Курс лекций по "Экологии"

 

 

Мышей поместили в  две клетки: в первой была повышенная плотность, а во второй нормальное количество и комфортные условия. Эти клетки были соединены трубкой и сигнальные факторы, выделяющиеся у мышей в первой коробке, попадали по трубке во вторую коробку, и мыши там так же умирали.

Для поддержания длительного  существования популяции нужны определенные условия.

Главными факторами  устойчивости популяции являются:

- сохранение определенного  уровня разнообразия генов

- сохранение нормального соотношения возрастной, половой и экологической структуры

- сохранение эффективной  численности популяции

 

4. Эффект группы и эффект массы

Многие животные и растения обитают  в группах. Существование в группах зависит от плотности популяции. Эта зависимость проявляется в виде эффекта группы и эффекта массы.

Эффект  группы – влияние самой группы и числа особей в ней на разнообразные стороны жизни организма, принадлежащего к этой группе. Проявляется при тесном контакте органов чувств.

Эффект  массы возникает при переуплотнении популяции. Эффект массы не связан с восприятиями особями друг друга. Проявляется при ухудшении среды обитания. Плохо влияет на плодовитость, длительность жизни.

 

5. Экологические стратегии

Приспособление организмов направленно на выживание и оставление потомства.

В экологии выделяют экологические стратегии – комплекс признаков, направленных на приспособление оргазмов к окружающей среде. Это общая характеристика роста и размножения вида.

ЭС зависит от:

- врожденных особенностей вида

- условий окружающей среды

ЭС разнообразны, но в экологии выделяют 2 крайних типа:

r-стратегия – отбор на повышения скорости роста популяции (р – врожденная скорость роста). Проявляется в неблагоприятных условиях среды.

- высокая численность

- мелкие размеры особи

- быстрая половая зрелость

- короткая жизнь

- большое количество  мелких потомков

- отсутствие заботы  о потомках

- тенденция к расселению

 

k-стратегия – характерна для особей, живущих в благоприятной среде.

- низкая численность  популяции

- крупные размеры особи

- забота о потомках

- длинная жизнь

- медленное развитие

 

Лекция №3

(06.03.2010)

 

СИНЭКОЛОГИЯ

Тема: Экосистемы

 

1. Понятие и структура экосистемы

Одно из центральных понятий в экологии и синэкологии.

Сам термин ввел в науку в 1935 году английский биолог Тэнсли. С тех пор этот термин сильно укрепил в науке и вытеснил другие термины.

Экосистема - это тесно взаимодействующая совокупность живых организмов и окружающей их среды

Концепция экосистемы:

Живые организмы и  среда их обитания образуют единую систему, они находятся в тесном взаимодействии, и каждый из компонентов необходим для существования жизни на земле

Экосистема - это единый природный комплекс, любая экосистема состоит из двух блоков:

- биоценоз - совокупность всех живых организмов входящих в систему

- биотоп (экотоп) - компоненты неживой природы – место обитания

Биоценоз – активная часть экосистемы. Он совершает в системе работу – осуществляет круговорот веществ в экосистеме.

Биоценоз определяет границы экосистемы.

Большой вклад в советской науке в изучение наземных экосистем внес В.Н.Сукачев, в 1943 году ввел понятие биогеоценоз.

В настоящее время термин биогеоценоз (конкретная) является синонимом термина наземная экосистема (более общее понятие).  По Сукачеву в биогеоценоз обязательно должна входить почва.

Биоценоз состоит  из трех компонентов:

1. фитоценоз – растительное сообщество
2. зооценоз – животное сообщество
3. микробиоценоз – сообщество микроорганизмов

Компоненты биотопа

4. эдафотоп – почва
5. климатоп – климатические факторы
6. гидротоп – факторы водные

 

Топос – место

В различных экосистемах  может отсутствовать один из 6 элементов. Например, вода в подземной экосистеме.

 

2. Классификация экосистем

По природе:

- Природные (естественные) – леса озера и т.д. (сложные)

- Антропогенные (созданные человеком) – космические станции (простые)

- Природно-антропогенные – аграрные экосистемы: аквакультуры (простые)

По критерию сложности:

- Простые (природные)

- Сложные (антропогенные и природно-антропогенные)

По основной среде  жизни:

- Водные

- Наземно-воздушные

- Организм как среда жизни

Как любые системы  экосистемы могут образовывать системы  высшего ранга

По размеру экосистем (по размеру круговорота экосистем):

- Микро экосистемы (муравейники, аквариумы)

- Мезо экосистемы (поля, луга, леса, озера, реки - их границы хорошо видны в природе)

- Макро экосистемы = биом (с одним типом растительности – тундра, тайга, океан)

Все эти системы являются частью друг друга. И образуют биосферу земли.

 

3. Состав и функциональная структура экосистемы

 

Автотрофы - организмы, которые сами себя питают, сами создают для себя пищу, органическое вещество.

Хемосинтетики – выработка органического вещества за счет химической энергии.

Фотосинтетики – выработка органического вещества от солнца.

Органическое  вещество – пища для живых организмов.

Гетеротрофы пользуются органикой синтезируемой автотрофами.

Все что остается от ОВ передается консументам.

Фитофаги – растительноядные животные (насекомые, животные)

Зоофаги – плотоядные животные хищники

Паразиты – микробы, личинки, черви плоские ленточные

Симбиотрофы – взаимное сотрудничество с другими организмами

Детрит - мертвое органическое вещество на разных стадиях разложения

Детритофаги – извлекают энергию из детрита – личинки, черви

Консументы до конца  ов разложить не может – остаток переходит к редуцентам

Редуценты – завершают распад органического вещества до конца, минерализуют и раскладывают до воды и газа (H₂O+CO₂).

Функциональная структура экосистемы складывается из продуцентов, консументов  и редуцентов. Все выполняют свою строго определенную функцию.

.

4. Поведение энергии в экосистеме

Любая экологическая  система представляет собой открытую систему - происходит обмен вещества и энергии с окружающей средой.

Графическая модель экосистемы (по Одуму)

Все это работает по законам термодинамики:

- Энергия не появляется и не исчезает

- Энергия превращается в тело и т.д.

 

В виде источника энергии выступает  солнце. Энергия поступает в систему, совершает работу и выходит из экосистемы. В экосистему должна постоянно поступать энергия. Вещества выходящие из экологической системы поступают обратно на вход и регулируют работу экологической системы, т.е. совершает круговорот.

Принцип обратной отрицательной связи  – обязательный принцип функционирования систем (основы кибернетики).

 

Функционирование экосистемы обеспечивают следующие компоненты:

- Поток энергии

- Круговорот веществ

- Биоценоз

- Обратная отрицательная связь

 

5. Трофическая структура экосистемы

Трофический = пищевой

С трофической точки  зрения в экосистеме можно выделит  два яруса (уровня):

 

На автотрофном уровне синтезируются органические вещества -  живут фотосинтетики, и обеспечивают восходящую петлю круговорота - «зеленый пояс» Земли.

На гетеротрофном сложные органические вещества минерализуются – почва – «коричневый пояс» Земли.

 

Эти уровни разделены  во времени и в пространстве.

От солнца поступает мощный поток  энергии. Энергия поступает к  продуцентам. Продуценты ее используют на существование, и большая часть  рассеивается в виде тепла в окружающей среде. И так далее.

В итоге выходит очень малое количество вещества.

Кроме этого существует еще поток твердых веществ и газообразных веществ.

 

Все живые организмы на земле  дышат и все потребляют кислород. Выделяют кислород только продуценты и в большем количестве, чем  потребляют.

Выделяют углекислый газ все организмы, а потребляют только продуценты.

Эти отношения и составляют функциональную и трофическую структуру экосистемы.

 

Трофическая структура экосистемы образуется 3 уровнями трансформации энергии (продуценты, консументы и редуценты) и двумя круговоротами веществ (твердых и газообразных), а так же поток энергии от продуцентов к редуцентам  постепенно уменьшается: выход очень маленькое количество Е.

 

6. Пищевые цепи и трофические уровни

 

Пищевая цепь – перенос энергии пищи от ее источника через ряд организмов путем поедания одних другими

Каждое звено пищевой  цепи представлено каким-то одним конкретным видом организмов. При каждом переносе энергии по звеньям цепи, определенная часть энергии рассеивается в  окружающей среде.

Линдерман выяснил, что в среднем каждому последующему звену пищевой цепи достается 10% энергии (правило 10% , правило Линдермана), поэтому пищевые цепи достаточно короткие.

Энергия тратится на существование  самого организма, остальная часть  рассеивается в виде тепла.

 

Пищевые цепи можно  разделить на два типа:

- пастбищные (начинаются с зеленых растений – цепи выедания)

- хищников (при продвижении по цепи хищников размеры организмов их увеличиваются, а численность уменьшается – цепи разложения)

Чем больше хищников поедает друг друга, тем длиннее цепь.

Пастбищные  цепи делятся на:

     - Цепи хищников (размеры увеличиваются, численность уменьшается)

(Трава -> Антилопа -> Лев)

 

 

 

            - Цепи паразитов (размеры становятся меньше, а численность возрастает)

 

 

Удлинение пастбищной цепи происходит за счет хищников.

Детритные цепи – цепи разложения – начинаются с детрита

Консументами являются детритофаги (организмы живущие в верхних слоях почвы)

Пр:    Лесная подстилка –> Червь -> Дрозд -> Ястреб

          Труп жив. –> Личинка мух –> Лягушка –> Уж

 

Пищевые цепи друг от друга не изолированы, они переплетаются, один и тот  же организм может служить пищей  для организмов из другой цепи – пищевые сети. Это дает выгоду: при исчезновении одного вида модно перейти к другому

 

Трофической уровень – это группа организмов, которые получают энергию от ее источника (солнца, детрита) через одинаковое количество звеньев.

1 трофический  уровень - продуценты (Р)

2 трофический  уровень – фитофаги – консументы первого порядка - С1

3 трофический  уровень – консументы второго порядка – хищники – С2

4 трофический  уровень – хищники хищники – консументы 3 порядка – С3

 Обилие организмов  в этом ряду уменьшается, потому  что количество энергии от 1 уровня  ко 2 уменьшается. Наибольшее число  продуценты.

 

Лекция №4

(20.003.2010)

 

БИОСФЕРА

 

Bioz

Sphaira – шаг

1875 г. Э. Зюсс – ввел термин биосфера.

Биосфера - особая оболочка земли, населенная организмами.

Биосфера как область  распространения жизни на Земле  – 19 век Ж-Б. Ламарк.

20е годы 20 века Владимир Иванович Вернадский создал целостное учение о биосфере.

Живое вещество – все существующие в настоящее время организмы земли.

Биосфера – среда нашей жизни, та природа, которая нас окружает.

Биосфера – глобальная экосистема.

Биосфера – особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, с которой эти организмы взаимодействуют.

 

Границы биосферы.

Биосфера земли не образует сплошных границ с другими  сферами.

Глубина Марианской впадины  – 11032м

2, 3 - 5 км – почвенный слой.

Оз – озон – 3 мм.

Литосфера – твердая оболочка земли. Высокая плотность, на глубине повышается температура.

Стратосфера – озоновый слой – 3 мм.

 

Типы вещества в биосфере.

1. Живое вещество  - совокупность всех живых организмов земли. Живое вещество поглощает энергию солнца. Живое вещество состоит из:

- зеленые растения – 500 тыс. видов         93% видов живут на суше

- животные – 1,5 - 2 млн. видов                  7% видов живут в воде

На суше 99,87% биомассы вещества.

В океане 0,13%.

На суше: 99% - растения; 1% - животные, грибы, микробы

Своей деятельностью  живое вещество вызывает процесс  – биогенную миграцию атомов.

З-н  Вернадцкого:

«Все вещества, все элементы, все атомы в биосфере проходят через живое вещество».

 

2. Косное вещество – горные породы и минералы.

Именно оттуда живые  организмы забирают неживые организмы  и превращают их в живые.

3. Биокосное вещество – природная вода, почва, ил

Живое и косное связано  воедино.

4. Биогенное вещество – вещество, созданное жив. орг.
5. Рассеянное вещество – вещество, концентрация которого в земной коре не достигает больших величин.
6. Реактивное вещество
7. Космическое вещество