Трофические связи, биологический круговорот веществ

Тема 1. Основные понятия экологии

1. Вопросы для семинара

1. Экологические факторы и их действие на природную среду.

Ответ: Экологический фактор - любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития. Экологические факторы многообразны, при этом каждый фактор является совокупностью соответствующего условия среды (необходимых для жизнедеятельности организма элементов среды обитания) и его ресурса (их запаса в среде). Существует множество подходов к классификации экологических факторов. Так, например, можно выделить: по периодичности - периодический и непериодический факторы; по среде возникновения - атмосферный, водный, генетический, популяционный и др.; по происхождению - абиотический, космический, антропогенный и др.; факторы, зависящие и не зависящие от численности и плотности организмов и др. Все это многообразие экологических факторов подразделяется на две большие группы: абиотические и биотические (Рис.1). Абиотические факторы (неживой природы) - это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. Биотические факторы (живой природы) - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. экологический фактор абиотический биотический

 

2. Адаптации организмов к действию экологических факторов.

Ответ: У различных организмов требования к условиям окружающей среды различны: одни организмы способны выживать в широких пределах колебаний конкретного фактора, другие - при более узких.

Толерантность к факторам среды определяет область географического распространения особей данного вида, т.е. ареал вида. Изменения, колебания факторов среды влияют на численность вида, которая почти никогда не остается постоянной и меняется в более или менее широких пределах.

Формы и особенности адаптаций

Изменения экологических факторов зависят от астрономических, климатических, геологических процессов. Животные и растения приспосабливаются к множеству факторов, и это закрепляется в процессе эволюции и естественного отбора на генетическом уровне.

Такие особенности живых организмов, которые вырабатывались и закреплялись в процессе эволюции и которые обеспечивают жизнеспособность организмов в условиях изменяющихся экологических факторов, называются адаптациями.

Формы адаптации

Морфологические адаптации.

Примеры:

Приспособления плаванию у китов и дельфинов - изменялось строение тела.

В растительном мире: растения пустынь приспособились к условиям сухого климата.

Физиологические адаптации

В условиях пустынь животные способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров (верблюд).

Зеленые растения - фотосинтез в условиях определенного газового состава воздуха (СО₂).

 

3. Биотические взаимоотношения организмов (симбиоз, хищничество, паразитизм, комменсализм, конкуренция).

Ответ: Живые организмы существуют в природе не по отдельности, а в совокупности составляют сообщества. Всё живое, окружающее организм в среде обитания, составляет его биотическую среду или биоту. Влияния одних организмов на жизнедеятельность других называются биотическими факторами среды.

Биотические взаимоотношения организмов могут совершаться при их непосредственном физическом взаимодействии (контактные), через изменение какого-либо фактора неживой природы (трансабиотические) – например, затенение крупным древесным растением мелких травянистых растений под его кроной, через изменение уровня воздействия на рассматриваемый объект какого-либо другого организма (трансбиотические) – например, привлечение растением насекомых-опылителей облегчает их поимку насекомым-хищникам, птицам…

Каким образом растения и животные могут влиять друг на друга, обитая в одном сообществе? Рассмотрим матрицу биотических взаимоотношений, представленную в виде таблицы. Один вид может приносить пользу или вред другому, а также не оказывать влияния на другой вид при совместном существовании, другой влияет в тех же возможных направлениях (табл. 1). Суммируя итоговый эффект взаимодействия, получаем ряд ситуаций.

Таблица 1

Матрица биотических взаимодействий (пояснения в тексте)

Вид А
Биотическое воздействие на вид В
Вид В	Биотическое воздействие на вид А		(+) Положительное	(0) Нейтральное	(-) Отрицательное
+	++	+0	+-
	0+		0-
-	-+	-0	--

 

+ Симбиоз. Выделяют две формы симбиоза:

Протокооперация. Взаимодействие друг с другом полезно для обоих видов, но не является обязательным. Например, муравьи и тли. Муравьи защищают тлей, взамен получая их сладкие выделения.

Мутуализм. Взаимополезное сожительство, когда присутствие партнёра становится обязательным существованием каждого из них. Например, термиты и обитающие у них в кишечнике простейшие. С помощью этих простейших термиты расщепляют целлюлозу.

В дальнейших типах взаимодействий обратите внимание на то, что одни и те же ситуации в матрице взаимодействий могут быть обозначены как «+ -» или «- +», поскольку в данном случае одна и та же ситуация рассматривается «с точки зрения» кого-то из взаимодействующих организмов.

Комменсализм. Взаимоотношения видов, когда один из партнёров получает пользу, не нанося при этом ущерб другому. Например, акулы и рыбы-прилипалы. Рыбы-прилипалы могут перемещаться на большие расстояния, не затрачивая при этом много энергии и не нанося акуле вреда.

+- Паразитизм. Это взаимодействие организмов, при котором один из них живёт за счёт другого, находясь на поверхности или внутри его тела. Паразит использует в пищу тело своего хозяина постепенно, нанося ему вред, но сохраняя ему жизнь до окончания своего жизненного цикла. Например, бычий цепень, печеночный сосальщик.

+- Хищничество. Такой тип взаимоотношений, при котором представители одного вида поедают (уничтожают) представителей другого, т.е. организмы одного вида служат пищей для другого. Например, рысь и заяц, хищники микромира – крупные инфузории и их жертвы амебы.

Нейтрализм. Взаимонезависимость разных видов, обитающих на одной территории. Истинный нейтрализм в природе крайне редок. Например, белки и лоси, которые являются участниками одной экосистемы, но практически не взаимодействуют. Однако опосредованные, сложные косвенные взаимосвязи между этими организмами могут быть обнаружены.

Аменсализм. Это тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде обитания один вид подавляет существование другого вида, а сам не испытывает при этом отрицательного влияния. Например, светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, тогда как самому дереву это подавление трав не приносит существенных преимуществ.

 

4. Экосистема (компоненты, трофические связи, круговорот вещества).

Ответ: Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч.— жилище, местопребывание — система) — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов, среды их обитания, системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.

Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав и физические параметры, а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов.

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

2. неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

3. органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;

4. продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;

5. макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

Трофические связи, биологический круговорот веществ.

Трофические связи подразумевают под собой пищевые цепи, возникающие в случаях питания одного вида другим: либо живыми особями, либо продуктами их жизнедеятельности или их мертвыми останками. Любое влияние одного вида на доступность еды другого или на его поедаемость биологи расценивают в качестве косвенной трофической связи между ними. Например, гусеницы мотылей поедают хвойные деревья и, ослабляя их резистентность, облегчают доступ к древесине жукам-короедам.

Создания любого вида – потенциальная еда для другого. И человек не является исключением. Для Homo Sapiens потенциальная еда – все сущее на земле, за исключением разве что неорганики. Да и само человеческое тело – источник мяса для хищников и среда для размножения вирусов, бактерий, грибков, личинок и прочих организмов, особенно после биологической смерти. Тогда человеческое тело напрямую переходит в разряд питательного субстрата.

 

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ.

поступление веществ из почвы и атмосферы в живые организмы с соответствующим изменением их химической формы, возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности организмов и с посмертными остатками и повторное поступление в живые организмы после процессов деструкции и минерализации с помощью микроорганизмов. Такое понимание Б.к.в. (по Н.П. Ремезову, Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич) соответствует биогеоценотическому уровню. Точнее говорить о биологическом круговороте химических элементов, а не веществ, поскольку на разных стадиях круговорота вещества могут химически видоизменяться. По данным В.А. Ковды (1973), ежегодная величина Б.к. зольных элементов в системе почва-растение значительно превышает величину годового геохимического стока этих элементов в реки и моря и измеряется колоссальной цифрой.

 

 

5. Биосфера, ее состав. Роль живых организмов на планете Земля.  

Ответ: Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

 

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы.

 

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

 

Структура Биосферы:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

 

 

2. Заполнить таблицы 1, 2.

Таблица 1