Шпаргалка по "Экологии"

Окончательное оформление экологии  в самостоятельную дисциплину совпало с развитием кибернетики и системного  подхода. В экологических объектах присутствуют положительные и отрицательные связи, в которых низкоэнергетические воздействия могут резко усиливать высокоэнергетические реакции и  процессы.  Именно  эти связи экологи называют "живыми нитями" природы.

Существенной особенностью  функционирования обратных связей в экологических и биологических объектах является  возможность управления не только по отклонению (изменению) контролируемого параметра, но и по "возмущению", т.е. по воздействиям, ведущим к  отклонениям.  Тем самым обеспечивается подготовка к реакции на отклонение,  создается упреждающая реакция на  воздействие. Устойчивость  живых организмов и экосистем к внешним воздействиям обеспечивается  также  дублированием  компонентов системы, их  избыточностью.  Различается 2 вида устойчивости -упругая и резистивная.  Первая обеспечивает возвращение в  исходное состояние  после отклонения,  второе - повышение сопротивления возмущающим воздействиям.

Важнейшим свойством система является эмерджентность, т.е. появление новых, не сводящихся к сумме старых,  качеств.  Любой уровень анализа в экологии (начиная от  единичной  простейшей  особи до биосферы в целом) требует системного подхода,  ибо самая простая форма жизни уже представляет собой сложнейшую систему,  превосходящую по сложности самые грандиозные  технические  устройства. 

 

4.Среда обитания, факторы среды, их классификация.  Адаптация живых организмов к  экологическим факторам.

 

К условиям существования или условиям среды относятся необходимые организму факторы, без которых его существование невозможно. Наиболее общая классификация экологических  факторов среды делит их на биотические, абиотические и антропогенные. К первым из них относятся фитогенные,  зоогенные и микрогенные воздействия на  организмы,  ко  вторым - климатические условия (свет, температура, влажность, уровень барометрического давления и  т.д.),  эдафогенные,  т.е.  связанные  с почвой факторы (состав почв, их влагоемкость, проницаемость для Од, плотность и т.д.), орографические условия, т.е. высота над уровнем моря, рельеф, угол наклона местности, и химические факторы, т.е. химический состав  воздуха,  солей  воды и почвенных растворов и т.д. Существенное значение имеет и стабильность условий жизни. Различают первичные изменения (например,  суточные и  сезонные изменения освещенности  и температур) и вызываемые ими вторичные изменения (например, различная активность живых организмов днем и ночью,  зимой и летом), антропогенные факторы создаются самим человеком (например,  условия жизни в городах).

 

Воздействие любого вида фактора может  быть прямым (например, прямое воздействие температуры на течение физиологических процессов) и  косвенным  или опосредованным (прямое угнетающее воздействие ультрафиолетового облучения на  развитие  растений является косвенным воздействием на животных,  питающихся этими растениями). Результат  воздействия  любого  фактора   зависит прежде всего от его интенсивности (рис. 1.1).

Наиболее узкий  диапазон значений факторов характерен для размножения организмов (можно проиллюстрировать на  сезонности размножения ряда  животных),  а более широкий - для их роста и выживания.

В процессе  эволюции  у  организмов создаются совершенные формы  приспособления к условиям среды.  Выработки таких наследуемых форм  приспособления  называется адаптацией.  Она может быть морфологической, т.е. приспособление идет за счет изменения строения и формы организма (например, у водных животных) и физиологической, при которой меняются функции организма  (например, у  верблюдов потребность в воде обеспечивается ее получением из жира за счет особой системы биохимических реакций).

Третий вид  адаптации представлен  поведенческими реакциями, например,  зимней и летней спячкой животных, соответственно, в холодном и жарком климате, сезонными миграциями птиц и т.д.

 

5.Общие закономерности действия факторов среды на живые организмы. Правило оптимума, взаимодействия факторов, лимитирующих факторов.

 

Важное значение имеют лимитирующие  факторы  среды,  т.е. факторы, значения  которых  приближаются к пределу способности организма переносить их влияние (или  обеспечивать  свое  нормальное развитие и размножение).  Лимитирующим фактором могут быть его избыточные значения (например, высокая рН,  избыточная влажность), а также и целый ряд биотических факторов  (например,  перенаселенность  территории каким-либо видом или,  наоборот, недостаточная численность животных данного  вида  для  создания его устойчивой популяции). К основным лимитирующим факторам относятся свет, температура (жизнь возможна в диапазоне температур от -200 до +100°С), вода, кислород  (лимитирующим факторам становится  в водной среде), такие биогенные элементы как азот и фосфор (их соотношение в  биосфере  составляет 16:1),  рН среды,  микроэлементы (магний, кобальт, железо, марганец, цинк, бор, хлор, ванадий и молибден). Для фотосинтеза необходимы марганец,  железо, хлор, цинк и ванадий,  а для азотистого обмена - марганец,  бор, кобальт и хлор.

Сложнее всего решается вопрос с определением  биотических лимитирующих факторов.  Масштабы их взаимовлияния трудно прогнозировать. О сложности проблемы говорит следующий факт.  Если взять только 2 популяции различных видов,  то между ними может возникнуть 9 только основных форм взаимодействия:  1)  нейтрализм, в  котором  взаимовлияние отсутствует;  2) конкуренция с взаимоподавлением популяцией;  3) конкуренция из-за  ресурсов;

4) аменсализм  (неблагоприятный для одной популяции и безразличный для другой);  5) коменсализм (благоприятный  для  одной популяции и безразличный для другой);  5) мутуализм, благоприятный для обоих популяций;  7) паразитизм;  8) хищничество; 9) протокооперация, т.е.  образование  совместных  гнездований  у птиц или колоний у грызунов.

Наиболее распространенный тип взаимоотношений между животными - хищничество,  т.е.  поедание особей одного вида особями других.

 

Отношения "хищник - жертва" характеризуется наличием  положительной и отрицательной обратных связей между ними

 

 

 

 

 

 

 

В результате создаются периодические изменения численности популяций хищника и жертвы с  соответствующим  запаздыванием  ее максимумов и минимумов в каждой из них.

У каждого вида существует свой набор лимитирующих  факторов, требуемые  условия  для организма определяют его экологическую нишу. Различается фундаментальная ниша, т.е. наибольший (максимально возможный)   заселенный   видом  объем  n-мерного пространства, и реализованная нища,  т.е.  тот же объем, но  с учетом биотических ограничений (конкуренции видов из-за ресурсов, хищничества и т.д.).

 

1)Правило оптимума. Для экосистемы, организма или определенной стадии его

развития имеется диапазон наиболее благоприятного значения фактора. Там, где

факторы благоприятны плотность популяции максимальна. 2)Толерантность. 

Эти характеристики зависят от среды, в которой обитают организмы. Если она

стабильна по своим

свой-ам, в ней больше шансов на выживание организмов.

     3) Правило взаимодействия факторов. Одни факторы могут усиливать или

смягчать силу действия других факторов.

     4) Правило лимитирующих факторов. Фактор, находящийся в недостатке или

избытке отрицательно влияет на организмы и ограничивает возможность прояв. силы

действия других факторов. 5)Фотопериодизм. Под фотопериодизмом

понимают реакцию организма на длину дня. Реакция на изменение света.

     6) Адаптация к ритмичности природных явлений. Адаптация к суточной и

сезонной ритмике, приливно-отливным явлениям, ритмам солнечной активности,

лунным фазам и др. явлениям, повторяющимся со строгой периодичность.

 

6.Экологические  популяции, их основные характеристики.

 

Целью изучения  экологии  популяций  и сообществ является получение  знаний об их важнейших  характеристиках  и  свойствах, типах развития и других особенностях,  необходимых для решения конкретных хозяйственных и экономических задач.  Под сообществом или биоценозом понимается организованная группа популяций, растений, животных и микроорганизмов,  живущих совместно в одних и тех же условиях среды.  Биоценозы являются одним из двух основных частей экосистемы.

Каждая популяция характеризуется  своей пространственной структурой, распределением по возрасту и полу и поведенческими особенностями.

Пространственное (территориальное) единство входит в наиболее существенные признаки популяций.  Оно по-разному проявляется у  растений и животных,  да и в последней группе  может существенно различаться в зависимости  от  образа  жизни.  Для растительных  сообществ  характерна  четкая  связь с условиями обитания (прежде всего с климатическими и  даже  микроклиматическими факторами) и ярусное распределение совместно проживающих популяций.  Животные могут вести оседлый образ жизни и могут мигрировать на значительные расстояния.  Следует различать миграции, за счет которых поддерживается единство вида, и миграции, при которых практически вся популяция меняет место обитания. В первом случае место обитания  покидает  только  часть популяций, иногда незначительная (например,  у зайцев около 1% всех особей), а иногда существенная (например, у синиц до 66%). При другом варианте возможны ежедневные миграции с последующим возвращением на основное место обитания (например, у некоторых видов птиц),  миграции, совершаемые один раз в жизни, но с последующим возвращением (как у лосося и угря)  и  миграции  без возвращения (у некоторых видов бабочек). 

При оседлом образе жизни особи  могут равномерно распределяться по всему ареалу (области своего естественного распространения) - диффузные популяции;  при неравномерности пригодных для жизни участков характерно мозаичное распределение; для популяций с резкими колебаниями численности - пульсирующее.  Нередко выделяют ленточное распределение,  например,  у водных и околоводных речных популяций.

Возрастная структура или возрастной спектр популяции  зависит от генетической конституции организмов, их физиологических особенностей, условий обитания и т.д.

Для нормальных  популяций характерно наличие разных возрастов, для регрессивных - преимущественно старых, не способных к воспроизведении. У  насекомых  обычно наблюдаются последовательные генерации ряда поколений в течение одного года. 

 

7.Структура  популяций.

 

Типичные возрастные структуры  долгоживущих популяций представлены на рис. 1.2. Именно такие возрастные структуры характерны для человека и некоторых видов других животных (например, слонов).

 

 

Рис. 1.2. Возрастные структуры популяций

 

Этологическая структура  (от слова  этология - наука о поведении животных) прежде всего зависит  от  образа  и  условий жизни. При  одиночном  образе жизни в основе поведения особи - борьба за существование.  С другими представителями  популяции контакты возможны лишь в период размножения или,  например,  в местах совместной зимовки. При семейном образе жизни складываются родительские пары:  иногда только на время воспитания потомства (например,  у воробьев и уток),  а иногда на всю жизнь (у лебедей,  голубей и журавлей). Для ряда животных характерны групповые поселения - колонии с определенным  взаимодействием между их членами (у птиц, сусликов, барсуков и т.д.). Известны временные объединения рыб и  птиц  (стаи),  продолжительные  и  постоянные объединения  некоторых  животных - стада с их выраженными отношениями доминирования и  подчинения  (вожак  стаи, самки, молодняк и т.д.).

Наибольшей сложности этологическая  структура достигает  у общественных насекомых (пчел,  муравьев,  термитов, ос), когда наблюдается четкое распределение обязанностей и согласованная совместная деятельность  (например,  при построении термитника или муравейника).

Рассмотренные характеристики структуры  популяций вместе с условиями обитания определяют такие групповые особенности, как численность популяций,  плотность  их  распределения,  рождаемость, смертность,  темпы роста и др. У популяций разных видов

свой специфический характер изменений  выживаемости в зависимости от возраста и свои темпы эволюции.

От рождаемости зависит биотический потенциал сообществ,  т.е., то максимальное потомство, которое может дать одна особь (одна пара) в  год  или за свой  жизненный  цикл.  Для  одних видов характерна высокая смертность в начальный  период  жизни  (главным  образом,  при R-отборе), а для других - в пожилом возрасте (при K-отборе). Изменение условий жизни может привести  к другому характеру выживаемости и другому уровни биотического потенциала.

 

8.Динамика популяций, выживаемость.

 

Существенный интерес представляет плотность распределения популяции, оказывающая значительное влияние  на  жизнедеятельность и выживаемость. Уровень жизнедеятельности и выживаемости резко снижаются при минимальных и чрезмерно высоких  значениях плотности, а  сам  характер  зависимости  этих  показателей от плотности сходен с графиком рис.  1.1. Снижение выживаемости и жизнедеятельности при высокой плотности объясняется массовым эффектом, а при низкой - резким  уменьшением контактов  между особями.

Сообщества приспосабливаются к перечисленным факторам: создают запасы пищи, меняют уровень активности и т.д.

Логистическая функция   не  подходит  для  формализованного представления  динамики популяций с низкой плотностью,  в которых каждая особь играет собственную роль и более полно реализует свои способности.

С учетом  имеющихся  данных о  реальных вариантах динамики популяций, результатов  ее  математического  моделирования,  а также с  учетом  конкуренции  различных видов  из-за ресурсов и воздействий сверхсистем (в наше время такой сверхсистемой  для сообществ живых организмов является экономическая деятельность человека) можно выделить 4 основных  типа  эволюции  популяций (рис. 1.3).

Первый тип динамики  (рис. 1.3 а) относится к популяциям, полностью заполняющим свою эконишу,  второй тип (рис. 1.3 б) -к популяциям,  чья численность ограничена конкуренцией, эпизоотиями и т.д.,  т.е.  к популяциям, заполняющим реализованную эконишу. На рис. 1.3 в представлена периодическая популяция,численность которой в каждом периоде изменяется  в  сотни  раз (лемминги, саранча и другие виды грызунов и насекомых). В экологии колебания численности периодических  популяций  называют осиалляциями, а  изменения  под влиянием абиотических факторов (засух, наводнений и т.д.)- флуктуациями.