• 1. Общие замечания
• 2. Расходование природных ресурсов
• 3. Рост народонаселения (демографический взрыв)
• 4. Загрязнение окружающей среды
• 5. Охрана природы

Общие замечания

Человек получает из природной среды все жизненные ресурсы (воду, воздух, пищу, энергию, строительные материалы и др.) и возвращает в биосферу бытовые и промышленные отходы, большая часть которых не в может включиться в биологический круговорот веществ из-за чужеродности или токсичности. В результате происходит быстрое истощение природных ресурсов, вымирание многих видов живых организмов, загрязнение и отравление среды ядохимикатами и радионуклидами, разрушение естественных экосистем (лесов, лугов, озер, рек, болот).

Человек распахивает целинные земли, меняет русла рек, строит транспортные магистрали, оросительные системы и плотины ГЭС с огромными водохранилищами, создает крупные населенные пункты и промышленные предприятия, истребляет диких животных, загрязняет атмосферу, воду и почву и т.д. Все это существенно изменяет среду обитания, нарушает нормальное функционирование существующих биогеоценозов и даже разрушает их.

Причина конфликта человека с природной средой — в том, что человек является одновременно и биологическим, и социальным существом, причем его социальные потребности значительно выше биологических. Человек заменил вокруг себя природную среду искусственной, живя в которой он приобрел относительную независимость от превратностей природы.

Для предотвращения экологического кризиса человеку необходимо познать закономерности своего взаимодействия с природой, разумно управлять этим взаимодействием, регулируя всю свою техногенную деятельность.

Экологический кризис — такое состоянии окружающей среды, когда она становится непригодной для жизни растений, животных и самого человека.

Расходование природных ресурсов

Невозобновляемые (невосполнимые) природные ресурсы — это источники минерального сырья (угля, нефти, газа, песка, глины, гравия, мрамора и др.), образовавшегося в земной коре за сотни миллионов лет, а также исчезнувшие виды животных и растений (пример: ежегодно извлекается из земных недр и сжигается около 9 млрд, тонн условного топлива; запасов нефти на планете хватит лишь на 50 лет, каменного угля — на 150 лет).

Возобновляемые (восполнимые) природные ресурсы — растительный и животный мир, микроорганизмы, почва и др. (пример: ежегодно вырубается более 20 млн. га тропического леса -главного источника видового разнообразия жизни на планете).

Рост народонаселения (демографический взрыв)

Биосфера — саморегулирующаяся система, и она стремится установить численность людей на уровне, соответствующем ее емкости. Сейчас на Земле проживает около 6 млрд, человек, причем за последние 40 лет темп роста населения увеличился в два раза.

Биосферные механизмы, стремящиеся ограничить рост экологических потребностей людей: снижение продукции естественных экосистем, невключение в круговороты веществ производимых человечеством загрязнений, обеднение флоры и фауны, ухудшение качества почв, засухи, наводнения, истощение природных биоресурсов (например, запасов рыбы) и т.д. Человечество может противостоять этим механизмам до тех пор, пока у него имеются надежные источники энергии.

Загрязнение окружающей среды

❖ Основные источники загрязнения атмосферы:
■ выбросы вредных газов автомобильным, железнодорожным и авиационным транспортом,
■ выбросы вредных газов и аэрозолей промышленными предприятиями.
Ежегодно в атмосферу поступает более 200 млн. т оксида и диоксида углерода, 150 млн. т сернистого газа, 50 млн. т оксидов азота и др.

Последствия загрязнения атмосферы:

■ нарушается режим теплоотдачи атмосферы, в результате чего на планете может существенно повыситься температура (парниковый эффект), начаться таяние полярных льдов и, как следствие, повышение уровня Мирового океана;

■ оксиды азота и серы в атмосфере соединяются с водяными парами, образуя азотную и серную кислоты, выпадающие на Землю в виде слабо концентрированных кислотных дождей. Эти дожди выщелачивают почву, уничтожают растительный и животный мир и вредно действуют на здоровье человека;

■ в атмосфере значительно возросло содержание фреонов, разрушающих озоновый слой. В результате облегчается проникновение на поверхность Земли коротковолнового ультрафиолетового излучения, губительного для всего живого.

❖ Основные причины загрязнения водных бассейнов:

■ сброс промышленными предприятиями неочищенных или недостаточно очищенных вод;

■ смывание с полей минеральных удобрений и ядохимикатов;

■ попадание в водоемы нефти и нефтепродуктов, образующих на поверхности воды пленку, отравляющую живые организмы и нарушающую газообмен (в результате чего гибнет планктон — первое звено экологической пирамиды в океане);

■ вынос реками теплых вод (тепловое загрязнение, нарушающее температурный режим).

Основные источники ухудшения качества и загрязнения почвы и литосферы:

■ ненормированное применение в сельском хозяйстве минеральных удобрений (которых ежегодно в почву вносится около 100 млн. т), инсектицидов, дефолиантов и других препаратов;

■ выбросы отходов горнодобывающей промышленности и производства, а также бытового мусора;

■ нерациональная вырубка лесов, обработка почвы для выращивания сельскохозяйственных культур, мелиорация и другие виды деятельности человека, приводящие к эрозии почв (разрушению и сносу плодородного слоя потоками воды или ветром).

❖ Загрязнение радионуклидами связано с авариями на АЭС, испытаниями ядерного оружия, захоронением в земле и затоплением на дне Мирового океана радиоактивных отходов. Особенно опасно накопление в организме животных и человека изотопов стронция-90 и цезия-137, имеющих длительный период полураспада. Радиоактивное загрязнение может быть причиной увеличения частоты мутаций и раковых заболеваний.

Охрана природы

Охрана природы — это комплексная система мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в интересах существующих и будущих поколений людей.

Главная цель охраны природы — сбережение видового разнообразия (генофонда) флоры и фауны планеты, ее недр, водных ресурсов, атмосферного воздуха, естественных экосистем.

❖ Система природоохранных мероприятий включает:

■ ведение длительно постоянного контроля (мониторинга) за состоянием окружающей среды с целью его (состояния) оценки и прогнозирования;

■ создание охраняемых территорий (заповедников, заказников, резерватов, национальных парков);

■ создание и постоянное обновление Красных книг международного и национального уровней с целью сохранения генофонда редких и находящихся под угрозой исчезновения растений, грибов, животных;

■ разведение редких и исчезающих видов растений и животных и их переселение (интродукция) на охраняемые территории или новые места обитания;

■ разработку норм ПДК (предельно допустимых концентраций) соединений, обладающих канцерогенными, мутагенными и токсичными свойствами;

■ использование очистных сооружений, безотходных технологий;

■ принятие законов, обеспечивающих правовую основу природоохранных мероприятий;

■ применение административных санкций за нарушение экологических норм (штрафы, закрытие предприятий и др.);

■ просветительскую работу — разъяснение населению, представителям органов власти и общественных организаций идеи о необходимости охраны всего живого, путей и методов решения этой задачи.

Мониторинг — это комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием антропогенных факторов с целью выявления причин, прогноза возможных изменений и предотвращения критических ситуаций в природе.

❖ Виды мониторинга:

■ локальный — мониторинг относительно небольших территорий:

— биоэкологический — контроль за загрязнением окружающей среды мутагенами и ростом врожденных пороков развития;

— санитарно-гигиенический — контроль за содержанием веществ, обладающих канцерогенным и мутагенным действием — радионуклидов, пестицидов, сернистого газа, солей тяжелых металлов и др.;

■региональный — мониторинг (геосистемный, природно-хозяйственный) отдельных экосистем и крупных природно-территориальных комплексов;

■ глобальный — мониторинг биосферы в целом.

Заповедник — особо охраняемая законом территория или акватория, навсегда исключенная из хозяйственного пользования, где запрещены любые виды деятельности человека (в том числе их посещение), за исключением научных исследований.

Заповедники выполняют роль эталонов природы, где природные комплексов сохраняются в нетронутом виде. В Беларуси существуют два заповедника — Березинский биосферный и Полесский радиационно-экологический.

Заказник — территория, временно изъятая из хозяйственного пользования, на которой запрещены определенные виды деятельности человека (например, отлов определенных видов рыб, сбор некоторых видов дикорастущих растений и т.п.).

Резерват — относительно небольшая территория (обычно роща, озеро, участок долины или побережья и др.), на которой охраняется вид, группа видов, экосистема или отдельные объекты (пещеры, водопады, редкие и исторически ценные деревья и т.п.).

Национальный парк — обширная охраняемая природная территория, на которой сохранились природные комплексы, представляющие особую экологическую, историческую и эстетическую ценность. В национальном парке устанавливается комбинированный режим пользования: участки с заповедным и заказным режимом чередуются с территориями, где допускается регламентированная хозяйственная деятельность, связанная главным образом с обслуживанием туристов и сохранением традиционных для местного населения форм землепользования.

Памятник природы — природный объект (отдельное дерево, роща, парк, озеро, водопад, пещера и т.п.), уникальный или эталонный, имеющий ценность в научном, познавательном или эстетическом отношении

Зоопарк — учреждение, в котором экспонируются различные виды животных. В зоопарках проводится научно-исследовательская работа, связанная с изучением, сохранением и разведением животных; зоопарки играют важную роль в сохранения генофонда планеты ( в частности, они спасли от исчезновения зубра, лошадь Пржевальского, гавайскую казарку и др.).

Красная книга — это официальный документ, содержащий перечень редких и находящихся под угрозой исчезновения видов грибов, лишайников, растений и животных. Красные книги содержат краткие сведения о биологии этих видов, их распространении, численности, причинах ее сокращения, особенностях воспроизводства, методах охраны вида и др.

Категории растений и животных, вносимых в Красную книгу:

■ 0-я — виды, по-видимому, исчезнувшие, не обнаруженные в течение ряда лет, но, возможно, уцелевшие в некоторых недоступных местах или в неволе (культуре);

■ 1-я — находящиеся под угрозой исчезновения виды, дальнейшее существование их невозможно без осуществления специальных мер охраны;

■ 2-я — редкие виды, не находящиеся под непосредственной угрозой исчезновения, но встречающиеся в таком небольшом количестве, что могут быстро исчезнуть;

■ 3-я — сокращающиеся виды, численность и ареал которых уменьшается в течение определенного времени,

■ 4-я — не определенные (в плане систематики) виды, находящиеся под угрозой исчезновения, но недостаточно изученные.

Главное направление развития промышленности по охране окружающей среды — создание безотходных технологий.

Безотходная технология — это комплекс мероприятий, направленных на максимально полное использование сырья и образующихся при этом отходов, а также создание производства с замкнутым циклом без сброса сточных вод и без выброса в атмосферу вредных веществ.

The post Влияние человека на биосферу first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Биосфера и ее границы
• 2. Живое вещество
• 3. Круговорот воды и кислорода
• 4. Круговорот углерода и азота
• 5. Превращение энергии
• 6. Эволюция биосферы

Биосфера и ее границы

Биосфера — это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются прошлой и современной деятельностью живых организмов.

■ Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (Австрия, 1875 г.), учение о биосфере было создано В.И. Вернадским (Россия, 1926 г.).

■ Биосфера — наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Компоненты биосферы: живое вещество (см. ниже), биогенное вещество, биокосное вещество, косное вещество, радиоактивное вещество, космогенное вещество.

Биогенное вещество — соединения и полезные ископаемые, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (нефть, газ, уголь, известняк и др.).

Биокосное вещество — вещество, образующееся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, грунт водоемов).

Косное вещество — соединения, образующиеся без участия живых организмов (горные породы, минералы и др.).

Радиоактивное вещество — радиоактивные руды и конечные продукты их распада.

Космогенное вещество — метеориты, космическая пыль.

Область жизни определяется наличием условий, необходимых для существования тех или иных живых организмов.

Жизнь на Земле распространена в трех геологических оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Эти оболочки объединены в единую целостную систему посредством непрерывного обмена друг с другом веществом и энергией, обусловленного не только абиогенными процессами, но и деятельностью живых организмов.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% — ниже 15 км, 99% — ниже 30 км. Сухой воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и примесей других газов.

Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в экваториальной зоне. Выше тропосферы расположена стратосфера.

Озоновый слой — область с повышенным содержанием озона О₃ — находится в стратосфере на высотах 15-25 км. Он поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Водяной пар, присутствующий в атмосфере, участвует в природном круговороте воды;

■ конденсируясь, он выпадает в виде дождей, обеспечивая влажностный режим земных территорий;

■ вместе с СО₂ он вносит главный вклад в парниковый эффект: удерживает отраженные от поверхности планеты длинноволновые тепловые лучи, благодаря чему нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, образованная водами ее океанов, морей, озер, рек, подземных и ледяных покровов.

■ Средняя глубина Мирового океана — 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) — 11,034 км. 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% — воды ледников, 0,8% — подземные, озерные и речные пресные воды.

Литосфера — внешняя твердая оболочка (кора) планеты. Состоит из трех слоев: верхнего — слоя осадочных пород, среднего -гранитного и нижнего, наиболее плотного — базальтового.

Границы биосферы проходят там, где начинают преобладать природные факторы, делающие существование живых организмов невозможным.

Верхняя граница биосферы определяется высокой интенсивностью ультрафиолетового солнечного излучения, низкой температурой среды, дефицитом кислорода и воды и проходит в атмосфере на высоте 25-27 км (у нижней границы озонового слоя).

■ Отдельные споры бактерий и грибов найдены в тропосфере на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы в литосфере для большинства форм жизни определяется высокой плотностью, прочностью и высокой сопротивляемостью среды, отсутствием света, недостатком кислорода и проходит на глубине нескольких десятков метров.

■ Неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефтебактерии зарегистрированы на глубинах до 4 км. Эта граница, помимо перечисленных выше факторов, определяется также высокими давлением и температурой горных пород и подземных вод (на глубине 3 км температура около +100 °С).

В гидросфере жизнь простирается на всю глубину Мирового океана. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света (температура воды на дне океанических впадин — около 0 °С).

■ По В.И. Вернадскому, нижняя граница биосферы проходит на 1-2 км глубже дна Мирового океана, в постепенно накапливающейся в океане толще осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов.

Живое вещество

Живое вещество — совокупность всех существующих в данный момент живых организмов планеты, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе или энергии.

■ Количественные меры живого вещества — биомасса и продукция.

Особенности живого вещества. Живое вещество:

■ является главным компонентом биосферы;

■ распределено по Земле неравномерно; его концентрация максимальна на границах раздела основных сред — в почве, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов, в так называемых «пленках жизни»;

■ по своему элементарному химическому составу близко к составу земной коры;

■ является наиболее активным компонентом биосферы, обеспечивающим глобальный круговорот химических элементов;

■ является гигантским аккумулятором и уникальным преобразователем энергии Солнца, связывая ее в химических связях сложных органических молекул в процессе фотосинтеза.

Общее количество биомассы на Земле — 2423,2 млрд. т. Основная ее часть сосредоточена на континентах (свыше 99,8%) в зеленых растениях суши (более 99,2%). Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют 1%.

Распределение биомассы по континентальной и океанической частям биосферы (приведенное к сухому органическому веществу) представлено в таблице.

Распределение по продукции и количеству образуемого кислорода: около половины продукции и объема кислорода создают растения суши (главным образом влажные тропические леса), другую половину — микроскопические водоросли гидросферы — фитопланктон (при этом биомасса фитопланктона примерно в 10 000 раз меньше биомассы растений суши). Причина — в значительно большей скорости образования продукции фитопланктоном по сравнению с растениями суши.

Биогеохимический цикл — более или менее замкнутый путь, по которому осуществляется непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере.

Основные процессы круговорота воды, углерода и азота приведены в таблице; подробнее они рассмотрены ниже.

Целостность биосферы: каждый ее компонент, развиваясь по своим законам, существует не изолированно, а постоянно испытывает влияние других и сам оказывает влияние на другие компоненты. Поэтому изменение любого компонента биосЛеры вызывает изменение других.

Ряд компонентов биосферы, расположенных в порядке убывания скорости изменения: животный мир → растительность → почва → вода → климат → рельеф → литосфера.

Круговорот воды и кислорода

Круговорот воды

Вода испаряется с поверхности водоемов (океанов, морей и т.д.) и суши и воздушными течениями переносится на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды выпадает в виде осадков в океан, меньшая — на сушу. Выпавшая на поверхность суши вода способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращается вместе с растворенными и взвешенными в ней веществами в реки, моря и океаны.

Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу. Масса испаряемой при этом воды может быть весьма значительна (гектар леса испаряет 20-50 т воды в сутки), и в крупных лесных зонах основное количество осадков образуется из водяного пара, поступающего в атмосферу благодаря суммарному испарению с этих же зон.

Растительный покров также удерживает воду путем замедления ее стока, поддерживает постоянным уровень грунтовых вод и др.

Часть воды в процессе фотосинтеза расщепляется на водород и кислород. Водород используется для синтеза органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу.

Животные потребляют воду для поддержания осмотического давления и выделяют ее с продуктами диссимиляции.

Вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте примерно за 2 млн. лет.

Круговорот кислорода

Практически весь атмосферный кислород имеет биогенное происхождение. Свободный кислород используется аэробными организмами при дыхании для окисления органических соединений. Один из конечных продуктов окисления — диоксид углерода, поступающий в атмосферу. Пополнение содержания кислорода в атмосфере происходит при разложении воды в процессе фотосинтеза. Весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за 2000 лет.

Круговорот углерода и азота

Круговорот углерода в биосфере (см. рис. 5.3) обусловливают в основном процессы фотосинтеза и дыхания. Углерод в атмосфере содержится в основном в составе диоксида углерода СО₂. Первичный источник СО₂ — вулканическая деятельность.

Биосферный цикл углерода начинается с ассимиляции атмосферного диоксида углерода наземными и водными растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. При этом образуются углеводы, часть которых используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Кроме того, соединения углерода используются морскими организмами для построения раковин и скелетных образований.

Углерод возвращается в среду в виде диоксида, выделяемого в процессе дыхания животных и растений. Второй путь возврата -разложение мертвых растений и животных, при котором углерод их тканей окисляется и в виде СО₂ поступает в атмосферу.

Цикл круговорота углерода замкнут не полностью. Часть углерода на продолжительное время выводится из круговорота, концентрируясь в залежах торфа, каменного угля, нефти и горючих сланцев, образующихся при разложении мертвых организмов без доступа кислорода, а также в мощных отложениях известняков на дне морей и океанов, образованных из остатков раковин и скелетов отмерших морских организмов.

Однако при сжигании ископаемого топлива, используемого человеком для получения энергии, образуется диоксид углерода, который возвращается в атмосферу. За счет этого за последние сто лет содержание СО₂ в атмосфере возросло на 25%, что нарушает отрегулированный круговорот углерода и может привести к усилению парникового эффекта. Один цикл круговорота диоксид углерода проходит за 300 лет.

Круговорот азота

Азот — один из важнейших компонентов белков, нуклеиновых кислот, АТФ и других органических веществ. Его основные запасы содержатся в атмосфере в форме недоступного для растений молекулярного азота N2. В небольших количествах атмосферный азот связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов в атмосфере, а затем с дождями поступает на поверхность Земли.

Связывание атмосферного азота осуществляется цианобактериями, а также клубеньковыми азотфиксирующими бактериями, поселяющимися в клетках корней бобовых растений. Они синтезируют нитриты и нитраты, усваиваемые растениями. В растениях азот используется для построения нуклеиновых кислот и белков, которые затем употребляются в пищу животными и человеком.

В процессе жизнедеятельности белковые молекулы расщепляются до конечных продуктов — воды, диоксида углерода, аммиака, мочевины и мочевой кислоты, выделяющихся во внешнюю среду. При гниении погибших животных и растений также образуется аммиак.

Большая часть образующегося аммиака преобразуется нитрифицирующими бактериями в нитриты и нитраты, усваиваемые растениями. Небольшая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с СО₂, водяным паром и другими газообразными веществами выполняет функцию удержания тепла планеты.

Некоторые виды бактерий путем денитрификации могут восстанавливать нитриты и нитраты до газообразного азота, который поступает в атмосферу. В результате происходит обеднение почвы и воды соединениями азота и насыщение атмосферы молекулярным азотом.

Интенсивное использование человеком азотных минеральных удобрений в целях получения больших урожаев сельскохозяйственных растений приводит к разбалансировке процессов нитрификации и денитрификации.

Превращение энергии

Биологический круговорот веществ возможен только при постоянном притоке и преобразовании солнечной энергии, поскольку полученная от Солнца энергия связывается в органических веществах и при движении по ступеням пищевой цепи уменьшается (большая ее часть тратится на осуществление процессов жизнедеятельности организмов и рассеивается в виде тепла).

Биосфера — открытая система, постоянно получающая солнечную энергию. В процессе фотосинтеза эта энергия превращается в энергию химических связей органических веществ. Живым веществом Земли ежегодно создается 4,2 * 10¹⁷ Дж энергии.

Накопленная энергия частично расходуется растениями в процессах жизнедеятельности, а частично переходит к растительноядным организмам. Эти организмы также используют часть энергии в процессах жизнедеятельности, а оставшаяся ее часть поступает к плотоядным животным и т.д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений. Запас энергии в биосфере Земли оценивается в 4,2 * 10¹⁸ Дж. Часть энергии законсервирована в нефти, угле, сланцах, торфе.

Выделение энергии происходит при разрушении органических веществ в процессах дыхания, брожения и гниения. В настоящее время живым веществом Земли ежегодно выделяется 4,2 • 10¹⁷ Дж энергии — столько же, сколько и создается, т.е. в биосфере поддерживается баланс энергии.

Эволюция биосферы

Биосфера — сложная, относительно стабильная, но не застывшая, а развивающаяся, эволюционирующая экологическая система.

Доказательством и источником знаний о развитии биосферы служат ископаемые остатки древних организмов.

■ Считают, что за время существования биосферы ее населяли около 500 млн. видов организмов.

Причины относительной стабильности биосферы:
■ непрерывное поступление солнечной энергии, используемой фототрофными организмами;
■ многообразие живых организмов;
■ адаптация организмов к жизни в разнообразных условиях четырех сред;
■ поддержание непрерывного биогенного круговорота веществ;
■ постепенно сложившийся в течение сотен миллионов лег баланс жизнедеятельности всего многообразия организмов -продуцентов, консументов и редуцентов.

❖ Основная причина эволюции биосферы — первичная химическая эволюция (приведшая к появлению органических макромолекул и первых живых организмов — прокариот) и геологические и климатические процессы, изменявшие условия жизни на Земле (приведшие к изменению содержания кислорода в атмосфере, формированию озонового слоя, изменению содержания воды на планете и влажности атмосферы и г.д.).

❖ Два основных исторических этапа эволюции биосферы:
■ биогенез;
■ ноогенез.

Биогенез — первый и самый длительный этап эволюции биосферы от появления прокариот до формирования человеческого общества.

Ноогенез — второй этап развития биосферы, начавшийся с момента становления человеческого общества и продолжающийся в настоящее время; характеризуется значительным и все возрастающим влиянием деятельности человечества на биосферу.

Ноосфера — «оболочка разума, сфера разумной жизни» (В.И. Вернадский), сфера, охваченная взаимодействием человеческого общества и природы.

Ноосфера — это новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором ее развития

The post Биосфера first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Ареал и экологическая ниша вида
• 2. Популяции и их основные характеристики
• 3. Структура популяций
• 4. Динамика популяции

Ареал и экологическая ниша вида

Ареал — часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (рода, семейства или определенного типа сообщества).

Эндемик — вид, занимающий незначительную территорию.
■ Примеры эндемиков: реликтовые растения гинкго и метасеквойя, утконос, ехидна, кистеперая рыба латимерия.

❖ Причины эндемизма:
■ географическая изоляция (на океанических островах, в горных районах или изолированных водоемах);
■ климатические и почвенно-грунтовые условия;
■ биотические факторы (конкуренция, хищничество, симбиоз).

Космополит — вид, встречающийся на большей части обитаемых областей Земли, распространенные повсеместно.
■ Примеры космополитов: сорняки (подорожник большой, пастушья сумка и др.), водные и болотные растения (ряска, рогоза), а также комнатная муха, городской воробей, серая крыса и другие животные, расселяющиеся вслед за человеком.

❖ Факторы, влияющие на формирование и особенности ареала:
■ экологическая пластичность вида;
■ его способность к размножению и расселению;
■ исторический возраст;
■ скорость видообразования.

Сплошной ареал — это ареал, в пределах которого особи вида встречаются во всех подходящих для их жизни местообитаниях.

Прерывистый ареал — это ареал, распадающийся на несколько разобщенных территорий, настолько удаленных друг от друга, что обмен пыльцой или спорами между растениями или миграция животных, обитающих на этих территориях, невозможны.

Экологическая ниша вида — это комплекс условий жизни вида, т.е. совокупность всех факторов среды (в том числе микроклимата), в пределах которых вид может существовать в природе.

■ Два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу, поэтому один из видов или создает новую экологическую нишу, или исчезает.

Популяции и их основные характеристики

Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение длительного времени населяющих определенную часть ареала, относительно обособленных от других групп особей того же вида и взаимодействующих между собой (конкурирующих, помогающих друг другу, свободно скрещивающихся и т.п.).

■ Популяция — элементарная форма существования и эволюции вида.

■ Каждая популяция может существовать только в определенных экологических условиях: при определенной температуре, влажности, составе атмосферы, гидросферы, наличии кормовых ресурсов, конкурентов, паразитов и т.п.

Роль популяций в эволюции: благодаря пространственной разобщенности популяций вид существует в разнообразных условиях среды и подвергается действию естественного отбора разной интенсивности и в разных направлениях, что приводит к образованию новых разновидностей, подвидов и видов организмов.

Основные характеристики популяций: ареал, численность, плотность, рождаемость, смертность, пространственная, экологическая, половая и возрастная структуры, генетическая разнородность.

Численность популяции — это общее число особей в популяции. Она определяется абиотическими (климатические условия), биотическими (количество корма, хищников, вредителей, паразитов) и антропогенными факторами (применение ядохимикатов, неконтролируемая охота и т.п.) и зависит от интенсивности размножения, гибели особей и их миграции (перехода из одной популяции в другую).

Численность стабильной популяции ограничена максимальным и минимальным значениями.

■ Максимальная численность популяции определяется ресурсами среды (количеством пищи, воды и т.п.).

■ Минимальная численность популяции составляет не менее нескольких сотен особей. При меньшей численности любая случайная причина (пожар, наводнение, засуха, сильные морозы и др.) может привести к вымиранию популяции.

Гомеостаз популяции — свойство популяции поддерживать свою численность на некотором оптимальном среднем уровне.

Плотность популяции — среднее число особей, приходящихся на единицу площади или объема пространства, занимаемого популяцией.

При увеличении численности особей плотность популяции, как правило, возрастает. Она может остаться неизменной лишь при расширении ареала за счет расселения особей.

Регуляция плотности популяций достигается:

■ у растений — за счет внутривидовой конкуренции, приводящей к саморазреживанию (при этом изменяется не только плотность, но и вегетативная мощность отдельных особей);

■ у животных посредством сложных поведенческих и физиологических механизмов и проявляется лишь в случаях ограниченности ресурсов среды и невозможности их поиска на других территориях (в небольших водоемах, где нет других видов рыб, взрослые окуни питаются собственной молодью).

Рождаемость (абсолютная) — число новых особей в популяции, появившихся за единицу времени в результате размножения.

Удельная рождаемость — среднее количество особей, родившихся в популяции за единицу времени в расчете на 1, 100 или 1000 особей популяции. Этот показатель позволяет сравнивать скорость рождаемости в популяциях с разной численностью.

Величина рождаемости каждого вида определилась исторически как приспособление для восполнения убыли популяций и зависит от:
■ соотношения полов в популяции (ее половой структуры);
■ соотношения возрастных групп (ее возрастной структуры);
■ частоты репродуктивных циклов (циклов размножения);
■ плодовитости особей (которая, в свою очередь, зависит от степени развитости заботы о потомстве и обеспечения яиц питательными веществами).

Обычно рождаемость в каждой популяции уравновешена характерной для нее смертностью.

Биотический потенциал характеризует теоретически возможное число потомков от одной пары (или одной особи) за определенный промежуток времени (например, за весь жизненный цикл или за год).

■ Примеры: численность многих насекомых и ракообразных (тли, дафнии) за год.может увеличиться в 10¹⁰-10³⁰ раз; численность крупных млекопитающих даже при самых благоприятных условиях за год может возрасти лишь в 1,05-1,1 раза.

Смертность (абсолютная) определяется числом особей, погибших (от хищников, болезней, паразитов, генетической и физиологической неполноценности, старости и т.п.) в популяции за единицу времени.

Удельная смертность — количество особей, погибших в популяции за единицу времени в расчете на одну особь.

■ Смертность зависит от влияния неблагоприятных абиотических факторов, болезней, количества и активности хищников и паразитов.

Кривая выживаемости — график, показывающий процент особей, доживших до того или иного возраста.

Типы выживаемости организмов (определяются смертностью особей).
■ повышенная гибель особей в ранний период жизни (у рыб);
■ равномерная гибель особей на всех периодах жизни (у гидр, некоторых червей и др.);
■ доживание особей до предельного возраста и массовая гибель на поздних периодах жизни (большинство насекомых); встречается реже; приводит к вспышкам размножения.

Структура популяций

Пространственная структура популяции характеризует особенности размещения особей на занимаемой территории. Она зависит от численности популяции и ее возрастной и половой структуры, может меняться в течение года и определяется свойствами местообитания и биологическими особенностями вида.

❖ Типы пространственной структуры популяций:
■ случайное распределение по территории;
■ равномерное распределение по территории;
■ групповое распределение, когда особи живут в группах: семьях, стадах, колониях, гаремах. Это распределение встречается наиболее часто, поскольку помогает лучше защищаться от хищников, искать и добывать корм.

Экологическая структура характеризует отношение различных групп организмов одной популяции к условиям окружающей среды (например, особи одной популяции растений различаются размерами, количеством листьев и цветков, не одновременно зацветают, их плоды созревают также не одновременно и т.д.).

■ Такое различие особей позволяет популяции сохраниться в целом при наступлении различных неблагоприятных условий, хотя та или иная часть особей при этом может погибнуть.

Половая структура выражает соотношение количеств мужских и женских особей в популяции. Оно, как правило, отличается от соотношения 1:1, определяемого генетическим механизмом, что объясняется в основном разной жизнеспособностью мужских и женских особей.

■ Преобладание доли самок над самцами обеспечивает более интенсивный рост численности популяции.

■ Так как самцы и самки многих видов отличаются по характеру питания, поведению и т.п., то изменение половой структуры популяции в той или иной степени меняет ее роль в экосистеме.

■ В популяциях человека соотношение полов при рождении составляет 100 девочек на 106 мальчиков, к 18-летнему возрасту оно становится равным 1:1, к 50 годам на 100 женщин приходится 85 мужчин, к 80 годам соотношение по полу становится 2 : 1 (100 женщин на 50 мужчин).

Возрастная структура популяции отражает соотношение различных возрастных групп в популяции. Она зависит от продолжительности жизни особей, времени наступления их половой зрелости, числа потомков в помете, количества потомств за сезон и др.

■ Присутствие в популяции большого количества особей младших возрастных групп свидетельствует о ее благополучии. Преобладание в популяции старых особей говорит о том, что данная популяция завершает свое существование.

■ Возрастная структура отражает приспособительный характер особей, так как сопротивляемость среде у особей разных возрастов неодинакова (взрослые майские жуки живут несколько недель, а их личинки в почве — три года).

❖ Типы экологического возраста:
■ дорепродуктивный;
■ репродуктивный;
■ пострепродуктивный.

Динамика популяции

Прирост популяции — это разница между рождаемостью и . смертностью. Он может быть положительным (численность популяции увеличивается) и отрицательным (численность популяции уменьшается).

Темп роста — средний прирост популяции за единицу времени. У большинства видов он зависит от плотности популяции. Наиболее высокий темп роста наблюдается при определенной оптимальной плотности популяции или при попадании популяции в новую, незанятую экологическую нишу.

Рост численности. Любая популяция, если ее не лимитируют факторы внешней среды (ограниченность ресурсов, болезни, хищники и т.п.), теоретически способна к неограниченному росту численности. В этом случае темп (скорость) роста популяции зависит только от величины биотического потенциала, а сам рост численности популяции происходит в геометрической прогрессии (по экспоненте) и называется экспоненциальным.

Условия экспоненциального роста. Реально экспоненциальный рост численности популяции может происходить лишь в течение ограниченного промежутка времени в следующих случаях:

■ популяция находится в условиях избытка ресурсов среды (пищи, мест размножения) и не испытывает воздействия неблагоприятных факторов;

■ популяция попадает в новые условия, где у нее нет врагов и конкурентов (пример: кролики в Австралии);

■ популяция существует в искусственно созданных лабораторных условиях (бактерии, дрожжи и др.).

Рост численности популяции приводит к увеличению ее плотности. Но цо .мере увеличения плотности популяции начинает сказываться ограниченность ресурсов среды, и условия для размножения и роста особей становятся менее благоприятными, что приводит к замедлению роста численности популяции.

Логистический тип роста популяции — тип роста при ограниченных ресурсах, характеризующийся снижением темпа роста по мере увеличения плотности популяции.

Емкость среды — оптимальная плотность популяции в конкретных условиях среды.

■ Если плотность популяции соответствует емкости среды, то численность популяции будет колебаться около среднего уровня.

■ Если’плотность популяции превышает емкость среды, то численность популяции и ее плотность уменьшаются.

Регуляция численности популяции. Две группы факторов, влияющих на численность популяции:

■ модифицирующие, не зависящие от плотности популяции (это, как правило, абиотические факторы среды; например, суровая зима приводит к гибели зверей и птиц, кормящихся на земле, и др.);

■ регулирующие, зависящие от плотности популяции (как правило, это различные биотические факторы: рождаемость, смертность, миграции, поведенческие факторы, исчерпание ресурсов среды и др.).

Миграции — это закономерные суточные или сезонные перемещения животных между существенно различными, пространственно разобщенными средами обитания. Они вызываются изменением условий существования в местах обитания или изменением требований животных к этим условиям на разных стадиях развития.

Роль миграций:

■ позволяют организмам в течение определенного времени использовать оптимальные условия среды в тех местах, где постоянное проживание организмов этого вида невозможно;

■ приводят к освоению новых биотопов и расширению общего ареала вида;

■ приводят к обмену особей между популяциями, что может изменить их структуру и основные свойства, предотвратить гибель популяции, находящейся на грани вымирания, или, наоборот, привести ее к резкому сокращению;

■ увеличивают единство и общую устойчивость вида;

■ способствуют успеху в борьбе за существование.

В отсутствие миграции изменение численности популяции зависит от соотношения величины рождаемости и смертности.

Примеры физиологических и поведенческих факторов, регулирующих численность и плотность популяции:

■ при большой плотности популяции у некоторых видов животных (у грызунов) в крови повышается концентрация гормона адреналина, вызывающего агрессивность (драки) и различные гормональные расстройства (у самок может происходить рассасывание эмбриона), что в итоге приводит к сокращению численности популяции;

■ химическое взаимодействие особей (напр!имер, головастики выделяют в воду вещества, задерживающие рост других головастиков);

■ мечение (секретом пахучих желез, царапинами на деревьях, пением самцов птиц и т.п.), охрана индивидуального участка территории и недопущение размножения на нем «чужих» особей позволяют наиболее рационально использовать пространство, занимаемое популяцией. Избыточная часть популяции при этом не размножается или вынуждена выселяться за пределы занятого пространства.

Множественность механизмов регуляции численности приводит к тому, что в природе очень редко происходят катастрофический рост численности, подрыв ресурсов (нехватка пищи, убежищ, пространства) и гибель популяции.

The post Экологическая характеристика популяции first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Общие понятия
• 2. Формы биотических отношений
• 3. Антропогенные Факторы

Общие понятия

Биотическая среда — непосредственное живое окружение того или иного существа.

Биотические факторы среды — все виды прямого или косвенного влияния одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.

❖ Основные формы отношений между организмами:
■ пространственные (использование одних и тех же территорий для добычи пищи, совместное использование жилищ — нор, гнезд птиц и т.п.),
■ трофические (пищевые),
■ топические,
■ форические,
■ фабрические.

Трофические отношения — тип связи между организмами, когда одни организмы питаются либо другими организмами, либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности.

Топические отношения — тип связи между организмами, когда один вид служит местом для поселения другого вида (пример: использование птицами деревьев для гнездования).

Форические отношения — тип связи между организмами, когда организмы одного вида способствуют перемещению организмов другого вида (пример: перенос млекопитающими клещей, блох и других паразитов).

Фабрические отношения — тип связи между организмами, когда один вид использует другой для строительства жилья, гнезд, убежищ и т.д. {пример: использование бобром растительного материала для строительства плотин и хаток).

Формы биотических отношений

Конкуренция — это взаимоотношения, возникающие между особями или популяциями одного и того же вида (внутривидовая конкуренция) или разных видов (межвидовая конкуренция), соревнующихся за одни и те же ресурсы среды при их ограниченном количестве.

■ Формы конкурентных взаимоотношений варьируются от прямой физической борьбы до мирного сосуществования.

■ Конкуренция проявляется в возникновении у особей стрессовых ситуаций, драк, в снижении скорости роста и плодовитости особей, в возрастании их смертности и т.п. Это — единственная форма биотических отношений, негативно влияющая на взаимодействующих партнеров.

■ Конкуренция — один из механизмов формирования видового состава сообщества, пространственного распределения и регуляции численности особей, эволюционного развития видов.

Закон конкурентного исключения: если два вида с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, то рано или поздно один конкурент, лучше приспособленный к условиям этой окружающей среды, вытеснит другого (сформулирован Г.Ф. Гаузе в 1934 г.).

■ В одном сообществе вместе уживаются только те виды, которые в ходе эволюции приобрели различия в потребляемых ресурсах.

Хищничество — способ добывания пищи и питания животных (редко грибов и растений), когда одни животные ловят, умерщвляют и поедают других животных.

Адаптации, характерные для хищничества:

■ у хищника — хорошее развитие нервной системы и органов чувств, быстрота реакции, скорость бега или полета и др.;

■ у жертвы — покровительственная окраска, инстинкты затаивания, обманного поведения, использование убежищ, наличие панциря, рогов, шипов и т.д.

Примеры хищников: представители отряда хищных (кошачьи, волки, тюлени, моржи и др.), хищные птицы (совы, орлы и др.), рыбы (щуки, акулы и др.), рептилии (крокодилы), насекомые, насекомоядные растения (росянка круглолистная, пузырчатка, жирянка и др.).

Антибиоз — тип взаимоотношений между организмами разных видов, когда особи одного вида, выделяя особые вещества (называемые антибиотиками), оказывают угнетающее воздействие на жизнедеятельность особей других видов.

■ Антибиотики, продуцируемые грибами, бактериями и другими организмами (пенициллин, стрептомицин, биомицин) широко применяются для лечения инфекционных болезней. Фитонциды — летучие антибиотики, продуцируемые некоторыми высшими растениями и угнетающие жизнедеятельность бактерий, грибов и одноклеточных.

■ Фитонциды играют важную роль в биологической очистке воздуха.

Нейтрализм — тип взаимоотношений организмов, сосуществующих на одной территории, при котором ни один из них никак не влияет на другой.

■ Пример: сосуществование в саваннах некоторых видов копытных, поедающих растения различных ярусов и поэтому не конкурирующих за пищу.

Симбиоз — это любая форма совместного существования (сожительства) организмов разных видов, при которых хотя бы один получает пользу.

■ Симбионты, как правило, имеют противоположные признаки: это автотрофы и гетеротрофы, подвижные и ведущие прикрепленный образ жизни, обладающие способами и средствами защиты и лишенные их и т.п. В результате один или оба партнера по симбиозу лучше адаптируются к конкретным условиям среды и в итоге выигрывают в борьбе за существование.

Различают факультативный и облигатный симбиоз. Факультативный (необязательный) симбиоз — это симбиоз, когда каждый из организмов при отсутствии партнера может существовать самостоятельно.

Облигатный (обязательный) симбиоз — симбиоз, при котором один из организмов (или оба) оказывается в такой зависимости от другого, что самостоятельно существовать не может.

❖ Классификация форм симбиоза по результатам взаимодействий между партнерами:
■ комменсализм,
■ синойкия,
■ мутуализм,
■ паразитизм.

Комменсализм (нахлебничество) — сожительство организмов разных видов, при котором один организм использует другой как жилище и источник питания, но не причиняет ему вреда.

■ Примеры: бактерии и простейшие в желудочно-кишечном тракте человека, питающиеся остатками пищи хозяина; рыбы-прилипалы и акулы и т.п.

Синойкия (квартирантство) — сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида только как жилище или/и средство перемещения в пространстве, не принося ему ни пользы, ни вреда.

■ Примеры: поселение членистоногих в муравейниках, норах грызунов и гнездах птиц, а грибов и лишайников — в дуплах и на стволах деревьев.

Мутуализм (взаимовыгодный симбиоз) — это облигатное, т.е. невозможное друг без друга, сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу.

■ Примеры: сожительство клубеньковых бактерий с корнями бобовых растений; симбиоз водорослей и грибов, образующих тело лишайников; симбиоз бактерий, инфузорий и одноклеточных жгутиковых, живущих в пищеварительном тракте жвачных животных и помогающих животному-хозяину переваривать богатую целлюлозой растительную пищу, вырабатывая нужные ферменты, причем без симбионтов эти животные усваивать поглощаемую целлюлозу не способны.

Паразитизм — такая форма антагонистических взаимоотношений между организмами разных видов, при которой один организм (паразит) использует другой организм (хозяина) в качестве постоянной или временной среды обитания и источника пищи.

■ Паразитами являются все вирусы, многие бактерии, грибы, простейшие, некоторые черви и членистоногие.

■ Характерные особенности паразитов — высокая специализация и редукция у них одних органов и/или усложнение других.

■ Вредное действие паразитов слагается из механического повреждения тканей хозяина, отравления его продуктами обмена, питания за его счет.

■ Связь паразита с внешней’ средой осуществляется опосредованно через организм хозяина.

Эктопаразиты — паразиты, живущие на теле хозяина (вши, клещи, некоторые грибы).

Эндопаразиты — паразиты, обитающие в тканях или полости тела хозяина (бактерии, глисты) или внутри его клеток (вирусы, малярийный плазмодий).

Облигатные паразиты используют организм только живого хозяина; с его гибелью погибают и они.

Факультативные паразиты не погибают после гибели хозяина, питаясь отмершими остатками его организма, т.е. переходя на сапротрофный способ питания.

Временные паразиты лишь периодически посещают хозяина (комары, мошки, слепни).

Постоянные паразиты проводят на теле хозяина или внутри его всю свою жизнь (рак саккулина постоянно паразитирует на крабах).

Паразитоиды — организмы, ведущие паразитический образ жизни только на стадии личинки (многие насекомые). Пребывание паразитоида в теле хозяина заканчивается гибелью хозяина.

Экологическая роль хищничества, паразитизма и других типов пищевых связей в сообществах:
■ участие организмов в общем круговороте веществ,
■ осуществление взаимной регуляции численности видов.

Антропогенные Факторы

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, который изменяет окружающую среду в соответствии со своими потребностями.

■ Антропогенные факторы начали действовать при переходе человечества от собирательства к земледелию и охоте, но их роль особенно возросла в последнее время в связи с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства.

■ Воздействие человека на природу может быть положительным и отрицательным.

Положительное воздействие выражается в разумном преобразовании человеком окружающей среды (посадке лесов, парков, садов), в создании и разведении новых высокопродуктивных сортов растений и пород животных, в охране природных территорий (заповедников, заказников, национальных парков), в сохранении уникальных природных объектов (озеро Байкал, Гранд-Каньон и др.) и т.д.

Отрицательное воздействие человека на природу выражается в загрязнении среды обитания отходами жизнедеятельности и производства, нефтепродуктами, синтетическими веществами и радиоактивными изотопами, в накоплении в почве пестицидов, в вырубке лесных массивов, в извлечении невосполнимых природных ресурсов (нефти, газа, угля, минералов), в осушении вековых болот, приводящем к обмелению рек и эрозии почв, в сокращении численности видов организмов в результате охоты, рыболовства, сбора трав, ягод и грибов.

The post Влияние биотических факторов на живые организмы first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Влияние солнечного света
• 2. Влияние температуры
• 3. Температурные адаптации растений
• 4. Температурные адаптации животных
• 5. Экологическая роль воды

Основные абиотические факторы: солнечный свет, температура, влажность.

Влияние солнечного света

Солнечный свет — основной источник энергии для фотосинтеза, поддержания теплового баланса, водного обмена, а также одно из условий ориентировки в пространстве.

■ Свет для организмов выступает в роли важнейшего сигнального фактора, обусловливающего фотопериодизм.

■Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, интенсивности, продолжительности, суточной и сезонной периодичности.

Неравнозначность различных участков спектра (видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей) по биологическому действию:

■ видимый свет (длина волны от 0,40 до 0,75 мкм), или фото синтетически активная радиация (ФАР), нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, он влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов; у животных используется для видения и ориентации в окружающей среде; обеспечивают фотопериодизм и биологические ритмы; вместе с температурой влияет на деление и растяжение клеток, ростовые процессы, развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения и т.д.;

■ жесткие УФ-лучи (длина волны менее 0,29 мкм) губительны для всего живого и задерживаются озоновым слоем; УФ-лучи оказывают мутагенное и бактерицидное действие; небольшое количество этих лучей используется животными для синтеза витамина D (профилактика рахита) и меланина в коже;

■ инфракрасные лучи (длина волны более 0,75 мкм) вызывают нагревание организмов, усиливая теплообмен и транспирацию: являются источником тепла для пойкилотермных животных, вызывают таяние снега и т.п.

❖ Экологические группы организмов по отношению к свету:

■ растения делят на светолюбивые (гелиофиты; сильное затенение действует на них угнетающе), тенелюбивые (сциофиты, для них приемлема слабая освещенность) и теневыносливые (факультативные глиофиты, имеющие широкую амплитуду выносливости по отношению к свету);

■ животных по проявлению активности в зависимости от уровня освещенности делят на дневных, сумеречных и ночных.

Фотопериодизм — реакция организмов на суточный ритм освещения и сезонные изменения длины дня и ночи, проявляющаяся в колебании интенсивности и характера физиологических процессов.

■ Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с ростом, развитием, жизнедеятельностью и размножением растений и животных.

❖ Примеры фотопериодизма:

■ у растений:
— суточная ритмичность, обусловленная сменой дня и ночи: периодическое открытие и закрытие цветков (хлопчатник, лен, душистый табак), усиление или ослабление физиологических и биохимических процессов фотосинтеза, скорости деления клеток и др;
— сезонная ритмичность: усиление или ослабление роста и смена фаз развития (распускание почек, цветение, плодоношение, листопад и т. п.);

■ у животных:
— суточная ритмичность: суточные ритмы в чередовании сна и бодрствования, яйценоскость кур и др.;
— сезонная ритмичность: прилеты и отлеты, гнездование и смена оперения птиц, линька млекопитающих, периодичность спаривания и размножения, впадение в зимнюю спячку некоторых животных и т.д.

■ у человека суточные ритмы выражаются в чередовании сна и бодрствования и колебаниях свыше трехсот показателей: температуры тела (в пределах 0,7-0,8 °С), активности коры головного мозга, циклах деятельности сердца и почек, артериального давления, свертываемости крови и т.д.

Классификация растений по типу фотопериодической реакции (ФПР):

■ растения короткого дня (произрастают преимущественно в северных широтах): им для перехода к цветению требуется 12 ч и менее светлого времени в сутки (конопля, капуста, хризантемы, табак, рис);
■ растения длинного дня (произрастают преимущественно в южных широтах): для цветения и дальнейшего развития им нужна продолжительность беспрерывного светового периода более 12 ч в сутки (пшеница, лен, лук, картофель, овес, морковь);
■ фотопериодически нейтральные растения: для них длина фотопериода безразлична, и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой (виноград, томаты, одуванчики, гречиха, флоксы и др.).

На фотопериодическую реакцию организмов заметное влияние могут оказывать температура и влажность среды.
■ Пример: при 28,5 °С для цветения белены требуется освещение в течение 11,5 ч, при 15,5 °С — в течение 8,5 ч.

❖ Классификация животных по типу ФПР:
■ дневные животные проявляют наибольшую активность днем, ночью спят (жаворонки, волки, зайцы);
■ ночные животные ведут активную жизнь только в ночных условиях (летучие мыши, совы, крыланы);
■ животные, постоянно обитающие в полной темноте (паразиты кишечника, крот).

Биологические ритмы (биоритмы) — выработавшиеся на основе фотопериодизма периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений.

Биологические часы — способность живых организмов ощущать суточные, приливно-отливные, лунные и годичные циклы природы и тем самым ориентироваться во времени.

■ Биологические часы позволяют организму заранее подготовиться к предстоящим изменениям среды.

❖ Классификация биоритмов:
■ годичные, или цирканные (распускание почек, линька и др.);
■ лунные (менструальный цикл у человека);
■ приливно-отливные (открывание и закрывание раковин у моллюсков в полосе прибоя);
■ суточные, или циркадные (открывание и закрывание устьиц на листьях).

Практическое использование фотопериодизма и биоритмов: подбором режимов освещения и температуры, наиболее соответствующих биоритмам, можно заметно повысить продуктивность животных и растений. Примеры, увеличение зимой светового дня до 12—15 ч за счет искусственного освещения позволяет выращивать в теплицах, оранжереях и парниках овощные культуры и декоративные растения, ускорить рост и развитие рассады, на птицефермах — увеличить яйценоскость кур, уток, гусей, на зверофермах — регулировать размножение пушных зверей.

Влияние температуры

Температура влияет на скорость и характер протекания всех химических реакций, составляющих обмен веществ в организме.

Температура организма зависит от:
■ количества тепла, выделяющегося в организме в реакциях метаболизма,
■ температуры окружающей среды (она достигает +50…+60 °С в пустынях и -70…-80 °С в Антарктиде),
■ интенсивности теплообмена между организмом и средой.

Температурные пределы жизни определяются условиями, при которых не происходят денатурация белков и отсутствуют необратимые изменения коллоидных свойств цитоплазмы, нарушения активности ферментов и процессов дыхания.

■ Для большинства организмов этот диапазон температур составляет от 0 до +50 °С; значительно большие адаптационные возможности присущи организмам по отношению к сезонно повторяющимся изменениям температуры.

■ Однако ряд организмов, обладающий специализированными ферментами, может активно существовать при температурах, выходящих за указанные пределы. Так, многие низшие организмы способны выдерживать очень низкие температуры благодаря высокой концентрации в цитоплазме их клеток солей, глицерина, сахара и сниженного содержания воды.

❖ Классификация организмов по отношению к высокой и низкой температуре окружающей среды:

■ термофилы — организмы, оптимальные условия жизнедеятельности которых лежат в области относительно высоких температур;

■ криофилы — организмы, оптимальные условия жизнедеятельности которых лежат в области относительно низких температур.

❖ Классификация организмов по температуре тела:

-пойкилотермные (эктотермные, или холоднокровные) организмы — организмы, не обладающие способностью терморегуляции своего тела. Активность пойкилотермных организмов зависит от количества тепла, поступающего извне, а температура их тела — от температуры окружающей среды. Примеры: все микроорганизмы, растения, беспозвоночные и большая часть хордовых животных;

гомойотермные (эндотермные, или теплокровные) организмы — организмы, у которых температура тела поддерживается на постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Примеры: птицы, млекопитающие, человек.

■ Источником тепла у эндотермных организмов являются процессы интенсивного обмена веществ; поддержанию температуры тела постоянной способствует хорошая тепловая изоляция, создаваемая волосяным покровом, плотным оперением, толстым слоем подкожной жировой ткани.

■ Важную роль в интенсификации обменных процессов у го-мойотермных организмов играют четырехкамерное сердце, полное разделение артериальной и венозной крови и совершенные органы дыхания.

■ Свойство эндотермности позволяет многим видам животных (белым медведям, ластоногим, пингвинам и др.) вести активный образ жизни при низких температурах.

Гетеротермия — свойство некоторых организмов изменять температуру своего тела в зависимости от активности организма.

В неблагоприятный период года эти животные впадают в спячку или временное оцепенение.

■ Примеры: некоторые мелкие птицы и млекопитающие (насекомоядные, летучие мыши, суслики, ежи и др.).

Температурные адаптации растений

❖ Опасность высоких температур для растений: при повышении температуры за пределы зоны угнетения происходят:
■ сильное обезвоживание и иссушение растений,
■ ожоги,
■ разрушение хлорофилла,
■ необратимые расстройства дыхания,
■ тепловая денатурация белков,
■ коагуляция цитоплазмы и гибель растения.

❖ Опасность низких температур для растений. При понижении температуры:
■ тормозятся процессы роста растений, фотосинтеза, образования хлорофилла,
■ снижается энергетическая эффективность дыхания,
■ резко замедляется скорость развития растения;
■ при отрицательных температурах в межклетниках и клетках замерзает вода, в результате чего клетки обезвоживаются и механически повреждаются;
■ при дальнейшем понижении температуры происходит коагуляция белков,
■ разрушается цитоплазма и растение гибнет.

Температурные адаптации животных

❖ Основные пути температурных адаптаций животных:

■ химическая терморегуляция — усиленное образование тепла в ответ на понижение температуры среды;

■ физическая терморегуляция — изменение интенсивности теплоотдачи, способность удерживать тепло или, наоборот, рассеивать его избыток;

■ поведенческая терморегуляция (избегание неблагоприятных температур путем миграции или передвижения на освещенные или теневые участки; а также изменение поведения более сложным образом: зимняя спячка, анабиоз).

❖ Способы физической терморегуляции:

■ путем рефлекторного сужения и расширения кровеносных сосудов кожи, меняющих ее теплопроводность;

■ изменением теплоизолирующих свойств меха и перьевого покрова тела;

■ изменением интенсивности испарения воды путем потоотделения или через влажные оболочки полости рта (у собак и др.);

■ сезонным изменением толщины подкожного жирового слоя (у некоторых животных).

❖ Особенности и температурные адаптации пойкилотермных животных

■ Эти животные характеризуются более низким уровнем обмена веществ по сравнению с гомойотермными, поэтому у них вырабатывается мало тепла, что делает невозможной химическую и физическую терморегуляцию.

■ Основной способ терморегуляции пойкилотермных животных — поведенческий (перемена позы, активный поиск благоприятных климатических условий, смена мест обитания, самостоятельное создание нужного микроклимата: сооружение гнезд, рытье нор, оцепенение, анабиоз и т.д.).

■ Некоторые пойкилотермные животные (например, шмели) способны поддерживать оптимальную температуру тела за счет повышения или понижения активности работы мышц.

Оцепенение — состояние, характеризующееся неподвижностью животного, прекращением его питания и резким снижением всех физиологических функций. Пониженный уровень обмена веществ поддерживается за счет запасов энергии (жира), накопленных в активном периоде.

■ Оцепенение позволяет животным пережить неблагоприятные условия (высокую или низкую температуру, отсутствие воды, пиши и др.).

■ Оно присуще насекомым, лягушкам, ряду млекопитающих (ежам, барсукам), впадающим в зимнюю спячку, а также некоторым пустынным грызунам, черепахам и др., впадающим в спячку летом из-за жары и недостатка воды.

Анабиоз — такое состояние некоторых живых организмов, при котором все их жизненные процессы настолько замедлены, что видимые проявления жизни отсутствуют.

■ В этом состоянии повышается устойчивость организмов к высокой или низкой температуре, недостатку кислорода и влаги, действию ядовитых веществ, ионизирующих излучений и др.

■ В состоянии анабиоза организмы могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет.

■ В анабиоз могут впадать многие бактерии (образуют споры), простейшие (образуют цисты), низшие ракообразные.

Экологическая роль воды

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле.

❖ Значение воды в процессах жизнедеятельности:

■ вода — основная среда в клетке, где осуществляются процессы метаболизма; все живые организмы на 70-90% состоят из воды;

■ она является универсальным растворителем;

■ она служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций;

■ для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов она является непосредственной средой их обитания. Наземным организмам (особенно растениям) необходимо постоянно пополнять внутренние запасы воды из-за ее потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги.

Недостаток влаги ограничивает области жизнедеятельности и географического распространения наземных организмов как в пределах отдельной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).

❖ Основные экологические факторы, определяющие водо-обеспечение наземных организмов:
■ количество атмосферных осадков,
■ их распределение по временам года,
■ наличие водоемов,
■ уровень грунтовых вод, запасы почвенной влаги,
■ соотношение между количеством осадков и скоростью испарения.

Аридные (сухие, засушливые) области — области, в которых испарение превышает годовую величину суммы осадков.

■ В таких областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода.

Гумидные (влажные) области — области, в которых обеспеченность растений водой достаточна в течение всего вегетационного периода.

❖ Экологические группы растений по отношению к влаге:
■ гигрофиты,
■ мезофиты,
■ ксерофиты.

Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы.
■ Гигрофиты не имеют приспособлений, ограничивающих расход воды, и не способны переносить даже незначительную ее потерю.
■ Избыточная влага у гигрофитов удаляется за счет транспирации и гуттации.

Транспирация — физиологический процесс испарения воды растениями. Основной орган транспирации — лист с имеющимися на нем устьицами. Транспирация возможна и через кутикулу -тонкую пленку, покрывающую кожицу растения.

Гуттация — выделение воды из растения через специальные выделительные клетки, расположенные по краю листа.

Ксерофиты — растения сухих местообитаний (пустынь, сухих степей, саванн и т.п.), способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными.

❖ Способы преодоления недостатка влаги ксерофитами:
■ эффективное добывание (всасывание) воды,
■ экономное ее расходование,
■ способность переносить большие потери воды.

Склерофиты — имеющие своеобразный внешний облик ксерофиты с мелкими, узкими, жесткими листьями с толстой кутикулой, с многослойным толстостенным эпидермисом, с большим количеством механических тканей.
■ Листья склерофитов даже при большой потере воды не теряют упругости и тургора.
■ Клетки листа склерофита мелкие и плотно упакованы, что значительно сокращает испаряющую поверхность.

Суккуленты — ксерофиты с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань.
■ Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ) и стеблевые суккуленты, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми’стеблям и (кактусы и др.).
■ Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл.

Мезофиты — растения, занимающие промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами.
■ Мезофиты распространены в умеренно влажных и умеренно теплых зонах с хорошей обеспеченностью минеральным питанием.
■ Могут адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

Регуляция водного баланса у животных происходит благодаря ряду поведенческих, морфологических и физиологических адаптаций (см. таблицу).

The post Влияние абиотических факторов на живые организмы first appeared on ESCULAPPRO.RU.

• 1. Предмет и задачи экологии
• 2. Задачи экологии
• 3. Методы экологии

Предмет и задачи экологии

Экология — общебиологическая наука о закономерностях взаимоотношений организмов между собой и с окружающей их средой. Экосистема — единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой обитания.

Объекты экологии — различные уровни организации живого, начиная с организменного, и более высокие, надорганизменные системы — популяции, биоценозы (сообщества), биогеоценозы (экосистемы) и биосфера в целом;

❖ Возникновение экологии:

■ 1866 г. — Э. Геккель ввел термин «экология» для обозначения «общей науки об отношениях организмов к окружающей среде»;

■ 1877 г. — К. Мёбиус обосновал представление о биоценозе как «глубоком закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды»;

■ 1926 г. — В.И. Вернадский разработал учение о биосфере как глобальной оболочке Земли, в которой «основной ход геохимических и энергетических превращений определяется живым веществом»;

■ 1935 г. — А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы как совокупности организмов и неорганической среды, объединенных общим круговоротом веществ и превращением энергии;

■ 1942 г. — В.Н. Сукачев создал учение о биогеоценозе как экосистеме, относимой к участкам суши, занятой определенными единицами растительности — фитоценозами (растительными сообществами).

Задачи экологии

❖ Главная теоретическая и практическая задача — раскрытие общих закономерностей организации жизни и разработка на их основе принципов рационального использования природных ресурсов в условиях постоянно возрастающего влияния человека на биосферу;

❖ Частные задачи:

■ выяснение общих закономерностей взаимоотношений организмов с факторами окружающей среды — общая экология;

■ изучение закономерностей организации различных сообществ (биоценозов), их структуры и функционирования (экология сообществ);

■ изучение круговорота веществ и трансформации энергии в цепях питания;

■ исследование закономерностей динамики численности и структуры популяций, а также процессов взаимодействия между популяциями разных видов (популяционная экология);

■ исследование влияния природной среды на организм человека (социальная экология);

■ разработка методов безотходных технологий на промышленных предприятиях, создание экологически чистых производств (промышленная экология);

■ создание научных основ рационального использования природных ресурсов, прогнозирование изменений окружающей среды в связи с деятельностью человека (экология ландшафтов);

■ разработка и внедрение биологических методов борьбы с вредителями и сорняками (аутэкология);

■ определение допустимой степени вмешательства человека в природу и др.

Методы экологии

Методы экологии подразделяются на полевые и экспериментальные. Их сочетание позволяет выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды и определить пути управления экосистемами.

■ Полевые наблюдения осуществляются непосредственно в естественных условиях без вмешательства в наблюдаемые процессы и применяются для качественной характеристики экосистем, изучения видового состава организмов и их взаимосвязей.

■ Эксперименты в природных условиях, в отличие от наблюдений, сопровождаются определенными целенаправленными изменениями, которые исследователь сознательно производит в наблюдаемой природной экосистеме с целью изучения роли того или иного фактора.

■ Эксперименты в лабораторных условиях позволяют не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе.

■ Моделирование — создание математических моделей, описывающих структуру и функционирование экосистем. Моделирование позволяет прогнозировать с помощью вычислительной техники процессы и ситуации, возникающие в популяциях организмов и экосистемах.

The post Экология как наука first appeared on ESCULAPPRO.RU.