10. * совокупность живых и неживых
компонентов;
* в рамках экосистемы осуществляется
полный цикл, начиная с создания
органического вещества и заканчивая его
разложением на неорганические
составляющие;
* экосистема сохраняет устойчивость в
течение некоторого времени.
12. Неживые компоненты
* Неорганические вещества
* Органические соединения
* климатический режим
Живые Компоненты (Биомасса)
* продуценты
* консументы
* редуценты (деструкторы, декомпозиторы)
13. *1. Эмерджентность
*2. Биоразнообразие.
*3. Устойчивость динамической
системы и ее способность к
самосохранению
*4. Гомеостаз
*5. Принцип неравновесности
*6. Равновесие
*7. Живучесть
19. Закон минимума
Ю. Либих (1840 г.)
Жизненные возможности организма
зависят от фактора, находящегося в
минимуме
(несмотря на то, что другие факторы могут
присутствовать в избытке и не
использоваться в полной мере)
22. Закон толерантности
В. Шелфорд (1913 г.)
Определять жизнеспособность организма
может как недостаток, так и избыток
экологического фактора
Диапазон между минимумом и максимумом
фактора определяет величину толерантности к
данному фактору
Толерантность - способность организма
выносить отклонения значений экологических
факторов от оптимальных для себя
25. *закон толерантности: отсутствие или
невозможность процветания
определяется недостатком или
избытком любого фактора, уровень
которого может оказаться близким к
пределам устойчивости или
выносливости, т.е. к пределам
толерантности.
31. Адаптация
процесс приспособления организма к
определенным условиям окружающей
среды
• Поведенческая адаптация (затаивание у
жертв, выслеживание добычи у хищников)
• Физиологическая адаптация (зимовка,
миграция)
• Морфологическая адаптация (изменение
жизненных форм растений и животных)
36. *Принцип Гаузе: два вида не
могут занимать одну
экологическую нишу, один вид
вытесняет другой.
Экологическая ниша
39. Развиваются не только организмы и
виды, но и экосистемы
*Сукцессия (от лат. successio —
преемственность, наследование),
последовательная смена одних
фитоценозов (биоценозов,
биогеоценозов) другими на
определённом участке среды.
42. 3. По причинам, вызывающим сукцессию
• Экзогенные сукцессии – связаны с действием внешних факторов
a) Климатические
b) Почвенные.
c) Геологические
d) Антропогенные.
• Эндогенные сукцессии – связаны с внутренними процессами
экосистемы
Примеры экологических сукцессий
Ельник черничник
(возраст 100-120 лет)
Рубка Вырубка
злаковая
Вырубка с порослью и всходами
лиственных пород
Молодой лиственный лес со
всходами хвойных пород
Спелый лиственный лес с
подростом хвойных
Хвойный лес
45. Олиготрофный
водоем
Внесение в воду
фосфатов и нитратов
органического
происхождения
Эвтрофный
водоем
Бурное развитие
водорослей
БолотоЛугЛес
Пример сукцессии в водной экосистеме
46. * Барри Коммонер (1917) — американский
биолог и эколог.
1. Всё связано со всем
2. Всё должно куда-то деваться
3. Природа знает лучше
4. Ничто не даётся даром
Editor's Notes
Прежде всего, экологию отличает системный подход к изучаемым объектам, явлениям и процессам. Разумеется, системный подход не является монополией только лишь экологии, но именно для экологии системный подход – основной, определяющий, единственно возможный. Ключевое понятие в экологии – живая система. Согласно словарю Н. Уэбстера, система – это упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Основными элементами системы являются компоненты, связи и границы (рис.1.1). Модель живой системы
Все живые системы относятся к открытым системам, т.к. для самого своего существования обязательно должны обмениваться с внешней средой веществом, энергией и информацией. Характерными признаками, отличающими живые системы, являются (Т.Миллер): взаимозависимость, разнообразие, самовосстанавливаемость, приспособляемость, непредсказуемость, предельность.
В экологии выделяют девять уровней организации живых систем, на каждом из которых в результате взаимодействия с внешней средой возникают характерные функциональные системы:
молекулярный (генный) уровень – биологически активные крупные молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов; именно с этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи (гены);
клеточный уровень – системы биологически активных молекул (клетки);
тканевый уровень – системы сходных по строению и выполняемым функциям клеток, объединенных общностью происхождения (ткани);
органный уровень – совокупности нескольких функционально взаимодействующих типов тканей (органы);
организменный уровень – совокупности органов, взаимодействующих друг с другом и образующих единую систему индивидуального организма (организмы);
популяционно-видовой уровень – совокупности однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания (популяции);
биоценотический уровень – системы, образованные совместно живущими и связанными между собой видами (сообщества, или биоценозы);
биогеоценотический (экосистемный) уровень – совокупности разных по видовому составу организмов в их взаимосвязи с условиями жизни в биотопе, т.е. на определенном участке земной поверхности с более или менее однородными условиями (экосистемы и биогеоценозы);
биосферный уровень – система, охватывающая все проявления жизни на нашей планете (биосфера Земли в целом).
Экосистема — основное понятие экологии. Термин был предложен в 1935 году английским экологом А. Тенсли. Экологическая система – взаимосвязанная, единая функциональная совокупность живых организмов и среды обитания.
Экосистема – совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования, находящихся во взаимосвязи друг с другом.
Биоценоз – совокупность живых организмов (растения, животные, микроорганизмы).
Биотоп – участок биосферы с однородными условиями существования, населенный этими организмами.
Биогеоценоз – "это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии".
Основоположник биогеоценологии – ввел понятие "биогеоценоз" в 1940 г., один из основоположников учения о фитоценозе, его структуре, классификации, динамике и взаимосвязях. Создал в 1964 г. учение о лесной биогеоценологии. Основатель школы лесотипологов. Автор ряда учебников и руководств по дендрологии, геоботанике и работ по вопросам дарвинизма.
Биогеоценоз по отношению к экосистеме выступает, как частное по отношению к общему: отражает в основном структурные характеристики системы, в то время как понятие "экосистема", прежде всего, включает функциональные связи.
Несмотря на громадное разнообразие экосистем, все они имеют одинаковую структуру. В каждой экосистеме можно выделить два основных компонента: биотический компонент, или биоту и абиотический компонент.
экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.
Различные экосистемы весьма сильно отличаются друг от друга, однако всем им свойственна примерно одинаковая биотическая структура, т.е. все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом стереотипным образом. Обычно в экосистемах выделяют четыре основные категории организмов: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.
Структуру экосистемы образуют 3 уровня:
1 продуценты, консументы, редуценты
2 трансформации энергии
3 два круговорота - твердых и газообразных веществ
Очень важным для понимания экосистемы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:
автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы (продуценты);
гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений (консументы);
микотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный) (редуценты или детритофаги).
Биота – это исторически сложившаяся совокупность растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения
Свойства экосистем:
1. Эмерджентность (emergence - неожиданно возникающий) – степень несводимости свойств системы к свойствам составляющих ее элементов.
2. Биоразнообразие. Принцип необходимого разнообразия элементов – нижний предел разнообразия равен двум, верхний - стремится к бесконечности. Основывается на непрерывном круговороте веществ, связанном с направленными потоками энергии. Механизмы поддержания целостности системы основываются на свойствах разнообразия и системности. Разнообразие - необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений (принцип Эшби). Чем больше видовое разнообразие тем устойчивее система. Живые системы (организмы, биосфера) функционируют по принципу обратной связи.
3. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранениюзависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор в биогеоценозах - это пищевые цепи, то, чем более многообразен состав, тем устойчивее экосистема. В тропических лесах большое разнообразие видов растений и животных гарантия стабильности. Но и малокомпонентные системы могут быть устойчивы (степь). Дело в экологических особенностях видов. Например, при современной антропогенной нагрузке большое значение приобретают виды - эфемеры (короткоцикличные), которые успевают за короткий период к резко быстрой смене поколений и большой численности приспособляться к необычным стрессам. При устойчивых, необратимых изменениях среды происходит направленная смена типов сообществ, формирование нового климакса. Надо признать, что в последнее время деятельность человека существенно влияет на этот процесс. В биосфере действует закон, связывающий размеры потребляющих органические вещества видов с их численностью и размерами. В потоках вещества и энергии главную роль играют мелкие организмы (бактерии, грибы и т.д.). Вовлеченность вещества в кругооборот обеспечивается развитой системой информационных связей между различными видами живого вещества. Это физические (звук, цвет, свет, температура) и химические (запах) связи. Информационные связи связывают все части системы и способствуют ее устойчивости.
4. Гомеостаз - это состояние внутреннего динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением ее основных структур, вещественно-энергетического состава и постоянной функциональной саморегуляцией ее компонентов. Это - постоянный газовый состав атмосферы, физические условия поверхности Земли (через озоновый экран), устойчивого состава и концентрации солей Мирового океана. Механизм поддержания целостности системы основывается на свойствах разнообразия и системности.
Биосфера ((по Вернадскому) как целостная система обладает организованностью, механизмами самоподдержания (гомеостаза).
5. Принцип неравновесности - экосистемы являются открытыми и для них характерен приток и отток энергии и вещества, а это возможно только в условиях неравновесности.
6. Равновесие - баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному существованию данной ЭС.
7. Живучесть - способность ЭС выдерживать резкие колебания абиотической среды, массовые размножения или длительные исчезновения отдельных видов, большие антропогенные нагрузки.
Гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи
Первую попытку выявить механизмы гомеостаза в живой природе сделал К.Линней (1760 год), обобщенную концепцию гомеостаза и сам термин предложил У.Кеннон (1920 год), значительный вклад в биокибернетику внес известный русский ученый И.И.Шмальгаузен.
Способность системы восстанавливать свое состояние после прекращения внешних воздействий определяется наличием отрицательной обратной связи. Если положительная обратная связь усиливает отклонение системы от положения равновесия, то отрицательная обратная связь – его уменьшает.
Эта особенность отражается в принципе Ле Шателье – Брауна: если на систему, находящуюся в равновесии, оказать какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится (предложен А. Ле Шателье в 1884 году, термодинамически обоснован К.Брауном в 1887 году).
Поддержание гомеостаза системы возможно лишь в определенных пределах, а именно, до тех пор, пока отрицательная обратная связь способна компенсировать внешние воздействия, выводящие систему из равновесия. Вне сферы действия отрицательной обратной связи доминирующей становится положительная обратная связь. В этом случае возможны значительные необратимые изменения в живой системе, в том числе и приводящие к ее гибели.
1840год Юстас Либих
«урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме (которого не хватает).»- Либих
Закон - концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Лимитирующий (ограничивающий) фактор
Это фактор, сдерживающий развитие организма из-за его недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием)
Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим
Лимитирующие факторы ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с оптимальными требованиями организма.
лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
эврибионты (в широком интервале экологических факторов)
стенобионты (в узком интервале экологических факторов)
Классификация организмов по степени экологический валентности.
Живые организмы с широкой экологической валентностью – Эврибионты.
Живые организмы с узкой экологической валентностью – Стенобионты.
Классификация организмов по степени экологической валентности
По отношению к температуре Живые организмы Эвритермы лиственница Гмелина (Larix gmelinii) выносит колебания температуры от +30°С до –70°С.
Стенотермы Веслоногие рачки Copilia mirabilis Температурные пределы выносливости от 23 до 29°С
Классификация организмов по степени экологической валентности По отношению к солености воды Эвригалинные и Стеногалинные
Живые организмы По отношению к световому режиму Эврифотные и Стенофотные
Слайд 14
1. Хариус 2. Сельдь 3. Горбуша А Б В 3. Классификация организмов по степени экологической валентности 1. Светолюбивые растения 2. Теневые растения 3. Теневыносливые растенияСлайд 15
Стеногалинные: Хариус (1 А) и Сельдь (2 В) Эвригалинные: Горбуша (3В) Хариус Горбуша Сельдь 3. Классификация организмов по степени экологической валентности
Слайд 16
Стенофотные: светолюбивые (1 В) и теневые (2 А) Эврифотные: теневыносливые растения (3 Б) теневые теневыносливые светолюбивые 3. Классификация организмов по степени экологической валентности
Фундаментальная ниша – условия среды, в которых вид может существовать без конкуренции.
Реальная ниша – та, которую вид может отстоять.
V – влажность;
X – химизм пищи;
h – способность к перемещению;
с – освещенность;
T – температура;
И др. параметры…
Фундаментальная экологическая ниша – определяется физиологическими особенностями организмов
Реализованная ниша – условия, при которых вид реально встречается в природе, часть фундаментальной ниши
Закон сукцессионого замещения: природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию (климаксу)
Климакс (климаксное сообщество) - завершающая стабильная стадия развития экосистемы
Виды сукцессий
Первичная(образуется на пустом месте)
Вторичная(сообщества развиваются на месте уже существующего)
3 стадии сукцессии
Рост
Стабилизация
Климакс
Сукцессии бывают:
(P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):
Автотрофные (P/R>1 растущий лес)
Гетеротрофные (P/R<1расходуется больше вещества, чем производится )
Климаксные (P/R=1 состояние равновесия )