Лекция №7 Биосфера как система, обеспечивающая существование человека
План
Экология, классификация экологических факторов.
Экосистема.
Параметры и структура экосистемы
Экология человека
Экологическая генетика
Биосфера и ее границы.
1.Экология, классификация экологических факторов.
Геккель (1870) определил экологию, как науку изучающую взаимоотношения животных с органической и неорганической природой.
Объекты исследования – организмы, популяции, экосистемы, биота всей планеты.
Уровни изучения:
Популяционно-видовой (индивидуальные реакции организма на действие факторов среды)
Экосистемный (взаимное влияние организмов разных видов, изучает симбиоз, например, человек – возбудитель болезни)
Эволюционно- исторический (исследование развития объектов под влиянием глобальных изменений окружающей среды).
Методы исследования в экологии: эмпирические, экспериментальные, моделирование.
Уровни экологического прогнозирования:
Локальное (небольшая территории)
Национальное (распространяется на страну)
Региональное (материк, несколько стран, океан)
Глобальное
Окружающая среда – совокупность экологических факторов, которые прямо или косвенно влияют на жизнь организмов.
Окружающая среда бывает:
Водная
Воздушная
Грунт
Внутренняя среда организма
По степени влияния на организм внешние факторы делятся на:
Жизненно необходимые (свет, вода, минеральные соли)
Факультативные активные (дым, радиация)
Факультативные нейтральные (инертные газы)
Факторы по происхождения бывают:
Абиотические: элементарные (температура, давление, вода, гравитация) и комплексные (химический состав субстрата, солнечный свет)
Биотические
Антропогенные
Факторы по характеру влияния:
Прямые
Непрямые (косвенные)
Интегральные факторы – климат и рельеф. Грунт – результат общего действия абиотических и биотических факторов (движение, метаболизм организмов, которые населяют грунт).
Все факторы имеют определенные параметры, которые изменяются во времени и в пространстве.
В зависимости от диапазона, в котором организм (популяция) могут воспринимать колебания параметров факторов, выделяют:
Эврибиотические системы (широкий диапазон действия фактора. Например, рыжий таракан живет в условия экстремальной температуры, освещенности, химического состава атмосферы).
Стенобиоты (узкий диапазон. Например, эндопаразиты).
Каждый экологический фактор, необходимый для метаболизма живой системы, называется ресурсом. Ресурсы – вещества, энергия, пространство.
Абиотические факторы.
Свет, гравитация, радиоактивное излучение – живая природа адаптировалась к этим факторам в течение всего существования.
Диапазон солнечных волн – от УФ до ИФК. 40-50% всех волн воспринимает человек. Волны менее 290 нм губительны для живого, большая их часть поглощается озоновым слоем. Длинные волны нужны растениям. Синтез витамина D – диапазон 250-300 нм.
Организмы по отношению к свету бывают:
Гелиофильные
Сциофильные (тенелюбивые)
Гелиофобные
Загар (УФ) – фенокопия генетически обусловленного темного цвета кожи. Это адаптивная реакция.
Тепло определяет протекание биохимических реакций.
Животные делятся на:
Пойкилотермные
Гомойотермные
Человек не имеет механизмов, которые помогли бы приспособить его к высоким температурам. Человек меняет поведения, жилье, одежду.
При низкой температуре увеличивается сердечная деятельность, при сильном охлаждении нарушается возбудимость и проводимость миокардиоцитов, тормозится реабсорбция в почках.
Человек имеет совершенные механизмы терморегуляции (усиленная работа мышц, подкожная жировая клетчатка)
Организмы делятся на:
Теплолюбивые
Холодостойкие (человек)
Ионизирующие излучение. Эволюция происходила в условиях фоновой радиации (природная).
Изотоп Стронций-90 быстро всасывается и оседает в соединительной ткани.
Вода – среда протекания метаболических процессов.
Организмы по отношению к воде делятся на:
Гидрофильные (моллюски)
Мезофильные (человек)
Ксерофильные (рептилии, некоторые грызуны)
Вода связана с температурой: высокая влажность и низкая температура, низкая влажность и высокая температура.
Недостаток воды регулируется:
Поведенческой компенсацией
Морфологической компенсацией (удержание максимального количества воды в организме)
Биохимической компенсацией (образование метаболической воды из жира)
Приспособительные реакции к нехватке воды – летняя спячка.
По отношению к воде организмы бывают:
Гидростабильные (совершенные механизмы компенсации к недостатку воды и избытку влажности)
Гидролабильные (менее совершенные механизмы компенсации)
рН воды и грунта. Растения щелочного грунта содержат меньше железа, фосфора, марганца. Рыба в кислых водоёмах накапливает алюминий. Химические элементы могут вызывать болезни.
Воздух. С увеличением высоты над уровнем моря – концентрация кислорода уменьшается. Если неадаптированный человек попадает в горы, гемоглобин интенсивнее связывается с кислородом. Адаптация затрагивает объем легких, размер сердца, капиллярную сеть.
Биотические факторы – сложная категория факторов. Организмы влияют друг на друга и на окружающую среду двумя способами: механически и химически (крот и грунт).
Конкуренция – взаимное ограничение использования ресурсов.
Конкуренция бывает:
Парциальная (ограничение одного ресурса)
Интегральная (ограничение нескольких ресурсов. Например, рыбы конкурируют за пищу, места нереста).
Внутривидовая конкуренция – интегральная. Межвидовая конкуренция – интегральная и парциальная.
Печеночный сосальщик завезен в Австралию, где в водоёмах нет малого прудовика. Паразит стал использовать другой вид моллюска. Оба вида моллюска стали викариантными.
Правило Гаузе (закон конкурентного взаимоисключения). В случае ограниченных ресурсов разные виды или популяции не могут существовать на определенной территории; в результате наблюдается вытеснение конкурентов или вымирание одного из них или его части.
Антибиоз – экстремальное проявление фактора, результатом которого является уничтожение организма (популяции, вида). Например, растения пребывают в состоянии антибиоза, если поедаются животными.
Аллелопатия – выделение веществ, которые угнетают жизнь растительных организмов.
Аллелопатия характерна для низших эукариот и прокариот.
Вещества бывают:
Колины (выделяют высшие растения, противостоя другим высшим растениям)
Фитонциды (направлены против прокариот и низших растений)
Антибиотики (выделяют грибы и прокариоты против других прокариот)
Маразмины (выделяют прокариоты против эукариот)
Симбиоз – сожительство разных видов, что требует коадаптацию (морфофизиологическое приспособление).
Формы симбиоза:
Мутуализм (оба вида получают пользу друг от друга. Например, человек и кишечная палочка, синтез витамина В)
Синойкия (квартирантство, адаптация одного вида к другому – случайная)
Комменсализм (один вид получает пользу, а другой – нет, но это ему не вредит. Например, кишечная амеба)
Паразитизм
Антропогенные факторы:
Химические
Физические
Комбинативные (климат и рельеф, эрозия почвы, вырубка леса)
Экологические факторы бывают:
Постоянные (гравитация)
Непостоянные (абиотические, все биотические и антропогенные)
Влияние экологического фактора на организм зависит от его природы и интенсивности.
Биологический оптимум – это такой уровень влияния фактора, при котором живые организмы осуществляют свои функции с наибольшей интенсивностью (регенерация). Биологический минимум – минимальное значение экологического параметра, ниже которого система гибнет. Биологический максимум – высшее значение параметра, система перестает функционировать.
Состояние популяции (экосистемы), при котором она проявляет наивысшее показатели жизнедеятельности - экологический оптимум.
Биологический пессимум – состояние живой системы, которое близко к биологическому максимуму или минимуму при условии сохранения жизнеспособности.
Экологическая валентность – способность системы выдерживать колебания параметров фактора.
Система бывает:
Эврибионтная (высокая валентность)
Стенобионтная (низкая валентность)
Факторы, пребывающие на уровне биологического пессимума, называют лимитирующими (Либин). Например, концентрация кислорода и человек.