Аутекология. Взаимодействие организма и среды

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное агентство по образованию

ГОУВПО МГУ

Кафедра экологии:0280365

Биолого-Химический факультет

Реферат

АУТЭКОЛОГИЯ. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ

Выполнили студенты 1-го курса:

Ермаков Владислав

Кочнев Олег

Йошкар-Ола

2010

Введение

Аутэкология - раздел экологии, изучающий влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды (растений, животных, грибов, бактерий). Её задача - выявление физиологических, морфологических и прочих приспособлений (адаптаций) видов к различным экологическим условиям: режиму увлажнения, высоким и низким температурам, засолению почвы (для растений). В последние годы у аутэкологии появилась новая задача - изучение механизмов реагирования организмов на различные варианты химического и физического загрязнения (включая радиоактивное загрязнение) среды.

Теоретическая основа аутэкологии и ее законы.

1. Закон оптимума: по любому экологическому фактору любой организм имеет определенные пределы распространения (пределы толерантности). Как правило, в центре ряда значений фактора, ограниченного пределами толерантности, лежит область наиболее благоприятных условий жизни организма, при которых формируется самая большая биомасса и высокая плотность популяции. Напротив, у границ толерантности расположены зоны угнетения организмов, когда падает плотность их популяций и виды становятся наиболее уязвимыми к действию неблагоприятных экологических факторов, включая и влияние человека.

2. Индивидуальность экологии видов: каждый вид по каждому экологическому фактору распределен по-своему, кривые распределений разных видов перекрываются, но их оптимумы различаются. По этой причине при изменении условий среды в пространстве (например, от сухой вершины холма к влажному логу) или во времени (при пересыхании озера, при усилении выпаса, при зарастании скал) состав экосистем изменяется постепенно. Известный российский эколог Л. Г. Раменский сформулировал этот закон образно: "Виды - это не рота солдат, марширующих в ногу".

3. Закон лимитирующих (ограничивающих) факторов: наиболее важным для распределения вида является тот фактор, значения которого находятся в минимуме или максимуме. Например, в степной зоне лимитирующим фактором развития растений является увлажнение (значение находится в минимуме) или засоление почвы (значение находится в максимуме), а в лесной - ее обеспеченность питательными элементами (значения находятся в минимуме).

Законы аутэкологии широко используются в сельскохозяйственной практике, например, при выборе сортов растений и пород животных, которые наиболее целесообразно выращивать или разводить в конкретном районе.

1. Аутэкология

.Иногда считают, что аутэкология -- это методический подход, изучающий живые организмы преимущественно в их зависимости от абиотических факторов внешней среды.

Экология организмов, или аутэкология (изучает взаимодействие между отдельными организмами и факторами среды их жизни).

Экология включает два взаимосвязанных раздела: аутэкологию и синэкологию. Внимание аутэкологии концентрируется на взаимоотношениях особей или групп особей с условиями окружающей среды.

1.1 Аутэкология изучает индивидуальные организмы или отдельные виды. Обычно при этом особое внимание уделяется жизненным циклам и поведению как способам приспособления к среде.

1.2 Синэкология изучает группы организмов, составляющих определенные единства. Так, если, скажем, изучается отношение белого дуба (одного дерева или вида в целом) или американского большого дрозда (одной особи или вида в целом) к среде, то это исследование является по своему характеру аутэкологическим. Если же изучается лес, в котором растет этот дуб или живет дрозд, то подход будет синэкологическим. В первом случае все внимание сосредоточено на отдельно взятом организме и цель состоит в том, чтобы увидеть, как он вписывается в общую экологическую картину, подобно тому как, рассматривая произведение живописи, можно сконцентрировать внимание на каком-то отдельном фрагменте. Во втором случае рассматривается картина в целом (т.е., если продолжить аналогию с живописью, -- изучается композиция).

Каждому виду организмов свойственны определенные условия, в которых он развивается, пределы факторов внешней среды, местообитание. Они представляют сумму характеристик данного вида, обуславливающих его способность занять определенное положение в многомерном пространстве экологических ниш и составляющих аутэкологию вида. При изучении аутэкологии внимание исследователя сосредоточено на идентификации вида, выявлении его численности в местообитании, способности к приспособлению. Каждый вид характеризуется набором функциональных характеристик, и для их описания выработаны классификации с соответствующей терминологией. Ниже дается краткое перечисление аутэкологических типов и употребляемая для этого терминология.

На представлена структура современной экологии. Выделяют крупные подразделения: общая экология (биоэкология), геоэкология, прикладная экология, экология человека и социальная. Классификация биоэкологии по уровням биотических систем представлена аутэкологией ( особей и организмов ), синэкологией ( экология сообществ ), популяционной экологией и пр. В последние годы в связи с возникшими глобальными экологическими проблемами особую актуальность приобретает прикладная экология с различными направлениями. Поэтому экология создает фундамент для решения проблем в области рационального природопользования и охраны окружающей среды, что необходимо для создания благоприятных условий существования человеческой цивилизации.

Экологические законы, правила и принципы позволяют лучше понять теоретические основы сельскохозяйственной экологии и эффективнее ее использовать в решении задач по производству экологически чистой продукции растениеводства и животноводства, сохранению качества окружающей природной среды. Жизнь растений и животных протекает под постоянным влиянием окружающей их среды. Среда влияет на состояние популяций, биоценозов и других надорганизменных систем. Среда слагается из множества разнообразных компонентов ( элементов ). Аутэкология -- раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма ( вида ) и факторов среды его обитания.

По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологии. С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии ( в том числе археологию ). В системе экологии человека выделяют социальную экологию ( взаимоотношение социальных групп общества с их средой жизни ), отличающуюся от экологии индивида и экологии человеческих популяций по функционально-пространственному уровню, равную синэкологии, но имеющую ту особенность, что сообщества людей в связи с их средой имеют доминанту социальной организации ( социальную экологию рассматривают для уровней от элементарных социальных групп до человечества в целом ). Линдемана ( 1942 ) и формирования представления о том, что экосистема является предметом экологии, методом ее исследований явился системный подход, нашедший отражение в работах. В экологии используются методы исследований и понятия, применяемые и в других науках -- биологии, математике, физике, химии и т. д. Многие же методы исследований свойственны исключительно экологии. Например, если исследования экологии особей ( аутэкология ) иногда близки исследованиям в области физиологии или биогеографии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело к экологии. При переходе от одного уровня к другому -- более высокому -- у веществ выявляются новые свойства.

Задача наша состоит в том, чтобы среди иерархически соподчиненных систем выбрать ту, которая более всего соответствует цели исследования. Экология микроорганизмов представляет собой приложение принципов системного анализа к миру микробов. Наиболее соответствующим профессиональной подготовке общих микробиологов является уровень микробного сообщества. В сообщество входят разнообразные по своим физиологическим особенностям организмы. Условия развития их в природе представляют область аутэкологии, в первую очередь определяемую экофизиологией данного вида. Она, в свою очередь, определяется биологией клетки данного вида, особенностями его обмена, в первую очередь энергетического, регуляцией, кинетикой роста, пределами устойчивости к факторам внешней среды. Совокупная деятельность микроорганизмов в природе, когда все микробное население представляется "черным ящиком", о деятельности которого судят по суммарным геохимическим реакциям, рассматривается синэкологией и, собственно говоря, не требует специально микробиологических знаний, кроме самых поверхностных. Такую задачу достаточно точно решает геохимик или агрохимик, понимающий условия среды, в которой действуют микроорганизмы, и оперирующий суммарными понятиями "сульфидогенеза", "метаногенеза", деструкции и продукции. Задача микробиолога -- - понять, что происходит внутри "черного ящика", каковы особенности взаимодействия функциональных группировок организмов друг с другом, где находятся механизмы, определяющие то или иное направление процессов.

Как следует из материала первой темы, экология включает два взаимосвязанных раздела : аутэкологию и синэкологию. Внимание аутэкологии концентрируется на взаимоотношениях особей или групп особей с условиями окружающей среды.

Каждому виду организмов свойственны определенные условия, в которых он развивается, пределы факторов внешней среды, местообитание. Они представляют сумму характеристик данного вида, обуславливающих его способность занять определенное положение в многомерном пространстве экологических ниш и составляющих аутэкологию вида. При изучении аутэкологии внимание исследователя сосредоточено на идентификации вида, выявлении его численности в местообитании, способности к приспособлению. Каждый вид характеризуется набором функциональных характеристик, и для их описания выработаны классификации с соответствующей терминологией. Ниже дается краткое перечисление аутэкологических типов и употребляемая для этого терминология.

2. Аутэкология. Живое вещество биосферы

аутекология сельскохозяйственный растение животное

Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров, организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней. Для живого характерен ряд свойств, которые в совокупности "делают" живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой. Живой организм - целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого.

Главные отличия живых организмов - способность к саморегуляции и способность к самовоспроизведению. Клетка - основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм, так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные форсы жизни. Среди неорганических веществ, входящих в состав клетки, первое место занимает вода.

Её роль чрезвычайно велика: большинство химических процессов протекает только в водных растворах, вода обеспечивает терморегуляцию, многие вещества поступают в клетку и выводятся из неё в виде водных растворов. В составе живого вещества более 70 элементов (так называемые биогенные), причем больше всего в клетках содержится кислорода, водорода, углерода. К числу универсальных элементов относят азот, кальций, калий, фосфор, магний, серу, хлор, натрий. Свыше 30 металлов и неметаллов, содержащихся в клетках в малом количестве и исключительно необходимые для жизнедеятельности клеток, называют микроэлементами. Недостаток или недоступная для усвоения организмом форма в окружающей природной среде какого-либо необходимого для жизнедеятельности химического элемента ограничивает рост и размножение живых организмов.

Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур. Обмен веществ - фундаментальное свойство живых организмов. Любая клетка организма способна синтезировать свои специфические белки. Эта способность обусловлена генетически передаваться из поколения в поколение. Все живое в современной биосфере зависит от процесса фотосинтеза. Фотосинтез делает энергию солнца и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает обогащение кислородом атмосферы Земли. Энергия необходима организмам для активного транспортирования веществ, для синтеза белков и иных биомолекул, для мышечных сокращений при перемещении в пространстве. Для клеточного деления и т.д. Первоисточником энергии в природе является Солнце, однако его энергию могут использовать только фотосинтетики, а все остальные организмы могут получать эту энергию лишь опосредованно, т.е. в форме энергии химических связей между атомами органических соединений. Главная роль в энергетическом обмене клеток животных принадлежит дыхательному обмену или клеточному дыханию. Энергетический обмен клетки осуществляется в 3 этапа:

1. Подготовительный этап - сложные органические соединения распадаются на более простые: белки на аминокислоты, полисахариды на моносахариды и пр.

2. Этап неполного окисления.

3. Этап полного расщепления протекает с обязательным участием кислорода.

3. Категории организмов

Поскольку внешняя среда служит для организма источником энергии и материала для построения собственного тела, а отходы метаболизма, уже непригодные для использования, выводятся обратно в среду обитания, то любой организм или группа одинаковых организмов в процессе жизнедеятельности будут неизбежно изменять окружающую среду, истощая её ресурсы и перегружая отходами. Физиологическая разнокачественность организмов, т.е. способность использовать для своей жизнедеятельности различные источники энергии и химические субстраты, является необходимым условием жизни на земле. Рассмотрим самые общие особенности обмена веществ и пищевой специализации основных категорий организмов, каждая из которых в свою очередь состоит из множества разнообразных групп, взаимно дополняющих друг друга так, что их совместная жизнедеятельность обеспечивает последовательное использование выделяемых в среду продуктов метаболизма и поддерживание постоянства состава и свойств среды.

1.1 Продуценты - организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии. В свою очередь по типу производства энергии их разделяют на: автотрофы (самопитающиеся) и гетеротрофы (питаемые другими). В соответствии с источниками энергии подразделяют на фототрофов (используют энергию Солнца, относят зеленые растения, цианобактерии) и хемотрофов (используют энергию химических связей, высвобождающуюся в процессе окисления минеральных веществ, относят бактерии, окисляющие различные минеральные вещества). В природных сообществах продуценты играют важную роль: усваивая энергию солнца или химических реакций и создавая органическое вещество, они как бы образуют запасы энергии, которая затем в виде пищи.

1.2 Консументы - организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище. Пища используется консументами и как источник энергии, и как материал для построения их тела. К консументам относят всех животных, от мельчайших примитивных до самых совершенных, включая человека. Есть консументы и среди растений: это паразитирующие на других растениях. Среди консументов-животных выделяют растительноядных животных (консументы первого порядка), мелких и крупных хищников (консументы второго, третьего порядка). Кроме того животные активно регулируют биомассу и рост растений. Консументы также подразделяют на сапрофагов (питающихся мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребителей живых растений), зоофагов (нуждающихся в животной пище), некрофагов, детритофагов.

1.3 Редуценты - организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации. По-другому их называют деструкторами, т.к. они окончательно разрушают органические вещества до относительно простых неорганических соединений, используемых консументами в качестве пищи. Тем самым осуществляется возврат вещества в начало природной цепи питания. К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов, разлагающих в процессе метаболизма мертвое органическое вещество (трупы животных, гниющие растения, фекалии) до минеральных составляющих. Именно редуценты завершают биологические циклы вещества в биосфере, возвращая в почву, воду и воздух биогены, которые вновь могут быть использованы растениями.

Таким образом поддерживается непрерывное течение жизни при ограниченном количестве, но многократном использовании биогенных элементов. Непременным условием существования как отдельных клеток и организмов, так и целых биологических сообществ и экосистем, является гомеостаз, т.е. способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. В гомеостазе живых систем выделяют: выносливость - способность переносить изменения среды без нарушения основных свойств системы; упругость - способность быстро самостоятельно возвращаться в нормальное состояние из неустойчивого, которое возникло в результате внешнего неблагоприятного воздействия на систему.

Гомеостаз обеспечивается работой механизмов регулирования, действующих по принципу отрицательной обратной связи. Разделение всего многообразия животных и растений на виды является способом упорядоченного описания живой природы, основанным на выявлении иерархической структуры её элементов. В большинстве случаев особи разных видов различают по внешнему виду, поведению, физиологии. Однако одних внешних различий, даже значительных, для выделения вида недостаточно. Вид- это качественный этап эволюции.

4. Экологические факторы

Живое неотрывно от среды. Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организма. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. В земных условиях существуют 4 основных типа среды обитания: водная, наземная (воздушная), почвенная, а также тело другого организма, используемое паразитами. Существуют экологические факторы, способные прямо или косвенно влиять на живой организм.

Экологические факторы подразделяют на 2 группы: факторы костной (неживой) природы - абиотические или абиогенные и факторы живой природы - биотические или биогенные.

1.1 Абиотические факторы:

1. Энергия Солнца. Распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Для организмов важны длина волны воспринимаемого излучения, его интенсивность, продолжительность воздействия.

2. Температура. Главным образом температура связана с солнечным излучением, но в ряде случаев определяется энергией геотермальных источников.

3. Осадки, влажность. Вода обязательна для жизни на земле, усиливает воздействие (усугубляет) действие температуры на организм.

4. Подвижность среды. Ветер - это важнейший фактор распространения на большие расстояния влаги, семян, спор, химических примесей и т.д. способствует как снижению околоземной концентрации пыле- и газообразных веществ вблизи места их поступления в атмосферу, так и повышению фоновых концентраций в воздушной среде вследствие выбросов далеких источников, включая трансграничный перенос, ускоряет испарение влаги наземными частями растений, косвенно влияет на все организмы суши, участвуя в процессах выветривания и эрозии.

5. Давление.

6. Ионизирующие излучения.

7. Так называемая группа топографических факторов. Основной топографический фактор - высота над уровнем моря. Горные цепи могут служить климатическими барьерами, играть роль изолирующего фактора в процессах видообразования.

8. Состав водной среды. Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от её химического состава.

9. Состав воздуха. Один из главных абиотических факторов.

10. Состав почв.

11. Содержание воды в почве. Вода необходима всем почвенным организмам, она поглощается корнями растений и принимает участие в процессах разрушения материнской породы, подстилающей почву. Благодаря воде происходит миграция и дифференциация химических элементов в почве.

12. Содержание воздуха в почве. Насыщенность воздухом играет важную роль в почвенных процессах.

13. Космические факторы.

14. Огонь (пожары). При определенном сочетании климатических условий приводят к полному или частичному выгоранию наземной растительности. Косвенное экологически значимое воздействие огня проявляется прежде всего в устранении конкуренции для видов, переживших пожар. Однако почва после пожаров обогащается питательными элементами. Экологические факторы воздействуют на организм одновременно и совместно. Совокупное воздействие факторов в той или иной мере взаимоизменяет характер воздействия каждого отдельного фактора. В комплексном действии экологических факторов среды значение отдельных экологических факторов неравноценно.

1.2 Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимодействия между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно многообразны. Существуют следующие формы биотических взаимоотношений:

1. Симбиоз (сожительство). Это форма отношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу от другого.

2. Антибиоз. Форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них испытывает отрицательное влияние.

3. Нейтрализм. Взаимонезависимость разных видов, обитающих на одной территории передается другим организмам.

Размещено на Allbest.ru