Лекция 1 Экология и краткий обзор ее

Лекция 1 Экология и краткий обзор ее развития. Биосфера. – глобальная экосистема Земли. Круговороты веществ.

1. Акимова Т. В. Экология. Человек Экономика Биота Среда: Учебник для студентов вузов/ Т. А. Акимова, В. В. Хаскин; 2 е изд. , перераб. и дополн. М. : ЮНИТИ, 2001. 556 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов. 2. Акимова Т. В. Экология. Природа Человек Техника. : Учебник для студентов техн. направл. и специал. вузов/ Т. А. Акимова, А. П. Кузьмин, В. В. Хаскин. . Под общ. ред. А. П. Кузьмина; Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. М. : ЮНИТИ ДАНА, 2001. 343 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов. 3. Бродский А. К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М. : Изд. Центр «Академия» , 2006. 256 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для бакалавров, магистров и студентов вузов. 4. Воронков Н. А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М. : Агар, 2006. – 424 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов. 5. Коробкин В. И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. 6 е изд. , доп. И перераб. Ростон н/Д: Феникс, 2003. 575 с. Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. Рекомендовано Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов. 6. Николайкин Н. И. , Николайкина Н. Е. , Мелехова О. П. Экорлогия. 2 е изд. Учебник для вузов. М. : Дрофа, 2003. – 624 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов технич. вузов. 7. Стадницкий Г. В. , Родионов А. И. Экология: Уч. пособие для стут. химико технол. и техн. сп. вузов. / Под ред. В. А. Соловьева, Ю. А. Кротова. 4 е изд. , испр. – СПб. : Химия, 1997. 238 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов. 8. Одум Ю. Экология т. т. 1, 2. Мир, 1986. 9. Чернова Н. М. Общая экология: Учебник для студентов педагогических вузов/ Н. М. Чернова, А. М. Былова. М. : Дрофа, 2004. 416 с. Допущено Минобр. РФ в качестве учебника для студентов высших педагогических учебных заведений. 10. Экология: Учебник для студентов высш. и сред. учеб. заведений, обуч. по техн. спец. и направлениям/Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев, Ф. В. Карамзинов и др. ; под общ. ред. Л. И. Цветковой. М. : АСБВ; СПб. : Химиздат, 2001. 550 с.

Основные цели дисциплины: ознакомление студентов с концептуальными основами экологии, как фундаментальной науки формирование экологического мировоззрения на основе знания особенностей живых систем воспитание экологической культуры.

Результат обучения(частные компетенции) Умения: использовать, обобщать и анализировать информацию при решении задач экологической направленности Навыки: использование во всех видах своей жизнедеятельности экологического знания

Основные задачи дисциплины: изучение основных законов экологии, свойств живых систем, средообразующей функции живого, структуры, эволюции биосферы и роли в ней человека формирование у студентов научного мировоззрения и представлений о человеке как о части природы, о единстве и ценности всего живого, и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы убеждение в необходимости научно обосновывать природоохранные мероприятия и находить баланс между экономическими и экологическими интересами людей

Введение Экология ( «ойкос» дом, «логос» учение) – это наука о взаимоотношениях живых организмов и сообществ между собой и с окружающей средой обитания Э. Геккель, 1866 г.

Законы Коммонера Всё связано со всем в законе отражён экологический принцип холизма (целостности), он основан на законе больших чисел. Всё должно куда-то деваться закон говорит о необходимости замкнутого круговорота веществ и обеспечения стабильного существования биосферы. Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами. Ничто не даётся даром закон говорит о том, что каждое новое достижение неизбежно сопровождается утратой чего то прежнего

История развития экологии – три этапа 1. Зарождение и становление экологии как науки До 60 х г. г. XIX века На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.

Аристотель (384– 322 г. г. до н. э. ). «История животных» Теофраст (372– 287 г. г. до н. э. ) «История растений» К. Линней (1707– 1778 г. г. ) Ж. Б. Ламарк (1744– 1829 г. г. ) Т. Мальтус (1766– 1834 г. г. ) С. П. Крашенинников (1713– 1755 г. г. ) – «Описание земли Камчатской»

2. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний 60 е г. г. XIX в. – 50 е г. г. XX в. Ч. Дарвин (1809– 1882 г. г. ) определил основные факторы эволюции органического мира: n n 1859 г. – «Происхождение видов путем естественного отбора…» 1871 г. – «Происхождение человека»

В. В. Докучаев (1846– 1903 г. г. ) – основоположник почвоведения Э. Геккель В. Шелфорд, Ч. Адамс В. И. Вернадский А. Тенсли, 1935 г. – экосистема В. Н. Сукачев, 1940 г. биогеоценоз

3. Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды 50 е г. г. XX в. – до настоящего времени Современный этап связан с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу Ю. Одум, Б. Небел, Н. Н. Моисеев, Н. Ф. Реймерс

Классификация экологии В зависимости от среды, местообитания организмов: экология суши, моря, озера По конкретным объектам и средам исследования: экология растений, животных, микроорганизмов На стыке экологии с другими отраслями знаний: инженерная экология, математическая, медицинская, космическая С научно практической точки зрения: теоретическая, изучающая общие закономерности организации жизни и прикладная, изучающая механизмы разрушения биосферы человеком, разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов и т. д. Экология человека – взаимодействие антропосистемы и биосферы

Структура экологии Основная часть экологии как биологической науки – общая экология, которая изучает наиболее общие закономерности взаимоотношений организмов и среды

В зависимости от уровня организации в общей экологии выделяют следующие разделы: Аутэкология изучает индивидуальные связи со средой отдельных особей или видов Популяционная экология (демэкология) изучает структуру и динамику популяций отдельных видов Синэкология изучает взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой

Этапы взаимоотношений человека и природы Современный человек 40 тыс. лет назад

1. Этап охотничества собирательства Влияние человека на среду незначительное Использование огня для загона и ловли дичи Пожары, разрушение растительных сообществ, обеднение видового состава крупных позвоночных

2. Этап аграрной цивилизации 10 тыс. лет назад Скотоводство и земледелие Положительный результат: n n Увеличение численности населения Возникновение ремесел Совершенствование орудий труда Зарождение процесса урбанизации

Негативные последствия Сельское хозяйство развивалось по схеме: лес → пастбище → поля сельскохозяйственных культур → пустыни Разрушение экосистем: уничтожение лесов, засоление почв и опустынивание, вымирание крупных представителей фауны

Несмотря на изменение экосистем в локальном масштабе, деятельность человека вписывалась в биогеохимический круговорот веществ и не изменяла притока энергии в биосфере. Использовались в основном растительные материалы (биодеградирующие) и металлы, полностью осуществлялось самоочищение вод и земель.

3. Этап индустриальной цивилизации ХIХ в. Зарождение и развитие промышленности Строятся города, повышается уровень жизни людей

Негативные последствия Резкий рост населения – демографический взрыв Уменьшение разнообразия естественной среды (уничтожаются леса и болота, вытесняются дикие животные из развитых районов) Нарушение круговорота веществ (отходы не минерализуются) Рост потребления энергии – нехватка энергоресурсов

Схема социального обмена веществ и энергии общество захват переработка усвоение выделение Природа

На всех этапах взаимодействия общества и природы происходит загрязнение окружающей природной среды. На 1 человека добывается 20 т сырья, перерабатывается в продукты 2 т. Около 90 % сырья идет в отходы. В окружающую среду выбрасываются продукты, чуждые природе, ПАВ, тепло

Уровни организации материи

Планетарное строение Концентрические внутренние и внешние оболочки. Внутренние оболочки: ядро, мантия. Внешние оболочки: литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера, биосфера.

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты (4, 7 млрд. лет) Bios – жизнь, sphara – сфера, шар Э. Зюсс, 1875 год – ввел термин «биосфера» В. И. Вернадский, первая треть ХХ века, учение о биосфере; ноосфере (высшая стадия развития биосферы)

Границы биосферы

СОСТАВ БИОСФЕРЫ (абиотическая и биотическая части) живое вещество биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов – осадочные породы органического происхождения) биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами) косное вещество (горные породы магматического и неорганического происхождения).

Важнейшая функция биосферы Биогенный ток атомов В основе биогенной миграции лежат два биохимических принципа: стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни; обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию

Классификация живых организмов (более 2, 2 млн. видов) Доядерные организмы (Procaryota) – бактерии и синезеленые водоросли, в клетках которых нет ядра и ДНК в них не отделяется от цитоплазмы никакой мембраной; Ядерные организмы (Eycaryota) – животные, грибы и растения, клетки которых содержат ядро и ДНК отделена от цитоплазмы ядерной мембраной, поскольку находится в самом ядре

Классификация организмов Автотрофные создают органическую материю из неорганической (фотосинтезирующие растения суши и водной среды, сине зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии) Гетеротрофные потребляют только готовые органические вещества (все животные, человек и т. д. )

Автотрофы

Гетеротрофы

2. По связям в пищевой цепи Продуценты Консументы Редуценты

Функции живого вещества Энергетическая (прежде всего фотосинтез) Газовая Концентрационная (в живых организмах концентрация легкого H 2, O 2, C, N, Si, Cl, Ca и K значительно выше, чем в окружающей среде). Окислительно-восстановительная (организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью). Деструкционная (минерализация органического вещества или превращение живого вещества в косное).

Функции живого вещества (по Вернадскому) Газовая Концентрационная Окислительно-восстановительная Биохимическая (размножение, рост, перемещение в пространстве) Биогеохимическая деятельность человека

Функции живого вещества Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества. Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этими элементами, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды. Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот. Средообразующая. Преобразование физико химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества). Транспортная. Пищевые взаимодействия живого вещества приводят к перемещению огромных масс химических элементов и веществ против сил тяжести и в горизонтальном направле нии.

Четыре основных положения учения В. И. Вернадского о ноосфере: 1) ноосфера – исторически последнее состояние геологической оболочки биосферы, преобразованной человеком; 2) ноосфера – сфера разума и труда; 3) изменения в биосфере обусловлены как сознательной, так и бессознательной деятельностью человека; 4) дальнейшее развитие ноосферы связано с развитием социально экономических факторов: мир, наука (мирные условия существования и развитие науки).

Техносфера «техническая оболочка» искусственно преобразованное пространство планеты, находящееся под воздействием продуктов производственной деятельности человека

Круговорот веществ в природе Большой (геологический) Малый (биогеохимический)

Большой (геологический) круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли

Малый круговорот (биогеохимический) Совершается лишь в пределах биосферы Сущность малого круговорота: образование живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения

Круговорот азота Органический азот животных и растений (NH 2 ) Аммонификация Мочевина СО(NH 2)2 Продукция и ассимиляция растениями и животными Аммиак (NH 3) Нитрификация Нитриты (NО 2) Нитрификация Нитриты (NО 3) Ион аммония (NH 4) Закись азота (N 2 О) Свободный азот N 2 Денитрификация Фиксация азота клубеньковыми бактериями

В биогеохимическом круговороте две части: резервный и обменный В биосфере в целом можно выделить: 1) круговорот г/о веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре

Биогеохимические циклы углерода, азота, кислорода, фосфора и серы Кислород – скорость 2 тыс. лет, на суше фотосинтез 53 млрд. тонн, в океанах – фотосинтез 414 млрд. тонн Азот (белки, аммонийные соединения, нитриты и нитраты) Углерод скорость 300 лет, (фотосинтез) Сера и фосфор – осадочные циклы

Круговороты воды, кислорода и углекислого газа (по П. Клауду и А. Джибору, 1972)

Лекция 2 1. Экологические факторы (абиотические и биотические). 2. Закономерности взаимодействия живых организмов с окружающей средой. 3. Закон лимитирующего фактора. Закон толерантности. 4. Адаптации. 5. Популяции и их характеристики. 6. Экологическая ниша.

Экологические факторы биотические и абиотические любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития

Экологические факторы (по А. С. Мончадскому) Первичные периодические (связаны с вращением Земли – смена времен года, суточная смена освещенности) Вторичные периодические (следствие первичных – влажность, температура, осадки, динамика растительной пищи, …) Непериодические (почвенно грунтовые факторы; стихийные явления; примеси в воде и воздухе, связанные с деятельностью промышленных предприятий)

Абиотические факторы наземной среды Солнечная лучистая энергия (длина волны 0, 17 4, 0 мкм) 48% видимая, 45% инфракрасная, 7% ультрафиолетовая часть спектра Освещенность земной поверхности Влажность атмосферного воздуха Осадки Газовый состав атмосферы Температура Ветер Давление атмосферы

Абиотические факторы почвенного покрова Минеральный состав Механический состав Тепловые свойства Водные свойства Химический состав Биомасса

Абиотические факторы водной среды Плотность Вязкость Подвижность Температурная стратификация Режим, связанный с периодическими изменениями температуры Прозрачность Соленость Присутствие растворенных газов

АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ КЛИМАТИЧЕСКИЕ (СВЕТ, ТЕМПЕРАТУРА, ВЛАГА, ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА, ДАВЛЕНИЕ) ЭДАФОГЕННЫЕ (МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ВЛАГОЕМКОСТЬ, ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ПОЧВЫ) ОРОГРАФИЧЕСКИЕ (РЕЛЬЕФ, ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ, ЭКСПОЗИЦИЯ СКЛОНА) ХИМИЧЕСКИЕ (СОЛЕВОЙ СОСТАВ ВОДЫ, КОНЦЕНТРАЦИЯ, КИСЛОТНОСТЬ И СОСТАВ ПОЧВЕННЫХ РАСТВОРОВ)

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ФИТОГЕННЫЕ ЗООГЕННЫЕ МИКРОБИОГЕННЫЕ АНТРОПОГЕННЫЕ

Межвидовые взаимоотношения Нейтрализм Конкуренция Мутуализм Протокооперация Комменсализм Аменсализм Паразитизм Хищничество

Нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга Мутуализм – виды не могут существовать друн без друга Протокооперация (содружество) – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу Комменсализм – один вид извлекает пользу из сожительства, а другой не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость)

Аменсализм – один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения Паразитизм – паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель Хищничество – хищный вид питается своей жертвой Форезия – перeнос одного вида другими Синойкия – использование одними животными гнезд и нор других Мутуализм – способность одних видов развиваться только в присутствии других Интерференция – непреднамеренное подавление одного организма другим

Закономерности взаимодействия живых организмов со средой Наличие оптимального фактора Правило лимитирующего фактора Взаимодействие и компенсация факторов

Закон лимитирующего фактора Либих 1840 г наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения Наличие оптимального значения фактора среды толерантности для данного вида. Закон толерантности 1913 г Шелфорд лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору Взаимодействие и компенсация факторов

Дополнение к закону о толерантности Шелфорда Закон толерантности был предложен американским зоологом В. Шелфордом, но впоследствии был дополнен Ю. Одумом (1975 г. ) следующими положениями: 1) организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого; 2) организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены; 3) если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов.

Выживаемость, % 100 угнетения мин Зона нормальной жизнедеятельности Зона оптимума Зона нормальной жизнедеятельности Зона оптимум Диапазон толерантности Зона угнетения макс Интенсивность фактора

Пределы устойчивости организмов (на примере температуры) Opt 2 Opt 1 Opt 3 Акти вност ь, относ ит. ед. Температура

Стено (узкий) и эври (широкий) Frematomus bernacchi ( 2…+2) Cyprinodos macularis (+10…. +40)

Адаптации эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов

Адаптации к экологическим факторам - классификация Анатомо-морфологические (приспособление к парению в воде у планктонных организмов) Физиологические (зимний анабиоз) Поведенческие (сезонные миграции, строительство гнезд птицами)

Адаптация – процесс приспособления живых организмов к определенным условиям внешней среды. У организмов возникают и развиваются конкретные морфологические свойства, позволяющие им выжить и размножаться, и значение которых зависит от тех или иных условий окружающей среды. Так, приспособительная окраска является одним из важных средств пассивной защиты организмов. Многие животные средних и высоких широт зимой имеют белую окраску (песец, заяц, горностай). Скрывающая (расчленяющая) окраска, связанная с чередованием на теле животных (зебра, тигр) темных и светлых полос, приводит к тому, что они плохо видны на открытой местности (на расстоянии 50– 70 м). Наиболее ярким примером адаптации является мимикрия – подражание животных и растений определенным предметам неживой и живой природы. Так, многие виды безвредных змей сходны по внешнему виду с ядовитыми; безвредные мухи часто подражают пчелам и осам и др. Имитаторы широко встречаются среди насекомых, амфибий, рептилий и птиц, такое подражание способствует лучшему выживанию организмов.

Возможные пути адаптаций При всем многообразии форм и механизмов адаптаций живых организмов к воздействию неблагоприятных факторов среды их можно сгруппировать в три основных пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий. Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма внешним условиям. Заключается в экономном использовании энергетических ресурсов при ухудшении условий жизни, повышении устойчивости клеток и тканей. Проявляется в снижении интенсивности обменных процессов, замедлении скорости роста и развития, летнем сбрасывании листьев. Наиболее выражен у растений и пойкилотермных животных, у млекопитающих и птиц – только у гетеротермных видов, обладающих способностью впадать в спячку.

Пойкилотермные и гомойотермные организмы ПОЙКИЛОТЕРМНЫЕ ЖИВОТНЫЕ (от греч. poikilos — различный, переменчивый и therme — тепло), холоднокровные животные, животные с непостоянной внутр. темп рой тела, меняющейся в зависимости от темп ры внеш. среды. К П. ж. относятся все беспозвоночные, а из позвоночных — рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. Темп pa тела П. ж. обычно всего на 1— 2 °С выше темп ры окружающей среды или равна ей. У многих из них темп ра повышается под влиянием поглощения солнечного тепла (змеи, ящерицы) или мышечной работы (летающие насекомые, быстро плавающие рыбы). При повышении или понижении темп ры внеш. среды за пределы оптимальных П. ж. впадают в оцепенение или гибнут. Отсутствие совершенных терморегуляц. механизмов у П. ж. обусловлено относительно слабым развитием нервной системы, низким уровнем обмена веществ (примерно в 20— 30 раз ниже, чем у гомойотермных животных), а также отсутствием замкнутой системы кровообращения (беспозвоночные) или несовершенством её регуляции. ГОМОЙОТЕРМНЫЕ ЖИВОТНЫЕ (от греч. homoios — подобный и therme — тепло), теплокровные животные, поддерживают внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. К Г. ж. относятся птицы и млекопитающие. Гомойотермность обеспечивается механизмами терморегуляции.

Правило Аллена (правило пропорции): у видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие части тела (конечности, хвост, уши) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест. Правило Аллена наглядно проявляется при сравнении длины ушей у трех видов лисиц, обитающих в разных географических областях: песец – обитатель тундры, лисица обыкновенная – обитатель умеренных широт, лисица фенек – обитатель пустынь Африки.

Правило Бергмана — экогеографическое правило, сформулированное в 1847 г немецким биологом Карлом Бергманом. Правило гласит, что среди сходных форм гомойотермных (теплокровных) животных наиболее крупными являются те, которые живут в условиях более холодного климата — в высоких широтах или в горах. Если существуют близкие виды (например, виды одного рода), которые существенно не отличаются по характеру питания и образу жизни, то более крупные виды также встречаются в условиях более сурового (холодного) климата

Правило Глогера (К. Глогер, 1833) Виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей. (Это позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла. )

Биоклиматический закон (А. Хопкинс, 1918) По мере продвижения на север, восток и вверх в горы время наступления периодических явлений в жизнедеятельности организмов запаздывает на четыре дня на каждые 1 град. широты, 5 град. долготы и примерно 100 м высоты.

Популяция совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией Параметры: численность, плотность, рождаемость, смертность, выживаемость, биотический потенциал, возрастная структура, половая структура

ВИДЫ ПОПУЛЯЦИЙ ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ

Схема пространственных подразделений популяции 4 – элементарная (микропопуляция) экологическая или местная популяция - 3 2 – географическая популяция 1 – ареал вида

Элементарная популяция Совокупность особей одного вида, занимающих небольшой однородный участок среды, обозначается как элементарная популяция, или микропопуляция. В состав элементарных популяций входят генетически однородные особи. Количество элементарных популяций, на которые распадается вид, зависит от разнородности условий от среды обитания: чем они однообразнее, тем меньше элементарных популяций, и наоборот. Между элементарными популяциями всегда имеются некоторые отличия, определяемые их генетическим своеобразием и средой обитания. В природе элементарные популяции могут смешиваться.

Экологическая популяция Разные члены популяции могут проявлять различия во взаимоотношении с окружающей средой. Можно выделить группировки по питанию, так как особи разного пола могут иметь разные предпочтения в пище. Разные особи популяции отличаются по ориентировочному поведению, двигательной активности; у многих животных проявляются различия реакций избегания опасности или оптимизации добычи пищи; часто наблюдается распределение функций при охоте на добычу, уходе за потомством и др. В популяции могут быть мигрирующие и немигрирующие группы особей. Для многих популяций характерна фенологическая дифференциация: разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения (диапауза, спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и др. ); наличие сезонных рас у насекомых, растений, некоторых рыб.

Географическая популяция Географические популяции занимают сравнительно большую территорию и относительно изолированы. Они различаются плодовитостью, размерами особей, морфологическими признаками и другими особенностями. Особи географических популяций одного вида могут скрещиваться между собой.

Важнейшая функция популяции – обеспечение выживания организмов составляющего ее вида и воспроизведение вида в конкретных условиях. Процесс воспроизводства носит непрерывный характер, выражающийся в смене отдельных индивидов внутри популяции, и поэтому при оптимальных условиях жизнедеятельности существование популяции может продолжаться неограниченно долго – популяция бессмертна как структурная единица. Например, некоторые виды структурная единица организмов на планете существуют уже сотни миллионов лет (крокодилы, черепахи, сине зеленые водоросли и т. п. ).

Пространственное распределение особей в популяциях случайное групповое равномерное

Продолжительность жизни Физиологическая, обусловленная только физиологическими возможностями организма Максимальная – до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды

Типы роста численности Гиперболический n n 0 t* Время, t

Экспоненциальный рост (Мальтузианский, неограниченный) n n 0 Время, t

Логистический n III К II I n 0 t

Рост с ограничением n K n 0 Время, t

Периодические колебания численности n t

• Колебания численности Затухающая осцилляция n t

Выживаемость Смертность Число особей Кривые выживания Дрозофила Гидра Устрица Время

Биотический потенциал b – рождаемость d – смертность r может быть максимальным, минимальным или экологическим. Максимальное значение биотического потенциала (мальтузианский параметр) проявляется лишь в оптимальных условиях и зависит от физиологических способностей данного биологического вида. Мальтузианский параметр биологического вида можно определить также как врожденную скорость увеличения численности его естественных популяций.

Экологическая стратегия выживания – стремление организмов к выживанию К стратегия (k отбор) (направлен на повышение выживаемости в условиях уже стабилизировавшейся численности); (k – стратеги, равновесные популяции) Большинство крупных млекопитающих r стратегия (определяется отбором, направленным на повышение скорости роста популяции) (r – стратеги, оппортунистические популяции) Большинство растений, одноклеточные организмы, грибы

Стабильность популяций и причины ее нарушения Стабильной называется такая популяция, которая: находится в благоприятных условиях, близких к оптимальным; имеет высокий биотический потенциал, близкий к максимальному, но не достигает его максимального его значения. Среди причин, приводящих к нарушению стабильности популяций, прежде всего, следует отметить следующие: Естественные. К ним относятся: резкие изменения климатических факторов, геомагнитные отклонения, цикличность солнечной активности и др. Антропогенные. Среди них наиболее значимы: чрезмерная интенсивность изъятия особей, разрушение естественных мест обитания, вселение видов в новые условия, загрязнение среды обитания.

Экологическая ниша организма это совокупность всех требований организма к условиям среды обитания и место, где эти требования удовлетворяются Местообитание – это пространственно ограниченная совокупность условий абиотической и биотической среды, обеспечивающая весь цикл развития особей одного вида Экологическая ниша включает в себя следующие основные компоненты: пространственное размещение вида зона толерантности вида к различным экофакторам место биологического вида в пищевой цепи роль вида в межвидовых взаимодействиях роль вида в создании и переносе органического вещества значение вида для биоценоза

Схема экологической ниши организма Р Н C С W T T X

Правило экологической ниши: два близкородственных вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Принцип конкурентного исключения (принцип Гаузе, 1934 год) Две равноправные формулировки: 1. Два вида с одинаковыми экологическим потребностями не могут сосуществовать длительное время, один из них будет неизбежно вытеснен. 2. Сосуществование между полными конкурентами невозможно

Экологическая диверсификация - это процесс разделения экологических ниш. Экологическая диверсификация в биотических сообществах происходит в основном по трем направлениям: • Пространственное разделение. Например, образование вертикальной ярусности в лесных биоценозах. • Разделение по пищевому рациону. К примеру, известны два вида бакланов, сосуществование которых в пределах одного ареала стало возможно ввиду различий в пищевом рационе. • Распределение активности по времени суток. Так, например, существуют дневные и ночные хищники.