Лекция 2 Организм и среда Экологические факторы среды

Лекция 2. Организм и среда. Экологические факторы среды обитания организмов 1 08. 02. 2018

Содержание лекции 1. Понятие среды обитания, условий жизни, экологических факторов. 2. Типы экологических факторов. 3. Характеристика действия экологических факторов. Закон минимума, закон толерантности. 4. Законы взаимодействия организмов. 5. Экологическая ниша. 2 08. 02. 2018

среда Среда обитания – часть природы, организм окружающая живые организмы и оказывающая на них определённое воздействие. Природная среда – сочетание естественных и изменённых деятельностью человека факторов живой и неживой природы. Словарь терминов 3 Биотическая среда – силы и явления природы, обязанные своим происхождением жизнедеятельности ныне живущих организмов. Абиотическая среда – все силы и явления природы, происхождение которых не связано с живыми организмами. 08. 02. 2018

l l 4 Условия жизни, или условия существования – это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может Экологический фактор – любой элемент среды, способный оказать прямое влияние на живые организмы, хотя бы на одной их фаз их индивидуального развития 08. 02. 2018

Среды обитания 5 08. 02. 2018

Среды жизни 6 08. 02. 2018

Организменная среда 7 Фрагменты описторха в просвете желчного протока человека. Видны фрагменты матки с массой яиц. (Окраска: гематоксилин-эозин. Увеличение х100 и х250. Исследования кафедры судебной медицины 08. 02. 2018 Ижевской ГМА)

Домашнее задание Среда Особенности среды обитания Мало О 2 ; плотность меньше, чем у почвы, но больше, чем у воздуха; не большие колебания t Освещенность высокая Сильное колебание температур Отсутствует освещенность 8 08. 02. 2018 Приспособления организмов Обтекаемая форма тела Плавательные конечности Тело покрыто слизью

Среда, измененная человеком : техногенная, антропогенная, промышленная. 9 В экологии обычно речь идёт о неизмененной ОПС. Этот термин считают неудачным переводом английского слова environment, т. к. отсутствует указание на объект, который окружает среду. 08. 02. 2018

Человек и его окружающая среда 1 – среда проживания 2 – рабочая среда 3 – рекреационная среда 1 10 2 3 08. 02. 2018

Влияние среды на человека вода тепло свет пища воздух шум 11 люди (влажность, состав) другие влияния 08. 02. 2018 Условия существования – совокупность необходимых организмам элементов среды, с которыми они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать не могут

Факторы среды и адаптация к ним организмов Экологические факторы (ЭФ) - любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями, или адаптациями. ЭФ действуют как раздражители, ограничители, модификаторы 12 За пределами приспособительной реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов. 08. 02. 2018

Типы факторов среды Другие организмы, пища, хищники, паразиты 13 Рельеф, освещенность, наличие воздуха, влажность 08. 02. 2018 Прямое истребление (промысел), косвенное влияние (использование ксенобиотиков – чужеродных веществ)

Абиотические факторы Физические факторы v v Температура Влажность воздушной среды Давление Движение воздушных масс Химические факторы v v Соленость воды Содержание кислорода в воздухе Эдафические факторы v v 14 v Влажность почвы Структура почвы Содержание биогенных элементов 08. 02. 2018

Абиотические факторы наземной среды (климатические) v v v v t > 80°C насекомые, моллюски Температура t до -70°C водоросли, лишайники, пингвины λ < 380 нм ультрафиолетовая Свет, энергия солнца часть спектра λ = 380 -760 нм видимая часть Количество осадков спектра λ > 760 нм инфракрасная часть Влажность воздушной среды спектра Давление Движение воздушных масс Высота над уровнем моря < 250 мм/год пустыни Рельеф местности 250 -750 мм/год степи (злаковые) > 750 мм/год леса 15 08. 02. 2018

Абиотические факторы почвенного покрова Физические характеристики: v Структура v Пористость v Температура v Теплоемкость v Влажность Химические характеристики: v Реакция среды v Степень засоления v Химический состав Биологические характеристики: v Живые организмы v Черви, населяющие почву 16 08. 02. 2018 < 0, 002 мм в диаметре глина 0, 002 -0, 02 мм ил 0, 02 -2, 0 мм песок > 2, 0 мм гравий р. Н < 7 кислая среда р. Н = 7 нейтральная среда р. Н > 7 щелочная

Абиотические факторы водной среды Плотность v Теплоемкость v Подвижность v Температура v Прозрачность v Соленость v 17 08. 02. 2018 Мертвое море 240 г/л солей Мировой океан 35 г/л Черное море 19 г/л Каспийское море 14 г/л

Биотические факторы - Внутривидовые взаимодействия - Межвидовые взаимодействия - Воздействие на неживую природу (микроклимат) 18 08. 02. 2018

Антропогенные факторы l l 19 Изменение структуры земной поверхности; Изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества; Изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов; Изменения, вносимые в биоту 08. 02. 2018

Золото или природа? l 20 08. 02. 2018 Разработка золотых россыпей на Дальнем Востоке является самым долговременным и самым распространенным воздействием человека на ландшафты и речные экосистемы. В последние 40 лет ситуация обострилась в связи с появлением тяжелой специализированной техники, превращающей речные долины в лунный ландшафт с каскадами прудовотстойников вместо русла

Адаптации Поведенческая Физиологическая Морфологическая Адаптации – это приспособления организмов к среде. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающая самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться Уровни адаптации: 1. Механизмы, обеспечивающие адаптивный характер общего уровня стабилизации отдельных функциональных систем и организма в целом по отношению к наиболее генерализованным и устойчивым параметрам среды обитания. 2. Лабильные реакции, поддерживающие относительное постоянство общего уровня стабилизации путем включения адаптивных функциональных реакций при отклонении конкретных условий среды от средних характеристик l 21 08. 02. 2018

Примеры адаптаций 22 08. 02. 2018

Каждый организм живёт в определённых условиях, которые образуют живые и неживые компоненты среды: вода, воздух, свет, минеральные вещества, наличие других организмов и их взаимоотношений. l l 23 Различные виды организмов предъявляют свои требования к условиям среды. Большие колебания значений отдельных факторов среды, действуют как стрессовая ситуация. В стрессе организм подвергается угрозе. stress (англ. ) - «напряжение» 08. 02. 2018

Стресс-совокупность защитных физиологических реакций в организме чел. и жив. в ответ на воздействие различных неблагоприятных факторов(стрессоров): голод, холод, психологические и физические травмы. Бывает, что стресс наступает и при внезапном воздействии очень благоприятных факторов. 24 08. 02. 2018

Концепция лимитирующих факторов. Закон минимума (Юстас Либих, (1840 г. ) l l 25 В совокупном влиянии среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Их называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде «закон минимума» , сформулированный Ю. Либихом, касается успешного роста и урожайности сельскохозяйственных культур: «веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется устойчивость последнего во времени» 08. 02. 2018

Лимитирующие факторы l l l l 26 1. температура 2. свет 3. наличие воды в жидкой фазе 4. концентрация О 2 5. давление 6. рельеф 7. движение воздушных масс 08. 02. 2018

Современная формулировка закона минимума более универсальна l 27 Правило лимитирующего фактора: фактор, находящийся в недостатке или в избытке, отрицательно влияет на организм и ограничивает возможность проявления других факторов, даже находящихся в оптимуме. ПРИМЕР: пусть в определённой среде большинство условий для жизнедеятельности некоторого вида оптимальны, и только 1 условие имеет главное значение (лимитирующий фактор): например, недостаточное кол-во H 2 O при наличии оптимальных температуры, освещенности и т. д. Тогда кол-во H 2 O ограничивает возможность существования организма в данной среде 08. 02. 2018

Активность организма Зона толерантности (экологической приспособляемости) Зона пессимума (неблагоприятные условия) Зона оптимума Зона пессимума (неблагоприятн ые условия) Точки минимума и максимума критические точки, границы существования вида (благоприятные условия) Гибель 28 минимум Гибель 08. 02. 2018 максимум Интенсивность экологических факторов

Толерация (лат. )- терпение Закон толерантности Толерантность (в экологии) способность организмов выносить отклонения факторов среды от оптимальных значений. В биологии и медицине Т. - полное или частичное отсутствие иммунологического ответа, т. е. потеря или снижение организмом человека или животного способности к выработке антител в ответ на раздражение антигеном. 29 08. 02. 2018

Закон толерантности (В. Шелфорд, 1913 г. ) Фактором, ограничивающим процветание организма или вида, может быть как min, так и max экологического воздействия (плохо «недокормить» и «перекормить» ). Диапазон толерантности – между min и max (см. рисунок) 30 08. 02. 2018

Экотип – вид, имеющий широкое географическое распространение и образующий общности, адаптированные к местам обитания. Эврибионт – организм с широким пределом толерантности Стенобионт- организм с узким пределом толерантности Например: если рассматривать температуру (ЭФ= t), то организмы могут быть отнесены к эвритермным или стенотермным. 31 08. 02. 2018

Экологическая пластичность видов (по Р. Дажо, 1975). 32 08. 02. 2018

Экологическая валентность (пластичность) – степень способности организма адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды. Человек своей деятельностью нарушает закономерности действия ЭФ. Возможность и успех выживания организмов и популяций зависят: - от состояния лимитирующих факторов; - от диапазона толерантности; - от компенсации факторов. 33 Человек должен учитывать это, просчитывая свои действия на несколько шагов вперед. 08. 02. 2018

Связи организмов в экосистемах Связи - основное условие жизни организмов и их сообществ. Через них осуществляются цепи питания, регулируемые численности, реализуются механизмом устойчивости. Взаимосвязи организмов можно классифицировать разными способами, например, «по интересам» : 1) Трофические связи – основаны на интересах питания (питание одного организма другим или продуктами жизнедеятельности) 2) Топические связи - основаны на интересах использованного местообитания (топос (греч. ) – место). Например, насекомые в коре дерева (но не паразиты) 34 08. 02. 2018

Связи организмов в экосистемах 3) Форические (фарос (лат. ) -наружу, вон)- если одни организмы участвуют в распространении других или их зачатков (семян, спор, плодов) 4) Фабрические (фабрикатио (лат. )-изготовление)использование одними организмами других или их продуктов жизнедеятельности для постройки гнёзд, убежищ 35 08. 02. 2018

Взаимоотношения организмов Влияние в процессе взаимных контактов может быть: благоприятным (+), неблагоприятным (-) , нейтральным (0). 36 Меж- и внутривидовые взаимодействия – биотические факторы. Они складывались в результате конкурентной борьбы в условиях роста численности и плотности популяций за места гнездовий, за 08. 02. 2018 пищевые ресурсы.

1)Взаимоотношения выгодны обоим партнёрам – «++» симбиоз (мутуализм) Степень партнёрства - разная. Классический пример - лишайники: симбиоз гриба и водоросли. Водоросль поставляет грибу продукты фотосинтеза, а гриб для водоросли - поставщик минеральных веществ и является субстратом, на котором водоросль живёт) Микориза – сожительство грибов с корнями деревьев. Это тоже взаимовыгодные, но не такие тесные отношения 37 08. 02. 2018

2) Взаимоотношения выгодны для одного, но не выгодны для другого: «+ -» l Хищничество l оба совершенствуются: хищник – в плане успешности охоты жертва – в отношении самосохранения 38 паразитизм у паразита адаптации происходят по пути специализации структур на использование хозяина у хозяина вырабатывается иммунитет 08. 02. 2018

3) Взаимоотношения, невыгодные обоим партнёрам «- -» - конкуренция: требует от вида его постоянного совершенствования 4) реже встречаются: комменсализм ( «сотрапезник» ) «+ 0» (нахлебничество, квартиранство) 5) аменсализм - «безрассудство, безумство» «- 0» (Пример: светолюбивое растение попало в лес) 6) Нейтрализм « 00» (Пример: лось и белка) 39 08. 02. 2018

Схематичное представление межвидовых взаимоотношений 00 -++ +0 - 40 +- Тип отношений нейтрализм Характеристика оба вида не оказывают никакого воздействия друг на друга конкуренция Оба вида оказывают неблагоприятные воздействия друг на друга мутуализм Оба вида не могут существовать друг без друга паразитизм Паразит тормозит рост и размножение своего хозяина, вплоть до гибели аменсализм Причинение вреда одним видом другому, не получая при этом пользы для себя хищничество Хищник питается жертвой 08. 02. 2018

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША l Экологическая ниша – место организма в природе; весь образ его жизнедеятельности, или жизненный статус, включающий отношение к факторам среды, видам пищи, местам размножения, укрытий 41 08. 02. 2018

На одном местообитании живёт большое количество организмов разных видов, но занимают разные ниши (белка и лось). В экосистеме могут быть претенденты на одну и ту же пищу, тогда имеет место конкуренция, борьба за обладание нишей. ниша «профессия» ≠ местообитание «адрес» (Ю. Одум, известный американский эколог) Организм может менять экологическую нишу на протяжении жизненного цикла (например, майский жук – взрослое насекомое и личинка) Правило конкурентного исключения: 42 Если 2 вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть или изменить образ жизни и занять новую экологическую нишу 08. 02. 2018

Влияние организмов на среду обитания называют средообразующей деятельностью Живые организмы Проявляют разные формы активности 43 Питаются 08. 02. 2018 Перемещаются в пространстве Дышат

Влияние организмов на среду В результате воздействия организмов изменяются и газовый состав воздуха, и микроклимат , и почва, и чистота вод, и другие особенности местообитаний. 44 08. 02. 2018

В результате воздействия организмов изменяются и газовый состав воздуха, и микроклимат , и почва, и чистота вод, и другие особенности местообитаний. • Мигрирующие гну (Кения) 45 08. 02. 2018

Если представить , что фотосинтез на планете прекратится, весь кислород атмосферы израсходуется всего за 2000 лет. «Легкие» планеты – сибирская тайга и тропический лес 46 08. 02. 2018

Человек влияет на среду больше, чем все вместе взятые организмы 47 08. 02. 2018

Электростанция на угле (Китай) 48 08. 02. 2018

Р. Янцзы: отходы титанового производства 49 08. 02. 2018