Содержание, предмет и задачи экологии

Содержание, предмет и задачи экологии
Экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов в их естественной
среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.
Основное содержание экологии – исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой
на популяционно-биоценотическом уровне и изучение функционирования биологических макросистем
более высокого ранга: экосистем, биосферы, их продуктивности и энергетики.
Предмет исследования – биологические макросистемы (популяции, биоценозы) и их динамика во
времени и пространстве.
Основные задачи экологии – изучение динамики популяций, изучение биоценозов и экосистем, вскрыть
законы процессов в экосистемах , научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и
урбанизации нашей планеты.
По Реймерсу экологию по размерам объектов изучения подразделяют на:
1. аутэкология – экология особей;
2. демэкология – экология малых групп;
3. популяционная экология;
4. спецэкология – экология вида;
5. синэкология – экология сообществ;
6. биоценология – экология биоценозов;
7. биогеоценология – экология экосистем различного уровня;
8. биосферология – учение о биосфере;
9. экосферология – глобальная экология.
Методы экологических исследований
1. Методы исследований и понятий (полевые, экспериментальные исследования с использованием
экосистемного, популяционного, эволюционного, исторического подходов, изучение сообществ и
анализ местообитаний)
- Экосистемный подход (изучают поток энергии и круговорот веществ между биотическими и
абиотическими компонентами экосферы. Установление функциональных связей, цепей питания и т.д.
- Изучение сообществ
- Популяционный подход
- Изучение местообитаний
- Эволюционный и исторический подходы (изменение во времени)
-Историческая экология
Законы экологии
1. Закон биогенной миграции атомов (Вернадский) – миграция химических элементов происходит
при участии живого вещества.
2. Закон необратимости эволюции (Долло)—организм не может вернуться, хотя бы частично, к
предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряде его предков.
3. Законы Коммонера
3.1.
Все связано со всем
3.2.
Все должно куда-то деваться
3.3.
Природа «знает» лучше
3.4.
Ничто не дается даром (за все надо платить)
Среда и условия существования организма
Среда –часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное
воздействие.
Условия жизни – совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он
находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Адаптации –приспособления организмов к среде.
Классификация экологических факторов
Абиотические
Факторы неживой природы.
Свет, температура, влага, ветер,
воздух,
давление,
течения,
долгота дня и т.д.
Биотические
Антропогенные
Факторы живой природы – Все
формы
деятельности
совокупность
влияний человеческого общества.
жизнедеятельности
одних
организмов на другие.
Влияние растений на
других
членов биоценозов.
Влияние животных на других
членов биоценозов.
Во времени
По периодичности
По очередности
Эволюционный
Исторический
Периодический
непериодический
Первичный
Вторичный
По происхождению
По среде возникновения
Космический, абиотический, биогенный, Атмосферный,
биотический, биологический, природно- эдафический,
антропогенный, антропогенный
популяционный,
биосферный
водный,
геоморфологический,
физиологический,
генетический,
биоценотический,
экосистемный,
Влияние факторов среды определяется, прежде всего их воздействием на обмен веществ организма.
Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями,
например, силой и диапазоном действия.
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма,
называется оптимумом, а дающая наихудший вариант – пессимумом, т.е. условия, при которых
жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать.
Диапазон устойчивости, толерантности, выносливости – предел от минимума до максимума
воздействия фактора, при котором организм еще жив.
Пределы устойчивости – точки, ограничивающие диапазон устойчивости.
По мере удаления от оптимума по шкале вверх и вниз не только усиливается стресс, -- в конечном итоге
по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель.
Для каждого вида растений (животных) существует оптимум, стрессовые зоны и пределы
устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора.
Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности
Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием
«экологическая пластичность» (экологическая валентность вида). Чем шире диапазон колебаний
экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его
экологическая пластичность.
Виды, способные существовать лишь при небольших отклонениях от оптимальной величины фактора,
называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора –
широкоприспособленными.
Эврибионты – экологически выносливые виды.
Стенобионты – маловыносливые виды.
Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях среды, утрачивают
экологическую пластичность, и становятся стенобионтными. Виды, существовавшие при значительных
колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся
эврибионтными.
По отношению к температуре – эвритермные и стенотермные;
По отношению к солености – эвригалинные, стеногалинные;
По отношению к свету – эврифотные, стенофотные;
По отношению к пище – эврифаги, стенофаги;
По отношению к влажности – эвригигробионт, стеногигробионт.
Совместное действие экологических факторов
Экологические факторы действуют комплексно. Действие одного фактора не заменяется действием
другого. Однако при комплексном воздействии среды часто имеет место «эффект замещения», который
проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен
избытком тепла или обилием углекислого газа, но если изменить температуру, то можно приостановить
фотосинтез у растений или активность у животных. По своему воздействию факторы не равноценны для
организма. Их подразделяют на ведущие и фоновые. В роли ведущего фактора в разные периоды жизни
организма могут выступать различные факторы. Так, в период прорастания злаков ведущий фактор –
температура, в период колошения и цветения – почвенная влага, в период созревания – количество
питательных веществ и влажность воздуха. Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же
видов, живущих в разных физико-географических условиях. Так, активность комаров, мошек в теплых
районах определяется световым режимом, а на севере – температурой.
Фактор, уровень которого в количественном и качественном отношении (недостаток или избыток)
оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим
или лимитирующим.
Ограничивающее действие фактора будет проявляться даже в том случае, когда другие факторы среды
благоприятны или оптимальны.
Понятие о лимитирующих факторах ввел Ю. Либих (1840), изучая влияние на рост растений
содержание различных химических элементов в почве.
Закон минимума Либиха
Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость
последнего во времени. (Фактор, находящийся в недостатке, оказывает лимитирующее воздействие на
организм).
Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как, тепло,
свет, вода.
Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд (1913) –
закон толерантности Шелфорда
Процветание организма ограничено зонами максимума и минимума определенных экологических
факторов. Между ними располагается зона оптимума. Каждый вид характеризуется своей
толерантностью – способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.
Правило Вант-Гоффа
При оптимальных температурах у всех организмов физиологические процессы протекают наиболее
интенсивно, что способствует увеличению темпов их роста. Скорость химических реакций возрастает в
2-3 раза при повышении температуры на каждые 100С. При температурах выше или ниже оптимальных
скорость биохимических реакций в организме снижается или вообще нарушается (замедление роста и
гибель организма).
Правило Тинеманна
Устойчивость цветков в почках, самих цветков, семян и незащищенных молодых растений или наиболее
чувствительных стадий развития ограничивают сохранение и расселение вида.
Правило Алена
У видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие части тела (хвост, уши,
конечности и др.) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест.
Правило Глогера
Окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном.
Правило Бергмана
В направлении от экватора к полюсам размеры эндотермных животных увеличиваются.
Закон константности количества живого вещества биосферы (Вернадский) –количество живого
вещества (биомассы всех организмов) биосферы для данной геологической эпохи постоянно.
Закон необратимости эволюции (Поло) – эволюция необратима; организм (популяция, вид) не может
вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.
Законы экологии Коммонера – 1. Всё связано со всем. 2. Всё должно куда-то деваться. 3. Природа
знает лучше. 4. Ничего не дается даром (за всё надо платить).
Правило предварения Алехина –широко распространенные виды растений на юге произрастают на
северных склонах, а на севере – на южных.
Правило 10% (правило пирамиды энергий Линдемана) – с одного трофического уровня
экологической пирамиды переходит на другой , более высокий, не более 10% энергии.
Правило 1% - для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичной продукции не
превышает 1%.
Эфемеры – виды однолетних растений, которые в короткие сроки (12-30 дней) могут прорасти, развить
генеративные побеги, расцвести, сформировать плоды и семена. Бывают весенние (вероника весенняя,
незабудка песчаная, бурачок пустынный и осенние.
Эфемеры-животные – насекомые, ракообразные (щитни, появляющиеся в большом количестве весной в
лесных лужах), рыбы, обитающие в небольших водоемах, лужах (африканские нотобранхи и
афиосимеоны из отряда карпозубообразных).
Эфемероиды – многолетние растения, которые при неблагоприятных условиях влажности могут
задерживать свое развитие до тех пор, пока она не станет оптимальной; проходят весь цикл развития в
короткие ранневесенние сроки (растения южных степей: гиацинт степной, птицемлечник, тюльпаны).