Экология. 7
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
Реферат
По дисциплине:
«Экологические
основы охраны природы»
Тема:
«Экология»
Берилло Елена Константиновна
Ердаков
Лев Николаевич
Новосибирск
2011
Экология это наука о правилах взаимодействия живых организмов с окружающим их миром. Мир этот очень разнообразен, а экологическое изучение останавливается на трех основных группах таких взаимоотношений.
В
первой из них рассматривается
Вторая
группа взаимодействий включает в себя
различные воздействия
И, наконец, третья группа взаимодействий. Она, строго говоря, является частью двух первых и включает в себя взаимоотношения между организмами. Почему же она не самостоятельна? Да потому, что каждый организм, для взаимодействующего с ним, является внешней средой. И конечно нужно приспосабливаться к этой среде, отвечать на ее воздействия.
Итак,
получается, что экология формулирует
законы и правила жизни живого
организма в своей среде
Для
того чтобы хорошо жить в этом мире,
нужно подчиняться его
Какие разделы имеет эта наука?
(особь, популяция, биоценоз, биосфера)
Экология наука, как и остальные биологические науки, изучает закономерности живого, и ее разделы соответствуют уровням организации этого живого. Первый раздел экологии рассматривает закономерности на уровне особи, и называется аутэкология, или экология особи. Следующий раздел, поскольку особи не живут поодиночке, рассматривает экологические закономерности в особых группах особей или популяциях. Он носит название демэкология или экология популяций. Часто его обозначают как популяционная экология. Популяции тоже обитают совместно, образуя сообщество, поэтому третий раздел науки называется экология сообществ или аутэкология. В наше время этот раздел обычно называют биоценология. И, наконец, все живое на нашей планете образует планетарную оболочку названную биосферой. Это самое большое из известных сообществ и его изучает четвертый раздел экологии – глобальная экология или глобалистика. Каждый из этих разделов имеет свой предмет изучения – элемент своей системы далее не делимый. Именно для него в разделе формулируются экологические законы и правила. Поскольку каждый такой элемент имеет характеристики присущие только ему, то и правила каждого раздела не могут реализовываться в других разделах. Так в аутэкологии элементом является особь со своими характеристиками: длиной и весом тела, полом возрастом, размером и конфигурацией конечностей. В следующем же разделе особи нет и нет соответственно ее характеристик. Там элементом является популяция, а у нее совсем другие характеристики: численность, демографический состав, распределение в пространстве. Конечно, здесь не могут действовать законы аутэкологии. Коротко рассмотрим разделы науки.
Под аутэкологией, обычно, понимают воздействия на организм (вид) абиотических факторов среды. Сюда же относятся многочисленные исследования по физиологической экологии, изучающей протекающие в организме процессы под воздействием абиотических факторов различной интенсивности.
В соответствия с действием экологических факторов изменяется форма тела и функции животных. Организмы приспосабливаются к действию среды, изменяя свою форму, физиологические и биохимические особенности или просто уходя от неблагоприятных условий – изменяя область своего распространения (ареал). У различных видов такие приспособления могут различаться. Однако многие видовые приспособления оказываются сходными. Ведь они – ответ организма на один и тот же фактор среды.
В этом разделе экологии элементом далее не делимым является особь. Так называют отдельный организм, он ведь отличается от всех других, даже от организмов своего вида многими особенностями. Каждый организм «на особицу», отсюда и особь.
Законы и правила здесь формулируются только для особи: ее взаимодействие с местообитанием; с другими особями своего и прочих видов; разнообразие ответов на внешние воздействия. Одним из основных действующих на этом уровне организации законов является закон поверхности тела.
Популяционная экология изучает динамику популяционных процессов (рождаемости и смертности, возрастную и половую структуру, динамику численности и пр.) Изучает она популяции и изменение их характеристик в связи с действиями факторов среды, а также изменение, которые вносит популяционный ответ в местообитание. Немаловажным является и изучение взаимодействий между популяциями. Как видим, задачи исследований в этом разделе науки не отличаются от предыдущего. Здесь, как и принято, в этологическом исследовании, формулируются правила воздействия на среду, закономерности ответов на действие этой среды и оцениваются связи между популяциями.
Прежде чем остановится на проблемах популяционной экологии, определим (пользуясь системным подходом) элемент этой системы. Элемент это то, что в данной системе принимается далее не делимым. Рассматривая аутэкологическую систему, мы элементом называли особь. В популяционной экологии таким элементом станет уже популяция. Ее характеристики совсем не годятся для особи. Это численность популяции, ее плотность. У популяции нет пола или возраста, но есть половая и возрастная структура.
Популяционные характеристики закономерно изменяются во времени и при различных внешних и внутренних воздействиях. Традиционной проблемой этого раздела науки является динамика численности. Для ее объяснения сформулировано уже значительное количество гипотез, но он далеко не исчерпывающий. В этом разделе действуют такие закон как теорема Гаузе, закон толерантности. Описываются популяционные стратегии. Благодаря им взаимодействие популяций оказывается совершенно те таким как взаимодействие особей.
Своеобразны характеристики сообщества: обилие, верность местообитанию, пространственная и видовая структуры. Таких характеристик не имеет ни особь, ни популяция. Законы в этом разделе экологии регламентируют жизнь биоценозов. Это правила экологической сукцессии, закон экологической пирамиды, объясняющий и дающий возможность рассчитывать продуктивность экологической системы.
Итак, подводя итог нашему короткому знакомству, можно заметить, что знание правил и законов экологии имеет вполне прагматический смысл. Вовсе не обязательно становиться ученым экологом, просто для повседневной жизни необходимо знать правила этой науки и использовать их. Несоблюдение же ведет к затруднениям, а подчас и серьезным проблемам. Мы же еще вначале заметили, что законы и правила экологии это те самые правила, по которым живут на нашей планете все живые организмы, их популяции и сообщества. Не соблюдающие правил жизни – вымирают.
ЭКОЛОГИЯ
ОСОБИ.
В первом разделе экологии – экологии особей (аутэкологии), сформулированы закономерности приспособления особей разных видов к своим местообитаниям и воздействиям факторов среды. Организмы приспосабливаются, но все эти приспособления имеют в своей основе общие правила. Они-то и диктуют направление адаптации, ее ход. Зная эти правила, можно предсказать морфологические и экологические перемены у животных при изменении условий их существования. Стало быть, если человек начнет когда-нибудь строить сообщества растений и животных, он должен хорошо знать эти закономерности, чтобы загодя представлять результаты своих усилий.
Один из важных аутэкологических законов назван законом поверхности тела. Он показывает соотношение поверхности и объема тела и имеет важные следствия. Все они базируются на очень простом правиле: Поверхность тела животного пропорциональна квадрату его размера. Объем тела пропорционален кубу его размера
Именно поэтому чем крупнее животное, тем относительно меньше поверхность его тела. Она ведь с ростом размеров увеличивается в квадрате, тогда как объем растет в кубе! Вот и получается, что при росте тела поверхность его не столь интенсивно увеличивается, как объем и отстает от него. Именно поэтому, чем больше отношение поверхности к объему, тем меньше размеры животного. Эта закономерность соотношения изменений поверхности и объема диктует конструкцию животных. Так, например, потеря тепла организмом связана с величиной поверхности тела, ибо именно с нее происходит рассеивание энергии. У мелкого животного относительно большая поверхность, следовательно, и энергопотеря. Рассмотренная закономерность отношения поверхности и объема тела лежит в основе нескольких экологических и зоогеографических правил.
Например, правило Бергмана гласит:
В пределах вида или однородной группы близких видов животных особи относительно более крупных размеров встречаются в более холодных областях
Это естественно, потому что чем крупнее животное, тем компактнее его тело, относительно меньше его поверхность и меньше потери тепла. Такому животному легче поддерживать постоянную температуру. Соответственно, мелкое животное имеет большую поверхность, больше излучает тепла и вынуждено поддерживать более высокий уровень обмена. У маленького зверька больше энерготрат и, естественно, должно быть более интенсивное питание, то есть восполнение трат.
Иллюстраций этому правилу много. Так, среди волков крупнее всех полярные. Довольно однородная группа пингвинов в самых холодных областях представлена крупным королевским пингвином, а на экваторе обитает самый маленький пингвин – галапагосский.
Еще
одно следствие соотношения
Конечно, длинные уши и хвосты способствуют повышенным энергопотерям, а на севере это не выгодно. В то же время в теплом и жарком климате такие придатки тела могут помочь избавиться от лишнего тепла. В пустынях Африки живет маленькая лисичка – фенек, ее уши необычайно велики (каждое больше головы зверька). В наших южных степях обитает лисичка корсак. Она невелика, но ее уши довольно крупны. Обыкновенная лисица, живущая в средних широтах, имеет хорошо заметные уши средней величины. А вот полярная лисичка – песец весьма короткоуха. Его ушки практически не выступают из зимнего меха.
Исходя
из этого же правила, регламентирующего
соотношение поверхности и
Что же касается меха, шкурки зверя, то по его поводу тоже есть правило. Оно так и называется – правило мехового покрова. Оно гласит: у млекопитающих холодных климатических зон мех более густой, чем у представителей этих же групп в более теплых странах
Это совершенно естественно, ибо мех прекрасный теплоизолятор, а физические механизмы терморегуляции у животных чрезвычайно распространены. Действие этого правила легко проследить на многих животных. Например, тигры, самый мохнатый из них уссурийский (он же и самый крупный), чуть южнее живет гораздо менее мохнатый – восточно-китайский, а малайский и индийский тигры имеют короткую и весьма редкую шерсть. Человек, не учитывающий это правило, легко попадает впросак, особенно если у него есть страсть преобразовывать природу. Таковы переселения белок в южные страны, чтобы и там можно было бы добывать прекрасный беличий мех. На юге зверьки навсегда расстались со своим пышным мехом, что не отразилось на их аппетите. Они энергично поглощают все местные орехи к неудовольствию аборигенов. Другой пример – однажды наша уссурийская енотовидная собака была акклиматизирована в Европе. Мех ее действительно превосходен: мягок, пушист, длинен. Попав в Среднюю и Южную Европу, это животное стало очень распространенным вредителем тамошнего охотничьего хозяйства. Если разводят куропаток, фазанов, зайцев, то енотовидная собака с удовольствием потребляет всю эту дичь и быстро растет в числе. Несмотря на хорошие харчи, шкурка этого вселенца практически обесценилась, мех перестал быть густым – уссурийский «енот» на юге изрядно облез
Что такое популяция, и каковы ее характеристики?
Популяционная экология изучает динамику популяционных процессов (рождаемости и смертности, возрастную и половую структуру, динамику численности и пр.) То есть, как и у особей рассматриваются те же проблемы, но уже у популяций. Это изменение их характеристик в связи с действиями факторов среды, а также изменения, которые вносит популяционный ответ в структуру местообитания.
Прежде чем остановится на проблемах популяционной экологии, определим (пользуясь системным подходом) элемент этой системы. Элемент – это то, что в данной системе принимается далее не делимым. Рассматривая аутэкологическую систему мы элементом называли особь. В популяционной экологии таким элементом станет уже популяция.
Итак, что такое популяция?
Существует много определений популяции, мы приведём едва ли не самое простое. Его предложил Эрик Пианка (I978). «Популяцией называют группу особей одного вида, живущих на определённой территории могущих обмениваться генетической информацией». Обсудим это определение.
Популяция это группа особей, но не всякая. Чтобы называться популяцией, такой группе присущи определенные признаки. Прежде всего, она должна состоять из особей одного вида. Это обязательный признак популяции, но не достаточный.
Кроме того, все эти особи должны проживать на своей (вполне определенной территории) исторически долгий срок. Исторически долгий срок у каждого вида свой, потому что он живет в своем времени. Время человека совсем не такое, как время бактерии. Даже всего за год человеческой жизни бактерия может создать огромное количество поколений, а срок жизни одной особи у них будет всего лишь время от ее появления до деления на две дочерних. Вот это индивидуальное время бактерии можно приравнять к человеческой жизни. Итак, исторический срок у всех разный, но измерить его можно и по-другому, не временем, а числом поколений. Так что второе обязательное условие чтобы называться популяцией группа особей должна проживать на определенной территории в течение нескольких поколений. И это необходимое условие тоже не достаточно, для того чтобы эту группу считать популяцией. Нужно соблюдение еще одного условия.
Все эти особи должны беспрепятственно скрещиваться друг с другом. Так что третьим условием является свободный обмен наследственной информацией между особями группы. Естественно, что особи такой группы за время ее существования в разной мере породнятся друг с другом и сформируется общий для них генофонд.
Последнее условие, которому должна удовлетворять группа, чтобы считаться популяцией состоит в изолированности ее от других таких же групп. Изоляция может быть обусловлена непреодолимой преградой или просто большим разделяющим пространством.
Если наша группа особей удовлетворяет всем этим условиям, то мы вправе назвать ее популяцией
Примером такой популяции могут быть кошки, в какой-нибудь сибирской деревне. Все они кошки. Живут здесь со времени появления деревни, а это не менее ста лет. По кошачьим меркам это десять и более поколений. Кошки мамы регулярно рождают котят. Дети весьма разномастные и почти никогда не известен их отец. Через этих орущих и выясняющих свои отношения котов и происходит свобода скрещивания. Генофонд кошачий заметен даже на глаз – по частоте окрасочных вариантов особей. В этой деревне кошки по преимуществу сибирские: дымчатые и длинношерстные, в другой деревне преобладает дикий тип: полосатые с коротким мехом. В третьей – много рыжих и встречаются трехцветные и т. д.
Что касается изолированности популяции, то сибирские деревни друг от друга находятся в 5-10 км, а кошка – скрадывающий хищник. Она не бегает на дальние дистанции, как, например, собака. Так что расстояние между деревнями оказывается достаточным для изоляции живущих там кошек.
Популяция обладает определенными признаками, такими как: плотность, рождаемость, половая и возрастная структуры, характер распределения по территории и пр. Рассмотрим вкратце некоторые из популяционных характеристик.
Пространственное распределение. Особи, составляющие популяцию, могут по-разному распределяться в пространстве, это зависит от: благоприятных физических условий для гнездования; кормности территории; наличия конкурентов. Встречается равномерное распределение особей по всей территории. Такое распределение связано, обычно, с острой внутривидовой конкуренцией за пищу. Этот тип распределения встречается у хищных рыб. Он же отмечен и у пластинчатожаберного моллюска гелины, живущего на песчаных пляжах по берегу Ла-Манша. Равномерное распределение особей встречается в природе редко.
В однородной среде организмы, обычно, распределяются случайным образом. У них не образуется никакой склонности к скоплениям. Так распределяются в муке малые мучные хрущаки и их личинки. Обычно, случайное распре делание организмов с ростом их плотности переходит в конгрегационное.
Это
распределения пятнами или
Численность популяции. Это самая простая характеристика – число особей в популяции. Чаще всего абсолютное число особей определить не удается. Оно ведь постоянно меняется. В популяции одновременно идут два процесса: рождаемость и смертность. Если превалирует рождаемость, что численность растет, в противном случае – падает. Численность очень важная характеристики и ее необходимо знать при работе с популяцией, поэтому прибегают к какой-нибудь относительной оценке. Например, число зверьков, попавшееся в определенное время на определенное количество ловушек. Чаще всего используют другую оценку численности – плотность.
Численность – это количество особей в популяции. Хотя это и основная характеристика популяции определить ее удается крайне редко. Прежде всего в популяции одновременно идут два процесса: рождаемость и смертность. Так что в каждый момент времени численность изменяется. Меняется она и от многих внешних причин: массовая гибель, пресс хищников, миграции из популяции и в нее. Так что абсолютная численность обычно не фигурирует в исследованиях экологов. Они используют относительную численность. Один из вариантов ее – отнести количество животных к единице пространства, или даже на количество используемых орудий лова и продолжительность времени их работы.
Плотность популяции. Она определяется количеством особей, приходящихся на единицу площади или объёма. Плотность – важная характеристика популяции, она характеризует роль вида в сообществе. Существует много способов определения плотности популяции у животных и растений. Можно проводить прямой подсчёт особей. Их считают, обычно, привязываясь к учетному маршруту. Сумма отмеченных особей относится к длине маршрута, поэтому учтенные животные выражаются дробными числами. Учетчик движется по одному и тому же маршруту и записывает на нем всех особей, которых он видит. Так учитывают на маршруте крупных млекопитающих. Записывая всех животных по обе стороны маршрута на 150-метровой: полосе в степных участках национального парка Альберта в Африке получали такие цифры: слонов на километре маршрута – 0,22; бегемотов – 1,5; буйволов – 25,0; болотных козлов – 40,6; тростниковых козлов – 0,16 и т.д.
Плотность, переведенная на определенную площадь, дает представление о численности животных. О ней можно получить представление и по косвенным данном – по числу животных, попавших в ловушку. Часто соотносят число особей с количеством поставленных ловушек и числом суток их стояния. Это данные об относительной численности. Сама по себе о плотности организмов она не говорит, но стандартно взятая из года в год – покажет динамику численности животных.
Демографический состав популяции – это тоже часто измеряемая характеристика в экологических исследованиях. Ее элементом является половой состав популяции, это соотношение в ней самцов и самок. Другим элементом этой характеристики выступает возрастной состав. Так в популяции млекопитающих, например всегда есть детеныши (питающиеся материнским молоком), подростки, взрослые и старики. Так что демографический состав часто называют поло-возрастным составом популяции. От его изменений также зависит рост или сокращение численности в популяции.
Рост
популяции. Он определяется двумя противоположными
процессами – рождаемостью и смертностью.
Данные такого рода в свободноживущей
популяция получить трудно. Обычно, пользуются
косвенными данными. Представление о росте
популяции даёт, так называемая пирамида
возрастов. Для ее построения распределяют
всех особей в возрастные группы. Соотношение
возрастных групп показывает возможности
роста или сокращения популяции. При этом
ориентируются на соотношение репродуктивных:
и не репродуктивных возрастов. Если в
изучаемой популяции преобладают старики
и дети, то её рост, очевидно, замедлен
и она сокращается. Могут иметь значение
и половые соотношения. Чаще всего
один из полов преобладает над другим.
Все это сказывается на росте популяции.
Например, посмотрим, как это происходит
у человека. При повышении благосостояния
неминуемо будет уменьшаться детская
смертность, и увеличиваться продолжительность
жизни. Следовательно, в популяции станет
расти доля детей и
стариков. Это не репродуктивные возраста,
стало быть, численность в таком благополучном
обществе будет замедлять рост и, наконец,
стабилизируется.
Экологическая сукцессия
С изменением условий изменяется биоценоз, то есть разрушается предыдущий и возникает последующий на этом же месте. Возникновение нового биоценоза, постепенное его формирование, а затем развитие уже сложившегося сообщества до замены его новым – таков путь любого сообщества, его эволюция. Можно ее прослеживать, описывая экосистему в целом, а можно представить как последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в некотором местообитании (не сезонную, направленную и непрерывную). Таков процесс развития любого сообщества. Обычно его называют сукцессией (от латинского "сукцессио" – преемственность).
Деградационная сукцессия
Один
из типов последовательных смен видов
может быть назван деградационной сукцессией.
При ней виды, последовательно
сменяя друг друга, используют какой-либо
один ограниченный ресурс. Это может
быть листовой опад, труп животного, навоз,
упавшее дерево. Так что особенностью
этой сукцессии является постепенное
уменьшение количества и разнообразия
ресурсов по ее ходу. Заканчивается сукцессия
полным исчезновением ресурса. Сукцессия
здесь проходит довольно быстро - в течение
нескольких месяцев или лет. Любая мертвая
органика используется микроорганизмами
или животными детритофагами. Обычно,
различные виды их появляются и исчезают
поочередно, по мере истощения в ходе разложения
одних органических веществ и появления
других. Одновременно в физическом состоянии
детрита делают его благоприятным сначала
для одних видов, а затем – для других.
Так на этой мертвой органике одно сообщество
животных сменяет другое до тех пор, пока
ресурс не используется весь и органика
не минерализуется.
