1. Основы экологии

Основные понятия:

экологические факторы, абиотические, биотические и антропогенные факторы, лимитирующий фактор, природные сообщества, биоценоз, биогеоценоз, экосистема, структура сообществ, пищевая цепь, пищевая сеть, функциональные группы, продуценты, консументы, редуценты, свойства экосистем, сукцессия, агроценоз

Живые организмы и окружающая их среда неразрывно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии.

Экология (от греч. «ойкос» - жилище, убежище и «логос» - наука) – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Экология изучает отдельные особи, популяции (состоят из особей одного вида), сообщества (состоят из популяций), экосистемы (включают сообщества и окружающую их среду обитания).

Некоторые задачи экологии:

- изучение взаимоотношений между организмами, популяциями, видами;

- изучение закономерностей влияния экологических факторов на организмы;

- решение проблемы охраны природы;

- изучение проявлений борьбы за существование в популяциях и др.

Каждый организм в процессе своей жизни испытывает воздействие разнообразных экологических факторов.

Экологические факторы – компоненты внешней среды, воздействующие на организм. В современной экологии различают три группы факторов:

Экологические факторы	Определение	Примеры
Абиотические: климатические почвенные географические стихийные бедствия	Факторы неживой природы	свет, температура, влажность; состав, структура почвы; рельеф, сила течения воды, сила ветра; пожары, наводнения, засухи
Биотические	Факторы живой природы	воздействие животных; воздействие растений; взаимодействие организмов между собой
Антропогенный	Воздействие деятельности человека на окружающую среду	загрязнение атмосферы, воды, почвы; увеличение площади лесных массивов; создание заповедников и сохранение естественных биогеоценозов

В процессе эволюции организмы приспособились к конкретным условиям среды обитания. Условия среды, или экологические условия, - это изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. К наиболее важным факторам, определяющим условия существования организмов практически во всех средах, относятся температура, влажность и свет.

У организмов выработались специальные приспособления, позволяющие избежать или преодолеть действие неблагоприятного фактора:

- температура

Каждый вид организмов приспособлен к жизни в определенном температурном интервале. От температуры зависит распределение растений и животных на земном шаре: от арктических пустынь до тропических лесов; интенсивность биохимических и физиологических процессов.

Различают организмы теплокровные (птицы и млекопитающие) и холоднокровные (рыбы, земноводные и пресмыкающиеся). Теплокровные животные способны поддерживать постоянную температуру тела, практически не зависят от температуры окружающей среды. Такие ароморфозы, как четырехкамерное сердце, перьевой или волосяной покровы, позволяют животным сохранять активность при резких перепадах температуры и осваивать многие места обитания. У холоднокровных животных температура тела зависит от температуры окружающей среды, от температуры среды зависит распространение и активность этих животных.

Организмы имеют различные приспособления к температурным перепадам. У растений происходит транспирация воды через устьица – это защита организма от перегрева. У животных защитой от перегрева является испарение воды через дыхательную систему или кожные покровы. Линька у животных – адаптация, направленная на поддержание оптимального теплового баланса в разные по температурным условиям сезоны года. Поведенческая регуляция – один из механизмов приспособления животных к изменению температуры. Примерами поведенческой регуляции могут быть такие как активность в определенное время суток или года, поиск благоприятных климатических условий (перелеты птиц), уход в норы.

- влажность

Вода – составная часть каждого организма, это необходимое условие для нормального функционирования живого организма. Вода входит в состав клеточных структур, принимает участие в растворении и транспортировке многих веществ в клетке, обеспечивает терморегуляцию. Растения и животные имеют различные способы поступления воды в организм:

Организмы	Способы поступления воды в организм
Растения	Извлекают воду из почвы при помощи корней.
Лишайники	Улавливают водяные пары всей поверхностью тела из воздуха, впитывают влагу дождей, росы, туманов.
Животные	Пьют воду (многие сухопутные животные); Всасывают через покровы тела (амфибии, некоторые насекомые, клещи); Получают в процессе окисления жиров (верблюды).

- свет

Различные организмы по разному реагируют на свет. По требовательности к интенсивности света различают растения светолюбивые и теневыносливые. Значение света имеет большое значение, прежде всего, для процесса фотосинтеза.

Реакция организма на продолжительность дня, которая выражается в изменении процессов роста и развития, получила название фотопериодизма. Фотопериодизм – важное приспособление на сезонные изменения у организмов. Фотопериодизм у растений – механизм, регулирующей цветение весной, листопад осенью, а у животных фотопериодизм определяет процессы размножения, линьки, миграции.

В настоящее время хозяйственная деятельность человека становится все чаще основным источником загрязнения биосферы. В природную среду попадают различные химические вещества, которые загрязняют почвы, воздух, воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую. Многие загрязняющие вещества действуют как яды, другие вызывают генные мутации. Загрязнение природы приводит к снижению видового разнообразия и нарушению устойчивости экосистем.

Закономерности действия экологических факторов на организм. Фактор среды может воздействовать на организм с разной интенсивностью.

Интенсивность действия фактора среды на организм
↓ ↓
Оптимальная (благоприятная)	Максимальная или минимальная (неблагоприятная)
↓ ↓
Быстрый рост, активное размножение, увеличение численности особей в популяции	Торможение процесса роста, прекращение размножения, общее угнетение организма, гибель

В характере воздействия факторов на организм и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности - от лат. tolerantia – терпение - это диапазон устойчивости организма по отношению к любому фактору) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

От силы воздействия фактора зависит активность организмов. Для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его развития, размножения и развития. Наилучшее сочетание условий называется биологическим оптимумом.

Если действие фактора выходит за предел устойчивости (толерантности), то организм погибает. Такой фактор называется ограничивающий. Лимитирующий (ограничивающий) фактор – это любой фактор среды, приближающийся или выходящий за пределы устойчивости, который сильнее всего влияет на популяцию так, что при благоприятных и оптимальных значениях других факторов популяция будет в угнетенном состоянии или погибнет; это фактор, снижающий жизнеспособность организмов. Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений.

Немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873) сформулировал правило, которое назвали законом минимума: успешное выживание организмов зависит от факторов окружающей среды, но решающее значение имеет фактор, приближающийся или выходящий за границу устойчивости организмов данного вида.

По имени учёного названо образное представление этого закона — так называемая «бочка Либиха». Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова.

Приспособленность к условиям среды повышает шансы организмов на выживание. Жизненные формы – это результат адаптации различных групп организмов к сходным условиям среды. Внешнее сходство возникает в процессе эволюции под влиянием одинаковых факторов окружающей среды. Например, медведка, лесной крот, австралийский сумчатый крот приспособились к жизни в почвенной среде. Они имеют сходные жизненные формы – компактное тело, мощные передние конечности, похожие на лопату.

Примеры адаптаций организмов к разным средам обитания:

Среда обитания	Особенности внешнего строения	Примеры животных
Водная	Форма тела веретенообразная, обтекаемая	Дельфины (млекопитающие) и рыбы
Наземно-воздушная	Наличие крыла	Птицы и летучие мыши (кожистая перепонка)
Почвенная	Роющие конечности	Медведки (насекомые) и кроты (млекопитающие)

В природе организмы живут не изолировано, а они взаимодействуют друг с другом. Все биотические взаимодействия можно разделить на следующие группы:

Положительные взаимоотношения	Отрицательные взаимоотношения
Симбиоз: * комменсализм, или квартиранство, нахлебничество (+ 0); * мутуализм (+ +)	Аменсализм (- 0) Конкуренция (- -) Хищничество (- +) Паразитизм (- +)