Лекция 5 Организм и среда 1 2

Лекция № 5. Организм и среда 1. 2. 3. 4. 5. Среды жизни. Экологические факторы и воздействие их на организмы. Законы Ю. Либиха, В. Шелфорда и др. Адаптации организмов к воздействию экологических факторов. Правило Д. Аллена, правило К. Бергмана, «Правило поверхностей» .

Аутэколо гия (с греч. αὐτός — «сам» ) — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов с окружающей средой Жизнь организмов любой популяции в любой экосистеме проходит под воздействием множества факторов. Предметом факториальной экологии выступает изучение воздействия Э. Ф. на питание, скорость развития, плодовитость, смертность и др. показатели жизнедеятельности особей популяции.

Основные определения Среда обитания - все, что окружает живой организм и с чем он непосредственно взаимодействует Типы сред обитания: Живые организмы как среда обитания Водная Наземно-воздушная Почвенная

Экологический фактор – любой элемент среды, способный оказать прямое влияние на живые организмы (Дажо, 1975). От лат. Factor – делающий, производящий – причина, определяющая жизнедеятельность живых существ

Классификация факторов: абиотические (температура, соленость, p. H) биотические (численность хищников, паразитов) антропогенные (радиация, ксенобиотики) http: //fit 4 brain. com/5565

Классификация экологических факторов по Мончадскому А. С. : Первичные периодические факторы Вторичные периодические факторы Непериодические факторы т. е. характер временной динамики Э. Ф. , особенно наличие ее периодичности

Ø Особую роль среди Э. Ф. принадлежит суммативным (аддитивным) факторам, характеризующим численность, биомассу, запасы вещества и энергии. Ø Подобные факторы называются ресурсами.

Ø Для количественной характеристики воздействия Э. Ф. на показатели жизнедеятельности организмов введено ØВ типичных случаях понятие о график частной функциональном функции отклика на отклике. изменение фактора (Xi (i= 1, …, n) имеет форму выпуклой кривой

botsad. ru/images 3/d 3_2. jpg Предел толерантности по фактору i

Cравнение относительных пределов толерантности (по Р. Дажо, 1975).

Стенобионты и эврибионты Эврибионтные виды – широкие пределы толерантности Picea abies – эвритермный вид Степень благоприятствия Стенобионтные виды – узкие пределы толерантности Тропические орхидеи - стенотермные виды Градиент фактора -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Температура, °C

Общие законы функционирования СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМ - СРЕДА

Ø Существование и успех любого организма зависит от комплекса экологических факторов. Ø Любое условие, приближающееся к пределу толерантности или превышающее его, называется лимитирующим условием или фактором.

Правило лимитирующих факторов Любое условие, приближающееся к пределу толерантности или превышающее его, называется лимитирующим фактором или условием Рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. Ю. Либих, 1840 1. Закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния, т. е. когда приход и отток энергии и веществ сбалансирован. 2. Дополнение к закону Либиха: «Правило взаимодействия факторов» (в законе минимума): организм в определенной мере способен заменить Юстус Либих дефицитное вещество или фактор иным (1803 — 1873) функционально близким веществом или фактором (Э. Рюбель, 1930)

ЗАКОН НЕЗАМЕНИМОСТИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ (закон В. Р. Вильямса), 1949, согласно которому полное отсутствие в окружающей среде фундаментальных экологических (физиологических) факторов (света, воды, CO 2, питательных веществ) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами.

В. Шелфорд (1913) «закон толерантности» 1. 2. 3. Присутствие или процветание организма в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов. По каждому экологическому фактору имеется диапазон телерантности, за пределами которого организм не способен существовать. Виктор Эрнест Шелфорд Невозможность процветания (1877 -1968 гг. ) или отсутствие организма определяется теми esapubs. org/. . . /088 -1/ факторами, значение которых bulletin_jan 2007. htm

ВЕРБЛЮД ОДНОГОРБЫЙ (Camelus dromaderius) ВЕРБЛЮД ДВУГОРБЫЙ (Camelus bactrianus) camelus. info Верблюд - крупное млекопитающее семейства верблюдовых отряда парнокопытных подотряда мозоленогих с пустынным ареалом обитания, делящееся на два вида

Адаптации Адаптация – процесс приспособления строения и функций организмов, популяций, видов к определенным условиям внешней среды, соответствие между условиями окружающей среды и способностью организма процветать в нем. Экология – наука об адаптациях организмов

Цереус достигает высоты до 15 м. Его толстая оболочка имеет рифлёную поверхность и покрыта колючками, что помогает направлять струи прохладного воздуха по всему растению, а также предотвращает его объедание животными. Весит до 8 т и может хранить боль количество воды. Корневая система поверхностная и простирается на 30 м от ствола. Во время ливневых дождей кактус может набрать тонну воды за сутки. Цереус гигантский, Cereus giganteus (Сагуаро ) Национальный парк, Аризона, США

Зауроподы О большинстве классических зауроподов, таких как диплодок (Diplodocus), камаразавр (Camarasaurus) и апатозавр (Apatosaurus), впервые стало известно в конце XIX в. http: //lj. rossia. org/community…

В мире науки, июль 2012 г. Зауроподы - удивительно устойчивая группа динозавров, благополучно жившая в течение 150 миллионов лет на суше при предельных значениях массы тела, оставшись одним из наиболее поразительных творений эволюции. Как зауроподы размножались и развивались, чем они питались и каким образом адаптировались к резким изменениям окружающей среды?

Зауроподы представляли собой «ходячие позвоночники» (насчитывалось более 100 позвонков), у них были длинные, суживающиеся к концу шеи и хвосты, маленькие черепа, а также ноги в виде массивных столбов, способные выдерживать огромный вес (до 15 -35 ) Фотогалерея "Национальный музей естественной истории в Париже. "

Зауроподы: Выводились из яиц. Откладывали в вырытые углубления от 20 до 40 сферической формы штук на одну кладку. Яйца имели относительно небольшие размеры— 13 -15 см в диаметре. 2. Чтобы стать гигантами должны были иметь невероятный аппетит. 3. Как этим гигантам так долго удавалось добывать достаточно растительной массы для простого выживания, не говоря уже о благоденствии ? 4. Получали энергию поеданием растений (от верхушек деревьев до любой растительности у своих ног). 5. Подобное разнообразие способов кормления помогает объяснить, как такое множество гигантских животных могло сосуществовать в пределах одних и тех же экосистем. 6. Мало жевали и поэтому нуждались в некоторой дополнительной переработке растительной пищи для ее превращения в полезную энергию - использовали в своей невероятно длинной пищеварительной системе микробную ферментацию. 1.

7. Достигнув размеров взрослого животного в течение 20 лет, становились в значительной степени неуязвимыми - даже для таких серьезных тогдашних хищников, как аллозавр 8. Позвоночник зауроподов напоминает позвоночники современных птиц, поскольку имеет почти такие же внутренние полости, а также сложную систему наружных пустот, ограниченных особыми выступами. (Наибольшая заполненность воздухом располагалась на уровне позвонков шеи и туловища, хотя у некоторых видов зауроподов она могла быть смещена к тазобедренным суставам и хвосту). 9. Возможно, что, как и в случае с птицами, в пустотелых позвонках позвоночника располагалась мощная система воздушных мешков с проточной вентиляцией легких, которая помогала им дышать. 10. Главный эффект подобной заполненности воздухом состоял в уменьшении веса позвоночного столба.

Правило Аллена (1877) Песец Лиса , длина до 90 см, Масса до 10 кг Выступающие части тела (уши, лапы, хвост, нос) теплокровных животных в холодном климате короче, чем в теплом Условия, при которых соблюдается. - Животные гомойотермные. - Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида). Суть правила. ü Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. ü Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. ü Фенек длина тела 35 -40 см, хвост -40, Тонкие выступающие части тела, имеющие небольшой объем и большую площадь поверхности, увеличивают теплоотдачу, т. е. ведут к потере тепла организмом. ü .

В пределах вида или достаточно однородной. Правило Бергмана группы близких видов теплокровные (1847) животные с более крупными размерами тела статистически встречаются в более холодных областях Условия, при которых соблюдается. - Животные гомойотермные. - Сравниваются близкородственные виды (или подвиды одного вида). Суть правила. üТеплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Императорский пингвин üТеплоотдача (потеря тепла, его передача в Высотой до 1. 3 м, вес – до 45 кг окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. üС увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно, что позволяет увеличить отношение "теплопродукция / теплоотдача" и таким образом компенсировать Галапагосский потери тепла с поверхности тела в холодном Пингвин климате. До 50 см, до 2, 5 кг

Правило поверхностей Ш. Рише (1899) и М. Рубнер Ø Ø 1902) В связи с тем, что масса (объем) растет пропорционально кубу, а поверхность — лишь квадрату поперечника (диаметра), у мелких животных на единицу массы приходится относительно большая поверхность, нежели у крупных. В связи с этим относительная отдача тепла в окружающую среду мелкими животными выше, что и отношение продуцируемого тепла к единице поверхности тела (в м 2) большинства гомойотермных животных выражается приблизительно одинаковыми величинами (порядка 1000 ккал/24 ч).

ПРАВИЛО ТОМСОНАБАКСТОНА (СТАТИСТИЧЕСКОЕ): популяции, живущие в сухом, холодном климате обладают более низким носовым индексом (узкие и длинные носы (например, у населения Скандинавии, северо-восточной оконечности Азии, Аляски, Гренландии и Огненной земли), в то время как популяции, живущие в жарком, влажном климате обладают широкими и короткими носами (тропическая зона Африки, например).

Адаптации к абиотическим факторам Многие растения пустынь образуют корневую систему, достигающую грунтовых вод

Почему киты, оказавшись на суше, начинают быстро задыхаться? Киты достигают в длину почти 30 м, масса может быть более 100 т www. pro-kitov. info

Адаптации к биотическим факторам

Ø В Европе обитает мелкий (5— 8 мм) черный наездник агриотипус (Agriotypus armatus). Ø Ø Ø Этот наездник ныряет под воду, где может оставаться до 10 и более минут, и откладывает яйца в чехлики ручейников. Личинка паразита не трогает личинки хозяина до тех пор, пока та не закончит развитие и не запечатает домик. Тогда паразит ее и пожирает. Перед окукливанием личинка делает тяж наподобие ленты, длиной около 3 см. , который торчит из домика и прикрепляется к переднему концу кокона. Значение этого тяжа до сих пор неясно. Если его отрезать, личинка окукливается, но куколка до конца не развивается. Сделав тяж, личинка плетет кокон и превращается в куколку, которая и зимует. Весной наездники выходят на поверхность и роятся над водой. http: //www. apus. ru/site. xp/049050057056052. html

Наездник агриотипус (Agriotypus armatus) http: //www. biopix. com/photos/agriotyp us-sp-silo-puppe-00005. jpg

1. Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. 2. Вязкость воды в 50 раз превышает вязкость воздуха! 3. Вода обладает большей выталкивающей силой, чем воздух. 4. В воде растворяются газы и минеральные вещества. Вода поддерживает организмы, однако в большинстве случаев плотность организмов больше, чем плотность воды. Приспособления для того, чтобы не погружать v. Рыбы – плавательный пузырь, v. Бурые водоросли – воздушные пузыри, v. Фитопланктон – капельки масел в клетках, v. Мелкие морские животные (зоопланктон) – п длинные нитевидные придатки – «парение» в поверхностных вод

Многие мелкие организмы живут здесь как гидробионты – в поровых скоплениях свободной воды. Амплитуды температур быстро затухают с глубиной. Существенна вероятность дефицита кислорода, особенно при избытке влаги и углекислоты. Сходство с наземновоздушной средой проявляется через наличие пор, заполненных воздухом. К специфическим свойствам, присущим только почве, относится плотное сложение (твердая часть или скелет). В почвах обычно выделяют три фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. Усольцева Елена Александровна

Усольцева Елена Александровна Эта среда относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100 С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света.

Сила тяжести ограничивает максимальные размеры тела наземных организмов. Появляются жесткие структуры для поддержания веса тела: ü внутренний костный скелет; ü хитиновый наружный скелет; ü целлюлозные стенки ЛОН АФРИКАНСКИЙ (Loxodonta africana) растительных клеток. Масса старых самцов достигает 7, 5 т, а высота в плечах — 4 м

С данной средой связан паразитический и полупаразитический образ жизни. Организмы этих групп получают кондиционированную среду (по температуре, влажности и другим параметрам) и готовую легкоусвояемую пищу. Результатом этого является упрощение всех систем и органов, а также потеря некоторых из них. Наиболее слабое (лимитирующее) звено в жизни паразитов – возможность потери хозяина. Это неизбежно при его смерти. Основной путь сохранения вида (популяции) в таких условиях – большое число зачатков ( «закон большого числа яиц» ) в виде долго сохраняющихся цист, спор.

Документальные свидетельства использования насекомых на войне оставила нам античность. Эней Тактик (IV в. до н. э. ) в трактате «О перенесении осад» сообщает «Бывало, что некоторые создавали помеху находящимся в подкопе также тем, что пускали в прорытый ход ос и пчел» . 22 февраля 2014, Максим Руссо http: //polit. ru/article/2014/02/22/ps_insect/

Представители нигерийского народа тив в столкновениях с врагами использовали специальные деревянные трубы. В закрытую трубу помещали пчел, направляли ее на врагов, открывали и одновременно дули с другой стороны, чтобы пчелы летели в нужном направлении. Ø «Пчелиные бомбы» . Сосуд с пчелами (а в древности глиняные сосуды служили в качестве ульев) удобно кинуть во врага, особенно с крепостной стены. Такое отмечалось неоднократно. Ø В 1289 году австрийский герцог Альбрехт I, претендовавший на венгерскую корону, попытался взять штурмом венгерскую крепость Неметуйвар (ныне город Гюссинг в Австрии). И в этом случае решающим оружием стали пчелиные ульи, брошенные со стен. Ø http: //polit. ru/article/2014/02/22/ps_insect