ЛЕКЦИЯ 2 Экология организмов (аутэкология) ПЛАН: 1. Понятие

ЛЕКЦИЯ 2
Экология организмов (аутэкология)
ПЛАН:
1. Понятие среды обитания
2. Понятие экологического фактора. Классификация экологических факторов
(абиотические, биотические антропогенные факторы)
1. Понятие среды обитания
Аутэкология – направление экологии, исследующее все многообразие
связей отдельных видов животных и растений с внешней средой.
Современное распространение организмов определяется в первую очередь
условиями среды, в которой они обитают.
Среда обитания – это часть природы, которая окружает живой
организм и с которой он непосредственно взаимодействует. К окружающей
среде относится вся природная среда и техногенная среда (т.е. созданная
человеком). На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания:
водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную
Окружающая среда – это все, что окружает организм и прямо или
косвенно влияет на его состояние и функции (развитие, рост, выживаемость,
размножение и т.д.). Среда, обеспечивающая возможность жизни организмов
на земле, очень разнообразна. Элементы среды, воздействующие на живой
организм, называются экологическими факторами.
2. Понятие экологического фактора
Экологический фактор – это любой элемент среды, способный
оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на
протяжении одной из фаз их индивидуального развития. Традиционно
выделяют абиотические, биотические и антропогенные факторы. Они имеют
разную природу и специфику действия.
Абиотические факторы – это комплекс условий окружающей среды,
влияющих на живой организм (температура, свет, радиоактивность,
1
давление, влажность, рН среды, ветер, рельеф местности и т.п.). Их делят на
следующие группы:
 Климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное
давление и др.)
Свет. Всем живым организмам для существования необходима
энергия, поступающая извне. Ее основной источник - энергия солнечного
излучения. Свет – это электромагнитное излучение.
Ультрафиолетовое
излучение,
особенно
в
своей
наиболее
коротковолновой части, обладает ионизирующими свойствами. Это приводит
к образованию свободных радикалов в живых клетках. Не обладающее
мутагенным эффектом ультрафиолетовое излучение активирует синтез
витамина D у животных и человека, активизирует синтез темного пигмента
меланина, защищающего организм от жесткого УФ излучения. У человека
это выражается в явлении солнечного загара.
Инфракрасная составляющая солнечного спектра, или тепловое
излучение, также оказывает на живые организмы как прямое, так и косвенное
воздействие. Некоторые животные, не имеющие постоянной температуры
тела,
способны
использовать
тепловое
излучение
для
повышения
температуры тела. Например, многие лягушки, ящерицы активно ищут
хорошо прогреваемые солнцем места для того, чтобы после ночной прохлады
утром быстрей согреться.
В жизни животных свет играет важную роль и является необходимым
условием
ориентации
светочувствительные
в
пространстве.
органеллы,
у
Уже
у
простейших
кишечно-полостных
это
это
светочувствительные органы – глаза, имеющие то или иное строение.
Среди высших животных различают дневные, ночные и сумеречные
виды.
Свет имеет для животных в основном информационное значение,
помогает ориентироваться не только в окружающем пространстве, но и во
2
времени, а также служит сигналом о предстоящих сезонных изменениях
среды.
В жизни растении свет играет большую роль, т.к. нужен для
образования хлорофилла, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых
кислот, влияет на газообмен и транспирацию (испарение воды листьями
растений). Хлорофиллоносные растения и некоторые бактерии являются
единственными организмами, способными синтезировать органическое
вещество из воды, минеральных солей и углекислого газа при помощи
лучистой энергии, которую они превращают в химическую.
По отношению к свету как экологическому фактору, растения можно
разделить:
а) светолюбивые (гелиофиты) растения – обитают на открытых
местностях с хорошим и полным солнечным освещением, они с трудом
переносят даже незначительное затемнение. Типичными представителями
являются растения открытых местообитаний; пшеница, сосна, и др. Цветы
таких светолюбивых растений, как подсолнечник, череда поворачиваются за
солнцем.
б)
тенелюбивые
(сциофиты)
растения
произрастают
только
в
затененных местах, – не выносят сильного освещения и живут под пологом
леса в постоянной тени (это в основном лесные травы, папоротники, мхи). На
вырубках при сильном освещении они часто погибают.
в) теневыносимые (гелиофиты) растения, которые характеризуются
широкой экологической амплитудой по отношению к световому фактору.
Сюда можно отнести ряд древесных пород, большинство видов кустарников
и травянистых растений лесной зоны; ель, клен, калина.
Температура. Одним из наиболее важных факторов окружающей
среды является температура, от которого зависит температура организмов и,
следовательно, жизнь организмов. Границы жизни – это температура в
среднем от 0° до 50° С. Однако, целый ряд организмов приспособлен к
3
активному существованию при температуре тела, выходящей за указанные
пределы:
а) криофилы – они могут сохранять активность при температуре до - 10° С.
Организмы, обитающие в условиях низких температур: тундре,высокогорьях,
холодных морях и т.д.;
б) термофилы – они приурочены к области высоких температур. Это
микроорганизмы, встречающиеся в горячих источниках.
Существенную экологическую проблему для организмов представляет
нестабильность, изменчивость температур окружающей среды. В ходе
эволюции
у
живых
организмов
вырабатывались
разнообразные
приспособления, позволяющие регулировать обмен веществ при изменениях
температуры
среды.
Это
достигается
двумя
путями:
различными
биохимическими перестройками и поддержанием температуры тела на более
стабильном уровне, чем температура окружающей среды.
Способность организмов сохранять температуру тела постоянной при
изменении внешних условий называется т е р м о р е г у л я ц и е й. У групп
высокоорганизованных животных (млекопитающие, птицы) на основе
выработки собственного тепла тела развилась способность поддерживать
постоянную оптимальную температуру тела независимо от температуры
окружающей среды их называют:
а) гомойотермными организмами – они всегда функционируют только
в узком диапазоне температур.
Работа механизмов терморегуляции требует больших энергозатрат, что
требует усиленного питания и постоянной активности. Другие группы
организмов, не имеющих приспособлений, позволяющих удерживать
образующее тепло, называют:
б) пойкилотермными организмами – они функционируют в широком
диапазоне температур. К ним можно отнести все микроорганизмы, растения
и беспозвоночных животных.
4
Температурный фактор имеет важное значение в распределении живых
организмов на земле, обусловливая заселенность ими разных природных зон.
 Геологические факторы (землетрясения, извержения вулканов, движение
ледников, радиоактивное излучение, и т.д.)
 Орографические факторы или факторы рельефа (высота местности над
уровнем моря, крутизна местности - угол наклона местности к горизонту,
экспозиция местности – положение местности по отношению к сторонам
света и др.)
Факторы рельефа (орографические факторы). По форме рельефа
различают: макрорельефы (горы, низменности, долины), мезорельефы
(холмы, овраги), микрорельефы (мелкие углубления, выбросы земли роющих
животных).
Макрорельефы влияют на распределение типов растительности в
крупных географических масштабах. Примером может служить вертикальная
зональность гор.
Элементы мезорельефа влияют на перераспределение зональных
экологических факторов, особенно в местностях, где они близки к
минимуму. Пример, в умеренной зоне северные склоны мезорельефа заняты
лесами, а на южных преобладает степной тип растительности с менее
богатым видовым составом.
Микрорельеф проявляет свое экологическое влияние в определенных
ситуациях. Происхождение его либо связано с деятельностью растений
(кочки), человека (канавы, насыпи), либо имеют зоогенный характер
(земляные выбросы роющих животных).
 Эдафический, или почвенно-грунтовые, факторы (гранулометрический
состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.)
Почвенные факторы. Почва как абиотический фактор определяется
физико-химическими свойствами – кислотностью, содержанием солей и
5
питательных веществ, механическим составом, степенью аэрации и др.
Кислотность почвы выражается концентрацией водородных ионов (рН).
Каждый вид растений и животных существуют при определенной амплитуде
рН и имеет свой оптимум этой величины (например, дождевые черви рН=4.4,
и т.д.).
Влажность почвы зависит от режима дождей и физико-химических
характеристик почвы. Фауна почвы, как правило, не переносит слишком
большой сухости, однако и слишком высокое содержание воды в почве
убивает личинки насекомых.
Почва так же содержит разное количество газообразных компонентов –
почвенный воздух. Воздух в почвенном пахотном слое высотой 25 см
обменивается
с
атмосферой
каждый
час.
Минеральные
вещества,
необходимые для питания растений, находятся в почве в виде растворенных
в воде ионов. В почве можно обнаружить свыше 40 различных элементов.
Содержатся в почве и органические вещества, образующиеся при разложении
мертвых растений и животных. С увеличением глубины содержание этих
веществ падает.
Механический состав почв определяется соотношением твердых
частиц различных размеров. В зависимости от содержания песчаных и
глинистых частиц различают виды почв. Механический состав играет
большую роль при заселении почв. Хотя наземные почвенные условия
определяются, в основном климатическими факторами, однако существует
ряд особенностей:
- в почве царит полная темнота;
- с увеличением глубины колебание температуры становится менее
значительным;
- по мере погружения в почву содержание кислорода в ней
уменьшается, а углекислого газа – увеличивается.
 Гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.)
6
К факторам водной среды относятся физико-химические свойства
воды,
которые
накладывают
глубокий
отпечаток
на
строение
и
жизнедеятельность населяющих ее организмов. Большое значение для
сохранения и поддержания жизнедеятельности водных организмов имеет
значение особое свойство воды: при 4°С лед образуется только на
поверхности водоемов, защищая придонный слой воды от замерзания.
Высокая теплота плавления льда обеспечивает постепенное замерзание
водоемов, а также таяние снега, льда и ледников. Благодаря этому свойству
воды на планете сезонные (температурные) переходы происходят плавно.
Вода является идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия
организмов, что объясняется ее удельной теплоемкостью и наибольшей для
жидкостей теплопроводностью. К числу биологически значимых свойств
воды следует отнести высокое поверхностное натяжение, с которым связана
значительная сила сцепления ее молекул (капиллярности). Благодаря этому
свойству осуществляется передвижение воды и ее растворов по стеблю
растения, адсорбционные процессы в корневых
системах, системах
пищеварения, дыхания и движения. В экологическом плане вода уникальна и
незаменима как источник газообразного кислорода, выделяемого в процессе
фотосинтеза. Кислород мало растворим в пресной воде и еще меньше в
соленой.
С
уменьшается,
увеличением
и
дыхание
температуры
организмов
в
растворимость
теплых
водах
кислорода
становится
затруднительным. В морях тропического пояса очень мало птиц, т.к. воды
бедны живыми организмами. Наоборот, в полярных водах содержится много
кислорода и наблюдается иная картина: масса морских птиц и обилие
планктона, которым кормится огромное количество видов животных.
Углекислый газ хорошо растворим в воде, поэтому основным вместилищем
СО2 являются океаны. Он необходим водным растениям для осуществления
процессов фотосинтеза. Остальные газы содержатся в воде в небольших
количествах. Вода всегда содержит соли: это хлориды (натрия, магния,
калия), сульфаты (магния, кальция), карбонаты (кальция).
7
Биотические
факторы
–
это
совокупность
влияний
жизнедеятельности одних организмов на другие (конкуренция, хищничество,
паразитизм и др.). В зависимости от вида организмов их разделяют на две
группы:
 Внутривидовые, или гомотипические, факторы – это влияние на организм
этого же вида
 Межвидовые, или гетеротипические, факторы – это влияние на организм
особей других организмов
В
зависимости
от
принадлежности
к
определенному
царству
биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:
o Фитогенные факторы – это влияние на организм растений;
o Зоогенные факторы - влияние животных;
o Микогенные факторы – влияние грибов;
o Микробиогенные факторов – влияние микроорганизмов (вирусов,
бактерий, простейших).
Организмы, живя совместно, вступают друг с другом в различные
отношения, их мы называем биотическими факторами. Непосредственно
живое
окружение
организма
составляет
его
биотическую
среду.
Представители каждого вида способны существовать в таком биотическом
окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные
условия жизни. Основной формой проявления этих связей служат пищевые
взаимоотношения, на базе которых формируются сложные звенья и цепи
питания. Кроме пищевых, в сообществах растительных и животных
организмов, возникают пространственные связи. Все это является базой
формирования биотических комплексов, в которых разнообразные виды
объединяются при условии приспособленности к совместному обитанию.
Конкуренция – является в природе наиболее всеохватывающим
отношением, при котором две популяции или две особи в борьбе за пищу,
место обитания и другие необходимые для жизни условия воздействуют друг
на друга отрицательно.
8
Конкуренция может быть межвидовой и внутривидовой. Межвидовая
конкуренция имеет место в том случае, когда особи разных видов претендует
на одни и те же ресурсы или подвергаются одной той же опасности (волка на
зайца, сосны на березу и т.д.)
Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же
вида (зайца на зайца, сосны на сосны)
Так, в случае ограниченных пищевых ресурсов два одинаковых в
экологическом отношении и потребностях вида существовать не могут и,
рано или поздно, один конкурент вытесняет другого. Острые конкурентные
отношения наблюдаются как в животном, так и в растительном мире. Это вид
биотических отношений наиболее отчетливо проявляется на популяционном
уровне. При росте популяции, когда численность ее особей приближается к
насыщению, вступают в действие внутренние физиологические механизмы
регуляции:
возрастает
смертность,
снижается
плодовитость
и
т.п.
Пространство и пища становится предметом конкуренции. Вступают
механизмы и законы конкурентных отношении, которые формируют видовой
состав сообщества и регуляцию численности.
Хищничество
–
форма
взаимоотношения
организмов,
способ
добывания пищи и питания животных (изредка растений), при котором они
ловят, убивают и съедают других животных.
Хищничество связано с активным поиском и энергичными способами
овладевания
сопротивляющейся
взаимоотношений
характерно
добычи
наличие
(жертвы).
Для
разнообразных
этого
типа
экологических
адаптации как у жертвы (окраска, панцири, шипы и т.п.), так и у хищника
(развитие органов чувств, быстрота реакции, скорость передвижения и т.п.).
Взаимодействие между хищниками и жертвой влияет на их плодовитость и
видовой состав, таким образом осуществляется биологическая регуляция
популяций.
9
Паразитизм – взаимоотношения организмов, при которых один вид
(паразит) использует другой (хозяина) как среду жизни и как источник
жизни.
Паразитизм возник в процессе тесного контакта разных видов
организмов на основе пищевых и пространственных связей и встречается на
всех уровнях организации живого, начиная с вирусов и бактерии, и кончая
высшими растениями и животными. Наиболее широко он распространен
среди низших и мелких растений и животных – вирусов, бактерий, грибов,
простейших, червей, членистоногих.
Комменсализм – или нахлебничество, форма симбиоза, при которой
один из партнеров системы питается (комменсал) остатками пищи или
продуктами выделения другого (хозяина), не причиняя последнему вреда.
Например, многие птицы (жаворонки, овсянки, воробьи) кормятся на
экскрементах копытных, выбирая оттуда непереваренные зерна растений.
Синойкия – или квартирантство – совместное проживание двух
организмов разных видов, полезное для одного и безразличное для другого.
Например, использование животными или птицами растительного субстрата
для постройки жилищ (гнезда птиц, обитание в дуплах, в расщелинах коры и
т.п.).
Мутуализм – форма симбиоза, взаимовыгодное сожительство разных
видов. Классический пример мутуализма – сожительство рака-отшельника и
актинии. Широко распространенные лишайники – не что иное, как симбиоз
между водорослями и грибами.
Зоохория – форма межвидовых взаимоотношений, при которых
животные содействуют растениям в распространении семян и плодов.
Аллелопатия
–
это
взаимодействие
организмов
посредством
специфических действующих химических продуктов обмена веществ,
которые выделяются во внешнюю среду (аллергии).
10
Антропогенные факторы – это совокупность влияний деятельности
человека на окружающую среду (выбросы вредных веществ в атмосферу,
разрушение почвенного слоя, нарушения природных ландшафтов, охота,
промысел ) и др.
При этом различают воздействие человека как биологического
организма (потребление пищи, дыхание, выделение и
хозяйственную
деятельность
(сельское
хозяйство,
т.д.) и
его
промышленность,
энергетика, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).факторы связанные с
хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными.
В зависимости от характера воздействия антропогенные факторы
делятся на две группы:
- факторы прямого влияния – это непосредственное (прямое)
воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел
животных, отлов рыбы)
- факторы косвенного влияния – это опосредованное (косвенное)
воздействие на организм (загрязнение окружающей среды, разрушение
местообитаний, беспокойство и т.д.).
В зависимости от последствий воздействия антропогенные факторы
делят на следующие группы:
- положительные факторы – факторы, которые улучшают жизнь
организмов или увеличивают их численность (разведение и охрана
животных, посадка и подкормка растений, охрана окружающей среды).
- отрицательные факторы – факторы, которые
ухудшают жизнь
организмов или снижают их численность (вырубка деревьев, отстрел
животных, разрушение местообитаний) и т.д.
Экологические факторы могут оказывать на организм прямое и
косвенное влияние. Например, высокая температура может оказывать ожог
(прямое влияние), может привести к обезвоживаю организма (косвенное
воздействие).
11
По
характеру
изменения
во
времени
экологические
факторы
подразделяются на три группы.
- регулярно-периодические факторы – это факторы, меняющие свою силу в
зависимости от времени суток, сезона года, ритма приливов и отливов
(освещенность, температура, длина светового дня).
- нерегулярные (непериодические) факторы – это факторы, не имеющие
четко выраженной периодичности (наводнение, ураган, землетрясение,
извержение вулкана, нападение хищника и т.д.).
- направленные факторы – это факторы, действующие протяжении
длительного промежутка времени в одном направлении (похолодание
климата, зарастание водоема, эрозия почв и т.д.).
По
характеру
ответной
реакции
организма
на
воздействие
экологического фактора различают следующие группы экологических
факторов.
 Раздражители
–
факторы,
вызывающие
биохимические
и
физиологические изменения факторы, вызывающие
 Модификаторы - факторы, вызывающие морфологические и
анатомические изменения (адаптации).
 Ограничители – факторы, обуславливающие невозможность
существования организма в данных условиях и ограничивающие
ареал его распространения.
 Сигнализаторы – факторы, информирующие об изменении
других факторов.
По принципу возможности потребления при взаимодействии с организмом
экологические факторы подразделяются на ресурсные и условные.
Ресурсы – это экологические факторы среды обитания, которые организм
потребляет, то есть их количество в результате взаимодействия с организмом может
уменьшаться (пища, вода, солнечная энергия, кислород, углекислый газ и т.д.).
Условия – это экологические факторы среды обитания, которые организм не
потребляет, то есть их количество не уменьшается, но они могут оказывать влияние на
организм (температура, влажность, атмосферное давление и т.д.).
12