Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина
кафедра Экологии
Дисциплина «Экология и устойчивое развитие»
на 2013-2014 учебный год старший преподаватель к.т.н. Абсеитов Е.Т.
Лекция № 3-4 по теме: Экология организмов - аутэкология
План:
1. Уровни организации живых систем
2. Организм и его условия обитания
3. Экологические факторы и их классификация
4. Специфические особенности действия антропогенного фактора
5. Лимитирующие факторы. Закон мнимума Либиха. Закон толе-рантности Шелфорда.
6. Диапазон толерантности.
7. Стенобионтные и эврибионтные организмы
8. Экологическое значение основных абиотических факторов в жизнедеятельности организмов.
Жизнь наивысшая ступень организации материи. В настоящее время выделяют такие уровни организации живой материи:
• молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне функционирования биологических молекул биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.;
клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей развития всех живых организмов, обитающих на земле. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует;
тканевой. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции;
органный. Органы структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.
Экосистема изучает еще четыре уровня:
организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций;
популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования;
биогеоценотический. Биогеоценоз совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды их обитания;
биосферный. Биосфера система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.
Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней. Такое явление называют эмерджентностью наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.
Живым организмам присущ обмен веществ или метаболизм при которых происходит множество химических реакций. Примером таких реакций могут быть дыхание и фотосинтез.
Некоторые микроорганизмы, бактерии способны создавать органические соединения за счет других компонентов, что называется хемосинтезом.
Обмен веществ в организме происходит только с участием катализаторов ферментов. Каждая биохимическая реакция контролируется особым ферментом, который в свою очередь контролируется единичным геном. Изменение гена называется мутацией.
Ферментам помогают коферменты крупные молекулы, частью которых являются витамины, необходимые для обмена веществ всех организмов.
Для ряда метаболических процессов необходимы гормоны, вырабатываемые в различных органах. Гормоны осуществляют в любом организме общую химическую координацию метаболизма. Метаболические процессы, происходящие в организме от зарождения до конца жизни, называется онтогенезом.
Процессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии действием загрязнения среды и привести к появлению уродов или даже привести к гибели индивидов.
Современный онтогенез сложился в течение длительной эволюции - филогенеза. Термин был введен Э. Геккелем в 1866г. Наука филогенетика базируется на трех науках: морфологии, эмбриологии и палеонтологии.
Взаимосвязь между развитием живого и индивидуальным развитием организма в эволюционном плане Э. Геккель сформулировал в виде биогенетического закона: онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида.
Со времен Аристотеля организмы делятся на растения и животных.
По современной систематике выделяют ряд таксонов, наиболее крупные из которых бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства типы, классы и более мелкие таксоны группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций.
Большинство современных ученых выделяют таксоны более высокого ранга. К ним относятся прокариоты одноклеточные, доядерные (бактерии, включая архе - и цианобактерии ) и эукариоты одноклеточные и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро (остальные организмы).
Живой организм целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Организм является начальной основной единицей обмена веществ. Именно с организма и начинается цепочка взаимоотношений живой материи, ее нельзя прервать ни на одном уровне.
Среда комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Таким образом, среда это материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организм.
Различают: внешнюю (контакт с организмом необязателен), окружающую (то же, что и внешняя, но она находится в контакте с организмом), природную, абиотическую и биотическую среды. Термин «окружающая среда» требует определяющего дополнения: среда, окружающая кого? что? Поэтому более правильно говорить « окружающая живой организм среда».
Земной биотой освоены четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи выделяют дополнительно четвертую среду жизни сами живые организмы.
Лекция № 4
Экологические факторы это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.
Факторы среды имеют количественное выражение (рис. 2). По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма. Оптимум такое количество
ээкологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости. Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).
Абиотические факторы это совокупность факторов неорганической среды, влияющие на жизнь и распространение животных и растений. Они делятся на такие группы:
климатические (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление, снег);
геологические (землетрясения, извержение вулканов, движение ледников и др.)
орографические (рельеф, экспозиция местности);
физические (магнетизм, шум, теплопроводность, радиоактивность и др.);
химические (газовый состав, солевой состав среды) и
эдафические, или почвенно-грунтовые.
Эдафические факторы или почвенные это совокупность химических факторов и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, так и на корневую систему растений (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.).
Биотические факторы совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (микроклимат в лесу, в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т.п.) Существуют внутривидовые (гомотипические) и межвидовые (гетеротипиче-
ские) взаимоотношения. Гомотипические реакции это взаимодей- ствия между особями одного вида. Гетеротипические реакции это взаимо- действия между особями разного вида.
В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы делятся на четыре основные группы:
фитогенные это влияние растений на организм;
зоогенные влияние животных;
микогенные влияние грибов:
микробогенные влияние микроорганизмов.
Антропогенные факторы факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.). Факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными.
Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические ( температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).
Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно называются периодическими. К ним относятся и климатические и гидрографические факторы.
Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.
Адаптация (лат. «приспособление») приспособление организма к среде. Адаптация развивается под воздействием трех основных факторов изменчивости, наследственности и естественного отбора. Источником адаптации являются генетические изменения в организме мутации, возникающие как под влиянием естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм.
На историко-эволюционном пути развития на организмы действуют биотические и абиотические факторы в комплексе. Известны успешные и «безуспешные» адаптации.
Лимитирующие экологические факторы это такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью.
В середине XIX века немецкий агрохимик Ю. Либих установил закон минимума: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме.
Закон независимости факторов В.Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (Н2О) заменить действием СО2 или солнечного света.
Закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти 2 предела называются пределами толерантности. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур эвритермными («эври» - широкий).
Организмы по отношению к характеру воздействия другими лимитирующими факторами называют стенобионтами или эвробионтами.
Организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат. Тут возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже на видовом уровне.
Важным экологическим фактором является питание. Питанием называется процесс потребления энергии и вещества. Известны 2 способа питания: голофитный без захвата пищи (посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма) и голозойный посредством захвата пищи внутрь тела. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма. Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разноообразные химические превращения веществ в организме. Реакции синтеза сложных веществ, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма, или ассимиляции.
К основным зкологическим факторам относится температура, свет и вода.
а) температура. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная температуры. Все живые существа способны жить между 0 и 50°С. Отсюда вытекает общий закон биологической стойкости (по М.Ламотту): величина «оптимального интервала» характеризует величину стойкости организма, т.е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».
Все животные делятся на:
1) пойкилотермные (температура тела меняется с изменением температуры окружающей среды) пресмыкающиеся, насекомые и др.
2) гомойотермные (температура тела постоянная) это млекопитающие, птицы и человек.
У животных развита акклиматизация, также миграция в теплые края, зимовка впадение зимой в спячку. Насекомые зимой останавливаются в своем развитии (диапауза).
б) свет это первичный источник энергии. Существуют светолюбивые и тенелюбивые растения.
Фотопериодизм это реакции организма на сезонные изменения длины дня, всегда одинаковые в данном месте, в данное время. Развитие природы, благодаря фотопериодизму подчиняется биоклиматическому закону Хопкинса: сроки наступления различных природных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.
Периоически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений называются биологическими ритмами.
Биологические ритмы делят на экзогенные и эндогенные. Экзогенные (внешние) ритмы это реакция на периодические изменения среды. Эндогенные (внутренние) ритмы генерируются самим организмом. Ритмичными являются процессы синтеза ДНК,РНК и белков, работа ферментов, деление клеток, биение сердца, дыхание и т.д.
Эндогенные ритмы дают организму возможность ориентироваться во времени. Способность людей и животных чувствовать время суток называют «биологическими часами». Многие организмы обладают циркадными (околосуточными) ритмами и цирканными (окологодичными ритмами). Изучение биоритмов имеет большое значение при организации труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях.
в) вода. Вода необходима для всех живых организмов для обмена веществ и нормального функционирования организма в целом.
Контрольные вопросы:
1.Что такое живой организм?
2. Что такое окружающая человека среда?
3. Назовите уровни организации живой материи.
4. Объясните явление эмерджентности.
5. Что понимают под обменом веществ в живых организмах?
6. Что такое ферменты, витамины и гормоны?
7. Что такое онтогенез и филогенез?
8. Как читается биогенетический закон Э. Геккеля?
9. Что такое прокариоты и эукариоты?
10. Назовите основные среды обитания биоты.
11. Назовите основные экологические факторы
12. Что такое зона оптимума и зона пессимума?
13. Дайте определение экологической валентности.
14. Что такое адаптация организма?
15. Назовите лимитирующие экологические факторы.
16. Как читаются законы Ю. Либиха, В.Р.Вильямса и Ю.Шелфорда,
М.Ламотта и Хопкинса?
17. Что такое биологические ритмы? Назовите их виды.
Старший преподаватель к.т.н.
кафедры «Экологии» Абсеитов Е.Т.
PAGE 1