Термин экология (гр. oikos-дом, жилище, logosучение, наука)

1.

Термин экология (гр.oikos-дом, жилище, logosучение, наука) ввел в 1866г. немецкий биолог Эрнст
Геккель.
Экология – наука, изучающая совокупность
взаимосвязей
между
живыми
и
неживыми
компонентами природной среды.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

уровень экол-го образ-я
Экологическая безопасность = -----------------------------------числен-ть х уровень
населения
потребления
Из обращения сотрудников и профессуры МГУ: «Новая
система биологического образования должна содержать
базовые биологические знания и обращаться к чувствам,
рассудку и гражданской ответственности всех людей.
Только так можно спасти человечество от бед, которые
приносит биологическая неграмотность, экологическая
нечистоплотность и излишества общества потребления».

9.

10.

Предметом
изучения
экологии
являются
биосистемы разного уровня сложности и организации.
БИОСИСТЕМЫ – это природные системы, в
которых живые компоненты
(БИОТИЧЕСКИЕ),
упорядоченно взаимодействуют с неживой физической
средой, (АБИОТИЧЕСКИМИ компонентами), составляя
с ними единое целое.
Биосистемы связаны между собой иерархической
структурой, образуя как бы «служебную лестницу
жизни».

11.

12.

Биотические и абиотические компоненты
вместе образуют соответствующие биосистемы,
расположенные снизу вверх в следующем порядке:
-генетические системы;
-клеточные системы;
-системы органов;
-системы организмов;
-популяционные системы;
-экосистемы;
-биосфера.

13.

Популяция
–
это
минимальная
самовоспроизводящаяся группа особей одного вида,
на протяжении эволюционно длительного времени
населяющая
определенное
пространство,
образующая генетическую систему и формирующая
собственную экологическую нишу.
Существование ареала распространения вида не
означает реальной возможности всем особям свободно
перемещаться в его границах. Степень подвижности
особей выражается расстоянием, на которое может
перемещаться
животное,
т.е.
радиусом
активности.
Это приводит к обособлению отдельных групп –
популяций.

14.

Популяция обладает не только биологическими
свойствами составляющих её организмов, но и
собственными, присущими только группе особей в
целом.
Основными экологическими характеристиками
популяции считаются:
-величина по занимаемому пространству и по
численности особей;
-структура возрастная, половая, пространственная,
экологическая;
-динамика.

15.

Изменение численности популяции =
=(рождаемость+иммиграция) –
(смертность+эмиграция).
Для стабильных популяций справедливо
утверждение, что в них «рождаемость уравновешена
смертностью». Один из основных факторов,
влияющих на размеры популяции, - это процент
особей, погибающих до достижения половозрелого
возраста.

16.

17.

Средняя продолжительность жизни организмов
и соотношение численности особей различного
возраста
характеризуются
возрастной,
а
соотношение особей разного пола – половой
структурами популяции.

18.

Анализ возрастной и половой структуры
популяции
позволяет
прогнозировать
ее
численность на ряд ближайших лет и поколений.

19.

В
пространственной
структуре
различают:
случайное, равномерное и неравномерное (групповое)
распределения особей в пространстве. Случайное
распределение встречается редко (среда очень
однородна, а организмы не стремятся объединиться в
группы). Равномерное распределение (между особями
очень сильна конкуренция или существует антагонизм).
Неравномерное (групповое) распределение встречается
чаще всего.

20.

Этологическая (поведенческая) структура.
Одиночный образ жизни.
Семейный образ жизни – усиливаются связи
между родителями и потомством, начинает заметно
проявляться территориальное поведение животных.
Стая – временное объединение животных,
проявляющих
биологически
полезную
организованность действий (для защиты от врагов,
добычи пищи, миграции).
Стадо – длительное или постоянное объединение
животных, в котором осуществляются все основные
функции жизни вида: добывание корма, защита от
хищников,
миграция,
размножение,
воспитание
молодняка.

21.

Колония – это групповое поселение осёдлых
животных на длительное время. По сложности
взаимоотношений между особями колонии очень
разнообразны,
наиболее
сложные
отношения
складываются в поселениях для общественных
насекомых (термитов, муравьёв, пчёл, ос).

22.

23.

Динамика популяций – это процессы изменения её
основных биологических показателей (численности,
биомассы, структуры) во времени в зависимости от
экологических факторов.
1. Кривые выживания.
Кривая выживания представляет собой график
зависимости от времени числа выживших на данный
момент особей для некоторой начальной группы
новорождённых.
Каждому биологическому виду свойственна своя
характерная кривая выживания. При построении
графика по оси абсцисс откладывают относительный
возраст, а по оси ординат – абсолютное число
выживших особей или процент от исходного числа.

24.

Детская
смертность
изображается начальным
участком а, а наличие
долгожителей
–
конечным участком – б
(кривая1).
Кривая 1 характерна для
популяции,
в
которой
старение
–
главный
фактор,
влияющий
на
смертность.
Так
в
современной
развитой
стране с высоким уровнем
мед.
обслуживания
и
рациональным
питанием
большинство
людей
доживает до старости, но
среднюю
ожидаемую
продолжительность жизни
почти
невозможно
увеличить более чем до 75
лет.

25.

Закономерность,
аналогичная
кривой
1,
свойственна и однолетним растениям, например
злаковым, ибо на поле все растения одного вида
стареют одновременно.
Кривая 3 характерна для популяции, у которой
смертность относительно постоянна в течение всей
жизни организмов (например, 50% за определенное
время). Причиной смерти преимущественно служит
случай, и особи гибнут до начала заметного старения.
В природе к таким видам относятся, например,
устрицы, дающие огромное потомство, а также
растения, размножающиеся благодаря рассеиванию
большого числа семян. Большая или меньшая
смертность среди молодых особей приводит к
изменению крутизны опускания начальной части
кривой 3.

26.

К промежуточному типу относят кривые
выживания таких видов, для которых смертность
мало меняется с возрастом.
В природе существует много видов птиц,
ящериц, мелких млекопитающих и др. организмов.
Имеющих
кривые
выживания
2,
которые
отличаются от прямолинейной диагонали некоторой
выпуклостью (вогнутостью) или волнообразностью.

27.

Рост популяции и кривые роста.
Если при незначительной эмиграции и
иммиграции рождаемость превышает смертность, то
популяция будет расти. При отсутствии каких-либо
экологических
ограничений
скорость
роста
популяции :
N – численность особей в популяции;
T – время;
r –константа скорости естественного прироста.

28.

J-образная модель роста популяции.
Если r>0, то со временем численность популяции
становится больше. Рост происходит сначала медленно,
а
затем
стремительно
увеличивается
по
экспоненциальному закону, т.е. кривая роста популяции
принимает J-образный вид. Такая модель основывается
на допущении, что рост популяции не зависит от её
плотности.
а – J-образная;
б – S-образная;
K – поддерживающая емкость среды

29.

S-образная модель роста популяции.
При ограниченности пищевых ресурсов, либо
при скоплении токсичных продуктов (отходов)
метаболизма экспоненциальный рост в исходных
благоприятных условиях со временем продолжаться
не может и постепенно замедляется.
Плотность популяции регулирует истощение
пищевых ресурсов, накопление токсикантов и
поэтому влияет на рост численности. С увеличением
плотности скорость роста популяции постепенно
снижается до нуля, и кривая выходит на некоторый
стабильный уровень (график образует плато).

30.

Скорость роста
численности в S-образной
модели определяет дифференциальное уравнение:
где К – поддерживающая ёмкость среды, т.е.
максимальный размер популяции, которая может
существовать в данных условиях, удовлетворяя свои
потребности неопределённо долго.

31.

Если N >К, скорость роста отрицательна.
Если N<К, скорость роста положительна.
Если N=К, скорость роста популяции равна
нулю (при нулевом росте популяция
стабильна).
В специализированной литературе J- и Sобразные модели роста численности часто называют
соответственно экспоненциальной и логистической.

32.

Поддерживающая ёмкость играет решающую
роль не только при росте популяции по S-образной, но
также и по J-образной модели, ибо в некоторый момент
времени все же наступает исчерпание какого-либо
ресурса среды, т.е. он (или даже несколько
одновременно) становится лимитирующим.
где t – время, необходимое системе для реакции на внешнее воздействие

33.

Колебания численности популяции
По достижении заключительной фазы роста
размеры популяции продолжают колебаться от
поколения к поколению вокруг некоторой более или
менее постоянной величины.
В природе в основном встречаются три вида
кривых изменения численности популяции:
− стабильный;
− цикличный;
− скачкообразный.

34.

Основные кривые изменения численности популяций
различных видов: 1- стабильный;
2 – цикличный;
3 - скачкообразный

35.

Виды, у которых численность из года в год
находится на уровне поддерживающей ёмкости среды,
имеют достаточно стабильные
популяции
(кривая 1).
У других видов колебания численности
популяций носят правильный циклический характер
(кривая 2). Хорошо знакомы примеры сезонных
колебаний численности (тучи комаров; поля, заросшие
цветами; леса, полные птиц).
Виды,
имеющие
достаточно
стабильные
популяции, однако их численность резко возрастает
(подскакивает) до наивысшего значения, а затем резко
падает до некоторого низкого, но относительно
стабильного уровня. Эти виды относят к популяциям со
скачкообразным ростом численности (кривая 3).

36.

ЭКОСИСТЕМА – это надорганизменная
система, в которой биотический компонент
представлен биоценозом, а абиотический –
биотопом.
Биоценоз – это сообщество всех организмов
экосистемы, которые живут в определенном
пространстве абиотической среды – биотопе.

37.

ЭКОТОН – это переходная зона между двумя
экосистемами.
Экотон – место обитания растений и животных
смежных экосистем. Обычно экотон характеризуется
большим разнообразием организмов, чем близлежащие
территории.

38.

Состав экосистемы представлен двумя группами
компонентов:
- абиотическими (компонентами неживой природы);
- биотическими (компонентами живой природы).

39.

БИОТИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ – состоят из трех
функциональных групп организмов:
1. ПРОДУЦЕНТЫ или АВТОТРОФЫ
2. КОНСУМЕНТЫ или ГЕТЕРОТРОФЫ
3. РЕДУЦЕНТЫ или ДЕСТРУКТОРЫ.
Продуценты или автотрофы – это организмы,
использующие в качестве питательного материала
простые неорганические вещества, а в качестве
энергетического материала используют либо солнечный
свет, либо энергию химических реакций. Их
подразделяют на:
-фотоавтотрофов;
-хемоавтотрофов.

40.

Фотоавтотрофы используют в качестве
источника энергии солнечный свет, а в качестве
питательного материала - в основном CO2 и Н2О.
К этой группе организмов относятся все зеленые
растения и цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

41.

Хемоавтотрофы синтезируют органические
соединения из неорганических за счет энергии
химических реакций, получаемой при окислении
неорганических веществ.
К этой группе принадлежат, например,
нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до
азотистой и затем до азотной кислоты. Химическая
энергия, выделяемая при этих реакциях, используется
бактериями для синтеза органических веществ.

42.

КОНСУМЕНТЫ или ГЕТЕРОТРОФЫ используют в
качестве источника и энергии, и питательного
материала готовое органическое вещество.
Консументы осуществляют процесс
органических веществ. Их делят на:
- фаготрофов;
-сапротрофов.
разложения
Фаготрофы
питаются
непосредственно
растительными или животными организмами.
Сапротрофы используют для питания органические
вещества мертвых остатков.

43.

РЕДУЦЕНТЫ или ДЕСТРУКТОРЫ – это
консументы, участвующие в последней стадии
разрушения, т.е. в минерализации органических
веществ, которые они восстанавливают до
неорганических соединений (СО2, Н2О и др.).
К редуцентам относятся главным образом
микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.)
– микроконсументы.

44.

В
пространственной
структуре
экосистем
выделяют два яруса:
-верхний, автотрофный ярус, который включает
растения, содержащие хлорофилл; здесь преобладает
фиксация
света,
использование
простых
неорганических соединений и синтез органических.
-нижний, гетеротрофный ярус, представлен почвами
в наземных экосистемах и донными осадками – в
водных. В них преобладают процессы разложения
мертвых органических остатков растений и животных.

45.

Свойства и функции экосистем.
Свойства экосистем можно разделить на
2 группы:
- совокупные свойства;
- эмерджентные (качественно новые свойства).
Совокупные свойства складываются из свойств
отдельных подсистем, входящих в экосистему,
представляют собой сумму свойств отдельных
компонентов и не характеризуют уникальные
особенности, возникающие при функционировании
системы как целого.

46.

Эмерджентные (англ. еmergent - неожиданно
возникающий, появляющийся) свойства являются
следствием
иерархической
организации
живой
природы.
По мере объединения подсистем в более крупные
функциональные единицы у этих новых систем
возникают уникальные свойства, которых не было на
предыдущем уровне.
Эти качественно новые свойства нельзя
предсказать на основании свойств подсистем низшего
порядка, составляющих систему следующего, более
высокого уровня организации.

47.

ФУНКЦИИ ЭКОСИСТЕМ
Образование
и
разложение
органических
веществ, или взаимодействие автотрофных и
гетеротрофных процессов – наиболее важная
функция
экосистем,
обусловленная
именно
эмерджентными свойствами.
ФОТОСИНТЕЗ – процесс образования органических
соединений
из
неорганических
веществ
с
использованием солнечной энергии.
Фотосинтез – это многоступенчатый процесс. В
нем различают световую и темновую фазы.
Суммарное уравнение фотосинтеза :
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2

48.

В световую фазу фотосинтеза за счет энергии света
осуществляется три процесса:
1.Синтез АТФ;
2.Образование молекулярного кислорода;
3.Образование атомарного водорода.
Темновая фаза фотосинтеза состоит из ряда
последовательных
ферментативных
реакций
в
результате которых из CO2 и Н2О образуется глюкоза,
служащая исходным материалом для биосинтеза др.
органических веществ (сахароза, крахмал). Этот
процесс идет с использованием энергии АТФ при
участии атомов водорода, образовавшихся в световую
фазу.

49.

Разложение органических веществ – процесс,
в результате которого организмы получают
необходимые химические элементы и энергию при
преобразовании пищи внутри клеток их тела.
Клеточное дыхание — процесс, в котором
высокомолекулярные
органические
высокоэнергетические
соединения
окисляясь
распадаются
на
низкомолекулярные
или
неорганические соединения, бедные энергией.
Различают дыхание:
- аэробное;
- анаэробное дыхание;
- брожение.

50.

Процессы образования органических веществ и их
распад называют также процессами ПРОДУКЦИИ и
ДЕСТРУКЦИИ.
Продукционно-деструкционный баланс в биосфере
зависит от соотношения скорости автотрофных и
гетеротрофных процессов.
Не все части отмерших растений и животных
разрушаются с одинаковой скоростью. Жиры, сахара,
белки разлагаются достаточно быстро, а древесина
(клетчатка, лигнин), хитин, кости – очень медленно.

51.

Наиболее устойчивым промежуточным продуктом
разложения органических веществ является гумус.
Именно преобладание скорости синтеза над
скоростью разложения органических веществ и явилось
причиной уменьшения содержания углекислого газа и
накопления кислорода в атмосфере.
Соотношение
скоростей
автотрофных
и
гетеротрофных процессов может служить одной из
главных функциональных характеристик экосистем.
За последние 60 млн лет в атмосфере установилось
относительно постоянное содержание кислорода-21% и
углекислого газа 0,03%

52.

Саморегуляция и стабильность экосистем.
Саморегуляция
экосистем
обеспечивается
внутренними
механизмами,
устойчивыми
взаимодействиями
между
их
компонентами,
трофическими и энергетическими связями.
Экосистемы, популяции и организмы имеют
кибернетическую
природу
и
характеризуются
развитыми информационными сетями, состоящими из
потоков
физических
и
химических
сигналов,
связывающих все их части в единое целое.

53.

Для обеспечения работы информационной связи
необходимы три элемента:
- рецептор ( воспринимает сигнал изменения или
нарушения в системе);
-анализатор ( принимает, оценивает и анализирует
информацию);
-преобразователь (изменяет или восстанавливает
нарушенное состояние системы и с помощью обратного
сигнала подает информацию анализатору).

54.

В экосистемах управление основано на обратных
связях. Обратные связи необходимы для сохранения
равновесия в экосистемах.
Обратные информационные связи бывают:
- положительными;
- отрицательными.
Положительная обратная связь является
«саморазгоняющейся»,
она
усиливает
однонаправленные
изменения
в
системе.
Отрицательная обратная связь – это поток
информации
в
систему,
противодействующий
изменениям внешних условий. Она помогает избегать
перегрева организма, перепроизводства продукции,
перенаселения и т.д

55.

ГОМЕОСТАЗ – это способность популяции или экосистемы
поддерживать устойчивое динамическое равновесие в
изменяющихся условиях среды с помощью обратных связей.

56.

Стабильность экосистем в экологии означает
свойство любой системы возвращаться в исходное
положение после того, как она была выведена из
состояния исходного равновесия.
Стабильность определяется устойчивостью
экосистем к внешним воздействиям. Выделяют два
типа устойчивости:
-резистентную;
-упругую.
Резистентная устойчивость – это способность
экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая
неизменными свою структуру и функции.
Упругая устойчивость – способность системы
быстро восстанавливаться после нарушения структуры
и функций.

57.

Экологическая
сукцессия
–
закономерная
последовательная смена биоценозов, преемственно
возникающих на одном и том же биотопе под
воздействием природных или антропогенных факторов.

58.

Выделяют два типа сукцессий:
-первичные;
-вторичные.
ПЕРВИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ начинается на
участке, прежде не занятом живыми организмами и
лишенном почв (скалы, глины после прохождения селя,
остывшая вулканическая лава, районы открытой
добычи полезных ископаемых).
ВТОРИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ возникает там, где
новое сообщество развивается на месте ранее
существовавшего, и где сохранились почвы или донные
отложения (заброшенные сельскохозяйственные поля,
поселки,
сгоревшие
или
вырубленные
леса,
загрязненные
водоемы,
затопленные
при
строительстве водохранилищ земли).

59.

60.

61.

62.

Состояние
стабилизированной
экосистемы
называется климаксом (klimax –лестница, «зрелая
ступень»).
Климаксные системы.
Различают климаксные системы:
- зрелые
- незрелые.
НЕЗРЕЛЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ характеризуются
низким видовым разнообразием; простые схемы
питания: много продуцентов, травоядных животных и
мало редуцентов. Растения – однолетние травы.
ЗРЕЛЫЕ
ЭКОСИСТЕМЫ
характеризуются
многообразием видов, стабильными популяциями,
сложными схемами питания. В системе доминируют
редуценты. Растения – многолетние травы и деревья.

63.

Энергия в экосистемах.
Перенос энергии пищи в процессе питания от ее
источника через последовательный ряд живых
организмов называется пищевой, или трофической
цепью.
Трофические цепи делятся на два основных типа:
-пастбищные;
- детритные.

64.

ПАСТБИЩНАЯ ЦЕПЬ: зеленые растения
растительноядные животные плотоядные
животные.
Пример: нектар — муха — паук — землеройка
— сова.
ДЕТРИТНАЯ ЦЕПЬ: мертвое органическое
вещество (детрит) детритофаги мелкие
хищники редуценты.
Пример: листовая подстилка — дождевой червь
— чёрный дрозд — ястреб — перепелятник.

65.

Организмы, получающие энергию Солнца через
одинаковое число ступеней, принадлежат к одному
трофическому уровню.
Трофический уровень – это место каждого звена
в пищевой цепи.
Четко распределяются по уровням лишь
консументы, специализирующиеся на определенном
виде пищи. Однако есть виды, которые питаются мясом
и растительной пищей (человек, медведь), которые
могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

66.

Распределение живых организмов по трофическим уровням.
Трофические
уровни
Функции
организмов
Организмы
Примеры
I
Продуценты
Растения
Лиственные
деревья, травы,
водоросли
II
Первичные
консументы
Растительноядные
животные
Гусеницы,
насекомые, заяц,
корова, плотва
III
Вторичные
консументы
Хищники 1-го порядка Лиса, волк, дрозд,
щука
IV
Третичные
консументы
Хищники 2-го порядка Гриф, сова, тигр
V
Четвертичные
консументы
Хищники 3-го порядка Ястреб, акула,
крокодил

67.

Бо́льшая часть энергетических затрат связана с
поддержанием метаболических процессов, которые
называют ТРАТОЙ НА ДЫХАНИЕ
Значительно меньшая часть идет на образование
тканей и некоторого запаса питательных веществ, т.е.
на рост.
Остальная часть пищи выделяется в виде
экскрементов.
Значительная часть энергии рассеивается в виде
тепла при химических реакциях в организме и особенно
при активной мышечной работе.
При переходе с одного трофического уровня на
другой, более высокий, теряется приблизительно около
90%, на каждый следующий уровень передается не
более 10% энергии от предыдущего уровня.

68.

69.

Трофическую
структуру
можно
изобразить
графически, в виде ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПИРАМИД.
Известны три типа экологических пирамид:
- пирамида чисел
- пирамида биомассы
- пирамида энергии

70.

БИОЛОГИЧЕСКОЙ
ПРОДУКЦИЕЙ
(ПРОДУКТИВНОСТЬЮ)
называется
прирост
биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени.
Различают следующие виды продукции:
-первичная;
-вторичная.
Первичная продукция – органическая масса,
создаваемая продуцентами в единицу времени.
Первичная продукция подразделяется на:
- валовую;
-чистую.
Валовая первичная продукция – это общая
масса
органического
вещества,
создаваемого
растениями в единицу времени при данной скорости
фотосинтеза, включая и траты на дыхание.

71.

Растения тратят на дыхание 40-70% валовой
продукции. Та часть валовой продукции, которая не
израсходована на дыхание, называется чистой
первичной продукцией: она представляет собой
величину прироста растений и именно эта продукция
потребляется консументами и редуцентами.
Вторичная продукция – прирост за единицу
времени массы консументов.
Все живые компоненты экосистемы –
продуценты, консументы, редуценты – составляют
ОБЩУЮ БИОМАССУ (живой вес) сообщества в целом
или отдельных его частей.
Биомассу обычно выражают через сырой или
сухой вес, но можно выражать и в калориях и в
джоулях.

72.

АБИОТИЧЕСКИЕ И БИОТИЧЕСКИЕ
ФАКТОРЫ.
Все экологические факторы делятся на три
группы:
- абиотические факторы;
- биотические факторы;
- антропогенные факторы.
Абиотические факторы – это совокупность
важных для организмов свойств неживой природы.

73.

Абиотические факторы можно разделить на:
- химические (состав атмосферы, воды, почвы)
- физические (температура, давление, влажность)
Абиотические факторы можно разделить на:
- климатические (солнечный свет, температура,
влажность)
- географические (продолжительность дня и
ночи, рельеф местности)
- гидрологические (течение, волнение, состав и
свойства вод)
- эдафические (состав, структура и свойства почв)

74.

СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ – это источник энергии, без
которого невозможна жизнь. Он участвует в фотосинтезе,
и в этом его важнейшая энергетическая функция.
Но в фотосинтезе участвуют лишь видимые лучи.
Инфракрасные лучи – основной источник тепловой
энергии. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах
необходимы
живым
организмам
(бактерицидное
действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез
витамина D)
Важное
значение
для
организмов
имеет
интенсивность освещения. Растения по отношению к
освещенности подразделяют на:
- светолюбивые (гелиофиты);
- тенелюбивые (сциофиты);
- теневыносливые (факультативные гелиофиты).

75.

Для животных свет – это условие ориентации.
Животные бывают:
- с дневным образом жизни;
- с ночным образом жизни;
- с сумеречным образом жизни.
Свет имеет большое сигнальное значение. Одним
из самых надежных сигналов, регулирующих
активность организмов во времени, является длина дня
– фотопериод.
Фотопериодизм – это реакция организма на
сезонные изменения длины дня.

76.

ТЕМПЕРАТУРА
Все животные делятся на:
- пойкилотермных;
- гомойотермных.
Пойкилотермные животные – это такие
животные,
которые
имеют
непостоянную
температуру тела (земноводные, пресмыкающиеся,
насекомые).
Гомойотермные животные имеют постоянную
температуру тела, независящую от температуры
внешней среды (млекопитающие, птицы).
Среди гомойотермных животных выделяют
группу гетеротермных животных (суслики, сурки,
ежи, летучие мыши), которые при впадении в спячку
снижают температуру тела.

77.

Температура оказывает влияние и на жизненные
формы
животных.
Это
морфологические
приспособления (адаптации). Согласно правилу
Бергмана у теплокровных животных размер тела
особей в среднем больше у популяций, живущих в более
холодных частях ареала распространения вида.
Большее значение имеют физиологические
приспособления к перенесению жары или холода.
Борьба с перегревом - увеличение испарения у
гомойотермных животных. Борьба с охлаждением у
пойкилотермных животных - частичное обезвоживание
своего тела или накопление специальных веществ,
понижающих точку замерзания, у гомойотермных – за
счет изменения обмена веществ.

78.

Более радикальные формы защиты от холода:
- миграция в более теплые края;
- зимовка – впадение в спячку на зимний период;
- диапауза – животные зимой находятся в неактивном
состоянии, а насекомые вообще в неподвижном.
Растения при повышении температуры на 10
градусов увеличивают интенсивность фотосинтеза в 2
раза, но лишь до 30-35 градусов, затем его
интенсивность падает, и при 40-45 градусах фотосинтез
прекращается вообще. При 50 градусах большинство
наземных растений погибают. Это связано с
интенсификацией дыхания растений при повышенной
температуре, а затем его прекращении при 50 градусах.
Температура влияет и на ход корневого питания у
растений.

79.

Известны морфологические приспособления
растений к низким температурам, (жизненные формы
растений):
- эпифиты (растут на других растениях и не имеют
корней в почве);
- фанерофиты (почки возобновления находятся высоко
над землей и нуждаются в защите покровными
чешуйками);
- хамефиты (почки возобновления не выше 20-30 см
над землей);
- гемикриптофиты ( почки возобновления находятся
на уровне поверхности почвы, или в верхнем слое);
- криптофиты (почки возобновления скрыты в почве);
- терофиты (однолетние растения, отмирающие с
наступлением неблагоприятного сезона, выживают
только их семена и споры).

80.

ВОДА
В наземно-воздушной среде этот
абиотический фактор характеризуется:
- количеством осадков;
- влажностью;
- доступной площадью водного запаса.
Количество атмосферных осадков обусловлено
физико-географическими условиями и неравномерно
распределено на земном шаре. Но более важное значение
имеет распределение осадков по сезонам года.
В тропической зоне существуют влажные и сухие
сезоны, регулирующие
сезонную активность при
постоянной почти круглый год температуре.
Растения
пустыни
содержат
ингибитор
прорастания,
который
вымывается
лишь
при
определенном количестве осадков, достаточном для
вегетации и только тогда прорастает.

81.

Влажность воздушной среды
В зависимости от отношения растений к влажности
выделяют несколько экологических групп:
-гигрофиты – наземные растения, живущие в очень
влажных почвах и в условиях повышенной влажности
( рис, папирус);
- мезофиты – переносят незначительную засуху
(древесные растения различных климатических зон,
травянистые растения дубрав, большинство культурных
растений);
- ксерофиты – растения сухих степей и пустынь;
- суккуленты - способные накапливать влагу в мясистых
листьях и стеблях (алоэ, кактусы);
- склерофиты – обладают большой всасывающей силой
корней и способны снижать транспирацию (испарение),
из-за наличия мелких и узких листьев.

82.

Доступный запас воды - вода, которую способна
поглощать корневая система растений (зависит от
количества
осадков
и
от
водопроницаемости
поверхностных отложений).
У животных по отношению к воде выделяются
экологические группы:
- гигрофилы (влаголюбивые);
- ксерофилы (сухолюбивые);
- мезофиллы (промежуточная группа).
Способы регуляции у них водного баланса
следующие:
- поведенческие;
- морфологические;
- физиологические.

83.

К
поведенческим
способам
относятся
перемещение в более влажные места, периодические
посещения водопоя, переход к ночному образу жизни.
К морфологическим адаптациям относятся
приспособления, задерживающие воду в теле (раковины
наземных улиток, роговые покровы у рептилий).
Физиологические приспособления направлены на
образование
метаболической
воды,
являющейся
результатом обмена веществ (насекомые, верблюды,
собаки, овцы).
Человек погибает при 10% потере воды, верблюд
– 27%, собака – 23%, овца – 17% .

84.

Биотические факторы – это совокупность
воздействий жизнедеятельности одних организмов на
другие.
АНТАГОНИСТИЧЕСКИЕ – это такие отношения,
при которых организмы двух видов
подавляют друг
друга или один из них подавляет другой без ущерба для
себя. Основные формы этого вида биотических
отношений:
хищничество,
паразитизм
и
конкуренция.
Хищничество – форма взаимоотношений
организмов разных трофических уровней, при которой
один вид организмов – хищник живет за счет другого –
жертвы, поедая его. Это наиболее распространенная
форма взаимоотношений в пищевых цепях.

85.

Паразитизм – межвидовые взаимоотношения, при
которых один вид живет за счет другого, поселяясь
внутри или на поверхности тела организма-хозяина.
Паразит поедает питательные вещества хозяина,
постепенно ослабляя и убивая его. Паразитизм наиболее
широко распространен среди растений и низших
животных – вирусов, бактерий, грибов, простейших,
червей. Паразиты делятся на эктопаразитов, живущих
на поверхности
тела (клещи, пиявки, блохи), и
эндопаразитов, обитающих в теле хозяина.

86.

Конкуренция – форма взаимоотношений, при
которых организмы одного трофического уровня
борются за дефицитные ресурсы: пищу, солнечный свет,
жизненное пространство и др. условия, подавляя друг
друга.
Конкуренция проявляется у растений: деревья в лесу
стремятся охватить корнями возможно большее
пространство, чтобы получить воду и питательные
вещества, тянутся в высоту к свету, стремясь обогнать
своих конкурентов. При одинаковом доступе к ресурсу
один
из
конкурирующих
видов
может
иметь
преимущества перед другим за счет интенсивного
размножения, способности потреблять больше пищи или
солнечной энергии, умению защищать себя и большей
выносливости к колебаниям температур и вредных
воздействий.

87.

НЕАНТАГОНИСТИЧЕСКИЕ взаимоотношения
можно
выразить
многими
комбинациями:
нейтральные, взаимовыгодные, односторонние.
Основные формы этих взаимодействий:
-симбиоз;
-мутуализм;
-комменсализм.
Симбиоз – это обоюдовыгодные, но не
обязательные взаимоотношения разных видов
организмов.

88.

89.

Мутуализм – взаимовыгодные и обязательные
для роста и выживания отношения организмов разных
видов.
Лишайники – пример мутуализма. Водоросли и
грибы не могут существовать порознь. Хоботок у
насекомых и строение цветка идеально подходят.

90.

Комменсализм – взаимоотношения, при которых
один из партнеров извлекает выгоду, а другому они
безразличны.
В океане некоторые виды рачков селятся на
челюстях китов. Рачки приобретают убежище и
стабильный источник пищи, а киту такое соседство не
приносит ни пользы, ни вреда. Рыбы-прилипалы и акулы.
Птицы и животные, питающиеся остатками пищи
хищников, - примеры комменсалов.

91.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Термин был введен в 1910 г. Джонсоном.
Экологическая ниша подразумевает комплекс всех
абиотических и биотических факторов среды,
необходимых организмам для жизни, роста и
размножения в данной экосистеме.
В 1982 г. Агесс так определяет экологическую
нишу и местообитание: местообитание- это адрес, по
которому проживает организм, а ниша- это еще его
профессия, род занятий и стиль жизни.
Экологическая
ниша
это
совокупность
территориальных и функциональных характеристик
среды обитания, соответствующих требованиям
данного вида.

92.

Экологические ниши делят на:
- специализированные;
- общие.
Специализированные
экологические
ниши
занимают растения и животные, которые могут
существовать лишь в узком диапазоне экологических
факторов и питаться ограниченным набором
растений и животных.
Общие
экологические
ниши
занимают
организмы, которые легко приспосабливаются к
изменениям условий.
Они могут обитать в разнообразных местах,
потреблять разную пищу и выдерживать широкий
диапазон колебаний экологических факторов.

93.

Правило Гаузе:
Два вида, обитающие на одной и той же
территории,
не
могут
иметь
совершенно
одинаковую экологическую нишу.
Эту закономерность он экспериментально доказал в
1934 году. Гаузе проводил опыты с родственными
видами инфузорий, поместив их культуры вместе, как
бы в одну экологическую нишу. Через 18 суток
обнаружили практически один вид инфузории. При
этом ни один вид не нападал на другой и не выделял
токсичных веществ. Просто один вид отличался более
высокой скоростью роста и размножения и поэтому
победил второй.

94.

ЗОНЫ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКТОРА
Эффект влияния факторов зависит не только от
характера их действия, но и от количественного
значения(высокая или низкая температура, степень
освещенности, влажности, количество пищи и т.д).

95.

Количественный диапазон любого экологического
фактора,
наиболее
благоприятный
для
жизнедеятельности, называется ЭКОЛОГИЧЕСКИМ
ОПТИМУМОМ.
Значения фактора, лежащие в зоне угнетения,
называются ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ПЕССИМУМОМ.
Максимальное и минимальное значения фактора,
при которых наступает гибель, называются
соответственно ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МИНИМУМОМ
И ЭКОЛОГИЧЕСКИМ МАКСИМУМОМ.

96.

97.

Таким образом, стенобионты экологически
непластичны, т.е. маловыносливы, а эврибионты
экологически пластичны, т.е. более выносливы.
Организмы,
живущие
долгое
время
в
относительно стабильных условиях, утрачивают
экологическую пластичность, а те, которые были
подвержены значительным колебаниям фактора,
становятся более выносливыми к нему, их
экологическая пластичность повышается.
Эврибионты обычно широко распространены.
Стенобионты
имеют
ограниченный
ареал
распространения.

98.

ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ
Лимитирующими экологическими факторами
называют такие факторы, которые ограничивают
развитие организмов из-за недостатка или их избытка
по сравнению с потребностью (оптимальным
содержанием).
Либих в середине XIX века установил, что
урожай зависит от фактора находящегося в
минимуме. Это закон минимума.
Минеральные вещества, очень полезные при
оптимальном содержании их в почве, снижают урожай,
если они в избытке. Значит, факторы могут быть
лимитирующими, находясь и в максимуме.

99.

Закон толерантности Шелфорда:
Рост и развитие организмов зависят, в первую
очередь, от тех факторов среды, значения которых
приближаются к экологическому минимуму или
экологическому максимуму.
Диапазон экологического фактора
минимумом и максимумом Шелфорд
ПРЕДЕЛОМ ТОЛЕРАНТНОСТИ.
между
назвал

100.

Позднее на основании
установлено следующее:
этих
законов
было
организмы с широким диапазоном толерантности ко
всем факторам широко распространены в природе и
часто бывают космополитами;
организмы могут иметь широкий диапазон
толерантности в отношении одного фактора и узкий
диапазон относительно другого;
если условия по одному из экологических факторов
становятся неоптимальными, то может измениться и
предел толерантности по другим факторам;

101.

наблюдаемые в природе пределы толерантности
меньше потенциальных возможностей организма
адаптироваться к данному фактору. Это объясняется
тем, что в природе пределы толерантности по
отношению к физическим условиям среды могут
сужаться биотическими отношениями: конкуренция,
хищники, отсутствие опылителей;
пределы толерантности у размножающихся особей и
потомства меньше, чем у взрослых особей, т.е. самки в
период размножения и их потомство менее выносливы,
чем взрослые особи;
экстремальные значения одного из факторов ведут к
снижению предела толерантности по другим факторам.

102.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И КОМПЕНСАЦИЯ ФАКТОРОВ
Совместное влияние факторов можно рассмотреть на
примере зависимости смертности личинок крабов от
температуры, солености и присутствия кадмия. При
отсутствии кадмия экологический оптимум (минимальная
смертность) наблюдается в интервале температур от 20 до 28
градусов и солености – от24 до 34 промилей. Если в воду
добавить токсичный для ракообразных кадмий, то
экологический оптимум смещается: температура лежит в
интервале от 13 до 26 градусов, а соленость от 25 до29
промилей. Изменяются пределы толерантности. Разница
между экологическим максимумом и минимумом для
солености после добавления кадмия уменьшается с 11-47
промилей до 14-40 промилей (%о ). Предел толерантности для
температурного фактора, наоборот, расширяется с 9-38
градусов до 0-42 градусов.

103.

104.

Температура и влажность
Взаимодействие этих двух факторов формирует
два
основных
типа
климата:
морской
и
континентальный. Водоемы смягчают климат суши, т.к.
вода обладает высокими удельной теплотой плавления и
теплоемкостью.
Поэтому
морскому
климату
свойственны менее резкие колебания температуры и
влажности, чем континентальному.
Воздействие температуры и влажности на
организм также зависит от соотношения их абсолютных
значений. Так температура оказывает более выраженное
лимитирующее влияние, если влажность очень велика
или очень мала. Каждому известно, что высокие и
низкие температуры переносятся хуже при высокой
влажности, чем при умеренной.

105.

Компенсация экологических факторов – это
стремление организмов ослабить лимитирующее
действие физических, биотических и антропогенных
влияний.
В процессе эволюции у организмов выработались
различные приспособления к среде обитания –
адаптации. Адаптация всегда развивается под
воздействием трех основных факторов – изменчивость,
наследственность, естественный (искусственный)
отбор.
Адаптации можно разделить на три типа:
-морфологические (изменение в строении организма);
-физиологические
(изменения
в
физиологии
организмов);
-этологические (изменения в поведении).

106.

При разных температурах один и тот же вид,
имеющий широкое географическое распространение,
может
приобретать
физиологические
и
морфологические особенности, адаптированные к
местным условиям.
Например, у животных уши, хвост, лапы тем короче, а
тело тем массивнее, чем холоднее климат.
Эта закономерность называется правилом Аллена:
выступающие части тела теплокровных животных
увеличиваются по мере продвижения с севера на юг,
что связано с адаптацией к поддержанию постоянной
температуры тела в различных климатических
условиях.

107.

У животных с хорошо развитой моторной активностью
компенсация факторов возможна благодаря адаптивному поведению.
Так, ящерицы не боятся резких охлаждений, потому что днем они
выходят на солнце, а ночью прячутся под нагретые камни.
Возникающие в процессе адаптации изменения часто генетически
закрепляются. На уровне сообщества компенсация факторов может
осуществляться сменой видов: например, при сезонных изменениях
происходит закономерная смена видов растений.

108.

АНТРОПОГЕННЫЕ ЛИМИТИРУЮЩИЕ
ФАКТОРЫ
ВЕРХОВЫЕ, или «ДИКИЕ» ПОЖАРЫ обычно очень
интенсивны и не поддаются сдерживанию. Они
уничтожают крону деревьев и разрушают всю органику
почвы.
Пожары такого типа оказывают лимитирующее
воздействие почти на все организмы сообщества. Должно
пройти много лет, пока участок вновь восстановится.

109.

НИЗОВЫЕ ПОЖАРЫ обладают избирательным
действием: для одних организмов они оказываются
более лимитирующими, чем для других организмов.
Таким образом, низовые пожары способствуют
развитию организмов с высокой толерантностью к их
последствиям. Они могут быть естественными или
специально организованы человеком.

110.

Антропогенный стресс условно подразделяют на
две группы:
- острый;
- хронический.
Для острого стресса характерны внезапное начало,
быстрый подъем интенсивности и небольшая
продолжительность.
При хроническом стрессе бывают нарушения
невысокой интенсивности, продолжаются долго или
повторяются.
Природные системы часто обладают достаточной
способностью справляться с острым стрессом.
Последствия хронического стресса могут быть более
тяжелыми, т.к. реакции на него не столь очевидны.

111.

1.Биосфера – глобальная экосистема.
Автором термина «биосфера» является Жан
Батист Ламарк, (1803 г. в труд по гидрогеологии
Франции) обозначил совокупность организмов,
обитающих на земном шаре.
В 1875 г. Эдуард Зюсс (в работе о строении
Альп) ввел в науку представление о биосфере как
особой оболочке земной коры, охваченной жизнью.
В таком общем смысле впервые использовал
этот термин Вернадский (1914 г.) в статье об истории
рубидия в земной коре.

112.

Вернадский отводит живым организмам роль
главнейшей преобразующей силы. При этом в понятие
биосферы включается преобразующая деятельность
организмов не только в границах распространения
жизни в настоящее время, но и в прошлом.
В таком случае под биосферой понимается все
пространство (оболочка Земли), где существует или
когда-либо существовала жизнь, то есть, где
встречаются живые организмы или продукты их
жизнедеятельности
и
которая
обладает
антиэнтропийными свойствами.

113.

Вернадский конкретизировал и очертил границы
жизни в биосфере и всесторонне раскрыл роль живых
организмов в процессах планетарного масштаба. Он
показал, что в природе нет более мощной
геологической силы, чем живые организмы и продукты
их жизнедеятельности. («Биосфера» 1926г.)
До трудов Вернадского в геологических
явлениях и эволюции верхних слоев литосферы,
прежде всего земной коры, первенство отводилось
физико-химическим
процессам
выветривания.
Вернадский показал первостепенную преобразующую
роль живых организмов и обусловливаемых ими
механизмов разрушения горных пород, круговорота
веществ, изменения водной и атмосферной оболочек
Земли.

114.

Владимир Иванович Вернадский

115.

Биосфера
– своеобразная оболочка Земли,
содержащая всю совокупность живых организмов и ту
часть вещества планеты, которая находится в
непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера
охватывает
нижнюю
часть
атмосферы,
гидросферу и
верхние
горизонты
литосферы.

116.

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО
Живое вещество - совокупность всех живых
организмов, выраженную через массу, энергию и
химический состав.
Вещества неживой природы относятся к
косным (например, минералы).
В природе представлены биокосные вещества,
образование и сложение которых обусловливается
живыми и косными составляющими (например,
почвы, воды).
Биогенные
веществапродукт
жизнедеятельности живых организмов (например,
каменный уголь, битумы, известняки, нефть,
хитиновые покровы членистоногих).

117.

Свойства живого вещества.
1.Способность быстро занимать (осваивать)
все свободное пространство. Вернадский назвал это
всюдностью жизни. Данное свойство дало основание
Вернадскому сделать вывод, что для определенных
геологических периодов количество живого вещества
было примерно постоянным (константой). Способность
быстрого освоения пространства связана как с
интенсивным размножением, так и со способностью
организмов интенсивно увеличивать поверхность
своего тела или образуемых ими сообществ.
2. Движение не только пассивное (под действием
силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и
активное.

118.

3.Устойчивость при жизни и быстрое
разложение
после
смерти
(включение
в
круговороты), сохраняя при этом высокую физикохимическую активность. Белки, жиры, ферменты
устойчивы только в живых организмах.
4.Высокая приспособительная способность
(адаптация) к различным условиям и в связи с этим
освоение не только всех сред жизни (водной,
наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и
крайне трудных по физико-химическим параметрам
условий.

119.

5.Феноменально высокая скорость протекания
реакций. Она на несколько порядков (в сотни, тысячи
раз) значительнее, чем в неживом веществе.
По представлениям Вернадского, практически
все осадочные породы, а это слой до 3км, на 95-99%
переработаны живыми организмами.
6.Высокая скорость обновления живого
вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы
она составляет 8 лет, при этом для суши-14 лет, а для
океана, где преобладают организмы с коротким
периодом жизни (например, планктон), - 33 дня.

120.

Функции живого вещества.
1 функция – газовая. Большинство газов
верхних горизонтов планеты порождено жизнью.
Подземные горючие газы – продукты разложения
органических
веществ
растительного
происхождения, ранее захороненных в осадочных
толщах.
2 функция – концентрационная. Организмы
накапливают в своих телах многие химические
элементы. На первом месте стоит углерод. В углях
содержание углерода по степени концентрации в
тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры.

121.

3 функция – окислительно-восстановительная.
Окисление и восстановление различных веществ с
помощью живых организмов. Под влиянием живых
организмов происходит интенсивная миграция атомов
элементов с переменной валентностью.
4 функция – энергетическая (биохимическая).
Связывание
и запасание солнечной энергии в
органическом веществе и последующее рассеивание
энергии
при
потреблении
и
минерализации
органического вещества.

122.

5 функция – деструктивная. Разрушение
организмами и продуктами их жизнедеятельности как
остатков органического вещества, так и косных
веществ.
6 функция – транспортная. Перенос вещества и
энергии в результате активной формы движения
организмов.
7 функция – средообразующая. Преобразование
физико-химических параметров среды. Результатом
этой функция является и вся биосфера, и почва.

123.

8
функция
–
рассеивающая.
Функция
противоположная концентрационной – рассеивание
веществ в окружающей среде.
9 функция – информационная. Накопление живыми
организмами определенной информации, закрепление
ее в наследственных структурах и передача
последующим поколениям.
10 функция – биогеохимическая деятельность
человека. Превращение и перемещение веществ
биосферы в результате человеческой деятельности для
хозяйственных и бытовых нужд человека.