Раздел 5

биогеоценотический и биосферный уровни

организации живого

Тема 56.

Экология как наука. Среда обитания. Факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организмы

1. Основные вопросы теории

Экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой. (Э. Геккель, 1866 г.)

Среда обитания – все условия живой и неживой природы, при которых существуют организмы и которые прямо или косвенно на них влияют.

Отдельными элементами среды являются экологические факторы:

абиотические

биотические

антропогенные

физико-хими-ческие, неорганические, факторы неживой природы: t , свет, вода, воздух, ветер, соленость, плотность, ионизирующее излучение.

влияние организмов или сообществ.

деятельность человека

прямая

косвенная

– промысел;

– строительство плотин.

– загрязнение;

– уничтожение кормовых угодий.

По периодичности действия – факторы, действующие

строго периодично.

без строгой периодичности.

По направленности действия

факторы направленного

действия

факторы неопределенного действия

– потепление;

– похолодание;

– заболачивание.

– антропогенные;

– загрязняющие вещества.

Адаптация организмов к факторам среды


Организмы легче адаптируются к факторам, действующим строго периодично и направленно . Адаптационность к ним наследственно обусловлена.

Трудна адаптация организмов к нерегулярно-периодическим факторам, к факторам неопределенного действия. В этом специфика и антиэкологичность антропогенных факторов.

Общие закономерности

действия факторов среды на организмы

Правило оптимума .

Для экосистемы, организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения экологического фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно.

Правило взаимодействующих факторов .

Одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Однако каждый из экологических факторов незаменим.

Правило лимитирующих факторов .

Фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и ограничивает возможность проявления силы действия других факторов (в т. ч. находящихся в оптимуме).

Лимитирующий фактор – жизненно важный фактор среды (вблизи критических точек), при отсутствии которого жизнь становится невозможной. Обусловливает границы распространения видов.

Ограничивающий фактор – фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма.

Абиотические факторы

Солнечное излучение .

Биологическое действие света обусловлено интенсивностью, периодичностью, спектральным составом:

Экологические группы растений

по требованию к интенсивности освещения

Световой режим приводит к возникновению многоярусности и мозаичности растительного покрова.

Фотопериодизм – реакция организма на продолжительность светового дня, выражающаяся изменением физиологических процессов. С фотопериодизмом связаны сезонные и суточные ритмы.

Температура .

N : от –40 до +400С (в ср.: +15–300С).

Классификация животных по форме терморегуляции

Механизмы адаптации к температуре

Физический

Химический

Поведенческий

регулирование теплоотдачи (кожные покровы, жировые отложения, потоотделение у животных, транспирация у растений).

регулирование теплопродукции (интенсивный обмен веществ).

выбор предпочтительных положений (солнечные/затененные места, укрытия).

Адаптация к t осуществляется через размеры и форму тела.

Правило Бергмана : при продвижении на север средние размеры тела в популяциях теплокровных животных увеличиваются.

Правило Аллена : у животных одного вида размеры выступающих частей тела (конечности, хвост, уши) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.


Правило Глогера: виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла.

Приспособления организмов к колебаниям t среды

Правило предварения : южные виды растений на севере встречаются на хорошо прогреваемых южных склонах, а северные виды у южных границ ареала – на прохладных северных склонах.

Миграция – переселение в более благоприятные условия.

Оцепенение – резкое снижение всех физиологических функций, неподвижность, прекращение питания (насекомые, рыбы, земноводные при t от 00 до +100С).

Спячка – понижение интенсивности обмена веществ, поддерживающегося за счет запасов жира, накопленных ранее.

Анабиоз – временная обратимая остановка жизнедеятельности.

Влажность .

Механизмы регулирования водного баланса

Морфологический

Физиологический

Поведенческий

через форму тела и покровы, через испарение и органы выделения.

посредством высвобождения метаболической воды из жиров, белков, углеводов в результате окисления.

через выбор предпочтительных положений в пространстве.

Экологические группы растений по требованию к влажности

Гидрофиты

Гигрофиты

Мезофиты

Ксерофиты

наземно-водные растения, погруженные в воду только нижними частями (тростник).

наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности (тропические травы).

растения мест со средним увлажнением (растения умеренной зоны, культурные растения).

растения мест с недостаточным увлажнением (растения степей, пустынь).

Соленость .

Галофиты – организмы, предпочитающие избыток солей.

Воздух : N 2 – 78%, О2 – 21%, СО2 – 0,03%.

N 2 : усваивается клубеньковыми бактериями, в виде нитратов и нитритов поглощается растениями. Повышает засухоустойчивость растений. При подводном погружении человека N 2 растворяется в крови, а при резком подъеме выделяется в виде пузырьков – кессонная болезнь .

О2:

СО2: участие в фотосинтезе, продукт дыхания животных и растений.

Давление .

N : 720–740 мм рт. ст.

При подъеме: парциальное давление О2↓ → гипоксия, анемия (увеличение количества эритроцитов на единицу V крови и содержание Нв ).

На глубине: парциальное давление О2 → повышается растворимость газов в крови → гипероксия.

Ветер .

Размножение, расселение, перенос пыльцы, спор, семян, плодов.

Биотические факторы

1. Симбиоз – полезное сожительство, приносящее пользу хотя бы одному:

а) мутуализм

обоюдовыгодное, обязательное

клубеньковые бактерии и бобовые растения, микориза, лишайники.

б) протокооперация

взаимовыгодное, но необязательное

копытные и воловьи птицы, актиния и рак-отшельник.

в) комменсализм (нахлебничество)

один организм использует другой как жилище и источник питания

бактерии ЖКТ, львы и гиены, животные – распространители плодов и семян.

г) синойкия

(квартирантство)

особь одного вида использует особь другого вида только как жилище

горчак и моллюск, насекомые – норы грызунов.

2. Нейтрализм – сожительство видов на одной территории, которое не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий.

лоси – белки.

3. Антибиоз – сожительство видов, приносящее вред.

а) конкуренция

– –

саранча – грызуны – травоядные;

сорняки – культурные растения.

б) хищничество

+ –

волки, орлы, крокодилы, инфузория-туфелька, растения-хищники, каннибализм.

+ –

вши, аскарида, цепень.

г) аменсализм

(аллелопатия)

0 –

особи одного вида, выделяя вещества, угнетают особей других видов: антибиотики , фитонциды.

Межвидовые отношения

Трофические

Топические

Форические

Фабрические

связи

Пищевые.

Создание одним видом среды для другого.

Один вид распространяет другой.

Один вид строит сооружения, используя мертвые остатки.

Среды жизни

Среда жизни – совокупность условий, обеспечивающих жизнь организма.

1. Водная среда

однородна, мало изменчива, стабильна, колебания t – 500, плотная.

lim факторы:

О2, свет, ρ, солевой режим, υ течения.

Гидробионты:

планктон – свободно парящие,

нектон – активно передвигающиеся,

бентос – обитатели дна,

пелагос – обитатели водной толщи,

нейстон – обитатели верхней пленки.

2. Наземно-воздушная среда

сложная, разнообразная, требует высокого уровня организации, низкая ρ, большие колебания t (1000), высокая подвижность атмосферы.

lim факторы:

t и влажность , интенсивность света, климатические условия.

Аэробионты

3. Почвенная среда

сочетает свойства водной и наземно-воздушной сред, колебания t невелики, высокая плотность.

lim факторы:

t (мерзлота), влажность (засуха, болото), кислород.

Геобионты,

эдафобионты

4. Организменная среда

обилие пищи, стабильность условий, защищенность от неблагоприятных воздействий.

lim факторы:

симбионты

Конспект по экологии

В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к организмам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие.

Правило оптимума . В соответствии с этим правилом для организма или определённой стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность организма. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование организма уже невозможно.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толерация – терпение). Организмы с широкой амплитудой устойчивости относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий, биос – жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос – узкий). Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если существуют в условиях всего спектра факторов с оптимальными значениями.

Правило взаимодействия факторов . Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений – компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов . Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек), отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов, их ареалы. От них зависит продуктивность организмов.

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания и т.п.).

Общие закономерности действия факторов среды на организмы

Общее количество экологических факторов, воздействующих на организм или на биоценоз, огромно, некоторые из них хорошо известны и понятны, например температура воды и воздуха действие других, например изменения силы гравитации - только недавно стало изучаться. Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выделить ряд закономерностей.

Закон оптимума (толерантности)

Согласно этому закону, впервые сформулированному В. Шелфордом, для биоценоза, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов (греч. эури – широкий; биос – жизнь).

Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос - узкий).

Виды, способные существовать в широком диапазоне температур, называются эвритермными , а те, которые способны жить только в узком интервале температурных значений, - стенотермными .

Возможность обитать в условиях с различной соленостью воды называется эвригалинностью , на различных глубинах - эврибатностью , в местах с различной влажностью почвы - эвригигричностью и т.д. Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если весь спектр факторов имеет для них оптимальные значения.

Неоднозначность действия факторов среды на разные функции организма

Каждый фактор среды неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться угнетением для других. Например, температура воздуха от + 40 до + 45 °С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но при этом тормозит двигательную активность, что в конечном итоге приводит к тепловому оцепенению. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, оказывается неблагоприятной для икрометания.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды времени организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и др.), всегда согласован с сезонными изменениями совокупности факторов среды. При этом подвижные организмы могут менять места своего обитания для успешной реализации всех потребностей своей жизни.

Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды

Способность к выносливости, критические точки, зоны оптимума и нормальной жизнедеятельности достаточно часто меняются на протяжении жизненного цикла особей. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами, так и возрастными, половыми и физиологическими различиями. Например, взрослые особи пресноводных карповых и окунеобразных видов рыб, такие как карп, судак европейский обыкновенный и др. вполне способны обитать в воде заливов внутренних морей с соленостью до 5-7 г/л, но их нерестилища располагаются только в сильно опресненных районах, около устьев рек, потому что икра этих рыб может нормально развиваться при солености воды не более 2 г/л. Личинки крабов не могут жить в пресной воде, но взрослые особи встречаются в устьевой зоне рек, где обилие выносимого речным потоком органического материала создает хорошую кормовую базу. У бабочки мельничной огневки - одного из опасных вредителей муки и зерновых продуктов - критическая для жизни минимальная температура для гусениц -7 °С, для взрослых форм -22 °С, а для яиц -27 °С. Понижение температуры воздуха до -10 °С смертельно для гусениц, но не опасно для взрослых форм и яиц данного вида. Таким образом, экологическая толерантность, свойственная для вида в целом, оказывается более широкой, чем толерантность каждой отдельной особи на данном этапе ее развития.

Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам среды

Степень выносливости организма к какому-то отдельному фактору не означает наличие аналогичной толерантности по отношению к другому фактору. Виды, способные существовать в широком диапазоне температурных условий, могут оказаться не в состоянии выдерживать значительные колебания солености воды или влажности почвенной среды. Иными словами, эвритермные виды могут быть стеногалинными или стеногигрическими. Набор экологических толерантностей (чувствительностей) к различным факторам среды называется экологическим спектром вида.

Взаимодействие экологических факторов

Зона оптимума и пределы выносливости по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании воздействуют одновременно другие факторы. Одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха. Увядание растения можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшая тем самым испарение. Недостаток света для фотосинтеза растений можно компенсировать повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т. п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы. Полное отсутствие света приведет к скорой гибели растение, даже если влажность почвы и количество в ней всех питательных веществ оптимальны. Совместное действие нескольких факторов, при котором эффект их воздействия взаимно усиливается, называется синергизмом . Синергизм четко проявляется в комбинациях тяжелых металлов (меди и цинка, меди и кадмия, никеля и цинка, кадмия и ртути, никеля и хрома), а также аммиака и медй, синтетических поверхностно активных веществ. При совокупном воздействии пар данных веществ их токсический эффект значительно возрастает. Вследствие этого см:еси даже небольших концентраций этих веществ могут оказаться смертельными для многих организмов. Примером синергизма может являться также повышенная угроза замерзания при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

В противоположность синергизму можно выделить определенные факторы, воздействие которых снижает мощность результирующего эффекта воздействия. Токсичность солей цинка и свинца снижается в присутствии соединений кальция, а синильной кислоты - в присутствии окиси и закиси железа. Такое явление носит название антогонизм . При этом зная, какое именно вещество оказывает антагонистическое воздействие на данный загрязнитель, можно добиться значительного снижения его негативного воздействия.

Правило лимитирующих факторов среды и закон минимума

Сущность правила лимитирующих факторов среды заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Например, если в почве имеются в достатке все, кроме одного, необходимого для растения химического или физического фактора среды, то рост и развитие растения будет зависеть именно от величины этого фактора. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов (популяций), их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Правило лимитирующих факторов среды позволило прийти к обоснованию так называемого «закона минимума». Предполагается, что впервые закон минимума сформулировал немецкий агроном Ю. Либих в 1840 г. Согласно данному закону, результат воздействия совокупности экологических факторов на урожайность сельскохозяйственных культур зависит прежде всего не от тех элементов среды, которые присутствуют обычно в достаточном количестве, а от тех, для которых свойственны минимальные концентрации (бор, медь, железо, магний и др.). Например, дефицит бора резко снижает засухоустойчивость растений.

В современной трактовке этот закон звучит следующим образом: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. То есть жизненные возможности организма лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимому для данного организма минимуму. Дальнейшее снижение этих факторов ведет к гибели организма.

Адаптационные возможности организмов

К настоящему времени организмы освоили четыре основные среды своего обитания, которые значительно различаются по физико-химическим условиям. Это водная, наземно-воздушная, почвенная среда, а также та среда, которой являются сами живые организмы. Кроме того, живые организмы обнаружены в слоях органических и органо-минеральных веществ, расположенных глубоко под землей, в грунтовых и артезианских водах. Так, специфические бактерии найдены в нефти, залегающей на глубинах более 1 км. Таким образом, Сфера жизни включает не только почвенный слой, но может при наличии благоприятных условий распространяться значительно глубже в земную кору. При этом основным сдерживающим проникновение в глубь Земли фактором выступает, по-видимому, температура среды, которая повышается по мере возрастания глубины от поверхности почвы. Считается, при температуре более 100 °С активная жизнь невозможна.

Приспособления организмов к факторам среды, в которой они обитают, носят название адаптаций . Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание. Способность к адаптациям может считаться одним из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает возможность организмам выживать и устойчиво размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и целых экологических систем.

Основными типами адаптаций на уровне организма являются следующие:

· биохимические - они проявляются во внутриклеточных процессах, могут касаться изменения работы ферментов или их общего количества;

· физиологические - например, усиление частоты дыхания и сердечного ритма при интенсивном движении, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

· морфоанатомические - особенности строения и формы тела, связанные с образом и средой жизни;

· поведенческие - например, строительство некоторыми видами гнезд и нор;

· онтогенетические - ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Организмы легче всего адаптируются к тем экологическим факторам, которые четко, устойчиво изменяются.

Лекция 14.

Воздействие среды обитания на биоту.

1.Факторы среды.

2.Общие закономерности их действия на живые организмы.

Факторы среды. Общие закономерности их действия на живые организмы.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области синэкологии.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, антропогенную деятельность следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. Значение антропогенного влияния на живой мир планеты продолжает стремительно возрастать.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. л.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1.Закон оптимума . Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью (диапазоном толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30° до -55°С), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23° до 29°С). Появление в эволюции узких диапазонов толерантности можно рассматривать как форму специализации, в результате которой большая эффективность достигается в ущерб адаптивности и в сообществе увеличивается разнообразие.

Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной - для другого и вы­ходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к назва­нию фактора приставки "эври". Эвритермные виды - выносящие значительные колебания температуры, эврибатные - широкий диа­пазон давления, эвригалинные - разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется пристав­кой "стено" - стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабли­ваться к разной экологической обстановке - эврибионтными.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Каж­дый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от 40° до 45°С у холоднокров­ных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура во­ды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит в другом темпера­турном интервале.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды орга­низм осуществляет преимущественно те или иные функции (пи­тание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осу­ществления всех своих жизненных функций.

Период размножения является обычно критическим; в этот период многие факторы среды часто становятся лимитирующими. Пределы толерантности для размножающихся особей, семян, яиц, эмбрионов, проростков и личинок обычно уже, чем для неразмножающихся взрослых растений или животных. Так, взрослый кипа­рис может расти и на сухом нагорье и погруженным в воду, но размножается он только там, где есть влажная, но не заливаемая почва для развития проростков. Многие морские животные могут переносить солоноватую или пресную воду с высоким содержанием хлоридов, поэтому они часто заходят в реки вверх по течению. Но их личинки не могут жить в таких водах, так что вид не может размножаться в реке и не обосновывается здесь постоянно.

3. Изменчивость, вариабельность и разнообразие ответных ре­акций на действие факторов среды у отдельных особей вида.

Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта измен­чивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки - одного из вредителей муки и зерновых продуктов - критическая минимальная темпера­тура для гусениц -7°С, для взрослых форм -22°С, а для яиц -27°С. Мороз в 10°С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно независимым путем. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Эколо­гические валентности вида по отношению к разным факторам мо­гут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное много­образие адаптаций в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологиче­ский спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

6. Взаимодействие факторов.

Оптимальная зона и пределы вы­носливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила назва­ние взаимодействия факторов. Например, жару легче перено­сить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания зна­чительно выше при морозе с силь­ным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. На­оборот, один и тот же экологиче­ский результат может быть по­лучен разными путями. Например, увядание растений можно при­остановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Со­здается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания дру­гих условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нель­зя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещен­ностью.

7. Правило ограничивающих (лимитирующих) факторов. Факторы среды, наибо­лее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможность существования вида в данных условиях. Если хотя бы один из эко­логических факторов приближается или выходит за пределы кри­тических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание осталь­ных условий, особям грозит гибель. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жиз­ни вида или отдельных его представителей в каждый конкретный отрезок времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение факто­ром могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылите­лей для растений.

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном геог­рафическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической ва­лентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.

8. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма . Вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид живого возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ней и дальнейшее его существование возможно лишь в ней или близкой среде. Резкое и быстрое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям.

Подробная разработка урока экологии, где учащиеся закрепляют понятия об экологических факторах и их классификацию. Изучается влияние этих факторов на живые организмы; дается понятие основных законов экологии; оптимума, пессимума и ограничивающего фактора и их значения; закрепляются понятия - популяция, экосистема, биосфера. Данный урок может быть использован для обучающихся первых курсов технических специальностей среднего профессионального образования.

Скачать:


Предварительный просмотр:

Тема урока: Среда обитания и факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организм. Популяция. Экосистема. Биосфера.

Цели урока:

1 ) образовательные : изучить экологические факторы и их классификацию; рассмотреть влияние этих факторов на живые организмы; ознакомиться с законами оптимума и ограничивающего фактора и их значением; закрепить понятия - популяция, экосистема, биосфера;

2) развивающие: способствовать развитию речи, навыков самостоятельной работы, коммуникативных способностей учащихся;

3) воспитательные: воспитывать у обучащихся понимание практической значимости экологических знаний.

Тип урока: комбинированный

Формы работы: индивидуальная, групповая, фронтальная.

Оборудование: презентация, задания для самостоятельной работы, дидактический мате-риал, схемы, таблицы.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие учащихся.

Настрой учащихся на работу.

II. Актуализация опорных знаний. Проверка усвоенных знаний.

1.Фронтальный опрос по вопросам:

Что изучает экология?

Назовите задачи экологии?

2. Индивидуальный опрос.

История развития экологии.

Разделы экологии.

Значение экологии.

3. Проверка и оценивание схем « Значение экологии в жизни человека и в освоении строительных специальностей».

4. Решение экологических задач.

а) Буквальное исполнение лозунга "Превратим Землю в цветущий сад!" опасно с экологической точки зрения. Почему? Может ли оно привести к гибели биосферу или отдельные экосистемы? Какие экосистемы пострадают от воплощения такого лозунга?

Ответ: Реализация такой "мечты" несет гибель степям, пустыне, тундре да и биосфере в целом, ибо цветущий сад - это уничтожение видового разнообразия на планете.

б) Множество растений в нашей стране – пришельцы из других мест, нередко даже с других континентов. Деревья и травы из Америки у нас не редкость, но это касается не только овощных растений и деревьев для озеленения, но растений вполне безразличных для человека. Не было ему смысла завозить семена этих поселенцев, а вот куда не глянь, они растут, можно встретить дурнишник калифорнийский, мелколепестник канадский, щирицу – это американские виды. Да и по Америке распространился наш подорожник. Как попадают на другие континенты такие растения, как они там распространяются?

Ответ: С кусочками почвы семена прилипают к обуви, одежде путешественников, с зерном, в щелях теплоходов, самолетов.

III. Мотивация учебной деятельности. Изучение нового материала.

1.Объяснение учителя с элементами беседы.

а) Среда обитания живых организмов.

- Что называется средой обитания?

- Какие есть среды обитания? Приведите примеры организмов, заселяющих данные среды жизни.

б) Экологические факторы.

Могут ли живые организмы существовать обособленно, без окружающей среды?

Действительно, животные и растения, грибы и бактерии существуют не сами по себе, а в тесном взаимодействии друг с другом и с окружающей средой.

Компоненты или условия среды, которые прямо или косвенно воздействуют на организ-мы называются экологическими факторами.

- Сейчас я прочитаю стихотворение, а вы попробуйте определить на какие группы их можно разделить (три группы).

Небо светло-голубое,

Солнце светит золотое,

Ветер листьями играет,

Тучи в небе проплывают.

Цветы, деревья и трава,

Горы, воздух и листва,

Птицы, звери и леса,

Гром, туманы и роса,

Человек и время года –

Это - факторы природы.

Ответ: абиотические, биотические и антропогенные.

2. Поисковая беседа (схемы на столах).

На любой организм оказывают влияние экологические факторы среды.

Вспомните из курса биологии, какие виды экологических факторов знаете?

1.Абиотические факторы - факторы неживой природы (вода, температура, воздух, климат, рельеф, почва).

2.Биотические факторы - факторы живой природы (все типы взаимоотношений живых организмов).

3.Антропогенный фактор - влияние деятельности человека на природу, может быть положительным и отрицательным (приведите примеры).

Экологические факторы действуют не по отдельности, а во взаимосвязи.

Биотические факторы – совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других.

Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организма-ми на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.

Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными ви-дами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными.

Соответственно, обозначим характер воздействия +, – или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:

00 нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);

0 комменсализм – один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);

–0 амменсализм – один вид испытывает угнетение роста и размножения от другого (све-толюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это без-различно);

Симбиоз – взаимовыгодные отношения (актиния и рак-отшельник);

Мутуализм – виды не могут существовать друг без друга (инжир и опыляющие его пче-лы; лишайник);

++ протокооперация – совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания (опыление пчелами разных луговых растений);

Конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие (растения конкурируют между собой за свет и влагу);

+ – хищничество – хищный вид питается своей жертвой (щука и карась);

Другие экологические факторы и термины экологии.

Большинство экологических факторов постоянно изменяются во времени и пространстве, причём эта изменчивость может быть регулярной, периодической (например, смена суточ-ной освещённости, сезонные изменения температуры, приливы и отливы, уменьшение количества кислорода при подъёме в гору и др.) или нерегулярной (изменения погоды, наводнения, лесной пожар).

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов и характера их воздействия на организмы, можно выявить ряд общих закономерностей.

Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором.

Лимитирующий фактор (ограничивающий) – экологический фактор, выходящий за пределы максимума или минимума, снижающий жизнедеятельность организмов. Впервые на существование ограничивающих или лимитирующих, факторов обратил внимание немецкий химик Ю.Либих.

Почему зимой в водоемах происходит замор рыбы, почему карпы не живут в океане, почему после дождя на поверхности земли появляются черви.

Ответ (заморы рыб зимой в водоемах вызваны нехваткой кислорода, карпы не живут в океане (соленая вода), миграцию почвенных червей вызывает избыток влаги и недостаток кислорода).

Для форели ограничивающим фактором является количество кислорода (норма: 2мг на 1л воды).

Закон Либиха - лимитирующих (ограничивающих) факторов звучит следующим образом: фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организмы даже в случае оптимальных сочетаний других факторов.

Оптимальный фактор, или оптимум.

Для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание факторов, оптималь-ное для его роста, развития и размножения. Оптимум, или оптимальный фактор – это наилучшее сочетание всех условий.

Закон толерантности или диапазон устойчивости (закон Шелфорда). В 1913 году В. Шелфорд сформулировал закон толерантности: толерантность - способность орга-низмов выносить отклонения экологических факторов от оптимальных для себя (лат. «толеранция» - терпение).

Организмы плохо реагируют как на недостаток, так и на избыток действия экологического фактора. Диапазон между максимумом и минимумом и составляет пределы толерантности организма. Если фактор выходит за пределы толерантности, организм погибает.

Пессимум – наихудшее сочетание всех условий.

В экологии существуют следующие основные понятия: вид, популяция, биоценоз, биогео-ценоз, или экосистема, биосфера.

Вспомните определения этих терминов с курса биологии.

Популя́ция (от лат. Populatio-население) - это совокупность организмов одного вида , длительное время обитающих на одной территории и относительно изолированных от других особей этого вида.

Экосисте́ма - биологическая система (биогеоценоз ), состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз ) и среды их обитания (биотоп ).

Основным ключевым понятием в экологии является термин «экосистема», который был предложен английским учёным А. Тенсли (1935год) или «биогеоценоз», предложенный русским ученым В.Сукачевым (1942 год).

Биосфе́ра (от греч. «биос»-жизнь и «сфера»- шар) - геологическая оболочка Земли , заселённая живыми организмами , находящаяся под их воздействием, или совокупность всех экосистем планеты Земля.

IV. Закрепление изученного.

  1. Работа по таблицам.

а) Распределите животных соответственно их среде обитания.

Животное

Наземно-воздушная

Водная

Почва

Другие организмы

Акула белая

Лягушка травяная

Крот обыкновенный

Аскарида человеческая

Рак речной

Морская звезда

Амёба дизентерийная

Дождевой червь

Утка кряква

Дождевой червь

Нематода свекловичная

4. Свет.

5. Распашка земель.

6. Солёность.

7. Волк в лесу.

8. Свиной цепень в организме.

9. Загрязнение воды нефтепродуктами.

10.Блохи в шерсти животных.

11.Выхлопные газы автомобилей.

12. Захоронение радиоактивных отходов в почве.

2. Беседа по вопросам.

- Что вы узнали нового на уроке?

Чему научились, изучая основы экологии?

Где можно применить полученные вами знания, умения и навыки?

3. Определение типов экологических взаимодействий (работа по карточкам).

V. Домашнее задание : учебник, конспект, составить схемы и рисунки биотических взаимоотношений.