Экологическая толерантность организмов
ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УФИМСКИЙ ФИЛИАЛ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № ____________
по ___________________________
полное название дисциплины
______________________________
студентки_____________________
(Ф.И.О. полностью)
Ф.И.О. Преподавателя ______________________________
Содержание
1.Экологическая толерантность организмов. Закон толерантности В. Шелфорда.
2. Газообмен у организмов в водной и воздушной среде.
3. Колебание численности популяций. Половой и возрастной состав.
4. Понятие биотехносферы и ноосферы как изменяемой человеком биологической среды.
Список используемой литературы.
1.Экологическая толерантность организмов. Закон толерантности В. Шелфорда.
Толерантность-выносливость вида к воздействию на него тех или иных факторов среды.
Закон толерантности Шелфорда - в экологии - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме.
Если в среде, являющейся совокупностью взаимодействующих факторов, есть такой фактор, значение которого меньше определенного минимума или больше определенного максимума, то проявление активной жизнедеятельности организма в этой среде невозможно.
Минимальное и максимальное значения этого фактора выступают в роли ограничивающих (лимитирующих). Расстояние между двумя пессимумами - зона толерантности.
Закон толернатности был дополнен в 1975г Ю.Одумом.
- Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.
- Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены
- Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды для злаков)
- Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.
- Период размножения является критическим для всех организмов, поэтому именно в этот период увеличивается число лимитирующих факторов.
Позже американский ученый Шелфорд в начале 20го века показал, что не только недостаток, но и избыток вещества влияют на жизнедеятельность организмов и сформулировал закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или избытком любого фактора, уровень которого может оказаться близким к пределам устойчивости или выносливости, т. е. к пределам толерантности.
По способности приспосабливаться к окружающей среде:
– эврибионты
(в широком интервале
– стенобионты
(в узком интервале
Стенобионты — животные и растения, способные существовать лишь при относительно постоянных условиях окружающей среды (температуры, солености, влажности, наличия определенной пищи и т. д.). Например, все внутренние паразиты. Некоторые стенобионты зависят от какого-либо одного фактора, например сумчатый медведь коала — от наличия эвкалипта, листьями которого он питается.
Эврибионты— организмы, способные переносить значительные изменения условий окружающей среды. Например, морские звезды, обитающие в приливно-отливной зоне (литорали), переносят осушение во время отлива, сильное нагревание — летом, охлаждение (даже промерзание) — зимой.
Принцип эмерджентности.
Важное
следствие иерархической
Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем два примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.
При каждом
объединении подмножеств в
2.Газообмен у организмов в водной и воздушной среде.
Кислород составляет 20,95% атмосферного воздуха. Соответственно велико и его парциальное давление: на уровне моря в условиях сухого воздуха эта величина равна 159,2 мм рт. ст. (21,2 кПа). Фактически парциальное давление О2 ниже, так как в воздухе всегда есть водяные пары, но все же оно остается достаточно высоким для эффективного газообмена на поверхности дыхательных органов.
Фактором, лимитирующим газообмен в воздушной среде, оказывается сухость воздуха. Процесс непосредственного обмена га зов между кровью и внешней средой у наземных животных в принципе не отличается от газообмена у водных: в кровь поступает О2, предварительно растворенный в тонкой пленке влаги, покрываю щей поверхность дыхательного эпителия. Это обстоятельство определяет важную биологическую задачу поддержания дыхательной поверхности во влажном состоянии, что в условиях низкой и изменчивой влажности воздуха не всегда просто. Именно это условие и направило эволюцию строения и функции дыхательных органов наземных животных.
Принципы воздушного дыхания. Морфологические принципы газообмена в воздушной среде строятся на том, что поверхность газообмена размещается внутри тела и не граничит непосредственно с окружающим воздухом. Большое число слизистых клеток поддерживает в дыхательной полости высокую влажность; дыхательные пути, связывающие органы дыхания с окружающей средой, также снабжены слизистым эпителием, что способствует увлажнению воздуха, поступающего в легкие.
У позвоночных увлажнение вдыхаемого
воздуха начинается уже в носовой
полости, стенки которой выстланы слизистым
эпителием, и поддерживается большим
числом слизистых желез, расположенных
в трахее и бронхах. У наземных
беспозвоночных строение органов дыхания
(их чаще всего тоже называют легкими)
также подчинено этому принципу: дыхательная
поверхность расположена внутри тела,
отграничена от непосредственного соприкосновения
с окружающим воздухом и соединена с ним
узкими проходами. И у них поддерживается
высокая влажность внутренних дыхательных
поверхностей.
Примеров такого типа воздушного дыхания
много. Так, у переднежаберных моллюсков
(Prosobranchia) функции дыхательной поверхности
выполняет потолочная стенка мантийной
полости, пронизанная кровеносными сосудами.
Аналогично, но более сложно устроена
мантийная полость легочных моллюсков
(Pulmonata). У высших раков жабры расположены
в замкнутом пространстве, что замедляет
высыхание дыхательного эпителия и открывает
возможность некоторым видам использовать
атмосферный воздух. У специализированного
в этом отношении вида - пальмового вора Biguslatro-
собственно жабры редуцированы и функционально
замещены кожными складками. Этот вид
во взрослом состоянии живет на суше и
способен переносить высокую инсоляцию.
Преобразованные в органы воздушного
дыхания жабры мокриц и хелицеровых тоже
расположены в мешковидных полостях, изолированных
от внешней среды. У насекомых и других
трахейнодышащих животных дыхательная
система развивалась в связи с газообменной
функцией кожных покровов. Становление
воздушного дыхания шло через этап обитания
в почве, где опасность высыхания устраняется
высокой влажностью субстрата. При переходе
к жизни на суше дыхательная поверхность
увеличивалась путем впячивания проницаемых
участков покровов внутрь тела (Гиляров,
1970).
У большинства наземных животных механизм
дыхания представлен
Эволюция, направленная на увеличение
интенсивности внешне го газообмена, как
и у водных животных, связана с увеличением
дыхательной поверхности и формированием
механизма активной вентиляции легких.
У первых наземных позвоночных - амфибий
- эти стороны дыхательных адаптации развиты
еще слабо. Легкие земноводных представляют
собой небольшие мешкообразные образования,
внутренняя поверхность которых гладкая
или слегка ячеистая. Общая дыхательная
поверхность легких невелика: на пример,
у лягушки она составляет около 0,25 м2/кг
(для сравнения: у мыши - порядка 5 м2/кг).
Недостаточное развитие специфических
органов воздушного дыхания у амфибий
компенсируется существенным участием
кожи в этом процессе.
Соотношение кожного и легочного
дыхания у разных видов амфибий
неодинаково и связано с их
экологией: чем более сухие местообитания
занимает тот или иной вид, тем
большую относительную роль в
газообмене играют легкие. Так, у прудовой
лягушкиRanaesculentaпоступлени
У хвостатых амфибий кожа представляет собой основной орган дыхания. Показано, что через кожу организм получает большую часть О2 и выделяет почти весь объем СО2. Легкие и ротоглоточная полость играют подчиненную роль: этим путем компенсируется недостаточное поступление О2в условиях, когда кожное дыхание затруднено (Северцов, Соколов, 1974). У видов, полностью перешедших к водному образу жизни, кожа выступает как основной орган водного дыхания.
Легочное дыхание у амфибий более лабильно: сезонные изменения общего уровня газообмена у лягушек определяются главным образом динамикой легочного дыхания, тогда как кожное ос тается: практически неизменным в течение года; при этом в холодное время года преобладает кожное дыхание, в теплое -легочное. Неравноценна и роль двух систем дыхания в обмене газов: СО2 всегда энергичнее выводится через кожу, тогда как О2 следует этому правилу: лишь при низких температурах, а при высоких (выше 10°С) интенсивнее потребляется легочным путем.
Дыхательные движения земноводных
хорошо изучены на представителях бесхвостых.
Они представляют собой довольно
простую и не очень мощную систему
всасывания воздуха в ротовую
полость (где он перемешивается со смесью
газов, выходящих из легких) и последующего
проталкивания его в легкие. В
этих движениях принимают участие
мускулатура дна ротовой
У рептилий строение легких в разных группах варьирует, демонстрируя усложнение внутренней структуры и, соответственно, увеличение суммарной дыхательной поверхности. Тип дыхательных движений у этих животных, в которых активно участвует грудная клетка, определяет более интенсивную, чем у амфибий, легочную вентиляцию. Лишь у некоторых форм, претерпевших вторичные изменения морфологии, эта схема несколько видоизменяется. У черепах, например, легкие вентилируются путем сокращения мышц, окружающих отверстия панциря, и «диафрагмы».
У млекопитающих легкие имеют альвеолярное строение. Размеры альвеол невелики: например, у крысы их радиус в среднем составляет 20 мкм (для сравнения заметим, что у протоптеруса минимальный радиус альвеол - 50 мкм). Поэтому общая дыхательная поверхность оказывается очень большой, во много раз пре восходящей поверхность тела. Легочная масса состоит не только из альвеол, но и из подводящих структур (бронхи, бронхиолы).
Объем этих структур, в которых остается часть отработанного воз духа, образует так называемое «мертвое пространство». Вдыхаемый воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, по этому газовый состав воздуха в альвеолах отличается от газового состава атмосферного воздуха. Состав альвеолярного воздуха до вольно постоянен и у человека включает около 15% О2 и 5% СО2.
Мощные дыхательные движения осуществляются
не только хорошо развитой грудной
клеткой, но и диафрагмой. Все это
открывает возможность
Дыхание у птиц. Строение дыхательной системы у птиц во многом отличается от дыхательной системы других наземных позвоночных. Легкие этих животных не имеют альвеолярного строения и отличаются малой растяжимостью. Их ткань представлена системой воздухоносных трубочек, открытых с обоих концов и потому допускающих возможность однонаправленного потока воздуха и соответственно непрерывного процесса газообмена.
Дыхательная система, как и у других амниот, начинается трахеей и бронхами. Первичные бронхи входят в легкие, где дают ряд ответвлений (вторичные и третичные бронхи), и в конце концов открываются в воздушные мешки (тонкостенные полые образования, формирующиеся как выросты бронхов и располагающиеся между внутренними органами). Имеется 5 пар воздушных меш ков, которые функционально объединяются в две группы: передние (шейные, межключичные, переднегрудные) и задние (заднегрудные, брюшные). Воздушные мешки существенно увеличивают общий дыхательный объем и принимают активное участие в системе «воздушного насоса», прокачивающего воздух через легкие. Газообмен на внутренней поверхности воздушных мешков отсутствует.
Дыхательный акт происходит с участием подвижных ребер и грудины и в принципе не отличается от грудного дыхания рептилий и млекопитающих. Прежнее представление о том, что в поле те дыхательные движения определяются взмахами крыльев, не соответствует действительности: точные эксперименты показывают, что в большинстве режимов полета синхронизация взмахов крыльев и дыхательных движений не соблюдается (По-видимому, лишь у голубя взмахи крыльев всегда синхронизированы с дыхательными движениями (Tomlinson, 1957); поскольку голубь - обычный объект физиологических исследований, это положение и было распространено на всех птиц.
Как уже сказано, первичные бронхи (мезобронхи)
Первичноводные животные используют для дыхания кислород, растворенный в воде. Растворимость кислорода невелика: при 15°С и давлении сухого газа над водной поверхностью в 1 атм (101,3 кПа) в 1 л воды растворяется около 34 мл О2. Помимо парциального давления кислорода в газовой среде, граничащей с водной поверхностью, на его растворимость в воде оказывают существенное влияние температура и присутствие других растворенных веществ.
На содержание кислорода в воде
влияет и ряд экологических факторов.
Так, перемешивание воды (быстрое
течение, пороги и водопады, шторм, волнение)
повышает насыщение воды кислородом,
тогда как в штилевую погоду или
в замкнутых стоячих водоемах
наблюдается противоположная
3. Колебание численности
популяций. Половой и
Стабильная популяция
В растущей популяции рождаемость превышает смертность, поэтому численность возрастает вплоть до такого значения, что может наступить вспышка массового размножения. При резком увеличении популяции возникает ее переуплотнение, условия существования ухудшаются, смертность увеличивается, численность популяции начинает сокращаться.
Если смертность превышает рождаемость, то популяция - сокращающаяся.
Плотность популяции - число особей,
приходящихся на единицу площади
или объема. Изменение плотности
популяции позволяет сделать
вывод о соотношении
- r > 1 - популяция растущая
- r = 1 - популяция стабильная
- r < 1 - популяция сокращающаяся
Колебания численности особей любой
популяции называются волнами жизни
или популяционными волнами. Могут
быть сезонными (периодическими), то есть
обусловленными генетически, а также
несезонными (апериодическими), то есть
обусловленными непосредственным воздействием
на популяцию биотических и
Длина волны жизни прямо
Численность популяции зависит от множества факторов, которые можно условно разделить на 2 группы:
- факторы, не зависящие от плотности популяции. Например, абиотические (наиболее важны - климатические).
- факторы, зависящие от плотности популяции: конкуренция, деятельность паразитов, хищников, болезни, пища. Если плотность популяции приближается к некоторому верхнему пределу, то влияние этих факторов усиливается, но в некоторых случаях может и снижаться.
- Отвечает случаю, когда скорость роста популяции уменьшается с
увеличением ее численности. Это характерно для большинства популяций раст ений и животных и проявляется двумя способами:
- при увеличении плотности популяции - снижение плодовитости;
- при увеличении плотности популяции изменяется возраст наступления половой зрелости. - Соответствует максимальному темпу роста популяции при средних, а не при низких значениях плотности. Однако, достигнув максимального значения, скорость роста популяции начинает уменьшаться при дальнейшем увеличении плотности популяции. Характерно для некоторых птиц, насекомых, видов, для которых характерен эффект группы.
- Наблюдается тогда, когда темпы роста популяции примерно постоянны при высоких значениях плотности. После достижения предельного значения плотности популяции, темп роста сильно падает. Характерно для видов с сильными колебаниями численности (мышевидные грызуны, насекомые).
4. Понятие биотехносферы и ноосферы как изменяемой человеком биологической среды.
Даже человеку, специально не занимающемуся естественными науками, несложно представить себе, что возникновение новых компонентов в биогеносфере должно было приводить — и приводило — к возникновению новых производных продуктов. Так появилась вода и появились морские и речные осадочные породы. Производное растительности — каменный уголь, торф. Мельчайших живых организмов — толщи известняков, доломитов и т. п. Климат, бактерии, растительность и животные коллективно «организовали» из горных пород почву…
Вполне закономерно, что и человечество, став еще одной системой земного шара, еще одной его сферой («антропосферой», — этот термин еще в 1902 году употреблял крупный русский ученый Д. Н. Анучин), — вполне закономерно, что человечество вызвало к жизни новые продукты, новые явления, причем столь значительные, что их точнее определять как новые компоненты.
Иначе говоря, если возникновение
человечества явилось в эволюции
планеты этапом колоссального значения,
то это отнюдь не означает, что эволюция
на нем закончилась и в дальнейшем
возможно лишь изменение природы
человеком. Планетная эволюция продолжается,
темпы ее колоссальны — она
имеет революционный характер,
Сейчас уже определенно
Появление техносферы и ноосферы в истории планеты столь же важно, как и появление атмосферы, гидросферы, жизни, — исторически они в одном ряду с ними, но роль их выходит за рамки бытия нашей планеты; как и человечество, они соответствуют более грандиозному космическому процессу, и не случайно оба компонента уже дали «всплески», далеко ушедшие за пределы Земли.
Еще в двадцатых годах нашего века натуралисты (А. Е. Ферсман и другие) осознали, что на земном шаре в планетарном масштабе идет техногенез — сотворение техносферы. Как элементы в нее входят городские и сельские поселения, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, колоссальный — миллиардный-парк всяческих машин и механизмов, средства транспорта и средства связи, энергетические системы снабжения и обслуживания, дороги, мосты и т. п.
В сущности, вся или почти вся материальная жизнь цивилизованного человека связана с каналами техносферы, а сама техносфера уже вышла из прямого, непосредственного подчинения человеку — закономерности ее развития приобрели характер объективных закономерностей.
Более подробного разговора требует «сфера разума», ноосфера. Понятие это было предложено в 1927 году французскими философами Леруа и Тейяр де Шарденом и введено в отечественную литературу В. И. Вернадским в 1931 году. Недавно оно вошло в учебные пособия для средней школы, но последнее не означает, что оно прояснено до конца. Догадываясь, что мое публицистическое выступление подчас начинает страдать от излишества понятий и терминов (а в данном случае мне очень трудно «держать рубеж» между наукой и литературой), я ограничусь в этой главе самыми краткими сведениями, а в следующих главах вернусь к ноосфере с позиций, определенно близких искусству.
Вероятно, мы вправе считать провозвестниками техногенеза каменные топоры и ловчие ямы, первые гончарные изделия и улучшенные жилища — пещеры… Но безусловно, что с появлением человека на Земле начался ноогенез — производство знания, накопление пусть примитивной, но жизненно совершенно необходимой древнему человеку информации, которая потом передавалась из поколения в поколение.
В неолите, когда произошло расселение человека по земному шару, точечные огоньки ноогенеза затеплились на всех его континентах. Они разгорались кострами в густо населенных древних цивилизациях.
«Костры» сомкнулись над планетой
после изобретения
Ноосфера — это
Итак, мы имеем дело с совершенно реальным всемирным потоком информации, с реальной массой информации, передаваемой с абсолютной непрерывностью по бесчисленным каналам связи и буквально заполонившей земное и околоземное пространство.
Помимо тех весьма общих определений
новых компонентов земного
И тут необходимо напомнить о следующем: помимо многочисленных социально-исторических революций, человечество уже пережило две социально-пространственные революции («географические») и сейчас начинает осуществлять третью пространственную революцию. Первая пространственная революция произошла в неолите, когда, какими-то неизвестными нам путями, человечество расселилось по всему земному шару («эпоха георасселения», ее своеобразный рецидив — расселение по Антарктиде в наши дни). Вторая пространственная революция произошла в эпоху Возрождения, когда человек заселил материки («эпоха геозаселения»; она имеет материковую фазу, которая вскоре будет завершена в Антарктиде, и океаническую — заселение океана только-только начинается). Наконец, на наших глазах человек вступает в третью — космическую — пространственную революцию, которая выразится в расселении по космосу (фазы — космические пространства и планеты). Грядет четвертая революция — заселение космоса, тоже с неизбежными фазами.
Тем обязательнее подчеркнуть отмеченную выше подробность; ни техносфера, ни ноосфера не привязаны намертво к земному шару. Общеизвестно, что они уже прокладывают дорогу в космос своему создателю, человеку. С их помощью жизнь выходит на новый пространственный и исторический рубеж, и они же — «рычаги» — будут непосредственно способствовать выполнению человечеством его управленческой миссии в природе.
Все это лишний раз подтверждает объективность процесса выхода в космос, его предопределенность эволюцией планеты.
Список используемой литературы.
- Беспамятнов Г.П., Кротов Ю. А. «Предельно допустимые концентрации в окружающей среде» Л., Химия, 1985-528с.
- Горбатовский В.В., Рыбаньский Н.Г. «Здоровье человека и окружающая среда» Информ - спрв., бюл, "Экологический вестник
России" М.: 1995-59с.
- Государственный доклад о состоянии окружающей среды Российской Федерации в 1995 году. М.: 1996-456с.
- Гинецинский А. Г., Физиологические механизмы водно-солевого равновесия, М. — Л., 1963
- Кравчинский Б. Д., Физиология водно-солевого обмена жидкостей тела, Л., 1963
- Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967