ЭКОЛОГИЯ доцент кафедры судебной экологии кандидат биологических наук Михайличенко Ксения Юрьевна +7(903)569-44-64 ksecofak@yandex.ru. - презентация

1 ЭКОЛОГИЯ доцент кафедры судебной экологии кандидат биологических наук Михайличенко Ксения Юрьевна +7(903)

2 История развития Экологии Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. Для того чтобы выжить, необходимо иметь определенные знания об окружающей среде: силах природы, растениях и животных. Предпосылки возникновения экологии: древнеиндийские сказания «Махабхарата» (VIII вв. до н. э.): сведения о повадках, образе жизни, изменениях численности жизни около 50 видов животных; рукописные книги Вавилонии: описания способов обработки земли, указывается время посева культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия;

3 История развития Экологии китайские хроники (IVII вв. до н. э.): описываются условия произрастания различных сортов культурных растений; труды ученых античного мира (Гераклита ( гг. до н.э.), Гиппократа ( гг. до н.э.), Аристотеля ( гг. до н.э.): сделаны дальнейшие обобщения экологических фактов. Первый этап развития экологии как науки - накопление фактического материала, первый опыт его систематизации. Теофраст Эрезийский ( гг. до н.э.): описал влияние почвы и климата на структуру растений на огромных пространствах Древнего Средиземноморья;

4 История развития Экологии В Средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь богословием. Связь строения организмов с условиями среды толковалась как воплощение воли Бога; Период позднего средневековья: труды Альберта Великого (немецкий философ, ученый, гг.) о растениях: описание условий их местообитания, роли «солнечного тепла», причин «зимнего сна» у растений, связи размножения и роста организмов с питанием;

5 История развития Экологии Крупные своды средневековых знаний о живой природе: многотомное «Зерккало природы» Венсенаде Бове (XIII в.), «Поучение Владимира Мономаха» (XI в.), «О поучениях и сходствах вещей» доминиканского монаха Иоанна Сиенского (начало XIV в.); Первые систематики: Андрэа Цезальпин (итальянский врач, естествоиспытатель, ), Джон Рей (английский натуралист, ), Жозеф Турнефор (французский ботаник, ): выявили зависимость растений от условий произрастания и возделывания, от мест их обитания, приводили сведения о поведении, повадках, образе жизни животных;

6 История развития Экологии Роберт Бойль (английский химик, ) первым осуществил экологический эксперимент и опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных; В XVII в. Франческо Реди (итальянский врач, натуралист) экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных;

7 История развития Экологии В XVII-XVIII вв. в работах, посвященных отдельным группам живых организмов, экологические сведения зачастую составляли значительную часть: труды Антуана Реомюра (французский естествоиспытатель, ) о жизни насекомых, Абраам Трамбле (швейцарский натуралист, ) о гидрах и мшанках, Антон ван Левенгук (нидерландский натуралист, ) изучение пищевых цепей и регуляции численности организмов; В XVIII в. С.П. Крашенинниковым, И.И. Лепехиным, П.С. Палласом и другими русскими географами и натуралистами указывалось на взаимосвязанные изменения климата, животного и растительного мира в различных частях страны;

8 История развития Экологии В 1763 М.В. Ломоносов в трактате «О слоях земных» писал о влиянии среды на организм. Изменения в неживой природе он рассматривал как непосредственную причину изменений растительного и животного мира; А.Г. Болотов (ученый-агроном, ) разработал приемы воздействия на молодые растения яблони, определил роль минеральных солей в жизни растений, создал одну из первых классификаций местообитаний; Во второй половине XVIII в. проблема внешних условий нашла отражение в работах Жорж-Луи Лекле́ркка Бюффона (французский естествоиспытателя ). Он считал основными причинами превращения одного вида в другой влияние таких внешних факторов, как «температура, климат, качество пищи и гнет одомашнивания»;

9 История развития Экологии Жан Батист Ламарк (французский естествоиспытатель, ) создал эволюционную концепцию развития природы. В «Философии зоологии» (1809) он дает эволюционное обоснование «лестницы существ». Он считал влияние «внешних обстоятельств» одной из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений. Второй этап развития экологии как науки связан с крупномасштабными ботанико- географическими исследованиями в природе.

10 История развития Экологии Основоположник экологии растений Александр Гумбольдт (немецкий учёный-энциклопедист, географ, ботаник, зоолог, ). В работе «Идеи о географии растений» (1807) показал значение климатических условий, особенно температурного фактора, для распределения растений; Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных: книги немецкого зоолога Константина Глогера (1833) об изменениях птиц под влиянием климата, датчанина Теодора Фабера (1826) об особенностях северных птиц, немецкого биолога Карла Бергмана (1848) о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных;

11 История развития Экологии В 1832 г. французский ботаник Огюстен Декандоль обосновал необходимость выделения особой научной дисциплины, изучающей влияние на растения внешних условий и воздействие растений на окружающую среду; Русский ученый Э.А. Эверсман рассматривал организмы в тесном единстве с окружающей средой. В работе «Естественная история Оренбургского края» (1840) он четко делит факторы среды на абиотические и биотические, приводит примеры борьбы и конкуренции между организмами, между особями одного и разных видов;

12 История развития Экологии Экологическое направление в зоологии лучше других было сформулировано русским ученым Карлом Рулье ( ). Он считал необходимостью развитие особого направления в зоологии, посвященного всестороннему изучению и объяснению жизни животных, их сложных взаимоотношений с окружающим миром; Н.А. Северцов (русский зоолог, ) в книге «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гадов Воронежской губернии» впервые в России изложил глубокие экологические исследования животного мира отдельного региона. Таким образом, ученые начала XIX в. анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и конкуренции.

13 История развития Экологии Дальнейшее развитие экологии произошло на базе эволюционного учения Чарльза Дарвина (английский натуралист, ). В книге «Происхождение видов» (1859) показал, что «борьба за существование» в природе приводит к естественному отбору, т.е. является движущим фактором эволюции. Выделил науку о взаимоотношениях живых существ и связи их с неорганическими компонентами в самостоятельную область исследований. Является одним из пионеров экологии. Третий этап в истории экологии. Характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение экологии от других наук.

14 История развития Экологии Во второй половине XIX в. содержанием экологии являлось главным образом изучение образа жизни животных и растений, их адаптивности к климатическим условиям: температуре, световому режиму, влажности; Термин «экология» для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем ( ). Он дал следующее определение этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом». Относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе;

15 История развития Экологии В 1895 г. датский ботаник Эугениус Варминг в книге «Ойкологическая география растений» привел основы экологии растений, сформулировал ее задачи. Создал стройную систему фито экологических взглядов. Считается отцом экологии; В 1896 г. русский ботаник А.Н. Бекетов в книге «География растений» впервые сформулировал понятие биологического комплекса как суммы внешних условий, установил связь особенностей анатомического и морфологического строения растений с их географическим распространением, указал назначение физиологических исследований в экологии. Детально разработал вопросы межвидового и внутривидового взаимоотношений организмов;

16 История развития Экологии В конце 70-х гг. XIX в. параллельно с данными исследованиями возникло новое направление. Немецкий гидробиолог Карл Мебиус в 1877 г. на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Установил, что биоценозы, или природные сообщества, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Утверждал, что всякое изменение в каком-либо из факторов биоценоза вызывает изменения в других факторах последнего;

17 История развития Экологии К этому же периоду относится деятельность знаменитого русского ученого В.В. Докучаева ( ). Его учение о природных зонах имело исключительное значение для развития экологии. Его работы легли в основу геоботанических исследований, положили начало учению о ландшафтах, дали толчок широким исследованиям взаимоотношений растительности и почвы. Идеи Докучаева получила дальнейшее развитие в книге русского лесовода, ботаника, почвоведа и географа Г.Ф. Морозова «Учение о лесе», в учении русского геоботаника, лесовода, географа В.Н. Сукачева о биогеоценозах;

18 История развития Экологии В начале XX в. оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки; В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на экологию особей и экологию сообществ. По предложению швейцарского ботаника Карла Шретера экология особей была названа аутэкологией (от греч. autos - сам и «экология»), а экология сообществ - синэкологией (от греческой приставки syn-, обозначающей «вместе»). Такое деление вскоре было принято и в зооэкологии;

19 История развития Экологии Появились первые экологические сводки: руководство к изучению экологии животных американского зоолога, эколога Чарльза Эдамса (1913), книга американского зоолога, эколога Виктора Шелфорда о сообществах наземных животных (1913), Труды русского зоолога С.А. Зернова по гидробиологии (1913) и др.; В 1910 г. на XII съезде русских естествоиспытателей ботаник, основоположник российского природоохранного движения И.П. Бородин, выступая с докладом «Об охране участков растительности…», призывал своих коллег охранять природу и выполнять тем самым «наш нравственный долг», сравнивая это дело с охраной исторических памятников.

20 История развития Экологии На четвертом этапе развития истории экологии после разносторонних исследований к 30-м гг. XX в. определились основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углублялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов. В 1926 г. В.И. Вернадский подробно разработал проблему взаимодействия живых организмов с неживой природой, подготовив условия для понятия единого целого биологических организмов с физической средой их обитания;

21 История развития Экологии Большой вклад в фитоценологические исследования внесли: в России: геоботаник, географ В.Н. Сукачев, ботаник Б.А. Келлер, геоботаник В.В. Алехин, геоботаник, эколог растений и географ А.Г. Раменский, ботаник А.П. Шенников, за рубежом: ботаник, эколог растений и миколог Фредерик Клементс (США), ботаник Христен Раункиер (Дания), геоботаник Эйгар Дю Рие (Швеция), геоботаник Жозиас Браун-Бланк (Швейцария);

22 История развития Экологии Были созданы разнообразные системы классификации растительности на основе эколого- морфологических, динамических и других особенностей сообществ, разработаны представления об экологических индикаторах, изучены структура, продуктивность, динамические связи фитоценозов; В начале 40-х гг. XX в. в экологии возникает новый подход к исследованиям природных экосистем. Советский микробиолог, эволюционист, один из основоположников экологии Георгий Гаузе (1934) указал на важность трофических связей как основного пути для потоков энергии через природные сообщества, что явилось весомым вкладом в появление концепции экосистемы;

23 История развития Экологии В 1935 г. английский ученый Артур Тенсли ввел в экологию термин «экологическая система». Основное его достижение заключается в успешной попытке интегрировать биоценоз с биотопом на уровне новой функциональной единицы экосистемы; В 1942 г. В.Н. Сукачев ( ) обосновал представление о биогеоценозе. Здесь нашла отражение идея единства совокупности организмов с абиотическим окружением, закономерностях, лежащих в основе всего сообщества и окружающей неорганической среды круговороте вещества и превращениях энергии.

24 История развития Экологии В гг. XX в. вопросам экологии посвящены работы видных отечественных и зарубежных исследователей: Р. Риклефс (Основы общей экологии, 1979), Ю. Одум (Основы экологии, 1975; Экология, 1986), Г.А. Новиков (Основы общей экологии и охраны природы, 1979), Ф. Рамад (Основы прикладной экологии, 1981), В. Тишлер (Сельскохозяйственная экология, 1971), С.Г. Спурр, Б.В. Барнес (Лесная экология, 1984), В.А. Радкевич (Экология, 1983,1997), Ю.А. Израэль (Экология и контроль природной среды, 1984), Дж. М. Андерсон (Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек, 1985), Н.Ф. Реймерс (Природопользование, 1990; Экология, 1994), Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (Основы экоразвития, 1994; Экология, 1998) и др.

25 История развития Экологии В конце XX в. происходит «экологизация» науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и воздействует на нее отрицательно, изменяя условия жизни людей, угрожает существованию человечества.

26 Экология - наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. (1866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель, книга «Общая морфология организмов») Образовано от греческого слова «ойкос» - дом, жилище и «логос» - наука, знание. - междисциплинарная область научного знания, находящаяся на стыке гуманитарных и естественнонаучных дисциплин.

27 Экология До 30-х годов ХХ столетия экологии, как общепризнанной науки, не существовало. Экология была представлена всевозможными частными экологическими дисциплинами. Эти дисциплины формировались в рамках соответствующих таксономических разделов биологии: ботаники, зоологии, микологии и др., как подразделения этих наук.

28 Подразделения экологии В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин: Экологию по размерам объектов изучения делят на: аутэкологию (особи, организм и его среда); демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда); синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда); геоэкологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды); глобальную экологию (мегаэкология, учение о биосфере Земли).

29 Подразделения экологии По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на: экологию микроорганизмов (прокариот), экологию грибов, экологию растений, экологию животных, экологию человека, сельскохозяйственную экологию, промышленную экологию, общую экологию.

30

31 Цель и задачи экологии Целью экологических исследований является сохранение среды обитания человека. Основные задачи экологии: систематизация огромного массива всего теоретического и фактического материала на единой научной основе, сведение его в единую систему, отражающую все стороны реальных взаимоотношений природы и человеческого общества; научное прогнозирование природных изменений, вызванных антропогенным воздействием на природную среду;

32 Задачи экологии научное обеспечение восстановления нарушенных природных систем и сохранения эталонных участков биосферы; разработка принципов рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу. Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи.

33 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород.

34 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из неё вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами (переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние). В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

35 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Самовоспроизведение (репродукция). В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т.е. образования новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Следовательно, самовоспроизведение – одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности. Наследственность. Заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, т.е. постоянством, строения молекул ДНК.

36 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Рост и развитие. Способность к развитию – всеобщее свойство материи. Развитие – закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием (онтогенезом) и историческим развитием (филогинезом).

37 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. Филогенез, или эволюция, – это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни.

38 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Изменчивость. Способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.

39 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Раздражимость. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия. Всякое изменение окружающих организм условий среды представляет собой по отношению к нему раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости. Реакция многоклеточных животных на раздражение называется рефлексом.

40 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Дискретность. Жизнь на земле проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, т.е. обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно функциональное единство.

41 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Саморегуляция. Способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Сигналом для включения той или иной регулирующей системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.

42 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Ритмичность. Свойство присущее как живой, так и неживой природе. Обусловлено оно вращением Земли вокруг Солнца, сменой времен года, фазами Луны и т.д. Для неживой природы характерны изменение освещенности и температуры в течении года и суток, приливы и отливы в морях и океанах, перемещение воздушных масс – ветры и т. д. У живых организмов ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, т.е. на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.

43 Критерии живых систем, их связь с окружающей средой: Энергозависимость. Живые организмы - «открытые» для поступления энергии системы. Живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступает энергия и материя в виде пищи из окружающей среды. Живые организмы (в отличие от объектов неживой природы) отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерживают пространственное единство системы.

44 Уровни организации жизни 1. Генный (молекулярный) уровень. Его системы представляют собой активные крупные молекулы – липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, в которых идут процессы обмена веществ, связанные с фото- и хемосинтезом, формируются ДНК и РНК, отвечающие за наследственность. Предметом изучения на этом уровне являются законы передачи наследственности. Наука - генетика. Сами по себе (вне органа, организма) эти молекулы функционировать не могут.

45 Уровни организации жизни 2. Клеточный уровень. Молекулы объединяются в клетки, и только тогда в них формируются вещества, необходимые для жизнедеятельности органов и организмов. Предметом изучения на клеточном уровне служат законы превращения вещества и энергии внутри клеток. Наука – цитология. 3. Тканевый уровень. Однородные, одинакового происхождения клетки, взаимодействуя между собой, образуют ткани. Наука – гистология.

46 Уровни организации жизни 4. Органный уровень. Органы образуются в результате взаимодействия нескольких типов тканей. На этом уровне изучаются системы разных органов: побеговые и генеративные – у растений, системы органов дыхания, пищеварения, размножения – у животных. Науки – биоморфология и анатомия. 5. Организменный уровень. Первый, самый низший уровень из изучаемых общей экологией. В организме взаимодействие систем органов сводится в единую систему. На этом уровне изучаются жизненные циклы отдельных особей, законы образования фенотипов и генотипов. Науки – физиология, анатомия, зоология и др.

47 Уровни организации жизни 6. Популяционно-видовой уровень. Промежуточный между «организменным» и «надорганизменным» уровнями. Любой вид растений, животных приспосабливается к внешней среде, не как сумма отдельных особей-организмов, а как единое функциональное целое – популяция. В популяции свои законы (внутривидовые конкуренция и др.), свои иерархические взаимоотношения, своя структура. На данном уровне изучаются законы сохранения популяцией и ее видом генотипических признаков. Науки – систематика, биология и экология растений и животных.

48 Уровни организации жизни 7. Экосистемный (биогеоценотический) уровень. Изучаются надорганизменные системы: взаимоотношения популяций, организмов внутри экосистемы, т.е. на конкретном участке с однородными условиями среды. Изучение первичной продуктивности, круговорота веществ (углерода, кислорода, фосфора, воды и пр.) в пределах биогеоценоза. Науки – фитоценология, биогеоценология, общая экология.

49 Уровни организации жизни 8. Биосферный уровень. Самый высокий. Рассматриваются взаимоотношения между собой макроэкосистем, биогеоценозов (лес-степь, лес-болото, лес-тундра и др.), изучаются законы круговорота веществ и энергии в глобальном аспекте. Наука – общая экология. Взаимодействие живого вещества (материи) с другим веществом (или энергией) на каждом уровне организации обусловливает формирование и существование определенных упорядоченных систем. Все эти системы взаимозависимы одна от другой.

50 Экологические факторы - свойства или часть среды обитания, воздействующие на организм. Среда обитания – часть среды, которая окружает организм и контактирует с ним. По характеру воздействия Прямо действующие непосредственно влияющие на организм (свет, тепло, плодородие почв, влага ). Косвенно действующие влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, высота над уровнем моря)

51 По происхождению 1) Абиотические факторы (факторы неживой природы): Климатические: свет, температура, влажность, давление воздуха; Эдафические: механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы; Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна склона; Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация химических веществ в средах, кислотность; Физические: электрические м магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность.

52 Климатические факторы 1. Свет в жизни организмов. Все лучи, оказывающие влияние на растительные организмы, особенно на фотосинтез, называются физиологически активной радиацией (ФАР). Самое большое значение для живых организмов и функционирования всей биосферы имеет видимая часть спектра. Только на свету идет процесс фотосинтеза растений, обеспечивающий планету главным биологическим ресурсом – органическим веществом. Фотосинтез – главное условие возникновения и развития жизни на Земле.

53 Экологические группы растений по отношению к свету Гелиофиты (светолюбивые): виды открытых мест (береза белая, кустистые лишайники, клевер ползучий, подсолнечник и др.). У гелиофитов высоки траты на дыхание. Характерные признаки: листья плотные, кожистые, укороченные побеги, опушение – все это защищает лист от перегрева и интенсивного испарения. Факультативные гелиофиты (теневыносливые): легко переносят небольшое затенение. Эффективно используют боковое освещение (рассеянное), для листьев характерно мозаичное расположение. Это большинство лесных растений (клены, липы, лианы, многие травы, кустарнички). Сциофиты (теневые): не выносят сильного освещения, растут под пологом леса при сильном затенении (лесные травы, папоротники, мхи, кислица, хвощи, подрост хвойных).

54 Свет для животных Свет для животных имеет в первую очередь информационное значение. Необходим им для ориентации в пространстве. Фототаксис – у животных и одноклеточных организмов – перемещение в сторону наибольшей (положительный) или наименьшей (отрицательный) освещенности для достижения наиболее подходящего местообитания. Ультрафиолетовые лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, способствуют синтезу биологически активных веществ, витаминов, антибиотиков и тем самым повышают устойчивость к болезням.

55 Фотопериодизм реакция организмов на суточный ритм освещённости, т.е. на соотношение светлого и тёмного периодов суток. Сущность фотопериодизма заключается в ритмичных изменениях морфологических, биохимических и физиологических свойств и функций организмов под влиянием чередования и длительности светлого и тёмного периодов суток. Продолжительность освещения представляет собой некий пусковой механизм, определяющий последовательность физиологических процессов, приводящих к росту и цветению многих растений, линьке и накоплению жира, миграции и размножению птиц и млекопитающих.

56 Климатические факторы 2. Температура в жизни организмов. Главный источник тепла - солнечное излучение. Тепло наиболее важный фактор, определяющий существование, развитие и распространение организмов. Важно не только количество тепла, но и распределение его в течение суток, вегетационного сезона, года. Температурный диапазон в котором может протекать жизнь составляет всего 300°, от -200°С до +100°С. Для большинства организмов и физиологических процессов диапазон составляет от 39° в море (-3,3 – +35,6°С) до 125° на суше (-70 – +55°С). Нормальное строение и работа белка осуществляются при 0 – +50°С.

57 Климатические факторы Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания физико- химических реакций в клетках, что отражается на росте, развитии, размножении, поведении и во многом определяет географическое распространение растений и животных. По отношению к температуре все организмы делятся на криофилы (холодолюбивые) и термофилы (теплолюбивые).

58 Климатические факторы Криофилы обитают в условиях устойчиво низких температур. Это обитатели полярных вод (иглокожие, рыбы, моллюски), холодных рек и ручьёв (форель, планарии), а также наземные животные полярных широт и высокогорий. Термофилы приспособились к условиям высоких температур, обитают преимущественно в тропических районах Земли. Среди них преобладают беспозвоночные (моллюски, членистоногие, черви и др.).

59 Адаптации растений к тепловому режиму Оптимальные температурные условия – условия, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов температурный оптимум находится в пределах 20-25°С, несколько сдвигаясь в ту или другую стороны: в сухих тропиках он выше (25-28°С), в умеренных и холодных зонах ниже (10-20°С).

60 Адаптации растений к тепловому режиму К вредному воздействию неблагоприятных температур растения приспосабливаются с помощью анатомо-морфологических и физиологических механизмов. Анатомо-морфологические адаптации растений к холоду: минимизация размеров при сохранении больших размеров репродуктивных органов (ива полярная, березка арктическая); формирование укороченных побегов (лиственницы, ивы); неопадание отмерших листьев в кронах (дуб монгольский, ива чукотская); опушение побегов и листьев (береза шерстистая, лиственница курильская), погружение в субстрат нижней части растений.

61 Адаптации растений к тепловому режиму Физиологические (биохимические) адаптации к холоду: снижение интенсивности физиологических процессов (снижение интенсивности транспирации, уменьшающее теплоотдачу); уменьшение количества несвязанной воды путем связывания ее сахарами и гидрофильными коллоидами (солями натрия, калия).

62 Адаптации растений к тепловому режиму Анатомо-морфологические адаптации растений к жаре направлены на ослабление нагревания тканей надземных частей. Это развитие многослойной эпидермы (агава), густое опущение, придающее листьям светлую окраску и усиливающее их способность к отражению (лобелия); блестящая поверхность; уменьшение поверхности (джузгун); изменение положения по отношению к источнику тепла; свертывание листовых пластинок у злаков; общая редукция листовой поверхности (саксаул, кактусы).

63 Адаптации растений к тепловому режиму Физиологические (биохимические) адаптации к жаре: усиленная транспирация; высокое содержание защитных веществ; сдвиг температурного оптимума активности важнейших ферментов; переход в состояние анабиоза; занятие микрониш, защищенных от инсоляции и перегрева; сдвиг вегетации на сезон с более благоприятными тепловыми условиями.

64 Типы теплообмена животных Характерны два типа теплообмена: пойкилотермность (poikilos – разнообразный), гомойтермность (homois – одинаковый). Пойкилотермные животные: все беспозвоночные, рыбы, рептилии и амфибии. Они лишены способности поддерживать постоянную температуру тела. Для пойкилотермных организмов типична низкая интенсивность обмена веществ и почти полное отсутствие механизмов теплорегуляции. В тропических странах они встречаются чаще, чем в других.

65 Типы теплообмена животных Гомойтермные – животные с высоким уровнем обменных процессов – птицы и млекопитающие. Обеспечивается поддержание постоянной температуры тела даже при значительных колебаниях температуры внешней среды. Тепло выделяется при биохимических реакциях внутри организма. Чем ниже температура среды, тем больше потери тепла и тем интенсивнее идут обменные процессы для поддержания постоянной температуры тела. Аналогичная закономерность при повышении температуры. Но эта закономерность прослеживается лишь до определенного предела. При длительном перегреве или переохлаждении он погибает.

66 Типы теплообмена животных Промежуточное положение между пойкилотермными и гомойтермными организмами занимают гетеротермные животные (суслики, ежи, летучие мыши, медведи). В активном состоянии у этих животных поддерживается постоянная относительно высокая температура тела. В зимнее время они впадают в спячку, и температура тела мало отличается от внешней. Уровень обмена веществ снижается.

67

68 2) Биотические факторы (взаимодействие организмов) фитогенные – прямое и косвенное воздействие растений-сообитателей; зоогенные – прямое и косвенное влияние животных (поедание, вытаптывание, деятельность землероев, опыление, распространение плодов и семян); прокариотогенные – влияние бактерий и сине- зелёных водорослей (отрицательное воздействие фитопатогенных бактерий, положительное воздействие свободноживущих и симбиотически связанных азотфиксирующих бактерий); микогенные – отрицательное воздействие паразитических грибов; положительное воздействие грибов при образовании микоризы.

69 Взаимодействия между различными организмами, населяющими определенную среду, называют коакции. Коакции подразделяют на два типа: Гомотопические реакции, или взаимодействия между особями одного и того же вида. Реакции этого типа весьма разнообразны. Основная из них внутривидовая конкуренция. Гетеротипические реакции взаимоотношения между особями разных видов. Влияние, которое оказывают друг на друга два вида, живущих вместе, может быть нейтральным, благоприятным или неблагоприятным.

70

71 Формы взаимодействия особей разных видов: НЕЙТРАЛИЗМ Нейтрализм: оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга. Особи не связаны друг с другом непосредственно, и сожительство их на одной территории не влечет для них как положительных, так и отрицательных последствий (лоси и белки, обитающие в одном лесу, не контактируют друг с другом).

72 АНТИБИОЗ Конкуренция: каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие. Виды конкурируют в поисках пищи, укрытий, мест кладки яиц и т. п. Конкурентные взаимоотношения, как правило, возникают между видами со сходными экологическими требованиями. При совместном обитании каждый из них находится в невыгодном положении, т.к. присутствие другого вида уменьшает возможности в овладении пищевыми ресурсами, убежищами и другими средствами к существованию, имеющимися в местообитании. Хищничество: поедание одного организма (жертвы) другим свободно живущим организмом (хищником).

73 Паразитизм. Паразит хотя бы на одной стадии своего развития связан с поверхностью (эктопаразит) или с внутренними органами (эндопаразит) другого организма, являющегося хозяином. Подразделяют на две категории: микропаразиты и макропаразиты. Микропаразиты: размножаются внутри тела хозяина (вирусы, бактерии, простейшие). Макропаразиты: растут в теле хозяина, но, размножаясь, образуют особые формы, и покидают одного хозяина, чтобы заселить другого (круглые и ленточные черви, вши, блохи, клещи, грибы). Аменсализм: взаимодействие двух видов, при котором один вид неблагоприятно влияет на второй, тогда как второй не оказывает влияния на первый (сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, деревья затеняют растущие под ним травянистые растения).

74 СИМБИОЗ Мутуализм: симбиотические взаимоотношения, когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу, взаимодействие обязательно (симбиоз муравьев с тлями: муравьи защищают тлей от врагов, а сами питаются их выделениями). Протокооперация – взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не обязательно (взаимоотношения птиц и носорога: птицы кормятся насекомыми-паразитами на коже носорога, а их взлет служит ему сигналом опасности). Коменсализм: взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому. Выделяют нахлебничество, сотрапезничество, квартирантство.

75 Нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина (взаимоотношения акул с рыбами- прилипалами, львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи). Сотрапезничество – потребление разными видами организмов разных веществ или частей их одного и того же ресурса (взаимоотношения между почвенными бактериями, перерабатываю- щими органические вещества из перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли). Квартирантство – использование одними видами других (их тел или их жилищ) в качестве убежища или жилища (пресноводная рыба горчак откладывает икру в полость двухстворчатых моллюсков, икринки защищены и снабжены чистой водой).

76 Взаимодействия в экосистемах 1) в ходе эволюции и развития экосистем существует тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, увеличивающих выживание взаимодействующих видов; 2) в недавно сформировавшихся или новых экосистемах вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в давно существующих экосистемах.

77 3) Антропогенные факторы (связанны с деятельностью человека): Физические (ионизирующие излучения, шум, вибрация, электромагнитные поля), Химические (минеральные удобрения и ядохимикатов, отходы промышленности, транспорта), Биологические (организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), Социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе)

78 О Основные законы аутэкологии

79 Климатические факторы

80 Закон Ю. Либиха, или «закон минимума», или закон лимитирующего фактора организмы Немецкий химик Юстус Либих установил (1846), что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества, который представлен в почве наиболее слабо. Именно от минимально представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма.

81 Закон толерантности (Виктор Шелфорд,1913) «Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору». Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как тепло, свет, вода. Организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазоны между этими двумя величинами принято называть пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Любой фактор, находящийся в избытке или недостатке, ограничивает рост и развитие организмов и популяций.

82 Климатические факторы Чем шире количественные пределы условий среды обитания, при которых тот или иной организм, вид и экосистема могут существовать, тем выше степень их толерантности. Свойство видов адаптироваться к условиям среды называется экологической пластичностью, а по амплитуде переносимых популяциями естественных колебаний фактора судят об экологической валентности вида. Стенобионтные виды – виды с узкой экологической пластичностью, т.е. способные существовать в условиях небольшого отклонения от своего оптимума. Эврибионтные виды – виды способные существовать при значительных колебаниях факторов. Границы, за которыми существование невозможно, называются нижним и верхним пределами выносливости, или экологической валентности. Один и тот же вид может иметь широкую амплитуду по одному фактору и узкую по другому.

83 Климатические факторы Ель обыкновенная – эвритермный вид Тропические орхидеи – стенотермные виды

84 Общие закономерности совместного действия факторов на организмы

85 Закон оптимума Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект пессимумом (условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетается, но еще не приводит к гибели). Весь интервал значений факторов, от минимального до максимального, при которых еще возможен рост, называют диапазоном выносливости (толерантности). Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная, пригодные для жизни значения фактора, - это пределы выносливости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним организм испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о зонах угнетения (пессимумов) в рамках диапазона устойчивости. По достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.

86 Общие закономерности совместного действия факторов на организмы

87 Закон компенсации факторов (Эдуард Рюбель,1930) отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован другим близким (аналогичным) фактором (если улетающие осенью на юг птицы получат в достатке корм, то они могут зимовать и там, где обычно они зимой отсутствуют).

88 Общие закономерности совместного действия факторов на организмы

89 Закон совокупного действия факторов (Э.А. Митчерлих, 1909) Сумма эффектов от каждого фактора в отдельности всегда меньше эффекта от совместного действия факторов. Успех вида в окружающей среде зависит от взаимодействия факторов (повышенная температура способствует ускорению испарения влаги, животные труднее переносят высокие температуры при большой влажности). Может рассматриваться в качестве поправки к Закону минимума Ю. Либиха.