Растущий интерес к экологическим проблемам 1. Касаются каждого

Растущий интерес к экологическим проблемам 1. Касаются каждого жителя планеты

2. Экологические ситуации динамичны

3. Общественные и научные движения в защиту окружающей среды оказались действенными

Изменение фундаментальных основ экологии Экология вышла из рамок биологии, вбирая знания о свойствах неживой природы, о технологиях очистки, о предельных нормах загрязнения и т.д.

Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы

Сложности определения экологии Неопределённость границ дисциплины Неустоявшиеся представления о структуре дисциплины Деление экологии на общую и прикладную Мир много сложнее, чем мы думаем и с иллюзиями простоты необходимо расстаться

«Размытость» термина экология направление академических знаний, состояние окружающей среды (экология города), степень загрязнения (экологически чистый - экологически грязный), природоохранные мероприятия (борьба за экологию) бытовая оценка загрязнения окружающей среды (плохая экология) и т.д.

Экосистемы – объект изучения экологии экосистемы - основные природные единицы поверхности планеты c постоянно поддерживающимся круговоротом веществ между организмами и окружающей их средой (А.Тенсли, 1935 г.)

Экосистема Совокупность популяций организмов разных видов (животных, растений, грибов, микроорганизмов) называется сообществом + абиотические условия среды

Экосистемы арктических пустынь

Экосистемы тундры

Экосистемы тайги

Экосистемы лесостепи

Экосистемы полупустынь

Экосистемы пустынь

Экосистемы дождевых лесов

Экосистемы: природные антропогенные техногенные

каждая экосистема многослойна экосистемы объединены между собой многочисленными связями внутри биосферы

два процесса, соединяющих живую и неживую природу: образование органических веществ из неживой природы и разложение организмов после гибели с возвращением веществ в среду процессы связывают живые организмы и их среду обитания в экологическую систему Панорама национального парка "Таганай" с Черной скалы, Челябинская область

микроэкосистемы - (покрытый лишайниками камень), мезоэкосистемы - (луг или пустынный бархан) макроэкосистемы - (моря и океаны, природные зоны) мегаэкосистема высшего ранга - биосфера

Из-за сложности, внутренней самоорганизации и упорядоченности некоторые исследователи считают самую большую экосистему Земли биосферу - живым организмом. А.Д. Давидович Арманд в своем исследовании «Эксперимент «Гея», приводит обрывок разговора, услышанного в коридоре института: - Земля — живая. - Ну, в каком-то смысле? - В прямом смысле. Это организм. - Чушь собачья. - Какой-то не очень научный разговор у нас получается

Верхний предел экосистем - биосфера нижний предел - вопрос дискуссионный.

ЭКОСИСТЕМЫ: Биотическая составляющая (биоценоз) Абиотическая составляющая (экотоп) Бирюксинский перевал, Алтайский край

В 1877 г. немецкий гидробиолог К. Мебиус - учение о биоценозе - сообществе организмов, которые через среду обитания теснейшим образом связаны друг с другом

Компоненты экосистемы Совокупность популяций организмов разных видов (животных, растений, грибов, микроорганизмов) называется сообществом (биоценоз) совокупность абиотических факторов окружающей среды (экотоп): климат, почва, поверхностные и грунтовые воды

Биоценоз Фитоценоз (растительное сообщество) Зооценоз (сообщество животных) микоценоз (сообщество грибов) Микробоценоз (сообщества микроорганизмов)

Для живых организмов экотоп является не только территорией обитания, но и «сырьевой базой» существования

Биотическая составляющая экосистем общепринятой классификации органического мира до сих пор не существует и одновременно существует несколько вариантов систематик живых организмов

Наиболее распространенная систематика организмы подразделяются по отсутствию или наличию ядра на прокариот и эукариот Прокариоты - первый эшелон жизни на планете (бактерии и сине-зеленые водоросли). Эукариоты - это растения, грибы и животные.

Начало жизни Одна из первых гипотез - теория спонтанного зарождения жизни: определенные частицы содержат активное начало, которое при благоприятных условиях может создать живой организм (Аристотель) Пример активного начала - яйцо, солнечный свет, гниющее мясо

С распространением религии основополагающей стала теория креационизма, утверждающая, что жизнь на Земле и мир в целом созданы божественно

Теория возникновения жизни вне планеты Земля – гипотеза панспермии (зародыши жизни постоянно путешествуют по космосу и могли быть занесены на планету из других планет с метеоритами) .

Возраст Земли - 4,5-4,6 млрд. лет 4 млрд.лет н. - древнейшие горные породы, железные руды 3,5 млрд. лет н. - первые микроорганизмы (прокариоты) 2 млрд.лет н. - свободный кислород в атмосфере, озоновый слой 1,5 млрд.лет н. - древнейшие ископаемые эукариоты около 700 млн.лет н. -многоклеточные организмы 450 млн.лет н. - растения захватили сушу

Первый человек появился всего полминуты назад. И за последние несколько секунд он сильно изменил облик планеты

многообразие форм жизни на земле – биологическое разнообразие число известных зарегистрированных видов -более 1,5 миллионов: 500 тысяч видов растений и более 1,0 млн. видов животных открытия продолжаются

Царство животных самое разнообразное по видовому составу (свыше 1 млн. видов): позвоночные животные - 4%, млекопитающие - 0,4% из общего числа видов. наиболее многочисленна группа насекомых

Царство растений живые организмы, размножающаяся спорами, семенами и вегетативным путем Наиболее примитивные низшие растения – водоросли благодаря фотосинтезу вода и воздух превращаются в живую материю

Царство грибов не способны сами синтезировать органику, а произрастают на готовом органическом субстрате интенсивно размножаются в теплых и влажных местах как микроскопические одноклеточные организмы - дрожжи, так и подберезовики, мухоморы… описано около 100 000 видов

Основная функция – разложение отмерших животных и растений до первичных органических соединений Отрицательная функция для человека: разрушают провода, оптические приборы, ткань и т.д.

Царство микроорганизмов Размеры - тысячные доли миллиметра общая масса на суше - миллиарды тонн до сих пор нет четкой классификации

как прокариоты, так и эукариоты Самые известные - бактерии и вирусы: бактерии способны синтезировать живое вещество, а вирусы его разрушают на каждом квадратном сантиметре нашей кожи находиться как минимум 2000 бактерий в 1 г почвенного субстрата может содержаться до 10 млрд. микроорганизмов.

Бактерии (лат.«маленькая палочка») около 6000 видов функция - находиться на «передовом фланге» обитают при разных температурах, в самых кислых и щелочных источниках, первыми заселяют лавы «Выгрызают» литосферу, расщепляют растворенные в воде соединения, извлекают необходимые для жизни элементы синтезируют первичные органические соединения.

подразделяют на аэробные и анаэробные обладают способностью разлагать различные вещества и соединения используют для рекультивации почв при нефтезагрязнении, для разложения синтетических веществ используются как источники антибиотиков и явля-ются возбудителями холеры, сибирской язвы и др.

Вирусы около 6000 вирусов живым организмом можно считать условно содержат генетическую информацию размножаются, используя клетки живого организма как фабрику для производства собственных копий стабилизируют рост бактерий и приводят к появлению более устойчивых штаммов бактерий

По способу питания живые организмы можно разделить на автотрофов (или продуцентов) гетеротрофов (или консументов) редуцентов (деструкторов) Слоны в дельте реки Окаванго, Ботсвана

Продуценты - зеленые растения суши и моря, сине-зеленые водоросли, использующие в качестве питания минеральные вещества, а в качестве источника энергии - солнечный свет или энергию химических связей

Растения улавливают энергию света за счет хлорофилла, в результате чего из СО2 и Н2О синтезируется основа любого органического вещества - глюкоза C6H12O6 и выделяется кислород и вода

Глюкоза – кирпичики живого вещества: С-С и С-Н связи образуют сложные органические молекулы и бесконечное разнообразие биоты фотосинтез растений обеспечивает все живое на планете необходимым количеством органических соединений и кислородом

Консументы – от бактерий до крупных животных, используют в качестве пищи и источника энергии органику, созданную продуцентами

Редуценты питаются мёртвым органическим веществом (многие микроорганизмы, грибы и некоторые виды животных и насекомых). Функционально редуценты это консументы, поэтому их часто называют микроконсументами

каждый организм имеет свою функцию: прокариоты ассимилируют неорганическую материю, растения синтезируют биомассу, грибы и бактерии разлагают органику, а животные являются регуляторами процесса в целом процесс характерен для любой экосистемы – «от кочки до оболочки».

связи между организмами основаны на трофических и пространственных взаимоотношениях Одни организмы продуцируют биомассу, другие её потребляют, третьи охотятся за вторыми, чтобы съесть

благодаря старым девам в Англии не перевелись еще отбивные котлеты: старые девы любят кошек -врагов мышей, разоряющих гнезда шмелей, которые опыляют красный клевер, которым питаются овцы, из которых готовят отбивные котлеты

последовательная передача органического вещества и энергии от одних организмов к другим, называется трофической цепью часто трофические цепи пересекаются, имеют общие звенья - более сложная система называется трофической сетью Каждое звено трофической сети или цепи - трофический уровень

Трофические цепи: пастбищные и детритные пастбищная цепь - автотрофы - растительноядные животные – хищники (фитопланктон - зоопланктон - рыбы, питающиеся зоопланктоном - хищные рыбы и т.д. ) Детритная цепь: мёртвая органика – детритофаги – хищники – редуценты (опавшие листья - дождевой червь - горностай, или опавшие листья - грибы - гнилостные бактерии) Бурундук, небольшой зверек из семейства беличьих, обитает в тайге и питается в основном семенами кедра и других растений

доля получаемой энергии на каждом трофическом уровне - около 10% (биомасса растительности в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, а масса консументов, поедающих растительноядных животных, уменьшается еще в 10 раз и т.д.)

Уничтожение отдельных звеньев трофической цепи – изменение устойчивости экосистем Масштабная «война» в Китае по уничтожению «четырех вредителей»: крыс, комаров, мух и воробьев. После истребления воробьев – нашествие насекомых – неурожай – голод - погибло около 30 миллионов человек

Кроме трофических связей, между организмами в биоценозе возникают: топические форические фабрические связи Птенцы фрегатов на одном из 33 островов республики Кирибати. В 2010 году заповедная территория островов Феникс объявлена объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.

Топические связи - создание или изменение одним видом условий существования для другого (деревья - местообитание птиц, на листьях живут насекомые, в корневой системе - грибы и т.д.)

Форические связи - одни организмы способствуют расселению других (опыление растений, перенос животными семян, спор, водорослей и т.д.)

фабрические связи: при создании сооружений одни организмы используют различные части других организмов (гнезда птиц - ветки деревьев, муравейника - хвойный опад, бобр – растительность)

Понятие о популяции Формой существования жизни является вид – совокупность особей с общими морфофизио-логическими признаками, эволюцией, способных скрещиваться друг с другом, образующих единую систему геномов Адаптация видов к среде обитания

Состав живых организмов Организмы имеют один и тот же генетический код. генетический текст длиной в три миллиарда букв. отличия генома (от слов ген + хромосома): 99 из 100 букв у шимпанзе и человека одинаковы. В ДНК человека есть довольно много сходства даже с мышами и дрозофилами . Воспроизводство организмов - смена поколений и передача наследственной информации

Элементный состав организмов все элементы, но большинство чрезвычайно мало каркасные элементы- кислород, углерод, водород и азот - 98,72 % Таким образом, для всех живых организмов планеты характерно биохимическое единство

Живые организмы на 70% содержат кислород, большая часть которого связана с водородом и образует воду. В водных организмах количество воды - 90%, в зеленой растительности – более 85%, в крупных млекопитающих - 60%, и только споры и семена содержат менее 15 %.

между генофондами разных видов нет обмена генами, но в природе есть исключения. Так, потомство тигров и львов лигры и тигоны, гибрид от скрещивания осла и лошади - мул, лошак – от жеребца и ослицы, зеброид – от зебры и домашней лошади. Особенно часто процесс гибридизации происходит у растений

Конкретная область распространения вида - ареал Величина ареала зависит от степени подвижности особей (у улиток- метры, у китов – тысячи км) Границы ареала часто совпадают с крупными природными преградами (горами, реками, морями). площадь ареала зависит от климата, пищевых ресурсов и т.д.

Виды в пределах ограниченного ареала – эндемики (наиболее богаты эндемиками океанические острова, изолированные горные долины).

на Галапагосских островах около 97% видов эндемичны

палеоэндемики - виды сохранившихся организмов с прошлых геологических эпох (большинство сосредоточено в Австралии и Новой Зеландии)

Неоэндемики - молодые виды, образовавшиеся в изолированном ареале Нерпа – единственный в мире пресноводный тюлень.

Противоположность эндемиков - космополиты – виды, распространенные на большей части планеты: либо обитатели распространенных экосистем, либо широко расселившиеся виды (тараканы, серые крысы, крапива двудомная).

Убиквисты - обитают практически повсеместно: волк, тростник обыкновенный распространены от тундр до пустынь

Ключевые виды могут кардинально влиять на другие организмы в экосистеме (вылов мойвы и креветок привел к резкому уменьшению многих видов рыб, для которых они были кормовой базой, исчезновение крупных хищников, регулирующих численность популяций их жертв)

Виды часто занимают большой ареал, в пределах которого распределены группами – популяциями Популяция - совокупность особей одного вида, занимающая относительно однородное пространство, имеющих общий генофонд, общую морфологию, единый жизненный цикл

Плотность популяции - число особей на единицу площади или объема. от плотности зависит функционирование всей экосистемы (несколько семей полевой мыши на поле неопасны, при возрастании численности мыши могут опустошить поле).

«И напала саранча на всю землю Египетскую, и легла по всей стране Египетской в великом множестве… Она покрыла лицо всей земли, так что земли не было видно, и поела всю траву земную и все плоды древесные...» (Исход. Гл. 10).

резкое возрастание численности популяций может быть обусловлено: сезонной динамикой, цикличностью, нарушением равновесия между хищниками и жертвами в экосистеме

Во всех живых организмах заложена программа сверхвысокого размножения (планета может быть заселена потомками одного одуванчика за 10 лет или сплошным слоем бактерий за сутки

Понятие об экологической нише популяция занимает определенное место в экосистеме (растение приурочено к конкретному ярусу, вид животных имеет определенный пищевой рацион, место размножения и укрытия и т.д. Совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование популяции в экосистеме, называется его экологической нишей.

Экологическая ниша не может быть пустой. Если ниша пустеет в результате вымирания какого-то вида, то она тут же заполняется другим видом. теория акклиматизации (переселении организмов в совершенно новые для них места)

многие исследователи считают, что интродуцирование чужеродных видов - биологическое загрязнение (новые виды часто вытесняют аборигенные)