Приспособление организмов

Тема: Экология. Экологические факторы и среды жизни. Популяция, сообщества, экосистемы.

З

Вопросы:

• 1. Понятие об экологии как науке.
• 2. Среды обитания организмов. Приспособления организмов к жизни в разных средах.
• 3. Понятие об экологических факторах их классификация.
• 4. Правило минимума Ю.Либиха и закон толерантности В.Шелфорда.
• 5. Экологическая характеристика вида и популяции.
• 6. Экологическая ниша вида.
• 7. Понятие об экосистеме, биоценозе и биогеоценозе.
• 8. Структурные компоненты экосистемы: продуценты, консументы, редуценты. Трофицеские уровни.
• 9. Круговорот веществ и энергии в экосистеме.

Экология («экос» — дом, «логос» — наука) Изучив эту тему, мы поймёшь, почему в природе не бывает ничего лишнего. А так же узнаем, почему человек должен бережно относиться к природе.

Термин «экология» в 1866 г. ввел немецкий эволюционист Эрнст Геккель.

• Экология – это наука изучающая взаимодействие организмов между собой и окружающей их неорганической средой.

• Объектом экологии являются биологические системы надорганизменного уровня: популяции, сообщества, экосистемы.

• Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой.

Структура современной экологии

• Экология делится на фундаментальную и прикладную. Фундаментальная экология изучает наиболее общие экологические закономерности, а прикладная – использует полученные знания для обеспечения устойчивого развития общества.

• Основу экологии составляет биоэкология как раздел общей биологии. В состав общей биоэкологии входят разделы:

1. Аутэкология – изучает взаимодействие со средой обитания отдельных организмов определенных видов.

2. Экология популяций (демэкология) – изучает структуру популяций и ее изменение под воздействием экологических факторов.

3. Синэкология – изучает структуру и функционирование сообществ и экосистем.

Все живые существа связаны множеством невидимых нитей с неживой природой и другими организмами. Всё то, что окружает живые организмы и воздействует на них, называют средой обитания.

• Организмы живут в разных средах: наземно-воздушной, водной, почвенной и организменной. Каждая среда отличается условиями существования: освещённостью, влажностью, температурой, наличием кислорода.

Среда обитания — это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он взаимодействует. Отдельные свойства и компоненты среды, воздействующие на организмы, называют экологическими факторами.

Факторы среды многообразны, они имеют разную природу и особенности действия на организмы.

Экологические факторы делят на три группы:

• Абиотические
• Биотические
• Антропогенные.

Основные законы воздействия экологических факторов на организмы. Лимитирующие факторы.

• Лимитирующий (от лат. limitis– межа, граница) – это любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества.

Закон минимума Ю. Либиха

• В различных участках биосферы развитие жизни лимитируется разными веществами. Немецкий ученый-агрохимик Ю. Либих в 1840 г. в своем труде «Химия в приложении к земледелию и физиологии» описал процессы питания растений и влияние разнообразных факторов и элементов питания на рост. Он установил, что урожай культур ограничивается не теми элементами питания, которые требуются в больших количествах, например, вода, углекислый газ, а теми, которые необходимы в минимальных количествах, но которых в почве очень мало, например, бор или цинк.
• Либих писал: «Веществом, находящимся в минимуме управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».
• Пример: Допустим, что в почве содержатся все элементы минерального питания для данного вида растений, кроме одного из них – цинка или бора. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или невозможен. Если добавим в почву нужное количество бора или цинка, то это приведет к увеличению урожая.

• В 1855 г. Ю. Либих обобщил свои результаты исследований и сделал вывод: «Отсутствие или недостаток одного из необходимых элементов при наличии в почве всех прочих делает последнюю бесплодной для всех растений, для жизни которых этот элемент необходим», что получило выражение «закон минимума Либиха».
• В настоящее время этот Закон минимума читается так: выносливость организмов определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Отсюда вывод, что дальнейшее снижение действия необходимого фактора ведет к гибели организма.

Закон толерантности Шелфорда.

Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Данное правило выдвинуто в 1913 В. Шелфордом.

• Закон толерантности В. Шелфорда гласит : лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Потому закон Шелфорда также называют законом лимитирующего фактора. Закон Шелфорда можно применить к нормированию содержания загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах.

Из закона Шелфорда прямо вытекает следующий закон, определяющий возможность существования организма в пределах и невозможности существования за пределами диапазона толерантности.

• Закон оптимума - закон, согласно которому любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы, за пределами которых наступает угнетение жизнедеятельности организма.

Экологическая характеристика вида и популяции.

• Вид — элементарная структурная единица в системе живых организмов, качественный этап в их эволюции. Вид - совокупность особей, обладающих сходством внутреннего и внешнего строения, биохимических и физиологических функций, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни, обладающих определенным типом взаимоотношений с абиотической и биотической средой и занимающих в природе определенную область — ареал.
• Характерные для вида признаки и свойства называют критерии. Среди критериев различают: морфологический, физиологический, цитогенетический, экологический и географический.

• Виды часто занимают большой ареал, в пределах которого особи распределены неравномерно, группами – популяциями. Каждая популяция живет в определенных условиях. Благодаря этому вид, состоящий из ряда популяций, занимает большой ареал, несмотря на разнообразие условий в его пределах. Однако любой вид, состоящий как из одной, так и из нескольких популяций, представляет собой единое целое.
• Целостность вида обусловлена связями между его особями.
• Популяция – это совокупность особей одного вида, длительно существующая на определенной территории (ареале) и отделенная от других популяций той или иной формой изоляции. Популяция является элементарной структурой вида, в форме которой вид существует в природе.

• У каждой популяции существует характерный для нее биотический потенциал (от лат. potentia – сила), т.е. показатель способности, с какой могла бы расти ее численность в случае неограниченного пространства, пищи, отсутствия хищников, паразитов и конкуренции со стороны других видов.
• Обилие популяции – общая численность популяции.
• Рождаемость – число новых особей за единицу времению
• Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности. Первый характеризуется одинаковостью во всех возрастах; второй- повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей. Факторы смертности разнообразные: физические условия, биологические факторы и антропогенные.
• Плотность популяции – число особей на единицу площади.

Экологические характеристики популяции.

• Биотический потенциал (от лат. potentia – сила) - показатель способности, с какой могла бы расти ее численность в случае неограниченного пространства, пищи, отсутствия хищников, паразитов и конкуренции со стороны других видов.
• Обилие популяции – общая численность популяции.
• Рождаемость – число новых особей за единицу времению
• Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности. Первый характеризуется одинаковостью во всех возрастах; второй- повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей. Факторы смертности разнообразные: физические условия, биологические факторы и антропогенные.
• Плотность популяции – число особей на единицу площади.
• Численность популяции – общее количество особей.
• Прирост численности – разница между рождаемостью и смертностью.

Понятие о экосистеме, биоценозе, биогеоценозе

• Примерами природных сообществ могут служить хвойный лес, берёзовая роща, суходольный или сырой луг, степь, озеро, пруд, река, море. В каждом сообществе обитают миллионы организмов, относящихся к разным видам. Видов в сообществе тоже можно насчитать немало — от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Трофические цепи.

• Сообщество организмов — это совокупность связанных друг с другом и зависящих друг от друга организмов в пределах однородного участка суши или водоёма. Организмы в сообществе объединены биотическими взаимоотношениями: друг для друга они выступают в роли пищевых объектов, хищников, конкурентов, симбионтов, паразитов. Пищевая цепь «злаковое растение — полевая мышь — гадюка — орёл-змееяд»

• Пищевая цепь, или цепь питания , — это ряд организмов, связанных друг с другом пищевыми отношениями.
• Пищевая цепь показывает последовательность переноса веществ и энергии от одного организма к другому.
• Первое звено пищевой цепи — растения. Только растения способны производить органические вещества из неорганических. Органические вещества, произведённые растениями, потом подвергаются превращениям, переходя от одного звена пищевой цепи к следующему.

• Искусственные экосистемы — это экосистемы, созданные человеком, например агроценозы.

• Биом — совокупность экосистем со сходным типом растительности, расположенных в одной природно-климатической зоне (тундровый биом, степной биом и т. п.).

• Биосфера — экосистема высшего порядка, объединяющая все остальные экосистемы и обеспечивающая существование жизни на Земле.

Термин «биосфера» был введен Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. Однако создание целостного учения о биосфере принадлежит русскому ученому Владимиру Ивановичу Вернадскому.

компоненты экосистемы

Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие запаса неорганических веществ в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

• Продуценты — автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.
• Консументы — гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
• Редуценты — гетеротрофные организмы, потребляющие мертвое органическое вещество, переводя его вновь в неорганические соединения.

Круговорот веществ и энергии в природе.

• Известно, что живые существа состоят из атомов тех же химических элементов, что и тела неживой природы. Соединяясь в различных сочетаниях, атомы дают великое множество веществ, из которых состоят тела живых организмов. На сегодняшний день открыты тысячи таких соединений. Самые распространённые соединения в телах живых существ — это вода, минеральные соли и разнообразные органические вещества, главным образом белки, жиры и углеводы.

• Вещества поступают в организмы из окружающей среды. Так, зелёные растения способны улавливать из воздуха углекислый газ, а из почвы поглощать воду и растворённые в ней минеральные соли. Это неорганические вещества. Используя солнечную энергию, растения превращают эти неорганические вещества в более сложно устроенные — органические — вещества собственных тел. Растительноядные животные поедают растения, а хищные — других животных. Таким образом, животные строят свои тела из веществ, содержащихся в пище.

Поступление веществ в организмы:

• Бактерии гниения и некоторые грибы (например, плесени) завершают работу по переработке отходов. Благодаря их деятельности мёртвое органическое вещество подвергается разложению и переходит в форму неорганических веществ — воды, минеральных солей и углекислого газа. А эти вещества, как упоминалось выше, необходимы растениям для роста и развития. Так замыкается круговорот веществ, соединяющий живую и неживую природу.

• Круговорот веществ в природе — это циклическое перемещение атомов, составляющих вещества неживой природы, в вещества тел живых организмов и обратно.

Непрерывный круговорот веществ происходит благодаря притоку солнечной энергии. Если бы Солнце погасло, то растения не смогли бы расти, то есть осуществлять фотосинтез — превращать неорганические вещества в органические. Следовательно, не были бы обеспечены пищей животные, грибы и бактерии. Жизнь на Земле без энергии Солнца невозможна.

Домашнее задание

1. Изучить тему занятия (презентацию и дополнительный материал). Уметь отвечать на вопросы (устно и письменно) по теме. Подготовиться к проверочной работе.

2. Привести пример круговорота веществ и энергии составив схему : продуценты – консументы 1 – консументы 2 – редуценты.

3. Заполнить таблицу