4428

новых крупных систематических групп - типов, классов, некоторых отрядов (у млекопитающих).

Ароморфозы возникают не одновременно, при появлении они практически могут не отличаться от общих адаптаций. Но по мере действия на них естественного отбора и широкого распространения видов они становятся ароморфозами, то есть поднимающими уровень организации. Например - появление легочного дыхания у древних обитателей пресноводных водоемов дало возможность для освоения суши - появились тысячи видов класса Земноводных, Пресмыкающихся, Птиц, Млекопитающих. Поэтому приобретение позвоночными легких - крупный ароморфоз. Возникают менее крупные ароморфозы.

Таблица 1. Основные направления эволюционного процесса

копределенным условиям ротовых аппаратов у

Ароморфоз - (от греч. airф - повышаю, morphosis - образец форма) эволюционное изменение общего характера в строении и функциях организмов, приводящее к морфофизиологическому прогрессу. В

11

результате такого изменения таксон поднимается на более высокую ступень развития. Примерами ароморфоза являются: разграничение венозного и артериального кровотоков, появление четырехкамерного сердца, у растений - становление двойного оплодотворения.

Дегенерация (от лат. degenero - вырождаюсь) - направление филогенеза, при котором наблюдается редукция, т.е. упрощение или же исчезновение органов, утративших свое эволюционное значение, например исчезновение жабер у наземноживущих животных.

Идиоадаптация (огреч. idios - своеобразный, особый и gramma - рисунок) - эволюционный процесс, приводящий к повышению частной приспособленности организмов к условиям обитания и существенно не отражающийся на общем уровне организации (в отличие от ароморфоза). Идиоадаптации способствуют расширению ареала вида. Термин введен А.Н. Северцевым (1925). У растений идиоадаптации - это приспособления (например, дихогамия), к разным условиям освещенности (разная форма листовой пластинки), к распространению семян и т.п., у птиц - приспособления к определенному способу добычи пищи (разная форма клюва).

Видообразование - процесс возникновения новых видов, основным механизмом которого является репродуктивная изоляция внутривидовых групп особей (популяций). В изолированных популяциях могут накапливаться различные мутации; при направляющем действии естественного отбора возможно их закрепление и распространение. Последующая рекомбинация генов приводит к генетическим изменениям, соответствующим переходу на видовой уровень. Такой процесс видообразования является постепенным занимающим длительный период времени, необходимого для окончательного расхождения популяций. Его называют дарвиновским. Существует также механизм быстрого или квантового видообразования, в основе которого лежит явление полиплоидии, т.е. перехода особей на более высокий уровень плоидности (увеличение числа хромосом). Полиплоидия может за одно поколение создавать непреодолимый репродуктивный барьер между группами особей в популяции, в связи с чем процесс видообразования протекает значительно быстрее. Различают аллопатическое видообразование, при котором новый вид возникает за пределами ареала исходной популяции, после изоляции от нее группы особей, и симпатрическое видообразование, когда видовые различие появляются в популяциях, не полностью изолированных друг от друга.

Макроэволюция - эволюционные преобразования, приводящие к появлению новых крупных систематических таксонов (родов, семейств, классов и др.). Согласно современным представлениям, основной макроэволюции служат микроэволюционные процессы, протекающие на популяционном и видовом уравнениях. Механизмы макроэволюции - те же, что и микроэволюции, разница только в масштабах происходящих изменений. В макроэволюции

12

большую роль играют системные мутации или макромутации, коренным образом изменяющие онтогенез.

Микроэволюция (о греч.мicros - маленький и лат. еvolutio - развертывание) - совокупность генетических процессов, протекающих на уровне популяций и приводящих в итоге к видообразованию. Факторами микроэволюции являются мутационный процесс, естественный отбор, дрейф генов, изоляция и миграция. Их действие изменяет генофонд и генотипическую структуру популяции, что составляет основу эволюционного процесса.

Биологический процесс (лат. progressus -- движение вперѐд, успех) означает победу вида или другой систематической группы в борьбе за существование. Признаками биологического прогресса являются увеличение численности особей данной систематической группы, расширение ее ареала и распадение на подчиненные систематические группы. Все три признака биологического прогресса связаны друг с другом. Увеличение численности особей заставляет вид (или любую другую систематическую группу) расширять границы ареала, заселять новые места обитания, что приводит к образованию новых популяций, подвидов, видов.

Биологический регресс (лат. regressus -- возвращение, движение назад) Он характеризуется обратными признаками биологическому процессу: снижением численности особей, сужением ареала, постепенным или быстрым уменьшением популяционного и видового многообразия группы. Биологический регресс может привести вид к вымиранию. Общая причина биологического регресса - отставание в темпах эволюции группы от скорости изменений внешней среды. Быстрое изменение окружающей среды, вызванное деятельностью человека, ведет к увеличению числа видов переходящих в состояние биологического регресса и обреченных на вымирание (если не сохранится приемлемая для них среда).

Практическая часть

Пользуясь материалами лекции, учебником и дополнительной литературой, ответьте на вопросы.

1.Что такое гомеостаз; в чем его отличие от сервомеханизма?

2.Какие дивергенции имеют животные таежной зоны С. Америки: горностай, бурый медведь, росомаха.

3.Чем можно объяснить столь раннее появлении (с эволюционной т.з.) и сохранение до наших дней таких животных как: аллигатор, кистеперые рыбы, тараканы.

4.Чем объяснить широкий ареал распространения таких видов как: береза бородавчатая и клен американский

5.Какие популяции вы могли бы выделить в С. Африке

6.Почему Северную нагорную дубраву в г. Воронеже наживают устойчивым биогеоценозом.

13

7.Приведите свои примеры биологического прогресса и регресса, отличные от данных в практической работе.

8.Запишите в табличном виде все признаки биологического прогресса и биологического регресса.

Тема 5. Основные задачи и понятия в ландшафтоведении. Природные ландшафты.

Занятие 1. Основные задачи и понятия в ландшафтоведении

1.История возникновения термина «ландшафт».

2.Природно-территориальные комплексы. Географическийц ландшафт. Геосистемы.

Физико-географические зоны. Экосистемы.

3.Проблемы устойчивости ландшафта. Механизмы саморегуляции. Связи природных компонентов в ландшафте.

4.История и основные направления антропогенезации ландшафтной сферы Земли.

5.Природные геосистемы локальной размерности: подурочища, урочища, местности.

Задания:

1.Сделайте схему природныхгеосистем.

2.Приведите примеры геосистем (по Самарской области).

Тема 5. Природно-антропогенные ландшафты. Прикладное ландшафтоведение.

Занятие 1. Природно-антропогенные ландшафты. Ландшафты Самарской области

1.Классы современных антропогенных ландшафтов (селитебные, промышленные, сельскохозяйственные, дорожные, лесные, водные, беллигеративные, рекреационные).

2.Социально-экономические функции ландшафтов.

3.Учение о геотехнических системах (ГТС).

5.Основы «мягкого» управления природой.

6.Экологический каркас.

7.ООПТ.

8.Своеобразие промышленных и сельско-хозяйственых ландшафтов. Карьеры.

9.Терриконы. Промплощадки. Сельскохозяйственные поля, животноводческие площадки.

10.Лесостепь. Степь. Долины рек, водоемы. Луга.

11.Физико-географичческое деление территории области:

-Правобережье.

-Самарская Лука.

-Высокое Заволжье.

-Долина Волги.

-Сыртовое Заволжье.

14

- Самаро-Кинельское междуречье.

12. Ландшафтно-экологическая экспертиза.

Задания:

1.Опишите ландшафт, изображенный на фотографии по примерному плану:

1)Покомпонентное географическое описание ландшафта, изображенного на фото - Геологическое строение, рельеф

- Тип растительности, видовой состав - Водные объекты

- Состояние атмосферы, погодные условия - Фенологические наблюдения (время года, месяц, фенофазы у растений).

2)Антропогенное изменение ландшафта:

-Характер использования территории, в каких целях используется

-Экологическое состояние.

3) Эстетическое воздействие ландшафта на человека:

-Пейзаж

-Панорамность

-Дальняя перспектива

-Наличие точек обзора.

4)Мозаичность ландшафта: - Цветовая гамма - Контрастность.

5)Запахи.

6)Какое чувство вызывает этот ландшафт.

7)Литературно-художественные, музыкальные ассоциации

2.Составьте план описание природно-антропогенного ландшафта (урболандшафта, сельскохозяйственного). По нему опишите ландшафт, изображенный на фотографии.

3.Сравните природный ландшафт и антропогенный: что общего, в чем отличия?

Тема 6. Биоиндикация качества окружающей среды с использованием древесных растений.

Цель: определить степень загрязнения городской среды с помо-щью биоиндикационных показателей.

Материалы и оборудование: линейка, циркуль, транспортир, полиэтиленовый пакет, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В основе биоиндикации лежат реакции организмов на воздействие факторов окружающей среды. Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой – обуславливают антропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологических систем. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответствующих исходных величин, то возможнабиоиндикация. Соответственно, организмы,

15

жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться при их оценке, называются биоиндикаторами.

При биоиндикации изменение биологических систем всегда зависит как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Они реагируют на воздействие среды в целом в соответствии со своей предрасположенностью, то есть, такими внутренними факторами, как условия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующие нарушения. Интенсивность воздействия факторов окружающей среды на организмы различна, также как и различны по своим свойствам сами организмы. При биоиндикации реакция каждого биологического объекта индивидуальна и зависит от интенсивности, вида, времени и других показателей воздействия.

Одним из биоиндикационных показателей трансформации окружающей среды и ее воздействия на живой организм является нарушении симметрии. Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов может быть оценено через анализ величины флуктуирующей ассиметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения стабильности развития и являющиеся интегральным ответом организма на состояние окружающей среды. Исходным является положение, что минимальный уровень флуктуирующей ассиметрии должен иметь место лишь при оптимальных условиях развития. При стрессовых воздействиях этот показатель возрастает, отражая отклонения в процессе онтогенеза. Предполагается известной генетически заданная норма развития, а любые отклонения признака от симметричности означают отклонения от этой нормы.

Растения, как продуценты экосистемы, в течении всей жизни привязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред: почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь спектр стрессирующих воздействий на систему. Биоиндикационные показатели отражают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов. Наиболее чувствительными из высших растений к атмосферным изменениям, связанным с влиянием антропогенных факторов считаются хвойные (кедр, сосна, ель). Распространенность сосновых лесов в России обуславливает выбор этого объекта в качестве биоиндикатора загрязнения воздуха. Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а так же продолжительность жизни хвои.

В целом, биоиндикационные методы являются весьма эффективными при оценке экологического состояния территории, поскольку живые системы очень чувствительны к изменениям внешней среды и обладают свойством реагировать раньше, чем эти изменения станут очевидными. Преимущества биоиндикаторов состоит в том, что они суммируют все биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом; устраняют трудную задачу применения дорогостоящих

16

методов исследования; исключают невозможность регистрирования залповых и кратковременных выбросов токсикантов; указывают пути и места скопления в экосистемах различного рода загрязнений; позволяют судить о степени вредности веществ для живой природы и т.д.

Оценка стабильности биологических систем любого уровня крайне необходима, особенно для определения степени антропогенного воздействия.

ХОД РАБОТЫ В условиях отсутствия техногенного воздействия в лесных экосистемах

основная масса хвои сосны не повреждена и лишь малая часть хвоинок имеет светло – зеленые пятна и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Для проведения исследований выбираются ключевые участки, согласно существующей геоэкологической ситуации на территории, с учетом расположения промышленных предприятий, розы ветров, наличия автомагистралей. Определяется условно – фоновый участок. На выбранных территориях отбирается по 200 – 300 пар хвоинок с боковых побегов в средней части кроны 5 – 10 деревьев. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усыхания) и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Далее полученные данные переводятся в проценты (за 100 % - все изученные хвоинки, соответственно вычислить какую часть от этого числа составляют каждая группа).

Данные заносятся в таблицу (табл. 5-4) с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке.

Сравнение полученных результатов по разным участкам с условнофоновым позволит сделать вывод о состоянии и степени изменения воздушного бассейна изученной территории.

Полученные результаты могут быть основой мониторинговых исследований состояния воздушного бассейна территории.

17

Контрольные вопросы

1.Приведите примеры видов – эдификаторов.

2.Приведите примеры адаптаций животных и растений нашей области к сезонным изменениям в природе.

3.Укажите растение – индикатор кремниевых земель: а) папоротник – орляк; б) бузина красная; в) ежа сборная; г) душица обыкновенная.

4.Укажите растение – нитрофил: а) бодяк полевой; б) крапива двудомная; в) ландыш майский; г) пырей ползучий.

5.Укажите растение – кальцефил: а) фиалка удивительная; б) фиалка трехцветная; в) эдельвейс; г) чистотел большой.

Тема 7. Биоразнообразие биосферы и причины его уменьшения

Современное состояние экосистем позволяет определить отрицательные последствия воздействия на них деятельности человека, в том числе снижение биологического разнообразия, сокращение численности популяций ряда видов, ускоренное старение популяций, выпадение отдельных видов из биоценозов, обеднение флоры и фауны, особенно в районах с высокой концентрацией промышленности и населения.

Задание 1.

1.Проанализируйте главные факторы, опасные для существования исчезающих видов позвоночных животных, с целью оценки степени воздействия каждого фактора (табл. 1). При обработке информации учтите, что многие виды исчезают в результате действия нескольких факторов.

2.Объясните, почему косвенные факторы оказывают более значительное воздействие на позвоночных животных, чем прямые.

3.Объясните, почему так велико отрицательное влияние позвоночных животных-переселенцев (интродуцентов). Приведите примеры.

4.Проведите анализ диаграммы на рисунке 1. Объясните, почему до начала XIX в. главными причинами истребления животных были прямые, а позже – косвенные факторы. Дайте заключение о том, какие причины воздействуют сильнее на разные классы позвоночных животных и почему. Выводы запишите.

Задание 2.

1.Запишите и объясните следующую последовательность уменьшения числа видов позвоночных животных, исчезающих но причине антропогенного разрушения местообитаний: экосистемы пресных вод (178 видов); экосистемы тропических лесов (105); островные экосистемы (75); экосистемы прибрежных морских вод (20); горные экосистемы (16); экосистемы пустынь (12); лесные экосистемы субтропического и умеренного поясов (8); экосистемы пещер (8); степные экосистемы (5).

2.Запишите и объясните следующую последовательность уменьшения числа видов позвоночных животных в разных регионах земного шара, исчезающих по причине антропогенного разрушения

18

местообитания: Северная и Центральная Америка (103 вида); ЮгоВосточная Азия (42); Мадагаскар (35); Южная Америка (30); острова Карибского моря (23); острова Тихого океана (22); западная часть Индийского океана (18); Африка (16).

Таблица 1.

Причины исчезновения видов

Рис. 1. Прямое и косвенное истребление видов позвоночных животных

Задание 3

Прочитайте текст и выполните экологический анализ приведенных в нем данных.

В США на протяжении последних десятилетий XX в. в рамках ежегодного учета птиц, проводимого Национальной службой дикой природы, в 1700 пунктах собираются сведения о численности гнездящихся певчих птиц. Оказалось, что за 12 лет численность восточного тиранна сокращалась на 1 % в год, древесного оливкового тиранна и желтой лесной совки – на 2 %, виреона Белла и желтогрудого чекана – на 3%, степной древесницы – на 4 % в год. Это сокращение совпадает с темпами сокращения площади, занимаемой лесами вцентральной и северной частях Южной Америки, где зимует большинство перелетных птиц.

19