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 экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, почвоведеньем математикой.
В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
- аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей средой;
- популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;
- синэкологию (биоценологию) – изучающую взаимоотношения популяции, обществ и экосистем со средой.
Типы (виды) комбинаций отражающие межвидовые взаимоотношения:
Нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга.
Конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие.
Мутуализм – виды не могут существовать друг без друга.
Протокооперация (содружество) – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу.
Комменсализм – один вид, комменсал, извлекает только пользу от сожительства, а другой вид – хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость).
Аменсализм – один вид, анменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения.
Паразитизм – паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель.
Хищничество – хищный вид питается своей жертвой.
Популяция – это совокупность особей одного вида. Генетики обычно добавляют как обязательный момент – способность этой совокупности к самовоспроизведению (экологи же учитывают обе особенности, подчеркивая некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида (Гиляров 1990)).
Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру биоты (все живое окружающее организм в среде обитания). В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромные пространства, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Это даже небольшая группа особей связанных между собой генетически, может дать начала большой популяции, причем весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптация особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.
Биологические сообщества (биоценоз) – совокупности совместно обитающих различных видов микроорганизмов, растений и животных. Впервые термин биоценоз применил в 1877 Мёбиус. Биотоп – сообщество организмов ограниченное «географическим» пространством: воздух, вода, земля, почва и простилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, живой мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.
Компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определенную биологическую систему, которую В.Н. Стукачев назвал биоценозом. Термин «биоценозом» был предложен В.Н. Стукачев в конце 30 – х гг.
Экосистема – совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения, т.е. факторов местообитания в широком смысле (этот темен введен в 1935г, англ. ботаником А.Тенеси).
Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые цепи, взаимоотношение организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.
Прежде всего все организмы подразделяются на две большие группы:
Автотрофы – организмы использующие неорганические источники доля своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической (фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, сине – зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии).
Гетеротрофы – организмы потребляющие только готовые органические вещества (все животные, человек, грибы и др.). Гетеротрофы потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей – паразитами (клещи)
Поскольку организмы достаточно разнообразны одни из них производят продукцию, другие потребляют третьи – преобразуют в неорганическую форму. Их называют: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты - производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли) – перерабатывающие неорганические соединения в органические вещества.
Консументы – это потребители органических веществ. Они подразделяются на травоядных – только растительная пища (корова), плотоядных - только мясо других животных (хищников) и всеядные (человек, медведь).
Редуценты (деструкторы) – восстановители. Они восстанавливают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (СО2, NO2, H2O). Возвращая в почву или в вводную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершая биохимический круговорот (это в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибов). Функционально редуценты – это консументы и их часто называют микроконсументами .
Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные формы в зависимости от среды обитания подразделяются на анаэробные, т.е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные - живущие в бескислородной среде.
В пределах биоценоза различают фитоценоз – устойчивое сообщество растительных организмов, зооценоз – совокупность взаимосвязанных видов животных и микроценоз – сообщество микроорганизмов.
ФИТОЦЕНОЗ + ЗООЦЕНОЗ + МИКРОЦЕНОЗ = БИОЦЕНОЗ
При этом вы чистом виде ни фитоценоз, ни зооценоз, ни микроценоз в природе не встречается, как и биоценоз в отдельности от биотипа.
Биоценоз формирует межвидовые связи, обеспечивающие структуру биоценоза – численность особей, распределение их в пространстве, видовой состав, продуктивность и биомассу.
СУКЦЕССИЯ
Экологическая сукцессия (от лат.successio – преемственность, наследование), сукцессионное замещение или биологическое развитие – развитие, при котором в пределах одной и той же территории (биотопа) происходит последовательная смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости экосистемы;
Сукцессионный ряд – цепь сменяющих друг друга биоценозов. Процессы сукцессии занимают определенные промежутки времени. Чаще всего это – годы и десятки лет, но встречаются и очень быстрые смены сообществ, например, временных водоемах, и очень медленные – вековые изменения экосистем, связанные с эволюцией на земле.
По общему характеру сукцессии делятся на первичные и вторичные.
Первичные сукцессии. Они начинаются на субстрате (опорный экологический компонент например, почва, грунт водоема, тоща воды (для планктона)), не измененном (или почти не измененном) деятельностью живых организмов. Так, через серию промежуточных сообществ формируются устойчивые сообщества на скалах, песках, обрывах, остывшей вулканической лаве, глинах после отступления ледника или прохождения селя и т.д. Одна из основных функций сукцессии такого рода – постепенное накопление органических остатков и, как результат, создание (или изменение) почвы первичными колонистами.
Вторичные сукцессии. Они развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов, существовавших на данном этапе месте ранее – до пожара, наводнения, вырубки, и т.д.
Смена фаз сукцессии идет в соответствии с определенными правилами. Каждая предыдущая фаза готовит среду для возникновения последующей, постепенно нарастают видовое многообразие и ярусность.
Биологические факторы
Все живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду или биоту. Биотические факторы – это совлкупность влияний жизнидеятельности одних организмов на другие.
Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно многообразны. Прежде всего различают гомотипические реакции, т.е. взаимодействие особей одного вида, и гетеротипические – отношения представителей разных видов.
Представители каждого вида способны существовать в таком биотическом окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные условия жизни. Главной формой проявления этих связей служат пищевые взаимоотношения организмов различных категорий, составляющие основу пищевых (трофических) цепей, сетей и трофических структуры биоты.
Кроме пищевых связей, между растительными и животными организмами возникают также пространственные взаимоотношения. В результате действия многих факторов разнообразные виды объединяются не в произвольном сочетании, а только при условии приспособленности к совместному обитанию.
Формы биотических взаимоотношений.
Симбиоз (сожительство). Это форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу.
Кооперация - представляет собой длительное, нераздельное взаимовыгодное сожительство двух и более видов (например отношение рака – отшельника и актинии).
Межвидовая взаимопомощь - заключается, например, в том, что птицы уничтожают личинок – паразитов под кожей буйволов или сороки предупреждают об опасности крупных копытных.
Комменсализм – это взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного доставляет пищу (нахлебничество) или убежище (квартиранство) другому. Типичный пример – гиены, подбирают остатки недоеденной львами добычи, мальки рыб, прячутся под зонтиками крупных медуз, а также некоторые грибы растущие у корней деревьев.
Мутуализм – взаимодействие, сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них. Примером служит сожительство клубеньковых бактерий и бобовых растений, которые могут совместно жить в почвах, бедным азотом, и обогащать им почву.
Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них испытывают отрицательное влияние, называется антибиозом.
Конкуренция – отрицательное воздействие организмов друг на друга в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые для жизни условия. Проявляющиеся наиболее отчетливо на популяционном уровне.
Хищничество – отношение между хищником и жертвой, заключается в поедании одного организма другим. Хищники - это животные или растения, ловящие и поедающие животных как объект питания. Так, например львы поедают растительноядных копытных, птицы - насекомых, крупные рыбы - более мелких. Хищничество одновременно полезно для одного и вредно для другого организма.
Паразитизм – взаимодействие организмов, при котором один из них живет за счет другого, находясь на поверхности или внутри тела. Паразит использует в пищу тело хозяина постепенно, сохраняя ему жизнь до окончания своего жизненного цикла. С биологических позиций паразит так же необходим хозяину. Исчезновение (или уничтожение) такого «естественного врага» наносит ущерб хозяину, так как слабые, отставшие в развитии или имеющие иные недостатки особи не будут уничтожаться, что способствует постепенной деградации и вымиранию. Вид, не имеющий врагов обречен на вымирание.
Нейтрализм - взаимозависимость различных видов, обитающих на отдельной территории (белки и лоси не конкурируют друг с другом, но засуха в лесу сказывается и на тех и на других, хотя в разной степени).
Биотические влияния на растения и биотические факторы почвенного покрова
Биотические факторы, воздействующие на растения как первичные редуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные и фитогенные.
Зоогенные биотические факторы. К факторам воздействия животных на растительность прежде всего относится поедание растений целиком или отдельных его частей (органов). Объедание животными ветвей и побегов изменяет форму кроны деревьев. Значительное количество семян идет на питание грызунов и птиц. Растения, поврежденные животными – фитофагами, приобретают защитные приспособления (колючки, шипы и т.п), образуют избыточную фитомассу, усиленно наращивая оставшиеся листья и т.п.
Экологически значимым фактором является и механическое воздействие животных на растения, заключающееся в повреждении всего растения при поедании его частей, а также вытаптывание.
Имеется и положительное влияние животных на жизненные процессы растений, например, опыление насекомыми и птицами.
Фитогенные биотические факторы. Растения, испытывая многообразные влияния от соседних растений, одновременно сами воздействуют на них. Повсеместно существует переплетение и срастание корней, охлестывание ветвями соседних крон, и многое другое.
Любое растительное сообщество в свою очередь влияет на совокупность абиотических характеристик среды своего обитания. Известно, насколько специфика абиотических условий в пределах лесного массива отличается от таковой в поле или на участке. Например в лесах основным материалом подстилки и гумуса служат листья и хвоя деревьев, определяющие кислотность почвы pH хвои ели составляет 4,3; сосны – 5,1;листьев березы – 5,7. Растительность создает непрерывный поток зольных элементов из более глубоких слоев почвы к ее поверхности, т.е. их биологическую миграцию.
В почве постоянно обитают множество организмов различных групп. На 1м2 площади почвы встречаются десятки тысяч червей, мелких членистоногих, в ней живут грызуны, ящерицы, роют норы кролики. Часть жизненного цикла многих беспозвоночных (жуки, прямокрылые и т.д.) также проходит в почве. Ходы и норы способствуют перемешиванию и аэорации почвы, облегчают рост корней.