Введение
Цель дисциплины - Сформировать целостное представление об основных закономерностях устойчивого развития природы и общества.
Задачи дисциплины:
1) изучить основные закономерности функционирования живых организмов, экосистем различного уровня организации, биосферы в целом и их устойчивости;
2) сформировать знания об основных закономерностях взаимодействия компонентов биосферы и экологических последствий хозяйственной деятельности человека, особенно в условиях интенсификации природопользования;
3) сформировать современные представления о концепциях, стратегиях и практических задачах устойчивого развития в различных странах и Республике Казахстан;
4) сформировать у студентов широкий комплексный, объективный и творческий подход к обсуждению наиболее острых и сложных проблем экологии, охраны окружающей среды и устойчивого развития.
Для успешного освоения предмета и подготовке к промежуточному и итоговому контролю студентам необходимо не только осваивать лекционный теоретический материал в виде лекций, но и работать над тренировочными вопросами и тестами.
Первая часть учебно-методического пособия предлагает развернутый конспект лекций по 15 темам дисциплины «Экология и устойчивое развитие».
Вторая часть предлагает задачи и задания для семинарских и практических занятий, в рамках которых необходимо рассмотреть уровни организации живой природы, рассчитать объемы круговорота веществ и энергии, сделать сравнения между живыми организмами по их строению и экологическим группам и др.
В третьей части предложены тестовые задания по каждой теме для самоконтроля. В конце каждого раздела даны проверочные ключи по тестам.
В четвертой части приведен краткий терминологический словарь, который позволяет быстро найти и ознакомиться с основными понятиями экологии.
В заключительной части приведен список использованных и рекомендованных источников литературы для более подробного ознакомления с темами данной дисциплины.
Лекционный комплекс
Тема № 1. Определение экологии как науки. Краткая история экологии.
План лекции:Основные задачи и методы экологии. Содержание экологии. Предмет и задачи экологии. Взаимосвязь экологии с другими биологическими науками. Подразделы экологии. Методы экологических исследований. Этапы развития экологии.
Слово экология образовано от греческих «ойкос» (что означает дом, жилище, местообитание, убежище) и «логос» (наука). В буквальном смысле экология – это наука об организмах «у себя дома».
В настоящее время большинство исследователей считает, что экология – это наука, изучающая отношения живых организмов между собой и окружающей средой или наука, изучающая условия существования живых организмов, взаимосвязи между средой, в которой они обитают.
Возникновение экологии связано с идеями всестороннего, системного подхода к действительности. Особенность экологического подхода определяется тем, что в представление об экосистеме входят две крупные подсистемы. Одна из них помещается в центре и рассматривается как главный объект, а другая как окружающая среда, с которой центральный объект обменивается информацией, веществом и энергией. Все связи оцениваются, прежде всего, по их воздействию на установленный объект.
Следовательно, основным содержанием экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов и биосферы, их продуктивности и энергетики. Отсюда очевидно, что предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы), их динамика во времени и пространстве. Задачи экологии связаны с изучением динамики популяции, к учению о биогеоценозах и их системах, выявлению закономерностей и процессов существования макросистем, в также поиск рациональных путей управления системами в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.
Экология - один из сравнительно молодых и стремительно развивающихся разделов биологии. Тем не менее, в той или иной степени взаимоотношение организмов со средой изучают разные разделы биологии (табл. 1,). Экология затрагивает лишь те стороны, которые связаны с изучением развития, размножения и выживания особей, структуру и динамику популяций и сообществ.
Тесные связи экологии установились с физиологией, в результате чего выделилось и успешно функционирует такое направление, как экологическая физиология. Экологические и физиологические методы взаимно пронизывают обе науки. Также тесно происходит взаимодействие экологии с морфологией, дав нам такие направления, как экологическая морфология и экологическая эмбриология.
Таблица 1 – Классификация биологических наук (по Б.Г. Иоганзену, 1959)
Общие науки |
Частные науки |
Комплексные науки |
Систематика |
Микробиология |
Гидробиология |
Морфология |
Ботаника |
Аэробиология |
Физиология |
Зоология |
Почвоведение |
Экология |
Антропология |
Паразитология |
Генетика |
||
Биогеография |
||
Эволюционное учение |
Экология тесно связана с систематикой, так, последняя не может обойтись без экологических критериев для точного определения изучаемых видов. Существует тесная связь экологии с эволюционным учением и генетикой. Сейчас уже не вызывает сомнения тот факт, что в природе имеют место экологические механизмы эволюции, исследование которых должно вестись при совместной работе экологов, генетиков и эволюционистов.
На базе экологии стало возможно развитие таких дисциплин, как биогеография, этиология, палеоэкология. Геоморфология и почвоведение сблизились с экологией, поскольку многие процессы образования и разрушения почв происходят при участии животных и растений.
Выясняя характер влияния физических факторов среды на организм и ответные реакции последних, экология не обходится без таких небиологических наук, как климатология, метеорология, физическая география.
Достижения экологии успешно применяются в сельском, охотничье-промысловом, лесном хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном природопользовании ее ресурсов.
В экологии выделяют следующие основные уровни организации живых систем: молекулярный (генный); клеточный; тканевый, органный; организменный; популяционный (популяционно-видовой); биоценотический; биогеоценотический (экосистемный); биосферный.
Экология изучает, главным образом, системы надорганизменных уровней организации: популяционные, экологические.
Самой крупной и наиболее близкой к идеалу по «самообеспечению» веществом и энергией является биологическая система – биосфера. Она включает все живые организмы Земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой как единое целое.
Системный подход указывает на необходимость учета множества факторов при анализе тех или иных явлений и тем боле при планировании вмешательства в экосистемы.
Таким образом, экология – это комплексная наука, изучающая законы существования живых систем в их взаимодействии с окружающей средой.С научно-практической точки зрения обоснованно деление экологии на теоретическую и прикладную.
Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни.
В обще-теоретическом плане к задачам экологии относятся:
разработка общей теории устойчивости экосистем;
изучение экологических механизмов адаптации к среде;
исследование регуляции численности популяции;
изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;
исследование продукционных процессов;
моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.
Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система обще-экологических законов, правил и принципов.
Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:
прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;
улучшение качества окружающей природной среды;
сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;
оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически неблагоприятных регионах.
Экология, как общая биологическая наука, также может быть расчленена на составные части: экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д.Однако если для других наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он – мельчайшая единица исследований.
В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин. По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (биохимическую, геохимическую, экологию животных, экологию растений и другое) (рис. 1).
Рисунок 1 – Структура современной экологии (схема)
По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологии. С точки зрения фактора времени рассматривают историческую, эволюционную и палеоэкологию (в том числе археологию).
В экологии объективно выделяют подразделения, изучающие органический мир на уровне особи (организма), популяции, вида, биогеоценоза, биосферы. В связи с этим экология подразделяются на аутэкологию, демэкологию, эйдэкологию, синэкологию и т.д. (табл. 2).
Таблица 2 – Разделы экологии
Разделы экологии |
Содержание |
Аутэкология или экология организмов |
Взаимодействие между отдельными организмами и факторами среды |
Демэкология или популяционную экология |
Взаимоотношения между организмами одного вида и средой обитания. Экологические закономерности существования популяций |
Эйдэкология |
Экология видов. Экологические закономерности существования отдельных видов. |
Синэкология или учение об экосистемах |
Взаимоотношения организмов разных видов и среды обитания как единого целого. Экологические закономерности функционирования экосистем. |
Географическая, или ландшафтная экология |
Изучает крупные геосистемы, географические процессы с участием живых организмов и их среды. |
Глобальная экология или учение о биосфере |
Роль живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в создании земной оболочки, закономерности ее функционирования. |
Экология, как было отмечено выше, имеет свою специфику, объектом ее исследования служат не отдельные особи, а группы особей, популяций, то есть биологические макросистемы. Многообразие связей, формирующихся на уровне биологических макросистем, обуславливает разнообразие методов экологического исследования.
Основными методами экологических исследований являются полевые, экспериментальные исследования с использованием экосистемного, популяционного, эволюционного и исторического подходов, изучение сообществ и местообитаний.
Для эколога первостепенное значение имеют полевые исследования, то есть изучение объектов непосредственно в естественной обстановке. При этом используются методы физиологии, морфологии, биохимии, анатомии, систематики и других биологических и небиологических наук. Полевые методы позволяют установить результат влияния на организм или популяцию определенного комплекса факторов, выяснить общую картину развития особи, вида, популяции или сообщества.
Однако, наблюдения не всегда могут дать точный результат, это можно выяснить иногда при помощи эксперимента. Обычно экологический эксперимент носит аналитический характер. Экспериментальные методы позволяют проанализировать влияние на развитие организма отдельных факторов в искусственно созданных условиях и, таким образом, изучить все разнообразие экологических механизмов, обуславливающих его нормальную жизнедеятельность.
Экосистемный подход. При экосистемном подходе центром внимания исследователя-эколога является поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Наибольший интерес представляет установление функциональных связей, таких, как цепи питания живых организмов между собой и с окружающей средой.
Экосистемный подход выдвигает на первый план общность всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов.
В экосистемном подходе находит приложение концепций саморегуляции (гомеостаза), из которой становится ясным, что нарушение регуляторных механизмов, например, в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. Экосистемный подход важен при разработке стратегии развития сельского хозяйства.
Популяционный подход.В современных популяционных исследованиях используются математические модели роста, самоподдержания и уменьшения численности популяции тех или иных видов. Построение моделей связано с такими понятиями, как рождаемость, выживаемость и смертность. Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для понимания вспышек численности вредителей и паразитов, имеющих значение для медицины и сельского хозяйства.
Дает возможность борьбы с ними с применением биологических методов, например, использование хищников и паразитов вредителя, позволяет определить критическую численность вида, необходимую для его выживания. Это особенно важно при организации заповедников, ведении сельского и охотничьего хозяйства, а в теоретическом плане – при изучении вопросов эволюционной и исторической экологии.
Эволюционный и исторический подходы. Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с развитием жизни на Земле, позволяет понять основные закономерности, которые действовали в экосфере с того момента, когда важным экологическим фактором, влияющим на большинство организмов и на физическую среду, стала деятельность человека. Эволюционный подход в исследованиях позволяет реконструировать экосистемы прошлого, используя палеонтологические данные (анализ пыльцы, ископаемые остатки и т.д.) и сведения о современных экосистемах.
Изучение сообществ. При изучении сообществ исследуют растения, животных и микроорганизмы, которые обитают в различных биотических единицах, таких, как лес, луг, пустошь и т.д. Основное внимание уделяется определению и описанию видов, изучению факторов, ограничивающих их распространение. Одним из аспектов подобных исследований является получение научных данных о сообществах, что важно для решения вопросов рационального использования природных ресурсов.
Изучение местообитаний. Он широко распространен в полевых исследованиях, так как местообитания легко поддаются классификации. Изучаются абиотические компоненты экосистемы, основные факторы – вода, почва, свет и ветер.
Краткая история становления экологии.
Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. По дошедшим до нас орудиям охоты, наскальным рисункам о способах культивирования растений, лова животных люди имели определенные представления о повадках животных, образе их жизни, сроках сбора растений, о местах их произрастания, о способах выращивания их и ухода за ними.
В трудах ученых античного мира Гераклита, Гиппократа, Аристотеля были сделаны дальнейшие обобщения экологических факторов. Так начинался первый этап развития науки – накопление фактического материала и первый опыт его систематизации.
Так, Эмпидокл пишет о связях растений с условиями существования, об их зависимости от окружающего мира. Гиппократ выдвигает идеи о связи здоровья человека с факторами окружающей среды. Аристотель классифицирует животных по образу жизни, способу питания. Теофраст приводит сведения о зависимости формы и особенностей роста растений от почвы и климата. Плиний Старший классифицирует многие явления природы с подлинно экологических позиций.
В средние века науки о живой природе развивались медленно из-за религиозного догматизма и схоластике. В эпоху Возрождения резко повышается интерес к научным исследованиям, к накоплению знаний о природе. Происходят великие географические открытия, описания новых земель с растительным и животным миром, что дало начало второго этапа развития экологии.
К. Линней закладывает основы систематики растений и животных, Ж.Л. Бюффон в своей работе «Естественная история» пишет о связях организма со средой, о влиянии погодно-климатических факторов на организм. Ж. Ламарк обращает внимание на значение внешних условий в эволюции растений и животных, а А. Декандоль в «Ботанической географии» описывает влияние абиотических факторов на растительные организмы. Основоположником экологии растений считают А. Гумбольта, опубликовавшего «Идеи о географии растений», где на основе своих многолетних наблюдений он показал влияние климатических условий, особенно температурного фактора, на распределение растений. В сходных географических условиях вырабатывается сходный внешний облик.
Большой вклад вносят П.С. Паллас, И.И. Лепехин, С.П. Крашенинников, которые изучали животных и растительный мир Сибири, Дальнего Востока, Урала, Казахстана, проводя широкие обобщения с экологической точки зрения. М.В. Ломоносов также высказывает идеи о влиянии среды на организмы. К.Ф. Рулье является основоположником экологии животных.
Победа эволюционного учения Ч. Дарвина в биологии открыла третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение экологии от других наук. Сам термин «экология» для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем. Он дал следующее определение этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом». Геккель относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, интересующимся всеми сторонами жизни биологических организмов.
В этот период Э. Мёбиус разработал учение о биоценозе, как о сообществе организмов, тесно связанных между собой. В 1895 г. Е. Варминг ввел термин экология в ботанику. Работы В.В. Докучаева легли в основу геоботанических исследований, положили начало учения о ландшафтах, что послужило основой для изучения взаимоотношений растительности и почвы. Н.Ф. Леваковский заложил основы экспериментальной геоботаники. Г.Ф. Морозов обобщил свои исследования в капительном труде «Учение о лесе», которое является ярким примером широкого экологического подхода к природным бикомплексам.
В 1935 году А. Тенсли разработал учение об экосистемах, в 1942 г. В.Н. Сукачев выдвинул идею о биогеоценозе, как едином комплексе организмов и абиотического окружения.
В настоящее время происходит экологизация науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и воздействует на нее отрицательно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества.
На современном этапе экология превратилась в одну из ведущих биологических наук. Это обусловлено тем, что только с экологических позиций возможна разработка проблем, связанная с законами интеграции организмов в биологические макросистемы, с рациональным использованием природных ресурсов биосферы, с целым рядом вопросов, возникающих в век научно-технического прогресса и зависящих от деятельности индустриального общества в природе. С этого времени начинает развиваться энергетическое направление в экологии; на новой экологической основе оценивается учение В.И. Вернадского о биосфере.
Большой вклад в развитие направлений экологии вносят Б.Г. Иоганзен (экология водных организмов), М.С. Гиляров (экология почвенных организмов), Г.А. Викторов (экология насекомых), В.Н. Беклемишев (экологические основы паразитологии), С.С. Шварц (экология позвоночных животных).
В Казахстане стоит отметить следующих исследователей, внесших вклад в развитие экологии: Н.В. Павлов, В.П. Голоскоков (флора и растительные ресурсы), Б.А. Быков, З.В. Карамышева, Е.И. Рачковская, Н. Огарь (экологическое районирование Казахстана), И.О. Байтулин (ризология), М.К. Кукенов, Р.А. Егеубаева (ботаническое ресурсоведение), Р.А. Мирзадинов (биоиндикация и оценка нарушенности почв), К.С. Сагындык, С.С. Айдосова (экологическая морфология и анатомия), М.С. Панин (экологическое образование).
Среди естественных наук впервые экология включает в свое содержание интересы человека, вопросы улучшения условий жизни людей.Экологические знания имеют не только познавательный характер, но и этические и эстетические аспекты.Экология отличается от классического типа науки, она становится как бы «нормативным естествознанием», т.е. несет ответственность не только за истинность результатов, но и за их применение.
Классическая наука нейтральна по отношению к человеку, те есть она, по существу, непосредственно не вскрывает ценности и цели человеческого существования, не гарантирует оптимальность преобразующей деятельности общества. Знания традиционной науки дают возможность создать могучие средства деятельности (техника), но не определяет, насколько разумна, оптимальна сама цель. Новые направления в экологии призваны восполнить этот пробел в развитии науки.
Тема № 2.Аутэкология. Организм и условия его обитания. Среды обитания.
План лекции: Разнообразие растительного и животного мира. Жизненные формы организмов. Среда жизни и условия существования организмов. Водная среда обитания. Наземно-воздушная среда. Почвенная среда обитания. Организмы как среда обитания.
Разнообразие растительного и животного мира. Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делятся на две большие группы – прокариоты и эукариоты. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, Клетки прокариот (от греч.Pro – до karion – ядро) не имеют оформленного ядра. К эукариотам(от греч.Eu – настоящий, истинный, karion – ядро), организмам, имеющим оформленное ядро, отнесены зеленые растения (в том числе и все остальные водоросли), грибы и животные.
Живые организмы классифицируют (рис. 2) на царство грибов, царство растений, царство животных, микроорганизмы и вирусы. Современная систематика строится на основе степени родства организмов.
Рисунок 2 – Система классификации живых организмов
В экологии разнообразие и разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и др.
Живые организмы можно классифицировать в соответствии с тем, какой источник энергии или углерода они используют. Те организмы, которые синтезируют все необходимые им органические вещества за счет энергии света, называются фототрофными (фототрофами) (греч.Photo – свет, trophe – пища, питание), а те организмы, которые используют энергию химических связей, - хемотрофные (хемотрофы). Процесс фототрофного питания называется фотосинтезом.
По источнику углерода: Организмы, живущие за счет неорганического источника углерода (двуокиси углерода), называют автотрофными (автотрофами), а организмы, использующие органический источник углерода, - гетеротрофными (гетеротрофами) (греч.Heteros – другой). К фотоавтотрофам относятся все зеленые растения, сине-зеленые водоросли, зеленые бактерии. К хемоавтотрофам – некоторые бактерии, участвующие в круговороте азота. К фотогетеротрофам относятся пурпурные бактерии, к хемогетеротрофам – все животные, грибы, большинство бактерий, некоторые паразитические цветковые растения.
Гетеротрофов делят насапрофитов, использующих растворы простых органических соединений, и голозоев. Голозои обладают сложным комплексом пищеварительных ферментов и могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребители живых растений), зоофагов (нуждающихся в живой пище) и некрофагов (трупоядных животных). В свою очередь каждую из этих групп можно подразделить на более мелкие, имеющие свою специфику в характере питания.
Иначе можно построить классификацию по способу добывания пищи. Среди животных выявляются, например, такие группы, как фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.), пасущиеся формы (копытные, жуки-листоеды), собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные), охотники на движущуюся добычу (волки, львы, и т.п.) и целый ряд других групп. Так, несмотря на большое несходство в организации, одинаковый способ овладения добычей приводит у львов и мух-ктырей к ряду аналогий в их охотничьих повадках и общих чертах строения: поджарости тела, сильному развитию мускулатуры, способности развивать кратковременно большую скорость и т.п.
Экологические классификации помогают выявлять возможные в природе пути приспособления организмов к среде.
Жизненные формы организмов. Среди приспособлений животных и растений к среде немаловажную роль играют морфологические адаптации, такие особенности внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях.
Морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определенному образу жизни называется жизненной формой организма.
Жизненные формы растений. Наиболее разработанной современной классификацией жизненных форм цветковых и хвойных растений на основе эколого-морфологических признаков является классификация, предложенная И.Г. Серебряковым. В ней приняты следующие единицы классификации: отделы, типы, классы, подклассы, группы, подгруппы, секции жизненных форм и собственно жизненные формы. Собственно жизненная форма является основной единицей экологической системы растений.
Выделение отделов основано на структуре надземных осей (древесные, полудревесные и травянистые растения), типов – по относительной длительности жизни растений в целом – одно-, дву- и многолетние:
Деревья. Многолетние растения с древеснеющими надземными частями; имеют хорошо выраженный главный ствол, обычно превышающий 2 мвысоты (береза, сосна, осина, карагач, вяз и др.).
Кустарники. Отличаются от деревьев отсутствием хорошо выраженного ствола; ветвятся у самой поверхности земли; высота менее 3 м(смородина, жимолость, ива, кизильник, шиповник и др.).
Кустарнички. Сходны с кустарниками, но обычно низкорослые, до 50 смвысоты (карагана, таволга и др.).
Полукустарники. Древеснеют в нижней части, а верхние надземные органы - травянистые, которые на зиму отмирают почти целиком (полынь, солянки, лебеда и др.).
Растения - «подушки». Образуются в результате своеобразного роста и ветвления побегов, благодаря которым все растение приобретает форму плотного шара или подушки. Эта жизненная форма характерна для высокогорий и пустынь (некоторые виды звездчатки, камнеломки, солянки и др.).
Суккуленты. Растения с утолщенными сочными листьями или стеблями, содержащие запасы воды (очиток, горноколосник, ложноочиток и др.).
Лианы. Имеют тонкий длинный стебель, неспособный удерживаться в вертикальном положении самостоятельно. Лианы используют в качестве опоры другие растения, обвивают их или цепляются за них (виноград, плющ, ломонос и др.).
Многолетние травы. Они могут быть вечнозелеными - листья сохраняются больше года, зимне-зелеными - не теряют листья зимой и летне-зелеными (клевер, ветреница, грушанка и др.).
Двулетники. Для завершения жизненного цикла этих растений требуется два вегетационных периода. Цветение и плодоношение происходят на второй год (борщевик, щавель, белена черная и др.).
10. Однолетники.Растения, жизненный цикл которых длится меньше одного года (горчица полевая, мятлик однолетний, рыжик, клоповник, бурачок, хориспора и др.).
Также в ботанике принята классификация жизненных форм по С. Раункиеру. В основу этой классификации положено приспособление растений к перенесению неблагоприятных условий в период покоя, которое заключается в различном расположении и защищенности почек, возобновляющих рост, во время зимнего или сухого летнего периода (рис. 3).
1 - Фанерофит, 2а-2б –хамефит, 3а-3б –гемикриптофит,
4а-4б – криптофит, 5 – терофиты
Рисунок 3 - Жизненные формы растений по С. Раункиеру
Фанерофиты - это растения, у которых зимующие почки (почки возобновления) расположены высоко над землей; у листопадных они защищены чешуями, у вечнозеленых - нет. К этой группе относятся деревья и кустарники.
Хамефиты - низкорослые растения, зимующие почки у которых расположены близ поверхности земли и защищены снежным покровом и скученными мелкими побегами, отмирающими зимой. К этой группе относятся кустарнички, полукустарники (брусника, черника, вереск и др.).
Гемикриптофиты - травянистые растения и полукустарники, у которых почки возобновления расположены на самой поверхности почвы и прикрыты нижними листьями и отмершими побегами. Надземные части у них зимой отмирают почти до основания (клевера, луговые злаки и др.).
Криптофиты - это растения, у которых почки возобновления находятся на подземных органах в почве, а надземные части ихполностью отмирают. К этой группе относятся луковичные, корневищные растения (картофель, лук, пырей ползучий).
Терофиты - однолетние, не зимующие растения, все части которых зимой отмирают. Перезимовывают только семена (пшеница, овес, мокрица и др.).
Жизненные формы животных. Классификации жизненных форм животных, как и растений, весьма разнообразны в зависимости от принципов, которые кладут в их основу. На морфологии млекопитающих, по-видимому, в наибольшей степени сказывается характер их передвижения в разных средах. Выделяют следующие адаптивные группы среди зверей:
I. Наземные формы:
1) не делающие нор: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие;
2) делающие норы: а) бегающие; б) прыгающие; в) ползающие;
3) животные скал;
II. Плавающие формы:
1) Чисто водные: а) нектон, б) планктон, в) бентос;
2) полуводные: а) ныряющие, б) неныряющие, в) добывающие из воды только пищу;
III. Роющие формы:
1) абсолютные землерои (всю жизнь проводят под землей);
2) относительные землерои (выходят на поверхность земли);
IV. Древесные, лазающие формы: а) не сходящие с деревьев; б) лишь лазающие по деревьям;
V. Воздушные формы: а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие пищу с воздуха.
В пределах каждой группы особенности образа жизни формируют более специфические приспособительные формы. Так, наземные млекопитающие передвигаются в основном посредством ходьбы, бега и прыжков, что проявляется в их внешнем облике. Например, прыгающие животные: кенгуру, тушканчики, кенгуровые крысы – отличаются компактным телом с удлиненными задними конечностями и значительно укороченными передними. Очень сильно развиты мышцы спины, увеличивающие мощность толчка. Длинный хвост играет роль балансира и руля, позволяющего резко изменять направление движения. У сидящих животных он служит дополнительной точкой опоры.
Во внешнем облике птиц в наибольшей мере проявляется приуроченность их к определенным типам местообитаний и характер передвижения при добывании пищи. В связи с этим различают птиц: 1) древесной растительности, 2) открытых пространств суши, 3) болот и отмелей, 4) водных пространств. В каждой из указанных групп выделяют специфические формы.
Сходные жизненные формы встречаются в сходных условиях жизни в разных зоогеографических областях и на разных материках (например, тушканчики Евразии, кенгуровые крысы Австралии, прыгунчики Африки). Жизненная форма наглядно свидетельствует об образе жизни вида.
Основные среды жизни. Среда – это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, рост, развитие, выживаемость, размножение и т.д. среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком, его производственной деятельности. При этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие полностью или частично безразличны ему, а третьи оказывают вредное воздействие.
Условия существования, или условия жизни, - это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.
Живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили 4 среду жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам (гидросфера, литосфера, атмосфера).
Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В дальнейшем в ходе исторического развития организмы начали заселять наземно-воздушную среду. Появились наземные растения и животные, которые, бурно эволюционируя, адаптировались к новым условиям жизни. Поверхностный слой литосферы постепенно преобразовался в почву. Почву заселили как водные, так и наземные организмы, создав специфический комплекс ее обитателей. Четвертой средой обитания стали сами животные организмы, каждый из которых является целым миром для населяющих его паразитов и симбионтов.
Водная среда жизни. Гидросфера, как водная среда жизни, занимает около 71% площади и 1/800 часть объема Земного шара. В океане с входящими в него морями различают две области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь (рис. 4).
Рисунок 4 – Распределение живых организмов в водной среде
Экологические группы гидробионтов. Толща воды, или пелагиаль (pelages – море), заселена пелагическими организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. В связи с этим данные организмы подразделяются на две группы: нектон и планктон. Третью экологическую группу составляет бентос.
Нектон (nektos – плавающий) – это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Нектон представлен, главным образом, крупными животными, которые способны преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах кроме рыб относятся земноводные и активно перемещающиеся водные насекомые.
Планктон (planktos – блуждающий, парящий) – совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это – мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и парящие в толще воды личинки многих животных. Планктонные организмы располагаются как на поверхности воды, на глубине, так и в придонном слое.
Организмы, населяющие поверхностную пленку воды на границе с воздушной средой, составляют особую группу – нейстон. Состав нейстона зависит от стадии развития ряда организмов. Проходя личиночную стадию, они покидают поверхностный слой, служивший им убежищем, перемещаются жить на дно или в глубинные слои. Таковыми являются личинки ракообразных, некоторых рыб, брюхоногих и двустворчатых моллюсков.
Те же организмы, часть тела которых находится над поверхностью воды, а другая – в воде, получили название плейстон. К ним относят ряску и др.
Бентос (bentos – глубина) – совокупность организмов, обитающих на глубине (на грунте или в нем) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью бентос представлен прикрепленными или медленно передвигающимися или роющимися в грунте животными. На мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих (консументы) и разрушающих его (редуценты).
Наземно-воздушная среда обитания. В ходе эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. Особенность этой среды заключается в том, что организмы, которые здесь обитают, окружены газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью, давлением и высоким содержанием кислорода. Как правило, животные в этой среде передвигаются по почве, а растения укореняются в ней.
Наземно-воздушная среда характеризуется более высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температур, влажности в зависимости от географического положения, сезона и времени суток.
У живых организмов в ходе эволюции выработались определенные морфо-физиологические, анатомические, поведенческие и прочие адаптации по отношению к свету, температуре, влажности и др.
Вследствие подвижности воздуха возможен пассивный полет отдельных видов организмов, развита анемохория – расселение с помощью воздушных потоков. Организмы, пассивно переносимые потоками воздуха, называются аэропланктоном.