Організм і середовище

Міністерство праці та соціальної політики України

Кам’янець-Подільський планово-економічний технікум-інтернат

Лекція

з предмету "Основи екології"

на тему

"Організм і середовище"

Підготувала:

викладач основ екології Гапоненко Н.П.

План

1. Аутекологія - наука про екологічні фактори та їх класифікація

1.1 Екологічні фактори та їхній вплив на життєдіяльність організмів. (презентація)

1.1.1 Поняття про екологічні фактори

1.1.2 Класифікація екологічних факторів

2. Біотичні фактори

3. Динамічна класифікація екологічних факторів: стабільні та змінні фактори; фактори, що змінюються періодично та не періодично

4. Водні екосистеми

Підсумок

Література

1. Аутекологія - наука про екологічні фактори та їх класифікація

Екологічні дослідження, пов’язані з вивченням впливу екологічних факторів на існування і розвиток окремих видів організмів, взаємозв’язків організму з довкіллям, є предметом науки аутекології.

1.1 Екологічні фактори та їхній вплив на життєдіяльність організмів. (презентація) 1.1.1 Поняття про екологічні фактори

Екологічні фактори - всі складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть).

Можна виділити три групи екологічних факторів - абіотичні (неорганічні умови: хімічні й фізичні, такі, як склад повітря, води, ґрунтів, температура, світло, вологість, радіація, тиск тощо), біотичні (форми взаємодії між організмами - хазяїн - паразит) та антропогенні (форми діяльності людини).

Як уже зазначалось, безперервність життя на Землі забезпечується унікальною здатністю живих істот створювати і підтримувати внутрішнє середовище, здійснювати обмін речовин з навколишнім середовищем і передавати ці властивості за спадковістю своїм нащадкам.

Середовище - одне з основних екологічних понять, під ним ми розуміємо комплекс природних тіл і явищ, з якими організм знаходиться у прямих або опосередкованих зв'язках.

Внутрішнє середовище будь-якої істоти якісно відрізняється від зовнішнього середовища. Якісна самостійність внутрішнього середовища організму регулюється механізмами гомеостазу.

Гомеостаз організму - це стан внутрішньої динамічної рівноваги, який забезпечується взаємодією складних процесів регуляції і координації біохімічних реакцій за принципом зворотного зв'язку. Гомеостаз може здійснюватись тільки за певних умов навколишнього середовища: поза межами цих умов автономність організму порушується і він гине, а його внутрішнє середовище ототожнюється із зовнішнім. Сили, що діють з боку навколишнього середовища, називають факторами.

Організм як елементарна частинка живого світу в середовищі свого існування знаходиться під одночасним впливом кліматичних, біотичних факторів, які разом називаються екологічними.

Екологічний фактор - це будь-який елемент середовища, який здатний справляти прямий чи опосередкований вплив на живі організми, хоча б протягом однієї фази їхнього розвитку.

Фактори навколишнього середовища забезпечують існування в просторі та часі. Засвоєння і використання факторів здійснюється організмом через адаптації.

Адаптації - це пристосування або засоби, за допомогою яких організм здійснює взаємоконтакт з середовищем для підтримання гомеостазу і забезпечує безперервність існування в часі через потомство. Залежно від кількості й сили дії один і той самий фактор може мати протилежне значення для організму. Наприклад, як підвищення, так і зниження температури, до якого організм не може пристосуватися, призводить до його загибелі. Адаптивні можливості різних організмів розраховані на різне значення фактора. Так, більшість прісноводних риб гине, потрапивши в морську воду, а морські риби гинуть при зниженні солоності води.

Наявність того чи іншого фактора може бути життєво необхідною умовою для одних видів і не мати ніякого значення для інших. Наприклад, світло для зелених рослин - це джерело енергії, а для різних мешканців ґрунту - зайвий або й небезпечний фактор.

Залежно від сили дії того чи іншого фактора умови існування особин виду можуть бути оптимальними, неоптимальними або відповідати проміжному рівню.

Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

За екологічною валентністю організми поділяються на еврибіонтних з широкими пристосувальними можливостями (сірий пацюк, горобець, кімнатна муха) і стенобіонтних, які можуть існувати лише у відносно сталих умовах (байбак степовий, журавель степовий, качкодзьоб). Реакція організму і його адаптивні можливості відповідно до показників фактора залежать від поєднання дії різних факторів. Мряка та вітер при плюсовій температурі, мороз при ясній та тихій погоді сприймаються по-різному. У даному випадку реакція організму на температурний фактор залежить від супровідної дії вологості і вітру, тобто від спільної дії факторів.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може існувати, нормально розвиватись і давати потомство. Це явище називають законом мінімуму, або законом Лібіха, а фактор, дії якого недостатньо для нормального життя - лімітуючий Організми, як свідчать численні дослідження, не є рабами фізичних умов середовища. Вони пристосовуються самі і змінюють їх так, що можуть послабити лімітуючий вплив температури, світла, води та інших факторів. Такий вплив організмів дуже відчутний і ефективний на рівні угруповання. Зв'язок організму із середовищем має характер тривалий і нерозривний, і організм не може існувати поза середовищем. На Землі розрізняють чотири типи життєвого середовища: водне, наземне (повітряне), ґрунтове та тіло іншого організму.

1.1.2 Класифікація екологічних факторів

Екологічні фактори можуть бути об'єднані за природою їхнього походження або залежно від їхньої динаміки та дії на організм.

За характером походження розрізняють:

абіотичні фактори, котрі зумовлюються дією неживої природи і поділяються на кліматичні (температура, світло, сонячна радіація, вода, вітер, кислотність, солоність, вогонь, опади тощо), орографічні (рельєф, нахил схилу, експозиція) та геологічні.

біотичні - дія одних організмів на інші, включаючи всі взаємовідносини між ними.

антропогенні фактори - вплив на живу природу життєдіяльності людини.

Коротко розглянемо групи факторів, об'єднаних характером походження.

Абіотичні фактори: сонячна енергія, світло, температура, вологість, хімічний склад, орографія, едафічний фактор, течії, пожежі, фізичні поля тощо.

Абіотичні. Серед них особливо виділяється група кліматичних факторів. Дія багатьох абіотичних факторів, включаючи рельєф, вітер, тип ґрунту тощо виявляється опосередковано - через температуру і вологість. Внаслідок цього на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть суттєво відрізнятися від середніх для даного регіону в цілому. Температура і кількість опадів (дощу або снігу) визначають розташування на земній поверхні основних природних зон. Різноманітність природних комплексів часто визначається особливостями ґрунтів, від яких залежить надходження вологи. Один і той же фактор щодо різних організмів може відігравати різноманітну роль і завдяки цьому переміщуватися у класифікації з однією групи в іншу. Яскравим прикладом Цього явища може бути світло. Для рослин воно є джерелом енергії при фотосинтезі, для багатьох наземних тварин світло може бути основним фактором. Для ґрунтових організмів або "мешканців печер, як і для організмів, що живуть у глибинах морів, цей фактор не має значення, оскільки протягом всього життя ці організми не зустрічаються з його дією.

Абіотичні фактори діють на організм різними шляхами. У найпростішому випадку має місце прямий вплив. Так, сонячне проміння освітлює ящірку, яка лежить нерухомо, і тіло її нагрівається. З іншого боку, дуже часто екологічні фактори впливають на організм опосередковано, через безліч проміжних ланок. Наприклад, поєднання високої температури повітря з низькою вологістю і відсутністю дощів призводить до посухи, іноді це набуває катастрофічного характеру (вигоряє рослинність, травоїдні мігрують або гинуть).

2. Біотичні фактори

Біотичні фактори. Це форми впливу живих організмів один на одного. Основною формою такого впливу в більшості випадків є харчові зв'язки, на базі яких формуються складні ланцюги і ланки харчування. Крім харчових зв'язків, в угрупованнях рослинних і тваринних організмів виникають просторові зв'язки. Все це є підставою для формування біотичних комплексів. Виділяють різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими - від дуже сприятливих до різко негативних.

Важливим поняттям є ланцюг живлення - це взаємовідносини між організмами під час перенесення енергії їжи від джерела через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні.

Людина один з його щаблів, завдяки їй піраміда живлення стає все вищою і складнішою, зі значними масштабами і силою, коли як з вершини піраміди, так і з її проміжних сходинок та основи почали щезати цілі види, розриватися ланки зв'язку. Людина силоміць почала у надзвичайно короткі терміни змінювати піраміду для свого комфорту, по-хижацьки витрачаючи біологічний капітал. Це призвело до розростання екологічної кризи.

Слід зазначити, що у процесі кожного чергового перенесення енергії їжі з одного трофічного рівня на інший (вищий) більша частина (80-90%) потенціальної енергії губиться й переходить у теплоту. Ланцюги живлення поділяють на два типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини й далі - до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин) і детритні (ланцюги розкладу від детриту через мікроорганізми до детритофагів і їх споживачів - хижаків). Кількість ланок у трофічному ланцюзі звичайно не перевищує чотирьох-п'яти.

Останнім часом вважають, що краще вживати термін трофічна сітка, а не ланцюг, оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів, кожен із яких, у свою чергу, може бути їжею для кількох видів. Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Біомаса - це загальна маса особин одного виду, груп видів чи спільноти в цілому (рослини, тварини, мікроорганізми), яка припадає на одиницю поверхні (об'єму), місце проживання (в сирому чи сухому вигляді). Виражають біомасу в кілограмах на гектар, грамах на квадратний або кубічний метр чи в джоулях (одиницях енергії).

Найбільшу біомасу на суші серед гетеротрофів мають безхребетні та ґрунтові мікроорганізми (біомаса дощових червів може сягати 1000-1200 кг/га); близько 90% біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин, які за допомогою фотосинтезу - біосферного процесу - засвоюють вільну енергію та забезпечують існування всього живого. Початком біологічного кругообігу речовин є саме фотосинтез. Але механізм його залишається таємницею для вчених ще й нині. Є кілька гіпотез, що пояснюють механізм цього явища. Одна з останніх - фотовольтаїчна, яка належить Г. Комісарову.

Найбільшою є біомаса тропічних лісів (до 1700 т/га), а найменшою - тропічних і субтропічних пустель (близько 2,5 т/га). Біомаса лучних степів становить 250 ц/га (наземна), лісової смуги (Полісся) - до 3500-4000 (наземна) і 960 ц/га (підземна).

Наземні рослини за масою майже в 100 разів перевищують наземних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків.

Швидкість продукування біомаси на даній площі за одиницю часу називають біопродуктивністю. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, яку продукують консументи й організми, що розкладаються).

Первинна продуктивність материків становить близько 53 млрд т органічної речовини, Світового океану - до 30 млрд т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані - зона підйому збагачених фосфором і азотом глибинних вод біля материків у тропіках, а також материкові мілини холодних морів.

Підраховано, що нині щорічної біомаси планети, яку збирає людство, вже недостатньо для харчування населення Землі, а вся біосфера здатна прогодувати не більше 7-10 млрд чоловік (за іншими оцінками - 3-5 млрд). Тому найближчим часом слід припинити збіднення біосфери та підвищити її продуктивність не менше, ніж удвоє.

Протягом останніх десятиліть дедалі частіше вживається термін агроценоз.

Агроценози - молоді біоценози, що формуються в наш час, характеризуються видовою бідністю та одноманітністю й підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних і агрохімічних заходів. Це вторинні, видозмінені людиною біогеоценози (поля, городи, сади, підводні плантації мідій тощо).

У агроценозах регуляторні зв'язки дуже ослаблені, що призводить до різкого збільшення чисельності шкідників і збудників різних хвороб. Але агроценози дають людству до 90% продуктів харчування.

Агроценози - результат екстенсивного розорювання земель, суперіригацій і неграмотних меліорацій, активного випасу худоби, вирубування лісів, суперхімізації земель, а також тривалого вирощування тих самих культур на одних і тих самих полях. Вони існують порівняно з природними дуже нетривалий час (зернові агроценози - рік, садові - 30-40 років) і є наслідком антропогенного обміну речовин - дуже недосконалим екологічно, незамкненим, оскільки на вході цього обміну є природні ресурси, а на виході - агрохімічні, промислові та побутові відходи, які не повертаються на виробництво, не депонуються й не розкладаються, як це звичайно відбувається в біосфері мільйони років.

Важливим є також поняття біологічний малий і геологічний великий кругообіг речовин, а також кругообігу води, азоту, вуглекислого газу як найголовніших з екологічної точки зору компонентів атмосфери, а також кругообіги сірки, фосфору, вуглецю як найважливіших життєвих речовин біосфери.

Кругообіг речовин - це їхня багаторазова участь у природних процесах, що споконвічно відбуваються в геосферах. Велику роль у кругообігу речовин, а точніше - хімічних елементів, відіграють живі організми, на що вперше звернув увагу французький вчений Ж. Ламарк.

Дослідив це питання та сформулював основні закони біогеохімічного кругообігу В. Вернадський.

Малий, або біологічний (біотичний), кругообіг має місце в межах малих екосистем, великий (геологічний) - у межах планети, між океанами й континентами. Під час кругообігу відбувається колоподібна циркуляція речовин між повітрям, ґрунтом, водою, рослинами, тваринами та мікроорганізмами, коли мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять із навколишнього середовища до рослинних організмів, а від них, через ланцюги живлення у вигляді органічних речовин, - до тварин, далі через ланку редуцентів - знову в навколишнє середовище (ґрунти, води, повітря) у вигляді неорганічних речовин.

Кругообіги завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки, фосфору можуть відносно швидко саморегулюватися. Під час біологічного кругообігу відбуваються дуже характерні зміни енергії у процесі переходу з одного трофічного рівня на інший. У трофічний кругообіг екосистеми в середньому залучається близько 1% сонячної енергії, на наступні вищі трофічні рівні з нижчих переходить лише 10% засвоєної організмами енергії, а у вигляді тепла розсіюється в екосистемі 80-90%. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1%. Рослиноїдні тварини споживають близько ЗО% енергії, акумульованої рослинами, хижаки - до 10% накопиченої травоїдними рослинами (їх біомаси), тобто всього близько 0,001% сонячної енергії, що надходить на Землю.

Цей факт дозволив побудувати екологічні піраміди біомас, енергій, екосистем.

Кожна точка на нашій планеті є часткою екосистем. Кожне наше зітхнення, будь-яка з'їдена їжа, кожен ковток води пов'язують нас безпосередньо з біогеохімічними циклами екосистем.

Для всіх екосистем світу характерні два основних процеси, які є загальними: поглинання сонячної енергії та її проходження через екосистему у відповідності до другого закону енергії, а також накопичення й кругообіг живлячих речовин у біогеохімічних циклах.

Біогеохімічні цикли - це біогеохімічні кругообіги - обмін речовиною й енергією між різними компонентами біосфери, який зумовлений життєдіяльністю організмів і має циклічний характер. Цей термін введений В.І. Вернадським. У природі всі згадані цикли взаємозв'язані, а деякі з них (вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору, калію, кальцію та ін) є ключовими до розуміння еволюції й сучасного стану біосфери. Рушійними силами біогеохімічних циклів є потоки енергії Сонця та Космосу й енергії діяльності живої речовини (сукупності всіх організмів), які призводять до переміщення величезних мас хімічних елементів, акумулювання й перерозподілу енергії, накопиченої у процесі фотосинтезу.

Саме фотосинтез і циклічні кругообіги речовин створюють умови для організованості біосфери Землі і її нормального функціонування.

Екологічні піраміди - піраміди біомаси, чисел чи енергії, які відображають зменшення цих величин від продуцентів до редуцентів у вигляді масштабних пірамід. Тобто це - графічне зображення співвідношення між продуцентами, консументами (першого, другого, третього й т.д. порядку), вираженого в одиницях маси, числа істот чи величинах енергії.

Сукцесія - послідовна зміна біоценозів, які спадково виникають на одній і тій же території в результаті впливу природних факторів чи людини.

Результатом сукцесії є уповільнений розвиток нової спільноти - клімаксової.

Сукцесію поділяють на первинну (процес розвивається на ділянці, не займаній до того іншими живими істотами) і вторинну, коли відбувається зміна або знищення клімаксової спільноти. Фактори збурення сукцесії бувають зоогенні, пірогенні, катастрофічні, фітогенні, екзодинамічні та ін.

Зміна біоценозів в екосистемах закінчується встановленням відносно стійкого стану екосистем, що замінюють одна одну під впливом змін екологічних факторів. Цей стан називається клімакс (від грец. - клімакс - драбина).

Прогнозуючи зміни екологічних умов, можна передбачити й особливості клімактеральної фази, що важливо для аграрництва, лісівництва, садівництва.

Екополітика - сукупність методів контролю екологічних обмежень при соціально-економічному розвитку країни, регіону світу чи людства в цілому. Наприклад, введення міжнародних обмежень на випуск фреонів, знищення китів, вирубки лісів, вилов деяких видів риб та ін.

Антропогенні фактори зумовлені діяльністю людини, вплив її на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим. Користуючись знанням законів розвитку природи, людина свідомо виводить нові високопродуктивні сорти рослин, породи тварин, усуває шкідливі види, творить нові природні комплекси. Процес взаємодії людини з природою почався з моменту появи людини на Землі і весь час зростає.

У 1958 р. А.С. Мончадський запропонував класифікацію факторів за характером їхньої дії.

Гомотипові реакції: груповий ефект, масовий ефект, внутрішньовидова конкуренція. Гетеротипові реакції: нейтралізм, коменсалізм, протокооперація, мутуалізм, аменсалізм, паразитизм, хижацтво, міжвидова конкуренція.

Умовою існування й нормального функціонування будь-якої екосистеми є наявність усіх ланок трофічного ланцюга (тобто ланцюга живлення). В екосистемах мають місце такі явища, як коменсалізм, мутуалізм і нейтралізм - різні форми співіснування живих істот (симбіоз).

Кожен вид в екосистемі має своє функціональне місце - екологічну нішу, де він не конкурує з іншими видами за джерело енергії. Це фізичний простір, який займають організми кожного виду, з їхньою функціональною роллю в спільноті, розміщенням по відношенню до зовнішніх екологічних факторів, характером реакції на зміни останніх та морфоструктурним пристосуванням.

Розглянемо ці явища.

Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних, можуть існувати такі види зв'язків:

конкуренція - боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір; боротьба тим жорстокіша, чим більш споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують;

мутуалізм - представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному, наприклад комахи, збираючи нектар, запилюють квіти; мурашки, опікаючи попелиць, живляться їхніми солодкими виділеннями;

коменсалізм - коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому, наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул (мутуалізм і коменсалізм називають ще симбіозом);

нейтралізм - коли співжиття організмів не дає їм ні позитивних, ні негативних наслідків.

паразитизм - одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів, наприклад, кліщі, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо;

хижацтво - одні організми вбивають інших і живляться ними.

алелопатія - одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших, наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час "цвітіння" води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин.

3. Динамічна класифікація екологічних факторів: стабільні та змінні фактори; фактори, що змінюються періодично та не періодично

Екосистемні фактори можуть бути стійкими, з характерними особливостями протягом довгого періоду, й короткочасними (тимчасові водойми). Для кожної системи характерний певний видовий склад, чисельність організмів, біомаса, відповідність певних трофічних груп, інтенсивність процесів продукування й деструкції органічних речовин.

Останнім часом у зв'язку з освоєнням Космосу почали створювати штучні екосистеми (в космічних кораблях, спеціальних лабораторіях). Усьому світові став відомий дуже цікавий і складний експеримент - створення штучної екосистеми ("мікробіосфери") американцями Дж. Алленом і М. Нельсоном у 1991 р. в штаті Арізона ("Арізонські мильні бульбашки").

Стабільні фактори - ті, що не змінюються протягом тривалого часу (земне тяжіння, сонячна стала, склад атмосфери та інші). Вони зумовлюють загальні пристосувальні властивості організмів, визначають належність їх до мешканців певного середовища планети Земля.

Змінні фактори, які, у свою чергу, поділяються на закономірно змінні та випадково змінні. До закономірно змінних належить періодичність добових і сезонних змін. Ці фактори зумовлюють певну циклічність у житті організмів (міграції, сплячку, добову активність та інші періодичні явища і життєві ритми). Випадково змінні фактори об'єднують біотичні, абіотичні та антропогенні фактори, дія яких повторюється без певної періодичності (коливання температури, дощ, вітер, град, епідемії, вплив хижаків та інші).