Взаимоотношение организма и среды. Популяции. Лекция 1

1. Латыпова Гульнара Флуровна Доцент, к.б.н.

каф. Безопасности
жизнедеятельности и
технологического оборудования
каб. 208 / 6 корп.

2. Лекция 1 Взаимоотношение организма и среды. Популяции

Лекция 1
1.
2.
3.
4.
Взаимоотношение организма
и среды. Популяции
Предмет экологии. Среды жизни на Земле
и экологические факторы
Закономерности действия экологических
факторов. Адаптации организмов к
условиям среды
Характеристики популяции
Факторы динамики численности и
гомеостаз

3.

Термин «экология» был введён
немецким зоологом-эволюционистом
Эрнстом Геккелем (1866) в книге «Всеобщая
морфология организмов».
Название науки происходит от греческих слов «ойкос»
- дом, местообитание
и «логос» - наука, то есть буквально оно переводится
как наука о местообитании.
Экология - наука, изучающая
взаимоотношения организмов с
окружающей средой,
а также структуру и законы функционирования
пупуляций, экосистем и биосферы
(то есть надорганизменных биосистем).

4.

Экология (биоэкология, общая экология) – одна из
биологических наук, изучающая отношения организмов
(особей, популяций, сообществ) между собой и
окружающей средой.
Предметом изучения биоэкологии являются объекты
организменного, популяционного, видового,
биоценотического и биосферного уровней организации в
их взаимодействии с окружающей средой.
Задачи биоэкологии – изучение двусторонних связей в
системах организм – среда, популяция - среда,
сообщество – среда, а также связей между особями в
популяции и популяциями в сообществе.

5. Уровни организации живой материи

Объекты
экологии
биосфера
↑
сообщества и экосистемы
↑
популяции и виды
↑
организмы
↑
органы
↑
ткани
↑
клетки
↑
гены

6.

Разделы общей экологии
Аутэкология
(экология
особей)
изучает
влияние
факторов
окружающей
среды на
отдельные
организмы
Демэкология
(популяционная
экология)
изучает
влияние
факторов
окружающей
среды на
популяции и
взаимоотношен
ия особей
внутри одного
вида и между
популяциями
разных видов
Синэкология
изучает
влияние
факторов
окружающей
среды на
биологические
сообщества
(биоценозы) и
взаимоотноше
ния разных
видов внутри
биоценоза

7.

Экология
(глобальная экология)
— комплексная (междисциплинарная)
наука, синтезирующая данные
естественных и общественных наук о
природе и взаимодействии природы и
общества.
Задачи глобальной экологии —
изучение законов взаимодействия
природы и общества и оптимизация этого
взаимодействия.

8.

Среда
– это совокупность тел и сил
внешнего по отношению к
живому организму мира
Из среды организм получает все
необходимое для жизни и в нее же
выделяет продукты обмена веществ.

9. На Земле существует 4 среды обитания организмов

Водная –
самая
древняя,
где и
зародилась
жизнь

10.

Наземно-воздушная
среда
Почвенная среда

11. Живые организмы, заселенные паразитами (гриб трутовик) и симбионтами (бактерии-ризобии)

12. Условия, наиболее важные для жизни в наземно-воздушной среде:

солнечный свет, без которого не
будет фотосинтеза
температура
влажность
давление
ветер и многое другое
Среда неплотная и часто нестабильная
(условия могут резко меняться)

13. Условия, наиболее важные для жизни в водной среде :

соленость
подвижность
содержание кислорода
кислотность (рН)
температурный режим
плотность и вязкость
световой режим и т.д.
Водная среда характеризуется гораздо
большей плотностью, чем воздушная,
условия более стабильны

14. Условия, наиболее важные для жизни в почвенной среде :

влажность
содержание различных минеральных и
органических компонентов
содержание воздуха
кислотность
плотность и структура
температура
Наиболее плотная и неоднородная по
составу среда, но условия меняются
медленно

15. Условия, наиболее важные для жизни в организменной среде :

активное сопротивление (иммунитет)
организма хозяина
Наиболее стабильная и благоприятная
среда (изобилие пищи и защита от
врагов)

16.

Экологические факторы
(от лат. фактор – действующий)
– отдельные условия или элементы
среды, которые влияют на организм
(Они влияют на жизнеспособность, рост,
развитие, плодовитость и другие
характеристики организма)

17.

Экологические факторы
Абиотические
(воздействие
неживой природы)
Биотические
Антропогенные
(воздействие человека
(воздействие
или всего общества)
других организмов)
•климатические факторы:
свет, температура,
влажность…
•движение сред: ветер,
течения…
•орографические(геофизичес
кие): рельеф, высота над
уровнем моря,
экспозиция склона…
•химические: кислотность,
газовый состав воздуха,
солевой состав почвы
или воды, …
•физические: радиация, шум,
гравитационное и
электромагнитное поля
•межвидовые
хищничество,
паразитизм,
конкуренция,
симбиоз…
•внутривидовые
отношение
полов,
забота о
потомстве,
конкуренция…
• загрязнение
• уничтожение
естественных э/с
(лесов, степей…)
• создание
искусственных э/с
(полей, городов…)
• разведение
полезных видов
• уничтожение
вредных видов
• техногенные
(воздействие
заводов, транспорта,
строительства)
•парниковый эффект…

18.

закон оптимума
для каждого вида живых
организмов существуют
оптимальные значения
каждого экологического
фактора. Чем больше значения
фактора отклоняются от
оптимума в сторону
увеличения или уменьшения,
тем сильнее угнетается
жизнедеятельность особей

19. Зависимость степени благоприятности фактора от его интенсивности

20. экологическая пластичность - свойство видов адаптироваться к определенному диапазону факторов среды

А
В
А - стенобионты (стенос– узкий) - виды, переносящие
лишь небольшие отклонения фактора от оптимума
У них узкий биоинтервал
В - эврибионты (эурос – широкий) - виды, способные
выдержать значительные отклонения условий
У них широкий биоинтервал.

21. В 1840 году немецкий химик Юстас Либих выдвинул закон минимума

22.

В 1913 году американский ученый В.Шелфорд,
показал, что избыток фактора так же вреден,
как и нехватка, и сформулировал
закон толерантности =
закон лимитирующих факторов
факторы среды, имеющие значения
близкие к пределам выносливости, т.е.
лимитирующие, ограничивают
существование вида даже при
оптимальных значениях других факторов
(толерантность=выносливость)

23.

Адаптации — различные приспособления к
среде обитания, выработавшиеся у организмов
в процессе эволюции
Генотипические
Индивидуальные
происходят в ряду поколений,
и их результат передается по
наследству
возникают на протяжении
жизни одной особи
(= акклимация или
акклиматизация)

24.

Типы адаптаций
Морфологическ
ие адаптации
сопровождаются
изменением в
строении
организма
(например,
видоизменение
листа у
растений
пустынь). Они
приводят к
образованию
определенных
жизненных
форм
Физиологические
адаптации –
изменения в
физиологии
организмов
(например,
способность
верблюда
обеспечивать
организм влагой
путем окисления
запасов жира
Этологические
адаптации –
изменения в
поведении
(например,
сезонные
миграции
млекопитающих
и птиц,
впадение в
спячку в
зимний период).
Эти адаптации
характерны для
животных.

25. Тепловой режим (скорость протекания химических реакций в живом изменяется в 2-3 раза при повышении температуры на каждые 10О)

Пойкилотермн
ые организмы
(от гр. пойкилос
– изменчивый,
меняющийся и
термос - тепло)
меняют свою
температуру
вместе с
температурой
среды (все
таксоны
органического
мира, кроме птиц
и
млекопитающих)

26.

Гомойотермные
животные (от
гомос –
одинаковый)
имеют
постоянную
температуру тела
(млекопитающие
и птицы)

27. Экологические группы животных по отношению к воде

Гигрофилы –
это
влаголюбивые
животные,
нуждающиеся в
высокой
влажности среды
– это амфибии,
дождевые черви,
мокрицы,
ногохвостки,
комары, голые
слизни и другие
наземные
моллюски.

28. Мезофилы – животные, обитающие в условиях умеренной влажности и сравнительно легко переносящие ее колебания. К ним относятся

многие
птицы, млекопитающие, насекомые.

29. Ксерофилы – сухолюбивые животные, у которых хорошо развиты механизмы регуляции водного обмена и приспособления к удержанию воды

в
теле.

30. Гигрофиты – растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита

31. Правило К.Бергмана:

у теплокровных размеры тела в северных
популяциях вида (или близких видов)
крупнее, чем в южных

32. Правило Д.Аллена:

у северных
популяций
вида или
близких
видов все
выступающ
ие части
тела
(конечности,
хвосты, уши)
меньше,
чем у
южных

33.

Термин популяция введен в 1903 г.
датским ученым В.Иоган-сеном для
обозначения «естественной смеси
особей одного и того же вида,
неоднородной в генетическом
отношении», в отличии от чистой линии
В дальнейшем этот термин приобрел
экологическое значение и им стали
обозначать население вида, занимающего
определенную территорию.
33

34. Типы популяций

1
2
3
4
Элементарная (или локальная)
популяция – совокупность
особей одного вида,
занимающих небольшой участок
однородной площади
Экологические популяции (2) –
совокупности смежных элементарных
популяций, проживающие в
экологически сходных условиях
(сосновые, елово-пихтовые
экологические популяции белок),
изолированы слабо и обмен
генетической информацией происходит
часто
Географические популяции (3) –
занимают большую территорию, хорошо
изолированы
Ареал вида (4) = область
распространения вида
34

35.

К статическим характеристикам относятся:
численность (общее число особей в популяции),
плотность (число особей вида, приходящееся на
единицу площади или объема),
пространственная структура,
возрастная структура,
половая структура (соотношение полов - ♂ : ♀
),
экологическая структура (экотипы генетические варианты, различающиеся по
требованиям к условиям среды или по срокам
развития ).
35

36. Пространственная структура (распределение особей в пространстве)

1
1
2
3
Регулярное (равномерное) –
вследствие конкуренции особи
удалены друг от друга на
максимально возможное
расстояние
2. Случайное –встречается на
однородных участках, когда
конкуренция слаба и особи не
стремятся к объединению
3. Групповое – встречается, если
животные живут стаями или
стадами, растения вегетативно
размножаются или среда очень
неоднородна
1.
36

37. Регулярное (равномерное) распределение

В птичьих колониях,
которые занимают
небольшую
территорию и
насчитывают десятки
и сотни тысяч
особей, гнезда
располагаются друг
от друга
приблизительно на
равном расстоянии.
Это такое
расстояние, чтобы
сидящие на гнезде
птицы не могли
клевать друг друга.
37

38. Групповое распределение

Луговые собачки
относятся к семейству
беличьих. Они
типичные обитатели
равнин на западе
Северной Америки. Эти
грызуны общительны и
живут большими
колониями со
множеством нор и
ходов. На территории
подземного поселения
отдельные семьи
занимают свои
участки. При
появлении хищника
собачки
предупреждают друг
друга и мгновенно
скрываются в норах.
38

39. Экологические возраста

Пострепродуктивный
(уже не размножающийся)
Репродуктивный
(размножающийся)
Предрепродуктивный
(еще не размножающийся)
39

40. Возрастная структура популяций (возрастные пирамиды)

Растущая
популяция
Стабильная
популяция
Сокращающаяся
популяция (узкое
(пирамида с широким (пирамида в форме основание,
широкая вершина
основанием столба – всех
много молодых
- преобладают
возрастов почти
особей)
старые особи)
40
поровну)

41.

К основным динамическим
характеристикам
относятся:
выживаемость
рождаемость
смертность
41

42. Выживаемость - доля особей, доживающих до определенного возраста

I - выпуклая (кривая дрозофилы
и человека) - смертность в
большинстве возрастов мала, а к
старости резко возрастает, и все
особи погибают за короткий срок
(крупные копытные, насекомые,
гибнущие после откладки яиц)
II
IV
Кривые выживания
II – диагональная (кривая
гидры) - смертность одинакова во
всех возрастах (пресмыкающихся,
птицы, многолетние травы)
III – вогнутая (кривая устрицы) у видов, не заботящихся о потомстве
и выживающих за счет огромного
количества икринок, семян и т. д.
IV - ступенчатая кривая –у видов,
выживаемость которых
неоднократно меняется в разные
42
периоды жизни

43. Рождаемость (= общая рождаемость) – скорость появления в популяции молодых особей (семян, детенышей / ед. времени) Биотический

потенциал - репродуктивный потенциал, важнейший
условный показатель, отражающий способность популяции к
размножению, выживанию и развитию при оптимальных
условиях
максимальная рождаемость достигается в
идеальных условиях.
N – численность, а ∆Nb – число
новорожденных в популяции за отрезок
времени ∆t, то рождаемость = ∆Nb / ∆t.
экологическая или реализованная
рождаемость, наблюдается в фактических условиях
среды
удельная рождаемость – число рождений за
единицу времени, приходящихся на одну особь
родительского поколения (позволяет сравнить по
рождаемости популяции разного размера) b = ∆Nb / N∆t.
43

44. Общая смертность – число особей, погибших в популяции за единицу времени ∆Nd / ∆t

Теоретическая (= минимальная)
смертность наблюдается в идеальных
условиях
Экологическая наблюдается в реальных
условиях среды
Удельная смертность – число смертей за
единицу времени, деленное на численность
(чтобы сравнить по смертности разные
популяции) d = ∆Nd / N∆t.
44

45.

Теоретический рост (зависит только от биотического потенциала)
Пара слонов
(1 слоненок
в 4 года)
Бактерии
(делятся
каждые 20 мин.)
за 750 лет
19 млн.
слонов
за 36 часов
30 см слой бактерий
по всей планете
Реальный рост (влияет и биотический потенциал и среда)
25 сев. оленей
на пустынном
острове
через 27 лет
2 тыс.
оленей
через 12 лет
8
оленей
45

46. Теоретическая и реальная кривые роста численности популяции 1. экспоненциальная или J-образная 2. логистическая или S-образная

кривые роста численности
46

47. Рост численности популяций в природе

1.
Преобразование Jобразной кривой роста
численности в Sобразную под действием
лимитирующих факторов
2.
Отсутствие стабилизации
(вспышки размножения
сменяются резкими
снижениями
численности)
47

48.

Модифицирующие
факторы действуют на
одну и ту же долю
особей в популяции,
независимо от ее
плотности (погодные и
космические явления,
разного рода
катастрофы, обработки
ядохимикатами)
Регулирующие -
это биотические
факторы, действующие
по принципу
отрицательной
обратной связи: чем
выше плотность
популяции, тем
сильнее работает
снижающий ее
механизм, и наоборот
(конкуренция,
хищники, паразиты,
болезни, биометод
борьбы с вредителями)
48

49. Гомеостаз – способность системы к самоподдержанию и саморегулированию на основе обратной связи

Рождаемость
Способность к расселению
Защитные механизмы
Способность выдерживать
неблагоприятные условия
Нехватка ресурсов
Неблагоприятные
погодные условия
Хищники, паразиты
Болезни
49

50. Выводы:

Во всех средах жизни организмы живут под
постоянным воздействием экологических факторов
(биотических, абиотических и антропогенных)
У любого абиотического фактора есть значения
оптимальные, лимитирующие и летальные для
данного вида
Организмы существуют в природе в составе
популяций, имеющих пространственную,
возрастную и другие структуры
Биотический потенциал любой популяции
обеспечивает ей возможность неограниченного
роста, который сдерживается сопротивлением
среды

51. Выводы:

Организмы существуют в природе в
составе популяций, имеющих
пространственную, возрастную и другие
структуры
Биотический потенциал любой популяции
обеспечивает ей возможность
неограниченного роста, который
сдерживается сопротивлением среды
Для одних популяций характерна
стабильная численность, для других
периодические вспышки массового
размножения сменяются депрессиями
51