу от присутствия другого, хотя последнему такое присутствиебезразлично.
Например, гиены подбирают остатки добычи, не доеденнойкрупными хищниками, рыбы-лоцманы следуют за акулами, дельфинами, питаясьостатками пищи.
В некоторых случаях тело или постройки одноговида могут служить местом обитания или средством защиты другого. Такоесожительство называется квартирантетвом.
Например, в коралловых рифах обитает большоеколичество морских организмов. В полости тела иглокожего голотурии поселяютсямелкие виды морских обитателей. Растения-эпифиты поселяются на деревьях,которые служат им местом прикрепления, а питаются они путем фотосинтеза. Этомхи, лишайники, некоторые цветковые растения.
Таким образом, в биоценозе между организмаминаблюдаются разнообразные формы взаимоотношений, которые построены на пищевых,пространственных и других типах взаимодействия, регулируют численностьпопуляций и определяют устойчивость сообщества.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В природе всеживые организмы образуют комплексы, более или менее постоянные сообщества.Состав сообществ обусловлен сочетанием определенных абиотических факторов, атакже взаимозависимостью различных организмов, входящих в него, сходством ихпотребностей. Связь между ними обеспечивает питание, защиту, размножение всехобитателей сообщества. В результате взаимодействия живых организмов образуется экологическаясистема. Она представляет собой единый природный комплекс, образованныеживыми организмами и средой их обитания. Все компоненты экосистемывзаимодействуют между собой и влияют друг на друга.
Биогеоценоз — однородный участок земной поверхности систорически сложившимся определенным составом живых организмов и компонентаминеживой природы (почвой, атмосферой, климатом, солнечной энергией),характеризующийся относительной устойчивостью и саморегуляцией. Почва и климатобразуют экотоп, который определяет характер сообщества. Целостная, саморегулирующаясябиологическая система, образованная живыми организмами, обитающими на даннойтерритории, называется биоценозом. Основу взаимодействия живыхорганизмов в биоценозе составляют пищевые цепи. Биогеоценоз включает экотоп ибиоценоз.
Все биоценозы имеют сходную структуру. Основу ихобразуют растительные сообщества — фитоценозы, которые в процессефотосинтеза производят живое вещество и определяют характер биоценоза. Другуючасть биоценоза составляют животные (травоядные и плотоядные) — зооценоз. Наконец,в биоценоз входят организмы, минерализующие органические остатки, — бактерии игрибы.
В экологической системе все разнообразие живыхорганизмов по типу питания можно разделить на три функциональные группы:продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты — зеленые растения автотрофы, производящиеорганические вещества из неорганических и способные аккумулировать солнечнуюэнергию.
Консументы — животные-гетеротрофы, потребляющиеготовые органические вещества. Консументы I порядка могутиспользовать органические вещества растений (травоядные животные). Гетеротрофы,использующие животную пищу, подразделяются на консументов II, III и т. д. порядков(плотоядные животные). Все консументы используют энергию химических связей,запасенную в органических веществах продуцентами.
Редуценты — гетеротрофные микроорганизмы, грибы,разрушающие и минерализующие органические остатки. Редуценты как бы заканчиваюткруговорот веществ, образуя неорганические вещества для вступления в новыйцикл.
Таким образом, в процессе жизнедеятельностиорганизмов происходит постоянный круговорот энергии и веществ в природе, причемкаждый вид использует лишь часть содержащейся в органическихвеществах энергии. В результате возникают определенные цепи питания, представляющиесобой взаимосвязь видов, последовательно извлекающих органические вещества иэнергию из исходного вещества. Причем каждое предыдущее звено является пищейдля следующего.
В каждом звене большая часть энергии расходуетсяв виде тепла, теряется, что ограничивает число звеньев в цепи. Но любая цепьначинается растением, а заканчивается хищником, причем наиболее крупным.Редуценты разрушают органические вещества на каждом уровне и являются конечнымзвеном в трофической (пищевой) цепи.
Правило экологической пирамиды отражает закономерность,согласно которой в любой экосистеме биомасса каждого следующего звена в 10 разменьше предыдущего. Различают три типа экологических пирамид:
1) пирамида чисел, отражающая число особей накаждом уровне пищевой цепи;
2) пирамида биомассы органического вещества,синтезированного на каждом уровне;
3) пирамида энергии, показывающая величину потокаэнергии.
Трофические цепи составляют основу взаимосвязей вживой природе, но не являются единственным видом взаимоотношений междуорганизмами. Одни виды могут участвовать в распространении, размножении,расселении других видов, создавать условия для их жизни. Все многочисленные иразнообразные связи между живыми организмами и окружающей средой обеспечиваютсуществование видов в устойчивой, саморегулирующейся экосистеме.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОПУЛЯЦИИ
В природе вид, как правило, состоит из множествапопуляций, определенным образом изолированных друг от друга. С точки зренияэкологии популяция рассматривается как основной элемент любого сообщества живыхорганизмов. Она характеризуется рядом признаков.
Пространственнаяструктура популяции определяется особенностями расселения ее на территории. Частоотдельные особи образуют скопления, группы, стаи, «семьи».
Численность популяции — число особей, обитающихна данной территории и в сообществе.
Показателем численности является плотность популяции— число особей, приходящихся на единицу площади. Рождаемость характеризуетспособность популяции к воспроизведению, частоту появления новых особей.Показателем ее служит число особей, появляющихся на свет за единицу времени. Смертностьопределяется числом особей, погибших за известный период, т. е. скоростьюуменьшения численности популяции.
Возрастная структура популяции характеризуетсясоотношением особей разного возраста, которое меняется во времени. В стабильнойпопуляции рождаемость примерно равна смертности, численность популяциинаходится на одном уровне, соотношение разновозрастных групп примерноодинаковое. В растущих популяциях рождаемость превышает смертность и численностьувеличивается.
Половая структура определяется количествомсамцов и самок.
Динамика популяции — изменение численностиорганизмов во времени. Она зависит от многих факторов. Благоприятныеклиматические условия, достаточное количество пищи, ослабление хищничестваприводят к росту плодовитости и рождаемости, увеличению численности. Инаоборот, снижение кормовой базы, усиление конкуренции, неблагоприятные условияуменьшают численность особей. Способность популяции к саморегулированию дляподдержания численности на определенном уровне называется гомеостазом популяции.
Одним из самых мощных факторов, регулирующихчисленность организмов, является антропогенный. Человек может искусственноуменьшать или увеличивать численность популяций.