Конспект Лекций по Экологии

Экология. Предмет и задачи

Экология — наука изучающая условия существования живых организмов, связь между организмами и средой обитания.

Наука получила название в 1869г. Его ввел Геккель. До этого наука развивалась внутри биологии.

Предмет изучает — структуру связи между организмами и средой обитания. Объект — экосистема.

Основную часть экологии как биологической науки составляет общая экология, которая делится на разделы в зависимости от уровня рассмотрения.

1-ый раздел АУТЕКОЛОГИИ (организменный уровень) изучает индивидуальные организмы, их связь с другими и средой обитания.

2-ой раздел Демоэкология (популяционный уровень) изучает структуру и динамику популяций.

3-й раздел Синэкология или Биоценология (биосферный уровень) изучающий взаимосвязь между популяциями, сообществами, экосистемами.

Для всех разделов главным является изучение выживания организма, закономерности адаптации и устойчивости экосистемы.

Существует в зависимости от объектов эк. растений, эк. животных , эк. человека, эк. микроорганизмов. По временному фактору делятся на историческую и эволюционную.

С научно-практической точки зрения экология делится на теоретическую и прикладную. Теоретическая экология изучает общие закономерности организации жизни. В ее задачи

входит: разработка теории устойчивости экосистемы, механизмов регуляции численности популяции, моделирование глобальных процессов и т. д.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения экосистемы, способы и предотвращения этих процессов, разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

Этапы исторического развития экологии:

1-й этап до 60-х 19века. Зарождение науки внутри биологии. Накапливаются данные о живых организмах, делаются 1-е обобщения.

Фран. Естествоиследователь Реошор, Траибе — швейцарец, Ленехин — рус, Паларк и Мальтус сказали о возможном негативном влиянии человека на природу (с фамилиями по-любому ошибки)

2-ой этап с 60-х 19века по 50-е 20в. Происходит оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Обоснование прнципов и понятий, формулирование законов. Геккель ввел термин «Экология»; Дарвин; Тенсли (термин «Экосистема»); Зюсс (понятие биосферы); Вернандский (учение о биосфере и понятии о ноосфере); Либих и Шелфорд (закон воздействия экологических факторов)

3-й этап 50-е 20 века до нынешних дней. Экология становится комплексной наукой, включающей науки об охране окружающей среды. Израель; Герасимов; Яблоков.

Аутэкология. Уровни биологической организации.

В основе экологии лежит теория эволюции Дарвина, т. е. В результате борьбы за существование выживает наиболее приспособленный организм, передавая наивыгоднейшие признаки своему потомству для выживания в конкретных условия среды. т. е. На эволюцию влияет неживая природа(абиотическая среда), биотическая компонента(живая природа) формирует системы раз-х уровней.

По Одуму спектр биологической организации представлен в виде системы: ген → клетка → орган → организм → популяция → сообщество

Каждый последующий уровень обладает свойствами, не присущими его подсистеме. Эта особенность называется эмерджентность.

Экология начинает изучение с организма как целостной системы. Организм, схожие по строению и способностью давать потомство, называются — вид.

Совокупность особей одного вида, проживающих совместно, называют — популяцией. Совокупность популяций различных видов, проживающих совместно в пределах

+естественного или обширного+ пространства, называется сообщество или биоценоз. А это пространство — биотоп.

Совместно биоценоз и биотоп образуют структуру биогеоценоз.

Экосистема — это совокупность продуцентов, консументов(потребители живой энергии), редуцентов, взаимодействующих между собой и окружающей средой посредствам передачи вещества, энергии и информации т.о., что система устойчива в течении длительного периода.

Структура экосистемы.

Экосистема основана на единстве живого и неживого. Из элементов неживой природы продуцентов(автотрофы), используя солнечную энергию, создают первичную органику(глюкозу). В дальнейшем продуценты, используя минеральные вещества, почву, создают ткани органического мира. Также органические вещества могут создавать хемосинтетики.

Живое органическое вещество потребляют консументы(гетеротрофы), которые делятся на: 1-порядка — травоядные 2 — хищники 3 — всеядные

Умершая органика(детрит) потребляется детритофигами, некоторые из которых способны разлогать детрит на неорганические вещества и возвращать в окружающую среду(редуценты).

Признаки экосистемы:

1)должна состоять из определенных частей: -абиотическая -биотическая:

продуценты

коснсументы

редуценты

2)внутри экосистемы должен осуществляться полный круговорот от создания орг. В-ва, до его разложения.

3)Экосистема должна быть устойчива в течении длительного времени.

Экологические факторы

Живая и неживая природа, окружающие организмы, называют средой обитания.

Ее компоненты могут быть отрицательными, положительными или нейтральными; действовать прямо или косвенно......

те компоненты окружающей среды, без которых организм сществовать не может, называются условия жизни, существования.

Компоненты среды, оказывают какое-либо действие (положительное или отрицательное), называются экологические факторы.

По природе происхождения человеческие факторы делятся на:

1)абиотические (неживая природа)

2)биотические (все формы взаимоот. Между живыми организмами)

3)антропогенные (действия чела и чел-го общества)

Значение воздействия экологических факторов

Эффект действия экологического фактора зависит от его характера, интенсивности и восприимчивости организма. Те факторы, которые могут ограничить жизнедеятельность организма, называют лимитирующими.

В-первые, з-н воздействия экологических факторов был сформулирован нем. Химиком Либихом (з-н минимума):

«Жизнидеятельность организма зависит от фактора, находящегося в недостатке». В дальнейшем з-н был уточнен зоологом Шелфрером (з-н тлерантности)

Лимитирующей процветания и организм. Явл-ся как мин так и макс возд-я, а диапазон между ними называется пределом толерантности (или экологич. Валентность)

нормального функционирования белка. Для большинства от 0 до 50. Но некоторые орг-ы могут существовать за этими пределами, обладая специальной ферментной базой.

Организмы, способные выдерживать более выс-е температуры, называют термофилами. А предпочитающие низкие темп-ы — криофилами.

Температурный диапазон расширяется в скрытый латентный период(анабиоз), когда при неблагоприятных темп-х в орг-х отключаются все жизненные функции и процессы и восстанавливается при оптимальных показателях среды, если не нарушаются структуры макромолекул клеток.

В процессе эволюции выработались разные регуляционные механизмы обмена вещества при изменении тепла.

а) организмы с низким обменом веществ используют биохимическую и физиологическую перестройку систем жизнеобеспечения, изменяя концентрации и активность ферментов, набор ферментов. Температура тела этих органов зависит от температуры окружающей среды. Их объединяют в группу пойкилотермы.

б) Организмы, способные поддерживать температуру тела на относит-о нормальном уровне, обеспечивая стабильную скорость биохимических реакций, за счет выделения тепла как побочного продукта обмена веществ и регулируя теплоотдачу, объединены в группу гомойотермы. Крайней стадией гомойотермии является гетеротермия, когда при низкой температуре замедляются все жизненные циклы и процессы.

Урастений в ответ на изменение температуры адаптационный механизм: изменение концентраций растворов, скорости биохимических реакций, способностей поглощения и отражения солнечных лучей и т. д.

Уживотных обладающих мышечной массой, температур-й адаптации: 1) хим-я терморегуляция; 2) физическая терморегуляция(рег-я теплоотдачу); 3) поведение (ушел с солнца в тень)

3)Вода. Вода входит в состав орг-в от 40 до 98% тела. Участвует в обменных процессах и нехватка ее в среде приводит к снижению роста растений, огранич-ю численности, влияет на географическое расположение.

Содержание воды в среде хар-ся влажностью: относительная(влияет на интенсивность испарения). И абсолютная.

По отношению к водному режиму наземные животные делятся на экологические группы:

1)гигрофильные

2)мезофильные (предпочитающие умеренную влажность)

3)ксерофильные (сухо устойчивые).

По отношению к комб-ям водоснабжения и испарения раст-я делят на 2 группы:

1.пойкилогидрические (кол-во воды в тканях не постоянно и зависит от влаги среды)

2.гомойогидрические (кол-во воды в тканях стабильно и не зависит от влажности среды)

уживотных адаптация к изменению водного баланса поведенческая (смена места и др.), мо.....ч. (строение тела позволяет сохранить влагу), физиологич-я (выработка воды).

Выносливость к обезвоживанию у организмов, подвергается температурным перегрузкам. У пойкилотермных организмов меньшая потеря воды, т. к. нет необходимости поддерживать постоянную температуру. Но некоторые гомойотермные организмы способны временно отключать терморегуляционные процессы, что позволяет снизить потери воды.

Другие абиотические факторы:

- газовый состав атмосферы. Кислород является ими..тир-м процесс дыхания. СО2 ….т-т процесс фотосинтеза. Азот переводится в усваиваемую …....................

ветровая нагрузка влияет на развитие и распространение организмов. При больших величинах

может........

Атмосферное давление, не является лимитирующим, …...

Среды жизни организмов

Воздух. Во взвешенном состоянии жизнь не возможна из-за силы тяжести и малой плотности. Но в воздухе постоянно обязательно присут-т орг-ы.

За счет активного полета и пассивного (анемохория).

Анемохория возможна за счет малого размера или наличия придатков для планирования. Перемещ-я за счет воздушных потоков: горизонтальных ветровых и вертикальных конвективных.

Невозможность препятствовать им.

Состав воздуха. Помимо природного состава в воздух попадают в-ва за счет антропогенной деятельности(т.е. Деятельности человека), оксиды углерода, серы, азота, которые обеспечивают..........

Ввоздухе формируется климат местности, кот-ый влияет на географическое распределение.

Ввоздухе формируется условия для выделения осадков, которые влияют на влажность, источники пресной воды, оказывают мех-е действие, защищают от низких температур.

Вода Отличается большей плотностью, перепадами давления, относительно малым содержанием

О2, меньшим световым днем, солесодержанием, высокой теплоемкостью и т. д.

Все обитатели водной среды — гидробионты. Обитающие в данном(или донном) слое бе*талебе*тос. В толще воды +платальпелатос+.

Свойства воды:

1.плотность. Из-за высокой плотности с глубиной увели-ся давление в широком диапазоне, поэтому большинство гидробионтов эврибатные. Но есть и стенобатные виды. Большая плотность воды дает возможность +опи**ться+. Организмы, способные к парению в воде, объединены в группы планктон:

а)фитопланктон. б) зоопланктон

организмы, способные преодолевать течение, объединены в группу нектон. Их активные

перемещения возможно за счет изгиба тела или конечностей.

2.кислородный режим. Поступает в воду в процессе фотосинтеза и диффузии из воздуха. Его колво изменяется при повышении температуры, солености.

На больших глубинах м.б. анаэробные(бескислородные) условия. Из-за больших перепадов …............... эвриоксибионты.

Но есть и стенооксибионтные виды. Дыхание гидробионты осуществляют жабрами, легкими, трахеями, поверхностью тела.

Интенси-я процессов дыхания путем перемешивания слоев, утончения покрова, комбинированного водовоздушного дыхания.

3.Солевой режим. Особенность гидробионтов постоянное кол-во воды в организме при избытке

всреде обитания. Если бы этого не было, то изменилась бы осмотическое давление, что привело бы к нарушению жизненных функций. Большинство гидробионтов является +нойкилооснотичными+ Осматическое давление зависит от солесодержания. И эта группа делится на 2группы: 1) пресноводные 2) морские

есть некоторые виды гидробионтов, которые являются гоматоосматичными.

4.Температурный режим. Устойчив за счет: 1) высокой удельной теплоемкости

2) при повышении температуры испарение с поверхности препятствует перегреву. 3) при низких температурах **ообразование замедляет охлаждение верхних слоев и происходит с выделением тепла.

5.Световой режим. Солнечные лучи отражаются от поверхности и поглощаются толщей воды. Поэтому с глубиной световой день уменшается. Это влияет на окраску гидробионтов. В верхних слоях более разнообразная. Поглощение солнечных лучей неравномерно: сначала.................

впоследнюю очередь коротковолновый спектр.

В синем спектре преобладает красный цвет; организмы смотрятся как черные.

На больших глубинах пигментация может отсутствовать. В качестве источника света — биолюминесценция (т. е. Самосвечение)

6.***ци**-е особ-ти гидробионтов:

а) развита звуковая, а не зрительная ориентация.

б)некоторые гидробионты используют для ориентации гидростатическое давление в) китовые используют эхолокацию на основе ультразвука.

г) гидробионты способны генерировать электричество д) встречается фильтрационный способ питания.

Почва совокупность высоко дисперсных частиц, поэтому осадки, проникая в почву, удерживаются в

глубине в ее капилярах.

На поверхности сырых частиц удерживаются ионы газа, пары воды. Почвенные растворы м.б. Кислотными, щелочными, нейтральными. С глубиной увеличивается содержание углекислого газа.

Биологический режим почвы определяется ее обитателями. Стр-ть почвы формируется при росте, развитии и отмирании корневой системы. Роющие организмы перемешивают почвенные слои, участ- е в круговороте. Экологический режим почвы характеризуется ее физико-тех-ми и мех-ми свойствами.

Основные показатели гидротех-е и аэрация.

Увлажненная почва быстрее прогревается, медленнее остывает.

Аэрация(или айрация (просто не понял)) уменьшается при повышении температуры и влажности. Недостаток воды в почве м.б. Связан с физ-й сухостью (т. е. Недостаток осадков) и

физиологическая (недоступность имеющихся осадков).

Плодородность почвы обусловлено наличием в-в аэробного разложения органических остатков, т. е. Гумус.

Обитатели почвы делятся по размерам: а) микробиота (бактерии, одноклеточные орг-мы) б) мезобиота (личинки насекомых)

в) макробиота (черви, млекопитающие и др.)

все факторы, связанные с почвой, называются — эдафические.

В зависимости от типа почвы и горизонта-ей соот-т эдафон (совокупность орг-в). по степени связи со средой в эдафоне выделяют:

а) геобионты (все время проводят в почве)

б) геофилы (организмы, у который часть жизни проходит в цикле) в) +геоксцеп+ (иногда посещают почву)

Среда обитания «организм»

между организмами возникают трофические (пищевые) и топические (пространственные ) связи. Если организм на или в теле другого, то последний является средой обитания или организмом

хозяином. Это называется симбиотические отношения. Типы симбиотических отношений:

1)комменсализм (орга-м хозияина не получает ни пользы, ни вреда)

2)паразитизм (самая распространенная форма симбиоза — паразит питается соками хозяина.

Делятся на эндопаразитов (внутренние) и эктопаразитов (наружные)

часто паразиты теряют связь.............. по времени связи с организмом хозяина: а) постоянные паразиты (стационарные)

б) временные паразиты.

в) Мутуализм(обязательные) и протокооперация(необязательное) — взаимовыгодные отношения. Если между организмами есть обмен вещества и энергии, то эти отношения называются биотрафия. А если такого обмена нет, то квартиранство.

Популяционная или демоэкология.

Популяция — совокупность особей одного вида обладающих общим генофондом и проживающих совместно на относительно однородной территории.

По структурному-ф-му ******** разл:

1.элементарная популяция — это совокупность особей одного вида на небольшом участке площади или объема.

2.Экологическая популяция — совокупность элемен-х обоб. Проживающих совместно.

3.Геграфическая — это совокупность экологических, проживающих на территории с одинаковыми географическими условиями.

Если географическая популяция под действием факторов среды приобретает устойчивые св-ва, отличающие ее от популяции данного вида, то ее называют рассой или подвидом.

Популяции характеризуются статическими и динамическими показателями. Статические показатели: численность, структура, плотность.

Численность — количество особей в популяции.

Плотность — количество особей на единицу площади или объема (или кол-во биомассы). Структура популяции по 3-м признакам:

1.половой

2.возрастной

3.размер

для определения статических показателей необходимо определить ореал распрост-я популяции. Особо трудно это делать у мигрирующих популяций и под влиянием территориального поведения.

Особ-ть поп-ий в динамичности показателей. При этом толерантность поп-ии шире, чем у отдельных особей.

Динамические показатели:

рождаемость или скорость раждаемости, кол-во особей, родившихся в поп-ии (или продукция

— это прирост биомассы в поп-ии за ед-у времени)

смертность или скорость смертности.

Динамические показатели характеризуют процессы популяции за ед. времени и влияют на статические: численность, плотность. Также они могут зависеть от эмиграции и миграции.

Скорость изменение численности популяции — это разница между 1-ми 2-мя в ед-у времени. 1-е два показателя м.б. Либо положительные либо = 0.

последний показатель м.б. И вел. Отрицательной.

Продолжительность жизни зависит от физиологии организма и факторов среды. Различают физиологич-ю и максима-ю.

Физиологическая продолжительность — эта та, которая обусловлена только физиологич-ми возможностями организма и теорети-ки возможна при не воздействии лимитирующих факторов.

Максимальная — та, до которой доживает единицы особей в реальных условиях среды. Внутри популяции смертность меняется с возрастом.

Структуру продолжительности м-о определить, выявив зависимость между стр-ным показ-м «возраст» и динамич-м «смертность». Эту завть строят с помощью табл-ц выживания или демограф-х табл-ц, которые м.б. Статичными и динамичными.

Динамические строятся по данным прямых наблюдений на протяжении все жизни. Статические — при наблюдении за короткий промежуток времени, достраиваются

теоретически.

Если скор. Изменения численность популяции не меняется, то табл-ы совпадут (стат-я и динам

-я)

выделяют 3 типа кривых:

1.кривая ***** - на протяжении всей жизни смерт-ть мала и резко возрастает на конце.

2.Диагональная смертность одинаковая на протяжении всей жизни.

3.Кривая устрица — массовая гибель особей в начальный период жизни.

Экологические стратегии выживания.

В зависимости от рождения и смертности популяции м.б. Стабильными, растущими и сокращающимися. Изменения численности популяций, т. е. Популяционные волны, м.б. Периодическими и непериодическими.

Каждая популяция имеет определенный оптимум плотности в зависимости от эколог-й емкости в зависимости от экологической емкости территории.

При отклонении от этого оптимума срабатывает механизмы внутри популяционной миграции. Регуляция численности и достижения оптима-го значения необходимо для устойчивого развития популяции и всего сообщества.

Все механизмы --------------- ис*****ны на потребности выжить и оставить потомство. Среди этих механизмов выделяют комплекс «экологических стратегий выживания» - это общая характеристика роста и размножения в поп-ии.

Вкл-т темп роста, время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, размер особей и т. д.

Выделяют 2 кратных типа экологических стратегий выживания:

1.R — стратегия (или отбор) направлена на повышение скорости роста популяции, преобладание мелких особей, ранняя половая зрелость, большое кол-во потомков, незначительная продолжительность.

2.К — статегия. Направлена на повышение выживаемости при высокой плотности популяции, особей крупных размеров с большой продолжительностью жизни, производят небольшое кол-во потомков, в стабильных условиях среды.

Синэкология или биоценология

биоценоз, бото**, биогеоценоз (в предыдущих темах)

биотическое сообщество — это более высокий уровень организации, чем популяция, которая является ее составной частью.

Биоценоз характеризуется видовой и пространственной ста-рой.

Видовая опред-ся видовым разнообразием и количеством соотношением видов. Потомки преобладающие в биоценозе, оп численности являются доминантными. В богатых устойчивых

биоценозах преобладают второстепенные виды.

Внутри биоценоза формируются сложенные структуры консорции.

Центральный член консорции создает условия для жизни остальных членов консорции, которые могут образовывать более мелкие консорции.

Пространственная структура — это изменения в биоценозе по вертикали и горизотали. Ярусная — вертикальные изменения в биоценозе флоры и фауны, обусловленные из-за

климатических условий.

Мазаичность — изменения по горизонтали, которые зависят от ландшафтных изменений, антропогенных факторов и т. д.

Экологическая ниша

образ жизни организма, способ питания, требования к пространству и т. д. Определяет место организма в сообществе.

Совокупность факторов, называется нишей. Графическое отображение ниши было предложено +Хатчинсоном+, который предложил отсложить на осях зоны толерантности и из пределов восстановить перпендикуляр и область, ограниченная ими, будет соот-ть эколог. нишей.

То экологическая ниша, которая определена только физиологически особенностями огранизмов называется фундам-й. А та, в которой встреч. организмы, реализованной.

Реал-е — это чать фунд-й, кот-й популяция смогла отвоевать в конкурентной борьбе. Если в 1 биоценозе встечаются популяции с одинак-ми эк-ми нишами, то между ними

возникает конкуренция, раз-м которой в соответствии с принципом Гауса (или исключения), будет вытеснение одного из вида.

Биоценозы м.б. Насыщенные или ненасыщенные.

В насыщенных все жизненные ресурсы на всех этапах преобраз-я вещества, утилизир-ся полностью. В ненасыщ, чатично. Поэтому они могут принять новые виды на своб-е ресурсы.

Все природ-е биоценозы ненасыщенные, поэтому могут развиваться.

Биотические взаимоотношения в сообществе

Между организмами возникает трофические(пищевые) и топические (пространственные) связи, которые называются биотическими отношениями

Экологические системы

Экосистема — это единство биоценоза на данном участке(биотопа) взаимодействующая с неживой природой т.о., что поток энергии создает определенную биотическую структуру и обладает круговоротом веществ между живой и неживой природой.

По масштабу экосистемы бывают:

1.микроэкосистема

2.мезоэкосистема

3.макро

4.глобальная экосистема

5.биосфера

все природные эко существуют за счет энергии солнца, которая аккумулируется продуктами и далее передается по трофич-м сетям. Место организма в этой сети называется трофическим уровнем.

1-й уровень. Продуценты.

2-й уровень. Консументы 1-го порядка.

3-й уровень. Консументы 2-го порядка.

4-й уровень. Редуценты.

Схема переноса вещества и энергии:

Способность экосистемы противодействовать изменениям и сохранять равновесие называют

гомеостаз.

Характеристика экосистемы — её продуктивность - это скорость усвоения +лучистой+ энергии или скорость образования энергетического вещества.

Первичная продукция — это скорость образования биомассы продуцентами. Вторичная продукция — консументами.

Первичную различают на:

-валовую (вся образ-я органика)

-чистая (идет на прирост биомассы и переходит на следующий трофический уровень)

Экологические пирамиды

Всуществующей цепи питания часть пищи организмом используется для собственных нужд, а часть для накопления биомассы, поэтому кол-е соотношение в цепи питания уменьшается.

В1-е эту закономерность изучил Элтон. Назвал пирамидой чисел

Выделил 3 типа пирамиды:

1.пирамида чисел кол-во особей на каждого троф. ур. Уменьш. Из этой пир-ы бывают исключения. Например, если в цепи питания хищник намного меньше и перемещается стаями.

2.Пирамида биомассы. Суммарная биомасса на каждом последующем уровне уменьшается. Это правило …..................

в океане при высокой скорости появления планктона на данный момент их масса не значительна, а затем прирост биомассы увеличивается. Поэтому пирамида может иметь такой вид: