Экология как наука. Экологические факторы. ВПК. 10 класс

1.

ВПК 10 КЛАСС
.

2.

Экология – наука, изучающая биологические системы разного уровня
организации (от организма до биосферы) и закономерности их
взаимодействия. Термин «экология» предложил Э.Геккель в 1866 году.
К задачам экологии относятся:
1) изучение механизмов адаптации (приспособления) организмов к среде
обитания;
2) изучение свойств и структуры популяций, динамики и механизмов
регуляции их численности;
3) изучение биологического разнообразия экосистем, закономерностей
образования и распределения в них биологической продукции;
4) изучение процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания её
устойчивости;
5) разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с
учётом законов существования природы.

3.

Среда обитания – часть природы (совокупность конкретных абиотических и
биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и
оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост,
развитие, размножение, выживаемость, то есть это всё, что окружает
организм. Среда обитания включает элементы (факторы) живой и неживой
природы и элементы, привносимые деятельностью человека. Эти факторы
можно разделить на нейтральные и экологические.
Нейтральные факторы не влияют на
организм и не вызывают у него
никакой реакции. Например, на волка
в лесу не влияет наличие гнилого пня
или лишайников на деревьях.
Экологические факторы – свойства и
компоненты
среды,
которые
вызывают у живых организмов
ответные реакции (если они носят
приспособительный характер, то их
называют адаптациями). Например,
видоизменение листьев у кактуса
является адаптацией к уменьшению
поглощения света.

4.

Совокупность только жизненно необходимых экологических факторов, без
которых живые организмы не могут существовать называется условиями
существования. Многие факторы среды, хотя и оказывают существенное
влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми
(например, углекислый газ и молекулярный азот для животных, наличие
органических веществ для растений). Такие экологические факторы называют
второстепенными.
Все экологические факторы по природе происхождения подразделяют на три
группы: абиотические; биотические; антропогенные.

5.

Абиотические факторы – элементы неживой природы, которые прямо или косвенно
влияют на организм и вызывают у него ответную реакцию. Они подразделяются на:
- климатические (свет, газовый состав воздуха, осадки, температура, влажность воздуха,
атмосферное давление, скорость ветра и др.);
- эдафические (свойства почвы; подразделяются на физические – влажность,
комковатость, плотность, и химические – кислотность, минеральный состав, содержание
органического вещества);
- орографические (особенности характера и специфика рельефа местности: широта,
высота над уровнем моря, угол наклона местности по отношению к горизонту,
экспозиция склона);
- физические (гравитация, магнитное поле Земли, все виды излучения).
Биотические факторы – элементы живой природы (живые организмы), влияющие на
другой организм и вызывающие у него ответные реакции. Они подразделяются на две
группы: внутривидовые и межвидовые. В зависимости от того, кем является
взаимодействующий организм, биотические факторы подразделяются на четыре
группы: 1) фитогенные (влияние растений),
2) зоогенные (влияние животных),
3) микогенные (влияние грибов), 4) микробогенные (влияние микроорганизмов).
Антропогенные факторы – разнообразные виды деятельности человека, влияющие на
сами организмы и на места их обитания. В зависимости от способа воздействия
выделяют две подгруппы антропогенных факторов: прямые– непосредственное
воздействие человека на организмы и косвенные– влияние человека на среду обитания
организмов самим фактом своего существования и через хозяйственную деятельность.
В зависимости от последствий воздействия эти подгруппы антропогенных факторов
подразделяют еще на факторы положительного и отрицательного влияния.

6.

По природе происхождения косвенные антропогенные факторы делят на:
1) физические – создаваемые в ходе деятельности излучения, воздействие
строительной, военной, промышленной, сельскохозяйственной техники;
2) химические – пестициды, тяжелые металлы, продукты сгорания топлива;
3) биологические – виды живых организмов, которые распространяются в
ходе хозяйственной деятельности, которые могут нарушить естественные
экосистемы;
4) социальные – рост поселений, коммуникаций, межрегиональные
конфликты.

7.

Для любого экологического фактора и любого организма можно построить график
зависимости интенсивности жизнедеятельности организма от дозы фактора (силы и
продолжительности его воздействия):
Точка минимума – это наименьшее значение
силы воздействия фактора, при котором
начинается проявление жизнедеятельности.
Точка максимума – это максимальное значение,
при котором прекращается жизнедеятельность.
Точка оптимума – конкретное наиболее
благоприятное для жизнедеятельности значение
силы. Зона оптимума – диапазон действия
фактора, при котором наблюдается активный
рост, развитие и эффективное размножение.
Крайние
участки
кривой,
выражающие
состояние угнетения организмов (невозможны
Точки 1, 2 — точки минимума (нижний
рост и развитие, но сохраняется возможность
предел выносливости) и максимума
для существования), называют зоной пессимума
(верхний предел выносливости)
или угнетения. Между зонами оптимума и
соответственно;
пессимума
лежат
зоны
нормальной
3, 4, 5 — зоны оптимума, нормы и
жизнедеятельности (наблюдаются умеренный
пессимума соответственно.
рост и развитие организма, размножение
6 – пределы выносливости
неэффективно).
(толерантности).

8.

Способность организмов адаптироваться к тому или иному диапазону
изменчивости факторов среды называется экологической пластичностью,
или экологической валентностью. По её величине организмы делят на
стенобионтов (имеют узкую экологическую пластичность) и эврибионтов
(имеют широкую экологическую пластичность). Виды, подверженные
большим колебаниям факторов, в процессе эволюции стали выносливыми
по отношению к изменяющимся условиям среды. Виды, которые долго
существовали в стабильных условиях, утратили способность выдерживать
значительные отклонения от их оптимальных значений.
Совокупность пределов выносливости вида по отношению ко всем
экологическим факторам называется экологическим спектром и определяет
границы среды обитания вида.

9.

Взаимодействие факторов – зависимость действия экологического фактора от
того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие
факторы. Например, жара или мороз легче переносятся при сухой, а не
влажной погоде. В природной среде в результате взаимодействия факторов их
действие на организм может суммироваться, компенсироваться и взаимно
усиливаться.
Эффект
компенсации
–
частичная
(не
полная!)
взаимозаменяемость экологических факторов. Например, увядание растений
можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и
снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию. Однако
полностью заменить один из необходимых организму факторов другим
невозможно (принцип незаменимости факторов).
Лимитирующий фактор – экологический фактор,
величина которого наиболее отклоняется от своего
оптимального значения. Он определяет уровень
жизнедеятельности организма в данной среде.
Если фактор выходит за границы толерантности, то
организмам грозит гибель даже при оптимальном
сочетании остальных условий. Изменить такой
результат можно только воздействием на
ограничивающий фактор.

10.

АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
Одним из условий существования жизни на земле является СОЛНЕЧНЫЙ
СВЕТ. Свет имеет волновую природу.
Ультрафиолетовые лучи имеют длину волны 30-400 нм. Коротковолновое
губительное для всего живого излучение частично задерживается
озоновым слоем атмосферы. Лучи с длиной волны 290—400 нм обладают
бактерицидным действием, способствуют синтезу в коже витамина D и
меланина, но в тоже время являются мутагенным и канцерогенным
фактором (могут вызвать рак кожи (меланому), катаракту глаза (помутнение
хрусталика)). Многими насекомыми используются в пространственной
ориентации.
Видимые лучи (ФАР – фотосинтетически, или физиологически активная
радиация) имеют длину волны 400—700 нм и обеспечивают фотосинтез,
синтез хлорофилла, формирование хлоропластов, работу устьиц,
фотопериодические реакции, ориентацию в пространстве.
Инфракрасные лучи служат источником тепла для подавляющего
большинства организмов.

11.

Влияние солнечного света зависит не только от его качества и интенсивности, но и от
продолжительности освещения – длины светового дня (фотопериода). Длина
светового дня определяется географическим положением и может колебаться по
сезонам. Фотопериодизм – характерная реакция живых организмов на изменение
длины светового дня, соотносящая их биологическую активность с временем года. У
растений примерами фотопериодических реакций является рост, цветение,
плодоношение, листопад. У животных – линька, накопление жира, спячка, миграции,
размножение.
По типу фотопериодической реакции растения делятся на короткодневные,
длиннодневные и фотопериодически нейтральные.
Короткодневные растения (астры, георгины, рис, соя, конопля, перец,
земляника, хризантемы, просо) цветут обычно ранней весной или поздним
летом и осенью, т.к. для зацветания им достаточно 12 часов светлого
времени суток или даже меньше. Длиннодневные растения (свёкла, клевер,
кукуруза, картофель, хлебные злаки, многие крестоцветные, укроп) цветут
обычно поздней весной и в начале лета, т.к. для зацветания им необходимо
более 12 часов светлого времени суток. Фотопериодически нейтральные
растения могут зацвести при любой длине дня, кроме очень короткой.
Например, одуванчик, томаты, гречиха, горох, огурец, подсолнечник,
кукуруза.

12.

В жизни животных свет играет важную роль, прежде всего, как средство
ориентации. Начиная с кишечнополостных, практически у всех животных
имеются светочувствительные органы — глаза. Они позволяют
ориентироваться в пространстве путём фототаксиса; положительного
(передвижение в сторону наибольшей освещённости) и отрицательного
(перемещение в затенённые места).
Животные ориентируются с помощью зрения во время дальних миграций и
перелётов. Многие животные ориентируются по объектам живой и неживой
природы, обладают цветовосприятием.
Суточный фотопериодизм проявляется у многих животных. Среди них можно
выделить три группы: дневные, ночные и сумеречные. Дневные активны в светлое
время суток (ласточка, заяц, бабочка) и это самая многочисленная группа. Ночные
добывают пищу в ночное время (сова, сверчок, таракан). К сумеречным относятся
майский жук, бражник.

13.

По количеству необходимого света растения делятся на светолюбивые,
тенелюбивые и теневыносливые.
Светолюбивые растения (гелиофиты) растут на открытых территориях. Имеют
мелкие толстые и светлые листья, расположенные вертикально или под
большим углом к горизонту, часто блестящие, опушённые или с восковым
налётом, мезофилл (мякоть листа) хорошо развит, особенно столбчатая
паренхима, содержат много мелких хлоропластов. Например, лавр, магнолия,
молочай, мать-и-мачеха, очиток, подсолнечник, пшеница, лиственница,
сосна, осина, берёза и др.

14.

Тенелюбивые растения (сциофиты): мхи,
папоротники,
недотрога, медуница,
кислица, майник обитают в сильно
затененных местах. Они имеют тонкие
листья, часто расположенные в виде
листовой мозаики. В листьях хорошо
развита губчатая паренхима, хлоропласты
крупные,
но
немногочисленные.
Столбчатая паренхима развита слабо и
представлена, как правило, одним слоем
клеток.
Теневыносливые
растения
(факультативные гелиофиты): ель, пихта,
граб, бук, лещина, бузина, брусника,
ландыш майский, сныть, подорожник,
злаковые травы, ежевика предпочитают
хорошую освещенность, но могут расти
и в тени. У травянистых форм этой
группы стебель тонкий, с длинными
междоузлиями. Они образуют живой
напочвенный покров и кустарниковый
ярус в лесах умеренного пояса.

15.

Влияние ТЕМПЕРАТУРЫ на большинство организмов проявляется в
регулировании
биохимических
и
физиологических
процессов
жизнедеятельности. Для этого фактора характерны значительные широтные,
суточные и сезонные колебания. Для большинства организмов
температурным пределом являются температуры, при которых начинается
денатурация белков (0 – 500С), однако встречаются термофилы («любящие
тепло») и криофилы («любящие холод»).
Все живые организмы в зависимости от способа терморегуляции делятся на
две группы: пойкилотермные и гомойотермные.
Пойкилотермные организмы не имеют постоянной температуры тела. Это
растения, протисты, бактерии, грибы, все беспозвоночные, рыбы,
земноводные и пресмыкающиеся.
Гомойотермные организмы имеют механизмы, позволяющие им
поддерживать постоянную температуру тела. К таким организмам относятся
птицы и млекопитающие. Среди этих животных есть группа гетеротермных
организмов, которые впадают в спячку или холодовое оцепенение при
резком снижении температуры среды, снегопадах или дожде (ежи, медведи,
летучие мыши, ласточки, стрижи, некоторые грызуны). При этом температура
их тела снижается практически до температуры окружающей среды.

16.

Растения по потребности к количеству тепла делят на три группы:
• Холодостойкие
• Мезотермные
• Теплолюбивые
Холодостойкие и мезотермные растения населяют умеренный и холодный
пояса. Их адаптации направлены на перенесение низких температур.
Теплолюбивые растения – обитатели тропического, субтропического и
прогреваемые места умеренного пояса. Они адаптированы к действию
высоких температур.
теплолюбивые
холодостойкие

17.

Адаптации растений
Адаптации животных
1. Биохимические.
У теплолюбивых растений при высоких
температурах увеличивается содержание
в цитоплазме солей, слизей, органических
кислот, которые защищают цитоплазму от
свертывания.
У холодостойких растений как защита от
замерзания накапливаются углеводов
(глюкозы) в клеточном соке.
1. Биохимические.
У
пойкилотермных
животных
при
охлаждении накапливаются вещества,
понижающие точку замерзания воды
(глицерин,
гликопротеиды,
глюкоза,
ненасыщенные жирные кислоты).
У гомойотермных животных – повышается
интенсивность
метаболизма.
У
млекопитающих
усиливается
расщепление бурого жира.
2. Физиологические.
У пойкилотермных и гомойотермных
животных усиливается испарение влаги
при повышении температуры. При низких
температурах наблюдается мышечная
дрожь, спячка. У млекопитающих одним
из механизмов терморегуляции является
изменение просвета сосудов кожи. У
гомойотермных – особенности строения
кровеносной
системы
(наличие
артериовенозных
теплообменников,
ускорение кровотока).
2. Физиологические.
Защитой от перегрева является усиление
транспирации, короткий жизненный цикл
(растения эфемеры и эфемероиды).
Состояние анабиоза является адаптацией
и к жаре и к холоду.

18.

Адаптации растений
3. Морфологические.
Растения, обитающие в условиях высоких
температур часто имеют светлые листья,
опушенные или покрытые восковым
налетом. Уменьшение поверхности может
достигаться за счет видоизменений
листьев в колючки, свернутых или
рассеченных листьев. Как правило, у таких
растений листья способных
поворачиваться, чтобы изменять свое
положение по отношению к солнцу.
Адаптации животных
3. Морфологические.
У животных уменьшению потерь тепла
способствуют покровы тела (шерстный,
перьевой, роговой), подкожный жир у
млекопитающих.
4. Поведенческие.
Животные перемещаются в места с
оптимальным для них тепловым режимом,
Пойкилотермные животные могут менять
позы для получения большего количества
тепла или наоборот, уменьшения его
действия. Гомойотермным характерны
миграции, образования скоплений.

19.

ВОДА как абиотический фактор является необходимым условием
существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах
жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в
клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим
исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических
реакций. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений)
заключается в необходимости постоянного пополнения её из-за потерь при
испарении и выделении продуктов жизнедеятельности. Поэтому вся
эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к
активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для
многих видов вода является непосредственной средой их обитания.
По обеспеченности влагой на земле выделяют аридные (засушливые) и
гумидные (с избыточным увлажнением) области.

20.

Больше зависят от влажности растения из-за своей прикреплённости к
субстрату. Среди наземных растений выделяют три экологические группы:
гигрофиты, ксерофиты и мезофиты.
1) Гигрофиты, например, рогоз, камыш, тростник, пушица, росянка, рис,
папирус, осоки, калужница болотная, произрастают в избыточно
увлажнённых местах. Для них характерны тонкие листья с постоянно
открытыми устьицами и большими межклетниками, специфические
водяные устьица. У некоторых в корнях и стеблях имеется аэренхима
(ткань, запасающая воздух в межклетниках), слабо развиты корни (часто
без корневых волосков), а также механические, эпидермис и кутикула.
Гигрофиты не способны переносить даже незначительный недостаток
влаги.

21.

2) Ксерофиты растут в засушливых областях и
способны переносить значительный недостаток
влаги. Суккуленты запасают большое количество
воды в мясистых стеблях (кактусы, молочаи),
листьях (агавы, алоэ, молодило, очитки) или корнях
(сейба мелколистная), а экономно расходуют. Корни
поверхностные (приспособлены для впитывания
дождевой воды), на листьях мощная кутикула, часто
опушение
или
восковой
налет,
устьица
погруженного типа, днем закрыты. У стеблевых
суккулентов (кактусов) листья редуцированы до
колючек, а функция фотосинтеза перешла к
зелёному стеблю.
Склерофиты (полыни, ковыли, астрагалы, саксаулы,
чертополох, бодяк) интенсивно добывают и экономят
воду. В связи с этим имеют хорошо развитые корни (для
впитывания грунтовых вод), высокое осмотическое
давление («растения-насосы»). Мелкие, жёсткие
листья, покрытые толстой, препятствующей испарению
кутикулой, устьица погруженного типа. Высокая
вязкость цитоплазмы позволяет удерживать воду.
Хорошо развита механическая ткань.

22.

3) Мезофиты – растения местообитаний с умеренной увлажнённостью
почвы и воздуха. Они способны переносить кратковременный недостаток
влаги. К этой группе относится большинство лиственных деревьев, луговые
и лесные травы, сорняки, злаки, большинство культурных растений
умеренного климатического пояса. У них умеренно развита корневая
система, имеются корневые волоски, небольшое количество устьиц в
листьях. Растения-мезофиты, обитающие на территориях, где есть
засушливый сезон, в семенах содержат ингибиторы прорастания. Они
вымываются только большим количеством осадков, что препятствует
прорастанию в неблагоприятный сезон.

23.

Аналогично выделяют группы наземных животных: гигрофилы –(мокрицы,
комары, наземные планарии, наземные брюхоногие моллюски,
земноводные), ксерофилы (верблюды, тушканчики, платяные моли, рисовый
и амбарный долгоносики), мезофилы –(большинство животных).
К морфологическим адаптациям животных по удержанию воды в организме
относится раковины моллюсков, роговой, перьевой или шерстный покровы
тела, хитинизированная кутикула.
К физиологическим приспособлениям регуляции водного обмена можно
отнести питье воды, питание сочными частями растений, образование
метаболической воды, способность к экономии влаги в пищеварительном
тракте за счёт всасывания воды стенками кишечника, а также образования
высококонцентрированной мочи (овцы, тушканчики).
К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоёмов, выбор
мест обитания, ночной образ жизни, летняя спячка, рытьё нор. В норах
влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через
покровы, экономит влагу в организме.