2. Структура экологии, основные ее разделы. Краткая история экологических идей.

Структура экологии и ее основные раздела

3. Основные разделы экологии: аутэкология, демэкология, синэкология. Междисциплинарные связи современной экологии. Классификация экологии по объектам и средам исследования.

В экологии выделяются разделы, изучающие живую природу на уровне особи (организма), популяции, вида, биоценоза и экосистемы, а также биосферы.

Экология особей (аутэкология) изучает закономерности взаимодействия особей разных видов с внешней средой, в основе которых лежат морфофизиологические реакции организма на различные экологические факторы(Обыкновенный ёж).

Экология популяций (демэкология) исследует условия формирования, структуру и динамику популяций – группировок организмов одного вида, которые являются самым низким уровнем интеграции организмов в макросистемы.( Котик морской северный, королевские пингвины,)

Экология видов (эйдэкология) – раздел экологии, изучающий взаимоотношения вида как биологической системы в составе биоценеозов, экосистем и биосферы с живой и неживой природой(гренландский кит)

Экология сообществ (синэкология) изучает организованные сообщества живых организмов, пути и условия их формирования, динамику и структуру, взаимодействия биоценозов с компонентами неживой природы.

Экология экосистем – раздел экологии, изучающий разнообразие и функционирование экосистем, их продуктивность и энергетику. В зависимости от того, какие экосистемы исследуются, выделяют многочисленные подразделы экологии: экология лесов; тундр, лугов, степей, пустынь, болот, рек, озер, морей и океанов, экология островов, гор и т.д.

Экология биосферы (глобальная) исследует структуру, функционирование и эволюционные процессы живой оболочки Земли.

Экология развивается в тесной взаимосвязи с различными отраслями науки, и уже в XX веке возникли разделы экологии, имеющие комплексный характер. Так, на стыке экологии и социологии зародилась социальная экология, исследующая взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа». Данный раздел экологии включает в себя ряд подразделов: экология человеческий популяций; экология человечества; экология населенных пунктов, к которой относится и урбоэкология; экология жилища.

Экология человека – раздел экологии, исследующий взаимоотношения человека (как биологического вида) с окружающей средой, природную сущность человека и экологические факторы здоровья.

Со второй половины прошлого века большое внимание уделяется экологическим исследованиям, носящий прикладной характер – возникает раздел прикладной экологии. В ее структуру входит ряд подразделов:

– сельскохозяйственная экология, исследующая функционирование с/х экосистем и взаимоотношения с/х видов растений и животных с окружающей средой и человеком. Включает в себя агроэкологию и экологию с/х животных.

– промысловая экология, изучающая взаимоотношения промысловых видов организмов с окружающей средой и человеком;

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова. В широком смысле слова среда (как окружающая среда) – это совокупность всех условий жизни, которые существуют на планете Земля.

4. Фундаментальные свойства живых систем. Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы. Трофические отношения между организмами: продуценты, консументы, редуценты. Разнообразие организмов, факторы его поддержания.

1. Специфика химического состава ( различие между живым и неживым отчетливо проявляется уже на уровне их химического состава)

2. Структурная организация живых существ (тела построены из клеток (есть и одноклеточные) и осуществление жизнедеятельности организма определяется процессами, протекающими внутри самих клеток; клетки всех растений и животных сходны по своему строению (имеют мембрану, цитоплазму, ядро, органоиды).

3. Обмен веществ у живых организмов. Всем живым организмам присущ обмен веществами и энергией с окружающей средой.

4. Самовоспроизведение (размножение) организмов( размножение – воспроизведение себе подобных – важнейшее условие продолжения жизни)

5. Наследственность и изменчивость (наследственность – способность организмов передавать из поколения в поколение всю совокупность признаков, обеспечивающих приспособленность организмов к среде их обитания. Однако живым организмам присуща и изменчивость, под ко Индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюционное; филогенез) развитие организмов. Любой организм в течение своей жизни (с момента его зарождения и до естественной смерти) претерпевает закономерные изменения, которые называются индивидуальным развитием. торой понимают их способность приобретать новые признаки и утрачивать прежние)

6. Раздражимость и движение. Неотъемлемое свойство живых существ – раздражимость (способность воспринимать внешние или внутренние раздражители (воздействия) и адекватно на них реагировать).

7. Гомеостаз – это способность организма противостоять изменениям и сохранять относительное постоянство внутренней среды (поддержание определенной температуры тела, кровяного давления, солевого состава, кислотности и т. д.). Адаптация(под адаптацией понимается процесс приспособления организма к определенным условиям внешней среды).

Главнейшим источником энергии, определяющим тепловой баланс и термический режим биосферы Земли, является энергия Солнца. Солнце освещает и обогревает Землю, поставляя энергию, которую зеленые растения используют для синтеза соединений, обеспечивающих их жизнедеятельность и потребляемых в пищу практически всеми остальными организмами. Кроме того, солнечная энергия поддерживает круговорот важнейших химических веществ и является движущей силой климатических и метеорологических систем, перераспределяющих тепло и влагу на земной поверхности. Клетки растений и фотосинтезирующих бактерий на основе энергии солнечного света синтезируют АТФ и НАДФН, которые используются для синтеза углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот и иных органических соединений, входящих в состав этих клеток и обеспечивающих их жизнь. Такие клетки называются автотрофными. Автотрофными являются бактерии-хемоавтотрофы, которые получают энергию вследствие окисления неорганических соединений. Все остальные живые существа, населяющие нашу планету, не способны использовать солнечную энергию и синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Они должны получать готовые органические вещества, которые образуются в фотосинтезирующих и хемосинтезирующих клетках и, следовательно, являются гетеротрофными. Гетеротрофы получают энергию в результате окисления органических соединений. Следует заметить, что и фотосинтезирующие, и хемосинтезирующие автотрофы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ .

Фотосинтезирующие организмы переводят энергию солнечного света в энергию химических связей органических веществ. Эти организмы являются производителями, или продуцентами органического вещества. В большинстве случаев функции продуцентов в экосистемах выполняют растения. Гетеротрофные организмы получают энергию при поглощении органических веществ и называются потребителями, или консументами. Существуют консументы первого порядка (растительноядные организмы, или фитофаги), второго порядка (организмы, питающиеся фитофагами, или зоофаги) и высших порядков (хищники и сверх–хищники, паразиты и сверх–паразиты). В большинстве случаев функции консументов в экосистемах выполняют животные. Организмы, которые специализируются на добывании строго определенной пищи, называются монофаги. Организмы, которые могут питаться различной пищей, называются полифаги. Для полифагов характерен широкий спектр питания, включающий основную, второстепенную и случайную пищу.Погибшие организмы и отходы жизнедеятельности в любой форме потребляются организмами, разрушающими мертвое органическое вещество до неорганических веществ – редуцентами, или деструкторами. К редуцентам относятся различные животные (как правило, беспозвоночные), грибы, прокариоты: – некрофаги – трупоеды; – копрофаги (копрофилы, копротрофы) – питаются экскрементами; – сапрофаги (сапрофиты, сапрофилы, сапротрофы) – питаются мертвым органическим веществом (опавшими листьями, линочными шкурками); к сапрофагам относятся: – ксилофаги (ксилофилы, ксилотрофы) – питаются древесиной; – кератинофаги (кератинофилы, кератинотрофы) – питаются роговым веществом; – детритофаги – питаются полуразложившимся органическим веществом; – окончательные минерализаторы – полностью разлагают органическое вещество. Продуценты и редуценты обеспечивают круговорот веществ в экосистеме: окисленные формы углерода и минеральных веществ превращаются в восстановленные и наоборот; происходит превращение неорганических веществ в органические, а органических – в неорганические.

Совокупность всех видов составляет биологическое разнообразие. Биологическое разнообразие – это число различимых типов биологических объектов или явлений и частота их встречаемости на фиксированном интервале пространства и времени, в общем случае отражающие сложность живого вещества, способность его к саморегуляции своих функций и возможность его разностороннего использования. Оно включает в себя все виды животных, растений, грибов и микроорганизмов, экосистем и протекающих в них процессов. Биологическое разнообразие – частный случай всеобщего феномена разнообразия природы.

5. Абиотические, биотические и антропические факторы. Изменчивость среды, классификация факторов. Способы действия факторов на организмы: прямое, косвенное, сигнальное. Количественные закономерности действия факторов на организм, сила действия факторов.

Классификации экологических факторов

По характеру воздействия:

Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действу-ющих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению:

Абиотические — факторы неживой природы:

климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость поч-вы, кислотность почвы химический состав почвы

орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

фитогенные — влияние растений

микогенные — влияние грибов

зоогенные — влияние животных

микробиогенные — влияние микроорганизмов

Антропогенные (антропические):

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, вли-яние шума и вибрации

химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение обо-лочек Земли отходами промышленности и транспорта

биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

Реакция организма на изменение экологических факторов

Кривая жизнедеятельности многолетнего растения. Однолетние растения не способны переходить в состояние покоя и зона жизни у них совпадает с зоной жизнедеятельно-сти.

Примечание: 1 — точка оптимума, 2 — точки минимума и максимума, 3 — летальные точки

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность — способность существовать в более или ме-нее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии — быстро расти, размножаться, проявлять конку-рентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относи-тельно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что про-является в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях факто-ра может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны:

Кардинальные точки:

точки минимума и максимума — крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма

точка оптимума — наиболее благоприятное значение фактора

Зоны:

зона оптимума — ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора

зоны пессимума (верхнего и нижнего) — диапазоны значений фактора, в которых ор-ганизм испытывает сильное угнетение

зона жизнедеятельности — диапазон значений фактора, в котором он активно проявля-ет свои жизненные функции

зоны покоя (верхнего и нижнего) — крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя

зона жизни — диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений — норма реакции, которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видо-вую. Однако, так как вид представляет собой сложную надорганизменную систему, со-стоящую из множества популяций, расселённых по различным местообитаниям с не-одинаковыми условиями среды, при оценке его экологии пользуются обобщёнными данными не по отдельным особям, а по целым популяциям. На градиенте фактора от-кладываются обобщённые классы его значений, представляющие определённые типы местообитаний, а в качестве экологических реакций чаще всего рассматриваются оби-лие или частота встречаемости вида. При этом следует говорить уже не о кривой жиз-недеятельности, а о кривой распределения обилий или частот