09.12.2024 Основы экологии

В буквальном смысле экология – наука о местообитании.

Становление экологии как науки связано с английским биологом Джоном Реем, который в 1670 году предложил первую естественную систему растений и ввел понятие вида, и химика Роберта Бойля, который в это же время сформулировал концепцию влияния факторов окружающей среды на живые организмы. Термин «экология» ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году. В 1877 году Карл Мебиус ввел понятие о биоценозе, под этим термином он понимал объединение взаимозависимых организмов, соответствующих по составу, числу видов и количеству особей, некоторым средним фактором окружающей среды. 1935 г. – Артур Тенсли ввел термин «экосистема», под которым он понимал совокупность существующих видов и условий среды их обитания.

В современном понимании экология – это интегрированная фундаментальная наука о составе, структуре, свойствах и функциональных особенностях, а также эволюции систем надорганизменного уровня популяционных экосистем и биосферы. Биологические системы на Земле имеют строгую иерархическую структуру, определяемую уровнями организации живого вещества. В соответствии с данными уровнями экологию подразделяют на аутоэкологию, демэкологию, синэкологию.

Аутоэкология изучает жизненные циклы и отношение к факторам окружающей среды отдельных особей или видов. Ее цель – выявить характер приспособления организмов к жизни в конкретном сообществе и их роль в экосистеме. При этом изучается взаимодействие данных объектов с окружающей средой как бы в изоляции от целостной биологической системы, в которую они входят как составные части.

Демэкология, или популяционная экология, направлена на изучение группировок особей одного вида, проживающих на определенной территории и способных к устойчивому воспроизводству, т.е. популяций. При этом особи рассматриваются не изолированно, а в виде взаимодействующих между собой организмов одного вида. Исследуются условия, при которых происходит формирование популяций, изучаются внутрипопуляционные группировки, динамика численности и т.д.

Синэкология, или биоценология, исследует взаимодействие сообществ организмов различных видов между собой, а также с окружающей их абиотической средой в рамках систем выше популяционного уровня, а именно экосистем и биосферы в целом.

Экологические факторы

Участвуя в биотическом круговороте веществ, живые организмы находятся в непрерывной связи с окружающей средой. Кроме того, через органы чувств организмы получают из окружающей среды различную информацию, которая используется ими для выработки приспособительных реакций, т.е. адаптаций. Эти информационные сигналы называются экологическими факторами.

Экологический фактор – это любой элемент или условие окружающей среды, оказывающий на организм внешнее воздействие и вызывающий у него приспособительные реакции.

Экологические факторы можно условно разделить на абиотические и биотические, по своему происхождению эти две категории факторов могут быть как природными, так и антропогенными.

Совокупность абиотических факторов в пределах одного участка называется экотопом.

Абиотические факторы делятся на:

1. физические климатические - солнечное излучение, атмосферные осадки, влажность воздуха, температура, атмосферное давление, хим.состав воздуха, продолжительность суток;

2. физические эдафические – механический состав, плотность, гранулометрический состав, водный режим почвы;

3. химические факторы – состав воздуха, содержание в воде или почве элементов питания, соленость почвы и воды, кислотность почвы.

Абиотические факторы во многом определяются географическим положением экотопа (широтой, долготой и высотной поясностью). АФ могут быть прямыми (влияние температуры на организм) и косвенными (положение в пространстве – гористая местность, вода и т.п.).

Биотические факторы – факторы, возникающие при взаимодействии, взаимовлиянии живых организмов друг на друга. Подразделяют на фитогенные, зоогенные и микробогенные.

БФ представляют собой внутривидовые и межвидовые взаимоотношения. Внутривидовые отношения включают соревнования, конкуренцию, их крайние формы – антагонизм, агрессию, каннибализм, а также альтруизм, внутривидовой эндо- и экзопаразитизм. Межвидовые отношения складываются из взаимополезных, полезно-нейтральных, полезно-вредных, взаимовредных отношений.

К взаимополезным относят:

• симбиоз – сожительство с обоюдной пользой, но с элементами паразитизма;

• мутуализм – взаимосвязь с обоюдной пользой без элементов паразитизма;

• протокооперация – взаимосвязь для обоих компонентов, но не обязательно присутствующая в жизненном цикле.

Полезно нейтральные:

• комменсализм – один из компонентов получает преимущество, не принося заметного вреда другому;

• квартиранство;

• нахлебничество.

Полезно-вредные отношения:

• Хищничество;

• Паразитизм;

• Полупаразитизм – взаимосвязь, при которой один организм живет частично за счет веществ другого, но параллельно сам может производить органические вещества (эвкалипт и омела);

• Аменсализм – полезно для одного вида, но подавляющая жизнедеятельность другого вида (хвойные растения и травянистые и кустраники).

Взаимовредные:

• Конкуренция;

• Антагонизм.

Антропогенные факторы – факторы среды, обусловленные прямым или косвенным воздействием на нее человеком. Результаты проявления этих факторов делят на три группы:

1. Изменение численности видов;

2. Переселение организмов, целенаправленное или случайное;

3. Изменение среды обитания.

Общие закономерности совместного действия факторов на организмы

Закон оптимума Шелфарда

Каждый организм и экосистема развиваются при определенном сочетании экологических факторов. Все факторы действуют на организм одновременно. Для каждого организма существует диапазон условий среды, которые называется пределом устойчивости, в рамках этого диапазона происходит жизнедеятельность объектов. В процессе эволюции у организмов сформировались определенные требования к условиям среды.

Согласно закону Виктора Шелфарда дозы факторов, при которых организм, популяция или биоценоз достигают наилучшего развития и максимальной продуктивности соответствуют оптимуму условий. С изменением этой дозы в сторону увеличения или уменьшения происходит угнетение организмов, чем сильнее отклонение значения факторов от оптимума, тем жизнеспособность организма ниже, вплоть до гибели. Условия, при которых жизнедеятельность максимально угнетена, но организм и биоценоз еще существуют, называются экстремальными, или пессимальными. Свойства видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды называется экологической пластичностью, или экологической валентностью, вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность.

Закон Либиха, или лимитирующего фактора

Все факторы окружающей среды взаимосвязаны, действуют одновременно, совокупность этих действий называется констелляцией. Значения факторов не всегда равнозначны: чаще всего один из них в достатке даже в оптимуме, другие в дефиците. При этом констелляция не является простой суммой влияния факторов, т. к. степень воздействия одних факторов на организмы во многом зависит от степени воздействия других факторов. Компенсаторные возможности факторов ограничены: нельзя ни один фактор полностью заменить другим. Если значение хотя бы одного из факторов выходит за верхний или нижний пределы устойчивости организма или экосистемы, существование последнего становится невозможным, каковы бы не были благоприятны остальные факторы.

В 1846 году немецкий агрохимик Юстус фон Либих установил, что фактор, уровень которого близок к пределам выносливости конкретного организма или вида, называется ограничивающим или лимитирующим. Именно к нему организм вырабатывает адаптации в первую очередь.