Тема 2: Среда и условия существования организмов

1. Среда и условия существования организмов.

2. Классификация факторов.

3. Экологическая пластичность видов.

4. Совместное действие экологических факторов.

5. Основные законы экологии

6. Принципы экологической классификации организмов.

7. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к ним организмов: а)- свет;

б) – температура; в)- влажность.

1. Среда – это все живое и неживое, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, пост, выживаемость. размножение и т.д. Среда каждого организма слагается из множества неорганических и органических элементов.

В Земных условиях существуют 4 типа жизненной среды для живых организмов: водная, наземно-воздушная, почвенная и внутриорганизменная.

2. Экологические факторы – это элементы среды, которые воздействуют на организм и на которые он отвечает реакциями приспособления. В природе эти факторы действуют в виде сложного комплекса.

Различают 3 группы факторов:

4- абиотические – это совокупность неорганических условий окружающей среды. Они разделяются на физические (температура, свет, радиация, влажность, давление, ветер) и химические (солевой состав воды, состав воздуха или почвы)

5- биотические – это совокупность воздействий одних организмов на другие. Например, одни организмы могут служить пищей или местообитанием для других.

6- антропогенные – совокупность воздействий человека на окружающий органический мир.

Различные экологические факторы имеют неодинаковое значение для организмов разных видов, которые существуют совместно. Например, толстый слой снега благоприятен для грызунов, которые живут под его защитой, и не благоприятен для оленей, для которых он затрудняет добычу корма.

Абиотические факторы могут оказывать на организм прямое или косвенное влияние. Эффект воздействия экологических факторов зависит не только от характера, но и от дозы, воспринимаемой организмом. Для каждого организма существует определенное количество факторов, наиболее благоприятных для него.

Важным является реакция организма на силу влияния факторов. На жизнедеятельности организмов неблагоприятно сказывается как недостаток, так и избыток фактора.

Существует благоприятная зона, которая называется зоной оптимума организма.

В зоне пессимума организм угнетается. Ниже и выше критических точек организм погибает.

Одна и та же интенсивность фактора м.б. оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и летальной для третьего.

Виды, которые характеризуются широкой экологической валентностью относительно комплесов факторов, наз. эврибионтами.

Виды, которые слабо приспосабливаются к условиям окружающей среды, наз. стенобионтами.

Экологическая валентность – степень приспособленности организма к изменениям условий окружающей среды.

Лимитирующие факторы – это факторы, уровень которых приближается к границе выносливости организма или превышают ее.

5. Немецкий биолог Либих в 1840г. формулировал закон минимума:

Экологическая устойчивость вида определяется самым слабым звеном в цепи его экологических нужд. Если доза фактора приближается к минимуму, организм угнетается, но остается живым. Если ниже минимальной дозы – организм погибает.

1909 г. ученый Митчерлих предложил правило совокупного действия факторов, согласно которому продуктивность биологической системы обуславливается всей совокупностью экологических факторов.

В 1915 г. амер. зоолог Шелфорд сформулировал з-н толерантности: существование вида зависит как от недостатка, так и от избытка влияния какого- либо фактора, который находится вблизи границы выносливости организмов.

Закон толерантности вместе с законом Либиха объединяются в принцип лимитирующих факторов:

Лимитирующим может быть любой из экологических факторов.

Закон равнозначности действия эколог. факторов:

Для жизни организма действие всех жизненных факторов равнозачно.

Все организмы при взаимодействии со средой должны поддерживать гомеостаз.

Адаптация организмов к условиям существования совершенствуется в процессе эволюции.

Диалектические законы, которые лежат в основе основных законов экологии:

1- единства, борьбы противоположностей;

2- перехода количества в качество;

3- взаимоотношений единичного и общего;

4- причины и следствия;

5- з-н случайности;

6- соответствия формы и содержания;

7- части и целого.

Эти законы объясняют явления, которые возникают в экосистемах на уровнях от организма до биосферы.

З-н экологической коррелляции:

В экосистеме, как и в любом природном образовании, все ее части функционально соответствуют друг другу. Выпадение одной части экосистемы неизменно влечет за собой выпадение всех тесно связанных с нею частей. Пример – загрязнение реки – исчезли лягушки – журавли изменили место обитания; исчезновение 1 вида растений влечет за собой исчезновение до 30 видов животных, которые связаны с ним в пищевых цепях.

20 лет назад в день исчезал на Земле 1 вид животных, а сейчас – за 1 час. Основная причина – уничтожение тропических лесов и загрязнение окружающей среды. В Красную книгу Украины занесено 800 видов растений и животных. Интенсивность жизни в осеане за последние 30 лет снизилась на 20%. И за эти 30 лет исчезли сотни малых речек.

З-н вектора развития:

В природе любое развитие однонаправленно. Невозможно историю развития вида повернуть вспять. Жизнь живых систем происходит только раз и в одном направлении.

З-н необратимости эволюции: автор – Долло

Живой организм, вид, популяция не могут вернуться в предыдущее состояние, пройденное его предками.

Закон биогенной миграции атомов (Вернадский):

Миграция химических элементов на земной поверхности происходит главным образом под влиянием живого вещества. Биосфера – продукт деятельности живого вещества планеты. Все то, что наблюдаем сейчас в живой природе или вовлечено в круговорот веществ, или является результатом жизнедеятельности живого в прошлое время (почвы, торф, уголь, нефть и т.д.)

Закон константности биосферы (Вернадский ):

Количество живого вещества на планете Земля есть величина постоянная для данного геологического периода.

: Закон Чираса

Природа существует вечно и противостоит деградации благодаря:

1- рецикличности и многократному повторному использованию наиболее значимых веществ;

2- постоянному восстановлению ресурсов;

3- консервативному (неизменному) расходу (живые существа расходуют столько, сколько необходимо);

4- популяционному контролю (природа не допускает взрывного роста популяций)

Закон развития природной системы за счет окружающей среды:

Любая природная система может развиваться только в условиях использования материальных, энергетических и информационных ресурсов окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Следствия:

1-абсолютно безотходное производство невозможно;

2-любая высокоорганизованная живая система изменяет окружающую среду, представляет собой потенциальную угрозу для существования низкоорганизованных систем. Поэтому вторичное зарождение жизни на Земле невозможно, поскольку эти простые формы жизни будут уничтожены более высокоорганизованной материей.

3-биосфера Земли как система, развивается не только за счет ресурсов планеты, но и опосредованно за счет влияния космических систем.

Закон физ.-хим. единства живого вещества (Вернадский):

Все живое вещество планеты имеет единую физ-хим. природу. Состав живого вещества: С, Н, О и азот. В земной коре 8 главных элементов.

4 основных закона экологии, сформулироанных в виде афоризмов (Коммонер)

1- все связано со всем;

2- все должно куда-то деваться;

3- природа «знает» лучше;

4- ничто не дается даром (за все надо платить).

З-н экологического бедствия:

Ситуация переходит из кризисной в критическую и состояние природы изменяется из катастрофической стадии в коллапс.

Закон истощения почвы:

При непрерывном использовании почв происходит их истощение. Для получения единицы продукции требуется все больше энергетических затрат.

Библия – 7-летний цикл. Севооборот. Вывоз и сжигание листьев в городах.

Правило взаимоприспособления видов: автор Морозов

Все виды живого в биоценозе взаимоприспособлены друг к другу и их жизнедеятельность направлена на поддержание экосистемы в целом.

Закон пирамиды энергии:

с одного уровня пищевой цепи на следующий переходит не более 10% энергии.

7. Важнейшие абиотические факторы – свет, температура, влажность.

Свет – важнейший на Земле экологический фактор. Солнце излучает огромное количество энергии. Половина этой энергии приходится на видимую часть спектра и 50% - на ИК-излучение и 1%- на УФ-лучи. УФ- лучи влияют на живые организмы по-разному: В интервале длин волн

ИК-лучи (тепловые) влияют на теплообмен организмов. Могут влиять прямо (нагрев тела) или опосредованно ().

Видимый свет – самая значимая часть солнечного спектра, поскольку видимый свет обеспечивает протекание процесса фотосинтеза

СО₂ + hv = органическое в-во + O₂

Органическое вещество, синтезированное в процессе фотосинтеза – основа и главный фактор развития жизни на Земле.

Следующая часть спектра – проникающая радиация 0,030 – рентгеновские лучи. Проникающая радиация губительна для всего живого. На Земле 95% УФ жесткого излучения задерживает озоновый слой. 5%-уровень радиации – к нему организмы приспособились в процессе эволюции. Если уровень радиации выше природного,- начинаются нарушения на уровне генов, мутации, онкология, после критического порога – гибель организмов.

В целом свет влияет на:

1- рост и развитие организмов; 2- процесс фотосинтеза; 3- интенсивность жизнедеятельности животных; 4- важный сигнальный фактор, обеспечивающий суточные и сезонные биоциклы. Суточные биоциклы вызваны вращением Земли вокруг своей оси. Сезонные – вращением Земли вокруг Солнца по эллипсу.

Экологические группы растений по отношению к свету:

1- Светолюбы (гелиофиты) – живут в условиях яркой освещенности (луговые, кустарники, степные травы, растения пустыни и саванн). Они имеют розеточное расположение листьев, листья – плотные и кожистые, глянец служит для отражения избытка света.

2- Тенелюбы (сциофиты) – хорошо живут в условиях затененности. 2-й ярус растительности в лесу, северные стороны склонов – мхи, лишайники.

3- Теневыносливые (факультативные гелиофиты) – могут жить и в тени и на свету. Пример: Теневые листья - тонкие, матовые. Если квант света лист тут же не использовал в процессе фотосинтеза, то эта энергия безвозвратно утрачивается. Растения улавливают до 90% падающей на них энергии Солнца.

Адаптация к свету – явление биолюминесценции. Вызвана биохимическими пооцессами, в результате которых в организмах образуются люминофоры – вещества, вызывающие свечение организмов: глубоководные рыбы, грибы, микроорганизмы. Свет используется этими организмами для: - привлечения особей противоположного пола, - приманивания добычи, - отпугивания хищников и т.д.

У растений выработались реакции фототаксиса. Положительный фототаксис – перемещение в сторону наибольшей освещенности (подсолнух).

Свет как экологический фактор для растений имеет главное значение – фотосинтез; а для животных – как информационный фактор.

Температура как экологический фактор – Зависит от местообитания организма (географическая широта), сезона, времени суток, экспозиции, ветра. Из-за сильных колебаний температур многие организмы являются эвритермными – т.е. широко приспособленными. Температурный диапазон жизни на Земле (таблица):

Среда жизни	Максимум	Минимум	Амплитуда
Суша	55	-70	125
Моря	35,6	-3,3	38,9
Пресные воды	93	0	93

Данный организм может выжить только в определенном интервале температур. Если температура очень высокая, начинается разрушение белков, ферментов, аминокислот. В организме накапливается аммиак и организм погибает. При крайне низких т физиологическая жидкость замерзает, кристаллы льда разрушают клеточные мембраны и растение или животное тоже погибает.

По системе терморегуляции организмы делятся на гомойотермные и пойкилотермные. Первые имеют ту же температуру, что и окружающая среда (океанические рыбы, земноводные, летающие кроме птиц). Пойкилотермные – поддерживают свою т постоянной (млекопитающие, птицы). Терморегуляция происходит за счет биохимических реакций в организме. Перегрев организма или перемерзание – адаптации: жировая прослойка, перьевой и шерстяной покров. Адаптации растений: вырабатываются органические в-ва (сахара, соли), которые понижают т замерзания воды. Температуры, в пределах которых организмы чувствуют себя нормально, наз. эффективными т. Т_мах и Т_мин – наз. биологическим нулем.