Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимодействие организмов и среды

Знакомство с экологией мы начинаем, пожалуй, с одного из самых разработанных и изученных разделов - аутэкологии. Как вы помните из первой лекции, внимание аутэкологии концентрируется на взаимодействии особей или групп особей с условиями окружающей их среды. Поэтому ключевым понятием аутэкологии является экологический фактор, то есть фактор окружающей среды, воздействующий на организм.

Влияние окружающей среды на организм и называется экологическим фактором. Точное научное определение звучит так:

Экологический фактор - это любой элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.

Условия существования - совокупность экологических факторов, обеспечивающих рост, развитие и воспроизводство организмов.

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.

Классификация экологических факторов

По своей природе экологические факторы делят на три группы:

· абиотические факторы - влияния неживой природы;

· биотические факторы - влияния живой природы.

· антропогенные факторы - влияния, вызванные деятельностью человека ("антропос" - человек).

Абиотические:

* климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха)

* почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость)

* орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона)

* химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность)

Биотические:

* фитогенные (растения)

* зоогенные (животные)

* микробиогенные (вирусы, бактерии)

* антропогенные (деятельность человека).

Абиотические факторы наземной среды

1) Лучистая энергия солнца.

Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).

Количество энергии у поверхности Земли - 21*10кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).

2) Освещение.

Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:

* светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест.

* тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник).

* тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.

Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью.

3) Температура:

Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы.

Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение.

В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:

* Организмы, t тела= t окр. среды, т.е. меняется в зависимости от t окр. среды, нет механизма терморегуляции (растения, рыбы, рептилии).

* Организмы с постоянной t тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t=36-40°C.

Также выделяют организмы, способные переносить колебания t⁰ в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных t⁰ (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).

4) Влажность атмосферного воздуха.

Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t воздуха.

5) Атмосферные осадки.

Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.

Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:

* Влажная экваториальная.

Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов).

* Сухая зона тропического пояса.

Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка).

* Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь.

* Полярная область.

Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.

6) Газовый состав атмосферы.

Состав ее практически постоянен и включает: N-78%, 0-20,9%, СО, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.

7) Движение воздушных масс (ветер).

Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью-Гемпшир, США).

Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.

8) Давление атмосферы.

760 мм ртутного столба или 10 кПа.

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%).

6 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

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)

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

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.

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 О₂ и СО₂. О₂ - для дыхания.

3. Кислая, нейтральная, щелочная среда.

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 для 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. 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.

Лимитирующие факторы

Любой экологический фактор, приближающийся к верхней или нижней границе выживания, называется лимитирующим.

Так он сформулировал закон, который носит название «закон Либиха».

Закон относится ко всем влияющим на организм биотическим и абиотическим факторам, и применим к растениям, животным и человеку.

Экологический фактор играет роль лимитирующего фактора, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень.

По сложившимся представлениям, лимитирующим считают такой фактор, который присутствует как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма.

Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом. Диапазон между этими величинами принято называть пределами толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимуме показал в своих работах американский ученый Шелфорд и он же сформулировал в 1913 г. этот принцип как закон толерантности (закон лимитирующего фактора): диапазон между экологическим минимумом и экологическим максимумом составляет пределы устойчивости, т.е. толерантности данного организма.

Экологический закон конкурентного исключения: Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут долго существовать из-за биологической конкуренции.

Закон оптимума звучит следующим образом: Любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы

«Законы» экологии Б.Коммонера:

Первый закон: Все связано со всем

Второй закон: Все должно куда-то деваться

Третий закон: Природа «знает» лучше

Четвертый закон: Ничто не дается даром

Закон минимума Либиха: Веществом, находящимся в минимуме, управляется жизнедеятельность организма.

окружающий среда абиотический экологический

Взаимодействие факторов

Можно выделить три основные вида взаимодействия факторов:

· аддитивное - взаимодействие факторов представляет собой простую алгебраическую сумму эффектов каждого из факторов при независимом действии;

· синергетическое - совместное действие факторов усиливает эффект (то есть эффект при их совместном действии больше простой суммы эффектов каждого фактора при независимом действии);

· антагонистическое - совместное действие факторов ослабляет эффект (то есть эффект при их совместном действии меньше простой суммы эффектов каждого фактора).

Адаптация живых организмов к экологическим факторам

На уровне сообществ и даже видов известно явление компенсации факторов, под которым понимают способность приспосабливаться (адаптироваться) к условиям среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и других физических факторов.

Адаптация - эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов. Другими словами, это процесс приспособления организмов к определенным условиям окружающей среды.

Любой живой организм может обитать лишь там, где режимы экологических факторов соответствуют необходимым условиям. Особи, не приспособленные к данным или изменяющимся условиям, вымирают.

Рассмотрим некоторые примеры адаптаций:

1) Морфологические адаптации. Пример - строение организмов, обитающих в воде, в частности, приспособления к быстрому плаванию у китообразных, приспособления к парению в воде у планктонных организмов. Растения в пустынях лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги.

2) Физиологические адаптации, заключаются, например, в том, что обитатели пустынь способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров. Биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха. Состав пищи определяет особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных.

3) Поведенческие адаптации. Приспособительное поведение может проявляться у хищников в процессе выслеживания и преследования добычи, а у жертв - в ответных реакциях (затаивание, например). Некоторые насекомые отпугивают хищников и паразитов резкими движениями.

Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции - экотипы.

Совокупность на определенной территории абиотических факторов называют экотоп; совокупность живых организмов -- биоценоз; место обитания организмов - биотоп. В свою очередь, экотоп состоит из совокупности климатических (климатоп) и почвенно-грунтовых (эдафотоп) факторов, а биоценоз включает сообщества животных (зооценоз), растений (фитоценоз) и микроорганизмов (микробоценоз).

Экологическая ниша - это место вида в экосистеме (биоценозе), определяемое его биологическим потенциалом и совокупностью факторов внешней среды.

Экологическая сукцессия - это последовательная смена биоценозов, выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества.

Пищевые цепи - это ряд организмов, в котором каждое предыдущее звено пища для последующего.

Размещено на Allbest.ru