Курс лекций по "Экологии"

Лекция №1.

(06.02.2010)

 

Как наука термин экология был предложен в 1866 году Э. Геккель.

Oikes – место обитания

Logos – наука

Экология – наука о взаимоотношении живых организмов между собой и со средой обитания.

Созданная в 19 веке биологическая  наука так и сохранилась до середы 20 века. И когда человечество вошло в биокризис, экология превратилась в мультидисциплинарный комплекс наук.

В конце 20 века американский ученый Барри Колинонер изложи 4 закона экологии:

1. Все связано со всеми
2. Все куда-то девается
3. Ничто не дается даром (За все надо платить)
4. Природа знает лучше

Не нужно исправлять природу.

Человеку нужно жить по законам природы.

 

1. Экология как наука

Экология подразделяется на:

- биоэкология (фундаментельная, общая):

- аутэкология

- демэкология

-симэкология

- прикладная  экология:

- промышленная экология

- агроэкология (с/х)

- мед.экология

- космическая экология

- архитектурная экология (видеоэкология)

 

Аутэкология – раздел биоэкологии, который занимается изучением взаимоотношений отдельной особи с окружающей средой.

 

Демэкология – популяционная экология, которая занимается изучением взаимоотношений популяций с окружающей средой.

 

Симэкология – системная экология, которая занимается изучением взаимосвязи живых сообществ с природой.

 

В зависимости от объекта исследований:

- экология микроорганизмов

- экология растений

- экология животных

- экология человека

- экология социальная

 

 

 

 

 

 

АУТЭКОЛОГИЯ

Тема: Экологические факторы и окружающая среда

Термины окружающая среда и экологические  факторы – это основополагающие термины экологии.

Окружающая  среда – это часть среды, которая окружает организм и с которой он находится во взаимодействиях

Организм получает из окружающей среды все необходимое  для жизни и выделяет продукты своей жизнедеятельности.

 

 

 

Жизненные условия – элементы среды, без которых организм не может существовать.

Все элементы окружающей среды очень разнообразны.

В экологии термин окружающая среда заменено экологическим фактором.

Экологический фактор – любой неделимый элемент среды, который оказывает прямое или косвенное влияние на организм.

Основной концепцией экологии является то, что живой организм и окружающая его среда неразрывно связаны друг с другом и влияют друг на друга.

Экологический фактор <= элемент окружающей среды.

На действия экологического фактора организм отвечает адаптацией (приспособительная реакция).

Способность к адаптации  главный признак живого организма.

 

2. Классификация Экологических Факторов.

Экологические факторы (по природе):

- Абиотические (факторы неживой природы)

- химические -концентрация различных химических элементов или веществ в природе([Hg]почва [CO₂]атмосфера)

- физические (параметрические )-параметры  окружающей среды(температура, влажность,  свет, ионизирующая радиация, давление, гравитация, электро-магнитные поля, невесомость)

- Биотические (факторы живой природы; взаимодействия живых организмов друг с другом):

 – негативно; + позитивно; 0 нейтрально

- конкуренция [- -]

- паразитизм [- +]

- нейтрализм [0 0]

- аменсализм [- 0]

- комменсализм [+ 0]

- симбиоз [+ +]

- хищничество [- +]

- мутуализм [+ +]

- Антропические (влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую среду)

 

Группы абиотических факторов:

- Эдафические факторы (отражает физико-химическое состояние почвы)

- Орографические факторы (рельеф местности)

- Климатические факторы

 

Критерии экологического фактора:

1. Неделимость, нерасчленяемость
2. Действие фактора может быть не только прямым, но и косвенным (опосредованным).

Пр:   повышение концентрации CO₂ ®  парниковый эффект ®  возникновение смерчей

3. Закономерность действия экологического фактора

 

Не смотря на то, что Экологические  факторы весьма разнообразны, любой Экологический фактор действует на организм по определенной схеме.

 

Закономерность действия Экологических  факторов выражается кривой нормального распределения.

1. Значение ЭФ при которых, выживает наибольшее количество организмов называется зона optimum
2. Значение ЭФ при которых возможно размножение организмов – зона нормальной жизнедеятельности
3. Значение ЭФ при которых организм угнетается, не размножается – зона угнетения (pessimuma)
4. Критические точки (верхний lim и нижний lim) – гибель организмов

Расстояние м-ду точками - предел выживания (пределы выносливости).

 

Экологическая толерантность – это способность организмов выносить отклонения ЭФ от оптимальных условий.

Тогда пределы выживания можно назвать – пределы толерантности

 

Синонимами толерантности  являются выражения:

-экологическая выносливость

- экологическая пластичность

- экологическая валентность

 

Наиболее полно закономерность толерантности сформулировал В.Шелфорд в 1913г.

Закон толерантности:

«Угнетающее воздействие на организм отказывает как избыток, так и недостаток ЭФ»

 

4. Относительная степень толерантности.

Любая толерантность  имеет пределы

Чтобы выразить относительную степень толерантности организмов по отношению к ЭФ в экологии существует ряд терминов.

Каждый термин состоит  из приставки и корня (прилагательное):

ЭВРИ – широкий

СТЕНО – узкий

температура – ТЕРМНЫЙ

свет - ФОТНЫЙ 
влажность – ГИГРИЧЕСКИЙ 
соленость – ГАЛИННЫЙ 
пища – ФАГНЫЙ 
место обитания – ОЙКНЫЙ

 

Широкие пределы толерантности  к соленому (организм может жить и в соленых условиях и в  пресных): ЭВРИГАЛИННЫЙ

 

Если организм обладает широкими пределами толерантности  к большинству ЭФ – Эврибионт, а если узкие пределы толерантности – Стенобионт.

 

Из этих понятий  вытекают понятия:

- эндемики (стенобионты) – живут в опр. месте

- космополиты (эврибионты) – живущие везде

 

5. Лимитирующие факторы

 

Понятие ЛФ было введено  в науку в 1840 году химиком Ю.Либихом

Закон (правило) минимума Либиха

 

Лимитирующий  Фактор – это тот экологический фактор, который сдерживает развитие организма, ограничивает его жизнедеятельность (у Либиха – фактор, находящийся в недостатке).

 

В последующем было выявлено, что  не только недостаток, но и избыток может быть лимитирующим фактором.

В современном понимании ЛФ называют ЭФ, значение которого близко к экстремальному.

Экстермум – недостаток, избыток.

Для растений суши – ЛФ лимитирующим фактором наиболее часто  является влажность.

Для водных растений – недостаток питательных веществ.

Для животных суши – пища и биотические отношения.

Для водных животных –  пища, биотические отношения и  содержание кислорода в воде.

 

Лекция №2.

(20.02.2010)

 

ДЕМЭКОЛОГИЯ.

 

1. Понятие и структура популяции.

 

Каждый биологический занимает в природе то или иное место. Область распространения видов – ареал. Эти ареалы разделены географическими преградами, поэтому не будут иметь возможность скрещиваться друг с другом.

 

Популяция – совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории, имеющих общий генофонд и свободно скрещивающиеся друг с другом.  Генофонд – совокупность генов всей популяции. Вид может обладать несколькими популяциями, может существовать в разных популяциях, это дает виду преимуществу.

Популяция – элементарная форма существования видов в природе. Это тот природный материал, на основании которого идет эволюция. Популяция обладает определенной структурой и функциями. 

Показатели, характеризующие  состояние популяции делят на 2 группы:

1. статические - характеризуют состояние популяции в определенный момент времени:

- численность (N_экз) – общее количество особей на данной площади или в данном объеме, если на суши – на плотности, если в воде – в объеме. Всегда меняется во времени и зависит от рождаемости, смертности, размеров особей. Например: те виды, которые имеют небольшие размеры, имеют большую численность популяции.

- плотность ( ) – число особей или биомасса на единицу площади или объема. Например: 2 человека на квадратный метр; 5 граммов в литре – плотность водорослей в Иртыше. Изменяется во времени, если численность популяции возрастает, то плотность стремится в постоянству. Если численность возрастает, то особи расселяются.

- структура:

а) возрастная – соотношение в популяции групп особей разных возрастов, зависит смертность, плодовитость популяции

б) размерная – соотношение в популяции групп особей разных размеров

в) половая – разного пола

г) экологическая – по-разному взаимодействующих с окружающей средой

 

Экологический возраст:

- пререпродуктивный  (I)

- репродуктивный   (II)

- пострепродуктивный  (III)

 

Половозрастная пирамида:

 

2. динамические - характеризуют процессы, идущие в популяции за какой-то интервал времени:

- рождаемость (плодовитость) – количество особей, рождающихся за единицу времени

- смертность – количество особей, умерших за единицу времени

Рождаемость и смертность очень  сильно изменяются. В молодом возрасте у большинства видов смертность высокая, поэтому чтобы компенсировать эту смертность вид стремится к большой плодовитости. Те, кто имеют большую рождаемость, имеют большую смертность.

В благоприятных условиях среды  плодовитость обычно низкая. Популяция  не стремится тратить лишнюю энергию. Если что-то давит на среду, тогда  возрастает плодовитость.

Плодовитость зависит от многих биологических факторов: у каждого  своя скорость размножения.

 

 

 

 

 

 

Кривая выживания:

1 – смертность низкая, обычно виды умирают от возраста

2 – диагональная кривая  для тех видов, у которых  постоянная скорость умирания в течение жизни

3 – вогнутая кривая, наиболее  высокая смертность в начале  жизни (для организмов, не заботящихся о потомстве)

Неблагоприятные условия

 

 

 

 

 

 

2. Динамика численности природных популяций

Численность популяций  в природе постоянно изменяется. Нет таких видов, которые бы имели постоянную численность. Человек непосредственно изымает некоторые особи из природы.

 В настоящее время причинами  колебания численности является  изменение природных условий. 

Биотические отношения очень сильно влияют на численность популяции (паразитизм, хищничество).

Эмиграция особей:

Иммиграция  особей:

Депопуляция – падение численности.

Популяция обладает способностью к саморегуляции. Поэтому есть верхние  и нижние пределы плотности, за эти  пределы популяция не уходит.

Периодические колебания численности  популяции имеют причины: характерны для насекомых, для мелких млекопитающих, грызунов и птиц. Проявляются при отношениях хищник-жертва.

Кроме того, существуют непериодические колебания численности популяций.

Численность популяции зависит от многих факторов:

- климата  (сезонные и межгодовые колебания)

- пищи

- сложных  биотических отношений

 

В простых по структуре экосистемах большое влияние имеют физические или химические факторы. В сложных экосистемах (там, где много видов) преобладают биотические отношения. При этом надо учесть, что климатические факторы проявляются не сразу, а через 1-2 года. Если зима была суровая, то только на следующий год проявится падение численности популяции. Действие многих биотических факторов становится более жестким при возрастании плотности популяции – эффект массы.

 

3. Регуляция численности популяции.

Когда численность популяции отличается от оптимальной, в ней начинают происходить процессы регулирования.

У животных при превышении популяции наблюдаются следующие явления:

- обостряется конкуренция за  еду

- уменьшение размеров особей

- снижение плодовитости

- увеличивается смертность

- повышается численность  в диапаузе – врем. сост. Покоя

Сигнальные химические факторы имеют большое значение в регуляции численности.