Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина История экологии в лицах Авторы: Сеченова О. С. Зотов Д. В. Немкова И. Н. Емельянов А. В.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Аристотель (384 до н. э. – 322 до н. э. ). Древнегреческий философ и ученый. В «Истории животных» он описал более 500 видов животных, классифицируя их по образу жизни. Его известные трактаты: «История животных» , «О частях животных» , «О возникновении животных» , «О движении животных» . В них дана классификация и описание многочисленных видов животных. Изучал приуроченность организмов к местам обитания, одиночную или стайную жизнь, различия в питании.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Карл Линней (1701 -1778). Шведский врач и натуралист. Создатель единой системы растительного и животного мира. Заложил основы современной биноминальной номенклатуры, введя в практику систематики так называемые nomina trivialia , которые позже стали использоваться в качестве видовых эпитетов в биноминальных названиях живых организмов. Описал около полутора тысяч новых видов растений и большое число видов животных. Автор наиболее удачной искусственной классификации растений и животных, ставшей базисом для научной классификации живых организмов, «Система природы» (1758).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Жан Батист Ламарк (1744 -1829). Французский ученый естествоиспытатель. Ламарк стал первым биологом, который попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира (Теория Ламарка). Теория Ламарка состоит из двух основных законов: закон упражнения или не упражнения органов и закон наследования приобретенных признаков. Важным трудом Ламарка стала книга «Философия зоологии» (1809). В ней он и изложил свою теорию эволюции живого мира. В своем труде «Гидрогеология» первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое – биосферу.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Томас Роберт Мальтус (1766 -1834). Английский священник и ученый, демограф и экономист. Автор теории, согласно которой неконтролируемый рост народонаселения должен привести к голоду на Земле. Впервые математически описал закономерности роста числа организмов и вслед за Ламарком дал прогноз тяжелых последствий хозяйственной деятельности человека, при достижении пороговых значений его численности. Также Мальтус приходит к выводу, что народонаселение растет в геометрической прогрессии, а средства существования – в арифметической.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Чарльз Роберт Дарвин (1809 -1882). Английский натуралист и путешественник. Одним из первых осознал и наглядно продемонстрировал, что все живые организмы эволюционируют во времени от общих предков. Идеи и открытия Дарвина в переработанном виде формируют фундамент современной синтетической теории эволюции и составляют основу биологии, как обеспечивающие логическое объяснение биоразнообразия. Ортодоксальные последователи учения Дарвина развивают направление эволюционной мысли, носящее его имя (дарвинизм). В своей теории, первое развернутое изложение которой было опубликовано в 1859 году в книге «Происхождение видов» (полное название: «Происхождение видов путем естественного отбора, или выживание благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» ), основной движущей силой эволюции Дарвин назвал естественный отбор и неопределенную изменчивость.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Андре й Тимофе евич Бо лотов (1738 -1833). Учёный, ботаник и лесовод, один из основателей агрономии и помологии в России. Он составил первое русское ботаническое описание сорных, лекарственных и культурных растений. Болотов стал первым русским учёным помологом, давшим описание более 600 сортов яблонь и груш и создавшим ряд новых сортов плодовых культур. В работах Болотова содержатся сведения о гибридизации. В своей капитальной работе «О разделении полей» (1771) и других трудах Болотов впервые в России печатно предложил широко вводить севооборот, определять приёмы возделывания культурных растений, исходя из местных природных условий (прежде всего, погоды и почвы), выступал за своевременность и пропорциональность внесения удобрений даже на чернозёмах.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Никола й Ива нович Вави лов (1887 -1943). Русский учёный генетик, ботаник, селекционер, академик АН СССР и АН УССР. Является автором: Учение об иммунитете растений. Учение о центрах происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Учение о виде как системе, внутривидовые таксономические и эколого географические классификации.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Работнов Тихон Александрович (1904 -2002). Биолог, ботаник. Один из основоположников нового популяционного направления в изучении состава и структуры растительных сообществ. Разработал систему фитоценотипов луговых растений, активно внедрял экологические шкалы и флористические подходы для изучения луговых фитоценозов. Создал классификацию типов популяций растений по их возрастному составу, на основании которой стал возможен прогноз популяционной динамики и сукцессий. Область научных интересов: разносторонние обследования пойменных лугов и болот европейской части СССР и Якутии. Обобщенные сведения по биологии многих видов растений были опубликованы в трехтомной сводке «Кормовые растения сенокосов и пастбищ СССР» .
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Андре й Никола евич Беке тов (1825 -1902). Русский ботаник, педагог, популяризатор и организатор науки, общественный деятель. Основоположник географии растительности в России. Выдвинул представление о «биологических комплексах» , как группах растений, распространяющихся под воздействием суммы внешних условий, к которым тот или иной вид растения приспособился в процессе своего исторического развития. Установил самостоятельный зональный подтип растительности «предстепь» (то есть лесостепь). Разрабатывал многие вопросы экологической географии растений: экологический викариат, влияние света на . образование жизненных форм растений и др. Автор первого в России полного систематического учебника ботаники, учебника по географии растений (1896).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Никола й Алексе евич Северцов (1827 -1885). Русский зоолог и путешественник. Учавствовал в экспедиции на низовья Сырдарьи для исследования киргизских степей. Исследовал Тянь Шань и окрестности озера Иссык Куль, в 1868 г. произвел дополнительные экскурсии в Ходжентском уезде. В течение этих путешествий Северцовым было сделано громадное количество наблюдений — зоологических, географических и геологических, набраны большие коллекции, составлены подробные карты пройденных местностей, изучена их орография и сделано много новых открытий. «Периодические явления в жизни птиц, гад и зверей Воронежской губернии» (1855).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Василий Васильевич Докучаев (1846 -1903). Известный геолог и почвовед, основатель русской школы почвоведения и географии почв. Ученик Вернадского. Создал учение о почве как об особом природном теле, открыл основные закономерности генезиса и географического расположения почв. Теоретические разработки Докучаева «Учение о зонах природы» положили начало развитию геоботаники и ландшафтной экологии. В его публикации «Русский чернозем» (1883), были заложены основы научного почвоведения. А «Наши степи прежде и теперь» (1890) предлагает план охраны черноземов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Влади мир Ива нович Верна дский (1864 -1945). Выдающийся русский учёный XX века, естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель; создатель многих научных школ. В круг его интересов входили геология и кристаллография, минералогия и геохимия, организаторская деятельность в науке и общественная деятельность, радиогеология и биология, биогеохимия и философия. Основал новую науку — биогеохимию, и сделал огромный вклад в геохимию. Из философских достижений Вернадского наибольшую известность получило учение о ноосфере. Основной заслугой В. И. Вернадского, кроме замечательных работ по минералогии и геохимии, считается развитие учения о биосфере.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Владимир Николаевич Сукачёв (1808 – 1967). Российский, советский геоботаник, лесовод, географ. Ввёл в науку понятие «биогеоценоз» (1942). Владимир Николаевич — автор наименований ряда ботанических таксонов. Исходя из идей В. И. Вернадского, Сукачев разработал теорию биогеоценоза, согласно которой органическое сообщество составляет динамическое единство с абиотическими условиями, приуроченными к известному пространству. В системе Академии наук СССР организовал: Институт леса (1944, ныне Институт леса и древесины Сибирского отделения АН СССР, Красноярск). В 1915 г. вышла в свет важная теоретическая работа В. Н. Сукачева «Введение в учение о растительных сообществах» и книга «Болота, их образование, развитие, свойства» , ставшая образцом анализа динамики биоценоза.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Карл Францевич Рулье (1814 -1858). Биолог, профессор Московского университета. Дал практически полный перечень принципиальных проблем экологии. Ему принадлежит закон двойственности. Именно Рулье стал основателем школы зообиологии, в это понятие он вкладывал смысл адекватный современному термину экологии. В современной науке предложенный Рулье термин не используется. В основе новой науки он понимал отрасль знаний науку, основанную на количественных методах, полученных при прямых наблюдениях в природе. Заметим что к тому времени был принят схоластический, созерцательный подход.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Эрнст Геккель (1834 -1919). Немецкий естествоиспытатель и философ. Он пришел к выводу о необходимости выделения области знаний о взаимодействиях организмов с окружающей средой и между собой в отдельную науку. В своем труде под названием «Всеобщая морфология организмов» вышедшем в свет в 1866 году, он дал определение экологии как науки.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля. 1. Кто является автором закона двойственности? 2. Кто автор теории согласно которой, неконтролируемый рост народонаселения должен привести к голоду на Земле? 3. Кто дал определение экологии, как науки? 4. Кто является автором учения о биосфере? 5. Кто является автором первого в России полного систематического учебника ботаники?
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биосфера Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Живое вещество совокупность живых организмов. • Ноосфера мыслящая оболочка, сфера разума. • Биомасса суммарная масса особей вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Жан Батист Ламарк (1744 - 1829). Французский ученый-естествоиспытатель. В своем труде «Гидрогеология» первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое – биосферу. Александр фон Гумбольдт (1769 - 1859). Немецкий ученый-энциклопедист, физик, метеоролог, географ, ботаник, зоолог и путешественник. Первым ввел в мировую науку понятие "сфера жизни" точный эквивалент биосферы. В числе первых он выделил жизнь, наряду с лито , атмо и гидросферой, как всепланетный феномен, отмечал "всеоживленность" планеты. Рассматривал биосферу планеты как результат развития в геологическом масштабе времени.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биосфера не просто пространство, в котором обитают живые организмы; ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупности химической активности в настоящем и в прошлом.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термин «биосфера» предложил австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г. Целостное учение о биосфере развил российский ученый В. И. Вернадский, опубликовав свою концепцию в 1926 г. в своем труде «Биосфера» .
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Определение по В. И. Вернадскому Биосфера - это одна из геологических оболочек земного шара, глобальная система Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью всех живых организмов – живого вещества.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Ученые заключили что устойчивое развитие биосферы и человечества возможно при наступлении качественно новой стадии развития биосферы ноосферы. Этот термин был предложен Тейяром де Шардерном, однако учение о ноосфере как следующем этапе развития биосферы развил В. И. Вернадский. Он считал, что человек станет новой, мощной геологической силой, которая «может и должна своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что Тейяр де Шардерн (1881 – 1955) было раньше» .
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы веществ биосферы Живое вещество совокупность живых организмов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Костное вещество все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не создаваемые ими.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биокостное вещество создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биогенное вещество это геологические породы, созданные деятельностью живого вещества.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вещество находящееся в радиоактивном распаде.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вещество космического происхождения это метеориты и космическая пыль.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Границы биосферы Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы (тропосферу), всю гидросферу, и верхнюю часть литосферы Земли. Верхняя граница биосферы расположена на высоте 6 км. Нижний предел существования активной жизни ограничивается дном океана. Отдельные организмы встречаются выше, в парабиосфере (пара греч. возле, при), на высоте 22 24 км, туда заносятся споры и бактерии. Наиболее богатый жизнью и деятельный горизонт, занимающий несколько десятков метров, называется биострома (строма греч. подстилка), или, по Вернадскому, «пленка жизни» .
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина «Черные курильщики» высокотемпературные источники на дне океанов и морей. Свое название эти гидротермы получили за темный цвет выбрасываемых вод, температура которых достигает 250 С. Из за того, что давление в местах их нахождения равняется около 300 атм. вода не кипит, здесь возможна жизнь узкоспециализированных организмов. Перегретая жидкая вода обнаружена на глубине 10, 5 км в литосфере.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Турбинная модель биосферы Биомасса рассматривается как тело турбины, виды как ее лопатки, продуктивность как вырабатывающая энергия. Ширина колеса для суши соответствует проценту суши, занимаемому данным термическим поясом. Биомасса дана в сыром весе (кг/м 2).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Кто из ученых впервые начал разрабатывать идеи биосферы? 2. Дайте определение «биосферы» по В. И. Вернадскому. 3. Перечислите типы вещества биосферы. 4. Дайте характеристику границам биосферы. 5. Опишите турбинную модель биосферы.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Адаптация. Экологический фактор. Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Экосистема - совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обладающих способностью к гомеостазу. • Гомеостаз состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои жизненные свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. • • Анабиоз резкое снижение активности процессов жизнедеятельности. Толерантность - способность поддерживать нормальное состояние организма под действием повреждающих факторов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Адаптация приспособление организма к определенным условиям среды за счет морфологических, физиологических и поведенческих признаков.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Основные направления адаптаций переход в состояние анабиоза резкого снижения активности процессов жизнедеятельности (покоящиеся стадии беспозвоночных животных, прекращение активности рептилий при низких температурах, зимняя спячка млекопитающих); избегание неблагоприятных факторов среды, смена мест обитания (один из видов миграции, зарывание, использование убежищ и др. ); морфо физиологические механизмы адаптации (сбрасывание листвы, линька, накопление подкожного жира, управление теплоотдачей и др. ).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы ответа на внешние воздействия Анастатическая реакция предусматривает снижение порога чувствительности. Т. е. со временем критические значения фактора становятся нормой для организма. Гомеостатическая реакция ответ организма на воздействие комплексом морфо физиологических изменений компенсаторного характера.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Главная функция адаптационных реакций сохранение стабильности биологической системы (организма, популяции, сообщества, экосистемы). Гомеостаз состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои жизненные свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. Термин введен Уолтером Кенном ( «Мудрость тела» , 1932).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Двухуровневая система адаптаций 1. Механизмы, обеспечивающие адаптивный характер общего уровня, по отношению к типичным и устойчивым параметрам среды обитания. 2. Лабильные реакции, поддерживающие относительное постоянство общего уровня стабилизации путем включения адаптивных реакций при отклонении конкретных условий среды от средних характеристик.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Диапазон действия фактора определяет степень экологической валентности вида по отношению к этому фактору. Два класса экологической валентности: • узкий придел адаптационных возможностей обозначается корнем «СТЕНО» ; • широкий диапазон обозначается корнем «ЭВРИ» .
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Закон минимума Ю. Либиха (1840) Успех развития организма (вида, сообщества) определяется действием экологического фактора, находящегося в минимуме.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Закон толерантности Шелфорда (1913) Успех развития биологической системы определяется как фактором находящимся как в минимуме, так и в максимуме своего значения. А, Д значения факторов определяющих диапазон толерантности; АД предел толерантности; АВ, СД зоны толерантности; ВС зона оптимума.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение адаптации. 2. Перечислите основные направления адаптаций. 3. Какова главная функция адаптационных реакций? 4. Дайте определение закону Ю. Либиха. 5. Дайте определение закону Шелфорда.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяция Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биотоп - участок местности с однотипными условиями рельефа, климата и др. абиотических факторов, занятый определенным биоценозом. • Биоценоз - совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема и объединенных функциональным единством. • Биота - исторически сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения. • Ценоз - любое сообщество организмов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Гомеостаз состояние внутреннего динамического равновесия природной системы. • Онтогенез индивидуальное развитие вида. • Гетеротрофы организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяционная экология новое направление биологической науки активно развивающееся с начала прошлого века. Сведения о популяционных явлениях и закономерностях находятся почти во всех натуралистических работах биологов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Работнов Тихон Александрович (1904 - 2002), биолог, ботаник. Один из основоположников нового популяционного направления в изучении состава и структуры растительных сообществ. Создал классификацию типов популяций растений по их возрастному составу, на основании которой стал возможен прогноз популяционной динамики и сукцессионных трендов. Станислав Семенович Шварц ( 1919 - 1976), зоолог и эколог. Разработал метод метаболической регуляции скорости роста и развития в популяциях животных, внёс существенный вклад в развитие популяционной экологии животных (представление о биологическом своеобразии сезонных генераций животных).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяция - это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних. Главная функция популяции организация размножения и использования территории с ее ресурсами.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Свойства популяции • состоит из особей одного вида, • свободное скрещивание (панмиксия), • способность существовать на протяжении длительного времени (потенциальное бессмертие), т. е. способность к гомеостазу, • определенная степень изоляции.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Что есть популяция с точки зрения эволюции и экологии Популяция является сложным природным явлением эволюционного и биоценотического уровня. Так популяция - это форма существования вида, результат приспособления групп особей к локальным условиям среды обитания. Популяция - элементарная единица эволюционного процесса, на уровне которой осуществляется модифицирующее действие естественного отбора. Популяция, как правило, занимает границы одного биоценоза и участвует в трофических и других связях его компонентов, выступая в качестве функционально-энергетического звена ценотического уровня.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биохорологическая структура вида по Н. П. Наумову (1955) представляет собой ряд соподчиненных элементов: особь – элементарная популяция – географическая популяция – вид. Географическая популяция группа особей одного вида, которая населяет географически однородную, но биогеоценотически разнообразную местность. Экологическая популяция по Наумову (1966) население одного местообитания (биотопа), характеризующееся общим ритмом биологических циклов и характером образа жизни.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина И. Л. Кулик (1958), продолжая биохорологический ряд Н. П. Наумова, предложил выделить в качестве составной части элементарной популяции микропопуляцию. Ее свойствами он считает занятие одного биотопа, общий для всех животных ритм жизни, интенсивность размножения семей, а также невозможность изолированного развития. В. Е. Флинт (1977) ввел адекватное микропопуляции понятие меруса не автономной части популяции, развивающейся во взаимодействии с соседними.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Минимальный размер популяции - минимальная численность особей в популяции, число которых позволяет соблюдать принцип потенциального бессмертия.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Категории популяций Независимые - способны воспроизводиться самостоятельно; приток особей в их репродукции не играет существенной роли. Полузависимые - могут самовоспроизводиться, но иммиграция особей заметно повышает численность. Зависимые - приплод не компенсирует смертность; без иммиграции популяция вымирает. Псевдопопуляции - не способны к самовоспроизведению, целиком зависят от притока из вне.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Временные - образуются из выселяющихся из оптимальных в субоптимальные зоны животных при достижении критической плотности населения в первых. Гемипопуляции, или полупопуляции - группировки особей, принадлежащих к разных этапах онтогенеза имеют совершенно различный облик, резко отличающийся по экологии и месту в природе. отдельным возрастным фазам гетеротрофных организмов. Т. е. таким, которые на
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дать определение популяционной экологии. 2. Дать определение популяции. 3. Перечислите свойства популяции. 4. Что значит, минимальный размер популяции? 5. Перечислите и дайте определения категориям популяций.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяционные структуры и их динамика Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Популяция это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних. • Эволюция необратимое историческое развитие живой природы. • Ген единица наследственного материала, ответственная за формирование какого либо элементарного признака. • Генотип генетическая конституция организма, совокупность всех его генов. • Генофонд совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Иерархия расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему. • Модификация наследственные изменения признаков организма, возникающие под влиянием среды. • Аллели различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологических хромосом, определяю варианты развития одного и того же признака. • Биологическое сигнальное поле это совокупность оптических, акустических и иных физических и химических явлений, своим возникновением связанных с обитающими в данном месте организмами; они определённым образом сочетаются во времени и в пространстве и имеют биологическое (сигнальное) значение, т. е. несут определённую информацию.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяционные структуры • Генетическая структура качественный и количественный состав генотипов (аллелей), определяемый особенностями потока генов между кратковременно изолированными частями популяции. • Структура этологическая (функциональная) разделение группы животных в соответствии с поведенческой иерархии. • Полововозрастная (демографическая) структура определяется соотношением полов и различных возрастных категорий в популяции. Управляет темпами размножения. • Пространственная структура популяции размещения особей по населяемому ландшафту.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Классификация Флинта Тип поселения Диффузный Мозаичный Элементарные поселения Постоянные (существующие во все сезоны и при всех фазах динамического цикла) Временные (существующие сезонно или при увеличении численности)
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы распределения особей популяции в пространстве а - регулярное б - случайное в - групповое
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы пространственного распределения (Шилов, 2003) • Равномерный (дисперсный). • Диффузный тип (случайный). • Агрегированный (мозаичный) тип.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Возрастная структура популяции По отношению к популяциям можно выделить три экологических возраста названных Боденхеймером (1938): пререпродуктивный; пострепродуктивный.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Правило Лотки Любая естественная популяция стремиться к стабильной возрастной структуре, четкому количественному распределению особей по возрастам.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Возрастные пирамиды III III II I I I растущая стабильная деградирующая I число молодых; II число зрелых; III число особей завершивших размножение.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Генетическая структура популяции определяется разнообразием генотипов, входящих в состав генофонда популяции. определяют Его стабильность возможность и необходимое выполнения разнообразие популяционными группировками роли элементарной единицы эволюционного процесса и относительного своеобразия комбинации аллелей в популяции.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Эволюционные изменения затрагивают и реализуются через половозрастную структуру популяций. Так естественный отбор осуществляется за счет большей модификации генетического материала самцов, самки выступают с функцией консерваторов, на них природа запечатлеет консервативный генетический материал.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Генетическая разнородность особей популяции проявляется как в их внешних признаках, так и в биохимических особенностях клеток и тканей. В итоге повышается общая жизнеспособность популяции, расширяются ее приспособительные возможности, происходит экологическая специализация разных генотипов. Вместе с тем, популяция остается единой целостной системой.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Правило популяционной генетики Важнейшая особенность популяции заключается в наличии сбалансированного (но неизменного генофонда), реагирующего на условия существования вида в конкретной среде в данное время. Для формирования генетической структуры популяции необходимо определенное время, измеряемое несколькими поколениями.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Поведенческая структура популяции определяет соотношение животных различного иерархического статуса. В нормальных условиях, эта структура целиком зависит от биологических особенностей вида. Эта разновидность популяционной структуры, не неизменна, ее кратковременные нарушения провоцируют изменение репродуктивной возможности группировок и определяют тем самым численность.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Ступени социальной иерархии • подчиненные особи; • субдоминанты; • доминанты.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Социальный статус особи зависит: • от его размеров; • силы; • выносливости; • агрессивности.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Преимущества иерархии • • снижает агрессивность особей, связанную с питание, выбором полового партнера, и места для выведения потомства. Это избавляет животных от травм и стресса, которые они неминуемо получили бы в случае стычек; благодаря ей ресурсы распределяются между наиболее приспособленными особями, обеспечивая тем самым передачу наиболее удачного генотипа.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Функциональная структура популяции является механизмом в интеграции особей во внутривидовых группировках. Разграничение пространства имеет своей целью снижение конкуренции за ресурсы. Однако, центробежный процесс в популяциях не может быть бесконечным, этому противоречат задачи интеграции особей в пространстве, без чего не могут быть реализованы важнейшие общепопуляционные функции: • воспроизводство, • регуляция плотности населения, • общепопуляционные реакции на внешние условия, • взаимоотношения с популяциями других видов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Процессы интеграции Непрерывная информация о месте нахождения смежных особей и их групп и наследственно детерминированный стереотип поведения, стимулирующий особь к поиску и поддержанию контактов с себе подобными. Информация о присутствии вида особей своего вида может кодироваться через: личные сигналы, воспринимаемые на слух, по запаху или визуально попутные формы выражения своего присутствия: следы, тропы, поеды, гнезда, фекалии и т. п. У рыб в качестве дополнительных сигналов могут служить механические колебания воды и электрические импульсы.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Формы обозначения (индивидуализации) территории. Вся сумма информации в виде, преобразованного ландшафта, оставленных сигналов и других следов жизнедеятельности составляет биологическое сигнальное поле, которое служит мощным стимулом реализации интеграционного поведения.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите популяционные структуры. 2. Дать определение правилу Лотки. 3. Перечислите важнейшие популяционные функции. 4. Перечислите типы пространственного распределения (классификация Шилова). 5. Что определяет поведенческая структура популяции?
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Динамика популяции Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Экосистема совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обладающих способностью к гомеостазу. • Гомеостаз состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои жизненные свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. • Популяция это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Метаболизм процесс обмена веществ. • Биомасса суммарная масса особей вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Динамика популяций это процессы изменения её численности, биомассы и структуры во времени в зависимости от экологических факторов. Динамика численности колебания общего числа организмов в пределах систематической категории или территории. Плотность популяции число особей на единицу площади или объема. Главные характеристики популяции, определяющие ее свойства, в том числе и динамические: • численность; • рождаемость, смертность; • плотность; • динамика численности; • скорость роста, тип роста; • структуры
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Численность и плотность популяции зависит от соотношений трех параметров: • рождаемость; • смертность; • миграции. Рождаемость (b) число особей, родившихся за период времени Т: b = ΔN / ΔT, где Δ знак изменения, N численность, Т время, Cмертность (d): d= ΔN / ΔT
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Верхние пределы численности и плотности организмов на данной территории определяются: • величиной потока энергии в экосистеме (ее продуктивностью); • трофическим уровнем, на котором находится организм; • величиной и интенсивностью его метаболизма.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Факторы определяющие численность популяций внешние и внутренние по отношению к группировкам внешние • межвидовая конкуренция; • пресс хищников, паразитов внутренние • эффект скученности от перенаселения; • внутривидовая конкуренция не зависящие и зависящие от плотности особей не зависящие факторы, сила действия которых не зависит от изначальной численности и плотности особей зависящие факторы, сила действия которых на популяцию возрастает по мере увеличения ее плотности
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Выживаемость число особей (в пересчете на одну тысячу), достигших определенного возраста. I тип кривая имеющаяся у видов с малым влиянием на смертность факторов среды; II тип диагональ отражающая равномерную смертность во всех возрастах; III тип кривая характеризующая большую смертность в раннем возрасте. III II I
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Основные показатели динамики численности • направление изменения численности популяциями (ее увеличение или уменьшение); • скорость роста популяции (r); • тип роста популяции.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Средняя скорость роста популяции изменение числа особей за период времени. Средняя удельная скорость средняя скорость роста популяции в перерасчете на одну особь. Рост численности сдерживается «сопротивлением среды» , мерой которого является разница между числом особей, которого вид мог бы достигнуть, при отсутствии смертности и реальным приростом вида в природных условиях.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы роста популяции 1. Экспоненциальный тип роста. Возрастающая плотность особей не тормозит скорость роста численности и описывается J – образной кривой (экспонентой). 2. Логистический тип роста зависит от плотности и описывается S образной кривой.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы колебаний 1. Лабильный (циклический) тип характерны сезонные смены численности, связанные с периодичностью размножения. Колебания с периодичностью 5 10 лет. 2. Стабильный тип характеризуется малой амплитудой и длительным периодом колебания численности. Средние периоды колебания численности 10 20 лет. 3. Эфимерный (скачкообразный) тип отличается резко неустойчивой динамикой, резкие и не продолжительные вспышки численности сменяются продолжительными периодами депрессии.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение динамике популяции. 2. Перечислите главные характеристики популяции. 3. От чего зависит численность и плотность популяции? 4. Дайте определение выживаемости. 5. Перечислите и дайте характеристику типам колебаний.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяционный гомеостаз Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Гомеостаз состояние внутреннего динамического равновесия природной системы. • Популяция это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних. • Адаптация приспособление организма к определенным условиям среды за счет морфологических, физиологических и поведенческих признаков. • Иерархия расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Генофонд совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию. • Гетерозигота организм (клетка), у которого гомологичные хромосомы несут различные аллели. • Аллели альтернативные формы того или иного гена. • Гибрид организм полученный в результате объединения генетического материала генотипически разных организмов. • Инбридинг близкородственное скрещивание, скрещивание организмов имеющих общих предков.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Популяционный гомеостаз регуляция численности популяций поддержание пространственной структуры
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Регуляция численности популяций внутрипопуляционные механизмы жесткие смягченные внепопуляционные механизмы межвидовая конкуренция пресс хищников и паразитов
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Поддержание пространственной структуры Механизмы «индивидуализации» территории. Биологические преимущества от обитания на определенной территории могут быть реализованы только при условии собственнического отношения к ней.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Территориальная агрессия. Такая форма поведения свойственна всем животным имеющим охраняемые участки.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Маркирование территории. Является наиболее мягким способом индивидуализации территории. Вид мечения зависит от доминирующей рецепторной системы.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Механизмы поддержания социальной иерархии. Среди физиологических реакций важное значение имеет общий адаптивный синдром обозначенный Гансом Селье в 1960 г. Эта реакция возникает при увеличении скученности особей и числа их контактов, поэтому другое название этой реакции социальный стресс.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Поддержание генетической структуры. Главным условием поддержанием генетической гетерозиготности особей является противодействие инбридингу.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Подвижность и расселение. В результате дисперсии особей происходит обмен генами между группами и соседними популяциями.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Половая избирательность: • предотвращает появление межвидовых и межподвидовых гибридов; • закрепляет адаптивные свойства в пределах данной популяции; • снижает число близкородственных скрещиваний.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Возрастной кросс. Особи разных возрастов и генераций отличаются по своим генетическим характеристикам. Это объясняется наличием сезонных и многолетних изменений возрастной структуры популяции. При этом скрещивание животных разных возрастов может существенно разнообразить генетический фонд популяции.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение гомеостазу. 2. Перечислите механизмы регуляции численности популяции. 3. Укажите на какие подгруппы делится внутрипопуляционный механизм. 4. Укажите на какие подгруппы делится внепопуляционный механизм. 5. Перечислите механизмы поддержания пространственной структуры.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы взаимодействия между организмами Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Конкуренция это любое антагонистическое отношение, связанное с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами с одинаковыми потребностями, занимающими одну экологическую нишу. • Модификация качественно различные состояния или разновидности чего либо. • Ациклические соединения органические вещества (углеводороды и их производные), молекулы которых не содержат циклов, а представляют собой "открытые" цепи.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биологическими связями, называют прямое или косвенное влияние жизнедеятельности одних живых организмов на другие.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Две основные формы межвидовых биотических связей антибиоз симбиоз нейтрализм
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Антибиоз невозможность сосуществования двух видов организмов, основанная на конкуренции, прежде всего за источники питания, а также за другие факторы среды. Между организмами такие взаимоотношения чаще называют не антибиозом, а конкуренцией.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Активную конкуренцию между различными организмами называют антагонизмом, если один вид задерживает или полностью подавляет развитие другого, и взаимным антагонизмом, если угнетение взаимно.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Примеры антагонистических взаимоотношений Антибиотики это специфические конечные продукты обмена (или их модификации), подавляющие жизнедеятельность некоторых микроорганизмов с разной избирательностью. Они имеют различную химическую природу: от простых ациклических соединений до сложных структур, в состав которых часто входят модифицированные полипептидные цепи. целая бактерия и бактерия, разрушенная под действием антибиотика (справа вверху).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Хищничество - одна группа организмов использует другие в пищу.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Нейтрализм - отсутствие взаимного влияния организмов, находящихся в составе одного биоценоза. Но так как организмы являются членами одного сообщества, между ними обязательна хотя бы косвенная взаимозависимость.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Симбиозы - это различные формы совместного существования разных организмов. Термин «симбиоз» ввел в науку А. де Бари в 1879 г. Генрих Антон де Бари (1831 1888)
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы симбиоза выделяют по нескольким признакам по обязательности симбиотической связи; • • по расположению микросимбионта (микроорганизма) относительно макросимбионта; • по характеру отношений между симбионтами.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По обязательности симбиотической связи: • факультативный, когда каждый из организмов при отсутствии партнера может жить самостоятельно; • облигатный, когда один из симбионтов (или оба) оказывается в такой зависимости от другого, что не может существовать самостоятельно. лишайник
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По расположению микросимбионта (микроорганизма) относительно макросимбионта: • эктосимбиозы - в этом случае более мелкие члены симбиотической системы распологаются на поверхности макросимбионта; бифидобактерии
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина • энтосимбиозы, когда эндосимбионты располагаются внутри тела хозяина, в том числе в различных, иногда специализированных, полостях тела. плазмиды
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По характеру отношений между симбионтами: • мутуализм форма взаимовыгодного симбиоза организмов, при котором существование обоих или одного из партнеров невозможно без сожителя;
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина • комменсализм форма сожительства, приносящая пользу одному партнеру и безразличная для другого; сотрапезничество нахлебничество «квартиранство»
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина • паразитизм форма межвидового антагонистического сожительства, при которой один вид (паразит) использует другой (хозяина) как источник питания и среду обитания, нанося при этом вред хозяину.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Что такое биотические связи? 2. Назовите две основные формы межвидовых биотических связей. 3. Дайте определение антибиозу. 4. Дайте определение симбиозу. 5. Приведите примеры антибиоза и симбиоза.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биоценоз Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биосфера своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. • Абиотический фактор комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. • Популяция это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних. • Ценоз - любое сообщество организмов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Фитоценоз совокупность устойчиво взаимодействующих растений на относительно однородном участке земной поверхности. • Зооценоз совокупность животных, совместно обитающих при определенных условиях. • Фитофаги животные, питающиеся тканями живых растений. • Таксон группа организмов, связанных той или иной степенью родства и достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга вид, род, семейство и т. д.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биомасса - суммарная масса особей вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая обычно в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенных к единицам площади или объема любого местообитания. • Трофический уровень место каждого звена в цепи питания.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биоценоз представляет собой эволюционно сложившуюся форму организации живого населения биосферы, многовидовую биологическую систему. В ее состав входят представители разных таксонов, подбор которых обусловлен комплексом абиотических факторов среды и возможностью непрерывного осуществления биогенного круговорота веществ. Небиологическая составляющая биоценоза называется биотоп.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Определение по Н. П. Наумову (1963) Биоценоз это исторически сложившиеся группировки живого населения биосферы, заселяющие общие места обитания, возникающие на основе биогенного круговорота и обеспечивающие его в конкретных природных условиях.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термин биоценоз ввел немецкий зоолог Карл Мебиус в книге «Устрицы и устричное хозяйство» (1877).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы взаимодействия в биоценозе • пищевые, • пространственные, • средообразующие.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По мнению Э. Лекявичуса в биоценозе существуют два канала: • селфинг обеспечивает существование и репродукцию популяций конкретных видов; • канал конкордации связывает популяции в целостное сообщество. При тесном взаимодействии этих каналов строиться система регуляции биоценоза.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина В пределах биоценоза выделяют: • фитоценоз; • зооценоз; • микробиоценоз; • микоценоз. Небиологическая среда биотоп, является неотъемлемой частью ценоза, одним из условий его существования. Биотоп - относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом (синоним местообитания и стации).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Определение В. Н. Сукачева Биогеоценоз - эволюционно сложившаяся относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система взаимодействующих живых организмов и окружающей абиотической среды. Границы биогеоценоза границы растительного сообщества фитоценоза.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Основная функция биоценозов поддержание круговорота веществ в биосфере базируется на пищевых взаимодействиях видов. При всем многообразии видов составляющих ценоз обязательно присутствуют виды трех принципиальных категорий: • продуценты, • консументы, • редуценты.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Продуценты образуют уровень первичной продукции, здесь из неорганических веществ формируется органика. Общая сумма биомассы называется валовой продукцией, а часть, за счет которой идет прирост чистая продукция. Консументами первого порядка являются фитофаги. Процесс создания и накопления биомассы на уровне консументов, называет вторичной продукцией. К консументам третьего порядка относятся паразиты и сверхпаразиты (паразитирующие на паразитах).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пирамида численности показывает какова численность видов (популяций) находящихся на разных трофических уровнях.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пирамида биомасс дает более точную оценку состава биоценоза, т. к. численность видов не показывает объема заключенной в троф м уровне вещества и энергии.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пирамида энергии, ширина слоев в ней равна количеству энергии (на площади или в объеме) прошедшей через трофический уровень за единицу времени.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Переход энергии с одного трофического уровня на выше стоящий сопровождается расходом энергии. Эта закономерность выражается законом пирамиды энергии (правилом Р. Линдемана, правило 10%): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на выше стоящий около 10% (7 17%), от поступившей на него.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Правило усиления. По пищевым цепям передаются не только полезные вещества и необходимая энергия, но и вредные элементы. И если первая группа, легко рассеивается и теряется, то вредные вещества накапливаются. Этот закон природы называется правилом накопления токсических веществ.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Прямые пищевые цепи типа «растение - фитофаг - зоофаг - паразит» формируют цепи питания или трофические цепи. Гарантией стабильности сообщества выступает многочисленность видов, составляющих трофический уровень.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение биоценозу. 2. Какова основная функция биоценозов? 3. При всем многообразии видов составляющих ценоз обязательно присутствуют виды трех принципиальных категорий, перечислите их. 4. Дайте определение закону пирамиды энергии. 5. Цепи какого типа формируют цепи питания?
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пространственная структура биоценозов. Экологическая ниша Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биотоп - участок местности с однотипными условиями рельефа, климата и др. абиотических факторов, занятый определенным биоценозом. • Биоценоз - совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема и объединенных функциональным единством. • Ценоз - любое сообщество организмов. • Популяция - это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, населяющих определенную территорию на протяжении многих поколений, в той или иной степени изолированную от соседних.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Адаптация приспособление организма к определенным условиям среды за счет морфологических, физиологических и поведенческих признаков. • Гомеостаз состояние динамического равновесия организма со средой, при котором организм сохраняет свои жизненные свойства и способность к осуществлению жизненных функций на фоне меняющихся внешних условий. • Континуум это свойство растительного покрова, выражающееся в том, что любых два произвольно выбранных примыкающих друг к другу участка, независимо от их размеров и способа определения их границы, всегда имеют общие признаки. Это свойство проявляется как на Уровне растительного покрова в целом, так и на уровне его элементов. • Абиотические факторы комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Экосистема совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обладающих способностью к гомеостазу. • Трофические связи наблюдаются, когда один вид питается другим либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пространственная структура наземного биоценоза определяется закономерностью распределения надземных и подземных органов растительности по ярусам. Выделяют: • горизонтальную структуру; • вертикальную структуру.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы вертикальной структуры • Разновысотность распределение надземных частей растения в пространстве. • Разноглубинность приуроченность корневых систем различных видов к определенному почвенному горизонту.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Типы разновысотности: Ярусность когда в пределах вертикального пространства можно выделить определенные горизонты.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вертикальный континуум когда растения распределены сплошным массивом, начинающимся у земли и идущим до верхних этажей фитоценоза.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Экологическая ниша функциональное место вида в экологической системе, определяемое прямыми и обратными связями вида с остальными видами, входящими в экологическую систему и абиотическими факторами окружающей среды.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Дж. Гриннел, рассматривал экологическую нишу, как место, занимаемое видом или популяцией в пространстве (в современном понимании «пространственная ниша» ). Ч. Элтон, под экологической нишей понимал тип питания вида, т. е. его место в трофических цепях (в современной терминологии «пищевая ниша» ). Дж. Хатчинсон, под экологической нишей понимал сумму связей организмов данного вида с абиотическими условиями среды и другими видами.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Классификация Хадчинсона • Фундаментальная видовая ниша охватывает все множество условий, в которых вид, может обитать в отсутствии врагов (хищники и конкуренты). • Реализованная видовая ниша фактический комплекс условий, в которых вид обычно существует. фундаментальная ниша (суммарная площадь заштрихованного и покрытого точками пространства) реализованная ниша (площадь заштрихованного участка)
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Классификация Ю. Одума Ю. Одум вкладывал в понятие экологической ниши тройственный смысл: • физическое пространство, занимаемое популяцией; • место вида в пространстве ограниченном внешними факторами; • функциональная роль вида в экосистеме.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Классификация разделения ресурсов Пиаки • пространственная ниша; • пищевая ниша; • временная ниша.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Концепция одномерной ниши Первостепенная роль в разделении ресурсов и расхождению видов по нишам принадлежит кормовому поведению, как ключевому системному признаку, объединяющему все другие черты экологической ниши вида.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина • Аксиома экологической адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования экологической нише. • В различных экосистемах сходные экологические ниши могут заселятся сходными видами, такое явление называется экологическим викариатом (викариатирование видов их замещение другом). • Правило Тинеманна: в благоприятных условиях число видов высоко, но численность каждого из них невелика; в неблагоприятных условиях встречается обратное соотношение. • Между географическим районами или границами биоценозов обитает максимальное число видов, эта закономерность носит название эффекта экотопа.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Закон действия факторов Состав биоценоза по видам и численности особей в них определяется тем фактором среды, который находится в минимуме для данного сообщества.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Биоценотические принципы Правило разнообразия условий биотопа: чем разнообразнее условия жизни в рамках биотопа, тем большее число видов в заселяющем его биоценозе. Принцип отклонения условий существования от нормы: чем больше отклонений условий существования от оптимума в пределах биотопа, тем беднее видами становится заселяющий его биоценоз и тем относительно больше особей имеет каждый присутствующий вид.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите пространственные структуры биоценозов. 2. Перечислите типы разновысотности. 3. Дайте определение экологической нише. 4. Дайте определение закону действия факторов. 5. Перечислите биоценотические принципы.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Сукцессии 1. Это постепенные изменения фитоценозов вызываются внутренними (взаимоотношения растений, отношения растений и условий среды) или внешними по отношению к фитоценозам причинами. 2. Сукцессия – процесс смены сообществ (в первую очередь растительных) в приделах одного биотопа. Авторы: Сеченова О. С. Зимнухов С. Немкова И. Н. Емельянов А. В.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биотоп - участок местности с однотипными условиями рельефа, климата и др. абиотических факторов, занятый определенным биоценозом. • Биоценоз - совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема и объединенных функциональным единством. • Фитоценоз - совокупность устойчиво взаимодействующих растений на относительно однородном участке земной поверхности. • Климакс - завершающая фаза развития сообщества наиболее адаптированная по отношению к комплексу абиотических условий. • Параклимакс - фаза развития возникающая при антропогенном или зоогенном поддержании какой то фазы сукцессии.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биота - исторически сложившаяся совокупность живых организмов, объединенных общей областью распространения. • Инвазивный вид - вид организмов внедрившийся в какое либо сообщество и ранее не встречавшееся в нем. • Ингибирование - замедление. • Сукцессионный ряд - цепь сменяющих друга биоценозов. • Субстрат - подстилка, основа. • Ценоз - любое сообщество организмов. • Экосистема - совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Классификация • по причине возникновения; • по характеру первичного субстрата; • по причине развития.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По причине возникновения • АНТРОПОГЕННЫЕ, вызванные хозяйственной деятельностью человека. • КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ, связанные с катастрофическими факторами антропогенной или естественной природы. • ПИРОГЕННЫЕ, вызванные пожаром независимо от его причин. • ЗООГЕННЫЕ (ФИТОГЕННЫЕ), вызванные необычно сильным воздействием животных (растительности). Как правило эти типы процесса возникают при массовом размножении видов или проникновении инвазивных видов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По характеру первичного субстрата • Первичные сукцессии начинаются на субстрате, не измененном деятельностью живых организмов. Формирование ценозов на скалах, песках, остывшей вулканической лаве, на глинах после схождения селя. Основной функцией этого типа сукцессий является постепенное накопление органических остатков и, как результат, создание почвы первыми колонистами.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина • Вторичные сукцессии. Они развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов, существовавших на данном месте ранее – до пожара, наводнения, вырубки и т. п. в таких местах обычно почва или донные отложения не уничтожены, т. е. сохраняются значительные жизненные ресурсы, и сукцессии чаще всего бывают восстановительными. Каждая фаза сукцессионного цикла создает условия для прохождения следующей.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина По причине развития • Аллогенные сукцессии – изменения экосистем под влиянием внешнего по отношению к ним фактора. Эти сукцессии продолжаются до тех пор, пока действует внешний фактор. Как только его действие прекратится, начнется вторичная восстановительная сукцессия. • Автогенные сукцессии – постепенные изменения экосистемы под влиянием жизнедеятельности ее биоты, при которых меняются состав видов и функциональные параметры экосистемы в направлении формирования равновесного с климатом устойчивого состояния – климакса.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Пример аллогенных сукцессий Сукцессии под влиянием выпаса. Это самый распространенный вариант сукцессии. Выпас действует на травянистые фитоценозы прямо – избирательно скусываются растения и косвенно – через уплотнение почвы и изменение ее водно воздушного и солевого режима. В результате высокотравные и малоустойчивые к выпасу растения сменяются пастбищным низкотравьем: подорожником средним, клевером ползучим, одуванчиком лекарственным и д. р. При этом уменьшается видовое богатство фитоценоза, упрощается структура, снижается общее проективное покрытие. Сукцессия при сильном выпасе (перевыпасе) называется пастбищной дигрессией. В результате пастбищной дигрессии продуктивность травостоев может снижаться в 10 и более раз.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Примеры автогенных сукцессий Все разнообразие автогенных сукцессионных процессов сводится к четырем принципиальным моделям сукцессии, предложенным Дж. Кэнелем (J. Connel) и П. Слейтером (P. Slatyer). • • Модель благоприятствования. Модель «по облегчению» . Модель толерантности. Модель ингибирования.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель благоприятствования, соответствующая представлениям о сукцессии Клементса: продуктивность и видовое богатство в ходе сукцессии возрастают в плоть до стадии климакса. Классический пример такой сукцессии – зарастание скал, где последовательно сменяют друга стадии цианобактерий и водорослей, накипных лишайников, кустистых лишайников и мхов, трав, кустарников и деревьев.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель «по облегчению» Осуществляется по трем правилам: 1) из всех видов, вновь прибывающих на открывшееся для заселения место, лишь немногие, особо адаптированные, способны успешно колонизировать его; 2) ранние колонисты модифицируют среду и облегчают поселение последующих видов, причем условия выживания их самих не улучшаются, а даже наоборот, ухудшаются, в результате чего; 3) пионерные виды замещаются последующими, и таких волн замещения может быть несколько.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель «по облегчению» . Схема обратных связей для такой модели показана на рисунке. Виды или ассоциации видов сукцессионного ряда (точнее их количественная мера) обозначены через Х 1, Х 2, …. ; их положительное влияние на среду показано стрелками (со знаками +), направленными в компартмент Y, обозначающий качество среды, например, толщину почвенного слоя; обратное влияние Y на скорости роста растений, выраженное параметрами а 11 , а 22, …, непостоянно и меняет знак при изменении Y (рис. б): оно положительно лишь в пределах собственной «ниши» для соответствующей группы видов, в чем и заложен механизм замены видов в сукцессионном ряду. Качество почвы, Y Soil quality, Y
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель толерантности, впервые сформулированная в таких терминах Мак Артуром и Коннеллом в 1966 г. , базируется на трех допущениях: 1) любой из видов, вновь прибывающих на открывшееся для заселения место, способен закрепиться; 2) ранние колонисты модифицируют среду так, что условия их собственного выживания ухудшаются, но последующие виды способны противостоять этим изменениям; 3) ранние колонисты могли бы справиться с ухудшением среды, но проигрывают последующим конкурентам. В терминах обратных связей воздействия на Y теперь уже отрицательны, но обратное отрицательное влияние деградирующей среды слабее для последующих видов, что и обеспечивает замещение ими предыдущих.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель ингибирования В модели ингибирования нет различий в толерантности видов ( за исключением климаксных, которые считаются достаточно толерантными); пока произрастают ранние колонисты, они, воздействуя на среду, создают условия, препятствующие закреплению будущих видов (ингибируют), так что последние закрепляются лишь по мере того, как условия среды элиминируют более ранних колонистов (с более коротким жизненным циклом). В качестве примера упоминаются верески, корни которых выделяют вещество, отрицательно воздействующее на микоризу елей. Для сукцессионных смен принципиальны поэтому периодические нарушения растительного покрова, вызванные внешними причинами, и потому модель ингибирования объясняет сукцессионный ряд с помощью различий в стратегиях индивидуального жизненногоцикла видов растений. По Дж. Гриме существует три основных типа стратегии: «рудералы» толерантны к слабым стрессам и частым нарушениям среды; «компетиторы» толерантны к слабым стрессам и редким нарушениям среды; «толеранты» устойчивы к сильным стрессам и редким нарушениям среды.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Модель ингибирования Схема обратных связей в такой системе показана на рисунке. Воздействия на общие ресурсы фитоценоза теперь уже отрицательны, а периодические нарушения различных участков возвращают систему в состояние, где доминируют рудералы (при достаточно частых нарушениях произрастали бы только эти виды). Причинность сукцессионных смен переносится, таким образом, во временное измерение и сводится к различиям видовых стратегий жизненного цикла. Компети т оры Competito rs Минер. Ресурсы Minerals Толерат оры Stress tolerant
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Правила и законы сукцессионного развития • Правило сукцессионного мониторинга: чем глубже нарушенность среды какого нибудь пространства, тем на более ранних фазах оканчивается сукцессия. • Правило «нулевого максимума» : экосистема в сукцессионном развитии стремится к образованию наибольшей биомассы при наименьшей биологической продуктивности. • Закон замедления скорости сукцессионных процессов: сукцессия идет в сторону увеличения ее количества, направленного на поддержание системы. • Закон эволюционно-экологической необратимости: экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой в результате дисбаланса экологических компонентов, не может вернуться к своему первоначальному состоянию в ходе сукцессии, если произошли комплексные изменения, либо один или группа видов были утрачены на всегда или на долгий срок.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение сукцессии. 2. Приведите классификацию по характеру первичного субстрата. 3. Приведите пример аллогенных сукцессий. 4. Чем отличаются сукцессии, протекающие в соответствии с моделями благоприятствования и толерантности? 5. Перечислите законы сукцессионного развития.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина История экологических кризисов Авторы: Сеченова О. С. Емельянов А. В. Немкова И. Н.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Биосфера своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. • Экологический кризис напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе экологическим возможностям биосферы. • Консументы - гетеротрофные организмы, главным образом, животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества. • Продуценты - земные растения, осуществляющие фотосинтез и бактерии осуществляющие хемосинтез, т. е. организмы, дающие первичную продукцию. Это аккумуляторы солнечной энергии.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Термины и определения • Экосистема совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обладающих способностью к гомеостазу. • Редуценты гетеротрофные организмы (бактерии, грибы), получающие энергию путем разложения мертвых тканей или путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно, или извлеченного сапрофитами из растений и других организмов. • Климакс завершающая фаза развития сообщества наиболее адаптированная по отношению к комплексу абиотических условий. • Ксенобиотики чужеродные для организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот и прямо или косвенно порожденные хозяйственной деятельностью человека.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина В 1971 г. Б. Коммонер сформулировал 4 принципа охраны и природы в качестве афоризмов, вошедших в научный обиход. Русское издание «Замыкающийся круг» (1974). 1. Все связано со всем. 2. Все должно куда-то деваться. 3. Природа знает лучше. 4. Ничто не дается даром.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина История развития человечества неразрывно связана с периодически происходившими экологическими кризисами. По их истечении человек утрачивал возможность прежнего существования и наступал коренной поворот развития его цивилизации.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Кризис перепромысла животных (кризис консументов). Произошел 10 50 тыс. лет назад в результате интенсивного развития охоты. Выход из кризиса был найден в ходе сельскохозяйственной революции, ознаменовавшей переход к воспроизводящему хозяйству.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Кризис примитивного поливного земледелия (первый кризис продуцентов). Возник около 2 тыс. лет назад в связи с повышением производительности сельского хозяйства и появлению излишков продукции, которые можно было менять или продавать. Кризис был прерван истощением плодородия почв. Решить проблему удалось в результате второй сельскохозяйственной революции, переходом к широкому освоению неполивных земель.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Кризис перепромысла растительного материала (второй кризис продуцентов). Произошел 150 350 лет назад. В ходе промышленной революции началось интенсивное освоение минеральных (ископаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало энергетический дисбаланс биосферы.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Кризис физического и химического загрязнения биосферы (кризис редуцентов). Кризис, начавшийся 40 60 лет назад, продолжается до настоящего времени. Развитие техники вызвало появление ранее не существовавших в природе соединений (ксенобитиков). Они не утилизируются и не используются в функциональных процессах биосферы, оставаясь ее загрязнителями. Причиной является отсутствие в экосистемах процессов и организмов, способных редуцировать эти вещества до исходных химических элементов.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Агроэкологический закон убывающей энергии А. Тюрго Т. Мальтуса Повышение удельного вложения энергии в агроэкосистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности (урожайности).
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Закон обратимости биосферы П. Дансеро (1957): Биосфера стремиться к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее: это стремление продолжается до достижения экосистемами фаз климаксового сообщества.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Правило демографического насыщения На определенной территории максимальная численность населения определяется возможностью экологических систем противостоять нарушениям связанным с хозяйствованием. Отсюда следует, что одной из основных причин современного кризиса является демографическое перенасыщение.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Закон социально экологического равновесия Общество развивается до тех пор, и поскольку, постольку сохраняет равновесие между своим давлением на среду и восстановление этой среды.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Принцип старого автомобиля Со временем эколого-социально-экономическая эффективность технических устройств, обеспечивающих «жесткое» управление природными системами процессами, снижается, а экономические расходы на их поддержание возрастают.
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Формула экологической безопасности Экологическая безопасность = уровень экологического сознания численность населения х уровень потребления
Экологический научно образовательный центр ТГУ им. Г. Р. Державина Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите экологические кризисы. 2. Дайте определение агроэкологическому закону убывающей энергии. 3. Дайте определение закону обратимости биосферы. 4. Дайте определение закону социально экологического равновесия. 5. Составьте формулу экологической безопасности.
Скачать презентацию Экологический научно образовательный центр ТГУ им Г Р
по общей экологии.ppt