2015-05-20
5781
Любая экосистема приспосабливается к изменениям внешней среды, находится в постоянной динамике. Суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и проявление внутренних ритмов организмов отражаются в цикличности всего сообщества – биоценоза.
Суточные циклы наиболее резко выражены в условиях климата высокой континентальности, где значительная разница между дневными и ночными температурами. (Например, в песчаных пустынях Средней Азии в жаркий полдень многие животные прячутся в норы, или ведут ночной образ жизни)
Сезонная цикличность выражается в том, что на определенный период из биоценоза «выпадают» группы животных и даже целые популяции, впадающие в спячку, в период диапауз или оцепенений, при исчезновении однолетних трав, опаде листвы и т. п.
Многолетняя цикличность проявляется благодаря изменениям климата. Многолетняя периодичность в изменении численности биоценоза, вызванная резко неравномерным выпадением осадков по годам, с периодическим повторением засух, хорошо иллюстрируется повторением массовых размножений животных, например саранчовых (налеты саранчи).
Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями (флуктуации), направленную динамику – развитие. Развитие – изменение с внедрением новых видов, смена видов.
Экосистема, как и биосфера в целом, может изменяться в пространстве и во времени. Покой и устойчивость экосистемы относительны. Простое сообщество сменяется более сложным, с богатым биологическим разнообразием. Усложняется пространственная и трофическая структура, что делает экосистему более устойчивой. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга, называется сукцессией.
Сукцессия (Н. Ф. Реймерс (1990)) – последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или воздействия человека.
В более узком смысле, сукцессия – это последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе.
Стабилизированную экосистему называют климаксом. В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальная биомасса
Различают первичную и вторичную сукцессии.
1) Первичная сукцессия – происходит, если формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате.
Первичная сукцессия позволяет проследить формирование сообществ с самого начала (на образовавшейся отмели при отступлении моря и изменении русла реки, на склонах послей оползней).
Пример первичной сукцессии – зарастание еловым лесом новых территорий на севере страны.
Ельник – это уже последняя климаксная стадия развития экосистемы в климатических условиях севера, т. е. уже коренной биоценоз. Вначале же здесь развиваются березняки, ольховники, осинники, под пологом 
которых растут ели. Постепенно они перерастают березу и вытесняют ее, захватывая пространство. Семена обеих древесных пород легко переносятся ветром, но если даже они прорастут одновременно, береза растет намного быстрее – к шести–десяти годам ель едва достигает 50–60 см, а береза – восьми–десяти метров. Под уже сомкнутыми кронами берез возникает уже свой микроклимат, обилие опада листьев способствует формированию особых почв, поселяются многие животные, разнообразный травянистый покров. А ель продолжает расти в столь благоприятной обстановке, и, наконец, береза не выдерживает конкуренции с ней за пространство и свет и вытесняется елью.
2) Вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий.
Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека. Например, описанная выше смена растительности при формировании ельника чаще происходит в результате вторичной сукцессии, возникающей на вырубках ранее существовавшего леса. Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150–250 лет, а первичная длится 1000 лет.
Существует два вида изменения экосистем. Первый связан с возникновением биоценоза на бесплодном субстрате – песчаных наносах, камнях, застывшей вулканической лаве – первичная сукцессия. Второй вид изменений связан с пожарами, вырубками – вторичная сукцессия.
Основной причиной смены экосистем является изменение условий жизни видов вследствие их собственной жизнедеятельности.
Первые поселившиеся на бесплодном субстрате сообщества организмов называют пионерами. К их числу относят бактерии и лишайники. В процессе своей жизнедеятельности они выделяют вещества, которые способствуют превращению материнской породы в почву, созданию некоторого запаса растворимых питательных веществ. На почве, не богатой питательными элементами, поселяются моховидные растения, вытесняя лишайники. Мхи удерживают влагу, что создает условия для размножения и расселения цветковых травянистых, а затем и древесных растений. Отмершие части растений служат пищей для живущих в почве мелких животных, грибов, бактерий. Таким образом, увеличивается видовое разнообразие, возрастает биомасса, усложняется пространственная и трофическая структура сообществ. Нестабильные неустойчивые сообщества постепенно переходят в более устойчивые, обеспечивая состояние экосистемы, близкое к равновесному.
Второй вид изменений происходит на месте существовавших ранее сообществ, которые были разрушены в результате пожара, вырубки или других причин. Следовательно, данное изменение отличается от первого тем, что уже имеется почва и некоторые организмы.
Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги – это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем, которые образовались постепенно в результате естественной смены сообществ. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются животными иных видов и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота может вырасти лес; луга зарастают порослью кустарников и т.п.
Существуют о гетеротрофные сукцессии. Например, отмершее дерево.
Устойчивость – способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные свойствапри воздействии внешних факторов, способность возвращаться в исходное состояние. Устойчивыми будут экосистемы в климаксовой стадии. Дубрава, ковыльная степь, тайга – пример упругих экосистем. Но и среди природных (зональных) экосистем есть различия в устойчивости. Лиственные леса более пластичны, чем хвойные. Степь устойчивее тундры. Все сукцессионные стадии – неустойчивые экосистемы, которые стремяться к устойчивости.
Главным условием устойчивости является видовое разнообразие. Устойчивость определяется соответствием видового разнообразия экосистемы условиям жизни и степенью развитости этих экосистем.
Видовое разнообразие обеспечивает функции экосистемы засчет:
1. Взаимной дополнительности видов. Н-р. В лесу виды делят свет по ярусам, в почве виды делят пищу, разделение труда у животных: время активности, место выведения потомства и т.д.)
2. Взаимозаменяемость видов. Со схожими экологическими требованиями виды могут заменять друг друга в выполнении функций. Н-р, насекомые опылители, разные виды елей, пихты.
3. Регуляторные свойства. Саморегуляция на свойствах обратной связи. Чем разнообразнее виды, тем больше у жертвы хищников.
4. Надежность обеспечения. Главная функция – создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности обеспечивается многими видами, которые страхуют деятельность друг друга. Н-р, разлагать целлюлозу в почве могут бактерии, грибы, клещи, дождевые черви
Глобальная экологическая проблема – снижение видового разнообразия, которое грозит устойчивости всей биосферы. Важно не допустить снижения видового разнообразия до такого уровня, который отразится на устойчивости биосферы.
К неустойчивым относятся все антропогенные системы.
Агроэкосистемы. Пути повышения их устойчивости и урожайности.
Биоценозы, которые возникают на землях сельскохозяйственного назначения, называются агроценозами. Они отличаются от природных сообществ, во-первых, пониженным разнообразием входящих в них видов и, во-вторых, пониженной способностью культурных растений противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией, что без поддержки человека не могут выдержать борьбу за существование. На полях после вспашки целины быстро формируются разнообразные сообщества, способные выжить в этих условиях. Формируются цепи питания из трех-четытех звеньев, возникают конкурентные взаимоотношения между видами. В борьбе человека с сорняками и вредителями культурных растений постоянно возникает «эффект бумеранга». В современном сельском хозяйстве преминяются химические средства защиты растений – пестициды. Большинство их не обладает избирательным действием, а убивают и паразитов этих вредителей и их хищников. Таким образом, нарушаются регуляторные связи. Хищники более чувствительны к ядам и погибают быстрее. Оставшаяся часть вредителей, освобожденная от регуляторов дает более высокую вспышку численности.
Если в цепи питания: растение - растительноядное насекомое – паразит усилить последнее звено, то это приведет к сохранению урожая. Специальное использование живых организмов для подавления численности вредителей называют биологическим методом борьбы за урожай.
Устойчивую регуляцию численности отдельных видов может осуществлять только сложное сообщество. Одно из современных направлений в сельском хозяйстве – поддержание как можно большего видового разнообразия на полях и их окружении. Из-за изъятия урожая агроценозы не в состоянии поддерживать круговорот веществ. Почва быстро истощается, если не вернуть в нее биогенные элементы в виде минеральных и органических удобрений. Поддерживать устойчивый биологический круговорот веществ можно при экологически грамотном создании агроэкосистем.
Агроэкосистемы – это такие сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат ее составляющих на поля. Высокое биологическое разнообразие поддерживается за счет специально спланированного ландшафта: чередование полей, лугов, перелесков, создание живых изгородей, лесополос, водоемов и т.п. Большую роль в поддержании разнообразия видов на полях играет правильная организация севооборотов, чередование культур во времени и в пространстве. Наиболее передовым направлением современного сельского хозяйства является переход от принципов противоборства с природой к принципам сотрудничества с ней. Это означает максимальное следование экологическим законам в сельскохозяйственной практике.
Аутэкология изучает взаимоотношения представителей одного вида с окружающей его средой. Опирается на исследование процессов адаптации видов к окружающей среде.(факторальная экология). Экология человека тоже изучает влияние (нормирование) факторов среды, ее экстремальных воздействий на организм.
Окружающий нас живой мир состоит из организмов, которые постоянно воспроизводят себя. Одна тля может за лето оставить более 300 млн. потомков. Заложена способность размножаться беспредельно. Но беспредельного роста численности нет, главный ограничитель- нехватка ресурсов. Для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света. Для животных – пищи, воды. запасы этих ресурсов сдерживают размножение. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющий рост и размножение. Рост растений зависит от погоды. Размножение водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде. Кроме того, происходит отсев и гибель уже произведенных зародышей илимолодых особей. Например, не все желуди прорастают. Высокой плодовитостью отличаются виды, у которых очень велика гибель особей в природе.
Закон – результаты развития организма определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.
Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей – адаптация. Принцип Ле-Шателье: «Эволюция любой системы идёт в направлении снижения потенциальной опасности». Согласно этому принципу, эволюция организма способствует его адаптации к изменяющимся внешним воздействиям.
Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.
Экологические факторы: 1- абиотические. 2 –биотические. 3- антропогенные.
Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений
Абиотические факторы
|
|
|
физические химические эдафические (почвенные)
Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания
Биотические факторы внутривидовые межвидовые влияние на взаимодействия взаимодействия абиотические факторы
(содружество)
Комменсализм - (один извлекает пользу)
Аменсализм - (один вид угнетает рост другого)
Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.)
В жизненном процессе взаимодействие организмов со средой обитания и её составляющих между собой основано на передаче между элементами системы потоков масс вещества и их соединений, энергий всех видов и информации. В соответствии с законом сохранения жизни Ю. Н. Куражковского: «Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потоков вещества, энергии и информации».
Взаимодействие организма со средой обитания подчинено следующим законам. Главный закон оптимума (толерантности). Закон Либиха Выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный.. Например, животные плохо перенося жару и сильные морозы; Засуха и проливные дожди неблагоприятны для урожая. Кривые оптимума какого-либо фактора для разных видов не совпадут. Верблюды и тушканчики не выносят условий северных пустынь, а северные олени и лемминги жарких южных. Ряд видов может жить в узких рамках оптимума, а другие – в широких. Растение недотрога гибнет, если в воздухе нет влаги, с ковыль не погибает даже в засуху. Оптимум и границы выносливости не являются постоянными в течение жизни организма. Оптимум можно сдвинуть (температурная закалка).
В соответствии с правилом оптимума для организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки. Для одних организмов зона оптимума имеет широкий диапазон. Они называются – эврибионты (греч. широкий, жизнь). Организмы с узким диапазоном – стенобионты (узкий).
Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью. Синонимом валентности толерантность.( лат толеранция – терпение), или пластичность (изменчивость) если среда относительно постоянная, малоизменчивая, то в ней больше стенобионтов (например в водной среде). Если среда динамична, например, водно-воздушная – в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты. Зона оптимума и экологическая валентность шире у теплокровных животных.
Действие температурного фактора. Если диапазон толерантности лежит в широких пределах (-5; +25), то такие организмы называются –эвритермными, если узкий – стенотермными. Могут быть эвригалинными (соленость)
Толерантность – способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.
Зона оптимума с точкой комфорта (точка максимума – жизненного потенциала) – область оптимальной жизнедеятельности.
Зоны допустимой жизнедеятельности – значения допустимых значений фактора воздействия являются областью нормальной жизнедеятельности.
Зоны угнетения – зоны с большими отклонениями фактора от оптимума, при которых организм испытывает угнетение жизнедеятельности.
Зона гибели – пределы толерантности по фактору воздействия совпадают со значениями минимума и максимума фактора, за пределами которых, существование организма не возможно.
Надо учитывать, что одни факторы могут усиливать или смягчать действие других. Избыток тепла может смягчиться пониженной влажностью воздуха.. Закон независимости факторов В. Р. Вильямса: «Условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим»
2-й закон – лимитирующего фактора. Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных значений. Фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организм. Лимитирующие факторы определяют границы распространения видов – ареал. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.
Правило ограничивающего фактора в агрономии. Если в почве минеральных солей не хватает фосфора 50%, кальция 20%, урожай будет в 5 раз меньше. Если внести кальций – урожай 59%.
Человек своей деятельностью часто нарушает все закономерности действия факторов- разрушение местообитания, нарушение режима водного и минерального питания.
Закон оптимума и лимитирующего фактора можно выразить одним законом Закон толерантности В. Шелфорда: «Лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) организма к заданному фактору»
Основные среды жизни. Водная, наземно-воздушная, почвенная среда. Паразитизм.
В зависимости от того, где живут представители разных видов живых организмов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. Основными средами являются: водная, наземно-воздушная, почвенная, а также другие организмы
Водная среда. Приспособляемость организмов к водной среде зависит, прежде всего, от ее физических свойств (плотность, теплопроводность, способность растворять соли и газы). Плотность определяет выталкивающую способность воды. Вес организмов меньше воды. Множество видов находятся во взвешенном состоянии, как бы парят в воде. Совокупность таких мелких обитателей называется планктон (микроскопические водоросли, рачки, икра, личинки, медузы и др.). Они переносятся течением и обеспечивают фильтрационный тип питания плавающим и сидячим донным животным (морские лилии, мидии, устрицы и др.). Плотность воды затрудняет передвижение, поэтому рыбы имеют обтекаемую форму, сильную мускулатуру. С глубиной плотность возрастает, свет не проникает, поэтому на глубине живут немногие виды животных, а растений нет. Температурный режим в воде более мягок. Из-за высовой теплопроводности в воде нет резких перепадов и организмам не надо приспасабливаться к жаре или холоду. Только в горячих источниках температура приближается к точке кипения. Одна из сложностей обитателей водоемов – ограниченное количество кислорода. Его растворимость из воздуха невелика и уменьшается при загрязнении водоемов. Поэтому часты заморы (гибель обитателей из-за нехватки кислорода).
Наземно-воздушная среда более сложная и разнообразная. В ней много света, кислорода, более резкие изменения температуры во времени и в пространстве, слабее перепады давления и часто возникает дефицит влаги. Воздух имеет меньшую плотность, чем вода, поэтому постоянная жизнь в воздухе невозможна. У наземных растений развиты механические ткани, а у наземных животных сильнее выражен скелет. Воздух плохой проводник тепла. Этим облегчается возможность сохранения тепла и поддержание постоянной температуры. У наземных обитателей разнообразны приспособления, связанные с обеспечение себя водой (мощная корневая система, водонепроницаемый слой на листьях, особенности строения тела и покров животных, миграции животных и др.). Обитатели наземно-воздушной среды приспосабливаются к климату.
Почвенная среда трехфазная (твердая, жидкая, воздушная). Это самая насыщенная жизнью среда. Ее населяют как мелкие водные, так и воздуходышащие организмы. Здесь обитают микроскопические организмы (бактерии, грибы, простейшие, круглые черви, членистоногие) и более крупные животные, вся почва пронизана корнями растений. Главная особенность – постоянное поступление органического вещества, это ценные источник энергии.
Живые организмы могут служить средой жизни. Это явление называют паразитизм. Нет ни одного вида многоклеточных животных или растений, которые не имели бы своих паразитов. Паразиты могут населять тело хозяина, проникать в ткани, внутрь клеток. Кроме паразитов, виды-хозяева могут иметь полезных сожителей. Например, жвачные животные не смогли бы переваривать пищу без бактерий и инфузорий в желудке. Пищеварение человека также осуществляется с помощью полезной микрофлоры. Организм хозяина служит паразитам и пищей и защитой от внешней среды. При переносе от одного хозяина к другому у них развиваются защитные оболочки. Большая часть их при переходе погибает, но это восполняется высокой плодовитостью. Паразиты чаще всего поражают ослабленные особи.
Организмы в течение жизни испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить жару, засуху, морозы, голод. Приспособления.
1. анабиоз (мнимая смерть). Почти полная остановка обмена веществ. – мелкие организмы. При анабиозе организмы теряют до ½ или даже ¾ заключённой в тканях воды У беспозвоночных часто наблюдается явление диапаузы – пережидание неблагоприятных температурных условий, остановившись в своём развитии (стадия яйца, куколки у насекомых и т.д.).
2. скрытая жизнь. Высшие растения не могут выжить, если клетка высохнет. Если частичное обезвоживание – выживет. (зимний покой растений, спячка животных, семена в почве,
3. Постоянство внутренней среды, несмотря на колебания внешней среды. Постоянная температура тела, влаги (кактусы). Но много тратится энергии.
4. Избегание неблагоприятных условий. (гнезда, зарываются в снег, перелет птиц)
Примеры: Семена лотоса в торфе 2000лет., бактерии в льдах Антарктиды. У пингвинов температура 37-38, у северных оленей 38-39. кактусы. Мокрицы в Среднеазиатских сухих степях, Суслик серцебиение 300 ударов и 3.
Эволюционная адаптация
Виды адаптации:
Морфологические (защита от вымерзания: эпифиты – растут на других растениях, фанерофиты- почки защищены яешуйками (деревья, кустарники), криптофиты почки в почве, терофиты – однолетние растения. У животных – запасы жира, масса.
Физиологическая адаптация.: акклиматизация, высвобождение воды из жиров.
Поведенческая – выбор предпочтительного положения в пространстве.
Физическая – регулирование теплоотдачи. Химическая – поддержание температуры тела.
Эволюционная адаптация растений и животных к разным факторам среды легла в основу классификации видов.
1) По отношению к физическиме факторам среды
а) влияние температуры на организмы
Пределами толерантности для любого вида являются минимальная и максимальная летальные температуры. Большинство живых существ способно жить при температуре от 0 до 50ºС, что обусловлено свойствами клеток и межклеточной жидкости. Адаптация животных к температуре среды шла в 2 направлениях:
– пойкилотермные животные (холоднокровные ) – их температура тела меняется в широких пределах в зависимости от температуры окружающей среды (беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся). Их приспособлением к изменениям температуры является впадение в анабиоз.
– гомойотермные животные (теплокровные ) – животные, имеющие постоянную температуру тела (птицы (около 40ºС) и млекопитающие, в том числе человек (36–37ºС)). Гомойотермные животные могут выдерживать температуру ниже 0ºС. Для этих организмов характерно явление теплорегуляции.
Теплорегуляция (терморегуляция ) – способность человека, млекопитающих и птиц поддерживать температуру мозга и внутренних органов в узких определённых границах, несмотря на значительные колебания температуры внешней среды и собственную теплопродукцию.При перегревании – происходит расширение кожных капилляров, и с поверхности тела происходит теплоотдача,– увеличивается потоотделение, за счёт испарения температура тела охлаждается (человек, обезьяны, непарнокопытные),– у непотеющих животных происходит тепловая одышка (испарение влаги происходит с поверхности ротовой полости и языка).При охлаждении– происходит сужение кожных сосудов, теплоотдача от них уменьшается,– поднимаются перья и волосы и шерсть на поверхности тела, в результате увеличивается воздушная прослойка между ними, являющаяся теплоизолирующей.
Кроме того, для теплокровных животных характерны постоянные приспособления к повышенным или пониженным температурам:
1) Варьирование размеров тела. В соответствии с правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела особей в среднем больше у популяций, живущих в более холодных частях ареала распространения вида. Это связано с уменьшением отношения:
Чем меньше это отношение, тем меньше теплоотдача.
2) Наличие шерстного и перьевого покрова. У животных, живущих в более холодных областях, увеличивается количество подшерстка, пуха, пуховых перьев у птиц. В условиях сезонности возможна линька, когда в зимнем шерстном покрове больше пуха и подшёрстка, а в летнем – только остевые волосы.
3) Жировая прослойка. Является теплоизолирующей. Особенно распространена у морских животных, обитающих в холодных морях (моржи, тюлени, киты и т.д.)
4) Жировой покров. Покров перьев водоплавающих птиц специальным водонепроницаемым покровом, препятствующим проникновению воды и слипанию перьев, т.е. сохраняется воздушная теплоизолирующая прослойка между перьями.
5) Зимняя спячка. Спячка – состояние пониженной жизнедеятельности и обмена веществ, сопровождающееся торможением нервных реакций. Перед впадением в спячку животные накапливают в организме жир и укрываются в убежищах. Спячка сопровождается замедлением дыхания, сердцебиения и др. процессов. Температура тела снижается до 3–4ºС. Некоторые животные (медведи) сохраняют нормальную t тела (это зимний сон). В отличие от анабиоза холоднокровных животных, во время спячки теплокровные животные сохраняют способность контролировать физиологическое состояние с помощью нервных центров и поддерживать гомеостаз на новом уровне.
6) Миграции животных (характерны для и теплокровных, и холоднокровных) – сезонное явление. Примером являются перелёты птиц.
Адаптация растений к температуре. Большинство растений может существовать при температуре от 0 до 50ºС. Однако активная жизнедеятельность осуществляется при температурах от 10 до 40 ºС. В этом диапазоне температур может происходить фотосинтез. Вегетационный период растений – период со среднесуточными температурами выше +10ºС.
По способу адаптации к изменениям температуры растения делятся на 3 группы:
– фанерофиты (деревья, кустарники, лианы) – сбрасывают все зелёные части на холодный период, а их почки остаются зимой над поверхностью снега и защищаются покровными чешуйками;
– криптофиты (геофиты) – также теряют всю видимую растительную массу на холодный период, сохраняя почки в клубнях, луковицах или корневищах, скрытых в почве.
– терофиты – однолетние растения, отмирающие с наступлением холодного сезона, выживают лишь семена или споры.
б) влияние освещённости на организмы
Свет – это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Свет участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических веществ растительностью Земли. Поэтому влияние света в большей степени важно для растений. В фотосинтезе участвует часть спектра (от 380 до 760 нм) – область физиологически активной радиации.
По отношению к освещённости выделяются 3 группы растений:
– светолюбивые – для таких растений оптимумом является яркий солнечный свет – травянистые растения степей и лугов, древесные растения верхних ярусов.
– тенелюбивые – для этих растений оптимумом является слабая освещённость – растения нижних ярусов таёжных ельников, лесостепных дубрав, тропических лесов.
– теневыносливые – растения, имеющие широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при яркой освещённости, так и в тени.
Свет имеет большое сигнальное значение и является основой фотопериодизма.
Фотопериодизм – это реакция организма на сезонные изменения длины дня. От фотопериодизма зависит время зацветания и плодоношения у растений, начало периода спаривания у животных, время начала миграции у перелётных птиц. Фотопериодизм широко используется в с/х.
в) влияние условий увлажнения на организмы
Условия увлажнения зависят от двух факторов:– количество осадков; – испаряемость (количество влаги, которое может испариться при данной температуре)
По отношению к влаге все растения делятся на 4 группы:
– гидатофиты – водные растения целиком или большей частью погруженные в воду. Они могут быть прикреплены корнями к грунту (кувшинка), другие не прикреплены (ряска);
– гидрофиты – водные растения, прикреплённые к почве и погруженные в воду только нижними своими частями (рис, рогоз);
– гигрофиты – растения влажных местообитаний. Не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды (травянистые растения лесной зоны);
– мезофиты – растения, переносящие незначительную засуху (большинство древесных растений, злаковые растения степей);
– ксерофиты – растения сухих степей и пустынь, имеющие приспособления к недостатку влаги:
а) склерофиты – растения с большой корневой системой, способной всасывать влагу из почвы с большой глубины, и с мелкими листьями или листьями, преобразованными в колючки, что способствует снижению площади испарения (верблюжья колючка);
б ) суккуленты – растения, способные накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях (кактусы, молочаи).
– эфемеры – растения, проходящие свой жизненный цикл за очень короткий срок (период дождей или таяния снегов) и к периоду засухи образующие семена (маки, ирисы, тюльпаны).
Приспособления животных к засухе:
– поведенческие способы (миграция) – характерны для животных саванн в Африке, Индии, Южной Америке;
– образование защитных покровов (раковины улиток, роговые покровы рептилий);
– впадение в анабиоз (рыбы, земноводные в африканских и австралийских пересыхающих водоёмах);
– физиологические способы – образование метаболической воды (воды, образующейся в результате обмена веществ за счёт переработки жиров) – верблюды, черепахи, овцы.
г) влияние движения воздуха на организмы. Движение воздушных масс может быть в виде их вертикального перемещения – конвекции, или в виде ветра, т. е. горизонтального перемещения. Движение воздуха способствует расселению спор, пыльцы, семян, микроорганизмов. Анемохоры – приспособления для распространения ветром (парашутики одуванчика, крылья семян клёна и т.д.). Угнетающее действие ветер может оказывать на птиц и других летающих животных
д) влияние движения воды на организмы. Основные виды движения воды – волны и течения.В зависимости от скорости течения:
– в спокойных водах – у рыб сплюснутое с боков тело (лещ, плотва)
– в быстротекущих водах – тело рыб округлое в сечении (форель).
Вода – плотная среда, поэтому в целом все водные животные имеют обтекаемую форму тела: как рыбы, так и млекопитающие (тюлени, киты, дельфины), и даже моллюски (кальмары, осьминоги). Самая совершенная морфологическая адаптация к движению в воде – у дельфина, поэтому он может развивать в воде очень большие скорости и выполнять сложные маневры.
2) химические факторы среды
а) Химические факторы воздушной среды
Состав атмосферы:• азот –78,08%;• кислород – 20,95 %;• аргон, неон и другие инертные газы – 0,93 %;• углекислый газ – 0,03 %;• прочие газы 0,01.
Лимитирующим фактором является содержание углекислого газа и кислорода. В приземном слое атмосферы содержание углекислого газа находится в минимуме толерантности, а кислорода – в максимуме толерантности растений по этим факторам.
Адаптация к недостатку кислорода:
а) У почвенных животных и животных, живущих в глубоких норах.
б) У высокогорных животных: – повышение объёма крови,– увеличенное количество эритроцитов (кровяных клеток, переносящих кислород),– повышенное содержание гемоглобина в эритроцитах,– повышенное сродство гемоглобина к кислороду, т.е.1 молекула гемоглобина может переносить больше молекул кислорода, чем у равнинных животных.(ламы, альпаки, горные козлы, снежные барсы, яки, горные куропатки, фазаны).
в) У ныряющих и полуводных животных: – повышенный относительный объём лёгких,– больше объём и давление воздуха в лёгких при вдыхании,– приспособления, характерные для горных животных.(дельфины, киты, тюлени, каланы, морские змеи и черепахи, опуши).
г) у водных животных (гидробионтов) – это приспособления к использованию кислорода из водного раствора: – наличие жаберного аппарата, имеющего большую площадь поверхности,– густая сеть кровеносных сосудов в жабрах, обеспечивающих наиболее полное всасывание кислорода из раствора,– увеличенная поверхность тела, которая является у многих беспозвоночных важным каналом диффузионного поступления кислорода.Рыбы, моллюски, ракообразные).
б) Химические факторы водной среды
а) содержание СО2 (повышенное содержание углекислого газа в воде может привести к гибели рыб и др. водных животных; с другой стороны при растворении в воде СО2, образуется слабая угольная кислота , легко образующая карбонаты (соли угольной кислоты), являющиеся основой скелетов и раковин водных животных);
б) кислотность среды (инструментом поддержания кислотности являются карбонаты, водные организмы имеют очень узкий диапазон толерантности к этому показателю)
в) солёность воды – содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов, измеряется в промилле ‰ (грамм солей на литр воды). В океане 35 ‰. Максимальная солёность в Мёртвом море (270 ‰). Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские – в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.
3. Эдафические факторы – почвенные условия произрастания растений.
а) физические:– водный режим,– воздушный режим,– тепловой режим,– плотность,– структура.
б) химические:– реакция почвы,– элементарный химический состав почвы, – бменная способность.
Важнейшее свойство почвы – плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде и на этой основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных структур, а также биогенную продуктивность диких форм растительности.
Приспособление растений к засолению:
Солеустойчивые растения называют галофитами (солерос, полыни, солянки) – эти растения произрастают на солонцах и солончаках.
1. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека.
Здоровье – состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней. Здоровье индивидуальное, популяционное, которое характеризуется системой статистических демографических показателей, показателей заболеваемости. Здоровье зависит от состояния окружающей среды, в которой действуют природно-экологические, социально-экологические и другие факторы.
Все живые организмы адаптируются к условиям среды обитания. Человек как биологический вид в своем развитии прошел несколько этапов взаимодействия с окружающей средой.
По сложившимся представлениям современный человек произошел от африканской ветви прогрессивного древнего человека как подвида Homo sapiens. Установлено, что все человечество имеет единую генотипическую принадлежность, происходящую условно от генотипов одной женщины и одного мужчины, около 150 тыс. лет назад в Восточной Африке. Перед этим предки человека уже прошли эволюцию от прогрессивной формы высших обезьян 22-12 млн лет назад. (1,5-0,3 млн. лет назад – архантроп (прямоходящий)).
Изначально Homo sapiens жил в окружающей среде как все консументы экосистемы, был практически не защищен от действия лимитирующих экологических факторов. Он был подвержен факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, продолжительность жизни была небольшой, плотность популяции низкой. Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на 1 месте – патогенные (болезни) воздействия природного характера. Особое значение имели инфекционные болезни (природная очаговость).
Суть природной очаговости – возбудители болезней существуют в данных условиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь человек илинет. Грызуны, птицы, насекомые. К природно-очаговым болезням относят чуму, туляретию, клещевой энцефалит, малярию и др.
Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала ХХ века.
Около 10 млн. лет назад климат сменился, тропический лес сменился саванной. Отсюда переход предков к наземному образу жизни. Адаптация: прямохождение, формирование руки, использование орудий. Смена экотопа и характера питания потребовали увеличения кормовой базы, повышение энергозатрат для получения пиши. К пасьтьбе и собирательству добавились охота и рыбная ловля. Появились каменные орудия. Рост потребления животной пищи вызвал изменение пищеварения, обмена веществ, увеличение размера тела, усиление агрессивности. Способность убивать себе подобных. Использование огня, шкур, костей животных. Утрата волосяного покрова, совершенствование терморегуляции привело к росту потребности в воде – поселения у воды.
Освоение экотопов открытых пространств и увеличение кормовой базы изменило социальную организацию групп архантропов – возникновение семей. Быстрое развитие головного мозга, интеллекта, памяти, ассоциативного мышления, развитие членораздельной речи, что стимулировала еще большее развитие мозга. Речь и способность к созданию символов, рисунков стали базой культурного наследия.
Заключительные этапы антропогенеза и процесса расселения людей совпали со значительными колебаниями климата в северном полушарии. 100 и 40 тыс. лет назад древние люди расселились в умеренном поясе, около 50 тыс. лет назад в Австралии, 30 тыс. лет – Америке. Расселение человека сопровождалось возникновением расового и этнического полиморфизма, зарождение наций. Высокая генетическая адаптивность ранних людей дополнялись возможностями адаптивного поведения. Зачатки техногенеза (огонь, орудие, жилища, одежда) способствовали освоению природных зон и разных стереотипов использования природных ресурсов. Возникшие этносы стали эколого-географическими жизненными формами существования человека.
В отличие от животных они постоянно изменялись (критерий-оценка энергетических потребностей и затрат человека)
1. Экологическая ниша первобытного человека – потребность в пище (до 1/12 массы человека в сутки).
2. Ранние архантропы – ниша собирателей с малой долей животной пищи, совершали большую работу по добычи пищи – кормовая территория (п * 10 га/чел).
3. Начало добычи огня – начало техногенеза. Применение огня для выжигания лесов, изменение характера землепользования – неолетическая революция (первая сельскохозяйственная) кормовая территория (п * 10 га/чел).
Переход от присваивающего хозяйства к производящему. Человек стал производить пищу, преобразуя природные сообщества – отличие от животных.
Эпоха земледелия – эпоха мускульной энергетики. Время зарождения цивилизаций Центрами древних цивилизаций были: юг Месопотамии, ср. течение Меконга, юг Перу.
На ограниченных территориях освоения человек не мог добыть нужное количество пищи – кризис консументов. Поэтому распространение земледелия сопровождалось скотоводством и пастбищным хозяйством. Т.к. продукция скота по массе на порядок меньше его корма, то для получения животной пищи человек должен иметь биомассу скота равную биомассе людей, а площадь пастбищ – не меньше площади пашни.
Потребление человеком продукции агроценоза исключало естественное восстановление биомассы растений и плодородия почвы. Человек вынужден был взять на себя функцию воспроизводства, ежегодно обрабатывая поля. Это привело к деградации земель и смене земледельческих цивилизаций на Ближнем Востоке и Восточной Азии.
Увеличение численности населения – душевое энергопотребление. Обратная связь. Взаимное стимулирование роста населения и роста экономики. Контур обратной связи (рост численности жертвы вызывает рост численности хищника и обратно)
На протяжении нескольких тысячелетий сопряженный рост населения и экономики не таил угрозы саморазрушения. Но, начиная с эпохи Великих географических открытий, взаимная стимуляция стала нарастать. Заселение Америки, Австралии, рост продуктивности земледелия, разделение труда, развитие промышленности и городов.
Эпоха химической теплоэнергетики на невозобновимых ресурсах с появлением каменного угля.
В 1902 г. Анучин Д.Н. предложи термин антропосфера.
Адаптация человека к природным условиями образование рас – европеоидной, монголоидной, негроидной, близкой к ней австралоидной и малых рас (надэтносов). Адаптация в пропорции тела, в энергетике, во внешних признаках. В населении мира европеоидная 42,3 %, монголоидная – 36 %, негроидная – 7,4 %, австралоидная – 0,3 %.
На генетические адаптации накладываются физиологические адаптации-акклиматизации, (температура, давление, пища, нагрузка). В холодном климате происходит повышение обмена веществ, повышение калорийности пищи – повышение активности окислительных ферментов.
Приспособление к жаркому климату достигается изменением кровообращения, водно-солевого состава, уменьшением кровяного давления, работа почек.
Биологические потребности людей.
Энергия, кислород, вода, питательные вещества. Для человека массой 70 кг. суточные физиологические потребности:
Пища (жиры, белки, углеводы) кДж – не 1 кг массы тела – 145
Кислород – 7,2
Вода – 27 мл
Белки (20 % калорийности) мг – 1400
Аминокислот – 280 мг
Полиненасыщенные жирные кислоты – 50 мг
Фосфолипиды – 60
Витамины – 2
Минеральные вещества – 35
Тепловой комфорт: 18-25 гр., скорость 0,2 м/с, влажность – 40-60 %
Пространственный комфорт и потребность в деятельности
250 м2 селитебной территории, 750 м2 леса, 2800 м2 пашни, 3200 м2 пастбищ, всего 7000 м2. (ООН) максимальное число людей на Земле 158109. Это может произойти через 100 лет. Социально-психологические потребности, экономические и др.
