Роль эдафических факторов в распределении растений и животных.

Специфические растительные ассоциации, как уже отмечалось, формируются в связи с разнообразием условий мест обитании, включая и почвенные, а также и в связи с избирательностью по отношению к ним растений в определенной ландшафтно-географической зоне. Следует учитывать, что даже в одной зоне в зависимости от ее рельефа, уровня грунтовых вод, экспозиции склона и ряда других факторов создаются неодинаковые почвенные условия, которые отражаются на типе растительности. Так, в ковыльно-типчаковой степи всегда можно обнаружить участки, где доминирует ковыль или, наоборот, типчак. Именно поэтому типы почв являются мощным фактором распределения растений.

На наземных животных эдафические факторы оказывают меньшее влияние. Вместе с тем животные тесно связаны с растительностью, и она играет решающую роль в их распределении. Однако и среди крупных позвоночных легко обнаружить формы, которые приспособлены к конкретным почвам. Это особенно характерно для фауны глинистых почв с твердой поверхностью, сыпучих песков, заболоченных почв и торфяников. В тесной связи с почвенными условиями находятся роющие формы животных. Одни из них приспособлены к более плотным почвам, другие могут разрывать только легкие песчаные почвы. Типичные почвенные животные также приспособлены к различным видам почв. Например, в средней Европе отмечают до 20 родов жуков, которые распространены только на солончаковатых или солонцовых почвах. И в то же время нередко почвенные животные имеют очень широкие ареалы и встречаются в разных почвах. Дождевой червь (Eisenia nordenskioldi) достигает высокой численности в тундровых и таежных почвах, в почвах смешанных лесов и лугов и даже в горах. Это связано с тем, что в распространении почвенных обитателей кроме свойств почвы большое значение имеют их эволюционный уровень и размеры тела. Тенденция к космополитизму отчетливо выражена у мелких форм: бактерий, грибов, простейших, микроартропод (клещей, коллембол), почвенных нематод.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между наземной и водной. С воздушной средой почву сближает наличие почвенного воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев.

С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность его водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие в почвенных растворах солей и органических веществ, возможность двигаться в трех измерениях. Как и в воде, в почве сильно развиты химические взаимозависимости и взаимовлияния организмов.

Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных дают возможность сделать заключение, что почва играла особую роль в эволюции животного мира. Например, для многих групп членистоногих в процессе исторического развития почва явилась средой, через которую типично водные организмы смогли перейти к наземному образу жизни и заселить сушу.

№25

Прямо или косвенно температура среды влияет на выживание, размножение, численность, распределение животных. Теплота - основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность, поэтому температурные условия оказываются одними из важных экологических факторов, влияющих на интенсивность обменных процессов. Это постоянно действующий фактор. Широкий диапазон колебаний определяется географическими, сезонными и суточными различиями. Прямое влияние температуры связанно с поглощением тепла телом животного и отдачей его во внешнею среду. Термодинамической правило Вант-Гоффа в экологической модификации: с увеличением температуры на каждые 10 градусов, ускоряет в 2-3 раза химические процессы. Фактически обмен веществ усиливается многократно до 7 раз. При чрезмерном увеличении температуры замедляется или останавливается. Верхний температурный порог жизни определяется температурой свертывания белков равной 60градусам - таков порог смерти у некоторых простейших и низших многоклеточных. Обезвоживание организма увеличивает этот порог, на чем основана высок термоустойчивость цист, спор, семян, некоторых мелких организмов в обезвоженном состоянии. Архебактерии нормально существуют до 105гр. У более сложноорганизованных животных основная причина тепловой гибели- рассогласование обменных процессов, вызванные разным значением коэффициента Q10 – во сколько раз увеличивается скорость химической реакции при увеличении температуры на 10 градусов. У животных большое значение имеют нарушение деятельности нервной системы и ее регуляторных функций, поэтому у большинства животных тепловая гибель наступает при 42-43 гр. Нарушение метаболических и регуляторных процессов наступает и при низких температурах тоже. Дисгармония функций также определяется разным значением Q10 отдельных реакций. В почках млекопитающих канальцевая реабсорбция затормаживается уже при температуре тела 23-20 градусов, а клубочковая фильтрация – только при 19, что нарушает выделительную функцию. У собак условные рефлексы угасают при 30 градусах, а биоток коры регистрируются до 20 градусов, а функция стволовой части мозга сохр-ся при еще более низкой температуре. Химическая терморегуляция обусловлена интенсивностью ок-восс-х реакций и осущ-ся рефлекторным путем. Изменение внешней температуры воспринимается рецепторами, они посылают сигнал в ЦНС, который посылает импульсы к механизмам регулирующим ок-восс-е процессы. Величину теплопродукции можно оценить по количеству потребленного кислорода, она тесно связана с теплоотдачей, которая находится прямой зависимости от размеров животных. Чем оно меньше, тем больше поверхность тела, больше теплоотдача. У мелких организмов, как правило, скорость ок-восс-х процессов выше. К физическим механизмам терморегуляции – теплоизолирующие покровы, деятельность потовых желез, испарение влаги при дыхании, сосудистая регуляция кровообращения. У наиболее высокоорганизованных животных эти механизмы работаю четко. Очень большое значение имеет поведение животных. Активное перемещение в места с наиболее благоприятной температурой, поиск и создание убежищ, рассредоточение, скучивание, разное поведение в течение суток.

В живых организмах постоянно происходит теплообмен. Он складывается из двух противоположных процессов - притоком тепла и отдачей его во внешнею среду. Относительный ход этих составляющих неодинаков у разных групп организмов. Пойкилотермные организмы - все таксоны живых организмов, кроме птиц и млекопитающих. Отличаются неустойчивым уровнем обмена веществ, непостоянством температуры тела и почти полным отсутствием механизмов его регуляции. Температура тела отдельных животных мало отличается от температуры среды и изменяется вслед за ее колебаниями. Принципиальная особенность пойкилотермных организмов – благодаря относительно низкому уровню метаболизма главным источником тепловой энергии является внешнее тепло, этим объясняется прямая зависимость: температура тела - температура окружающей среды. Полное соответствие этих температур наблюдается редко и свойственно очень мелким организмам. В диапазоне низких и умеренных температур температура тела оказывается более высокой, а в очень жарких – более низкой. Причина повышенной по сравнению со средой температуры – даже при низком уровне обмена продуцируется эндогенное тепло, которое увеличивает температуру тела. Особенно ярко это проявляется у активно двигающихся животных – у насекомых температура в покое больше на десятые доли, чем температура окружающей среды, а при полете у бабочек, шмеля температура равна 40 градусам даже при температуре окружающей среды равной 10 градусам. Пониженная температура в жарком климате – за счет потери тепла с испарением, которое при высок температуре и низкой влажности существенно увеличивается. Скорость изменения температуры тела у пойкилотермных находятся в обратной зависимости с их размерами. Это определяется соотношением массы и поверхности. У более крупных форм относительная поверхность тела уменьшается, это ведет к уменьшению потери тепла. У крупных кожистых черепах, пойманных в холодных водах, темп тела на 10 градусов выше температуры воды. Именно крупные размеры позволяют проникать в холодные воды. При оптимальной температуре среды обменные химические реакции у пойкилотермных минимальны. Существует оптимум и пессимум для различных стадий. У остромордой лягушки откладка и развитие икры от +1-23 градусов, у прудовой от +16-31градусов. При этом крайние температуры, особенно нижние, лежат в зоне пессимума, а диапазон оптимальных - значительно уже. Крайние минимальные и максимальные температуры нижнего и верхнего пессимума – нижний и верхний порог развития, или нижний и верхний биологический ноль, за пределами которого развития вообще не происходит. Температура, лежащая выше нижнего порога развития, и не выходящая за пределы верхнего – эффективная температура. Только она может вывести организм из нулевого состояния и активизировать физиологические процессы. Развитие пойкилотермных организмов протекает тем быстрее, чем выше температура окружающей среды. Кол-во тепла, необходимое для развития определяется суммой эффективных температур или суммой тепла.

К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие гомойотермных животных – наличие комплекса регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма, поэтому все биохимические и физиологические реакции протекают в оптимальных температурных условия. Химическая терморегуляция проявляется в продуцировании тепла, а физическая – в его распределении и отдачи. Химическая терморегуляция обусловлена интенсивностью окислительно-восстановительных реакций и осуществляется рефлекторным путем. Изменение внешней температуры воспринимается рецепторами, они посылают сигнал в ЦНС, которое посылает импульсы к механизмам, регулирующим окислительно-восстановительные процессы. Величину теплопродукции можно оценить по количеству потребленного кислорода, она тесно связана с теплоотдачей, которая находится прямой зависимости от размеров животных. Чем оно меньше, тем больше поверхность тела, больше теплоотдача. У мелких, как правило, скорость окислительно-восстановительных процессов выше. К физическим механизмам терморегуляции – теплоизолирующие покровы, деятельность потовых желез, испарение влаги при дыхании, сосудистая регуляция кровообращения. У наиболее высокоорганизованных животных эти механизмы работаю четко. Очень большое значение имеет поведение животных. Активное перемещение в места с наиболее благоприятной температурой, поиск и создание убежищ, рассредоточение, скучивание, разное поведение в течение суток. При оптимальной температуре среды у позвоночных обменные химические реакции достигают максимума. Интенсивность метаболизма обратно пропорционально температуре окружающей среды. Развитие гомойотермных организмов в меньшей степени зависит от температуры окр. среды, но и им свойственен определенный температурный оптимум и пессимум физиологических процессов.

№26

Влажность и осадки в жизни растений и животных. Роль снежного покрова и льда в жизни организмов.

Формирование профиля влажности – сложное явление, складывающееся из атмосферных осадков, физического испарения, конденсации, транспирации растений, парообразного переноса влаги под влиянием температуры, скорости ветра и др. Влажность воздуха отражает содержание водяных паров на единицу объема (абсолютная влажность). Это показатель может быть выражен и отношением количества водяных паров к их кол-ву, насыщающему воздух при данной температуре (относительная влажность, %)Сухость воздуха является лимитирующим фактором при газообмене организмов с внешней средой, т к в кровь поступает О2, предварительно раствор-й в воде и важнейшее условие устойчивого газообмена – это поддержание дыхательной повер-ти во влажном состоянии.

Влажность воздуха определяет поступление воды в организм ч/з покровы, а так же потери воды этим путем. Животные – гидрофилы, или влаголюбы, предпочитают влажные моста обитания (слизни, пиявки, моллюски). Большое значение влажность воздуха имеет для амфибий. Обязательное участи кожи в дыхании определяет образ жизни – большинство из них населяет околоводные места обитания, предельно влажные биотопы подстилки и верхние горизонты почвы. Кроме того, кожа амфибий обеспечивает потребности организма в воде, т к легко для нее проницаема. Есть сухолюбивые животные – ксерофилы – рептилии, грызуны – предпочитающие сухие места обитания.

Ведущий фактор влажности – это осадки, но на них существенно влияют температура, ветер, солнечная радиация и др. Осадки также определяют режим водоемов и почвенной влаги. Отсутствие осадков в аридных зонах является причиной сезонных миграций животных в аридных зонах.

Влажность и осадки играют основную роль в жизнедеятельности растений. Кроме поглощения почвенной влаги возможно поступление капельно-жидкостной воды в растение через надземные органы. У высших растений это явление встречается в основном у эпифитов тропических лесов, поглощающих влагу всей поверхностью тела. У эпифитных орхидей воздушные корни покрыты многослойным эпидермисом – веламеном, который при дожде впитывает воду как губка. Колючки некоторых кактусов, имеющие свойства капилляров, способны поглощать капельно-жидкую влагу. Парообразную влагу могут впитывать безлистные ветви пустынных кустарников – саксаулы, солянки, кандымы.

У высших споровых и низших растений поглощение влаги надземными частями – обычный способ водного снабжения, поэтому для них характерно слабое развитие покровных тканей. Для быстрого впитывания воды у кустистых лишайников развита большая площадь поглощения, у сфагновых мхов – система пустых гиалиновых клеток, у зеленых мхов – микроскопические волоски.

Содержание паров воды в воздухе имеет большое значение как фактор, определяющий скорость потери воды растениями. Отрицательное влияние повышенной влажности местообитания может заключаться в распространении грибных и бактериальных инфекций.

Снег играет в жизни растений двоякую роль. С одной стороны сильные снегопады способны причинить механические повреждения (снеголом, искревление стволов), с другой стороны снег защищает зимующие растения от вымерзания, почву – от глубокого промерзания. Снежный покров накапливает влагу, которая используется растениями в начале вегетационного периода.

Лед оказывает на растения в основном неблагоприятное воздействие. Образование ледяной корки на поверхности почвы прекращает доступ воздуха в почву. Ледяной покров может образовываться на растениях, образуя ожеледь (затрудняет дыхание, ведет к поломкам). Град наносит существенный ущерб листьям, ломает побеги.

Снеговой покров играет существенную роль в жизни животных. Для мелких млекопитающих (Мыши-полевки, лемминги) снег зимой служит средой обитания. Для животных, впадающих в спячку, снег служит дополнительным теплоизолирующим слоем для зимних укрытий. Снеговой покров может являться лимитирующим фактором в распространении некоторых видов животных – дикие мелкие кошки, мелкие копытные. Наст и рыхлый снег оказывает губительное действие на многих диких и домашних животных, затрудняя передвижение, тем самым сокращая площадь сбора пищи и способность избегать хищников, а затраты энергии на преодаление пути при этом увеличиваются.

№27

Свет как экологический фактор (интенсивность, спектральный состав, периодичность).

Свет является одним из важнейших экологических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Основным источником света для Земли является Солнце, излучающее огромное количество энергии, в том числе электромагнитной. Приближённый состав последней по длине волны (, нм) следующий: 48% – инфракрасная ( = 1·10⁶…760); 50% – видимая ( = 760…360); 2% – ультрафиолетовая ( = 360…10) и ионизирующая ( < 10).

Ультрафиолетовое излучение с  < 200 нм губительно для жизни, с  = 250…360 нм – стимулирует у животных образование витамина D, а с  = 200…300 нм губительно для микроорганизмов.

Электромагнитное излучение с  = 380…400 нм обладает высокой фотосинтетической активностью.

Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами как тепло.

Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет, за счет которого образуется хлорофилл и осуществляется важнейший в жизни биосферы процесс фотосинтеза (образование органических веществ из неорганических с использованием солнечной энергии). Фотосинтез обеспечивает планету органическими веществами и аккумулированной в них солнечной энергией.

В общем балансе энергии Земли солнечная составляет ~ 99,9 %. Если принять солнечную энергию, достигающую Земли, за 100 %, то ~ 19 % её поглощается атмосферой, ~ 34 % отражается в космос и ~ 47 % достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной электромагнитной энергии. Прямая электромагнитная энергия представляет собой спектр излучения с  от 0,1 до 30000 нм. Ультрафиолетовая часть этого спектра составляет 1…5 %, видимая 16…45 %, инфракрасная 49…84 %. Количество рассеянной электромагнитной энергии возрастает с уменьшением высоты стояния Солнца над горизонтом и увеличением мутности атмосферы. Спектральный состав электромагнитного излучения безоблачного неба характеризуется максимальной энергией с  = 400…480 нм.

Из спектра ультрафиолетового излучения до поверхности Земли доходит только длинноволновая часть с  = 290…380 нм, а его коротковолновая составляющая, губительная для всего живого, практически полностью поглощается озоном стратосферы на высоте 20…25 км. Длинноволновая часть спектра ультрафиолетового излучения обладает большой энергией фотонов, что обусловливает его высокую фотохимическую активность. Большие дозы этого излучения вредны для организмов, а небольшие необходимы многим из них. В диапазоне  = 250…300 нм ультрафиолетовое излучение обладает мощным бактерицидным действием, способствует образованию у животных антирахитичного витамина D, а при  = 200…380 нм инициирует «загар» кожного покрова человека, что является защитной реакцией организма. Инфракрасное электромагнитное излучение с  > 750 нм оказывает тепловое воздействие на организмы.

С областью видимой электромагнитной энергии, воспринимаемой глазом человека, практически совпадает физиологически активная электромагнитная энергия ( = 300…800 нм), в пределах которой находится фотосинтетически активный диапазон  = 380…710 нм. Область физиологически активной электромагнитной энергии принято делить на ряд зон: ультрафиолетовую (УФ) –  < 400 нм; сине-фиолетовуую (С-Ф) –  = 400…500 нм; жёлто-зелёную (Ж-З) –  = 500…600 нм; оранжево-красную (О-К) –  = 600…700 нм и дальнюю красную (ДК) –  > 700 нм.

Из всего потока фотосинтетически активной электромагнитной энергии, достигающей земной поверхности, около 0,2 % кумулируется растениями, благодаря уникальной реакции фотосинтеза по схеме

CO₂ + H₂O + солн. энергия ^{хлорофилл} CH₂O + O₂

Скорость фотосинтеза зависит от вида растения, интенсивности света, температуры, концентрации СО₂ и других факторов. Например, в средней полосе России у большинства сельскохозяйственных (сх) растений скорость фотосинтеза достигает 20 мг СО₂ на 1 дм² листовой поверхности в час.

Фотосинтез практически не происходит в желто-зелёной части спектра видимого излучения.

В целом свет влияет на: скорость роста и развития растений; интенсивность фотосинтеза; активность животных; изменение влажности и температуры среды; суточные и сезонные биоциклы, обусловленные вращением Земли вокруг своей оси и движением вокруг Солнца.

На жизнедеятельность организмов влияет также световой режим – совокупность освещенности (лк, Вт/м²), количества света (суммарное количество электромагнитной энергии) и качества света (спектральный состав). Световой режим зависит от широты местности, рельефа, мутности атмосферы, подстилающей поверхности, облачности и других факторов.

По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), тенелюбивые (тенелюбы), теневыносливые.

Световые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью и образуют разреженный и невысокий растительный покров (например, подсолнечник).

Теневые виды (сциофиты) растут под пологом леса в постоянной тени (например, лесные травы).

Теневыносливые виды (факультативные гелиофиты) могут расти как при хорошем освещении, так и в условиях затенения (большинство растений лесов).

Изменение специфичности светового режима в первых двух группах ведет к угнетению их жизнедеятельности вплоть до гибели.

Свет является важнейшим средством ориентации животных. У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов: положительного (перемещение в сторону большей освещенности) и отрицательного (перемещение в сторону меньшей освещенности).

Среди животных различают ночные и сумеречные виды, а также живущих в постоянной темноте. Последние не выносят солнечного света (почвенные, пещерные, глубоководные, внутренние паразиты животных и растений). Начиная с кишечно-полостных видов, у животных развиваются светочувствительные органы – глаза.

Световой режим оказывает влияние на географическое распространение животных.

Определенную роль в жизнедеятельности животных имеет биолюминесценция – способность организмов светиться. Происходит это в результате окисления органических веществ – люциферинов в ответ на раздражения, поступающие из окружающей среды. Биолюминесценция имеет сигнальное значение в жизни животных, например, для привлечения особей противоположного пола в ночное и сумеречное время у жуков – светляков.

Таким образом, растениям свет необходим в основном для фотосинтеза, а животным в основном для получения информации об окружающей их среде.

№28

Химические факторы. Понятия толерантности, резистентности к химическому загрязнению. Кривая "доза-эффект". Экологическая токсикология о становлении резистентности. Акклимация.

Проникновение в окружающую среду химических веществ, отсутствующих в этой среде ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму, относят к химическому загрязнению. Сюда входит загрязнение тяжелыми металлами, пестицидами, отдельными простыми или сложными химическими веществами.

Токсикология – комплекс методов количественной оценки токсичности и опасности химических веществ для организма.

Тест-объект: Ceriodafnia affinis позволяет за 7 суток дать полную оценку токсичности сточных вод или химических веществ. Ddafnia magna – за 21–24 дня.

Тест-организмы – это высокочувствительные организмы, широко представленные в определенных географических зонах, доступные для сбора, удобные для содержания и культивирования в лаборатории и хорошо изученные.

КРИВАЯ «ДОЗА-ЭФФЕКТ»

Резистентность – способность противостоять токсическому действию веществ за счет реализации адаптивных механизмов (синтез металлотионеина- белок до пределов толерантности).

Логнормальное распределение

Единицы измерения - концентрация вещества в природной среде - мг/л, мкг/л, г/л Время – сек., мин., часы, сутки

Для сравнительной оценки токсичности ядов пользуются величиной LD50. Эта величина является той средней дозой, после поступления которой (в желудок, брюшную полость, на кожу) в течение трех суток наступает гибель 50 % подопытных животных. Иногда для определения LD50 подопытных животных наблюдают в течение не трех, а 14 суток. LD50 выражается в миллиграммах вещества на килограмм массы животного (мг/кг).

Большинство полученных дозовых зависимостей, носит S-об-разный характер.

Чувствительность большинства животных в популяции близка среднему значению. Интервал доз, включающий основную часть кривой вокруг центральной точки, иногда обозначается как «потенция» препарата.

Небольшая часть популяции в левой части кривой «доза-эффект» реагирует на малые дозы токсиканта. Это группа сверхчувствительных или гиперреактивных особей. Другая часть популяции в правой части кривой реагирует лишь на очень большие дозы токсиканта. Это малочувствительные, гипореактивные или резистентные особи.

Наклон кривой «доза-эффект», особенно вблизи среднего значения, характеризует разброс доз, вызывающих эффект. Эта величина указывает, как велико будет изменение реакции популяции на действие токсиканта с изменением действующей дозы. Крутой наклон указывает на то, что большая часть популяции будет реагировать на токсикант примерно одинаково в узком диапазоне доз, в то время как пологий наклон свидетельствует о существенных различиях в чувствительности особей к токсиканту

АККЛИМАЦИЯ – компенсаторные изменения, возникающие в организме при длительном отклонении какого-либо одного фактора среды от первоначального уровня.

- адаптация к одному какому-нибудь фактору при неизменности других факторов среды.

Акклимацию следует считать элементарной формой природных фенотипических адаптаций. Эту форму очень сложно изучать в природе. Форма доступна исследованию только в виде лабораторного эксперимента.

Требования к исследованию акклимации лишь в лабораторных условиях становится очевидным, если учесть еще одну особенность этого явления. Оно относится не только к одному фактору среды, но и к определенной дозе этого фактора или к определенному шагу измененной среды, что возможно в искусственно созданной лабораторной обстановке.

Лишь в редких случаях при периодических изменениях природных факторов и определенных пределах их суточной приливно-отливной (море) или сезонной ритмики можно говорить о природной акклимации.

№29

Организм как среда обитании.паразитизм

Паразитология – наука, изучающая явление паразитизма, биологию паразитов, вызываемые ими болезни и меры борьбы с ними.

Паразитизм - древний образ жизни. Внутриклеточные паразиты обнаружены у простейших (бактерии, сине-зеленые водоросли) и одноклеточных эукариотов (диатомовые, красные и зеленые водоросли, амебы, радиолярии). А среди многоклеточных организмов нет ни одного, который не имел бы в своем теле (реже - на теле) паразитов. Чем сложнее строение организма и его органов, тем более разнообразнее условия, в которых могут проживать его сожители (и тем они многочисленнее).

Паразитизм - форма биотических взаимодействий. По определению Павловского «паразитами» наз. животных, которые живут за счет особей др. вида, будучи тесно связаны с ними в своем жизнен.цикле на большем или меньшем его протяжении. Паразиты пит. соками тела, тканями или переваренной пищей своих хоз.(хоз-хозяин), при чем такой паразитич. образ жизни явл. Специфическим видовым признаком паразита, многократно пользующегося для питания своим хозяином. Паразит постоянно или временно использует организм хоз. как территорию своего обитания.

Организм как среда обитания

Преимущества организма,как среды обитания:

1. Гомеостазированность внутр.среды организма определяет высокую степень постоянства условий обитания. у паразитов нет механизмов приспособ, к колеблющимся внеш. условиям, они эконом.энергию, затрачиваемую на адаптацию.

2. Еще одно преимущество - защищенность паразитов от воздействия факторов среды и других организмов. Колебания условий внешней среды не сказываются на их жизнедеятельности. Паразиты защищены от врагов. Все это приводит к потере паразитами целых систем органов. У многих из них отсутствует пищеварительная система, редуцирована нервная

3. Организм, как правило, обеспечивает паразитов питательными веществами, находящимися в доступной форме и не требующими дальнейшего пищеварения и переработки. Поэтому у большинства паразитов наблюдается упрощение строения (редукция) органов пищеварения

Адаптации паразитических организмов:

- упрощение организации

- приспособления: зацепки, крючья, присоски, капсулы типа финок.

-анатомо-морфологические изменения: редукция органов дыхания (анаэробность), зрения, конечностей, пигментации

- высокая плодовитость

- гермафродизм

-сложные жизненные циклы (использование переносчиков и промежуточных хозяев)

- уплощение тела (у червей)

Пути возникновения параз-ма:

1) «квартиранство» - когда более мелкий орг-м поселяется в жилище более крупного или вблизи от него и со временем переходит на тело хоз-на, а затем и внутрь его, питается там за счёт хоз-на, и тем самым причиняет вред.

2) через хищничество – если хищ. нападает на крупн. добычу, которую не может уничтожить и съесть сразу, он прикрепляется к ней и пост. пит-ся тканями или соками её тела. При опред. усл. такой хищник проникает внутрь тела хоз-на и, найдя там обилие пищи, превр-ся в паразита.

3) случайное проникновение – крупные жив-ые могут заглатить с пищей мелкие формы, некот-ые из них не погибают, а, приспосабл-ся к новым условиям, превр-ся в паразитов.

Формы паразитов

-) факультативные паразиты – организмы способные вести свободный образ жизни и лишь попадая в организм хозяина становятся паразитом, например личинки комнатной мухи;

-) облигатные паразиты- организмы для которых паразитический образ жизни является обязательным. Такова аскарида, печеночный сосальщик.

По времени взаимодействия паразита с хозяином

- )временные – только часть своей жизни проводят в организме, например кровососущие клещи;

-) постоянные паразиты не могут существовать во внешней среде и всю жизнь обитают или в теле или на наружных покровах хозяина ( карликовый цепень, вши). Некоторые в 1 хозяине (трихинелла, острица), другие меняют – сосальщики, лентицы.

-)Эктопаразиты обитают или питаются на покровах хозяина – вши комар;

-) Эндопаразиты – в полостях и тканях хозяина.

Вред от паразитизма:

-) механическое воздействие – сдавливание тканей хозяина паразитом, например растущей финной эхинококка;

-) токсическое воздействие – выделение паразитом продуктов диссимиляции и токсинов, отравляющих организм хозяина, напрмер дети зараженные гельминтами развиваются медленнее здоровых.;

-) отнятие пищи – паразиты, особенно крупных размеров, питаясь за счет хозяина, требуют большое количество пропитания;

-) нарушение целостности тканей организма органами прикрепления или ротовым аппаратом паразита.

Заболевания в природном очаге инфекции:

1. Трансмиссивные - передача возбуд.от одного теплокровного хоз.к другому через эктопаразитов-переносчиков (чума, тумеремия, энцефалиты)

2. Нетрансмиссивные - передаются при контакте носителей - или через среду; звено переносчиков выпадает (лептоспидозы, листериоз).

Учение Павловского о природной очаговости Инвазионные и инфекционные болезни, возбудители которых передаются от больного к здоровому животному переносчиками (членистоногими) называются трансмиссивными (трансмиссия — передача). Учение о природной очаговости трансмиссивных болезней разработано Е. Н. Павловским в 1939 г. Природная очаговость трансмиссивных болезней— явление, когда возбудитель, специфический его переносчик и животные (резервуары возбудителя) в течение смены своих поколений неограниченно долгое время существуют в природных условиях независимо от деятельности человека и наличия домашних животных. К природноочаговым болезням относят клещевой энцефалит, лейшманиоз, туляремию, трихинеллез, альвеококкоз и другие болезни, которые представляют опасность для людей и сельскохозяйственных животных.

Природный очаг — участок территории (нередко в тайге, тундре, полупустыне) определенного географического ландшафта, на котором сложились определенные межвидовые взаимоотношения между возбудителями болезни, животными — носителями заразного начала, восприимчивыми животными и их переносчиками при наличии благоприятных условий внешней среды (например, очаг альвеококкоза в тундре).

Характерной эпидемиологической особенностью болезней с природной очаговостью является строго выраженная сезонность заболеваний, что обусловлено биологией животных — хранителей инфекции в природе или переносчиков.

№30

Экологические функции микроорганизмов

Микроорг-мы (м\о) являя.тся самыми древними почвообраз-ми. Они играют важную роль в биологич. круговороте в-в и потоке энергии, например, синтез физиологически активных соединений, гумусообр-ие и полная минерализ-ия орг. остатков. Оня способствуют обогащению почвы орг.в-ом и кислородом.

Функции микроорганизмов.

-Постоянный круговорот углерода, азота, фосфора, серы и многих других очень важных для живых существ элементов.

-разлагают ядовитые вещества. они способны в специальных условиях разлагать не существовавшие раньше на земле синтетические, органические и химические вещества, предназначенные для различных целей в результате технологического развития.( Например, множество хлористых органических веществ, произведенных для применения в сельском хозяйстве)

-Почвенные микроорганизмы могут быть классифицированы как разлагающие и синтезирующие. Разлагающие подразделяются на группы, которые осуществляют окислительное и ферментирующее разложение.

Ферментирующая группа далее на полезную ферментацию (просто ферментацию) и вредную ферментацию (называемую гниением).

Синтезирующие микроорганизмы могут подразделяться на группы, способные регулировать содержание атмосферного азота в аминокислотах и (или) углекислого газа в простых органических молекулах в реакции фотосинтеза. Ферментация анаэробный процесс, в котором соответствующие группы микроорганизмов (например, дрожжи) преобразовывают комплексные органические молекулы в простые органические соединения, которые могут быть легко усвоены растениями. При ферментации производится относительно малое количество энергии по сравнению с аэробным разложением того же самого субстрата той же самой группой микроорганизмов.

Аэробное разложение приводит к полному окислению субстрата и образованию больших количеств энергии, углекислого газа и воды как конечных продуктов.

-Гниение - процесс, в котором соответствующие группы микроорганизмов анаэробным путем разлагают белки, производя не полностью окислившиеся продукты (например, аммиак) с резким неприятным запахом, которые негативно влияют на растения и животных.

Фотосинтезирующие бактерии – независимые самоподдерживающиеся микроорганизмы. Эти бактерии синтезируют полезные вещества из корневых выделений растений, органических веществ и ядовитых газов (например, сероводорода), используя солнечный свет и тепло почвы как источники энергии. Полезные вещества включают в себя аминокислоты, нуклеиновые кислоты, другие биологические активные вещества и сахара, способствующие развитию и росту растений. Эти вещества поглощаются растениями непосредственно и также выступают в качестве пищи для развивающихся бактерий. Так, в ответ на увеличение числа фотосинтезирующих бактерий в почве растет содержание других эффективных микроорганизмов. Например, содержание микоризных грибков увеличивается из-за доступности азотных соединений (аминокислот), используемых как субстрат, который выделяется фото-синтезирующими бактериями. А микориза, в свою очередь, улучшает растворимость фосфатов в почвах, доставляя, таким образом, растениям недоступный ранее фосфор. 

Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту из сахара и других углеводов, произведенных фотосинтезирующими бактериями и дрожжами. Молочная кислота – сильный стерилизатор. Она подавляет вредные микроорганизмы и ускоряет разложение органического вещества. Кроме того, молочнокислые бактерии способствуют разложению лигнинов и целлюлозы и ферментируют эти вещества.

Дрожжи синтезируют антибиотические и полезные для растений вещества из аминокислот и сахаров, продуцируемых фотосинтезирующими бактериями, органическими веществами и корнями растений.

Биологически активные вещества типа гормонов и ферментов, произведенные дрожжами, стимулируют точку роста и, соответственно, рост корня. Они секретируют (выделяют) полезные субстракы для эффективных микроорганизмов типа молочнокислых бактерий и актиномицетов.  

Актиномицеты, которые по своему строению занимают промежуточное положение между бактериями и грибами, производят антибиотические вещества из аминокислот, выделяемых фотосинтезирующими бактериями и органическим веществом. Эти антибиотики подавляют рост вредных грибов и бактерий.

Актиномицеты могут сосуществовать с фотосинтезирующими бактериями . Таким образом, обе группы улучшают состояние почвы. 

Ферментирующие грибы. Грибы типа Aspergillus и Penicillium быстро разлагают органические вещества, производя этиловый спирт, сложные эфиры и антибиотики. Они подавляют запахи и предотвращают заражение почвы вредными насекомыми и личинками.

Когда микроорганизмы развиваются в почвах как сообщество, количество полезных микроорганизмов увеличивается. Микромир почвы становится богаче, и микробные экосистемы в почве хорошо сбалансированы, причем определенные микроорганизмы, особенно патогенные, не развиваются. Таким образом, подавляются болезни почвы. 

Корни растений выделяют вещества типа углеводов, аминокислот, органических кислот и активных ферментов. Микроорганизмы используют их для роста. В течение этого процесса они, в свою очередь, выделяют и тем самым обеспечивают растения аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, разнообразными витаминами и гормонами.

№31

№32

Климат, микроклимат, экоклимат. Зональность среды. Сезонные циклы. Фенология.

Климат, микроклимат, экоклимат:

Экоклимат – это климат приземного слоя воздуха, т.е. каждое местообитание характ-ся определ. эколог. климатом, это климат относительно больших территорий.

Микроклимат – это климат отдельных небол. участков (например, в лесу на солнечной стороне ствола дерева, может быть на 10 гр-ов теплее). Он связан с солн. радиацией, силой и направлением ветра, особен-ми рельефа и др. ф-ми.

Зональность среды:

Для наземно-воздушной среды, также как, и для водной, характерна четко выраженная зональность. Различают широтные и меридиональные, или долготные, природные зоны.

Животные и растения тесно связаны с условиями, ха­рактерными для каждой зоны, в которой они обитают, и адаптируются прежде всего к комплексу климатических факторов, которые в свою очередь зависят от почвенных условий, рельефа, от географических особенностей. В осно­ву распределения биогеоценозов с их специфическим на­бором растений, животных и микроорганизмов могут: быть, положены климатические зоны земного шара. Г. Вальтер, выделяет 6 главных климатических зон:

1. Экваториальная зона.

2.Тропическая зона

3. Зона сухих субтропиков

4. Переходная зона

5. Умеренная зона: подзона теплого умеренного климата, подзона типичного умеренного климата с холодной, подзона аридного умеренного климата континентального типа, подзона бореального или холодного умеренного климата

6. Арктическая зона

Каждая климатическая зона характеризуется свое­образной растительностью и животным населением. Наи­более богаты жизнью и продуктивны тропические леса, поймы крупных рек, прерии и леса пере­ходной зоны. Мене богаты пустыни, луга и степи.

Одним из важных условий изменчивости организмов и их зонального размещения по планете служит измен­чивость химического состава среды.

Наряду с горизонтальной зональностью в наземной среде четко проявляется вертикальная поясность. В целом для планеты характерно изменение животного населения и растительности в направлений от основания горных областей к вершинам, подобно широтной зональности. При подъеме в горы повторяется та же смена зон, что и от экватора к полюсам.

Сезонные циклы: периодичность в развитии растений происходит поэтапно – начало вегетации, начало и конец бутонизации, цветение, созревание семян, обсеменение, прекращение вегетации и др. В жизни жив-ых также есть ежегодно повторяющиеся явл., связанные с условиями среды. Следовательно, переодичность в жизни жив. и раст. – рез-т приспособления их к годичному изменению метереол. усл-й.

Фенология: это связь климатич. факторов с периодическими процессами, происходящими в жизни жив. и раст-ий.

№33

№34

Основные экологические группы животных.

По отношению к температуре как экологическому фактору организмы делятся на две группы:

Холодолюбивые (криофилы) – способны жить в условиях сравнительно низких температур и не выносят высоких. Могут сохранять активность при температуре клеток до -8, -10°С, когда жидкости их тела находятся в переохлажденном состоянии. Пример: бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви.

Теплолюбивые (термофилы) – жизнедеятельность приурочена к условиям довольно высоких температур. Например: насекомые, паукообразные, моллюски. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52°С обитает рыбка – пятнистый ципринодон.

В зависимости от ширины интервала температуры, в которой данный вид может существовать, организмы делятся на :

Эвритермные – организмы выдерживают широкие колебания температуры. К ним относится большинство организмов, заселяющих районы с континентальным климатом. Многие из них имеют покоящиеся стадии, переносящие особенно широкий диапазон температуры (яйца, цисты, куколки насекомых, находящиеся в состоянии анабиоза взрослые животные, споры бактерий).

Стенотермные – морские и почвенные животные, способные жить лишь при определённой или меняющейся в узких пределах температуре. Температура среды, к которой приспособлены С. ж., различна для животных разных видов: теплолюбивые могут жить только при относительно высокой температуре, обычно не ниже 20 °С (например, рифовые кораллы, ряд видов насекомых, большинство пресмыкающихся), холодолюбивые – при низкой, иногда близкой к 0 °С (например, некоторые виды арктических ракообразных, лососёвых рыб, ряд видов тюленей и др.).

Пойкилотермные – беспозвоночные, рыбы, амфибии, рептилии. Лишены способности поддерживать температуру тела в узких пределах. Они зависят от тепла, поступающего извне, у них низкая интенсивность обмена и отсутствие механизма сохранения тепла.

Гомойотермные – птицы и млекопитающие. Способны поддерживать достаточно постоянную температуру тела. Мало зависят от внешних источников тепла, высокая интенсивность обмена.

По степени связи со средой обитания в эдафоне выделяются три группы:

Геобионты – постоянные обитатели почвы (дождевые черви (Lymbricidae), многие первичнобескрылые насекомые (Apterigota)), из млекопитающих кроты, слепыши.

Геофилы – животные, у которых часть цикла развития проходит в другой среде, а часть – в почве. Это большинство летающих насекомых (саранчовые, жуки, комары-долгоножки, медведки, многие бабочки). Одни в почве проходят фазу личинки, другие – фазу куколки.

Геоксены – животные, иногда посещающие почву в качестве укрытия или убежища. К ним относятся все млекопитающие, живущие в норах, многие насекомые (таракановые (Blattodea), полужесткокрылые (Hemiptera), некоторые виды жуков).

Особая группа – псаммофиты и псаммофилы (мраморные хрущи, муравьиные львы); адаптированы к сыпучим пескам в пустынях.

По отношению к влажности различают эвригигробиотные и стеногигробионтные. Есть эфемеры (влажность воздуха обусловливает периодичность активной жизни организмов, сезонную динамику жизненных циклов, влияет на продолжительность развития, плодовитость и их смертность) (щитни, появляющиеся в большом количестве весной в лесных лужах) и даже рыбы, обитающие в небольших водоемах. Лужах, например, африканские нотобранхи и афио-семионы из отряда карпозубообразных.

По отношению к свету:

Дневные животные - животные (преобладающее большинство), активные в дневное время суток. Их активность регулируется интенсивностью освещения. Так, дневные птицы на рассвете пробуждаются при определенной освещенности (“освещенности пробуждения”), зависящей от высоты солнца по отношению к горизонту.

Сумеречные – кенгуру

Ночные – животные, активные ночью (летучие мыши, совы и др.). Для Ж. н. характерны определенные адаптивные признаки – высокое развитие органов слуха, способность к эхолокации (напр., у летучих мышей) и др.

Животных по отношению к снежному покрову А.Н.Формозов предложил разделить на две группы: хионофобов - "снегоненавистников", для которых снежный покров неблагоприятен, так как они ведут надснежный образ жизни, и хионофилов - "снеголюбов", которые обитают под снегом, снежный покров создает для них более благоприятные условия существования.

№35

Зимовка - способы переживания неблагоприятного зимнего периода (низкие температуры, отсутствие корма) животных умеренных и холодных поясов. У беспозвоночных – существуют циклы развития, где одна из фаз – холодостойкая (пример: яйца саранчи, личинки жуков, куколки бабочек). У теплокровных животных – спячка (гибернация)- медведь, еж, барсук – во время нее замедляются биологические процессы. У растений зимовка сопровождается прекращением или резким замедлением физиологических процессов. Физиологический смысл – сохранение энергии в неблагоприятных условиях. Летняя спячка связана с сезонным дефицитом влаги (эстивация) - двоякодышащие рыбы.

Анабиоз - состояние организма, при котором физиологические процессы временно прекращаются или так замедлены, что отсутствуют видимые проявления жизни, наблюдается при резком ухудшении условий существования – низкая температура, засуха. При наступлении благоприятных условий – восстановление нормального уровня жизнедеятельности, наиболее устойчивы цисты. У пойкилотермных – земноводных (жаб, лягушек, тритонов) – длительное воздействии высок температур для пробуждения. Диапауза - частный случай анабиоза, у насекомых наблюдается – личиночная (у боярышницы), куколочная, имагинальная (комар) диапауза.

Зимний сон - торможение в коре головного мозга и подкорковых областях, сопровождаемое снижением обмена веществ. Зимний сон позволяет животным пережить неблагоприятный период года. Зимний сон отличается от спячки меньшей интенсивностью процесса торможения всех функций и способностью проснуться.

Эмиграция – это массовое переселение животных из обычных мест обитания.

Кочевка – краткосрочное и недалекое перемещение животных из одной местности в другую как приспособление к переживанию неблагоприятных условий жизни. Различают сезонные, периодичные и случайные формы кочевки. Причина: зима, засуха, зимовка, у травоядных копытных - наличие корма. При этом во время кочевок животные не всегда возвращаются в исходные места, наблюдаются разные маршруты.

Миграция - периодические или непериодические, горизонтальные и вертикальные закономерные перемещения животных за индивидуальный участок обитания особи (их группы) за сезон, год или ряд лет. Её особенности: строгая сезонность, наличие механизма контроля ее календарных сроков, множественная перестройка физиологических систем организма из-за предстоящего усиления энергозатрат, необходимости ориентации в пространстве, в миграцию вовлекаются особи в определенном физиологическом состоянии, массовость, связанная с синхронизацией сроков развития миграционного состояния у всех особей. Сезонная миграция известна для многих таксонов животных, наиболее хорошо изучена у птиц, а также нерестовые миграции рыб. Различают активные, пассивные, кормовые, расселительные и другие формы миграции животных.

№36

Понятие об ареале. Типы ареалов, признаки, динамика ареалов.

Ареал - это часть земной поверхности или часть акватории, в пределах которой встречается тот или иной вид животных или растений.

Ареал представляет собой трехмерное географическое пространство, определяемое не только долготно-широтными характеристиками, но и высотой (особенно в горных системах) или глубиной (в водной среде) распространения организмов. Установление границ ареалов не составляет особых трудностей, если организмы лишены возможности активно перемещаться (растения) либо ведут оседлый образ жизни на какой-нибудь ограниченной по площади территории (некоторые животные). В таком случае речь идет о простых ареалах.

Среди животных много видов, которые в различные периоды жизненного цикла или в разные сезоны меняют область распространения. Подобные миграции обычно среди птиц и млекопитающих. Область размножения и область зимовок вместе с миграционным путем в совокупности является единым сложным ареалом. Образование сплошных ареалов можно объяснить, исходя из биогеографических воззрений Ч. Дарвина, в соответствии с которыми вид возник в одном месте. Его расселение в пространстве не ограничено до тех пор, пока не встречаются непреодолимые препятствия — географические барьеры (большие водные участки суши, горные системы, климатические различия и. т.д.), определяющие границы ареала.

Первичный ареал, т. е. тот, в котором происходит становление вида, является сплошным. Впоследствии, при изменении условий существования (возникновение молодых горных систем и акваторий, изменение климата и т.д.), сплошной ареал превращается в разорванный (дизъюнктивный).

Типы ареалов:

• Космополитный – распространение охватывает несколько частей света или протяжением от умеренных до северных широт.

• Биполярный – полярные области северных и южных полушарий.

• Эндемичный - ограничены по территории. Их площадь может быть очень разнообразной.

• Реликтовый – имеет тенденцию к сокращению.

Границы ареала могут быть постоянными (стативными) и подвижными (транзитивными). В свою очередь, подвижные границы подразделяются на расширяющиеся (прогрессивные), сужающиеся (регрессивные) и пульсирующие. Постоянные границы ареала имеют место в тех случаях, когда вид или род достиг естественных границ своего распространения и его дальнейшее расселение невозможно. Они могут быть климатическими, эдафическими и конкурентными. За пределами постоянных границ климатические и эдафические условия неблагоприятны для существования организмов какой-либо таксономической принадлежности. Наличие конкурентных границ связано с ограничением дальнейшего расселения организмов по причине постоянства межвидовых конкурентных отношений с соседствующими видами. Среди постоянных границ ареала выделяют также непроходимые, через которые невозможно механическое проникновение видов (например, разные жизненные среды). Расширение ареала имеет место только в том случае, если вид не достиг естественных границ. Сужающиеся ареалы существуют лишь в пределах территорий, на которых организмы определенной таксономической категории не обеспечены ресурсами для жизнедеятельности. Пульсация ареала связана с изменением климатических и других природных условий на его границах. Таким образом, ареалы могут быть простыми и сложными, сплошными и разорванными, а также различной площади, с постоянными и переменными границами. Ареалы являются важнейшей географической характеристикой вида, рода и других таксономических категорий организмов.

№37

№38

№39

Экологические механизмы генетической гетерогенности популяции

Генетическая структура популяции.

Среди организмов, размножающихся половым путем нет двух одинаковых особей с одинаковым генотипом. Каждая особь уникальна.

Генофонд популяции – совокупность генотипов особей популяции. Генофонд структурирован. Генетическая структура определена соотношением различных групп генотипов популяции и общим богатством генофонда.

Полиморфизм – наличие в популяции нескольких генетически обусловленных форм (богатство популяции). Полиморфизм:

1. Генетический

2. Фенотипический (генотип + воздействие окр. среды во время развития особи)

Генетическое равновесие в популяции поддерживают 2 процесса:

1. Наследственность – сохранение потомками основных черт родителей

2. Изменчивость – появление черт, которые отличают потомков от родителей и друг от друга. Чем разнообразнее генофонд, тем популяция устойчивее и жизнеспособнее.

3. Естественный отбор

4. Поток генов – перемещение эффективных мигрантов (способны оставлять потомство) из одной популяции в другую

5. Волны жизни – резкое повышение и понижение численности популяции

6. Дрейф генов – случайное изменение частот аллелей в популяции с низкой численностью. Исчезновение генотипов из генофонда

7. Имбридинг (появление заболеваний, проявляющихся в гомозиготах) свойственен небольшим популяциям

Механизмы увеличения генетического разнообразия:

1. Накопление рецессивных мутаций, поставляемых в генофонд аллелями, потенциально снижающими приспособленность (Четвериков 1926)

2. Формирование мобилизационного резерва под защитой стабилизирующего отбора. Накапливаются аллели, не снижающие приспособленность, нейтральные или псевдонейтральные (Шмальгаузен 1926)

3. Накопление благоприятных аллелей под действием балансирующего отбора (Добжанский 1970)

Правило Харди-Вайнберга: В большой панмиксичесой популяции в отсутствии внесения или изъятия аллелей, концентрация аллелей остается неизменной. Выводы:

1. Концентрация аллелей может изменяться только под действием внешних факторов, влияющих на численность и состав популяции.

2. В популяции накапливаются разные аллели. Разнообразие аллелей по мере мутирования возрастает.

Механизмы поддержания гетерогенности популяции:

1. Случайность скрещиваний

2. Социальное доминирование и закономерное его нарушение. Любая популяция заинтересована в том, чтобы потомство оставили наиболее приспособленные особи – доминанты, но в таком случае снижается гетерогенность потомства и, следовательно, его приспособленность, тогда доминирование нарушается (петухи и грызуны).доминанты могут сменяться вследствие внутригрупповой борьбы (макака резус).

3. Подвижность и расселение. Появление в популяции пришлых особей увеличивает гетерогенность. Расселение – тяготение особи уйти с той территории, где она появилась на свет.

4. Половая избирательность (предотвращение имбридинга).

5. Возрастной кросс – скрещивание особей разных поколений (ток тетеревов).

№40

Колебания численности организмов Циклические и нециклические колебания. Экзогенные и эндогенные факторы динамики численности. Связь с солнечной активностью.

Численность популяции - это общее количество особей вида, присутствующее на той или иной территории.

При благоприятных условиях в популяциях наблюдается рост численности и может быть столь стремительным, что приводит к популяционному взрыву. Совокупность всех факторов способствующих росту численности называется биотическим потенциалом. Он достаточно высок для разных видов, но вероятность достижения популяцией предела численности в естественных условиях низка, т.к этому противостоят лимитирующие (ограничивающие) факторы. Совокупность факторов, лимитирующих рост численности популяции, называют сопротивлением среды. Состояние равновесия между биотическим потенциалом вида и сопротивлением среды поддерживающее постоянство численности популяции получило название гомеостаза или динамического равновесия. При нарушении его происходят колебания численности популяции, т.е. ее изменения.

Различают периодические и непериодические колебания численности популяций. Первые совершаются в течение сезона или нескольких лет (4 года - периодический цикл плодоношения кедра, подъема численности лемминга, песца, полярной совы; через год плодоносят яблони на садовых участках), вторые - это вспышки массового размножения некоторых вредителей полезных растений, при нарушениях условий среды обитания (засухи, необычно холодные или теплые зимы, слишком дождливые сезоны вегетации), непредвиденные миграции в новые местообитания. Периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием биотических и абиотических факторов среды, свойственные всем популяциям, именуются популяционными волнами.

Любая популяция обладает строго определенной структурой: генетической, половозрастной, пространственной и др., но она не может состоять из меньшего числа особей, чем необходимо для стабильного развития и устойчивости популяции к факторам внешней среды. В этом заключается принцип минимального размера популяций.

Однако наряду с принципом минимального размера популяций есть и принцип (правило) популяционного максимума. Оно заключается в том, что популяция не может увеличиваться бесконечно. Лишь теоретически она способна к неограниченному росту численности.

Согласно теории Х.Г. Андреварты - Л.К. Бирча (1954) - теория лимитов популяционной численности, - численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недоступностью этих ресурсов, слишком коротким периодом ускорения роста популяции. Теория "лимитов" дополняется теорией биоценотической регуляции численности популяции К. Фредерикса (1927): рост численности популяции ограничивается воздействием комплекса абиотических и биотических факторов среды.

Флуктуации (отклонения) численности вызываются самыми различными причинами. И они не всегда одинаковые для разных видов. Например, изменение физической среды, вследствие чего повышается или понижается верхний предел плотности или численности популяции; внутрипопуляционные взаимодействия; взаимодействие с соседними популяциями.

Для природных популяций различают: а) сезонные изменения, величины которых регулируются онтогенетическими адаптациями сопряженными с сезонными изменениями факторов среды; б) годичные (межгодовые) изменения. Их делят на 2 группы: - флуктуации, обусловленные различием физических факторов среды в течение года, т.е. внешними (экзогенными) по отношению к популяциям факторами. Они не регулярны и обнаруживают четкую связь с одним или несколькими главными лимитирующими физическими факторами (температура, соленость морской воды, осадки и др.); - флуктуации, связанные с динамическими изменениями, т.е. с внутренними (эндогенными) факторами. Они часто регулярны, поэтому их можно назвать циклами.

Резкие осцилляции (колебания) свойственны популяциям с экспоненциальным ростом численности, а затухающие осцилляции численности популяций – с логистическим типом роста, в которых в связи с особенностями жизненного цикла составляющих их видов наблюдается некоторая временная задержка реакции на увеличение плотности.

Периодические колебания численности популяций, имеющих 10-11-летний период, объясняются периодичностью активности Солнца: количество пятен на Солнце меняется с периодом в 11 лет. Количество корма есть причина флуктуации у сибирского шелкопряда: он дает вспышку после сухого теплого лета. Может вызвать вспышку численности и стечение многих обстоятельств. Например, у берегов Флориды наблюдаются "красные приливы". Они непериодичны и для их проявления необходимы такие события: обильные ливни, смывающие с суши микроэлементы (железо, цинк, кобальт - их концентрация должна совпадать до десятитысячной доли процента), пониженная соленость поды, определенная температура и безветрие у берега. При таких условиях водоросли динофлагелляты начинают интенсивно делиться. Теоретически из одной одноклеточной динофлагелляты в результате 25 последовательных делений могут произойти 33 млн. особей. Вода от них становится красной. Динофлагелляты выделяют в воду смертоносный яд, вызывающий паралич, а затем гибель рыбы и других обитателей моря.

Резкие непериодические колебания численности могут возникать вследствие природных катастроф. Например, на пожарищах обычны вспышки численности иван-чая и связанного с ним сообщества насекомых. Многолетняя засуха превращает болото в луг и вызывает рост численности членов биоценоза луга.

"Волны жизни" исчезают за счет появления большого количества хищников, паразитов, возникновения эпизоотии, изменения абиотических условий.

Факторы, вызывающие изменения численности популяций делится на:

Экзогенные причины (в основном абиотические факторы) изменения численности популяций кроются во внешних факторах. К ним можно отнести изменение численности хищников, болезни, благоприятные или неблагоприятные погодные условия, активность солнца.

Эндогенные причины (биотические факторы) динамики численности вызваны внутрипопуляционными факторами, такими как конкуренция, внутрипопуляционная агрессия, стресс. В настоящее время большинство ученых считает, что эндогенные причины определяющие изменение численности популяции связаны с плотностью обитания. Чем выше плотность, тем выше уровень стресса в популяции. Увеличение стресса приводит к подавлению способности размножаться, к уменьшению сопротивляемости к болезням, к увеличению смертности.

Регуляция численности популяции

В экосистемах со ложной структурой регуляция численности осуществляется за счет биологических факторов. Все экосистемы и популяции имеют ярко выраженную тенденцию достигнуть состояния саморегуляции. Поскольку перенаселение неблагоприятно для популяции, выделяют модифицирующие (независящие от плотности популяции) и регулирующие (зависящие от плотности популяции) экологические факторы, причем первые из них воздействуют на организмы либо непосредственно, либо через изменения других компонентов биоценоза. По существу, модифицирующие факторы представляют собой различные абиотические факторы. Регулирующие факторы связаны с существованием и активностью живых организмов (биотические факторы), поскольку лишь живые существа способны реагировать на плотность своей популяции и популяций других видов по принципу отрицательной обратной связи. Если воздействия модифицирующих факторов приводят лишь к преобразованиям (модификациям) колебаний численности, не устраняя их, то регулирующие факторы, выравнивая случайные отклонения, стабилизируют (регулируют) численность на определенном уровне. Однако на разных уровнях численности популяции регулирующие факторы принципиально различны. При достижении популяцией жертвы еще более высокой численности создаются условия для распространения болезней и, наконец, предельный фактор регуляции - внутривидовая конкуренция, ведущая к исчерпыванию доступных ресурсов и развитию стрессовых реакций в популяции жертвы.

№41.

Биологические ритмы.

Биоритмы - периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов, свойственных живым организмам

Действие экологических факторов на организмы непостоянно во времени. Поэтому в большинстве случаев наблюдается цикличность действия факторов и, соответственно, цикличность в жизнедеятельности организмов. Периодичность в действии факторов приводит к существованию биологических ритмов. Природные биоритмы делятся на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные).

Экзогенные ритмы имеют геофизическую природу. По величине периода колебаний выделяют суточные, приливно-отливные, месячные, годичные и более длительные биоритмы. Внешними факторами–сигналами могут быть: температура, освещенность, влажность, колебания численности популяции, связанные с ритмами активности Солнца.

Эндогенные ритмы связаны с автоколебаниями в пределах одного организма (например, изменение температуры тела в течение суток). Эти ритмы, в значительной мере, являются генетически обусловленными. Иначе говоря, эндогенные ритмы являются физиологическими. Эндогенные ритмы контролируются системами обратных связей внутри организма.

Эндогенный компонент ритма даёт организму возможность ориентироваться во времени (биологические часы) и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды. Показания биологических часов позволяют организмам выполнять отдельные функции в наиболее благоприятное для них время.

В ходе эволюции многие экзогенные ритмы превратились в эндогенные, наследственно обусловленные. Например, некоторые суточные ритмы сохраняются даже при постоянстве внешних условий (суточная активность, изменение температуры тела). Однако периодичность физиологических процессов при отсутствии внешних сигналов несколько отличается от 24–часовой. Такие ритмы называются циркадными (околосуточными). Некоторые годичные ритмы могут также сохраняться при постоянстве внешних условий (например, цикличность размножения растений и животных в неволе). Однако периодичность этих процессов также несколько отличается от календарного года. Такие ритмы называются цирканными (окологодичными). Они наблюдаются только в постоянных условиях лаборатории.

№42

Численность популяции не остается постоянной во времени. Наряду с незакономерными и недолговременными изменениями численности обнаруживается чередующиеся подъемы и спады численности. Они имеют волнообразный характер. Такой характер динамики численности известен для насекомых, морских б/з, птиц, млекопитающих и нек. других животных. В начале 40гг 20го столетия Северцев проанализировавший многолетний ход динамики численности у большого числа видов млекопитающих и птиц , установил несколько типов ее динамики. Он нашел 3 фундаментальных типа динамики численности животного населения.

1. стабильный тип.

Малая амплитуда и длительный перелет колебания численности. такой тип свойственен крупным животным с большой продолжительностью жизни с поздней половозрелостью и уменьшенной плодовитостью. Это соответствует низкой норме естьественной смертности в том числе в результате адаптаций к действию неблагоприятных факторов. (копытные млекопитающие, пкриод колеб. Численности 10-20 лет)

2. лабильный тип

закономерные колебания численности с периодом порядка 5-11 лет и более значительной амплитудой. Для этого типа характерны сезонные изменения обилия. Связан с периодом размножения. Характерен для животных разного, но не крупного размера с более коротким сроком жизни, с более ранним половым созреванием, с более большей плодовитостью, чем у первого типа. Повышена средневидовая норма гибели. Крупные грызуны, зайцеобразные, нек. хищные, многие птицы и рыбы, насекомые, водные б/п с длинным циклом развития.

3. эфемерный тип

неустойчивая численность с глубокими депрессиями, сменяющимися вспышками массового размножения при которых численность возрастает в сотни раз.перепады от мин до мах осуществляются очень быстро, иногда в течении одного сезона. Быстро идет и спад численности который называют крахом популяции. Общая длина цикла составляет от 4 до 5 лет, в течении которого пик численности занимает чаще всего не более 1 года. У некоторых животных . напр. У грызунов на эти короткие циклы накладываются более продолжительные 10-11 лет. У животных резко выражены сезонные колебания обилия особей. данный тип характерен для короткоживущих не более 3х лет видов с несовершенными механизмами индивидуальной адаптации и с высокой нормой гибели. Это некрупные животные с большой плодовитостью. Наиболее хар-но для мелких грызунов и многих видов б/п животных с коротким циклом развития.

Схема Северцева хорошо показывает связь типа динамики численности с особенностями биологии отдельных видов. Разные типы динамики отражают разные жизненные стратегии. Эта мысль лежит в основе экологических стратегий разработанная Мак Артуром Уилсоном в 1967 г. Она получила признание в современной экологии. Ее суть: успешное выживание и воспроизводство вида возможно либо путем совершенствования адаптирования видов и конкурентноспособности, либо интенсификации размножения, что обуславливает повышенную гибель особей и в критической ситуации позволяет быстро восстановить численность.

1 ый путь к-стратегия – это крупные формы с большой продолжительностью жизни, численность их лимитируется внешними факторами. К –стратегия – отбор на качество, увеличениеадаптивности и устойчивости.

2 ой путь r- стратегия – отбор на кол-во, через компенсацию больших потерь высоким репродуктивным потенциалом. Поддержание устойчивости популяции через быструю смену особей. Этот тип более свойственен мелким животным и с большей нормой гибели и увеличения плодовитости. Виды с r-стратегией легко осваивают место обитания с нестабильными условиями и отличаются высоким уровнем энегрозатрат на репродукцию. Выживание этих форм от неблагоприятных абиотических воздействий и сильной конкуренции определяется высоким репродуктивным потенциалом , позволяет быстро восстановить любые потери в популяции.

Модели динамики популяций (рост популций)

1.J-образная кривая.

При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J-образный вид ( кролики в Австралии)

2. S-образная кривая.

При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J­-образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S-образной кривой.

На численность популяции также влияет эмиграция – выселение с занимаемой территории –аналогична смертноститии иммиграция – приход – аналогично рождаемости.

Численный состав можно представить виде уравнения:

N=N1+B1-D1+I1-E1, где N- в данный момент, N1- в данный момент, B1-число родившихся особей, D1- погибшие особи,I1- иммигрировавшие особи, E1- эмигрирующие особи.

Для закрытой популяции N=N1+B1-D1

№43

№44

Адаптация (экологические и эволюционные аспекты). Акклимация.

Одним из первых, кто стал научать проблему функционирования живого организма как целостной системы, был французский физиолог К. Бернар. Он выдвинул гипотезу о том, что любой живой организм, в том числе и человеческий, существует благодоря возможности постоянно сохранять благоприятные для своего существования параметры внутренней среды организма, а это, в свою очередь, происходит потому, что все системы и протекающие в организме процессы находятся в равновесном состоянии.

Гомеостаз -- это подвижное равновесное состояние какой-либо системы, сохраняемое путем ее противодействия нарушающим это равновесие внутренним и внешним факторам

Адаптация – способность живых организмов приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды с одновременным повышением вероятности выживания и самовоспроизводства. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает и саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Важнейшими особенностями адаптаций являются относительный (при изменении условий среды адаптивные признаки перестают быть таковыми) и системный характер, а также фазность и цена (затрата ресурсов организма или популяции в целом). Адаптации возникают и развиваются в ходе эволюции видов.

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества; Происходит изменение б/х функций и визуально не выявляются (тунцы в Ледовитом Океане и в южных широтах отличаются только на этом уровне). Б/х адаптации являются последним способом приспособления к окружающей среде, т. к. требуют наибольших затрат энергии.

Быстрота б/х адаптации будет зависеть от выбранной стратегии адаптации, что, в свою очередь, зависит от места действия сигнала. Различают три стратегии:

1. генетическая (самая длинная). Появление новой генетической информации, что ведет к появлению новых фенотипических признаков (появление гликопротеиновых и пептидных антифризов у полярных рыб; появление изозимов и новых ферментов в ПФЦ).

2. акклимация и акклиматизация (несколько часов – несколько месяцев). Использование той информации, которая уже есть в геноме (при приспособлении к изменениям одного или нексольких условий окружающей среды).

3. мгновенная адаптация (несколько секунд – несколько минут). Модуляция активности макромолекул (первичная защитная реакция).

2) физиологические  – совокупность физиологических реакций, лежащая в основе приспособления организма к изменению окружающих условий и направленная к сохранению относительного постоянства его внутренней среды — Гомеостаза. В результате физ.адап.повышается устойчивость организма к холоду, теплу, недостатку кислорода, изменениям барометрического давления и др. факторам. Изучение ф. а. имеет большое значение для понимания процессов саморегуляции организма, его взаимодействия с окружающей средой

3) морфо‑анатомические  – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие  – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические  – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Акклимация

АККЛИМАЦИЯ – компенсаторные изменения, возникающие в организме при длительном отклонении какого-либо одного фактора среды от первоначального уровня.

- адаптация к одному какому-нибудь фактору при неизменности других факторов среды.

Акклимацию следует считать элементарной формой природных фенотипических адаптаций. Эту форму очень сложно изучать в природе. Форма доступна исследованию только в виде лабораторного эксперимента.

Требования к исследованию акклимации лишь в лабораторных условиях становится очевидным, если учесть еще одну особенность этого явления. Оно относится не только к одному фактору среды, но и к определенной дозе этого фактора или к определенному шагу измененной среды, что возможно в искусственно созданной лабораторной обстановке.

Лишь в редких случаях при периодических изменениях природных факторов и определенных пределах их суточной приливно-отливной (море) или сезонной ритмики можно говорить о природной акклимации.

1) совокупность полезных гомеостатических изменений в морфологии или физиологии организма, дающих ему возможность выжить и успешно существовать в неблагоприятных климатических условиях. Изменение теплоизоляционных свойств происходит у видов, активных в летние и зимние периоды (более густое оперение птиц в холодные месяцы). Сезонное переключение ферментных и других биохимических систем с различными температурными оптимумами происходит у пойкилотермных животных и растений в пределах их толерантности к преобладающим условиям окружающей среды. 2) Процесс приспособления популяции организмов к специфическим условиям окружающей среды, видоизмененным для экспериментальных целей.