Экология Т.А. Пузанова лекция 5
TRANSCRIPT
. Экологические факторы и законы экологии
Вселенная не только необычнее, чем мы воображаем,
она необычнее, чем мы можем вообразить.
Закон Мерфи
• Природа разнообразна: любое сравнение научно-технических достижений и творений природы, еще больше убеждает в сокровенности тайн и загадок
• сегодня- более 1,5 млн. видов. А сколько их было?
• Освоены разные среды обитания:• водная среда (адаптация - осморегуляция, обтекаемые
формы, плавучесть)
Размер парусников – 2,5 м в длину, эти рыбы могут окружить косяк сардин величиной со слона.
• наземно-воздушная среда (адаптация - опорный скелет у большинства животных, регуляция гидротермического режима)
Медведь-призрак (кермодский медведь) – белая разновидность североамерикан-ского черного медведя, обитает в лесах западного побережья Канады
• почвенная среда (адаптация -образование слизистой или гладкой поверхности кожных покровов, наличие копательного аппарата и развитой мускулатуры)
Голые землекопы - одни из немногих животных, кому свойственен наивысший
уровень социальной организации (эусоциальность)
• сами живые организмы
Голожаберный моллюск Cyerce Nigricans, 1,52 см в длину.
• По мере того эволюции жизнь становилась все более многообразной и сложной
Классификация экологических факторов
• экологический фактор - любой элемент внешней среды, способный оказать прямое или косвенное влияние на жизнедеятельность организма
• процессы адаптации - ответная реакция
• Три категории экологических факторов: • биотические (живой природы),• абиотические (неживой природы), • антропогенные (деятельность человека)
• Биотические факторы - влияние одних организмов на другие (организмы служат источником пищи для других, являются средой их обитания и т.п.)
Абиотические факторы• элементы неживой природы, воздействующие на
живые организмы:• климат (температура, свет, давление, влажность,
состав атмосферы)• характеристики почвы (гранулометрический состав
почвенного субстрата, плотность)• гидрологические и гидрохимические свойства
(содержание кислорода, уровень солености) и т.д. • влияние циклов солнечной активности
• для растений – углекислый газ, для животных – кислород
• Антропогенные факторы - совокупность влияний человека на организмы
• Три типа адаптаций: морфологические, физиологические, поведенческие
• большая часть адаптаций - сочетание типов
• морфологические адаптации - изменение формы или строения организма (превращение листа в колючку, твердый панцирь у черепах)
• физиологические адаптации - изменение химических процессов в организме (для опыления цветок вырабатывает эфирные масла)
200 тысяч видов переносят пыльцу, без них лишь культуры опыляемые ветром – рис и пшеница.
• поведенческие адаптации - изменение в поведении (зимний сон, сезонные миграции, брачные игры в период размножения)
канадские журавли во время весеннего перелета из Мексики и юга США к гнездовьям на дальнем севере
Экологические группы живых организмов по отношению к свету
• солнечный свет - энергия для фотосинтеза• Растения: гелиофиты и сцеофиты
• Растения в условиях хорошего освещения, на открытых местообитаниях - гелиофиты (светолюбивые) – суккуленты, злаки, клевер, подсолнечник и др.
• При сильном затемнении – сциофиты, плохо переносящие прямые солнечные лучи - папоротники, мхи, хвощи, лесное разнотравье
• как в условиях освещения, так и затенения - факультативные гелиофиты (теневыносливые) - лианы, многие травянистые растения, кустарнички
• различная чувствительность к солнцу - формирование ярусности (для лесов умеренной зоны - 3-4 яруса, в тропических лесах - 8-12).
• Животные: свет - информационное значение: для ориентации в пространстве - сигнал активности (при смене дня и ночи меняется интенсивность дыхания, частота сердцебиений и т.д. )
Экологические группы по отношению к температуре
• скорость обменных реакций в организме• каждый организм имеет температурный диапазон• рекорд - архебактерии (300° в гидротермах,
семена и споры в криоконсервации -2730 С)• для большинства – от 0 до 50 0С
• Растения: криофилы (лишайники, некоторые водоросли), термофилы (аридный климат, кораллы), мезофилы (при средних температурах)
• Животные:• в зависимости от источника тепла разделяются на
пойкилотермные (зависят от внешней температуры) и гомойотермные (в состоянии поддерживать температуру тела за счет обменных процессов)
• пойкилотермные - микроорганизмы, растения, беспозвоночные животные, рыбы, рептилии и амфибии. Терморегуляция - за счет местообитаний (змеи греются на теплых скалах), усиления теплоотдачи в результате мускульной работы и т.д.
• Гомойотермные (теплокровные) животные - птицы и млекопитающие: при низкой температуре увеличиваются обменные процессы для поддержания постоянной температуры тела
• Гетеротермные – промежуточное положение (суслики, летучие мыши, медведи). В зимнее время – в спячке и температура тела не отличается от внешней, в активном состоянии - высокая температура тела
Экологические группы по отношению к воде
• Растения: гигрофиты (влаголюбивые) - потеря 15-20% запаса воды - гибель (рогоз, сфагнум и др.), ксерофиты (сухолюбивые) - всасывание воды из глубоких горизонтов почв, узкие и мелкие листья, мезофиты (умеренно влаголюбивые)
у саксаула длина корней до 30-40 м
• Животные: млекопитающие пьют воду, амфибии всасывают воду через покровы тела, животные пустынь поедают растения с содержанием влаги, впадают в спячку (суслики), в сухой период мигрируют (птицы, антилопы)
Биотические факторы• организмы постоянно «контактируют»• Воздействие одних организмов на другие:
положительное, отрицательное или нейтральное
• Нейтрализм - совместное обитание на одной территории популяций, не влияющих друг на друга (обезьяны и слоны, белки и лоси)
• Хищничество – в пищевой цепи одни организмы (хищники) поедают другие организмы (жертвы)
• Адаптация у хищников - быстрота реакции, бесшумная походка, скорость бега, острые когти
• у жертв – колючки, панцири, защитная окраска, инстинкты затаивания, способность строить недоступные жилища
• Большинство хищников - животные, но есть и растения (росянка на болотах способна за один день переварить несколько десятков насекомых)
• Симбиоз – сосуществование разных видов (от греч. symbiosis - совместная жизнь)
• один из двигателей эволюции: успех зеленых растений – их симбиоз с бактериями и грибами
• пример симбиоза - мир австралийского термитника, высотой до 15 метров
• древесина: углеводы и лигнин
• в пищеварительном тракте термитов– миксотрихи
• к телу миксотрихи прикреплены спирохеты
• между жгутиками спирохет еще более крохотные существа
• все они живут в симбиозе
• Симбиоз:
• Мутуализм
• Комменсализм
• паразитизм
• Мутуализм - взаимовыгодные отношения (рыбы-«санитары» , птицы-«санитары», защитники тли – муравьи)
• Комменсализм - отношения, при которых одна популяция извлекает пользу от другой, а другая не получает ни пользы ни вреда (лишайники на деревьях)
• различные формы комменсализма: нахлебничество, сотрапезничество и квартиранство
• Нахлебничество - один организм питается остатками пищи другого (после львов - гиены, с акулами «путешествуют» рыбы-прилипалы)
• Сотрапезничество - потребление разных частей одной и той же пищи (бегемот съедает 20 кг травы, рядом - цапля, собирающая червей и насекомых)
• Квартирантство - одни организмы используют другие как транспорт или убежище (насекомые обитают в гнездах и норах из-за микроклимата)
• паразитизм (с греч. тунеядец) - один организм (паразит) использует другой (хозяина) в качестве источника питания или среды обитания
• Паразитизм – самый распространенный образ жизни: все многоклеточные организмы имеют в теле (на теле) паразитов
Паразитизм, как и хищничество, играют важную роль в жизни экосистем: происходит регулирование плотности популяций
• человек может быть «хозяином» для 2000 парази-тов: от мелких микроорганизмов до метровых глистов
• Аменсализм - одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает отрицательного влияния (отношения между светолюбивыми растениями под пологом елового леса)
• Конкуренция - взаимоотношения, невыгодные обоим организмам. Организмы могут соперничать друг с другом за
• пищевые ресурсы• пространство• свет и т.д.
Основные законы экологии• все организмы способны к неограниченному
расселению: без сдерживающих факторов дрожжевые клетки заселят пространство планеты за несколько часов, бактерии - за несколько суток, некоторые насекомые - за год
• распространение лимитируется внешними преградами (горной цепью, морями, климатом) или внутренними барьерами (физиологическими особенностями, взаимоотношениями с популяциями других видов)
• жизнь организма определена сочетанием факторов и условий. Если все условия среды благоприятны, за исключением одного, то это условие становится решающим для жизни организма - лимитирующий фактор
• В 1840 г. Ю.Либих: рост растения зависит от эле-мента питания, присутствующего в минимуме: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».
• Лимитирующие факторы: абиотические и биотические (температура, влажность, элементы в воде, воздухе, почве, пищевые ресурсы и пр.)
• лимитирующим может быть также и избыток (из-за избытка влаги или перенасыщения почвы удобрениями может произойти гибель урожая)
• В.Шелфорд: «лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности)»
• два крайних варианта: узкая специализация и широкая выносливость
• узкоспециализированные виды (обитатели морских глубин гибнут при колебаниях температуры в 2-30, гигрофиты - увядают при попадании в воздушную среду)
• Виды со строго определенными экологическими условиями – стенобионтные (стено- «узкий»)
• виды с широким диапазоном выносливости – эврибионтными (эври- «широкий»)
зависимость от интервала температур• эвритермные (способные переносить колебания) и
стенотермные (в узких пределах): растения тропиков гибнут при колебаниях температуры в 100 С, а растения умеренных зон переносят колебания в 600 и более
По отношению к влажности• эвригигробионтные и стеногигробионтные
(верблюд, варан, злаки или полыни легко переносят отсутствие влаги, а земноводные или плавающие растения погибают при ее недостатке)
Джунгли Малайзии
Отношение организмов к солености• стеногалинные организмы (пресноводные рыбы
гибнут в морской среде, а морские – в пресной)• эвригалинные - проходные рыбы, мигрирующие из
морей в реки и обратно
• организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого
• организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам- наиболее распространенные
• пределы толерантности организма изменяются: молодые организмы часто более уязвимы и более требовательны к условиям среды, чем взрослые особи;
• в период размножения многие факторы становятся лимитирующими
• Типичные эврибионты – простейшие организмы и грибы. Из высших растений - береза повислая
• стенобионты - сумчатый медведь коала - может жить только на тех видах эвкалиптов, листьями которых он питается.