- •Концепции современного естествознания
- •А.И. Бочкарёв, в.М. Васюков, о.В. Козловская, и.А. Дымченко
- •1. Рабочая учебная программа дисциплины
- •1.1. Цели освоения дисциплины
- •1.2. Место дисциплины в структуре ооп специальности
- •1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
- •1.4. Структура и объем дисциплины
- •1.4.1. Структура дисциплины (распределение фонда времени по семестрам, неделям и видам занятий)
- •1.4.2. Содержание дисциплины (распределение фонда времени по темам и видам занятий)
- •Человеческой культуры. История естествознания
- •1.1. Научное познание и роль науки в обществе. Структура естествознания
- •1.2. Естественные и гуманитарные науки
- •1.3. Эмпирический и теоретический уровни в естествознании
- •1.4. Возникновение рационального мышления. Формирование научного метода. Классический и неклассический периоды естествознания Геоцентрическая система мира
- •Гелиоцентрическая система мира
- •2.1. Механика Ньютона и детерминизм Лапласа. Законы сохранения
- •2.2. Дискретность и непрерывность материи в классическом естествознании
- •2.3. Концепции дальнодействия и близкодействия
- •3.1. Эволюция представлений о пространстве и времени
- •3.2. Постулаты и следствия специальной теории относительности
- •3.3. Взаимосвязь массы и энергии как основа ядерной энергетики. Основные положения и выводы общей теории относительности
- •3.4. Описание состояний в динамических и статических теориях. Законы термодинамики
- •3.5. Хаос, беспорядок и порядок в природе. Энтропия
- •В физике микромира. На переднем плане микромира
- •4.1. Противоречия в классической теории излучения и проявления концепции квантов. Корпускулярно-волновой дуализм
- •4.2. Особенности описания состояний в квантовой механике. Дискретные уровни энергии электронов в атомах и принцип Паули
- •4.3. Методы изучения микромира. Ускорители элементарных частиц. Стандартная модель элементарных частиц
- •I. Классификация элементарных частиц по значению спина
- •II. Классификация элементарных частиц по участию во взаимодействиях
- •4.4. Проблемы объединения фундаментальных взаимодействий
- •5.1. Химия и алхимия
- •5.2. Учение о составе вещества. Понятие о химических элементах. Периодическая система д.И. Менделеева
- •5.3. Учение о структуре вещества
- •5.4. Химические связи и строение молекул. Учение о химических процессах
- •5.5. Неорганические и органические соединения
- •Неорганические соединения
- •Органические соединения
- •5.6. Каталитическая и эволюционная химия
- •6.1. Масштабы и строение Вселенной
- •6.2. Развитие космологических и космологических представлений
- •6.3. Экспериментальные обоснования концепции Большого Взрыва. Темная материя и темная энергия
- •6.4. Разнообразие звезд, их строение и устойчивость. Рождение и термоядерная жизнь звезд. Смерть звезд
- •6.5. Солнце и солнечная система
- •6.6. Предмет и методы наук и Земле. Возникновение Земли и основные периоды геологической эволюции
- •6.7. Внутренние и внешние оболочки Земли
- •6.8. Тектоника литосферных плит. Эволюция атмосферы и гидросферы
- •7.1. Структурная иерархия живой материи. Феноменология жизни Признаки живой материи
- •Уровни организации живой материи
- •7.2. Молекулярные процессы в клетке
- •Строение клеток
- •Воспроизведение клеток
- •Обмен веществ и превращение энергии в клетке
- •Биосинтез белка
- •3 Нуклеотида → 1 аминокислота
- •7.3. Происхождение жизни и основные этапы ее эволюции Гипотезы происхождения жизни на Земле
- •Начальные этапы развития жизни на Земле
- •7.4. Генетика и эволюция
- •Закономерности наследования
- •Изменчивость
- •Генная инженерия и клонирование
- •Основные эволюционные теории
- •Микро- и макроэволюция
- •Факторы эволюции
- •Основные направления эволюции
- •Правила эволюции
- •8.1. Человек в иерархической структуре царства животных. Основные стадии антропогенеза
- •8.2. Социальная природа человека
- •8.3. Человек разумный Социально-географические особенности демографии
- •Социально-экологические особенности демографии. Окружающая среда и здоровье человека
- •8.4. Экосистема и ее элементы
- •Типы взаимодействия организмов
- •8.5. Геохимические функции живого вещества. Биосфера и человек
- •8.6. Глобальный экологический кризис
- •9.1. Естествознание и техника
- •9.2. Особенности эволюционных процессов в природе Самоорганизация в неживой природе
- •Самоорганизация в живой природе
- •Принципы универсального эволюционизма
- •Структурность и целостность в природе
- •Принципы целостности современного естествознания
- •9.3. Синергетика как наука о самоорганизации. Закономерности самоорганизации. Генезис синергетики. Моделирование самоорганизующихся процессов в природе и обществе
- •Методология постижения открытого мира
- •Принципы синергетики и синергетическая среда
- •Формирование инновационной культуры
- •3.Практические занятия
- •Практическое занятие 7. Естествознание и научно-технический прогресс. Самоорганизация в природе и в обществе (раздел 9)
- •Правила выполнения и оформления лабораторных работ
- •Лабораторная работа № 1. Изучение движения тел
- •Лабораторная работа № 2. Изучение статического равновесия механических систем
- •Лабораторная работа № 3. Изучение эволюции организационных структур методом моделирования электростатических полей
- •Лабораторная работа № 4. Исследование обменных процессов
- •Лабораторная работа № 5. Основные закономерности протекания химических процессов
- •Лабораторная работа № 6. Земля во вселенной
- •Лабораторная работа № 7. Солнечная активность
- •Лабораторная работа № 8. Сравнение строения клеток прокариот и эукариот
- •Лабораторная работа 9. Выявление активности процесса фотосинтеза
- •Лабораторная работа № 10. Исследование динамики открытых систем
- •Лабораторная работа № 11. Имитационное моделирование филогенеза
- •Лабораторная работа № 12. Изучение индивидуальных авторитмов
- •Лабораторная работа № 13. Исследование принципа симметрии
- •Лабораторная работа № 14. Экологическая характеристика места жительства, жилища и образа жизни
- •Лабораторная работа № 15. Изучение информационного поля конкурентного взаимодействий в малой социальной группе
- •Лабораторная работа № 16. Изучение оптических явлений и иллюзий восприятия действительности
- •Иллюзии цвета и контраста
- •Иллюзии восприятия глубины
- •4.Самостоятельная работа
- •Перечень тем творческих реферативных работ
- •5.Образовательные технологии
- •6.Оценочные средства для контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
- •Примерные тестовые задания для текущего, промежуточного и итогового контроля успеваемости обучающихся
- •Тема 1. Естествознание в контексте человеческой культуры. История естествознания
- •Тема 2. Механический детерминизм. Корпускулярные и континуальные концепции в естествознании
- •Тема 3. Пространство, время, относительность. Статистические закономерности в природе
- •Тема 4. Квантовые представления в физике микромира. На переднем крае физики микромира
- •Тема 5. Строение вещества
- •Тема 6. Вселенная. Звезды. Земля
- •Тема 7. Жизнь
- •Тема 8. Человек. Биосфера
- •Тема 9. Естествознание и научно-технический прогресс. Самоорганизация в природе и в обществе
- •7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- •«Концепции современного естествознания»
- •445677, Г. Тольятти, ул. Гагарина, 4.
8.4. Экосистема и ее элементы
Экология (oikos – дом, жилище; logos – наука, учение) – наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей их средой. Название ввел в 1866 г. немецкий зоолог Эрнст Геккель.
Фактически все живые организмы способны беспредельно размножаться. Численность особей при неограниченном размножении возрастает в геометрической прогрессии (рис. 8.2).
Но, ни один вид не в состоянии реализовать безграничную возможность к размножению, по причинам: нехватка ресурсов (пищи, территории); влияние неблагоприятных факторов; гибель зародышей и молодых особей от врагов, болезней и др.
Рис.8.2. Потенциальные возможности размножения организмов | |
Рис.8.3. Действие экологического фактора на живые организмы |
Любые компоненты внешней среды, влияющие на организмы называют экологическими факторами:
- абиотические – факторы неживой природы (свет, тепло, ветер, концентрация газов в воздухе и др.);
- биотические – факторы живой природы (растения, животные, грибы, бактерии);
- антропогенные – влияние человеческой деятельности.
Влияние факторов на живые организмы разнообразно, но существуют законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.
Закон оптимума (закон толерантности) – любой фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 8.3).
Толерантность – предел выносливости, т.е. способность организмов выдерживать изменения условий жизни (напр., колебания температуры, света и др.), т.е. это предел выносливости видов.
Закон ограничивающего фактора (закон минимума, закон Либиха) – наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.
На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.
Закон Гаузе (правило конкурентного исключения) – два вида с близкими экологическими требованиями не могут длительно совместно существовать.
По типам местообитаний живые организмы на экологические группы:
- бентос – придонные обитатели водоемов;
- гидробионт – водный организм;
- нектон – активноплавающие в воде животные;
- нейстон – совокупность живых организмов, обитающих у поверхности воды на границе водной и воздушной сред;
- планктон – совокупность «парящих» в воде водных обитателей (зоопланктон – животные, фитопланктон – растения);
- эдафобионт – почвенный организм.
Жизнь на Земле развивается в условиях чередования дня и ночи, смены времен года. В жизни разных видов различают суточные, годовые и приливно-отливные ритмы. Важный экологический фактор – изменение в соотношении дня и ночи.
Фотопериодизм – способность организмов реагировать на изменения длины дня и ночи.
По внешнему облику разных видов растений и животных можно понять не только в какой среде они обитают, но и какой образ они ведут. Форма тела растений и животных отражает их приспособленность к определенному образу жизни. Даже неродственные виды могут быть похоже внешне, если ведут схожий образ жизни в сходной среде – это явление называется конвергенцией (напр., крот и медведка, волк обыкновенный и сумчатый волк).
Биоценоз («биос» – жизнь, «ценоз» – сообщество) – комплекс взаимосвязанных между собой живых организмов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования (лес, луг, озеро и т.д.).
Экосистема – совокупность живых организмов и компонентов среды обитания, в которой может поддерживаться круговорот веществ (рис. 8.4).
Экосистемы включают 4 основные части: запасы биогенных элементов (неживая природа);
- продуценты – организмы, создающие органические вещества из неорганических (биогенных) – зеленые растения, цианобактерии, серобактерии и некоторые др. бактерии.
- консументы – организмы, потребляющие готовое органическое вещество, перерабатывающие его в новые формы (различают консументы I порядка – растительноядные виды, а консументы II и III порядка – плотоядные виды – обычно животные).
- редуценты – организмы, разрушающие органические вещества до неорганических (биогенных) элементов – в основном бактерии и грибы (т.е. деструкторы – разрушители).
Рис. 15.3. Схема круговорота веществ в природе
Правило 10 % – с одного трофического (пищевого) уровня на другой переходит только 10 % вещества и энергии, а остальная теряется (в основном, рассеивается в виде тепла).
Поэтому, цепи питания не могут быть длинными и обычно содержат 3–5 звеньев (трава → заяц → лиса).
В природе происходит саморазвитие экосистем от неустойчивого состояния (незрелого) к устойчивому (зрелому).
Сукцессия – необратимая смена одного сообщества другим. Саморазвитие экосистем происходит на основе смены видов, пока не сформируется такой биоценоз, который способен поддерживать устойчивый биологический круговорот веществ.
Органическое вещество, создаваемое в экосистемах в единицу времени называется биологической продукцией. Масса тела живых организмов экосистемы называется биомассой.