Общие законы зависимости организмов от факторов среды

1. Назовите конкретные факторы среды, которые можно отнести к абиотическим, биотическим или антропогенным. Заполните таблицу.

Факторы среды
Природные	Антропогенные
абиотические	биотические

5.Прочитайте и подготовьте реферат на тему (по выбору):

СРС№4 Адаптация организмов

1. Выпишите названия 6-8 видов животных и растений, которые в вашей местности:

а) многочисленны

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

б) малочисленны

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Три основных способа приспособления организмов к неблагоприятным условиям среды: подчинение, сопротивление и избегание этих условий. К какому способу можно отнести:

а) осенние перелеты птиц с северных мест гнездования в южные районы зимовок;
б) зимнюю спячку бурых медведей;
в) активную жизнь полярных сов зимой при температуре минус 40 оС;
г) переход бактерий в состояние спор при понижении температуры;
д) нагревание тела верблюда днем с 37 оС до 41 оС и остывание его к утру до 35 оС;
е) нахождение человека в бане при температуре в 100 оС, при этом его внутренняя температура остается прежней – 36,6 оС;
ж) переживание кактусами в пустыне жары в 80 оС;
з) переживание рябчиками сильных морозов в толще снега?

(Ответ: избегание – а, з; подчинение– б, г, д; сопротивление – в, е, ж.)

2. Температура тела песца остается постоянной (38,6 °С) при колебаниях температуры окружающей среды в диапазоне от –80 °С до +50 °С. Перечислите приспособления, которые помогают песцу удерживать постоянную температуру тела.
(Ответ: шерстный покров, подкожный жир, испарение воды с поверхности языка (для охлаждении организма), расширение и сужение просветов кожных сосудов – физическая терморегуляция. Поведение, которое помогает менять температурные условия окружающей среды, – поведенческая терморегуляция. Развитая регуляция клеточных химических реакций, вырабатывающих тепло, которая происходит по команде из специального теплового центра в промежуточном мозге, – химическая терморегуляция.)

3. Можно ли бактерий, постоянно обитающих в горячих источниках гейзеров при температуре 70 оС и не способных выжить, если температура их клеток изменится всего на несколько градусов, назвать теплокровными организмами?
(Ответ: нельзя, так как теплокровные животные поддерживают постоянно высокую внутреннюю температуру благодаря внутреннему теплу, вырабатываемому самим организмом. Обитающие в горячих источниках бактерии используют внешнее тепло, но так как их температура всегда высокая и постоянная, их называют ложногомойотермными.)

4. Почему в холодных частях ареала можно встретить темноокрашенных рептилий чаще, чем в теплых? Например, обитающие за полярным кругом гадюки преимущественно меланисты (черные), а на юге – светлоокрашенные.
(Ответ: черный цвет в большей степени, чем какой-либо, поглощает тепло. Темноокрашенные рептилии быстрее нагреваются.)

5. При летнем похолодании стрижи бросают свои гнезда и перемещаются на юг, иногда на сотни километров. Птенцы впадают в оцепенение и способны в таком состоянии, без пищи, находиться несколько дней. При потеплении родители возвращаются. Объясните, чем вызваны откочевки.
(Ответ: при похолодании численность летающих насекомых, которыми питаются стрижи, резко уменьшается. Оцепенение птенцов стрижей – это приспособление к жизни в северных странах, где летнее похолодание наблюдается достаточно часто.)

6. Почему птицы и млекопитающие легче переносят низкую внешнюю температуру, чем высокую?
(Ответ: снизить потери тепла можно многими способами, увеличить же теплоотдачу гораздо труднее. Основной путь для этого – испарение воды из организма. Однако в местах, где часто наблюдается высокая (более 35 оС) температура воздуха, обычно имеет место и дефицит влаги.)

7. Объясните, почему у поверхности водоемов живут растения преимущественно зеленой окраски, а на больших морских глубинах – красной.
(Ответ: на глубину в несколько десятков и сотен метров проникают только коротковолновые лучи: синие и фиолетовые. Для их поглощения (с последующей передачей энергии молекулам хлорофилла) у водорослей имеется значительное количество красных и желтых пигментов. Они маскируют зеленый цвет хлорофилла, и растения выглядят красными.)

8. Ученые-ихтиологи сталкиваются с серьезными проблемами при сохранении глубоководных рыб для музеев. Поднятые на палубу корабля, они в буквальном смысле слова взрываются. Объясните, почему это происходит.
(Ответ: на больших океанских глубинах создается колоссальное давление. Чтобы не быть раздавленными, организмы, живущие в этих условиях, должны иметь такое же давление внутри своего организма. При быстром поднятии на поверхность океана они оказываются «раздавленными изнутри».)

9. В каких средах обитания животные имеют наиболее простое строение органа слуха (сравнивать необходимо близкородственные группы животных)? Почему? Доказывает ли это, что в этих средах животные плохо слышат?
(Ответ: в почве и воде. Это связано с тем, что проводимость звука в этих плотных средах наилучшая. Факт простой организации органов слуха этих животных не доказывает того, что они плохо слышат. Лучшее распространение звуковой волны в плотной среде способно компенсировать низкую организацию органов слуха.)

10. Весной многие люди жгут пожухлую прошлогоднюю траву, обосновывая это тем, что свежая трава будет расти лучше. Экологи, напротив, утверждают, что это делать нельзя. Почему?
(Ответ: мнение о том, что после пала новая трава растет лучше, вызвано тем, что молодые проростки кажутся более дружными и зелеными на черном фоне пепелища, чем среди пожухлой травы. Однако это не более чем иллюзия. На самом деле во время пала многие побеги молодых растений обугливаются и их рост замедляется. В огне гибнут миллионы насекомых и других беспозвоночных, обитающих в подстилке и травянистом ярусе, уничтожаются кладки птиц, гнездящихся на земле. В норме органические вещества, составляющие пожухлую траву, разлагаются и постепенно переходят в почву. Во время пожара они сгорают и превращаются в газы, поступающие в атмосферу. Все это нарушает круговорот элементов в данной экосистеме, ее естественный баланс. Кроме того, сжигание прошлогодней травы регулярно приводит к пожарам: горят леса, деревянные постройки, столбы линий энергоснабжения и связи.)

3.Прочитайте в кн: Экологические очерки о природе и человеке. Б.Гржимек. Окружающая среда и адаптация стр. 11-19 и составьте реферат или доклад для сообщения.

СРС№5 Роль учения о ноосфере В.И. Вернадского

1. Прочитайте текст

В начале XIX в. понятие «биосфера» было введено в науку великим французским естествоиспытателем Ж.Б.Ламарком (1744-1829) термин «биосфера» для определения земной оболочки, занятой жизнью, одновременно с терминами «гидросфера» и «литосфера» в конце XIX в конце XIX в. утвердил в научном обиходе знаменитый австрийский геолог Э.Зюсс (1831-1914), но он не дал ему научного определения. Автор современного учения о биосфере В.И.Вернадский (1863-1945) стал употреблять термин «биосфера» с 1911 г. и подчеркивал, что биосфера – это «особая охваченная жизнью оболочка» земли – область распространения живого вещества на планете.

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов (верхняя часть литосферы, гидросферы и тропосфера).

Биосфера включает в себя:

- живое вещество, т.е совокупность всех живых организмов (растении, живое микроорганизмы, человек)

- биогенное вещество, т.е органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);

- биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами – почвенный покров).

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных и магнитных полей Солнца, Луна и других небесных тел).

Ведущим фактором, преобразующим лик Земли, является жизнь. Ее особенность заключается не только в ускорении химических реакций – некоторые реакции вне организме вообще не происходит при нормальных температурах и давлениях Л.С.Берг говорил: «Организмы осуществляют с физической точки зрения невероятное так, жиры и углеводы окисляются в организме при температуре около 37єС, а вне организма – при температурах 400-500єС. Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условия осуществляется при температуре 500єС и давлении 300-500 атмосферы. А микроорганизмы с легкостью проводят эту реакцию при обычной температуре и атмосферном давлении.

Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своими «входом» и «выходом». Ее «вход» – это поток солнечной энергии, поступающей из космоса, «выход» – те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин ускользнули из биотического круговорота. Образно говоря, это выход в «геологию». На языке современной науки биосферу называют саморегулируемой кибернетической системой, обладающей свойствами гомеостаза. Согласно закону необходимого разнообразия Эшби, кибернетическая система только тогда обладает устойчивостью для стабилизации внешних и внутренних факторов, когда она имеет достаточное внутреннее разнообразие.

Земля как планета характеризуется значительным разнообразием природных условий. Это определяется ее шарообразной формой, ее движением вокруг Солнца и вокруг собственной оси, значительное разнообразие природных условий создается сложным рельефом Земли. Но основное разнообразие биосферы Земли создается живыми организмами. Считают, что в современной биосфере представлено около 2 млн. видов живых организмов (за время существования биосферы их характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравномерность – следствие работы живого вещества и притока солнечной энергии.

Не менее важной отличительной особенностью биосферы является ее «обводненность». Вернадскому очень нравилось определение жизни как «одушевленной воды», данное французским биологом Р.Дюбуа.

Еще одна характерная особенность биосферы – это ее неразрывная связь с космосом (в наибольшей степени – с Солнцем).

В 1926г. В.И.Вернадский впервые поставил вопрос о границах биосферы. Однако вопрос, как тогда, так и сейчас не имеет однозначного ответа.

Какие же физико-химические условия наиболее благоприятны для существования жизни?

♦ Достаточное количество углекислого газа и кислорода

♦ Достаточное количество воды (причем обязательно – в жидком состоянии)

♦ Температурный режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов).

♦ Наличие «прожиточного минимума» элементов минерального питания – определенная соленость водной среды.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфера), нижних слоях атмосферы Земли (тропосфера) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

В литосфере жизнь ограничивает прежде всего горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает +100єС. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены бактерии, составляет 4 км. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встрагается даже на дне океанических впадин в 10-11 км от поверхности. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Озоновый слой поглощает большую часть ультрафиолетового излучение Солнца на высоте 22-25 км. Все живое, поднимающиеся выше защитного слоя озона, погибает. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере называют «пленками жизни», таковыми является литорами (от лат. litovalis – прибрежный), лиманы (от греч. limenas – гавань бухта) и эстуарии (от лат. destuarium – берег, заливаемый приливом) и почва.

Всю совокупность организмов на планете В.И.Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основых характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Закон константности, сформулированный В.И.Вернадским, гласит.

Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть величина постоянная константа.

Общий вес живого вещества оценивается величинной 1,8-2,5·10№Іт (в сухом весе) и составляется лишь незначитанную часть массы биосферы (3·10№т). Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем томциной только в 2 см.

С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции.

Специфические свойства и особенности живого вещества.

♦ живое вещество биосферы характеризуется большими запасом энергии.

♦ резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций. В живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее.

♦ отличной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и др. – устойчивы только в живых организмах.

♦ произвольное движение, в значительной степени, саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.

♦ живое вещество обнаруживает значительно большее морфологические и химическое разнообразие, чем неживое. Известно, свыше 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества, в то время, как количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет около 2 тыс., т.е. на три порядка меньше.

♦ Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах. Величина самых мелких вирусов не превышает 20 нм (1 нм=10Ї), самые крупные животные – киты – достигают 33 м в длину, самое большое растение – секвойя – 100 м в высоту.

Основные биогеохимические функции живого вещества

● Энергическая функция заключается в осуществлении связи биосферно – планетарных явлений с космическим излучением. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляции Солнечной энергии. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

● Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирование живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.

● Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды концентрация важнейших элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.

● Окислительно – восстановительная функция заключается в химическом превращении атомы с переменной степенью окисления (соединений железа, марганца и др.)

● Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т.е превращение живого вещества в косное. В результате образуют также биогенное и биокосное вещество биосферы.

● Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности.

● Транспортная функция – это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество – единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества снизу вверх, из океана – на континенты, реализующий тем самым «восходящую» ветво биогеохимических циклов.

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножая числа видов и совершенствовался их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими -химическими системами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных эволюционных изменений приобрел не только сознание, но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Применяя орудия труда, человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Такой этап развития биосферы, при котором «проявляется как мощная, все растущая геологическая сила, роль человеческого разума и направленного им человеческого труда» называется ноосферой. Под ноосферой понимают ту стадию эволюции природы, когда появился человеческий разум. Так как среда жизни – биосфера – есть организованная оболочка планеты, то вхождение в нее в ходе ее геологически длительного существования, нового фактора ее изменения – научной работы человечества есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние – в ноосферу.

Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, на Земле постоянно должен происходить круговорот биологически важных веществ, т.е после использования они должны вновь переходить в усвояемую для других организмов форму.

Этот переход биологически важных веществ может осуществляться только при определенных затратах энергии источником которой является Солнце. Солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ – геологический, или большой круговорот, и биологический, малый круговорот.

Геологический круговорот можно объяснить на примере круговорота воды по Г.В.Войткевичу и В.А.Вронскому.

С появлением живого вещества на основе геологического круговорота возник круговорот органического вещества, биологический (малый) круговорот.

В отличие от простого переноса минеральных веществ в большом круговороте, как в виде растворов, так и в виде механических осадков, в малом круговороте самыми важными моментами являются синтез и разрушения органических веществ. В противоположность геологическому, биологический круговорот обладает ничтожной энергией. На создания органического вещества, как известно, затрачивается всего 0,1-0,2% всей поступающей на Землю солнечной энергии, а на геологический круговорот – до 50 %. Несмотря на это, энергия, вовлеченная в биологический круговорот, производит огромную работу по созданию первичной продукции.

С появлением на Земле живой материи химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция веществ по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Основными биогеохимическими циклами являются круговороты кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов. Биогенная миграция вещества одна из форм всеобщей миграции элементов в природе. Под биогенной геохимической миграцией следует понимать миграцию органического и косного вещества, участвующего в росте и развитии живых организмов и производимого последними в результате сложных биохимических и биогеохимических процессов.

Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом. Человек воздействует прежде всего на биосферу и ее живое населения, поэтому он тем самым изменяет условия биогенной миграции атомов, создавая предпосылки для глубоких химических перемен. Таким образом, процесс может стать саморазвивающимся, не зависящим от желания человека, и при глобальном масштабе практически неуправляемыми.

С точки зрения планетарного круговорота вещества, наиболее важным являются почвенно-ландшафтный, гидросферный и глубинный (внутри-земной) циклы.

Выводы:

Таким образом, биосфера является глобальной единой системой Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определятся жизнью. Деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры. Значение организмов обусловлено их большие разнообразием, повсеместным распространением, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы границами биосферы являются верхняя часть литосферы, нижние слои атмосферы и гидросфера. Живым веществам характерны основные биогеохимические функции такие, как: энергетическая, газовая, концентрационная, окислитель – восстановительная, деструктивная, средообразующая, транспортная. Живые организмы играют важную роль в круговороте веществ. Они представляют собой звенья биогеохимических круговоротов (циклов), с помощью которых осуществляется обмен веществ между различными компонентами биосферы.

1. Подготовьте реферат на тему «Учение о ноосфере»

СРС №6 Экология популяций

Ответтьте на вопросы

1. На станции кольцевания птиц было отловлено и помечено 100 дроздов-рябинников. Через 10 дней отлов повторили. Поймали 120 птиц, из которых 20 были уже с кольцами. Определите, какова численность дроздов-рябинников на исследуемой территории, принимая во внимание, что меченные в первый раз птицы равномерно распределились по исследуемой территории.

2. На территории площадью 100 км ежегодно производили рубку леса. На момент организации заповедника на этой территории было отмечено 50 лосей. Через 5 лет их численность увеличилась до 650 голов. Еще через 10 лет количество лосей уменьшилось до 90 и стабилизировалось в последующие годы на уровне 80-110 голов. Определите численность и плотность поголовья лосей:

а) на момент создания заповедника _________, ______;

б) через 5 лет после создания заповедника ________, _____;

в) через 15 лет после создания заповедника _______, ____;

Объясните, почему сначала численность лосей резко возросла, а позже упала и стабилизировалась.

__________________________________________________________________________________________________________________________

3. Ознакомившись с графиком ответьте на вопросы.