ЭКОЛОГИЯ ЛЕКЦИЯ 2 БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ Пищевые трофические

ЭКОЛОГИЯ ЛЕКЦИЯ 2

БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ Пищевые (трофические) связи l От них зависит жизнь организмов, обеспеченность их энергией. Эти связи носят всеобщий характер, так как нет ни одного вида на Земле, который ни служил бы пищей другим или сам ни использовал бы для этих целей другие виды. l Трофические отношения образуют в сообществах сложную систему, которую называют сетью питания.

БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ Пищевые (трофические) Пищевые связи : l обеспечивают передачу вещества и энергии от одного организма к другому. l служат механизмом регуляции численности популяций.

Передача энергии по пищевой цепи капуста (первый трофический уровень) – продуцент l коза (второй трофический уровень) - консумент первого порядка как растительноядное животное l волк (третий уровень) - консумент второго порядка Проследим, как расходуется в этой цепи солнечная энергия, связанная в кочане капусты. l

Передача энергии по пищевой цепи на рост идет около 10 процентов усвоенной энергии. в теле козы задержится даже менее десятой части энергии, заключенной в кочане капусты, так как часть вещества капусты не усваивается. Когда же козу съест волк, то на прирост его тела достанется не более одного процента энергии, связанной в капусте

Передача энергии по пищевой цепи передача вещества и энергии по цепям питания подчиняется так называемому "правилу десяти процентов". В каждом последующем звене цепей питания количество задерживаемой энергии уменьшается примерно в 10 раз, и уже через 4 -5 звеньев она практически полностью иссякает.

Передача энергии по пищевой цепи l На создание 1 кг массы растительноядных животных в природе затрачивается в 10 раз больше солнечной энергии, чем на 1 кг массы растений. Соответственно продукция плотоядных обходится в 10 раз дороже.

Передача энергии по пищевой цепи Правило 10 процентов можно выразить в виде пирамиды биологической продукции. Нижняя, широкая ступень пирамиды отражает скорость создания органического вещества на первом трофическом уровне, а каждая последующая ступень оказывается в 10 раз меньше предыдущей.

Поэтому проблема голода для населения разных стран начинается прежде всего с нехватки вторичной продукции - животных белков, необходимых в рационе человека.

Пирамида продукции и поток энергии в экосистемах

БИОЛОГИЧЕСКОЕ НАКОПЛЕНИЕ Пример биологического накопления пестицида ДДТ l l l l Содержание ДДТ млн-1 К Вода 0, 00005 Планктон 0, 04 800 Растительноядные рыбы 0, 94 18800 Хищные рыбы 1, 33 26600 Цапля 3, 57 71400 Серебристая чайка 6, 0 120000 Баклан 26, 4 528000

Экологические факторы l биотические - взаимные влияния организмов друг на друга. l абиотические - факторы неживой природы антропогенные - все формы воздействия на природу человека l

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИДОВ К основным способам взаимодействия видов относятся: l l l межвидовая конкуренция; хищничество; паразитизм; мутуализм; комменсализм.

Межвидовая конкуренция Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные виды потребляют их сообща. Если два или более видов в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях межвидовой конкуренции.

Хищничество Форма взаимодействия видов в пищевых цепях и сетях, когда отдельная особь одного вида (хищник) питается организмами (или частями организмов) другого вида (жертвы). Причем хищник живет отдельно от жертвы. Эти два вида организмов вовлечены в отношения типа хищник – жертва.

Паразитизм Паразиты питаются за счет другого организма, называемого хозяином. В отличие от хищников они живут на хозяине или внутри его организма на протяжении значительной части их жизненного цикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постепенно ослабляя и нередко даже убивая его. Например, ленточные черви, болезнетворные бактерии и другие паразиты живут внутри своих хозяев. Вши, клещи и такие растения-паразиты, как омела белая, прикрепляются к своим хозяевам снаружи.

МУТУАЛИЗМ Мутуали зм (англ. mutual — взаимный) — широко распространённая форма взаимополезного сожительства. Присутствие партнёра становится обязательным условием существования каждого из них. Более общим понятием является симбиоз, который представляет собой сосуществование различных биологических видов. Но в отличие от мутуализма, симбиоз может быть и не выгоден одному из партнёров.

МУТУАЛИЗМ Преимущества, которые получает организм, вступающий в мутуалистические отношения, могут быть различны. Часто, по крайней мере, один из партнёров использует другого в качестве поставщика пищи, тогда как второй получает защиту от врагов или благоприятные для роста и размножения условия. В других случаях вид, выигрывающий в пище, освобождает партнёра от паразитов, опыляет растения или распространяет семена. Каждый из участников мутуалистической пары действует эгоистично, и выгодные отношения возникают лишь потому, что получаемая польза перевешивает затраты, требуемые на поддержание взаимоотношений.

Комменсализм l Комменсализм (от лат. com — «с» , «вместе» и mensa — «стол» , «трапеза» ; буквально «у стола» , «за одним столом» ; ранее — сотрапезничество) — способ совместного существования (симбиоза) двух разных видов живых организмов, при котором один из партнёров этой системы (комменсал) возлагает на другого (хозяина) регуляцию своих отношений с внешней средой, но не вступает с ним в тесные взаимоотношения. l При этом, популяция комменсалов извлекает пользу от взаимоотношения, а популяция хозяев не получает ни пользы, ни вреда (например, чешуйница обыкновенная и человек), т. е. метаболические взаимодействия и антагонизм между такими партнёрами чаще всего отсутствуют. Комменсализм — как бы переходная форма от нейтрализма к мутуализму.

Абиотические факторы среды имеют физико-химическую природу и определяют пределы устойчивости жизни на Земле l l l l l Температура Освещенность Влажность Давление Радиоактивное излучение Содержание кислорода Солевой состав воды и почвы Ветры Течения и т. п.

Гомеостаз – способность биологического объекта к саморегуляции при изменении условий окружающей среды; для организма сохранение постоянства внутренней среды организма и устойчивость основных физиологических функций при изменении внешних условий. Пороговый эффект – малое изменение или воздействие может оказаться критическим и вызвать негативные последствия (если система находится в предпороговой области). Например, массовая гибель деревьев после длительного воздействия загрязненного воздуха.

ДИАПАЗОНЫ ТОЛЕРАНТНОСТИ И ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ Диапазон толерантности – амплитуда колебаний различных факторов (температура, влажность, свет) при которой существует полноценный рост популяций. Закон толерантности – существование, распространенность и распределение видов живых организмов в экосистеме определяется тем, может ли уровень одного или нескольких физических или химических факторов быть выше или ниже уровней толерантности этих видов. Уровень толерантности отдельного организма зависит от его возраста, здоровья, физиологического состояния, генотипа (например, толерантность к спиртному). К постепенно изменяющимся условиям можно адаптироваться (привыкнуть).

Принцип лимитирующего фактора – избыток или недостаток одного абиотического фактора может повлечь за собой ограничение или остановку роста численности популяции в экосистеме, даже если значения других факторов оптимальны. Лимитирующий фактор – любой фактор, тормозящий рост популяции в экосистеме Лимитирующие факторы для наземных экосистем: - температура, - вода, - свет, - питательные вещества в почве. Лимитирующие факторы для водных экосистем: - температура, - солнечный свет, - содержание растворенного кислорода, - соленость.

ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМЫ Закон оптимума. l Закон оптимума отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Нет всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит от их дозировки. Правило экологической индивидуальности l В природе нет двух видов с полным совпадением оптимумов и критических точек по отношению к набору факторов среды. Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому.

ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМЫ Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора l На живые существа одновременно действует множество факторов, и к тому же большинство из них переменчиво. Но в каждый конкретный период времени можно выделить самый главный, от которого в наибольшей мере зависит их жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума. Он и является ограничивающим жизнедеятельность организмов в данный период.

ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМЫ Принцип совместного действия факторов l Он заключается в том, что результат влияния любого экологического фактора на организмы во многом зависит от того, в какой комбинации и с какой силой действуют в данный момент и другие.

Биогенные вещества (биогены) химические элементы, постоянно входящие в состав живых организмов и выполняющие определенные биологические функции

Живые системы включают в себя около 20 элементов Главными из них являются • углерод • водород • кислород, • азот • фосфор • сера

Основные принципы : функционирования экосистем • Получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов • Экосистемы существуют за счет солнечной энергии • Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень или на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Устойчивость живой природы Принцип цикличности. l Циклическое использование ограниченных по запасам веществ делает их практически неисчерпаемыми.

Устойчивость живой природы Принцип отрицательной обратной связи. l Отрицательная обратная связь заключается в том, что возникшие в системе отклонения от ее нормального состояния вызывают в ней самой такие изменения, которые начинают противодействовать этим отклонениям. Происходит регуляция, т. е. возврат системы в прежнюю норму.

Устойчивость живой природы Принцип биологического разнообразия. l Взаимодополняемость видов. l Разнообразие видов позволило жизни освоить все уголки биосферы. l Биологический круговорот веществ требует участия видов с прямо противоположными функциями. l Взаимозаменяемость видов.

Биоразнообразие – множество всех живых форм на Земле l l l включает разновидности растений, животных, микроорганизмов, а также экологические системы и экологические процессы, генетическое разнообразие. Сейчас известно около 1, 8 млн видов (из них 250 тыс. растений). Предполагается, что всего может быть около 30 млн. видов.

Значение биоразнообразия l Экологическое (основа функционирования экосистем) l Экономическое (продовольствие, домашние животные) l Медицинское (лекарства, исследования) l Эстетическое и рекреационное (красота, отдых, туризм) l Научное (исследование эволюции, деятельности экосистем) l Этическое

Исчезновение видов l l l естественная часть эволюции «Фоновая» степень исчезновения – 1 -10 видов в год На Земле было 5 периодов массового уничтожения видов за 1, 5 млрд лет.

Исчезновение видов l l l Силурийское вымирание произошло около 440 млн. лет назад, тогда еще наземной жизни не было, но погибло около 65% существ, живших в море. Около 364 млн. лет назад произошло девонское вымирание, количество морских животных сократилось наполовину. Около 250 млн. лет назад произошло пермское вымирание. Его называют великим, потому что вымерло 95% видов всех живых существ.

l l Триасово вымирание, 200 млн. лет назад, погибла примерно половина всех существ, живших тогда на Земле. В качестве причины предполагается вулканическая активность. Мел-палеогеновое вымирание - произошло примерно 65 млн. лет назад. Тогда погибли динозавры.

Массовое исчезновение видов Последний период – 65 млн. лет назад – исчезновение динозавров

Исчезновение видов Сейчас – 1 000 видов в год. l Каждый восьмой вид подвергается риску исчезновения l К 2015 г. биосфера может утратить 10 -15% видов l О снижении биоразнообразия впервые стали говорить в 1920 е годы Гарри Харлан (США) и Николай Вавилов (СССР) l Страны, растения которых наиболее подвержены риску исчезновения – США, Австралия, ЮАР, Турция, Мексика, Бразилия, Панама, Индия, Испания, Перу.

На грани полного исчезновения: Белый носорог (Африка), Калифорнийский кондор (США)

На грани полного исчезновения: Большая панда (Китай), Снежный барс (Центральная Азия)

Причины уменьшения биоразнообразия Внедрение чужеродных видов водяной гиацинт в США из Центральной Америки l ,

Причины уменьшения биоразнообразия Внедрение чужеродных видов опунция и европейский заяц в Австралии

Причины уменьшения биоразнообразия l Глобальные экологические изменения (Изменение температуры, избыток СО 2 и азота)

Причины уменьшения биоразнообразия Разрушение местообитаний l сведение лесов

Причины уменьшения биоразнообразия Разрушение местообитаний l Опустынивание

Причины уменьшения биоразнообразия l Промысловая охота

Природная и антропогенная экосистема

Сохранение биоразнообразия l l Ботанические сады (1 600 в мире) и зоопарки Красные книги Первое издание Красной книги России – 1995 г. – 247 видов Банки генов (с 1970 х) – в основном семена и предки культурных растений (более 6 млн) Особо охраняемые природные территории (ООПТ)

Сохранение биоразнообразия ЗАПОВЕДНИКИ Согласно Федеральному закону «Об особо охраняемых природных территориях» государственный природный заповедник — одна из категорий особо охраняемых природных территорий исключительно федерального значения, полностью изъятая из хозяйственного использования в целях сохранения природных процессов и явлений, редких и уникальных природных систем, видов растений и животных;

Сохранение биоразнообразия Заповедники – никакой хозяйственной деятельности В России 93 заповедника (30 млн га), в том числе 18 биосферных Старейший – Баргузинский (Бурятия) 1916 г. l

Сохранение биоразнообразия Самый большой заповедник – Командорский (Камчатка) 1993 г. – 3649 тыс га

Сохранение биоразнообразия Всемирная сеть биосферных резерватов (англ. World Network of Biosphere Reserves) создана в рамках программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера» и объединяет в себя особо охраняемые природные территории, призванные демонстрировать сбалансированное взаимодействие природы и человека, концепцию устойчивого развития окружающей среды. Международная сеть является своеобразным двигателем для обмена знаниями и опытом, для образовательных и исследовательских программ, для мониторинга и для принятия совместных решений. В настоящее время существует 0 коло 600 биосферных резерватов в 109 странах по всему миру[1], в том числе есть ряд международных, или транснациональных, резерватов. Биосферные резерваты называют биосферными заповедниками.

Сохранение биоразнообразия Заказники Национальные парки

Сохранение биоразнообразия Национальные парки l l территория, где в целях охраны окружающей среды ограничена деятельность человека. В отличие от заповедников, где деятельность человека практически полностью запрещена (запрещены охота, туризм и т. п. ), на территорию национальных парков допускаются туристы, в ограниченных масштабах допускается хозяйственная деятельность.

Сохранение биоразнообразия l l Заказники охраняемая природная территория, на которой (в отличие от заповедников) под охраной находится не природный комплекс, а некоторые его части: только растения, только животные, либо их отдельные виды, либо отдельные историко-мемориальные или геологические объекты. 1. Государственными природными заказниками являются территории (акватории), имеющие особое значение для сохранения или восстановления природных комплексов или их компонентов и поддержания экологического баланса. 2. Объявление территории государственным природным заказником допускается как с изъятием, так и без изъятия у пользователей, владельцев и собственников земельных участков. 3. Государственные природные заказники могут быть федерального или регионального значения.

2

3

4

5

6

7

8

Сохранение биоразнообразия Па мятник приро ды охраняемая природная территория, на которой расположен редкий или достопримечательный объект живой или неживой природы, уникальный в научном, культурном, историкомемориальном или эстетическом отношении. .

Сохранение биоразнообразия Памятник природы l l В качестве памятника природы может охраняться водопад, метеоритный кратер, уникальное геологическое обнажение, пещера или, например, редкое дерево. Иногда к памятникам природы относят территории значительных размеров — леса, горные хребты, участки побережий и долин. В таком случае они именуются урочищами или охраняемыми ландшафтами. Памятники природы подразделяются по типам на ботанические, геологические, гидрологические, гидрогеологические, зоологические и комплексные. Для бо льшей части памятников природы устанавливается режим заказников, но для особо ценных природных объектов может быть установлен режим заповедников.

ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ l - наука об общих закономерностях взаимоотношения природы и общества Выделяют: геоэкологию, биоэкологию, гидроэкологию, ландшафтную экологию, этноэкологию, социальную экологию, химическую экологию, радиоэкологию, экологию человека и др.

Б. Коммонер 4 закона экологии: l l Всё связано со всем Ничто не исчезает в никуда Природа знает лучше Ничто не даётся даром