Структура экологии

Часто ограничивающим фактор бывает на одной из стадий развития вида. Как известно, наиболее уязвимы ювенильные особи и для них ограничивающих факторов м.б. несколько. В разных географических зонах и ограничивающие факторы разные: на Крайнем Севере - чаще тепло, в южных районах - влага. Разные виды по-разному реагируют на один и тот же фактор. По реакции их взрослых особей на тот или иной фактор можно построить экологический ряд (в порядке убывания или нарастания действия фактора).

Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности:

· любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Другая формулировка закона В. Шелфорда поясняет, почему закон толерантности одновременно называют законом лимитирующих факторов:

· даже единственный фактор за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма и в пределе -- к его гибели.

Поэтому экологический фактор, уровень которого приближается к любой границе диапазона выносливости организма или заходит за эту границу, называют лимитирующим фактором.

15. Классификация экологических факторов

Экологический фактор -- любое, далее неделимое, условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм, хотя бы на протяжении одной стадии онтогенеза. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.

Экологические факторы -- температура, влажность, ветер, конкуренты ит.д. -- отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьируется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

Принято выделять биотические, антропогенные и абиотические экологические факторы.

· Биотические факторы -- всё множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.

· Антропогенные факторы -- всё множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.

· Абиотические факторы-- всё множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение).

Каждый организм, каждая экосистема развивается при определенном сочетании факторов: влаги, света, тепла, наличия и состава питательных ресурсов. Все факторы действуют на организм одновременно. Для каждого организма, популяции, экосистемы существует диапазон условий среды - диапазон устойчивости, в рамках которого происходит жизнедеятельность объектов.

В процессе эволюции у организмов сформировались определенные требования к условиям среды. Дозы факторов, при которых организм, популяция или биоценоз достигают наилучшего развития и максимальной продуктивности, соответствует оптимуму условий.

С изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличения происходит угнетение организма и чем сильнее отклонение значения факторов от оптимума, тем снижение жизнеспособности больше, вплоть до гибели организма или разрушения биоценоза. Условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетена, но организм и биоценоз еще существуют, называются пессимальными.

Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие -- на определенный жизненный процесс.

Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма.

16. Адаптация живых организмов к экологическим факторам

У всех видов и даже отдельных организмов требования к параметрам экологических факторов неоднозначны - у одних более широкие, у других- более узкие . Соответственно и выживаемость живых организмов имеет свои амплитуды.

По отношению к влаге растения могут быть влаголюбивыми (гигрофильными), предпочитающими умеренную влажность (мезофильными) и сухолюбивыми (ксерофильными). Виды рода «береза» хорошо себя чувствуют как на сухих, так и увлажненных почвах, а рода «ель»- на почвах с умеренным увлажнением.

Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу называется экологической валентностью или пластичностью. Чем выше пластичность вида, тем выше и его приспособляемость к конкретной экологической системе, тем больше шансов у его популяции выжить в условиях динамичных во времени факторов среды. Можно говорить о том, что экологическая пластичность лося, с точки зрения избирательности к пище, адаптированности к динамике температуры или высоте снежного покрова, выше, чем у кабана, а воробей более пластичный вид, чем дрозд.

Требовательность и толерантность к факторам среды определяют область географического распространения особей конкретного вида вне зависимости от степени постоянства их обитания, т.е. ареал вида.

Динамичность экологических факторов во времени и пространстве зависит от астрономических, гелиоклиматических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам. Эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов, называются адаптациями. Различают:

- морфологические адаптации- например, строение организмов, обитающих в воде (приспособления к быстрому плаванию у китообразных, к парению в воде у планктона). Растения, обитающие в пустынях, лишены листьев, и их строение приспособлено к минимальным потерям влаги.

- физиологические адаптации- например, в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи.

- поведенческие (этологические) адаптации- проявляются в различных формах. Существуют формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц.

17. Абиотические факторы

Абиотические факторы среды - совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы. Абиотические факторы делятся на химические (химический состав атмосферы, морских и пресных вод, почвы или донных отложений) и физические, или климатические (температура, барометрическое давление, ветер, течения, радиационный режим и т. д.). Строение поверхности (рельеф), геологические и климатические различия земной поверхности создают огромное разнообразие абиотических факторов, играющих неодинаковую роль в жизни приспособившихся к ним видов животных, растений и микроорганизмов. Численность (биомасса) и распределение организмов в пределах ареала зависят от лимитирующих абиотических факторов, т.е. необходимых для существования, но представленных в минимуме (например, вода в пустыне).

Свет как экологический фактор

Солнечное излучение является основным источником энергии для всех процессов, происходящих на Земле. В спектре солнечного излучения можно выделить три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,290 мкм губительны для всего живого, но они задерживаются озоновым слоем атмосферы. До поверхности Земли доходит лишь небольшая часть более длинных ультрафиолетовых лучей (0,300 - 0,400 мкм). Они составляют около 10% лучистой энергии. Эти лучи обладают высокой химической активностью - при большой дозе могут повреждать живые организмы. В небольших количествах, однако, они необходимы, например, человеку: под влиянием этих лучей в организме человека образуется витамин Д, а насекомые зрительно различают эти лучи, т.е. видят в ультрафиолетовом свете. Они могут ориентироваться по поляризованному свету.

Видимые лучи с длиной волны от 0,400 до 0,750 мкм (на их долю приходится большая часть энергии - 45% - солнечного излучения), достигающие поверхности Земли, имеют особенно большое значение для организмов. Зеленые растения за счет этого излучения синтезируют органическое вещество (осуществляют фотосинтез), которое используют в пищу все остальные организмы. Для большинства растений и животных видимый свет является одним из важных факторов среды, хотя есть и такие, для которых свет не является обязательным условием существования (почвенные, пещерные и глубоководные виды приспособления к жизни в темноте). Большинство животных способны различать спектральный состав света - обладать цветовым зрением, а у растений цветки имеют яркую окраску для привлечения насекомых-опылителей.

Инфракрасные лучи с длиной волны более 0,750 мкм глаз человека не воспринимает, но они являются источником тепловой энергии (45% лучистой энергии). Эти лучи поглощаются тканями животных и растений, вследствие чего ткани нагреваются. Многие хладнокровные животные (ящерицы, змеи, насекомые) используют солнечный свет для повышения температуры тела (некоторые змеи и ящерицы являются экологически теплокровными животными). Световые условия, связанные с вращением Земли, имеют отчетливую суточную и сезонную периодичность. Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом и минимумом в определенные часы: например, в определенные часы суток цветок у растений открывается и закрывается, а у животных возникли приспособления к ночной и дневной жизни. Длина дня (или фотопериод), имеет огромное значение в жизни растений и животных.

Изучение фотопериодизма растений и животных показало, что реакция организмов на свет основана не просто на количестве получаемого света, а на чередовании в течение суток периодов света и темноты определенной длительности. Организмы способны измерять время, т.е. обладают “биологическими часами” - от одноклеточных до человека. “Биологические часы” - также управляются сезонными циклами и другими биологическими явлениями. “Биологические часы” определяют суточный ритм активности как целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений.

Температура как экологический фактор

Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела - гомойтермные. Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45^оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90^оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53^оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30^оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60^oС.

Приспособление теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно меняется в течение года и в связи с географической широтой. Поэтому все приспособления более важны для обитания при отрицательных температурах.

Вода как экологический фактор

Вода играет исключительную роль в жизни любого организма, поскольку она является структурным компонентом клетки (на долю воды приходится 60-80% массы клетки). Значение воды в жизни клетки определяется ее физико-химическими свойствами. Вследствие полярности молекула воды способна притягиваться к любым другим молекулам, образуя гидраты, т.е. является растворителем. Многие химические реакции могут протекать происходить только в присутствии воды. Вода является в живых системах “тепловым буфером”, поглощая тепло при переходе из жидкого состояния в газообразное, тем самым предохраняя неустойчивые структуры клетки от повреждения при кратковременном освобождении тепловой энергии. В связи с этим она производит охлаждающий эффект при испарении с поверхности и регулирует температуру тела. Теплопроводные свойства воды определяют ее ведущую роль терморегулятора климата в природе. Вода медленно нагревается и медленно охлаждается: летом и днем вода морей океанов и озер нагревается, а ночью и зимой также медленно охлаждается. Между водой и воздухом происходит постоянный обмен углекислым газом. Кроме того, вода выполняет транспортную функцию, перемещая вещества почвы сверху вниз и обратно. Роль влажности для наземных организмов обусловлена тем, что осадки распределяются на земной поверхности в течение года неравномерно.

В зависимости от требований, предъявляемых к водному режиму, среди растений различают следующие экологические группы:

Гидратофиты - растения постоянно живущие в воде;

Гидрофиты - растения лишь частично погружаемые в воду;

Гелофиты - болотные растения;

Гигрофиты - наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненых местах;

Мезофиты - предпочитают умеренное увлажнение;

Ксерофиты - растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги; среди ксерофитов различают:

суккуленты - накапливающие воду в тканях своего тела (сочные);

склерофиты - теряющие значительное количество воды.

Многие животные пустынь способны обходиться без питьевой воды; некоторые быстро и долго могут бегать, совершая длинные миграции на водопой (сайгаки, антилопы, верблюды и др.); часть животных добывает воду из пищи (насекомые, пресмыкающиеся, грызуны). Жировые отложения пустынных животных могут служить своеобразным резервом воды в организме: при окислении жиров образуется вода (отложения жира в горбе верблюдов или подкожные отложения жира у грызунов). Малопроницаемые покровы кожи (например, у пресмыкающихся) защищают животных от потери влаги. Многие животные перешли к ночному образу жизни или скрываются в норах, избегая иссушающего действия низкой влажности и перегрева. В условиях периодической сухости ряд растений и животных переходят в состояние физиологического покоя - растения приостанавливают рост и сбрасывают листья, животные впадают в спячку. Эти процессы сопровождаются пониженным обменом веществ в период сухости.

18. Главнейшие климатические факторы

Климатические факторы - условия, определяющие климат местности: - географическая широта, определяющая зональность и сезонность поступления солнечной радиации на земную поверхность; - высота над уровнем моря, от которой зависит высотная поясность; - распределение суши и моря, сказывающееся в неравномерности нагревания земной поверхности; - рельеф суши, благоприятствующий или препятствующий движению воздушных масс; - океанические течения; - характер подстилающей поверхности: лес, степь, обнаженные горные породы и т.п.

19. Абиотические факторы почвенного покрова

Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.

Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы.

Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух- О, СО), растения, животные, микроорганизмы, гумус.

Толщина почвы; 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах.

1 см почвы образуется примерно за 100 лет.

Типы почв:

1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %)

2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %).

3. Черноземы (степь, гумус до 10 %).

4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%).

5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%).

Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).

Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.

Физические свойства:

1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра.

2. Плотность.

3. Теплоемкость, теплопроводность.

4. Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость).

5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).

Химические свойства:

1. Химический состав:

до 50 % SiO- кремнезем

до 25 % AlO - глинозем

до 10 %- оксиды Fe

остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.

2. Кислотность

3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.)

Влияние кислотности на растения:

* Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи

* Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений

* На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...)

* Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)

20. Абиотические факторы водной среды

Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022 % веса планеты, площадь - 1350 млн. кв. км -океаны, 35 млн. кв. км - пресные воды.

Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов.

Физические свойства:

1. Плотность.

Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).

2. Температура.

Изменение t° в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные).

Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t° верхних слоев океана -10-15°С, более глубокие слой 3 -4°С.

3. Световой режим.

Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10^-6 солнечной радиации.

С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).

4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве.

5. Прозрачность.

Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды).

Химические свойства:

1. Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л.

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.

2. Количество растворенного О и СО. О - для дыхания.

3. Кислая, нейтральная, щелочная среда.

Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.

21. Биотические факторы

Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.

Классификация биотических взаимодействий:

1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую.

2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддя другого организма.

Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.

Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.

Конкуренция бывает прямая и косвенная.

Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.)

Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.

3. Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:

* находятся на поверхности хозяина. Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.)

* внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности

4. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником).

Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную.

Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.

Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.

5. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает:

Комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи.

Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его. В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида.

22.Антропогенные факторы

Антропогенные факторы -- совокупность факторов окружающей среды, обусловленных случайной или преднамеренной деятельностью человека за период его существования.

Виды антропогенных факторов

· Физические -- использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации и др.

· Химические -- использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; курение, употребление алкоголя и наркотиков, чрезмерное использование лекарственных средств.

· Биологические -- продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания (вирусы, бактерии, другие паразиты).

· Социальные -- связанные с отношениями людей и жизнью в обществе.

В последние десятилетия действие антропогенных факторов на природу резко возросло, что привело к возникновению глобальных экологических проблем: парникового эффекта, кислотных дождей, уничтожению лесов и опустыниванию территорий, загрязнению среды вредными веществами, сокращению биологического разнообразия планеты.

23. Водная среда

Вода покрывает 71% площади земного шара и составляет1/800 часть объема суши или 1370 м3. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах - 94-98%, в полярных льдах содержится около 1,2% воды и совсем малая доля - менее 0,5%, в пресных водах рек, озер и болот. Соотношения эти постоянны, хотя в природе, не переставая, идет круго-ворот воды.

В водной среде обитает около 150000 видов животных и 10000 растений, что составляет соответственно всего 7 и 8 % от общего числа видов Земли. На основании этого был сделан вывод о том, что на суше эволюция шла намного интенсивнее, чем в воде.

В морях-океанах, как в горах, выражена вертикальная зональность. Особенно сильно различаются по экологии пелагиаль - вся толща воды, и бенталь - дно.

Толща воды - пелагиаль, по вертикали делится на несколько зон: эпипелигеаль, батипелигеаль, абиссопелигиаль и ультраабиссопелигиаль.

В зависимости от крутизны спуска и глубины на дне тоже выделяют несколько зон, которым соответствуют указанные зоны пелагиали:

- литоральная - кромка берега, заливаемая во время приливов.

- супралиторальная - часть берега выше верхней приливной черты, куда долетают брызги прибоя.

- сублиторальная - плавное понижение суши до 200м.

- батиальная - крутое понижение суши (материковый склон),

- абиссальная - плавное понижение дна океанского ложа; глубина обеих зон вместе достигает 3-6 км.

- ультраабиссальная - глубоководные впадины от 6 до 10 км.

Высокая плотность водной среды определяет особый состав и характер изменения жизнеобеспечивающих факторов. Одни из них те же, что и на суше - тепло, свет, другие специфические: давление воды (с глубиной увеличивается на 1 атм. на каждые 10 м), содержание кислорода, состав солей, кислотность. Благодаря высокой плотности среды, значения тепла и света с градиентом высоты изменяются гораздо быстрее, чем на суше.

24. Наземно-воздушная среда жизни

Наиболее сложной по экологическим условиям является наземно-воздушная среда. Здесь, на границе двух земных оболочек, обитает подавляющее большинство растений и животных. Специфику их местообитаний определяет рельеф местности, характер грунта и атмосферные явления.

Основными особенностями наземно-воздушной среды является большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптации организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.

В зависимости от условий увлажнения и плодородия почвы растительные сообщества занимают оптимальные местообитания, соответствующие преобладающему древостою. Характер грунта влияет на специфику передвижения животных: каменистый - предъявляет особые требования к конструкции тела животных.

Условия жизни в наземно-воздушной среде во многом определяется погодными условиями. Многолетний режим погоды характеризует климат местности. Он определяется географическими условиями района.Для большинства наземных организмов важен не столько климат района, сколько условия их непосредственного обитания. Часто на жизнедеятельность организмов большую роль оказывают местные элементы среды (рельеф, экспозиция, растительность), которые принципиально изменяют на конкретном участке режим температуры, влажности, света, движения воздуха и т.п. Такая локальная модификация климата, складывающаяся в приземном слое воздуха, называется микроклимат. В каждой климатической зоне микроклиматы очень разнообразны, что отражается в неравномерности развития природных явлений. Так, весьма различается микроклимат северной и южной экспозиции холмов и гористых участков. Микроклимат оголенных почв отличается от такового в местах, запятых растительностью (лесной или луговой). Особый микроклимат возникает в норах, гнездах, дуплах, пещерах и других сходных местообитаниях.

Жизнь на суше во многом зависит также и от состояния воздуха. Естественная смесь газов, сложившаяся в ходе эволюции Земли, - это и есть воздух, которым мы дышим. Причем, следует отметить, что воздух представляет собой смесь газов, а не их соединение. Нужно сказать, что атмосфера Земли совершенно уникальна. Современный состав ее мало похож на тот, который был у газопылевого облака, из которого миллиарды лет назад образовалась наша планета.

Воздух как среда жизни обладает особенностями, направляющими эволюционное развитие обитателей этой среды. Так, высокое содержание кислорода определяет возможность формирования высокого уровня энергетического метаболизма (обмена веществ между организмом и средой). Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой влажностью, что ограничило возможности освоения воздушной среды, а у ее обитателей - скорректировало эволюцию системы водно-солевого обмена и структуру органов дыхания в соответствии с новыми условиями. Также следует отметить низкую плотность воздуха в атмосфере как среде жизни, благодаря чему жизнь сосредоточена вблизи поверхности земли, проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50 - 70 м (кроны деревьев тропических лесов).

Атмосфера предохраняет Землю от метеоритной бомбардировки. Большинство метеоритов никогда не достигает земной поверхности, потому что они сгорают при вхождении в атмосферу с огромной скоростью, создавая при этом иллюзию падающих звезд. Кроме того, атмосфера также способствует сохранению на планете тепла, которое в противном случае рассеивалось бы в холоде космического пространства. Сама же она благодаря силам притяжения Земли не улетучивается.

Атмосфера не только поддерживает жизнь, она служит также защитным экраном. На высоте 20-25 км от поверхности Земли под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца часть молекул кислорода расщепляется на свободные атомы кислорода. Если кислороду мы обязаны тем, что без него невозможно существование жизни, то озон, образуя в высших слоях атмосферы тонкий слой, - так называемый озоновый экран, обеспечивает этой хрупкой земной жизни дальнейшее ее существование. Тонкий слой озона отфильтровывает вредный компонент солнечного излучения - ультрафиолетовые лучи, прямое влияние которых губительно для всего живого. Не будь данного слоя, такое излучение могло бы уничтожить жизнь на Земле. К сожалению, в 80-90-е гг. XX в. наблюдалась негативная тенденция утончения и разрушения озонового экрана.

25. Почва как среда жизни

Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, который образовался в процессе выветривания, деятельности живых организмов, разложения органических остатков и перемешивания полученных веществ.

Растения получают воду и питательные вещества из почвы. Листья и ветки, отмирая, возвращаются в нее, где разлагаются, высвобождая содержащиеся в них минеральные вещества. В поверхностных слоях почвы, куда поступает самое свежее мертвое органическое вещество, обитает множество организмов-разрушителей - бактерий и грибов, мельчайших членистоногих и червей, термитов и многоножек. Их активность обеспечивает развитие почвы сверху, тогда как физическое и химическое разрушение коренной породы способствует образованию почвы снизу. В процессе формирования почв возникает характерная слоистость. Эти последовательные слои, четко прослеживаемые в почвенном разрезе, называют горизонтами. Горизонты составляют профиль почвы. Копая землю, можно заметить, что цвет почвы и ее структура меняются с глубиной от темного гумусного слоя к светлому песчаному или глинистому. Самым важным является гумусный слой, содержащий остатки растительности и определяющий плодородие почвы.

Роль почвы многообразна: с одной стороны, это важный участник всех природных круговоротов, с другой - основа для производства биомассы. Для получения растительной и животной продукции человечество использует около 10 % суши под пашню и около 20 % - под пастбища. Это та часть земной поверхности, которую, как полагают специалисты, уже не удастся увеличить, несмотря на необходимость производства все большего количества продовольствия в связи с ростом народонаселения.Как среда жизни почва занимает промежуточное положение между атмосферой и гидросферой: она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, более резкий, чем в гидросере.

Все это определяет распространение жизни в почве: микроорганизмы встречаются по всей ее толще, растения связаны лишь с наружными горизонтами (корневая система некоторых деревьев достигает глубины 8-10 м), беспозвоночные животные обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5 - 7 м. Бактерии находят в подземных водах, сопровождающих залежи нефти на глубине 3-5 км. Этим практически ограничивается распространение жизни в «твердой» оболочке Земли - литосфере.

Основными свойствами почвы как экологической среды являются: ее физическая структура, механический и химическнй состав, кислотность, окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация, влаго-емкость и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв (несколько тысяч), и это требует исключительной грамотности при их использовании.

В почве содержатся не только химические элементы, но и различные живые организмы. Особенно много в ней микроорганизмов (бактерий, водорослей, грибов, простейших).

Условия почвенной среды обитания определяют такие свойства почвы, как ее аэрация (т.е. насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезонный, разногодичный ход температур). Термический режим, по сравнению с наземно-воздушной средой, более консервативный, особенно на большой глубине. В целом, почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни.Для почвенных организмов характерны специфические органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела; прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т.д.Почва - главный фундамент жизни. Все живое на Земле зависит от этого тонкого, драгоценного, жизнеродящего слоя.

26. Живые организмы как среда жизни

Организм может также служить средой обитания - для паразитов и симбионтов (симбиоз - совместное, взаимовыгодное сожительство организмов).

Использование одних организмов другими в качестве среды обитания - явление древнее и широко распространенное в природе. Паразитизм - это форма взаимоотношений между организмами разных видов, которые носят антагонистический характер. Паразитом называется организм, использующий другой организм (хозяина) в качестве источника пищи и среды обитания. Паразит живет за счет особей другого вида и тесно связан с ними в своем жизненном цикле. Паразиты питаются соками тела, тканями или переваренной нищей своих хозяев. При этом паразит не умерщвляет своего хозяина, поскольку в противном случае он лишился бы источника существования.

Различают паразитов облигатных (обязательных) и факультативных (необязательных). Облигатные паразиты абсолютно неспособны жить и размножаться без питания тканями или соками данного хозяина вне его организма. Примером могут служить многочисленные кишечные паразиты - аскариды, острицы, солитеры и др. Факультативные паразиты способны жить и размножаться самостоятельно, не обязательно питаясь тканями и соками хозяина. Например, миноги ведут как хищнический, так и паразитарный образ жизни.

Паразиты, питающиеся телом хозяина и обитающие на его поверхности, носят название эктопаразитов. Это блохи, вши, клещи, различные виды тлей. Паразиты, живущие во внутренних тканях, полостях и клетках хозяина, носят название эндопаразитов. Это различные вирусы, бактерии, гельминты и др.

При выходе из хозяина во внешнюю среду у паразитов развиваются защитные приспособления, позволяющие им пережить этот критический период. Яйца их покрываются многослойными оболочками, многие образуют цисты, ряд личинок нематод впадает в анабиоз.

Пути проникновения паразитов в организм хозяина многообразны. Они могут попадать в пищеварительный тракт с пищей, могут активно внедряться через кожный покров, передаваться при посредстве переносчиков и т.п.

Все паразиты для обеспечения выживания своего вида должны переходить от хозяина к хозяину. Некоторые из них выработали довольно простой цикл воспроизведения. Другие паразиты выработали довольно сложные циклы развития.

Взаимоотношения между человеком и различного рода паразитами установились с незапамятных времен. Ко многим паразитам человеческий организм приобрел невосприимчивость, но против некоторых, таких, как переносчики туберкулеза, сифилиса, гриппа еще не найдено эффективного противоядия. Следуя поговорке, что болезнь легче предупредить, чем лечить, человек наконец-то понял, что истинная причина большинства болезней - это нарушение экологической среды.

Среди растений и грибов также известно много паразитических видов. Одни растения-паразиты содержат хлорофилл и могут вырабатывать органические вещества, т.е. являются, собственно говоря, полупаразитами. Это паразитирующая на березах, осинах, ивах, дубах, соснах омела, которую часто можно встретить в белорусских лесах. Фотосинтез она осуществляет сама, а воду и минеральные соли добывает из ветвей растений, на которых живет, пуская вглубь древесных тканей особые присоски. К полупаразитам относится также луговое растение погремок. Под землей его корни паразитируют на корнях других растений, чаще всего это злаки. Иногда он настолько спешит, что присасывается к корням своих собратьев - таких же погремков.

При исследовании явления паразитизма экологи пришли к выводу, что участвующие в таком сожительстве организмы как бы «равнодушны» к себе и используют друг друга только из эгоистических (если такой термин применим к миру растений и животных) побуждений.

Строго говоря, организмы, убивающие своего хозяина, являются не паразитами, а паразитоидами. Паразитоиды - организмы, которые ведут паразитический образ жизни на личиночной (неполовозрелой) стадии.

Таким образом, отличие паразита от паразитоида состоит в том, что паразиты стараются большей частью не убивать своего хозяина, иначе они неминуемо погибнут сами. Паразитоиды же целенаправленно убивают хозяина, питаясь его тканями в процессе своего созревания (взросления).В ходе эволюции между паразитами и их хозяевами выработались специфические взаимоотношения. Прежде всего, агрессивная изощренность паразитов постоянно наталкивалась на оборонительную изобретательность хозяев. Это заставляло последних постоянно прибегать к поиску новых разнообразных стратегий самообороны, в противном случае им грозило вымирание. По мнению биологов, соревнование за выживание между паразитами и их хозяевами имеет глубокий биологический смысл, поскольку в противостоянии паразитам у животных и растений возникали все новые генные вариации, что, в конечном счете, со временем приводило к возникновению новых видов.

Живые организмы зачастую энергично реагируют и успешно противостоят воздействию со стороны паразитов. Такое сопротивление паразитам получило название активного иммунитета.

Зачастую средой обитания растений служат другие растения. Такое явление, при котором одни растения используют другие (в основном стволы и ветви) в качестве среды обитания, но не паразитируют на них, называется эпифитизм, а поселяющиеся организмы - эпифиты (от греч. «эпи» - на, над, сверх и «фитон» - растение). В данном случае растения-эпифиты получают питательные вещества из окружающей среды, а не из тела растения-хозяина, как паразиты. У эпифитов выработались приспособления для улавливания воды и минеральных солей из воздуха.

27. Популяция. Ее структура и динамика. Устойчивость популяции

Популяция -- это человеческое, животное или растительное население некоторой местности.

Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры. В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре, под которой понимают соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов. У животных выделяют следующие возрастные группы:

ювенальная группа (детская)

сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем, как правило, количество самцов и самок различно (соотношение полов не равно 1:1). Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование поколений с отсутствием самцов. Каждая популяция может иметь и сложную пространственную структуру, подразделяясь на более или менее крупные иерархические группы - от географической до элементарной (микропопуляции).

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. Такие популяции называют нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это однозначно свидетельствует о наличии отрицательных факторов в ее существовании, нарушающих воспроизводительные функции. Такие популяции рассматривают как регрессивные, или вымирающие. Требуются срочные меры по выявлению причин такого состояния и их исключению. Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые здесь ранее отсутствовали. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность. Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек из нее может изымать то количество особей или биомассу (последний показатель обычно используется применительно к растительным сообществам), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Ясно, что изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол или другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

К числу важнейших свойств популяций относится динамика свойственной им численности особей и механизмы ее регулирования. Всякое значительное отклонение численности особей в популяциях от оптимальной связано с отрицательными последствиями для ее существования. В связи с этим популяции обычно имеют адаптационные механизмы, способствующие как снижению численности, если она значительно превышает оптимальную, так и ее восстановлению, если она уменьшается ниже оптимальных значений. Каждой популяции свойствен так называемый биотический потенциал, под которым понимают теоретически возможное потомство от одной пары особей при реализации способности организмов увеличивать численность в геометрической прогрессии. Обычно биотический потенциал тем выше, чем ниже уровень организации организмов

Однако биотический потенциал реализуется организмами со значительной степенью полноты только в отдельных случаях и в течение коротких промежутков времени.

Для большинства же популяций и видов выживаемость характеризуется кривой второго типа, которая отражает высокую смертность молодых особей или их зачатков (яйца, икринки, споры, семена и т.п.). При таком типе выживаемости (смертности) численность популяции обычно выражается S-образной кривой. Такая кривая носит название логистической. Но и в этом случае периодические колебания численности особей значительны. Такие отклонения от средней численности имеют сезонный (как у многих насекомых), взрывной (как у некоторых грызунов - лемминги, белки) или постепенный (как у крупных млекопитающих) характер.

Одним из важнейших условий устойчивости (кстати, это ответ на одно из заданий, если кто-то его еще помнит) является внутреннее разнообразие. Хотя споры ученых о том, как соотносится структурное и функциональное разнообразие с устойчивостью системы, не утихают, несомненно, что чем система разнообразнее - тем она устойчивее. Скажем, чем разнообразнее по своим генетическим задаткам особи популяции, тем больше шансов, что при изменении условий в популяции найдутся особи, способные в этих условиях существовать.

Одним из важнейших факторов поддержания численности популяций является внутривидовая конкуренция. Она может проявляться в различных формах: от борьбы за места для гнездования до каннибализма.

Межвидовые отношения также играют важную роль. Отношения паразит-хозяин и хищник-жертва во многом зависят от плотности: распространение болезней происходит быстрее в популяциях с высокой плотностью, которая выступает эпидемиологическим фактором.

Однако необходимо учесть, что устойчивость популяции не исчерпывается регуляцией плотности. Оптимальная плотность чрезвычайно важна для оптимального использования ресурсов (при увеличении плотности ресурсов может не хватить), однако это еще не гарантия устойчивой популяции.

28. Численность и плотность популяции

Численность популяции - это общее количество особей энного вида, присутствующее на той или иной территории.

Плотность популяции, число особей (животных, растений, микроорганизмов) в расчёте на единицу объёма (воды, воздуха или почвы) или поверхности (почвы или дна водоёма). Плотность популяции -- важный экологический показатель пространственного размещения сочленов популяции, а также динамики численности животных, условий изменчивости и проявления естественного отбора. Плотность популяции определяется преимущественно степенью благоприятности условий обитания вида в данном биотопе или важнейшими экологическими факторами окружающей среды, особенно находящимися в минимуме и называется лимитирующими. Поэтому по средней Плотность популяции можно судить о благоприятности местообитания для данного вида. По постоянству обитания в биотопе данного вида и пределам колебания его численности в разные сезоны и годы можно выделить места временного и постоянного обитания (стации переживания, или резервации, в которых сохраняются остатки популяции в особенно неблагоприятные годы).

Плотность популяции и характер пространственного распределения животных закономерно меняются при циклических колебаниях численности, регулируемых соответствующими популяционными механизмами. Рост плотности популяции у большинства видов сопровождается выделением её сочленами и накоплением во внешней среде продуктов обмена, в том числе особых сигнальных веществ, которые тормозят или ускоряют рост и развитие, ограничивают или даже прекращают размножение, могут увеличивать подвижность животных и менять их поведение. В результате при высокой плотности популяции усиливается расселение и может начаться массовая эмиграция. При уменьшении плотности популяции эмиграция прекращается, а подвижность несколько падает, вновь увеличиваясь при чрезмерном изреживании популяции, угрожающем разрушением внутрипопуляционных группировок (семьи, стаи, стада, колонии ит.д.). Одновременно растет интенсивность размножения.

У каждого вида в зависимости от его образа жизни и подвижности (сидячие, оседлые или кочевые, мигрирующие на большие расстояния) существуют оптимальная плотность популяции и допустимые пределы её колебаний, неодинаковые в разных биотопах (максимальная и минимальная плотность популяции). У неподвижных организмов (растения, микроорганизмы, сидячие животные), получающих пищу и кислород из окружающей среды с токами воды, воздуха, почвенными растворами, возможно, а во многих случаях и выгодно примыкание организмов друг к другу. Таково же значение колоний или семей у общественных насекомых -- пчёл, муравьев, термитов. Колониальные гнездовья птиц (особенно птичьи базары) и колонии млекопитающих (сусликов, сурков, пищух, летучих мышей и др.) также характеризуются очень высокой плотностью популяции.