Экология и Биосфера Лектор К б н Доломатов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

• Автотрофы живут благодаря тому, что самостоятельно получают жизненную энергию, используя для этого солнечный свет и углекислый газ. Процесс преобразования CO 2 и воды под действием солнечных квантов в органические вещества (г. о. в глюкозу), называется фотосинтезом. • Благодаря своей способности самостоятельно продуцировать необходимую им энергию растения-автотрофы лежат в основе пищевой пирамиды.

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

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

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

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

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

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

Различают три способа построения экологических пирамид.

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

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

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

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

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

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

ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ

• Главный компонент биосферы – ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО – совокупность всех живых организмов планеты. • Количественная мера живого вещества – БИОМАССА. Выделяют БИОМАССЫ различных регионов суши, океанов, атмосферы. • БИОМАССА - выраженное в единицах массы количество живого вещества, приходящееся на единицу площади или объема местообитания (г/м 2, кг/га, г/м 3 и др. ). На Земле преобладает (97— 99%) фитомасса. • Суммарная биомасса сухого органических вещества биосферы составляет примерно 85— 100 млрд. т. Определение биомассы необходимо при изучении биологической продуктивности, а также прогнозировании результатов хозяйственной деятельности человека.

ПОКАЗАТЕЛИ БИОПРОДУКТИВНОСТИ

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

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

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

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

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

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

ЭКОТИПЫ ЧЕЛОВЕКА

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

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

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

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

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

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

• СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!