Взаимодействие организма и среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

высшего профессионального образования

«Кузбасский ИНСТИТУТ экономики и права»

экономический факультет

Кафедра МАТЕМАТИЧЕСКИХ И ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН

контрольная работа

по дисциплине «Экологии»

тема «Взаимодействие организма и среды»

Выполнила: Калашникова С.А.

Проверила: доцент, к.т.н. Фалькова Г.Н.

Кемерово 2011

Содержание

1. Понятие о среде обитания и экологические факторы

2. Основные представления об адаптации организма

3. Экологические группы организмов

4. Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности

Список литературы

1. Понятие о среде обитания и экологические факторы

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания. Среда - это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания. Знание особенностей взаимодействия организма и среды является достаточно важным вопросом в изучении экологии и без наличия достаточной информации по этой тематике невозможно представить наше с вами отношение к природе и ее организмам.

Термин среда обитания применяют, когда хотят обозначить характерные для какого-нибудь вида растений или животных естественные условия жизни. А широко используемое понятие окружающая среда соответствует той части экологической среды, с элементами которой организм непосредственно взаимодействует. Чаще всего это понятие используют применительно к человеку, имея в виду окружающую человека среду.

На нашей планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого организма, используемое паразитами и полу паразитами.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы - это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное воздействие на особей данной популяции, а также на характер их отношений друг с другом и с особями других популяций.

Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям (рис. 1) Внешние факторы воздействуют на организм, популяцию, экосистему, но не испытывают непосредственного обратного действия: солнечная радиация, атмосферное давление, скорость течения, ветер. В отличие от них внутренние факторы связаны со свойствами самой экосистемы и образуют ее состав: численность популяций, пища, концентрации веществ и т.п.

Рис. 1 Классификация Экологических факторов (по Ю. Одуму, 1975).

Часто важно оценить значимость факторов, выделить главные и второстепенные. Те из них, без которых невозможны жизнь и развитие организма - пространство, пища, вода, тепло, свет, кислород, - определяются как условия существования. Количественная оценка условий существования, характеризующая их доступность для организмов и подчиняющаяся законам сохранения, позволяет квалифицировать их как ресурсы. Другие факторы, действующие не обязательно постоянно, но влияющие на различные проявления жизнедеятельности и распространение организмов, называют факторами воздействия.

По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).

Абиотические факторы делят на физические, или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Однако не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определёнными пастбищами или территорией охоты, т.е. вступать в конкретную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.

Биотические факторы -- разнообразные формы влияния одних организмов на жизнедеятельность других. При этом одни организмы могут служить пищей для других (например, растения -- для животных, жертва -- для хищника), быть средой обитания (например, хозяин --для паразита), способствовать размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители -- для цветковых растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты - термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Два живущих рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможны типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;

конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

мутуализм - виды не могут существовать друг без друга;

протокооперация (содружество) - оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

комменсализм - один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);

аменсализм - один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения;

паразитизм - паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;

хищничество - хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные (антропические) факторы -- это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические - факторы водной среды (вода, течение, солёность и др.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам ( температура, освещённость и др.).

Факторы, изменение которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими

Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

Большинство экологических факторов -- температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. -- отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.

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.

2. Основные представления об адаптации организма

Адаптация (от лат. «приспособление») - приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов.

Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов - изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственно - осуществляемого человеком).

Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эвалюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированные к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные.

Первичные - это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др. Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная.

Вторичные периодические факторы являются следствием первичных: влажность воздуха, зависящая от изменения температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четка видна.

Периодические факторы обычно воздействуют катастрофически: могут вызывать болезни или даже смерть живого организма. Человек использовал это в своих интересах, искусственно вводя непериодические факторы: введением химической отравы уничтожает вредные для него организмы: паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворных бактерий, вирусов и т.п. Но оказалось, что длительно воздействие этого фактора также может вызвать к нему адаптацию: насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы - к антибиотикам и т.д.

Источником адаптации являются генетические изменения в организме - мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эвалюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации разнообразны и их накопление может даже привести к дезинтеграционным явлениям, но благодаря отбору мутации и их комбинирование приобретают значение «ведущего творческого фактора адаптивной организации живых форм».

На историко-эвалюционном пути развития на организмы действуют абиотические и биотические факторы в комплексе.

Известны как успешные адаптации организмов к этому комплексу факторов, так и «безуспешные», т.е. вместо адаптации вид вымирает.

Прекрасный пример успешной адаптации - эволюция лошади в течении 60 млн. лет от низкорослого предка до современного и красивейшего быстроногого животного с высотой в холке до 1,6 м. Противоположный этому пример - вымирание мамонтов. Высокоаридный, субарктический климат последнего оледенения привел к исчезновению растительности, которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные к низким температурам. Кроме того, высказываются мнения, что в исчезновении мамонтов «повинен» и первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо мамонтов употреблялось ими в качестве пищи, а шкура - спасала от холода.

В приведенном примере с мамонтами недостаток растительной пищи вначале ограничивал количество мамонтов, а ее исчезновение привело к гибели. Растительная пища выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют важнейшую роль в выживании и адаптации.

3. Экологические группы организмов

В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как и индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединённых в один род, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяющих ещё более «далёких родственников».

Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию её факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счёт других, более приспособленных.

Популяция - это совокупность особей одного вида. Генетически обычно добавляют как обязательный момент - способность этой совокупности к самовоспроизведению. Экологи же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида.

Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определённой территории.

Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало небольшой популяции, причём весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.

Однако настоящих одновидовых группировок и поселений в природе не существует, и мы обычно имеем дело с группировками, состоящими из многих видов. Такие группировки называются биологическими сообществами, или биоценозами.

Биоценоз - совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных.

Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т.е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, по которым понимаются условия окружающей среды на определённой территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.

Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определённую биологическую систему - биогеоценоз. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «…свою, особую специфику взаимодействий» и «определённый тип обмена веществами и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющие собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т.е. пищевые, взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.

Прежде всего все организмы делятся на две большие группы - автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофные (доядерные организмы - прокариоты) организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зелёные растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др.

Гетеротрофные (ядерные организмы - эукариоты) организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мёртвую органику, называются сапрофитами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счёт живых тканей - паразитами (например, клещи).

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производит продукцию, другие потребляют, третьи - преобразуют её в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты - производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы, - это наземные зелёные растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.

Консументы - это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу - травоядные (корова), плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое - «всеядные» (человек, медведь).

Редуценты (деструкторы) - восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO_2., NO₂ и H₂O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они тем, самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Редуценты функционально это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсументами.

4. Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности

обитание экологический адаптация толерантность

На организм действует множество экологических факторов. Если концентрация факторов приближается к пределам устойчивости к нему организма, то такой фактор становится лимитирующим.

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в середине 19 века. Экспериментируя с химическими удобрениями, заметил, что ограничение дозы любого из них оказывает одинаковое влияние на растение - приводит к замедлению его роста, угнетению. Он установил «закон минимума»: если в ряду большого числа факторов, влияющих на организм, какой-либо находится в дефиците (минимуме), то именно он становится определяющим (лимитирующим) для организма.

Действие данного закона ограничивают два принципа. Первый: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния. Более точная формулировка: «при стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму». Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребление минимального питательного вещества. Организм иногда заменяет одно, дефицитное вещество другим, имеющимся в избытке. Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов, таких как тепло, свет, влажность. Представление о лимитирующем влиянии максимума, наравне с минимумом ввёл В. Шелфорд, и оно носит название «закон максимума».

Что касается закона минимума Ю.Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р.Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая сюда температуру, влажность, освещённость и т.д.

Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т.д. Но несмотря на взаимовлияние факторов, всё-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В.Р.Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменён другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т.д.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В.Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.

Уровень толерантности отдельного организма зависит от его возраста, здоровья, физиологического состояния, генотипа (например, толерантность к спиртному). К постепенно изменяющимся условиям можно адаптироваться (привыкнуть).

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5⁰С до + 25⁰С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур.

Диапазон толерантности - амплитуда колебаний различных факторов (температура, влажность, свет) при которой существует полноценный рост популяций (рис. 2)

Рис. 2

Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур - эвритермными («эври» - широкий) (рис 3).

Рис. 3 Сравнение относительных пределов толерантности стенотермных и эвритермных организмов (по Ф. Руттнеру. 1953 г.)

стенотермы эвритермы стенотермы

холод тепло

(оптимум) оптимум (оптимум)

активность

Мин. Макс. Мин. Макс.

температура

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т.п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены не Земле.

Диапазон толерантности организма не остаётся постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определённых условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определённый микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже - на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создаёт условия для физиологической акклиматизации вида-эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создаёт своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.

Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.

Список литературы

1. Акимов В.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа-Человек-Техника: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТА-ДАНА, 2001.-343 с.

2. Горелов А.А. Экология конспект лекций.- изд. Высшее образование, 2008. - 192 с.

3. Николайкин Н.И. Экология: Учебник для вузов/ Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.

4. Реймерс Н.Ф. Надежды на выживание человечества. Концептуальная экология. М., ИЦ «Россия молодая», 1992.

Размещено на Allbest.ru