Контрольная работа по дисциплине "Экология". 8

1. Что  такое экология? Каковы цели и задачи дисциплины?

Термин «экология» впервые был введен в 1866 году немецким ученым Э.Геккелем в его книге «Всеобщая морфология организмов». Он состоит из двух латинских слов: «oikos» - дом, местообитание, жилище, и «logos» - наука. В дословном переводе - это наука об организмах у себя дома. Э.Геккель рассматривал экологию как науку, изучающую взаимодействие организмов со средой их обитания. В тот период организм считался самым сложным уровнем организации жизни. В ходе развития экологии выяснилось, что жизнь существует и в виде надорганизменных уровней организации. В этой связи представление об экологии как науке в настоящее время существенно расширилось. Чтобы ответить на вопрос, что является предметом экологии, необходимо рассмотреть уровни организации живой материи. С точки зрения современной биологии жизнь на планете Земля представлена следующими уровнями организации живой материи: ген - клетка - ткань - орган - организм - популяция - биоценоз (сообщество) - биогеоценоз (экосистема) - биом - биосфера. В этом жизненном спектре предметом экологии являются биологические системы от организма до биосферы. Исходя из этого, можно дать современное определение экологии как науки. Экология - это биологическая наука, изучающая формирование, структуру и функционирование биологических систем всех уровней от организма до биосферы и их взаимодействие с окружающей средой. Из данного определения вытекают задачи экологии.

Экология как наука должна решать следующие задачи:

• Изучить законы и закономерности взаимодействия организмов со средой их обитания;
• Изучить формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера).
• Изучить законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.

Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей.

Цели экологии можно сформулировать следующим образом.

• Разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;
• Прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.

Для решения задач, стоящих перед экологией, она использует как свои собственные методы, так и методы других наук. Собственные методы экологии можно разделить на три группы.

Полевые методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов естественной среды на естественные биологические системы и установить общую картину существования и развития системы.

Лабораторные методы - это методы, позволяющие изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабора-торных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы. Эти методы дают возможность получить приблизительные результаты, которые требуют дальнейшего подтверждения в полевых условиях.

Экспериментальные методы - это методы, позволяющие изучить влияние отдельных факторов естественной или

моделированной среды на естественные или моделирован-ные биологические системы. Они применяются в сочетании как с полевыми, так и с лабораторными методами.

Кроме собственных методов экология широко использует методы таких наук, как биохимия, физиология, микробиология, генетика, цитология, гистология, физика, химия, математика и др.

В зависимости от типа изучаемой биологической системы в экологии выделяют следующие разделы: факториальная экология (аутэкология), учение о популяциях (демэкология), учение о сообществах (синэкология), учение об экосистемах (биогеоценология) и учение о биосфере (глобальная экология).

20) Динамика факторов  среды. Сезонный и суточный биологические  циклы организмов.

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Элементы среды, необходимые организму или отрицательно на него воздействующие, называются экологическими факторами. Все многообразие воздействующих на организм экологических факторов принято делить на 2 большие группы: абиотические и биотические. К абиотическим факторам относят элементы неживой природы: температура, радиоактивное излучение, давление, влажность, химизм среды, рельеф местности – это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. Биотические факторы включают воздействия со стороны живых организмов.

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Изменения факторов среды во времени могут быть:

• регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток, или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане;
• нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т.п.;
• направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.п.

Биологические циклы- ритмическое повторение биологических явлений в сообществах организмов (популяциях, биоценозах), служащее приспособлением к циклическим изменениям условий их существования. Биологические циклы входят в более общее понятие — биологические ритмы, включающее все ритмически повторяющиеся биологические явления. Они могут быть суточными, сезонными (годовыми) или многолетними.  
    Суточные биологические циклы выражаются в закономерных колебаниях физиологических явлений и поведения животных в течение суток . В основе их лежат автоматические механизмы, которые корректируются воздействием внешних факторов — суточными колебаниями освещённости, температуры, влажности и др.  
     В основе сезонных биологических циклов лежат те же изменения обмена веществ, регулируемые у животных с помощью гормонов. В разные сезоны меняются состояние и поведение организмов в пределах популяции или биоценоза: происходит накопление (расходование) резервных веществ, смена покровов (линька), начинаются (заканчиваются) размножение, миграции животных, спячка и другие сезонные явления. Будучи в значительной мере автоматизированными, эти явления корректируются внешними влияниями (состоянием погоды, запасов пищи и т.п.).  
     Многолетние биологические циклы обусловливаются циклическими колебаниями климата и других условий существования (в связи с изменением солнечной активности и других космических или планетарных факторов); такие циклы совершаются в популяциях и биоценозах и выражаются в колебаниях размножения и численности отдельных видов в расселении популяции в новые места или вымирании её части. Эти явления — суммированный результат циклических изменений популяций и биоценозов и колебаний условий их существования, главным образом климата.

Изменение суточной и сезонной активности жизненных процессов организмов происходит под действием многих факторов, однако, ведущая роль принадлежит свету. Этот важный сигнальный фактор обусловливает периоды замедления и интенсификации жизненных процессов (размножение, миграции, линька и др. биологические явления) у животных и растений, регулируя тем самым ритмику их суточной и сезонной жизни. Так, например, на подготовку к зиме требуется длительное время для физиологической перестройки организма и накопления необходимого запаса энергетических веществ. Сигналом о приближении зимы служит изменение длины дня, связанное с годовым ходом температуры. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвержена воздействиям колебаний других экологических факторов.

Реакции организмов на чередование продолжительности светлых и темных периодов суток называются фотопериодизмом. Фотопериодизм свойствен и растениям и животным во всех природных зонах земного шара. Под фотопериодическим контролем находятся практически все метаболические процессы, связанные с развитием и размножением организмов. Почти все физиологические процессы у растений и животных имеют суточный ритм с максимумом активности в определенные часы. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света, а на закономерном чередовании периодов света и темноты, продолжительности дня и ночи.

22) Внутрипопуляционные  механизмы ограничения численности  популяции.

Популяция (от. Лат. Populus - народ, население) - это исторически сложившаяся совокупность особей одного вида, более или менее длительно время занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

Плотность популяции обычно имеет определенный оптимум. При любом отклонении от этого оптимума начинают срабатывать механизмы ее внутрипопуляционной регуляции. Одним из основных механизмов, способствующих установлению в популяции устойчивой стабильности, служит действие зависимых от плотности факторов. Абиотические факторы так же влияют на смертность популяции, но самостоятельно не создают ей устойчивой стабильности. Регуляция численности популяции у различных видов животных и растений осуществляется по-разному. Тем не менее, в каждой из них определенным путем устанавливается оптимум плотности.

Рост плотности популяции сопровождается уменьшением размеров особей, снижением их плодовитости, повышением смертности личинок и куколок изменением скорости развития и соотношения полов, а также увеличением количества диапаузирующих особей, что резко снижает активную часть популяции. Нередко при чрезмерном возрастании плотности популяции стимулируется каннибализм.

Одним из важнейших механизмов внутрипопуляционной регуляции численности выступает эмиграция, интенсивность которой стимулируется повышением плотности популяции.

Достаточно изучена регулирующая роль внутривидовой конкуренции за ограниченные ресурсы.

В наиболее простых случаях внутрипопуляционные регуляторные механизмы численности проявляются в виде непосредственной конкуренции за необходимые для жизни ресурсы, количество которых недостаточно для удовлетворения потребностей всех особей.

Важной является проблема “минимальной жизнеспособности популяции”, суть которой состоит в определении минимальной численности популяции, которая гарантировала бы ее существование в течение какого-то длительного периода.

Некоторые механизмы регуляции численности популяции одновременно могут выступать и как механизмы, предотвращающие внутривидовую конкуренцию.

Изменение плотности популяции может иметь рефлекторное, или сигнальное действие. В случаи высокой плотности такая сигнализация регулярным путем приводит к сокращению численности популяции, а при малой плотности - ее усиленному размножению и росту.

У растений регуляторными механизмами численности популяций служит, прежде всего, внутривидовая конкуренция. Она обычно связана с повышенной густотой произрастания. В переуплотненных посевах, например, происходит уменьшение количества семенной продукции, что имеет большое значение для сельского и лесного хозяйства. Чаще всего растения одного вида конкурируют за свет и влагу. В густых посевах они затеняют друг друга, при ограниченном количестве воды испытывают ее недостаток. В результате часть их погибает. Такое явление наиболее характерно для многих огородных культур и лесных растений. В лесу всегда значительно больше молодых растений, чем старых. Внутривидовой конкуренцией за влагу объясняется не редко встречающаяся правильное распределение пустынных растений. Создается впечатление, словно их кто-то рассадил на строго определенном расстоянии друг от друга. В понижениях местности, в оазисах это равномерная разреженность популяции растений сразу же исчезает. Подобным же образом распределяется в африканских саваннах светолюбивые и относительно влаголюбивые баобабы.

Однако следует учитывать, что популяция обычно входит в состав сообщества и что устойчивое существование биоценозов возможно только при определенных количественных соотношениях всех компонентов. Этим и вызвано необходимость регуляции численности, обеспечивающей устойчивое состояние, как отдельных популяций, так и биоценозов в целом. Механизмы регуляции численности популяций, основаны на сложных межвидовых взаимоотношениях.

39) Структурное  разнообразие сообществ и его  значение для поддержания устойчивости  экосистем.

Структура сообщества – показатель соотношения различных групп организмов, различающихся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессах переноса энергии и вещества по месту, занимаемому в пространстве, в пищевой сети (трофической), по иному признаку, существенному для понимания функционирования естественных экосистем.

Разнообразие в рамках вида является основой стабильности в развитии популяции, разнообразие между видами, и, следовательно, популяциями – основа существования биоценоза как основной части экосистемы

Структурное разнообразие сообществ - это различные варианты внутренней организации функциональных сообществ. К ним относятся: 1) характер стратификации (вертикальная ярусность); 2) характер зональности (горизонтальные подразделения); 3) характер активности (периодичность); 4) характер пищевых связей (сетевая структура пищевых связей); 5) характер размножения (связи потомков с родителями, клоны растений); 6) характер групповых отношений (стаи и стада); 7) характер совместной деятельности, определяемый конкуренцией, антибиозом, мутуализмом и т. п.; 8) характер стохастических связей (зависимых от случайных воздействий).

Разнообразие видов — признак устойчивости сообществ, т. е. чем больше разнообразие, тем более устойчивым является сообщество к внезапным изменениям условий окружающей среды. Это связано с тем, что в случае исчезновения какого- либо вида его место займет другой вид, близкий по специализации к выбывшему из сообщества.

Устойчивость экосистем поддерживается благодаря сбалансированному воспроизведению каждого из множества ее компонентов – популяций. Устойчивость обеспечивается в процессе взаимодействия видов между собой на фоне комплекса физических факторов.

Основной интегрирующий фактор в жизни биогеоценоза – пищевые взаимоотношения. Определенная сложная структура биогеоценоза оказывается необходимой предпосылкой для поддержания его устойчивости. Наиболее хрупкие и неустойчивые экосистемы с наименьшим числом компонентов (тундра). Наиболее устойчивы экосистемы тропического леса, где потоки вещества и энергии многократно дублируются (очень много видов и малая численность каждого) – выдерживает потерю процента составляющих их компонентов без ущерба для функционирования.

43) Структура и  основные составляющие экосистемы.

В экосистеме можно  выделить два компонента — биотический  и абиотический. Биотический делится  на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования  из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления  органического вещества — консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных  процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

• климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;
• неорганические вещества, включающиеся в круговорот;
• органические соединения, которые связывают биотическую  и абиотическую части в круговороте  вещества и энергии;
• продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;
• макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;
• микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

• биофаги — организмы, поедающие других живых организмов,
• сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение показывает временно-функциональную связь  в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического  вещества и перераспределении его  внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и  времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

Экотоп

Обычно понятие  экотоп определялось как местообитание организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и др. Однако, в этом случае это понятие фактически почти идентично понятию климатоп.

На данный момент под  экотопом в отличие от биотопа понимается определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклимата и других факторов в неизменённом организмами виде. Примерами экотопа могут служить наносные грунты, новообразовавшиеся вулканические или коралловые острова, вырытые человеком карьеры и другие заново образовавшиеся территории. В этом случае климатоп является частью экотопа.

Климатоп

Изначально «климатоп» был определён В. Н. Сукачёвым (1964) как воздушная часть биогеоценоза, отличающаяся от окружающей атмосферы своим газовым составом, особенно концентарией углекислого газа в приземном биогоризонте, кислорода там же и в биогоризонтах фотосинтеза, воздушным режимом, насыщенностью биолинами, уменьшенной и изменённой солнечной радиацией и освещённостью, наличием люминесценции растений и некоторых животных, особым тепловым режимом и режимом влажности воздуха.

На данный момент это  понятие трактуется чуть более широко: как характеристика биогеоценоза, сочетание  физических и химических характеристик  воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов. Климатоп задаёт в долговременном масштабе основные физические характеристики существования животных и растений, определяя круг организмов, которые могут существовать в данной экосистеме.

Эдафотоп

Под эдафотопом обычно понимается почва как составной элемент экотопа. Однако более точно это понятие следует определять как часть косной среды преобразованной организмами, то есть не всю почву, а лишь её часть. Почва (эдафотоп) является важнейшей составляющей экосистемы: в нём происходит замыкание циклов вещества и энергии, осуществляется перевод из мёртвого органического вещества в минеральные и их вовлечение в живую биомассу. Основными носителями энергии в эдафотопе выступают органические соединения углерода, их лабильные и стабильные формы, они в наибольшей степени определяют плодородие почв. 

Биотоп

«Биотоп» — преобразованный  биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.

Биоценоз

Биоценоз — исторически  сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Не последнюю роль в формировании биоценоза играет конкуренция и  естественный отбор. Основная единица биоценоза — консорция, так как любые организмы в той или иной степени связаны с автотрофами и образуют сложную систему консортов различного порядка, причём это сеть является консортом всё большего порядка и может косвенно зависеть от всё большего числа детерминантов консорций.

Также возможно разделение биоценоза на фитоценоз и зооценоз. Фитоценоз — это совокупность растительных популяций одного сообщества, которые и формируют детерминантов  консорций. Зооценоз — это совокупность популяций животных, которые и являются консортами различного порядка и служат механизмом перераспределения вещества и энергии внутри экосистемы

Биотоп и биоценоз вместе формируют биогеоценоз/экосистему.

58) Характеристика  средообразующей функции живого вещества в биосфере.

Живое вещество преобразует физико-химические параметры среды в условия, благоприятные для существования организмов. В этом проявляется еще одна главная функция живого вещества — средообразующая. Например, леса регулируют поверхностный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

Можно сказать, что средообразующая функция - совместный результат всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота (в ходе фотосинтеза растения выполняют газовую функцию: поглощают углекислый газ и выделяют кислород); деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к восстановлению благоприятных условий существования выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы. В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Список литературы.

1. Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут  Биология:в 3-х томах.-М.: Мир, 1990;
2. А.А. Горелов "Экология" М.: 1998 г.
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/