Тема 1. Введение в экологию • • Определение

Тема 1. Введение в экологию • • Определение экологии как науки. Предмет, задачи, цели и методы. История развития экологии. Связь экологии с другими науками. Структура экологии. Основные задачи общей экологии.

Определение экологии как науки • Экология, это наука, занимающаяся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой; • Экология занимается определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации.

Определение экологии как науки • Экология - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы - в пределах всей планеты Земля.

Предмет, задачи, цели и методы экологии • Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и в пространстве.

Цели и задачи экологии • Изучение фундаментальных законов эволюции Вселенной. Понимание жизни как неизбежного следствия глобального эволюционного процесса. • Понимание Вселенной (природы) как единого развивающегося организма с тесной взаимообусловленностью составляющих его подсистем и процессов. • Изучение вопросов теории глобального эволюционного процесса, как в целом, так и в частных аспектах, касающихся самоорганизации материи и эволюции жизни на Земле.

Цели и задачи экологии • Изучение основных законов организации биосистем разного уровня от вирусов до биосферы. • Анализ роли человека в жизни планеты и во Вселенной в целом и проблем взаимоотношений человека с окружающей средой, а также путей гармонизации деятельности человека. • Понимание причин и возможных последствий экологической катастрофы. • Знакомство с вопросами международного сотрудничества в области защиты окружающей среды

История развития экологии • Экология ( «ойкос» - дом, «логос» -наука) – наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания (Э. Геккель – 1869 г. ). • Основатели экологии: Гумбольт, Ламарк, Северцев, Вавилов, Сукачев, Павловский, Шварц и др. • В. И. Вернадский – учение о биосфере

Структура экологии • Экология, как наука делится на 3 ветви: • Первая ветвь. Общая экология, или биоэкология, — это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой.

Общая экология делится на: • аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания; • демэкологию или экологию популяций; • синэкологию, т. е. экологию сообществ; • экосистемную и биосферную экологию

Вторая ветвь экологии • Геоэкология — это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы.

Третья ветвь экологии • Прикладная экология — это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы

Тема 2. Организм и среда обитания. Факторы среды • Жизнь — активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с затратой полученной извне энергии. • Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов. • Независимо от строения и размеров, организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней.

Живое вещество классификация: • Под живым веществом понимается совокупность живых организмов, выраженная через массу, энергию или химический состав. • Живое вещество составляет 0, 01 -0, 02 % от массы биосферы. • Общий вес живого вещества примерно – (2, 4 -3, 6)*1012 т (в сухом весе).

Живое вещество, классификация • Все вещества делятся: • 1. Костное вещество – вещества образуемые без участия живых организмов и не вовлеченные в круговорот (горные породы); • 2. Биокостное вещество – обусловлено воздействием жизни и вовлечено в ее круговорот (вода, почва и т. п. );

Живое вещество, классификация • 3. Биогенные вещества – вещества образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (полезные ископаемые, осадочные породы); • 4. Антропогенные вещества – образующиеся в результате деятельности человека. Часть антропогенных веществ участвует в естественном круговороте, но многие соединения практически не утилизируются живым веществом и представляют огромную опасность для биосферы.

Уровни существования живого вещества • • 1. Молекулярный 2. Клеточный 3. Тканевый 4. Органный 5. Организменный 6. Популяционный 7. Биоценоз и биогеоценоз 8. Биосферный

Молекулярный (генетический) • — самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул — белков, нуклеиновых кислот, углеводов.

Клеточный • — уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

Тканевый • — уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

Популяционно-видовой • - где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

Органный • — уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган. • Организменный — уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма.

Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) • — более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами.

Биосферный • —уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

Экологические категории организмов • Продуценты (автотрофы) — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии. • Продуценты делятся на фототрофов (зеленые растения), использующих энергию Солнца и хемотрофов (бактерии), использующих энергию химических связей, высвобождающуюся в процессе окисления минеральных веществ.

Экологические категории организмов • Консументы (от лат. konsumo — потребляю) — организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище. • К консументам относятся все животные от мельчайших примитивных до самых совершенных, включая человека. Есть консументы и среди растений: это паразитирующие на других растениях.

Консументы подразделяются: • консументы первого порядка растительноядные животные; • консументы второго, третьего порядка и др. - мелкие и крупные хищники; • Роль консументов-животных в сообществах определяется их подвижностью и относительно быстрой адаптацией, что способствует распространению жизни на планете.

Консументы подразделяются: • Сапрофагов, питающихся мертвыми растительными остатками; • Фитофагов, потребителей живых растений; • Зоофагов, нуждающихся в живой пище; • Некрофагов, трупоядных животных. • Кроме того, организмы, питающиеся мертвыми остатками растений и животных — детритом, дополнительно выделяют в группу детритофагов.

Редуценты • Организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации. • Данная категория организмов также называется деструкторами, ибо они окончательно разрушают органические вещества до относительно простых неорганических соединений, используемых консументами в качестве пищи.

Редуценты • К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов, разлагающих в процессе метаболизма мертвое органическое вещество (трупы животных, гниющие растения, фекалии) до минеральных составляющих. • Редуценты завершают биологические циклы вещества в биосфере, возвращая в почву, воду и воздух биогены (С 02, минеральные соли, воду, сероводород, азот и др. ), которые вновь могут быть использованы растениями.

Гомеостаз • - способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. • Поддержание гомеостаза — непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так целых биологических сообществ и экосистем.

Среда обитания • — спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. • Организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования.

Экологический фактор • — любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития.

Классификация факторов: • 1. Факторы неживой природы абиотические, или физико-химические (климатические, атмосферные, почвенные , гидрологические и другие). • 2. Факторы живой природы - биотические влияние одних организмов или их сообществ на другие.

Классификация факторов: • 3. Факторы человеческой деятельности антропогенные. В их числе различают прямое влияние на организмы (например, промысел) и косвенное - влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т. п. ).

Закон оптимума • Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы. • Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект — пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать.

Правило оптимума. • В соответствии с правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки (пределы выносливости), за которыми существование невозможно (рис. 1).

В зависимости от зоны оптимума различают: • Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. • Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов (греч. эури - широкий; биос - жизнь). • Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос - узкий).

Закон ограничивающего фактора Ю. Либиха (1840 г. ) • Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений, от него зависит в данный момент выживание особей, веществом присутствующим в минимуме управляется рост.

Закон толерантности В. Шелфорда • Лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Правило взаимодействия факторов • одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. • Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни. • Адаптация — приспособление организмов (и видов) к среде — фундаментальное свойство живой природы.

Закон относительной независимости адаптации • Закономерность, заключающаяся в приспособленности к одному фактору среды, например повышенной влажности, не дает организму такой же приспособленности к другим условиям среды (температуре и т. п. ). • Правило экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации; двух идентичных видов не существует.

Правило соответствия условий среды обитания генетической предопределенности организма • Вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям. • Любой живой организм приспособлен (адаптирован) к определенным условиям окружающей среды.

Экологическая ниша • — это совокупность всех требований организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов) 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.

Тема 3. Экология популяций (демэкология) • Популяция – это совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других аналогичных совокупностей того же вида.

Основные экологические характеристики популяции • - величина по занимаемому пространству и по численности особей; • - структура возрастная, половая, пространственная, экологическая и др. ; • - динамика.

Численность популяции • — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В период размножения происходит рост популяции. Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности.

Плотность популяции • – численность популяции, отнесенная к единице занимаемого пространства. Определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема. • Различают среднюю плотность, т. е. численность или биомассу на единицу всего пространства, и удельную или экологическую плотность — численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступной площади объема, которые фактически могут быть заняты популяцией.

Рождаемость • – это число особей N, родившихся за некоторый промежуток времени dt – d. Nn/dt. • Для сравнения популяций разной численности величину d. Nn/dt относят к общему числу особей N в начале промежутка времени dt. Полученную величину d. Nn/Ndt называют удельной рождаемостью. • Единица времени изменяется в зависимости от интенсивности размножения организмов, образующих популяцию.

Смертность • – величина противоположная рождаемости, оценивается числом особей d. Nm, погибших за время dt. • Удельная смертность выражается как d. Nm/Ndt

Возрастная структура популяции • Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. • Выделяют три экологических возраста: • предрепродуктивный, • Репродуктивный • пострепродуктивный. • В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи. В популяциях, находящихся в стационарном состоянии, возрастное распределение относительно равномерное. В популяциях, численность которых снижается, содержится большая доля старых особей