Влияние температуры окружающей среды на строение растений; эффект группы и массовый эффект; симбиоз; свойства и функции живого вещества; хищничество; внутривидовая конкуренция; изменение диапазона толерантности организма в зависимости от скорости изменения значения одного из экологических факторов; биогеохимические круговороты.
9. Укажите, какие задачи решает а) теоретическая экология; б) прикладная экология.
Разработка общей теории устойчивости экосистем; выявление негативных последствий антропогенного влияния на природные экосистемы; изучение трофических цепей; вопросы рационального природопользования; моделирование будущих изменений в биосфере; разработка инженерных решений, обеспечивающих сохранение природной окружающей среды.
Контрольные вопросы и задания
1.Какая наука называется экологией?
2.Назовите предмет и объекты изучения экологии.
3.Что изучает общая экология, какие разделы общей экологии вы знаете?
4.Что изучает прикладная экология?
5.С какими другими науками связана экология?
6.Что входит в первый этап развития экологии как науки?
7.Какие процессы происходили во время второго этапа становления экологии как науки?
8.В чем суть современного развития экологии?
2. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ
2.1. Уровни биологической организации материи
Все живые организмы, несмотря на их разнообразие, состоят из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот ДНК и РНК, белков, полисахаридов и т.п. Именно с молекулярного уровня начинается разнообразие живой материи и процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов.
11
Главные уровни организации материи – это ген, клетка, ткань, орган, организм, популяция, сообщество. Экология изучает уровни организации биологической материи от организма до экосистемы. Свойства каждого последующего уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Причем новые свойства, возникающие на более высоком уровне, не являются простой суммой свойств предыдущих уровней. Согласно диалектическому закону перехода количества в качество, на новом уровне появляются новые свойства, которые нельзя предсказать на основе свойств предыдущих уровней. Явление возникновения новых свойств, не характерных для предыдущих уровней биологической организации материи, называется эмерд-
жентностью.
Клеточный уровень. Клетка является структурной и функциональной единицей любого живого организма, единицей его развития. Именно на клеточном уровне происходит передача информации, энергии и превращение веществ.
Организменный уровень. Его элементарной единицей является особь. Рассматриваемый в экологии первый уровень организации материи – организм – представляется как целостная система, которая взаимодействует как с живыми, так и с неживыми компонентами окружающей среды. Весь цикл жизненного развития особи от момента зарождения до смерти называется онтогенезом. Онтогенез включает в себя рост организма и дифференциацию, то есть возникновение различий между однородными на начальной стадии развития клетками. Различают зародышевую (эмбриональную), постэмбриональную стадии и период развития взрослого организма. Постэмбриональная стадия может происходить как по типу прямого развития (постепенное развитие во взрослую форму), так и по типу метаморфоз (через стадию личинки). Онтогенез – необходимое и существенное звено функционирования всего живого. Нарушения, происходящие на любой стадии онтогенеза, приводят к появлению уродств и даже гибели организма.
Современный онтогенез организмов сложился в результате длительной эволюции. Историческое развитие организмов получило название филогенеза. Э. Геккель сформулировал биогенетический закон: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение его филогенеза.
Популяционно-видовой уровень. Организмы, похожие по своим свойствам и функциям, образуют следующий уровень – биологический вид (К. Линней). При этом отдельные особи, входящие в один
12
вид, все же отличаются друг от друга по индивидуальным признакам. Все они объединены в биологический вид генофондом (совокупностью генов), что обеспечивает их способность к размножению в пределах этого вида. За счет индивидуальных различий особи в разной степени приспособлены переносить изменения внешней среды (температуры, влажности, количества питательных веществ). Часть особей при таких изменениях могут погибнуть, но в целом популяция выживает за счет более приспособленных особей.
Популяция – это группа особей одного вида, обитающих на одной территории и способных к размножению. Разные популяции одного биологического вида могут обитать в различных условиях и за счет приспособления к ним несколько отличаться друг от друга. Небольшая группа особей одного вида, хорошо приспособленная к местным условиям обитания, называется экотипом. Именно на популяционном уровне происходят элементарные эволюционные преобразования.
Биогеоценотический уровень. В природе практически не встречается изолированных популяций, разные популяции так или иначе взаимодействуют между собой. Такие сообщества популяций разных видов, обитающие на одной территории и взаимодействующие между собой, называются биоценозом (Мёбиус). Территория, на которой распространен биоценоз, и совокупность условий неживой среды, характерная для этой территории, называется биотопом. Единую природную систему, состоящую из взаимодействующих друг с другом биоценоза и биотопа, академик В.Н. Сукачев назвал биогеоценозом. Биогеоценоз является разновидностью более общего понятия экосистема, то есть это наземная экосистема.
Биосферный уровень. Биосфера включает в себя все биогеоценозы, все земные экосистемы, то есть является высшим уровнем организации живой материи на Земле. Для биосферного уровня характерны круговорот веществ и превращение энергии.
2.2. Развитие организма как живой целостной системы
Организм – это любое живое существо. От компонентов неживой природы он отличается свойствами, характерными только для живой материи: состоит из клеток; обмен веществ осуществляется при участии белков и нуклеиновых кислот; для него характерен гомеостаз – саморегуляция, самовозобновление и поддержание постоянства внутренней среды. Для живых организмов характерны не только пассивное,
13
но и активное движение, раздражимость (способность реагировать на внешнее воздействие), рост, развитие, размножение, наследственность, способность к адаптации, то есть к приспособлению к изменяющимся внешним факторам, передаваемая по наследству.
Гены, клетки, ткани, органы – составные части организма, системы доорганизменного уровня. Изменение внешних условий, в которых обитает организм, приводит к изменению этих систем, что позволяет организму приспособиться и выжить в новых условиях среды обитания.
Важнейшим свойством живых организмов является обмен веществ – метаболизм. Обмен веществ осуществляется за счет химических реакций, протекающих в организме. Примером таких реакций могут служить дыхание (окисление под действием поступающего в организм кислорода воздуха), фотосинтез. Процесс фотосинтеза – один из важнейших процессов для автономного существования экосистем. Именно за счет фотосинтеза растения связывают солнечную энергию в энергию химических связей органического вещества, которая затем передается от одного организма к другому по трофической цепи. Важную роль в процессе фотосинтеза играет хлорофилл – зелёный пигмент растений. Хлорофиллы по своему строению являются магниевыми комплексами тетрапирролов и имеют порфириновую структуру (рис.1). Различают сине-зелёный хлорофилл а (содержит метильный радикал СН3) и желто-зелёный хлорофилл б, содержащий вместо метильной группы формальдегидный остаток СНО. Соотношение хлорофилла а к хлорофиллу б составляет 3 : 1.
Хлорофилл поглощает квант света, под действием которого изменяет свою структуру. Избыточную энергию молекула передает для осуществления реакции между углекислым газом и водой:
6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2.
Входе реакции образуется органическое
вещество и выделяется кислород, а хлорофилл возвращается в исходное состояние. Первую стадию, в которой хлорофилл поглощает солнечную энергию, называют световой стадией, так как она проходит
Рис.1 Молекула хлорофилла на свету. Вторая стадия может проходить и в темное время суток, поэтому её назва-
ли темновой стадией.
14