Archive > июня 2012

Термин «экология» был предложен в 1866 году Геккелем. Геккель определял также экологию как «физиологию взаимоотношений». Термин стал использоваться только с 1900-х годов. Как научная дисциплина экология формировалась в 20-м столетии. В трудах Линнея было представление об «экономии природы» — строгой упорядоченности различных природных процессов, направленных на поддержание некоторого природного равновесия. Во второй половине 18-го в. на смену представлениям естественной истории, неотделимым от церковных догматов, стали приходить новые идеи, постепенное развитие которых привело к той картине мира, которая разделяется и современной наукой. Важнейшим моментом был отказ от чисто внешнего описания природы и переход к выявлению внутренних, порой скрытых, связей, определяющих ее естественное развитие. Кант подчеркивал необходимость целостного описания природы, которое учитывало бы взаимодействие процессов физических. В начале 19 в. Ламарк предложил свою концепцию круговорота веществ на Земле. Заложив основы «географии растений », Гумбольдт не только констатировал различия в распределении разных растений, но и пытался их объяснить, связывая с особенностями климата. Буссенго заложил основы агрохимии, показав, что все растения нуждаются в азоте почвы. Он выяснил, что для успешного завершения развития растению необходимо определенное количество тепла. Либих показал, что разные химические элементы, необходимые растению, являются незаменимыми. Выдающуюся роль в подготовке научного сообщества к восприятию в дальнейшем экологических идей имели работы Ч. Дарвина, прежде всего его теория естественного отбора как движущей силы эволюции. Любой вид живых организмов может увеличивать свою численность в геометрической прогрессии, а поскольку ресурсов для поддержания растущей популяции вскоре начинает не хватать, то между особями обязательно возникает конкуренция. Теория Дарвина сохраняет свое значение для современной экологии. Во второй половине 19 века в Германии выходит труд Гризебаха, впервые давшего описание растительных сообществ всего земного шара. Мебиус предложил термин «биоценоз », которым обозначил совокупность различных живых существ, обитающих на одной территории и между собой тесно взаимосвязанных. В 1895 г. Варминг публикует учебное пособие по «экологической географии» растений. В США Каульс восстановил детальную картину сукцессии, изучая растительность на песчаных дюнах около озера Мичиган. В дальнейшем концепцию сукцессии детально разрабатывал Клементс. Коржинский подчеркнул, что помимо зависимости растительности от климатических условий, не менее важно воздействие самих растений на физическую среду, их способность делать ее более пригодной для произрастания других видов. Сукачев одним из первых начал экспериментальные исследования конкуренции и предложил свою классификацию разных типов сукцессии. Он постоянно разрабатывал учение о растительных сообществах, которые трактовал как целостные образования. В 1940-х годах, Сукачев сформулировал представление о биогеоценозе — природном комплексе, включающем не только растительное сообщество, но также почву, климатические и гидрологические условия, животных, микроорганизмы и т. д. В период с 1920 по 1940 публикуется ряд книг по разным аспектам экологии, постепенно формируется теоретическая основа новой науки, предлагаются первые математические модели и вырабатывается своя методология, позволяющая ставить и решать определенные задачи. Формируются два подхода: популяционный — уделяющий основное внимание динамике численности организмов и их распределению в пространстве, и экосистемный — концентрирующийся на процессах круговорота вещества и трансформации энергии.

1. Ароморфоз — крупное эволюционное изменение. Оно обеспечивает повышение уровня организации организмов, преимущества в борьбе за существование, возможность освоения новых сред обитания.

2. Факторы, вызывающие ароморфозы, — наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор.

3. Основные ароморфозы в эволюции многоклеточных животных:

1) появление многоклеточных животных от одноклеточных, дифференциация клеток и образование тканей;

2) формирование у животных двусторонней симметрии, передней и задней частей тела, брюшной и спинной сторон тела в связи с разделением функций в организме (ориентация в пространстве — передняя часть, защитная — спинная сторона, передвижение — брюшная сторона);

3) возникновение бесчерепных, подобных современному ланцетнику, панцирных рыб с костными челюстями, позволяющими активно охотиться и справляться с добычей;

4) возникновение легких и появление легочного дыхания наряду с жаберным;

5) формирование скелета плавников с мышцами, подобных пятипалой конечности наземных позвоночных, позволивших животным не только плавать, но и ползать по дну, передвигаться по суше;

6) усложнение кровеносной системы от двухкамерного сердца, одного круга кровообращения у рыб до четырехкамерного сердца, двух кругов кровообращения у птиц и млекопитающих. Развитие нервной системы: паутинообразная у кишечнополостных, брюшная цепочка у кольчатых червей, трубчатая нервная система, значительное развитие

больших полушарий и коры головного мозга у птиц, человека и других млекопитающих. Усложнение органов дыхания (жабры у рыб, легкие у наземных позвоночных, появление у человека и других млекопитающих в легких множества ячеек, оплетенных сетью капилляров).

4. Роль ароморфозов в освоении животными всех сред обитания, в совершенствовании способов передвижения, в активном образе жизни.

1. Строение клетки — наличие наружной мембраны, цитоплазмы с органоидами, ядра с хромосомами.

2. Наружная, или плазматическая, мембрана

отграничивает содержимое клетки от окружающей среды (других клеток, межклеточного вещества), состоит из молекул липидов и белка, обеспечивает связь между клетками, транспорт веществ в клетку (пиноцитоз, фагоцитоз, активный перенос) и из клетки.

3. Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, которая обеспечивает связь между расположенными в ней ядром и органоидами. В цитоплазме протекают основные процессы жизнедеятельности. 4. Органоиды клетки:

1) эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система ветвящихся канальцев, участвует в синтезе белков, липидов и углеводов, в транспорте веществ в клетке;

2) рибосомы — тельца, содержащие рРНК, расположены на ЭПС и в цитоплазме, участвуют в синтезе белка. ЭПС и рибосомы — единый аппарат синтеза и транспорта белка;

3) митохондрии — «силовые станции» клетки, отграничены от цитоплазмы двумя мембранами. Внутренняя образует кристы (складки), увеличивающие ее поверхность. Ферменты на кристах ускоряют реакции окисления органических веществ и синтеза молекул АТФ, богатых энергией;

4) комплекс Гольджи — группа полостей, отграниченных мембраной от цитоплазмы, заполненных белками, жирами и углеводами, которые либо используются в процессах жизнедеятельности, либо удаляются из клетки. На мембранах комплекса осуществляется синтез жиров и углеводов;

5) лизосомы — тельца, заполненные ферментами, ускоряют реакции расщепления белков до аминокислот, липидов до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов. В лизо-сомах разрушаются отмершие части клетки, целые клетки.

5. Клеточные включения — скопления запасных питательных веществ: белков, жиров и углеводов.

6. Ядро — наиболее важная часть клетки. Оно покрыто двухмембранной оболочкой с порами, через которые одни вещества проникают в ядро, а другие поступают в цитоплазму. Хромосомы — основные структуры ядра, носители наследственной информации о признаках организма. Она передается в процессе деления материнской клетки дочерним клеткам, а с половыми клетками — дочерним организмам. Ядро — место синтеза ДНК, иРНК, рРНК.

Организмы — реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружа­ющей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм становится источником питания определенных видов живых существ. Деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации. Под­держание устойчивого обмена веществ в колеблющихся условиях внешней среды невозможно без специальных адаптации. Изучение этих адаптации — задача экологии. Адаптации к средовым факторам могут основываться на структур­ных особенностях организма — Морфологические адаптации — или на специфических формах функционального ответа на внешние воздей­ствии — Физиологические адаптации. У высших животных важную роль в адаптации играет высшая нервная деятельность, на базе которой формируются приспособительные формы поведения — Этологические адаптации. В эко­логии физиологические показатели служат критериями реакции орга­низма на внешние условия, а физиологические процессы рассматриваются как механизм, обеспечивающий беспе­ребойное осуществление фундаментальных физиологических функций в сложной и динамичной среде. Диапазон действия, или Зона толерантности, Экологического фактора ограничен сооответствующими крайними пороговыми зна­чениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при ко­тором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливо­сти между критическими точками называют Экологической валентно­стью Живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам имеют эВрибионты — Это организмы широкой приспособленности, выносящие значительные колебания факторов: - бурый медведь, волк, лисица, из растений - тростник, ряска, крапива. Неспособность переносить незначительные колебания факторов, или узкая экологическая валентность, являются стенобионты - виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия: форель, глубоководные рыбы, орхидеи. Стено - или эврибионтность не характеризует специфичность вида по отношению к любому экологическому фак­тору. Вид может иметь узкую экологическую валентность по отношению к одному экологическому фактору и широкую - по отношению к другому. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Например, эвритермные морс­кие звезды и мидии отличаются отношением к солености. Мидии являются эвригалинными, звезды - стеногалинными (они не выносят опреснения). Благоприятные силы воздействия называются Зоной оптимума экологического фактора Или Зоной комфорта. Точки оптимума, минимума и мак­симума составляют три кардинальные точки, определяющие возмож­ность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклоне­ние от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данно­го фактора на организм — Зона пессимума (или Зона угнетения). Эти закономерности воздействия экологичес­ких факторов на организмы - это Правило оптимума. Классификация факторов. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Они делятся на абиотические, биотические и антропоген­ные. Абиотические факторы - температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение давление, влажность воздуха, ветер, течения — это все свойства не­живой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые орга­низмы: выделяют климатические, эдафические (почвенные), гидрологические, орографические (элементы рельефа – горы, возвышенности, равнины, котловины). Биотические факторы — это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир— составная часть сре­ды каждого живого существа. Взаимные связи организмов — основа существования популяций и биоценозов. К ним относятся симбиотические: протокооперация, мутуализм, комменсализм, нейтрализм, аменсализм, паразитизм, хищничество, конкуренция. Антропогенные факторы — это формы действия человека, кото­рые приводят к изменению природы как среды обитания других ви­дов или непосредственно сказываются на их жизни. Человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов. Основными способами антропогенного влияния яв­ляются завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничто­жение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесови т. п.

1. Вид — группа особей, связанных между собой общим происхождением, сходством строения и процессов жизнедеятельности. Особи вида имеют сходные приспособления к жизни в определенных условиях, скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство.

2. Вид — реально существующая в природе единица, которая характеризуется рядом признаков — критериев, единица классификации организмов. Критерии вида: генетический, морфологический, физиологический, географический, экологический.

3. Генетический — главный критерий. Это строго определенное число, форма и размеры хромосом в клетках организма каждого вида. Генетический критерий — основа морфологических, физиологических различий особей разных видов, он определяет способность особей вида скрещиваться и давать плодовитое потомство.

4. Морфологический критерий — сходство внешнего и внутреннего строения особей вида.

5. Физиологический критерий — сходство процессов жизнедеятельности у особей вида, способность их скрещиваться и давать плодовитое потомство (у растений сходные приспособления к опылению, размножению).

6. Географический критерий — занимаемый особями вида сплошной или прерывистый ареал, большой или небольшой. Изменение ареала ряда видов под влиянием деятельности человека, например сужение ареала в связи с вырубкой лесов, осушением болот и др.

7. Экологический критерий — совокупность факторов внешней среды, определенные экологические условия, в которых существует вид. Например, некоторые виды лютиков живут в условиях высокой влажности, другие — в менее влажных местах.

8. Необходимость использования всего комплекса критериев при определении видов обусловлена изменчивостью признаков под воздействием факторов среды, возникновением хромосомных мутаций, скрещиваемостью особей разных видов, наличием совмещенных ареалов у ряда видов, видов-двойников.

9. Популяция — структурная единица вида, группа особей, обладающих наибольшим сходством и родством, длительное время обитающих на общей территории.

1. М. Шлейден и Т. Шванн — основоположники клеточной теории (1838), учения о клеточном строении всех организмов.

2. Дальнейшее развитие клеточной теории рядом ученых, ее основные положения:

— клетка — единица строения организмов всех царств;

— клетка — единица жизнедеятельности организмов всех царств;

— клетка — единица роста и развития организмов всех царств;

— клетка — единица размножения, генетическая единица живого;

— клетки организмов всех царств живой природы сходны по строению, химическому составу, жизнедеятельности ;

— образование новых клеток в результате деления материнской клетки;

— ткани — группы клеток в многоклеточном организме, выполнение ими сходных функций, из тканей состоят органы.

3. Значение клеточной теории: сходство строения, химического состава, жизнедеятельности, клеточного строения организмов — доказательства родства организмов всех царств живой природы, общности их происхождения, единства органического мира.

Термин популяция означает население. Генетическая и экологическая трактовка понятия популяции. Понятие о популяции возникло в начале XX в. Впер­вые этот термин использовал Иоганзен, который рассматривал популяцию как совокупность генетически неоднородных гетерозиготных особей, противопоставляя ее генетически чистым ли­ниям. Главный критерий популяции — способность к свободному обмену генетиче­ской информацией; с генетико-эволюционных позиций этот критерий определяет масштабы популяций разных видов. Тимофеев-Ресовский, Яблоков дают определение популяции: Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длитель­ного времени населяющих определенное про­странство, внутри которого осуществляется панмиксия и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей особей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции. Экологический аспект популяционной биологии направлен на изучение жизни популяции как формы существования вида в составе конкретных экосистем. ПОпуляция — Это группировка особей одного вида, населяющих определенную территорию и характеризующихся общностью морфобиологического типа, специфичностью генофонда и системой ус­тойчивых функциональных взаимосвязей (Шилов). Популяцией обозначается такая пространст­венная группировка видового населения, в которой все особи прямо связаны друг с другом функциональными или информационными отношениями (Шварц). Этот подход подчеркивает функци­ональную целостность популяции в процессах биологического круго­ворота и в эволюции. Любая популяция занимает определенное положение в простран­стве и пространственно структурирована. Характер простран­ственной структуры видоспецифичен и определяет возможность наиболее эффективного использования ресурсов среды и устойчивого осуществления внутрипопуляционных взаимоотношений особей и их групп. Популяция струк­турирована не только пространственно, но и функционально. Особи, составляющие популяцию, непрерывно обмениваются ин­формацией. Информационные процессы представляют собой специ­фический механизм формирования и поддержания целостности популяции, как системы, во времени и в пространстве. На основе пространственной и функциональной структурирован­ности в популяциях развиваются формы индивидуальных и групповых отношений.

Свойства популяции: 1) численность популяции (N). Для крупных популяций N>1000. Если будет N<1000, то такая популяция вымерит; 2) циклическая изменчивость численности; 3) половозрастной состав популяции; 4) репродуктивный объем популяции (Nr). Nr колеблется от 20 до 60 %. Особи, не участвующие в репродукции вымирают. Эффективный репродуктивный объем (Ner) – не все особи репродуктивного возраста вступают в процесс репродукции (яловость = бесплодие). У многих стадных животных большая часть молодых самцов не допускается к процессу репродукции, поэтому в любой популяции Ner<Nr. Возрастная структура свидетельствует о том, в каком состоянии находится популяция.

Занимаемое популяци­ей пространство предоставляет ей средство к жизни. Каждая терри­тория может прокормить определенное число особей. Полнота использования ресурсов зависит от размещения особей в пространстве. Оптимальным для популяции является такой интервал между соседними особями, при котором они не влияют отрицателъно друг на друга. Чаще всего члены популяций распределены в пространстве неравномерно. У подвижных животных имеются разнообразные способы упо­рядочивания распределения в пространстве. Все подвижные животные делятся на две группы - Оседлых И Кочевых. При оседлом существовании животные используют ограниченный участок среды. На хорошо знакомой территории особи спокойно ориентируются, быстро находят еду, быстро прячутся от хищников. Однако при оседлом образе жизни быстрого истощаются ресурсы, если плотность популяции сильно возрастает. Территориальное поведение животных Включает два типа активности: 1) направленную на обеспечение собственного существования (поиск пищи, исследование территории) и 2) на установление отношений с соседними особями. "Закрепляют" участки животные разными способами: 1) охра­ной границ занимаемой территории и прямой агрессией по отноше­нию к чужаку; 2) особым поведением, демонстрирую­щим угрозу; 3) системой специальных сигналов и меток, свидетель­ствующих о занятости территории. Территориальное поведение животных сильно выра­жено в период размножения животных. Оно обусловлено их физио­логическим состоянием и регулируется гормональным путем. У оседлых видов 4 типа пространственного распределения: диффуз­ный, мозаичный, пульсирующий и циклический. В популяциях Диффузного типа Животные распределены в про­странстве дисперсно, не образуя обособленных поселений. Он ха­рактерен для мелких млекопитающих открытых пространств. Мозаичный тип Размещения возникает тогда, когда пригодные для заселения биотопы распределены в пространстве резко неравно­мерно. Под воздействием человека фор­мируются мозаичные ареалы у многих видов. Пульсирующий тип Характерен для популяций с резким колеба­нием численности. При этом может меняться мозаичный тип поселения на диффузный. В период резкого падения численности животные концентрируются на наиболее благоприятных участках, которые получили название "ста­ции переживания". Циклический тип Пространственной структуры характерен для оседлых животных, попеременно используют разные участки территории в течение года. При этом типе использования территории сохраняется баланс между потреблением кормов и его ежегодным восстановлением. При кочевом образе жизни отсутствует зависимость от запаса корма на конкретной территории. Для кочевок животные группируются в стаи и стада. В пасущихся стадах копытных, движущихся косяках рыб и перелетных птиц между особями поддерживается определенное расстояние, при котором они не мешают друг другу, обладая свободой передвижения. Некоторые виды образуют широко кочующие группы (нагульные миграции рыб). Масштабы и длительность миг­раций зависит от обилия корма и численности стада. При резких нерегу­лярных изменениях запаса корма наблюдаются нерегуляр­ные перемещения популяции и временное оседание в тех местах, где запасы пищи еще не исчерпаны. Радиус репродуктивной активности – расстояние, преодолеваемое особью для встречи полового партнера.