Курс лекции Экология и устойчивое развитие

Курс лекции Экология и устойчивое развитие Разработала Канагатова А.У. Талдыкорган  2019 г. Лекционный комплекс  Лекция №1 План: Экология и проблемы современной цивилизации 1. Определение экологии как науки 2. Цели , задачи и методы экологии 3. Краткая история формирования и развития экологических знаний Ключевые слова:  экология, биология, биогеоценоз, биоценоз, популяция,  В буквальном смысле слово «экология» означает науку о «доме» (от греч. «ойкос» — жилище, местообитание). Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, но наука экология возникла в начале нашего века, а в широкий обиход это слово вошло в 60­х годах, когда стали говорить об экологическом кризисе как кризисе во взаимоотношениях человека со средой его обитания. Как часть биологического цикла, экология—наука о местообитании живых существ,   их   взаимоотношении   с   окружающей   средой.   Экология   изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней вплоть до глобального, т. е. до биосферы в целом.  Основным   содержанием  современной   экологии   является   исследование взаимоотношений   организмов   друг   с   другом   и   со   средой   на   популяционно­ биоценотическом   уровне   и   изучение   функционирования   биологических макросистем   более   высокого   ранга:   биогеоценозов,   их продуктивности и энергетики.   биосферы, Предметом  исследования   экологии   являются   биологические макросистемы   (популяции,   биоценозы)   и   их   динамика   во   времени   и пространстве. Основные   задачи   экологии    могут   быть   сведены   к   изучению   динамики популяций, к учению о биоценозах и экосистемах.  Предмет   экологии   разделяется   тремя   способами.   Во­первых,   выделяют аутэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных организмов и видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщество. Во­вторых, разделение идет по типам сред, или местообитаний: отдельно рассматривается экология пресных   вод,   моря,   суши,   океана.   В­третьих,   экология   разделяется   на таксономические ветви — экологию растений, экологию насекомых, экологию позвоночных   и   т.   д.   вплоть   до   экологии   человека.   Рассматриваются   также различные области практического приложения экологии — природные ресурсы, загрязнение среды и т. п. Аристотель     в   своей   «Истории   животных»   описал   более   500   видов известных ему животных, рассказал об их поведении. Так начинался первый этап развития   науки   –   накопление   фактического   материала   и   первый   опыт   его систематизации.  Известный   английский   химик   Р.   Бойль   (1627­   1691)   является   первым ученным,   осуществившим   экологический   эксперимент.   Он   опубликовал результаты сравнительного изучения влияние низкого атмосферного давления на различных животных. Второй   этап   развития   науки   связан   с   крупномасштабным   ботанико   – географическими     исследованиями   в   природе.   Появления   в   начале   Х1Х столетия биогеографии способствовало дальнейшему развитию экологического мышления. Подлинным основоположником экологии растений принято считать А.   Гумбольдта   (1769­1859)   опубликовавшего   в   1807   году   работу   «   Идеи   о географии растений».  Победа эволюционного учения в биологии открыла, таким образом, третий этап    в  истории экологии,  для которого характерно  дальнейшее  увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение   экологии   от   других   наук.   Термин   “экология”   для   новой   области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э.Геккелем в 1866 году. Он относил   экологию   к   биологическим   наукам   и   наукам   о   природе, интересующимся   всеми   сторонами   жизни   биологических   организмов.   Термин “экология ” в дальнейшем получил всеобщее признание. Во второй половине ХІХ столетия содержанием экологии являлось главным образом изучение образа жизни   животных   и   растений   и   их   адаптации   к   климатическим   условиям   – температуре, световому режиму, влажности и.т.д.  В 1910 году на  ІІІ Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась   на   экологию   особей   и   экологию   сообществ.   По   определению швейцарского ботаника К.Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. «autos»­ сам и  «экология»), а эколгия сообществ – синэкологией   (от греч.   приставки   «syn»,  обозначающей  «вместе»).   Такое   деление   вскоре   было принято и в зооэкологии. Появились первые экологические сводки: руководство к   изучению   экологии   животных   Ч.Адамса   (1913),   книга   Шелфорда   о сообществах наземных животных (1913), С.А.Зернова по гидробиологии (1913) и др.                                                                                           В   настоящее   время   экология   превратилась   в   одну   из   главенствующих синтетических   наук   в   связи   с   ее   огромным   значением   для   понимания взаимоотношений   человечества   с   окружающей   средой.   Негативные экологические последствия научно­технического прогресса обусловлены часто ошибками в технической и экологической политике, связанными с недооценкой экологических   последствий   и   экономического   ущерба   от   антропогенных воздействий.   Ответственность   за   решение   проблемы   гармонического взаимоотношения   между   природой   и   обществом   ложится   на   специалистов   с высшим образованием. Несомненно, чем выше интеллектуальный уровень всех членов   общества   в   области   окружающей   среды,   тем   легче   решать   и предотвращать экологические проблемы современности. Аутэкология­ экология организмов Лекция №2. План: 1. Аутэкология­ экология особи: организм и условия его обитания. 2. Взаимодействия организма и среды обитания, экологические факторы и их классификация.  3. Закономерности действия биотических и абиотических факторов.  4. Закон минимума Либиха и закон толерантности Шелфорда.    организм,  экологические   факторы,   абиотические Ключевые   слова:   факторы,   биотические   факторы,   антропогенные   факторы,   эдафические факторы, лимитирующие факторы Под   средой   обитания  обычно   понимают   природные   тела   и  явления,  с которыми   организм   (организмы)   находятся   в   прямых   или   косвенных взаимоотношениях. В   процессе   длительного   исторического   развития   жизни   организмы освоили  и  приспособились  к  существованию  во  всех  сферах  Земли  ­  гидросфере, литосфере и атмосфере. Первой средой жизни стала вода. Именно в ней  возникла  жизнь.  По  мере  исторического  развития  многие  организмы приспособились   к   обитанию   в   наземно­воздушной   среде.   В   результате появились наземные растения и животные, которые бурно эволюционировали, адаптируясь к новым условиям существования. В процессе функционирования живого   вещества   на   суше   поверхностные   слои   литосферы   постепенно преобразовывались в почву, в своеобразное, по выражению В. И. Вернадского, биокосное   тело   планеты.   Параллельно   шло   формирование   паразитов   и симбионтов,   средой   жизни   которых   в   воде,   на   суше   и   в   почве   стали другие организмы  ­ хозяева и сожители. Таким образом, на современной Земле четко выделяются четыре среды жизни   ­ водная, наземно­воздушная, почва и живые организмы, ­ существенно различающиеся своими условиями.  Водная среда Водная  среда  жизни,  гидросфера,  занимает  примерно  70%  площади земного шара.  По  объему  запасы  воды  на  Земле  исчисляются  в  пределах 1370 млн. км3,  что  составляет  1/800  часть  объема  земного  шара.  Основное количество воды,  более  98%,  сосредоточено  в  морях  и  океанах,  1,24% представлено льдами  полярных  областей  высокогорий;  в  пресных  водах  рек, озер  и  болот количество  воды  не  превышает  0,45%.  В  водной  среде  обитает около 150 000   видов животных  (7%) и  10  000  растений  (8%). Таким образом, число видов животных   и   растений,   обитающих   в   воде,   значительно   уступает наземным формам.  Наиболее  богат  по  числу  видов  и  биомассе  мир  морей и  океанов экваториальных  и  тропических  областей.  На  юг  и  север  от  этих районов разнообразие  снижается. Характерной  чертой  водной  среды  является  подвижность,  причем  не только в   проточных   водоемах   таких   как   реки   и   ручьи.   В   морях   и   океанах наблюдается  приливы  и  отливы,  мощные  течения,  штормы;  в  озерах  вода перемещается       под   воздействием   температуры   и   ветра.   Движение   воды обеспечивает  водные  организмы  кислородом  и  питательными  веществами, приводит к выравниванию температуры в водоеме. В  жизни  водных  организмов умеренных  широт  большую  роль  играет вертикальное  перемещение  воды  в стоячих  водоемах.   Воде  свойственна  также  значительная  плотность  и  вязкость. Плотность воды в 800 раз выше, чем у воздуха. На растениях эти особенности сказываются в том,  что  у  них  очень  слабо  или  вовсе  не  развивается  механическая  ткань, поэтому     стебли     эластичны     и     легко     сгибаются.   Большинству     водных растений свойственна  плавучесть. У  многих  водных животных  тело  покрыто слизью  и имеет обтекаемую форму. Экологические  группы  гидробионтов.  Организмы  обитающие  в  толще воды  ­ пелагические  (pelagos  ­  море).  Они  подразделяются  на  нектон  и  планктон.  Обитатели  дна  ­  бентос.  Нектон  ­  это  совокупность  пелагических активно плавающих животных, не имеющих непосредственной связи со дном. В основном это крупные животные способные бороться с течением. Меч­рыба до 130  км/час. Хорошо  развиты  органы  передвижения  ­  хвост,  плавники  или ласты.  У  головоногих  моллюсков  реактивное  передвижение.  Планктон  ­  это совокупность   пелагических   организмов,   не   обладающих   способностью   к активному  передвижению.  Делится  на  фито­  и  зоопланктон.  Фитопланктон только в поверхностных слоях так как фотосинтез. Зоопланктон и бактерии на любых   глубинах.   Совершают   суточные   миграции.   Бентос     ­     совокупность организмов     обитающих     на     дне     (на     грунте     или     в   грунте)     водоема. Фитобентос   включает   в   основном   бактерии   и   водоросли (зеленые, бурые, красные   и   диатомовые).   У   побережий   встречаются   цветковые   растения.     В морском  зообентосе  доминируют  фораминиферы,  губки, кишечнополостные, полихеты,  моллюски  и  рыбы.  В  пресных  водах  бентоса заметно меньше, чем в морях, а видовой состав однообразнее. В основном это простейшие, некоторые губки, пиявки, моллюски и личинки насекомых.  Наземно­воздушная среда  Особенностью  наземно­воздушной  среды  жизни  является  то,  что организмы, обитающие  здесь,  окружены  воздухом  ­  газообразной  средой,  характеризующейся  низкими  влажностью,  плотностью  и  давлением,  а  также высоким  содержанием  кислорода. Абсолютное большинство животных  в  этой среде передвигаются по твердому субстрату ­ почве, а растения укореняются в ней.   Действующие     в     наземно­воздушной     среде     экологические     факторы отличаются  рядом  специфических  особенностей:  свет  здесь  сравнительно  с другими   средами   интенсивнее,   температура   претерпевает   более   сильные колебания, влажность значительно изменяется в зависимости от времени суток. Воздействие   почти   всех   из   этих   факторов   тесно   связано   с   движением строение     не     оказывает     т.п.   Ветер     непосредственно     плотность     воздуха     терморегуляции     и     покровов,   механизмы   воздушных   масс   ­   ветром.   У     обитателей     в   НВС     в     процессе     эволюции выработался  ряд  адаптаций:  морфологических, физиологических и поведенческих.  У   них   появились   органы,   обеспечивающие     усвоение атмосферного   кислорода   в процессе дыхания   (устьица у растений, легкие и трахеи   у   животных);   сильное   развитие     получили     скелетные     образования, имеющие     опорную     функцию,   которые     поддерживают     тело     в     условиях незначительной  плотности  среды (механические  и  опорные  ткани  растений, скелет   животных);  выработались сложные   приспособления   для   защиты   от неблагоприятных   условий (периодичность   и   ритмика   жизненных   циклов, сложное     т.п.); выработалась  большая  подвижность животных  в  поисках  пищи;  появились летающие   животные   и   переносимые воздушными течениями плоды, семена, пыльца   растений.   Воздух   как   экологический   фактор   характеризуется постоянством состава ­ кислорода в нем обычно около 21 %, углекислого газа 0,03 %. Без воздуха не могут  существовать  ни  зеленые  растения,  ни  аэробные микроорганизмы,  ни животные. Углекислый газ используется в фотосинтезе.  Незначительная     существенного сопротивления  при  передвижении  по  поверхности  земли  и  в  то  же  время затрудняет передвижение по вертикали. В процессе   эволюции лишь немногие организмы   приспособились   к   полету   (насекомые,   птицы,   летучие   мыши). Меньшие размеры беспозвоночных, по сравнению с позвоночными. Воздух, как и другие факторы, оказывает на организм прямое и косвенное действие. Влияние воздуха  в  основном  осуществляется  через  ветры,  которые, кроме  того,  что меняют  характер  воздействия  таких  важных  факторов,  как температура  и влажность,    оказывают     механическое     действие     на     организмы.   Например, изгибают     увеличивает   интенсивность транспирации, особенно при суховеях. Почва как среда жизни  Фактор   почвы   ­   эдафический   фактор.   Почва   как   среда   обитания   обладает специфическими  свойствами.  Для  нее  характерна  более  или  менее  рыхлая структура,   определенная   водопроницаемость   и   аэрируемость.   Благодаря высокой  дисперсности  частиц  почвы  атмосферные  осадки  в  виде  дождя проникают  в  более  глубокие  её  слои  и  удерживаются  там  в  капиллярных системах. А сами частицы несут на своей поверхности ионы, газы, пары воды. В верхних   горизонтах   почвы   концентрируются   вещества,   необходимые для питания растений ­ фосфор, азот, кальций, калий, натрий и др. в почвенной воде находятся   газы,   растворимые   соли,   питательные,   а   иногда   и   токсичные   для растений,  вещества. Почвенные  растворы могут  быть  кислыми, щелочными и нейтральными.     Почвенный     воздух     обладает     повышенным     содержанием углекислого газа, углеводорода и водяного пара.  Почва   обладает   также   и   своеобразными   биологическими   особенностями, поскольку  тесно  связана  с жизнедеятельностью  организмов.  Верхние  слои  её   стволы   деревьев   и организмы     личинки     насекомых,     ряд   жуков     (пластинчатоусые     Норные   млекопитающие.   Почвенные   содержат   массу     корней     растений.   В     процессе     роста,     отмирания     и разложения они  разрыхляют  почву  создают  её  структуру,  а  вместе  с  тем  и условия     для   жизни   других   организмов.   Роющие   животные   перемешивают почвенную массу, а   после   смерти   становятся   источником   органического вещества  для микроорганизмов, кроме того продукты их жизнедеятельности.  Экологические  группы  почвенных  организмов. Геобионты  ­  постоянные  обитатели  почвы,  весь  цикл  развития  которых  проходит  в  почвенной  среде. Дождевые   черви,   энхитреиды,   ногохвостки   и   т.д.   Геофилы   ­ животные, часть цикла   развития,   которых   чаще   одна   из   фаз,   проходит   в   почве. Саранчовые   (кубышки),     и   жужелицы), подгрызающие     совки.   Геоксены   ­   животные,   иногда   посещающие   почву   для временного укрытия или убежища.   Из   насекомых   многие   таракановые   и клопы.     можно классифицировать  и  по  размерам. Микробиота  ­  почвенные  микроорганизмы, составляющие     основное     звено   дитритной   пищевой   цепи.  Это   прежде   всего зеленые и синезеленые водоросли, бактерии, грибы и простейшие. Для них почва это   система   водоемов     (водяные   пещеры).     Мезобиота     ­     совокупность сравнительно  мелких  свободно передвигающихся почвенных животных. Сюда относятся   почвенные   нематоды,   мелкие     клещи, ногохвостки  идр.  Их  численность составляет  от  десятков  и  сотен  тысяч  до миллионов  особей  на  1 м2  почвы. Питаются  они  в  основном  дитритом  и бактериями.  Макробиота  ­  крупные насекомые, дождевые черви, многоножки, моллюски и другие животные вплоть до   роющих   позвоночных.   Наибольшее значение  имеют  дождевые  черви  и энхитреиды.  Живые организмы как среда жизни  Для  животных  и  растений,  ведущих  паразитический  образ  жизни, организм, на   котором   или   в   котором   они   поселяются   (т.   е.   их   хозяин),   является специфической   средой   обитания.   Паразитами   называют   животных,   которые живут за счет особей другого вида,   будучи   биологически   и   экологически тесно   связанными   с ними   в   своем жизненном   цикле   на   большем   или меньшем   его   протяжении.   Паразиты питаются   соками   тела,   тканями или переваренной   пищей     своих     хозяев.   Такой   паразитический     образ     жизни является  специфическим  видовым  признаком данного паразита, многократно пользующегося своим хозяином.  Явление  паразитизма,  как  видно  из  приведенного  определения,  по крайней мере  в  некоторых  случаях,  есть  нечто  иное,  как  видоизменение  хищничества.   По   всей   вероятности   существует   несколько   путей   становления   организма паразитом. Первый путь перехода к паразитизму  ­ через хищничество. Второй путь это "квартирантство", когда более мелкий организм поселяется в жилище более  крупного  или  в  непосредственной  близости  от  него  и  со  временем переходит на тело хозяина, переключаясь на питание его пищей или соками его тела. Так квартирант может превратиться в паразита и тело хозяина становится для него средой обитания. Третий путь случайное проникновение. Различают два     главных     вида     паразитизма:     наружный     и     внутренний   паразитизм. Наружный  паразитизм  (эктопаразитизм),  понятно,  не  может особенно  сильно повлиять  на  организацию  животного,  приспособившегося  к нему и именно эта группа животных, к которой относятся блохи, вши, слепни, пиявки   и   другие является  переходной  от  хищников  к  наиболее  совершенным внутренностным паразитам   (энтопаразитам).   Между   экто­   и   эндопаразитами есть переходы (желудочный овод). 2. Все элементы среды по отношению к организму неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды сгруппировать следующим образом.      1. Нейтральные факторы ­ это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции.    2. Экологические факторы ­ это те элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние на организм хотя бы на протяжении одной из фаз   его   индивидуального   развития   и   вызывать   у   него   специфическую приспособительную реакцию.      Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику   действия.  По   значимости   для   организма   их   подразделяют   на   две группы:    1. Условия существования или условия жизни ­ это те экологические факторы, без которых  организм  существовать  не может и с  которыми он  находится  в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.      2. Второстепенные факторы ­ это те экологические факторы, которые не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его.      Анализ   огромного   разнообразия   экологических   факторов   по   природе   их происхождения позволяет разделить их на три большие группы, в каждой из которых в свою очередь можно выделить подгруппы:    I. Абиотические факторы ­ это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы:      а) климатические факторы ­ это все факторы, которые формируют климат и способны   влиять   на   жизнь   организмов   (свет,   температура,   влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.);      б)   эдафические,   или   почвенные,   факторы   ­   это   свойства   почвы,   которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они в свою очередь разделяются на физические   (механический   состав,   комковатость,   капиллярность,   скважность, воздухо­ и влагопроницаемость, воздухо­ и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;    в) орографические факторы, или факторы рельефа, ­ это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (высота местности над уровнем моря, широта местности по  отношению  к экватору, крутизна местности ­ это  угол наклона   местности   к   горизонту,   экспозиция   местности   ­   это   положение местности по отношению к сторонам света);    г) гидрофизические факторы ­ это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое,   газообразное)   и   физических   факторов   среды   (шум,   вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.      II.   Биотические   факторы   ­   это   факторы   живой   природы,   влияние   живых организмов   друг   на   друга.   Они   носят   самый   разнообразный   характер   и действуют   не   только   непосредственно,   но   и   косвенно   через   окружающую неорганическую природу. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:      а) внутривидовые факторы ­ это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);    б) межвидовые факторы ­ это влияние особей других видов на организм (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).      В   зависимости   от   принадлежности   к   определенному   царству   биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:    а) фитогенные факторы ­ это влияние растений на организм;    б) зоогенные факторы ­ это влияние животных на организм;    в) микробогенные факторы ­ это влияние микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие, риккетсии) на организм;    г) микогенные факторы ­ это влияние грибов на организм.      III.  Антропогенные   факторы   ­   это   совокупность   воздействий   человека   на жизнь организмов. В зависимости от характера воздействий они делятся на две группы:    а) факторы прямого влияния ­ это непосредственное воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т.д.);      б)   факторы   косвенного   влияния   ­   это   влияние   человека   фактом   своего существования (ежегодно   в  процессе   дыхания   людей  в  атмосферу   поступает 1,1х1012 кг углекислого газа и из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7х1015   ккал   энергии)   и   через   хозяйственную   деятельность   (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).    Оригинальную   классификацию   экологических   факторов   по   степени   их постоянства, т.е. по их периодичности, предложил А.С.Мончадский. Согласно этой классификации различают следующие три группы факторов.      1.   Первичные   периодические   факторы   ­   это   факторы,   действие   которых началось до появления жизни на Земле и живые организмы должны были сразу к ним   адаптироваться   (суточная   периодичность   освещенности,   сезонная периодичность времен года, лунные ритмы и т.д.). В   зависимости   от   характера   изменения   во   времени   факторы   среды    2. Вторичные периодические факторы ­ это факторы, являющиеся следствием первичных периодических факторов (влажность, температура, динамика пищи, содержание газов в воде и т.д.).    3.   Непериодические   факторы   ­   это   факторы,   не   имеющие   правильной периодичности   или   цикличности   (эдафические   факторы,   антропогенные факторы,  содержание   загрязняющих   веществ   в  воде,   атмосфере   или   почве   и т.д.).   подразделяются также на три группы:      1. Регулярно­периодические факторы ­ это факторы, меняющие свою силу в зависимости   от   времени   суток,   сезона   года   или   ритма   приливов   и   отливов (освещенность, температура, длина светового дня и т.д.).      2. Нерегулярные факторы ­ это факторы, не имеющие четко выраженной периодичности   (климатические   факторы   в   разные   годы,   факторы катастрофического   происхождения   в   результате   наводнения,   урагана, землетрясения и т.д.).      3.   Направленные   факторы   ­   это   факторы,   действующие   на   протяжении длительного   промежутка   времени   в   одном   направлении   (похолодание   или потепление климата, зарастание водоема, выпас скота на одном месте и т.д.).      По характеру ответной реакции организма на воздействие экологического фактора различают следующие группы экологических факторов:      1. Раздражители ­ это факторы, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций и биохимических реакций.   анатомические и морфологические изменения в организме.    3.   Ограничители   ­   это   факторы,   обусловливающие   невозможность существования  в данных  условиях  и  ограничивающие   среду  распространения организма.      4. Сигнализаторы ­ это факторы, свидетельствующие об изменении других факторов и выступающие в роли предупредительного сигнала.   3. Закон Либиха. Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах.   Фактор,   уровень   которого   в   качественном   или   количественном отношении   (недостаток   или   избыток)   оказывается   близким   к   пределам выносливости   данного   организма,   или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда  другие факторы  среды благоприятны или  даже  оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы.    Понятие   о   лимитирующих   факторах   было   введено   в   1840   г.   химиком   Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов  в  почве, он  сформулировал  принцип: "Веществом,  находящимся в минимуме,   управляется   урожай   и   определяется   величина   и   устойчивость  2.   Модификаторы   ­   это   факторы,   вызывающие   приспособительные   называется   ограничивающим, Если   в   среде, Закон   Шелфорда. последнего  во  времени".  Этот  принцип  известен  под названием  правила,  или закона минимума, Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски ­ лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.   являющейся   совокупностью   взаимодействующих факторов, есть такой фактор, значение которого меньше определенного минимума или больше определенного максимума, то проявление активной жизнедеятельности организма в этой среде невозможно.  Минимальное   и   максимальное   значения   этого   фактора   выступают   в   роли ограничивающих (лимитирующих). Расстояние между двумя пессимумами ­ зона толерантности.  Толерантность ­ выносливость вида по отношению к колебаниям какого­либо экологического   фактора.   Толерантные   виды   ­   виды,   устойчивые   к неблагоприятным условиям среды. Закон толернатности был дополнен в 1975г Ю.Одумом. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и  узкий диапазон в отношении другого.  Организмы   с   широким   диапазоном   толерантности   в   отношении   всех экологических факторов обычно наиболее распространены  Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды для злаков)  Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.  Период   размножения   является   критическим   для   всех   организмов,   поэтому именно в этот период увеличивается число лимитирующих факторов. Демэкология – экология популяций Лекция №3 План: 1. Демэкология   –   экология   популяций:   статические   и   динамические характеристики. Статические и динамические показатели популяций 2. Экологическая структура популяции.  3. Механизмы регуляции численноти популяции.Стратегии выживания. Кривые роста численности популяции.        Ключевые слова:  популяция, бионты, численность, плотность, организм,  Популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида,   обладающая   всеми   необходимыми   условиями   для   поддержания   своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.   Популяция – это совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. Термин «популяция» был впервые введен в 1903 году датским ученым Иогансеном.  Популяция   как   биологическая   единица   обладает   определенной структурой и функцией. Структура популяции характеризуется составляющими ее   особями   и   их   распределением   в   пространстве.   Функции   популяции тождественны функциям других биологических систем. Популяциям свойствен рост,   развитие,   способность   поддерживать     существование   в   постоянно меняющихся условиях, т.е. популяция обладает конкретными генетическими и экологическими характеристиками.   В   зависимости   от   размеров   занимаемой   территории     Н.П.   Наумов выделяет три типа популяций: элементарные, экологические и географические. Элементарная   популяция,   или   микропопуляция   –   это   совокупность особей вида, занимающих какой­то небольшой участок однородной площади. В состав их обычно входят генетически однородные особи. Экологическая   популяция  формируется   как   совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо изолированные   от   других   экологических   популяций   вида,   поэтому   обмен генетической   информацией   между   ними   происходит   сравнительно   часто,   но реже, чем между элементарными популяциями. Географическая   популяция   охватывает   группу   особей,   населяющих территорию с географически однородными условиями существования. 2. Статические и динамические характеристики популяции. Численность   популяций  –   это   общее   количество   особей   на   данной территории или в данном объеме. Численность  никогда не бывает постоянной  и зависит от соотношения интенсивности размножения. В процессе размножения происходит   рост   популяции,   смертность   же   приводит   к   сокращению   ее численности. Плотность   популяции  определяется   количеством   особей   либо биомассой на единице площади или объема. Например: 150 растений сосны на 1 га или 0,5 г циклопов в 1 куб метре воды характеризуют плотность популяции этих   видов.   Плотность   также   изменчива   и   зависит   от   численности.   При возрастании численности не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала. Расселение продолжается до тех пор   пока,   популяция   не   встретится   с   какой­либо   преградой.   Различают случайное, равномерное и групповое расселение. Случайное расселение имеет место только в однородной среде. Групповое   встречается   наиболее   часто,   причем   оно   может   быть   и случайным. Так, в сосновом лесу деревья сначала расселяются группами, а в дальнейшем   их   размещение   становится   равномерным.   Популяции   групповое распределение   обеспечивает   более   высокую   устойчивость   по   отношению   к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Равномерное распределение в природе встречается редко. Чаще бывает оно   связано   с   острой   конкуренцией   между   разными   особями.   Такой   тип распределения  отмечают  у  хищных  рыб  и у  колюшек   с их  территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.   Динамика   численности   и   плотности   популяций   находится   в   тесной зависимости от плодовитости и смертности, а также от способности слагающих их особей совершать миграции.  Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности. Характеризует   частоту   появления   новых   особей   в   популяции.   Различают рождаемость абсолютную и удельную.  Абсолютная   рождаемость   –   число   новых   особей,   появившихся   за единицу времени.  Удельная рождаемость   выражается в числе новых особей на особь в единицу времени: В живых организмах заложена огромная возможность к размножению. Скорость   увеличения   численности   особей   популяции   при   отсутствии лимитирующих факторов обозначается как условный показатель – биотический потенциал. Численность и плотность популяции зависят также от ее смертности. Смертность популяции – количество особей, погибших за определенный период.  Различают   три   типа   смертности.   К   первому   относится   смертность, одинаковая   во   всех   возрастах.   Такая   смертность   встречается   очень   редко   и только  у популяций, постоянно находящихся в оптимальных условиях. Второй тип   смертности   отличается   повышенной   гибелью   особей   на   ранних   стадиях развития и свойствен большинству растений и животных. Третий тип смертности характеризуется   повышенной   гибелью   взрослых,   главным   образом   старых особей. Наблюдается он у насекомых  личинки, которых обитают в почве, воде или других местах с благоприятными условиями, а также у проходных рыб, которые нерестуют один раз в жизни.  1. Структура популяции. Структура   популяции­  это   определенная   организация,   формирующаяся,   с одной стороны, на основе биологических свойств вида, а с другой­ под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.  Различают   пространственную,   возрастную, поведенческую и др. виды структуры популяции. Пространственная структура – это особенность размещения особей популяции в пространстве.   Пространственное   размещение   может   быть   равномерным, случайным и групповым.    генетическую,   половую, о    о      о о о    о        О       о  о    О ООО Равномерное          Случайное                Групповое Этологическая   (поведенческая)   структура   популяции­   это   система взаимоотношений между членами одной популяции. Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависти от того, какой образ жизни ведут особи: одиночный или групповой. При одиночном образе жизни,  особи популяции независимы и обособлены друг от друга. При групповом образе жизни животные образуют семьи, колонии, стаи, и стада. Синэкология – экология сообществ Лекция №4 План: 1. Синэкология   –   экология   сообществ:   понятие   о   биоценозе,   биогеоценозе; механизмы устойчивости (гомеостаз и экологическая сукцессия), основные формы межвидовых связей в экосистемах.  2. Экосистема как структурно­функциональная единица биосферы 3. Фотосинтез и хемосинтез, поток энергии и круговорот химических элементов в экосистеме. 4. Экологические пирамиды. Правило Линдемана. Концепция продуктивности.  5. Трофическая структура биоценоза; продуктивность экосистем Ключевые   слова:  биоценоз,   экологическая   ниша,   ярусность,экологическая пирамида, биотоп, биогеоценоз 1.Любой   организм   проводит   всю   свою   жизнь   среди   множества   других живых   существ.   Вступая   с   ними   в   самые   разнообразные   отношения,   он   в конечном   итоге   не   способен   существовать   без   этого   живого   окружения,   где связи   с   другими   организмами   обеспечивают   ему   нормальные   условия жизнедеятельности.   Таким   образом,   многообразные   живые   организмы сочетаются   не   произвольно,   а   образуют   определенные   сожительства,   или сообщества, в которые входят приспособленные к совместному обитанию виды. Организменная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, живущих совместно практически одних и тех же условиях  ­ жизнь,   koinos    bios   среды, называется биоценозом (от греч.     ­ общий).   Сбалансированные растительно­животные сообщества (биоценозы) являются высшей   формой   существования   организмов.   Для   биоценозов   характерны относительно устойчивый состав фауны, флоры, они обладают типичным набором живых организмов, которые сохраняют свои  основные признаки во времени и в пространстве.   Биоценозы,   как   и   популяции,­   это   надорганизменный   уровень организации жизни, но более высокого порядка.  фитоценоз­   растительность, При   изучении   биоценоза   его   условно   подразделяют   на   отдельные ­   животный   мир, компоненты: микробоценоз ­ микроорганизмы. Размеры   биоценотических   группировок   весьма   различны:   это   и   небольшие сообщества подушек лишайников на стволах деревьев или гниющий пень, но это и население   целых   ландшафтов,   например:   степей,   лесов,   пустынь   и   др.   часто сообщества не имеют четких границ, неуловимо переходя одно в другое.  зооценоз  Часть экологии, которая исследует закономерности сложения сообществ и совместной жизни в них живых организмов, называется – синэкологией. Пространство   с   более   или   менее   однородными   условиями,   которые занимает биоценоз, носит название биотопа (  topos    ­ место).   Так как биотип есть место обитания или место существования биоценоза, последний   является   исторически   сложившимся   комплексом   организмов, характерным   для   какого­то   конкретного   биотопа.   Потому   что   биоценоз невозможно   оторвать   от   биотопа,   они   вместе   образуют   биологическую микросистему еще более высокого ранга – биогеоценоз. По Сукачеву В.Н, биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной   поверхности   однородных   природных   явлений:   атмосферы,   горной породы,     гидрологических   условий,   растительности,   животного   мира, микроорганизмов и почвы. Биоценозу   присущи   специфика   взаимодействий   слагающих   его компонентов, их особая структура и определение тип обмена веществ и энергии между собой и с другими субъектами природной среды. Отличаясь размерами, биогеоценозы   характеризуются   и   большой   сложностью.   Это   и   небольшой водоем, и пруд, но это и лес, озеро, луг и т.д. Живые компоненты любого биогеоценоза можно разделить на три части:  1)  продуценты   –  производители   первичной   продукции   (зеленые растения); 2)  консументы:  первичные   –   растительноядные   животные,   вторичные­   паразитических   и   часть   микроорганизмов, плотоядные   животные, насекомоядных растений. 3)  редуценты­   (или   разрушители,   деструкторы)­   обычно   грибы   и микроорганизмы, разлагающие органические соединения  отмерших организмов до неорганических, которые вновь используются продуцентами для построения своего тела.  Биотические связи в биоценозах. Типы биотических отношений. Межвидовые связи организмов, которые населяют   один   и   тот   же   биотоп,   закладывают   основу   для   возникновения   и существования   биоценозов,   определяют   основные   условия   жизни   видов   в сообществе, возможности добывания пищи и т.д. Согласно   классификации  В.Н.Беклемищева   (1951   г.)  прямые   и   косвенные межвидовые отношения подразделяются на 4 группы: трофические, топические, форические, фабрические. Трофические связи:  возникают в том случае, когда один вид питается   его   остатками   либо   продуктами (живым   организмом, другим   жизнедеятельности). Пример: пчела собирает нектар с цветка. Топические   связи  отражают   любое   (физическое   или   химическое) изменение   условий   обитания   одного   вида   вследствие   жизнедеятельности другого. При этом особенно большая роль в создании или изменении среды для других   организмов   принадлежит   растениям.   Имея   наибольшее   значение   в биоценозе,   трофические   и   топические   связи   способствуют   удержанию   друг возле друга организмов разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разных масштабов и состава. Форические   связи  проявляются   в   том,   что   один   вид   участвует   в распространении   другого.   В   роли   переносчиков   выступают   в   основном животные. Транспортирование животными   более мелких особей называется – форезией, а перенос ими спор семян, пыльцы растений – зоохорией. Фабрические   связи  относятся   к   такому   типу   биоценотических отношений,   в   которые   вступает   вид,   использующий   для   своих   сооружений продукты выделения, либо мертвые остатки, либо мертвых особей другого вида. Типичный   пример:   птицы,   употребляющие   для   постройки   своих   гнезд   ветки