Экология и биосфера

1.

Экология и Биосфера
Лектор:
К.б.н. Доломатов Сергей Игоревич

2.

3.

4.

• ЭКОЛО́ГИЯ - наука об отношениях живых
организмов и образуемых ими сообществ между
собой и с окружающей средой.
Термин «экология» предложен в 1866 Э. Геккелем.
• Объектами экологии могут быть популяции
организмов, виды, сообщества, экосистемы и
биосфера в целом.
• С середины 20 в. в связи с усилившимся
воздействием человека на природу экология
приобрела особое значение как научная основа
рационального природопользования и охраны
живых организмов.

5.

Экология в современном ее понимании существует, как междисциплинарная наука об отношениях природы
и общества.

6.

ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
- ОРГАНИЗМ
- БИОТОП
- БИОЦЕНОЗ
- БИОГЕОЦЕНОЗ
- ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША

7.

• ОРГАНИЗМ – вторая составляющая понятия
ЭКОЛОГИЯ.
• Организм – исторически сложившееся
система, способная к размножению и
имеющая морфологическую
упорядоченность.
• Сам ОРГАНИЗМ – дискретная единица, в
которой можно выделить молекулярный,
клеточный, тканевой уровни.
• Сам организм входит в надорганизменные
уровни- популяции, виды, биосферу.

8.

• БИОЦЕНОЗ – совокупность всех совместно
обитающих растений, животных, грибов,
микроорганизмов.
• Биоценоз — включает продуцентов
(растения), образующих органическое
вещество, а также консументов (животные)
и редуцентов (микроорганизмы), живущих
за счёт готовых органических веществ и
осуществляющих их разложение до простых
минеральных компонентов, снова
потребляемых растениями.

9.

• БИОТОП – участок среды обитания с
относительно однородными условиями.
Друг без друга биотоп и биоценоз не
существуют.

10.

• БИОГЕОЦЕНОЗ - однородный участок земной
поверхности с определённым составом живых
(биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы,
солнечная энергия, почва и др.) компонентов,
объединённых обменом вещества и энергии в
единый природный комплекс.
• Совокупность Биогеноценозов образует
биогеоценотический покров Земли, т. е. всю
биосферу, а отдельный Биогеоценоз представляет
собой её элементарную единицу.
• Понятие о Б., введённое В. Н. Сукачёвым (1940).

11.

• ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
• Американским учёным Дж. Гриннеллом в
1928г. введён термин «экологическая ниша».
• Экологическая ниша – это совокупность:
• · Всех требований организма к условиям
среды обитания и место, где эти
требования удовлетворяются;
• · Всего множества биологических
характеристик и физических параметров
среды, определяющих условия существования
того или иного вида, преобразование им
энергии, обмен информацией со средой и
себе подобными.

12.

13.

14.

• По способу получения органических
веществ для питания живые организмы
делятся на две большие группы:
• -автотрофы
• -гетеротрофы.

15.

• Автотрофы живут благодаря тому, что
самостоятельно получают жизненную
энергию, используя для этого солнечный свет
и углекислый газ. Процесс преобразования CO2
и воды под действием солнечных квантов в
органические вещества (г.о. в глюкозу),
называется фотосинтезом.
• Благодаря своей способности самостоятельно
продуцировать необходимую им энергию
растения-автотрофы лежат в основе пищевой
пирамиды.

16.

• Гетеротрофы сами энергию не продуцируют, они
должны потреблять веществами экзогенного
происхождения. Их пищеварительная система
расщепляет биополимеры автотрофов до
мономеров. Гетеротрофы: животные, грибы,
некоторые виды бактерий и отдельные растения.
• Гетеротрофы включают в себя 2 группы: консументы
и редуценты.
• Консументы только потребляют произведенные
автотрофами органические вещества.
• Редуценты же способны разлагать потребленные
органические вещества до уровня неорганических.

17.

• Первичные продуценты – растительные
организмы. Органическую массу, создаваемую
растениями за единицу времени, называют
первичной продукцией сообщества.
Продукцию выражают количественно в сырой
или сухой массе растений либо в
энергетических единицах — эквивалентном
числе джоулей.
• Ежегодно, благодаря жизнедеятельности
растений и животных, воспроизводится около
10% биомассы.

18.

• Трофический уровень - это совокупность
организмов, занимающих определенное
положение в общей цепи питания.
• К одному трофическому уровню
принадлежат организмы, получающие свою
энергию от Солнца через одинаковое число
ступеней.

19.

• В результате последовательности
превращений энергии в пищевых цепях
каждое сообщество живых организмов в
экосистеме приобретает определенную
трофическую структуру.

20.

• Трофическая структура сообщества:
• - отражает соотношение между продуцентами,
консументами (отдельно первого, второго и
т.д. порядков) и редуцентами, выраженное
или количеством особей живых организмов,
или их биомассой, или заключенной в них
энергией, рассчитанными на единицу
площади в единицу времени.
• -трофическую структуру обычно изображают в
виде экологических пирамид. Эту графическую
модель разработал в 1927 г. американский
зоолог Чарльз Элтон.

21.

В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий
(закон 10 процентов),
согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой
трофический уровень переходит в среднем около 10 % поступившей на предыдущий
уровень экологической пирамиды энергии.

22.

23.

Различают три способа построения
экологических пирамид.

24.

25.

СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ
-Генетическая структура популяций
-Пространственная структура популяций
-Численность
-Половая структура популяций
-Возрастная структура популяций
-Плотность популяций

26.

• Как самую большую экосистему можно
рассматривать и всю БИОСФЕРУ.
• Биосфера – оболочка Земли, состав,
структура и энергетика которой
обусловлены прошлой и современной
деятельностью живых организмов.

27.

Границы биосферы. Живые организмы неравномерно распространены
в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере.
Биосфера включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю
часть атмосферы.

28.

• Атмосфера — газовая оболочка Земли,
имеющая определенный химический
состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1
— аргона и 0,03 % углекислого газа. В
биосферу входят лишь самые нижние слои
атмосферы.
• Жизнь в них не может существовать без
непосредственной связи с литосферой и
гидросферой. Нет организмов, постоянно
живущих в воздухе.

29.

Гидросфера — водная оболочка Земли, представляет собой
совокупность океанов, морей, озер и рек. Она полностью освоена живыми
организмами.
Основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от
поверхности.

30.

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200
км. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое - в несколько десятков
сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков
метров (роющие животные — кроты, черви; бактерии; корни растений).

31.

ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

32.

• Главный компонент биосферы – ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО –
совокупность всех живых организмов планеты.
• Количественная мера живого вещества – БИОМАССА.
Выделяют БИОМАССЫ различных регионов суши, океанов,
атмосферы.
• БИОМАССА - выраженное в единицах массы количество
живого вещества, приходящееся на единицу площади или
объема местообитания (г/м2, кг/га, г/м3 и др.). На Земле
преобладает (97—99%) фитомасса.
• Суммарная биомасса сухого органических вещества
биосферы составляет примерно 85—100 млрд. т.
Определение биомассы необходимо при изучении
биологической продуктивности, а также прогнозировании
результатов хозяйственной деятельности человека.

33.

ПОКАЗАТЕЛИ
БИОПРОДУКТИВНОСТИ

34.

• ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО обеспечивает
биогеохимический круговорот веществ и
превращение энергии в биосфере.
• Выделяют основные геохимические функции
ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА:
• 1. Энергетическая
• 2. Газовая
• 3. Концентрационная
• 4. Окислительно-восстановительная
• 5.Биохимическая

35.

• ОСНОВНОЙ ЗАКОН БИОЛОГИИ
• Животное, предоставленное самому себе,
удаленное от внешнего мира, не может ни
родиться, ни жить, ни умереть. Для совершения
полного круга развития нужно обоюдное участие
двоякого рода элементов, принадлежащих
животному и элементов для него внешних.
• К.Ф.Рулье
• Организм без внешней среды, поддерживающей
его существование, невозможен; поэтому в научное
определение организма должна входить и среда,
влияющая на него.
• И.М.Сеченов

36.

• Среды обитания организмов.
• Средой называют всё то, что
окружает живое существо в
природе.
• На Земле существуют четыре
основные среды обитания
• -наземно-воздушная среда,
• -водная,
• -почвенная,
• и сам организм.
• Каждый живой организм
приспосабливается к среде
обитания и к специфическим
условиям жизни, в которых ему
приходится существовать.

37.

• Отдельные компоненты среды обитания,
воздействующие на живые организмы, называются
факторами среды, или экологическими факторами
среды.
• Все экологические факторы делят на группы:
• 1. Абиотические факторы включают компоненты и
явления неживой природы, прямо или косвенно
воздействующие на живые организмы.
• 2. Биотические факторы — совокупность
взаимоотношений живых организмов, а также их
взаимовлияний на среду обитания.
• 3. Антропогенные факторы отражают интенсивное
влияние человека (непосредственно) или
человеческой деятельности (опосредованно) на
окружающую среду и живые организмы.

38.

Ноосфера - сфера взаимодействия природы и общества.
Ноосфера - это качественно новый этап эволюции биосферы, детерминированный
историческим развитием человечества, его трудом и разумом. В современной литературе
под термином Ноосфера - сферой разума - понимают ту область биосферы, которая
находится под влиянием человеческой активности, и поэтому многие ее процессы в
принципе могут быть управляемы и направляемы человеком.

39.

• Человек, как и другие виды животных
способен адаптироваться к условиям
окружающей среды.
• Адаптивный тип – норма биологической
реакции человека на условия окружающей
среды, обеспечивающая состояние
относительного равновесия популяции со
средой и выражающаяся в комплексе
морфофизиологических особенностях
популяции.
• Выделяют следующие основные адаптивные
типы людей: арктический, тропический,
зоны, умеренного климата,
высокогорный, зоны пустынь.

40.

ЭКОТИПЫ ЧЕЛОВЕКА

41.

42.

В каждой популяции человека можно выделить разнородные
конституциональные типы, отличающиеся друг от друга особенностями
адаптации к новым условиям
«стайер»
«спринтер»
«микст»

43.

• Неспецифические компоненты адаптации
(СТРЕСС)
• Неспецифические компоненты адаптации были исследованы Г.
Селье. Классический общий адаптационный синдром описан в 1936
году Г. Селье как процесс, состоящий из трех последовательных
стадий.
1. Стадия тревоги (аларм-реакция). При значительной силе
стрессора стадия тревоги может закончиться гибелью организма.
2. Если организм переживает эту по сути защитную стадию
синдрома, наступает стадия резистентности.
3. При продолжительном действии стрессора она переходит в
стадию истощения.

44.

Специфические компоненты адаптации
-Специфический характер адаптации избирательное действие качественно различных физических и
химических факторов на определенные физиологические системы
организма и клеточный метаболизм.
Ее защитный эффект проявляется
только при действии именно этого раздражителя (гипоксии, физическим нагрузкам, высоким
температурам и т.д.).
-Специфический характер адаптации проявляется также в специфичности реакции организма на данный
фактор а также на силу его воздействия.

45.

Биологические ритмы
Это свойство живых организмов обеспечивает их готовность
встретить как предсказуемое, так и непредсказуемое
воздействие.
• Существует несколько определений биологических ритмов.
биоритмы – это регулярное, периодическое повторение во
времени характера и интенсивности жизненных процессов,
отдельных состояний или событий.
Для экологической физиологии человека подходит
определение, в соответствии с которым
биологический ритм – это самоподдерживающийся
автономный процесс периодического чередования
интенсивности и частоты физиологических процессов и
реакций.

46.

В основе всякого биоритма лежит периодический волновой процесс.
Для характеристики биоритма важны следующие показатели: период,
уровень (мезор), амплитуда, фаза, частота и др.

47.

По величине периода биологические ритмы выстраиваются в широкий спект
– от долей секунды до десятков лет.
При этом их, как правило, подразделяют на следующие классы по ритмам:
высокой частоты;
средней частоты;
низкой частоты;
сверхмедленные.

48.

• СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!