Введение

В процессе эволюции и напряженной борьбы за существование организмы освоили самые различные условия среды, и при этом сформировалось все современное разнообразие растений и животных, которое исчисляется примерно двумя миллионами видов. В свою очередь жизнедеятельность организмов оказала громадное влияние на неживую среду, которая усложнялась и эволюционировала вместе с развитием жизни.

Общая картина окружающей нас природы представляет не беспорядочное сочетание различных живых существ, а достаточно устойчивую и организованную систему, в которой каждый вид растений и животных занимает определенное место.

Мы знаем, что любой вид способен к неограниченному размножению и может быстро заселить все доступное ему пространство. Очевидно, что одновременное совместное существование разнообразных живых существ возможно лишь при наличии особых механизмов, регулирующих ход размножения и определяющих пространственное распределение видов и численность особей. Такая регуляция - следствие сложных конкурентных и иных взаимоотношений между организмами в процессе их жизнедеятельности. Большую роль при этом играют и влияния со стороны физических условий среды.

Изучение взаимоотношений организмов между собой и между организмами и физической средой обитания составляет содержание раздела биологии, получившего название экологии ("ойкос" - жилище, убежище и "логос" - наука, греч.).

Экология опирается на обобщения и выводы большинства других разделов биологии, а также наук о Земле. Экологические закономерности служат научной основой для рационального использования человеком естественных биологических ресурсов и для решения многих хозяйственных задач.

Среда и экологические факторы

Организм и факторы среды. В понятие внешней среды входят все условия живой и неживой природы, которые окружают организм и прямо или косвенно влияют на его состояние, развитие, выживание и размножение. Среда всегда представляет собой сложный комплекс различных элементов. Отдельные элементы среды, действующие на организм, называют экологическими факторами.

Среди них различают две разные по своей природе группы:

1. Абиотические факторы - все влияющие на организм элементы неживой природы. К наиболее важным факторам относятся свет, температура, влажность и другие компоненты климата, а также состав водной, воздушной и почвенной среды.

2. Биотические факторы - всевозможные влияния, которые испытывает организм со стороны окружающих его живых существ. В современную эпоху исключительно большое влияние на природу оказывает деятельность человека, которую можно рассматривать как особый экологический фактор.

В природе внешние условия всегда в какой-то мере изменчивы. Каждый вид в процессе эволюции приспособился к определенной интенсивности экологических факторов и амплитуде их колебания. Возникшие приспособления к конкретным условиям обитания наследственно закреплены. Поэтому, будучи очень целесообразными для среды, в которой исторически сформировался вид, экологические адаптации ограничивают или даже исключают возможность существования в иной обстановке.

Разные экологические факторы: как, температура, газовый состав атмосферы, пища, действуют на организм различными путями. Соответственно различны морфологические и физиологические приспособления к ним. Однако результаты влияния любого фактора экологически сравнимы, так как они всегда выражаются в изменении жизнеспособности организма, что в конечном итоге приводит к изменению численности популяции.

Интенсивность фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной или оптимумом. Чем больше отклоняется значение фактора от оптимальной для данного вида величины (как в сторону понижения, так и в сторону повышения), тем сильнее угнетается жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости.

Так как оптимум отражает особенности условий в местах обитания, то он обычно неодинаков у разных видов. В соответствии с тем, какой уровень фактора наиболее благоприятен, можно различать виды: тепло - и холодолюбивые, влаго - и сухолюбивые, приспособленные к высокой и низкой солености воды и т.д. Наряду с этим видовые приспособления проявляются также и в выносливости к степени изменчивости фактора. Узко приспособленными называют виды, выносящие лишь небольшие отклонения фактора от оптимальной величины; широко приспособленными - виды, способные выдерживать значительные изменения данного фактора. Например, большинство обитателей моря узко приспособлены к относительно высокой солености воды, и снижение концентрации солей в воде для них губительно. Обитатели пресных вод также узко приспособлены, но к низкому содержанию солей в воде. Однако есть виды, способные выносить очень большие изменения солености воды, например рыбка трехиглая колюшка, которая может жить как в пресных водах, так и в соленых озерах и даже в морях.

Приспособления к отдельным факторам среды в значительной мере независимы, поэтому один и тот же вид может обладать узкой приспособленностью к одному из факторов, например к солености, и широкой приспособленностью к другому, например, к температуре или пище.

Взаимодействие факторов. Ограничивающий фактор. На организм всегда одновременно действует очень сложный комплекс окружающих условий. Результат их совместного влияния не является простой суммой реакций на действие отдельных факторов. Оптимум и границы выносливости по отношению к одному из факторов среды зависят от уровня других. Например, при оптимальной температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности и недостатку пищи. С другой стороны, обилие пищи увеличивает устойчивость организма к изменениям климатических условий.

Однако такая взаимная компенсация всегда ограничена, и ни один из необходимых для жизни факторов не может быть заменен другим. Поэтому при смене мест обитания или при изменении условий в данной местности жизнедеятельность вида и его способность к конкуренции с другими будет ограничиваться тем из факторов, который сильнее всего отклоняется от оптимальной для вида величины. Если количественное значение хотя бы одного из факторов выходит за пределы выносливости, то существование вида становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия.

Например, распространение многих животных и растений к северу обычно ограничивает недостаток тепла, тогда как на юге ограничивающим фактором для тех же видов может оказаться недостаток влаги или необходимой пищи.

Взаимозависимость организмов и среды. Организм всецело зависит от среды и немыслим без нее. Но в процессе жизнедеятельности и непрерывного обмена веществ со средой растения и животные сами влияют на окружающие условия и изменяют физическую среду. Возникающие в ней изменения в свою очередь вызывают у организмов необходимость новых экологических приспособлений. Масштабы и значение таких изменений неживой природы под влиянием деятельности живых существ очень велики. Достаточно вспомнить, что фотосинтез растений привел к образованию современной атмосферы, богатой кислородом, которая стала одним из основных условий существования для большинства современных организмов. В результате жизнедеятельности организмов возникла почва, к составу и характеру которой приспособились в процессе эволюции растения и животные. Изменился и климат, и возникли местные его особенности - микроклиматы.

Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания . Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами:

1) абиотические факторы – факторы неживой природы (температура, свет, влажность);

2) биотические факторы – взаимоотношения между особями в популяции и между популяциями в природном обществе;

3) антропогенный фактор – деятельность человека, приводящая к изменению среды обитания живых организмов.

Фотопериодизм – общее важное приспособление организмов. Так, весенние удлиняющиеся дни вызывают активную деятельность половых желез.

В 1935 г. английский ботаник А.Тесли ввел понятие «экосистема »- исторически сложившиеся открытые, но целостные и устойчивые системы живых и неживых компонентов, имеющие односторонний поток энергии, внутренние и внешние круговороты веществ и обладающие способностью регулировать все эти процессы.

В 1942 г. советский академик В.Н.Сукачев сформулировал понятие «биогеоценоз » - открытая природная система, состоящая из живых и неживых компонентов, занимающая территорию со сравнительно однородным растительным сообществом и характеризующаяся определенным потоком энергии, круговоротом веществ, движением и развитием.

Лес, поле, луг – это экосистема. Но когда характеристика леса и его тип конкретизуется определенным растительным сообществом (ельник – черничник, сосняк – брусничник) - это биогеоценоз.

Среда обитания человека представляет собой переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных экологических факторов, набор которых различается в разных природно-географических и экономических регионах планеты.

Предмет экологии человека. Биологический и социальный аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности. Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных изменений в окружающей среде.

Экология человека - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации и, наконец, человечество в целом. Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль.

Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адаптациями, поскольку каждый человек индивидуален.

Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно - полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.).

Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека.

Человек стал оказывать влияние окружающую его природную среду с тех пор, как перешел от собирательства к охоте и земледелию. Результатом охоты явилось исчезновение ряда видов крупных млекопитающих и птиц. Многие виды стали редкими и находятся на гране исчезновения. Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями с/х культур. Большое значение имеет воздействие на природу, связанные с развитием промышленности, сопровождающиеся изменением ландшафта вследствие добычи полезных ископаемых и поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ. Загрязнение – это привнесение в какую- либо среду новых, не характерных для нее веществ или превышение естественного уровня этих веществ в окружающей среде. Это влияние на атмосферу, гидросферу, почву, а также радиоактивное загрязнение биосферы.

Адаптивный тип - это определённая норма реакций на преобладающие условия обитания, которая проявляется в развитии комплекса морфофункциональных, биохимических, иммунологических признаков, обеспечивающих лучшую биологическую приспособляемость человека к определённой физической среде. Выделяют следующие адаптивные типы: арктический, зоны умеренного климата, высокогорный, тропический, зоны пустынь и полупустынь и др. Комплекс признаков конкретного адаптивного типа не связан с расовой и этнической принадлежностью популяции.Например жители города Ростова принадлежат к адаптивному типу людей, живущих в зоне умеренного климата.

В комплекс адаптивных признаков включают специфические и общие признаки. К общим признакам относят показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови. Общие элементы обеспечивают повышение общей сопротивляемости организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические признаки разнообразны и обусловлены преобладающими условиями в данном регионе (гипоксия, жара, холод и т.п.). Сочетание специфических признаков определяет формирование адаптивного типа человека.

Развитие особенностей определённого адаптивного типа происходит в эмбриогенезе. Например, уже в конце внутриутробного развития проявляются различия в пропорциях тела между негроидами и европеоидами. Существование адаптивных типов свидетельствует о значительной экологической пластичности человека, которая была основной предпосылкой расселения человека на планете.

В комплекс признаков адаптивного типа входят такие, которые имеют генетическую обусловленность (форма и размер тела, характер роста, развитие скелета, отложения жира и др.), закрепляются в генотипе и наследуются. Однако ряд признаков имеет в своей основе быстрые физиологические изменения, связанные с акклиматизацией (например, адаптации к действию высоких температур). Последнее хорошо иллюстрируют американские индейцы: индейцы Атабаски, населяющие район Большого Медвежьего озера, живут в таких же суровых условиях, как эскимосы; индейцы майя на полуострове Юкатан обитают в условиях жаркого влажного климата. Очень широк в настоящее время климатический интервал обитания европейцев: в исключительно холодных условиях живут лапландцы, в жарких -итальянцы, обосновавшиеся в Северной Австралии.

| 2 | | | | | | | |

Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος - обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος - понятие, учение, наука) - наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов».

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова. В широком смысле слова среда - это окружающая среда. Окружающая среда - это совокупность всех условий жизни, которые существуют на планете Земля. Американский биолог П.Эрлих в своей книге «Демографический взрыв», которая вышла в свет в конце 60-х годов, так образно охарактеризовал окружающую среду: «Наша окружающая среда - единственная в своем роде «кожа» из почвы, воды и газообразной атмосферы, минеральных питательных веществ и живых организмов, покрывающая ничем в остальном особо не примечательную планету». Среда в узком смысле слова - это среда обитания. Среда обитания - это та часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности.

Иными словами СРЕДА - все, что окружает организмы, прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание и размножение.

Абиотические факторы - это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы:
а) климатические факторы - это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.);
б) эдафические, или почвенные, факторы - это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они в свою очередь разделяются на физические (механический состав, комковатость, капиллярность, скважность, воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;
в) орографические факторы, или факторы рельефа, - это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (высота местности над уровнем моря, широта местности по отношению к экватору, крутизна местности - это угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности - это положение местности по отношению к сторонам света);
г) гидрофизические факторы - это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.

1. Анропогенные факотры

Биотические факторы, влияющие на растительные организмы как первичные продуценты органического вещества, классифицируют на

зоогенные факторы - фитофагия, энтомофилия, зоохория, зоогамия, орнитофилия, мирмекохория, т. е. многообразные формы влияния животных организмов на образ жизни, размножение и свойства растений.

фитогенные факторы - растения, обычно входящие в состав растительных сообществ, испытывают многообразные влияния соседних растений и при этом сами оказывают воздействие на сообитателей. Формы взаимоотношений разнообразны и зависят от способа и степени контактов растительных организмов, сопутствующих факторов и т. п.

антропогенные факторы - факторы среды, связанные с деятельностью человека и оказывающие влияние на живые организмы. Эти факторы наиболее значимы по своим масштабам и характеру

Антропогенные факторы могут быть как положительные, так и отрицательные.

Положительное воздействие проявляется в разумном преобразовании природы - посадке лесов, парков, садов, создании и разведении сортов растений и пород животных, создании искусственных водохранилищ, заповедников, заказников и т. д. Однако с ростом численности населения на Земле непрерывно увеличиваются площади преобразуемых участков поверхности, исчезают или меняют свой прежний вид многие ландшафты. Так, вырубаются лесные массивы, высыхают вековые болота, превращаются в каскад водохранилищ полноводные реки (Волга, Днепр, Ангара и др.), активизируется эксплуатация природных ресурсов Мирового океана и суши. Человек выбрасывает в природную среду огромное количество производственных и бытовых отходов. В мире ежегодно добывается более 4 млрд тонн нефти и природного газа, свыше 2 млрд тонн угля, почти 20 млрд тонн горной массы в виде руды и сопутствующих горных пород. Продукты их переработки попадают в воздух, почву, воду. Только в атмосферу выбрасывается около 22 млрд тонн углекислого газа.

Таким образом, антропогенные факторы активно воздействуют на окружающую среду, изменяя ее.

Антропогенные системы формируются вследствие индустриализации, химизации, урбанизации, развития транспорта, выхода в космос. В настоящее время человечество задумывается над проблемой разумного использования природной среды, которая становится все беднее природными ресурсами и опаснее для здоровья человека.

Отличительная черта антропогенных экосистем состоит в том, что доминирующий экологический фактор в них представлен сообществом людей и продуктами его производственной и общественной деятельности. Благодаря целенаправленной преобразующей активности человека в отношении природы антропогенным экосистемам свойственно преобладание искусственной среды над естественной. Преобразующая деятельность людей в современных условиях строится, как правило, на основе предварительного планирования. Однако предполагаемый ход развития антропогенных экосистем нередко искажается благодаря действию стихийных, а также неучтенных человеком заранее сил. В результате возникают состояния «экологических стрессов», которые могут в перспективе привести к экологическому кризису.

Важнейшие современные антропогенные системы – города, сельские поселения, транспортные коммуникации – характеризуются определенным сочетанием биоприродных и хозяйственно-культурных условий.

Урбанизация в целом явление прогрессивное. В связи с концентрацией производства, научных и культурных учреждений, учебных заведений она создает благоприятные условия для производственной деятельности и организации быта людей - легче решаются вопросы трудоустройства, образования, снабжения продовольствием, медицинского обслуживания, быта.

Вместе с тем в городах наиболее выражены изменения природной среды. Так, климатические факторы действуют в черте города с иной интенсивностью, чем на территории, его окружающей. Обилие промышленных и бытовых отходов приводит к необычному распределению в почве, водах, растительности городов многих микроэлементов.

Города отличаются высокой плотностью населения, что создает благоприятную обстановку для распространения инфекционных заболеваний.

Благодаря загрязнению воздуха аэрозолями, препятствующему ночному излучению тепла, накоплению тепла каменными зданиями, тепловым выделениям промышленных предприятий и транспорта, средняя годовая, месячная, суточная температура в городах на несколько градусов выше, чем на окружающей территории. Нередко в таких городах в летнее время образуются «острова жары», что оказывает резкое отрицательное воздействие на здоровье людей (Г.Е. Ландсберг, 1983).

Задымленность воздуха снижает в городах интенсивность ультрафиолетовой радиации зимой на 30 %, а летом – на 5 %. Длительность солнечного освещения сокращается на 5-15 %. Развивается «световой голод», который вызывает авитаминоз Д, способствует повышенной утомляемости людей, ухудшению их самочувствия и настроения, снижению сопротивляемости к инфекционным и простудным заболеваниям. К техногенным факторам, достигающим в городах значительных величин, кроме загрязнения среды, относятся шум и вибрация.

Среди социальных факторов наибольшее влияние на здоровье людей имеет высокая плотность (контактность) населения в условиях города. С одной стороны, этот фактор имеет положительное значение для организации производства, а с другой – нередко приводит к перенапряжению нервной системы.

Города отличаются в целом все более возрастающим темпом жизни, но наряду с этим образ жизни горожан становится все менее подвижным. Падение физической активности вызывает детренированность сердечно-сосудистой системы.

Для питания современного городского населения типично повышение калорийности пищи, увеличение в рационе жиров и углеводов, уменьшение потребления растительной пищи и молока. Одновременно сокращается доля продуктов нерафинированных или не имеющих химических добавок.

Таким образом, город как особая антропогенная экосистема имеет и положительные, и отрицательные стороны. Урбанизированная среда характеризуется повышением уровня жизни, снижением общей заболеваемости, что проявляется в росте такого показателя, как средняя продолжительность жизни. Вместе с тем на фоне снижения общей заболеваемости в городах повышается частота заболеваний, ранее не имевших широкого распространения

Окружающая среда и экологические факторы среды

ЛЕКЦИЯ 2

Окружающая среда – это совокупность живых и неживых объектов, взаимосвязанных условий и влияний, присутствующих в некотором окружении живого организма, и, в частности, человека.

Окружающая среда делится на следующие виды:

а) естественная или природная среда, представляет собой ряд условий или факторов (солнце, почва, вода, воздух, растительный и животный мир);

б) искусственная среда – созданная человеком, продукты его труда (дома, парки, предприятия, автотрассы, различные механизмы и машины);

в) социальная среда – это коллектив, семья, друзья и т.д.

Организм человека и любого животного или растения развивается в результате постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Окружающая среда влияет на живые организмы. И организмы тоже влияют на среду, изменяя её. Эта функция живых организмов называется средообразующей.

Пример: 1) деревья скидывают листья, листья (биомасса) – энергия

2) дождевой червяк высасывает из почвы питательные вещества, рыхлит почву.

Живые организмы испытывают потребность в притоке вещества и энергии и полностью зависят от окружающей среды.

Элементы среды воздействуют на живые организмы посредством экологических факторов.

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, оказывающие воздействие на живые организмы, на которые последние отвечают приспособительными реакциями – адаптациями.

Экологические факторы делятся наусловия и ресурсы.

Условия – это факторы, необходимые для жизни и которые не зависят от их потребления (солнечная активность, солёность воды, температура, давление).

(Чижевский сказал: «вспышки на солнце повинны во всем».)

Ресурсы – то, что организм может потреблять и тем самым делать их недоступными для других организмов; - всё то, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности (нефть, уголь и т.д.). Ресурсы в отличие от условий могут расходываться и исчерпываться.

Один и тот же фактор можно рассматривать и как условие и как ресурс.

(Влияние для сухопутных живых организмов – кислород - энергетический ресурс для водных (гидробионты) – содержание кислорода – условие жизни). Самые важные ресурсы – пищевые, по отношению к ним организмы испытывают конкуренцию.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ делятся на:

абиотические биотические антропогенные

В последнее время стали выделять информационные факторы.

Абиотические факторы неживой природы а) климатические б) местные (рельеф, солёность, уровень радиации) прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя их жизнедеятельность. Они делятся на химические и физические. К химическим относятся: газовый состав атмосферы, соленость воды, минеральный состав почвы; к физическим – температура, влажность, давление, уровень радиации и т.д.

Пример : космические факторы: активность солнца является наиболее важным фактором, имеет циклический характер. Впервые русский ученый Чижевский А.Л. в 1915 г. установил связь между солнечной активностью и жизненными процессами (всплеск рождаемости, климатические преобразования, начала войн). Солнечная активность влияет на развитие онкологических, инфекционных заболеваний.

Влажность воздуха – важнейший экологический показатель. В сухое и жаркое лето насекомые развиваются активнее, чем во влажное и прохладное. Если такое повторяется несколько лет, то наблюдаются вспышки численности насекомых, которые наносят ущерб с/х.

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – совокупность влияний одних организмов на другие, а также на среду обитания. Взаимодействия между живыми организмами складываются из внутри- и межвидовых отношений.

Внутривидовые отношения между особями одного и того же вида. Эти отношения находят отражение в конкуренции за пищу, за место обитания, за партнера. Внутривидовые отношения определяют численность популяции, которые регулируются естественным отбором.

Межвидовые взаимоотношения более разнообразны, среди них выделяют следующие:

- нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга. Нет конкуренции, но одна среда обитания (белка и лось в одном лесу, обезьяны и слоны);

-конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

- мутуализм (симбиоз) - взаимовыгодное существование, виды не могут существовать друг без друга (бактерии, фиксирующие азот, и бобовые растения; копытные и бактерии, обитающие в их рубце, расщепляющие клетчатку);

- содружество – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и отдельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

- компенсализм – один вид, компенсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид – хозяин не имеет никакой выгоды (в океанах и морях в каждой раковине – организмы которые получают здесь укрытие, но абсолютно безобидны для владельца этой раковины);

- хищничество – хищник питается жертвой;

- аменсализм – при этом происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктом выделения другого (сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который приходит на водопой).

Эти взаимоотношения составляют основу существования биоценозов.

Иногда животные, поедающие растения или других животных, рассматриваются в качестве естественных врагов, но так называемые «враги» - это обычные экологические факторы, осуществляющие естественный отбор. Если у вида нет врагов, он обречен на вымирание.

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ – результат деятельности человека и её влияние на окружающую среду. К антропогенным факторам относят воздействия промышленности, транспорта, строительства и т.д. Зачастую антропогенный фактор имеет негативный характер, который заключается в загрязнении окружающей среды, разрушении природной среды, истощении природных ресурсов. В.И Вернадский сравнивал влияние антропогенного фактора по силе с действием геологических процессов на Земле.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ФАКТОР – передача наследственной информации, а также информации, поступающей живому организму с пищей, водой, а также из СМИ для человека. Избыток и недостаток любой информации оказывает раздражающее влияние не организм (камера-одиночка, без доступа информации - пытка).

Экология особей (аутэкология). Среда обитания. Факторы среды, их классификация. Принципы экологической классификации организмов

Аутэкология изучает взаимоотношения организмов (особей) с внешней средой. Ни один живой организм не может существовать без определенных факторов среды, его окружающей. Поэтому необходимо различать такие понятия как «среда обитания» и «условия существования».

Под средой обитания обычно понимают природные тела и явления, с которыми организм (организмы) находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Среда каждого организма складывается из множества элементов неорганической и органической природы и из элементов, привносимых человеком, его производственной деятельностью. Причем одни элементы среды могут быть необходимы организму, а другие безразличны для него, например, каждому из нас необходимо наличие воздуха и пищи, и совсем не обязательно присутствие допустим шкафу у стены.

Из этого примера вытекает определение «условия существования», или условия жизни- это совокупность необходимых для жизни элементов, составляющих с организмом диалектическое единство.

Вывод: компоненты среды необходимые для жизни:(воздух, пища, энергия) образуют условия существования, все остальные элементы- среда обитания.

Среда обитания- это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном, меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями. Наряду с термином «среда обитания» используются также понятия «экологическая среда», «местообитание», «окружающая среда», «окружающая природная среда», «окружающая природа» и др. четких различий между этими терминами нет.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Среди них выделяют абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы (физико-химические, факторы неживой природы) - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности- это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические (факторы живой природы)- это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов- растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие.

Антропогенные факторы- это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т.п.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера- бури, ливни, обвалы и т.п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одно м и том же участке и т.п.; 4)неопределенного действия- антропогенные факторы, наиболее опасные для живых организмов и их сообществ, например, выбросы загрязняющих веществ. Природа таких факторов неопределенна, к ним организм, как правило, не готов, вид не встречался с такими явлениями и в процессе эволюции, представляют наибольшие трудности для адаптации. В этом их основная специфика и антиэкологичность. Многие из этих факторов, кроме того, выступают как вредные. Их относят к группе ксенобиотиков (греч. ксенокс- чужой). К последним относятся практически все загрязняющие вещества. Только в отдельных случаях по отношению к таким факторам организмы могут использовать механизмы так называемых преадаптаций, т.е. те адаптации, которые выработались, по отношению к другим факторам. Так, например, устойчивости растений к загрязнениям воздуха в какой-то мере способствуют те структуры, которые благоприятны для повышения засухоустойчивости: плотные покровные ткани листьев, наличие на них воскового налета, опушенности, меньшее количество устьиц и другие структуры, и отравление организма.

Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресурсы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым, уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при ее дефиците, убежища, удобные места для размножения и т.п. Условия- это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет- жизненно необходимый энергетический ресурс для растений, а для обладающих зрением животных- условие зрительной ориентации. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.

Экоклимат и микроклимат. Для того чтобы выяснить влияние климатических факторов на организм, часто метеорологических данных бывает недостаточно. Хорошо известно, что поверхности предметов, обращенные к солнцу, всегда теплее. Чем воздух над ними; холодный воздух по ночам скапливается в понижениях местности. В связи с этим различные местообитания организмов отличаются температурным и световым режимом, режимом влажности. Иными словами, каждое местообитание характеризуется определенным экологическим климатом- экоклиматом, т.е. климатом приземного слоя воздуха.

Большое влияние на климатические факторы оказывает растительность. Под пологом леса, например, влажность воздуха всегда выше, а колебания температуры меньше, чем на полянах. Различен и световой режим этих мест. В разных растительных ассоциациях формируется свой режим влажности, температуры, света. Тогда говорят о фитоклимате.

Но не всегда данных эколкимата или фитоклимата достаточно для полной характеристики климатических условий того или иного местообитания. Условия жизни, окружающие личинок насекомых, живущих под корой дерева, иные, чем в лесу, где это дерево произрастает. При этом температура южной стороны ствола может быть на 10-15®С выше температуры его северной стороны. Такие набольшие участки местообитания имеют свой микроклимат.

Четких различий между экоклиматом и микроклиматом не существует. Считается, что экоклимат- это климат относительно больших территорий, а микроклимат- климат отдельных небольших участков.

Каждая климатическая зона отличается огромным количеством разнообразных микроклиматов. Микроклиматы тесно связаны с солнечной радиацией, силой и направлением ветра, особенностями рельефа, характером растительности и другими климатическими показателями местности. (рис.22).

Особые микроклиматические условия создают не только растения, но и животные. Устойчивым микроклиматом обладают заселенные животными норы, дупла деревьев, пещеры. Наличие в одной местности многих микроклиматов обеспечивает сосуществование видов, обладающих неодинаковыми требованиями к внешней среде.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Общие законы действия факторов среды на организмы:

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом. Из анабиоза живые организмы возвращаются к нормальной жизни, если не нарушается структура макромолекул в их клетках. Влияние температуры как экологического фактора зависит от продолжительности ее воздействия и повторяемости.

Теплолюбивые организмы- способные жить при высоких температурах тропических районов. Например, верблюжья колючка переносит температуру до + 70®С, в водах горячих ключей Камчатки постоянно живут сине-зеленые водоросли при температуре 75….80®С. Они не переносят низких температур и гибнут уже при 0®С, хотя замораживания их тканей не происходит. Причина их гибели заключается в нарушении обмена веществ. Происходит подавление физиологических процессов, приводящее к образованию в растениях вредных веществ, вызывающих отравление организма.

Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптации к изменению температуры.

Морфологические формы- биохимическая адаптация организмов, которая проявляется в изменении физико- химического состояния веществ, содержащихся в клетках и тканях, отложении запасных веществ в виде высокоэнергетических соединений- жира, масла. Масло вытесняет воду из вакуолей клетки и тем самым предохраняет организм от замерзания. У животных морфологические формы адаптации проявляются в наличии пуха, перьев, шерсти.

Физиологическая форма- способность изменять температуру тела и поддерживать ее постоянной по сравнению с температурой окружающей среды. Физиологическую форму можно рассматривать как поведенческую адаптацию- избежание неблагоприятных температурных воздействий. Примером является, перелет птиц, миграция птиц и животных; в пустыне, где днем поверхность почвы может нагреваться до 60- 70®С насекомые, млекопитающие зарываются в песок или прячутся в норы.

Другая поведенческая форма- это изменение типа питания на более калорийное. Например, белки в теплое время года питаются более ста видами кормов, зимой- семенами хвойных деревьев, богатыми жирами. Олени летом едят траву, зимой- лишайники, богатые белками, жирами, сахаристыми веществами.

На основании исследований животных в условиях одинакового климата и ландшафта определены экологические правила приспособления живых организмов, приобретения сходных изменений в окраске и телосложения.

Правило Глогера. Во влажном климате животные имеют более темную окраску, чем в засушливом.

Закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис.1). результат действия переменного фактора зависит, прежде всего, от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора- это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точка, называют экстремальными. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Экологическая валентность- свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды. Чем шире диапазон колебаний экофактора, в которых данный вид может существовать, тем больше его экологическая валентноть (пластичность). Диапазон между минимумом и максимумом экофакторов- предел или диапазон толерантности. Сумма эковалентностей по отношению к отдельным факторам среды составляет экологический спектр вида.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной- для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды- выносящие значительные колебания температуры, эврибатные- широкий диапазон давления, эвригалинные- разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»- стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т.д.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными (экологически непластичные, узкоспециализированные, маловыносливые), а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,- эврибионтными (более выносливые, широкоспециализированные).

Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким- либо отдельным факторам- правило экологической индивидуальности видов Л. Г. Раменский (1924, русский ботаник).

Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому- либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Сущность ее заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений- компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов. Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие хотя бы одного их основных элементов делает жизнь невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

«Рост и развитие организмов зависят в первую очередь от тех факторов среды, значение которых приближается к экологическому минимуму»- закон минимума Ю. Либиха (1873). Из закона вытекает:

• а) выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;
• б) все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фактор может ограничивать возможности существования организма.

С законом минимума тесно связан закон ограничивающих факторов, или закон Ф. Блехмана (1909): факторы среды, имеющие в конкретных условиях максимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможности существования вида в данных условиях. Иными словами, фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Эти законы дополняет закон толерантности В. Шелфорда (1913): ограничивающим фактором жизни организма могут быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

Любая природная система может развиваться только за счет использования материально- энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Развитие природы подчиняется определенным законам.

Закон максимизации энергии, или закон Г. И Э. Одумов: выживание одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования ее максимального количества наиболее эффективным способом. Этот закон справедлив и в отношении информации. Таким образом, наилучшими шансами на самосохранение обладает система, которая в наибольшей степени способствует поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации. Этот закон имеет важное практическое значение из-за основных следствий:

• а) абсолютно безотходное производство невозможно, поэтому важно создавать малоотходные производства с малой ресурсоемкостью, как на входе, так и на выходе (экономность и незначительные выбросы). Идеальным на сегодняшний день являются создание циклического производства (отходы одного производства служат сырьем для другого и т.д.) и организация разумного захоронения неизбежных остатков, нейтрализация неустраняемых энергетических отходов;
• б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным (более примитивным) системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни- она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействии, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.

Закон ограниченности природных ресурсов. Правило одного процента.

Поскольку планета Земля представляет собой естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные ресурсы Земли являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически вечный источник получения полезной энергии. Ошибка здесь заключается в том, что при таких рассуждениях не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% не выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один математический порядок- в 10 раз).

Принципы экологической классификации организмов.

Разнообразие и разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. Экологические классификации отражают сходство, возникшее у представителей самых разных групп, если они используют сходные пути адаптации. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т.п. Разделение всех организмов на эврибионтных и стенобионтных по широте диапазона приспособлений к среде представляет пример простейшей экологической классификации.

Классификация по отношению к органическому веществу или по характеру питания:

Автотрофы- это организмы, использующие в качестве источника для построения своего тела неорганические соединения. Автотрофы делятся на1)фототрофов (для синтеза органических молекул используют энергию солнечного света) и 2) хемотрофов (для синтеза органических молекул используют энергию химических связей).

Гетеротрофы- все живые существа, нуждающиеся в пище органического происхождения. Гетеротрофов делят на 1) сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений; 2) голозоев, обладающих сложным комплексом пищеварительных ферментов, могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на: а) сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками); б) фитофагов (потребителей живых растений); в) зоофагов (нуждающихся в живой пище); г) некрофагов (трупоядных животных).

Классификация по функции в биогеоценозе:

• а) продуценты- автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.
• б) консументы- гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
• в) редуценты (деструкторы)- живут за счет мертвого органического вещества переводя его вновь в неорганические соединения.
• 3. Классификация по способу добывания пищи:
  • а) фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.);
  • б) пасущиеся формы (копытные, жуки- листоеды);
  • в) собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные);
  • г) охотники на движущуюся добычу (волки, львы, мухи- ктрыри и др.).
• 4. Классификация по местам обитания:
  • а) водные организмы подразделяются на: 1) бентосные (обитают на дне); 2) планктонные (взвешанные, парящие в воде); 3) нектонные (быстро плавающие)ю
  • б) наземные организмы- огромное разнообразие форм, что связано с особенностями мест обитания.
  • в) почвенные организмы обычно классифицируют по размерам: микро-, мезо- и макробиоты.
• 5. Классификация организмов по жизненным формам, т.е. по типу внешней морфологии, отражающей важнейшие моменты образа жизни, отношение вида к среде. За основу классификации в одних случаях берутся особенности размножения, в других- способы передвижения или добывания пищи, приуроченность организмов к определенным экологическим нишам, ландшафту, ярусу.

Д.Н. Кашкаров классифицирует жизненные формы животных следующим образом. В основу положены приспособления для передвижения.

I. Плавающие формы:

• 1. Чисто водные:
  • а) нектон, б) планктон, в) бентос.
• 2. Полуводные:
  • а) ныряющие, б) неныряющие, в) лишь добывающие из воды пищу.

II. Роющие формы:

Абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей).

Относительные землерои (выходят на поверхность земли).

III. Наземные формы:

Не делающие нор:

• 2. делающие норы:
  • а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.
• 3. Животные скал.

IV. Древесные, лазающие формы:

а) не сходящие с деревьев, б) лишь лазающие по деревьям.

V. Воздушные формы:

а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие ее с воздуха.

По отношению к влажности воздуха Д. Н. Кашкаров выделяет:

• а) Влаголюбивые (гигрофильные), б) сухолюбивые
• (ксерофильные) формы.

По питанию:

а) растительноядных, б) всеядных, в) хищных, г) могильщиков (трупоедов).

По месту размножения:

а) размножающихся под землей, б) на поверхности земли, в) в ярусе трав, г) в кустарниках, д) на деревьях.

Растения классифицируют на основании адаптации к окружающим условиям. Самое широкое распространение получила классификация жизненных форм растений, разработанная С. Раункиером. Она положена в основу современной классификации, в которой различают 6 жизненных форм растений:

Эпифиты- воздушные растения, не имеющие корней в почве. Поселяются они на стволах других более крупных растений. В лесах это наствольные лишайники, реже мхи. Из высших растений эпифиты многочисленны во влажных тропических лесах.

Фанерофиты- надземные растения (деревья, кустарники, лианы, стеблевые суккуленты, травянисто- стеблевые растения). Почки возобновления находятся у них на вертикально расположенных побегах высоко под землей.

Хамефиты- травянистые растения с почками возобновления, расположенными у земли. В умеренных широтах побеги этих растений на зиму уходят под снег и не отмирают.