Предмет экологии. Экологические факторы

Лекция    Предмет экологии. Экологические факторы  План: 1. Понятие об экологии. 2. Среда обитания 3. Экологические факторы. 4. Толерантность организмов. Биологический оптимум фактора. 5. Температура как фактор среды, приспособления к ее изменению. 6. Свет как фактор среды, приспособления к его изменению. 7. Влажность как фактор среды, приспособления к ее изменению. Литература: 1. Биология под ред Беляева Д.К., 2012 с. 243 ­247 2. Сивоглазов В.И. и др, Биология 10­11 кл., 2011, с. 304­319 Дополнительно:  http://www.myshared.ru/slide/ http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/ http://www.ecolognatural.ru/enats­642­1.html Внеаудиторная самостоятельная работа для обучающихся (содержание домашнего  задания):  1. Прочитать страницы из учебников: 1 ­ 243 ­247, 2 ­ 304­319, конспект лекции и  выучить все определения. 2.Подготовить презентации­сообщения о приспособлениях: ­ растений к опылению, ­ растений к условиям тундры, ­ животных к изменениям температуры, ­ животных к обитанию в почвенной среде, ­ о фотопериодизме и биологических ритмах. 1. Понятие об экологии.          Живые организмы и неживое окружение связаны друг с другом и находятся во  взаимосвязи. Организмы обмениваются веществом и энергией между собой и окружающей  средой.          Вспомните, какие связи существуют между живыми организмами? (Беседа с  обучающимися) (Пищевые связи: растения ­травоядные животные­хищники­бактерии.  Топические связи – одни организмы создают условия для проживания  других организмов)          Все взаимосвязи объединяют живые организмы и окружающую среду в экологические  системы.          Экология (от греч. “ ойкос” – жилище, убежище, “ логос”– наука) – это наука о  взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Экология – биологическая  наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем  различных уровней: популяций, видов, биоценозов, экосистем, биогеоценозов и  биосферы. Термин впервые ввёл немецкий ученый Э. Геккель (1866 г.) в работе “ Общая  морфология организма”. Предметом экологии являются отдельные особи, популяции, сообщества,  экосистемы.          Задачи экологии состоят в: ­ изучении влияния окружающей среды на живые организмы,  ­ выявление проблем взаимодействия человека и природы,  ­предложение рациональных путей выхода из экологического кризиса. 2. Среда обитания.          Среда обитания – это та часть природы, которая окружает организм и с которой  он непосредственно взаимодействует. Составные части среды и свойства среды  изменчивы, поэтому любой организм вынужден постоянно приспосабливаться.          Какие среды обитания вам известны?(Беседа с обучающимися) 1.Наземно­воздушная, ее обитатели называются аэробионты (птицы, большинство  млекопитающих, пресмыкающиеся, насекомые…) Характеристики среды: – концентрация кислорода – большая,  количество воды – низкое,  колебания температуры – большие, освещенность хорошая, плотность – низкая. 2. Водная, ее обитатели – гидробионты (рыбы, моллюски…)       Характеристики среды: – концентрация кислорода – малая,  количество воды –  большое, колебания температуры – невысокие, освещенность различная, плотность –  высокая. 3. Почвенная, ее обитатели – эдафобионты (кроты, дождевой червь, личинки  некоторых жуков…) Характеристики среды: – концентрация кислорода – небольшая,  количество воды –  небольшое, колебания температуры – высокие в поверхностных слоях, освещенность  нулевая, плотность – высокая. 4. Организменная, ее обитатели – эндобионты (паразитические черви, простейшие),  также  внешние паразиты (вши, пухоеды, блохи)          Характеристики среды для эндобионтов – кислород отсутствует,  количество воды –  большое, колебания температуры – отсутствуют, освещенность отсутствует, плотность –  высокая 3. Экологические факторы          Экологические факторы – это свойства и элементы среды, которые воздействуют на организмы и заставляют их приспосабливаться (например: смена сезонов, конкуренты по  пище). Одни факторы могут способствовать, другие – препятствовать выживанию.          Совокупность всех факторов, которая требуется для существования вида и роль  вида в экосистеме, называют экологической нишей.          Классификация факторов (См. схему ниже) Экологические факторы многообразны. Существует несколько квалификаций, в зависимости от подхода. Это по влиянию на  жизнедеятельность организмов,  по степени изменчивости во времени, по длительности  действия. Рассмотрим классификацию экологических факторов, основанную на их  происхождении.            Антропогенные – факторы, сформированные человеком и последствием его  деятельности. А. Прямое уничтожение человеком видов. (Например: истребление бизонов в Северной  Америке в1830 г. – 40 млн., в настоящее время –30 тыс. Скорость вымирания в 10 раз  выше ,чем 200 лет назад). Б. Переселение видов. (Например: в Австралию овцы ввезены преднамеренно, а кролики  –непреднамеренно; рыжий таракан в Русско­Прусскую войну в ранцах солдат  непреднамеренно перемещен в Россию). Демонстрируются слайды с изображением городских пейзажев (трубы заводов,  скопление автомобилей в пробке, свалки мусора). В. Урбанизация природы. (Воздействие развивающейся промышленности и укрупнение  городов ведет к отторжению природы, скоплению большого числа людей, массовый  выезд в пригородную зону – рекреационный пресс: вспугивание птиц, исчезновение  разнотравья, увеличение численности бродячих кошек и собак, появление гибридов  волка и собаки, выросшее количество полевых воробьев и голубей – переносчиков гриппа,  постельных клещей.) Г. Воздействие химических веществ. (Более 120 тыс. химических веществ применяет  человек, только 10% исследовано на характер воздействия, например: дуст широко  применялся в сельском хозяйстве в 70­е годы был обнаружен в мясе пингвинов в  Антарктиде, снят с производства из­за вредного влияния на нервную систему). Д. Воздействие проникающей радиации (мало изучено).                       Некоторые факторы относительно постоянные – сила земного тяготения, солнечная  радиация, солевой состав океана, другие – изменчивы – температура, влажность, сила  ветра, количество осадков (особенно в наземно­воздушной среде) Ресурсы среды – элементы среды, из которых живой организм черпает энергию  и получает необходимые вещества и пространство для жизни: ­пищевые ресурсы – вода, минеральные и органические вещества; ­  энергетические – энергия химических связей пищи, энергия солнца, ­ территориальные – гнездовые участки птиц, охотничьи территории зверей и др. 4. Толерантность организмов. Биологический оптимум фактора          Толерантность (греч. «толерация» ­ терпение) – способность организма выдерживать  изменения условий среды. График, показывающий изменение интенсивности  жизнедеятельности от разной степени фактора, называется кривой толерантности.          Биологическим оптимумом фактора называется то количество фактора, при  котором особи вида активно размножаются и осваивают среду. Зона пессимума – такое  количество фактора, когда, особи вида испытывают стресс, т.е. выживают. Точка  минимума и точка максимума – максимально или минимально переносимые значения   фактора, за пределами которых жизнь вида невозможна. Предел выносливости между  критическими точками  ­ экологическая валентность вида.                    Рассмотрев кривую толерантности, можно вывести следующие закономерности: 1. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на  организм. Недостаточное или избыточное количество фактора угнетает ж/д особи. 2. Стойкость организма определяется тем фактором из всей совокупности, который  имеется в минимальном значении для данного организма. Ограничивающим  называется тот фактор, значение которого приближается  к минимальному или  максимальному значению. (Почему в летнее время в мелких водоемах гибнет рыба? (недостаточно кислорода) 3. Факторы среды на организм воздействуют совместно, усиливая или ослабляя друг  друга ( В каком случае, при ветреной или безветренной погоде,  при ­5 градусах очень холодно?) 4. На разные функции организма факторы воздействуют по­разному (у холоднокровных  температура 40­45 градусов С повышают обмен веществ, но они впадают в тепловое  оцепенение). 5. К каждому фактору организмы приспосабливаются относительно независимым путем.          Организм, способный выжить при широком колебании условий среды,  называется эврибионт. (Приставка «эври» означает – широкий предел.)          Организм, требующий строго определенных неизменных условий среды,  называется стенобионтом («стено» ­ узкий предел изменчивости признак).          Например, окунь – эвритермный, форель ­ стенотермный вид. Но в течение жизни у  организма толерантность может изменяться. Взрослые особи многих видов легче переносят колебания условий, чем их детеныши. 5. ТЕМПЕРАТУРА как фактор среды и приспособления к ее изменению          Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому  диапазону температур. Колебание температуры в воде обычно меньше, чем на суше,  поэтому пределы устойчивости к температуре у водных организмов хуже, чем у наземных.           От температуры зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы  живут при температуре от 0 до +50 на поверхности песка в пустыни и до – 70 в некоторых  областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится в пределах от  +50  до –50 в наземных местообитаниях и от +2 до +27 – в Мировом океане. (Например,  микроорганизмы выдерживают охлаждение до –200, отдельные виды бактерий и  водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88.)           Различают животные организмы: ­ с постоянной температурой тела (теплокровные);  ­ с непостоянной температурой тела (хладнокровные).           Организмы с непостоянной температурой тела ­ пойкилотермные (рыбы,  земноводные, пресмыкающиеся)          В природе температура не постоянна. Животные выработали приспособления для  борьбы с  охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и  животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя.  Анабиоз – временное состояние организма, при котором жизненные процессы замедленны  до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни (наблюдается у холоднокровных  и у животных зимой и в жаркий период времени);  Интенсивность обмена веществ  у них  резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира,  углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара,  глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов  увеличивается.          В жаркое время года наоборот, включаются физиологические механизмы,  защищающие от перегрева.  У растений усиливается испарение влаги через устьица, что  приводит к снижению температуры  листьев. У животных усиливается испарение воды  через дыхательную систему и кожу. Организмы с постоянной температурой тела ­ гомойотермные (птицы,  млекопитающие)          У этих организмов произошли изменения во внутреннем строении органов, что  способствовало их приспособленности к постоянной температуре тела. Это, например  – 4­х камерное сердце и наличие одной дуги аорты, обеспечивающие полное разделение  артериального и венозного кровотока, интенсивный обмен веществ благодаря  снабжению тканей артериальной кровью, насыщенной кислородом, перьевой или  волосяной покров тела, способствующий сохранению тепла, хорошо развитая нервная  деятельность. Все это позволило представителям птиц и млекопитающим сохранять  активность при резких перепадах температур и освоить все места обитания.            Но среди них бывают и гетеротермные животные(ежи, летучие мыши), температура тела которых также зависит от среды. У растений и животных возникают специальные приспособления, которые  ослабляют резкие колебания температуры. У животных, например слонов  большая ушная раковина, по сравнению с его предком  мамонтом,  живущем  в холодном климате. Ушная раковина кроме органа слуха выполняет  функцию  терморегулятора. У растений для защиты от перегрева  появляется восковой налет, плотная кутикула. 6. СВЕТ как фактор среды и приспособления к нему          Свет обеспечивает все жизненные процессы, протекающие на Земле. Для организмов  важна длина волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и  интенсивность воздействия. Например, у растений уменьшение длины светового дня и  интенсивность освещения приводит к осеннему листопаду.           По отношению к свету растения делят на: ­ светолюбивые – имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, меньшее  количество хлорофилла – хлебные злаки. Но увеличение интенсивности освещения сверх  оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие  урожаи.  ­ тенелюбивые – имеют тонкие более темно окрашенные листья, крупные, расположены  горизонтально, с меньшим количеством устьиц.  ­ теневыносливые – растения способные обитать в условиях хорошего освещения, так и в  условиях затенения             Важную роль в регуляции активности живых организмов и их развитии играет  продолжительность и интенсивность воздействие света – фотопериод. Фотопериодизм – это пусковой механизм, включающий физиологические процессы,  приводящие к росту и цветению растений весной, плодоношению летом, сбрасыванию  листьев осенью у растений. У животных к накоплению жира к осени, размножению  животных, их миграции, перелету птиц и наступлению стадии покоя у насекомых.  (Сообщение учащихся).          Суточные изменения режима освещенности, смена дня и ночи определяет суточный ритм физиологической активности организмов. Важное приспособление,  которое  обеспечивает выживание особи – это своего рода «биологические часы», способность  ощущать время.           Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с дневным,  ночным и сумеречным образом жизни.  7. ВЛАЖНОСТЬ как фактор среды и приспособления к ней          Вода – это необходимый компонент клетки, поэтому ее количество в тех или иных  местах обитания является ограничивающим фактором для растений и животных и  определяет характер флоры и фауны данной местности.           Избыток влаги в почве приводит к заболачиванию почвы и появлению болотной  растительности. В зависимости от влажности почвы (количество осадков) видовой состав растительности меняется. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем  лесостепной растительностью. Далее низкотравье,  и при 250 мл в год – пустыня.           Осадки в течение года могут выпадать не равномерно, живым организмам  приходится переносить длительные засухи. Например, растения и животные саванн, где  интенсивность растительного покрова, а так же и интенсивное питание копытных животных зависит от сезона дождей.            У растений и животных появились приспособления к разной влажности. Например,  у степных и пустынных растений – развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула  фотосинтез идет зеленой частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается.  Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают  испарение.           У животных тоже появились приспособленности, позволяющих переносить  недостаток влаги: ­ мелкие животные – грызуны, змеи, черепахи, членистоногие – добывают влагу из пищи.     ­ источником воды может стать жироподобное вещество например у верблюда.  ­ в жаркое время некоторые животные – грызуны, черепахи впадают в спячку,  продолжавшуюся несколько месяцев.  ­ растения – эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения,  могут  сбрасывать листья, отмирать наземные части и так переживать период засухи. При  этом до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища.            Заключение. Экология должна служить научной базой любых мероприятий по  использованию и охране природных ресурсов, по сохранению среды в благоприятном  состоянии для обитания человека. Достижения экологии позволяют перестроить систему  борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, отходя от попыток их полного  истребления с помощью пестицидов широкого спектра действия, наносящего большой вред всему биогеоценозу, к действительной регуляции численности определённых видов  биологическими и агротехническими методами и только ограниченно. “Нельзя допустить, чтобы люди направляли на своё собственное уничтожение те силы  природы, которые они сумели открыть и покорить”. (Ф. Жолио­Кюри)