Экзамен по биологии

Способность к защите от повреждающих и неблагоприятных факторов среды — обя­зательное свойство любого растительного, организма. Адаптивная ре­акция организма на различные неблагоприятные факторы (стрессоры) Развивается по единому сценарию. Комплекс ответных реакций организма на стрессоры называется «генерализованным адаптационным синдромом», в котором выделяют три стадии: 1) Тревоги И Торможения Большинства процессов; 2) Адаптации, В течение которой организм приспосабливается к стрессору; 3) Истощения, Если адаптивный потенциал организма недостаточен для преодоления влияния стрессора. СТресс — Это совокупность всех не специфических изменений, возникающих в организме под влия­нием любых неблагоприятных и повреждающих факторов (стрессоров). Одной из отличительных характеристик живых организмов является способность адаптироваться к стрессорам путем «концентрирования усилий, или напряжения». Стрессовыми Называют те внешние факторы, которые оказывают неблагоприятное воздействие на растение. В большинстве случаев стрессовое воздействие оценивают по его влиянию на выживание растительного организма, процессы роста, ассимиляции углекислоты или элементов минерального питания. Разные виды растений устойчивы (или неустойчивы) к различным стрессовым воздействиям, т. е. характер стрессового воздействия зависит и от вида растения, и от стрессового фактора. Приоб­ретение устойчивости под воздействием одного из неблагоприятных факторов может вызывать повышение устойчивости растительного организма к другим стрессовым воз­действиям. Это явление называется Кросс-устойчивостью. В ответных реакциях растений на повреждающие факторы выделяют элементы неспецифической устойчивости и специфические процессы, инициируемые в растении только определенным типом стрессовых воздействий. На формирование не специфических элементов устой­чивости требуется гораздо меньшее вре­мя, чем для прохождения специфических адаптивных реакций. Растения очень часто подвергаются стрессовым воздействиям в естественных усло­виях. Некоторые стрессовые факторы, например высокая или низкая температура воз­духа, могут действовать в течение нескольких минут, другие оказывают на растение неблагоприятное влияние в течение нескольких дней, недель или месяцев. Именно устойчивость к неблагоприятным условиям среды определяет характер распределения различных ви­дов растений по климатическим зонам. Большинство сельскохозяйственных культур вынуждены постоянно находиться в стрессовых условиях, поэтому обычно реализуется только 20% их генетического потенциала. Для эффективного выращивания большин­ства растений в условиях агрокультуры важна их потенциальная продуктив­ность и способность противостоять и адаптироваться к различным стрессовым си­туациям. Важное значение имеет Акклиматизация Растений, т. е. увеличение их устойчивости к стрессовому фактору путем закаливания. У растительных организмов имеется несколько адаптивных стратегий, с помощью которых удается переживать засушливые периоды. Одни виды растений способны на­капливать и удерживать воду степень гидра­тации своих клеток и органов. Другие приспособились функционировать в условиях дефицита воды в организме. К третьей группе относят растения, которые «избегают» засухи за счет организации своего жизненного цикла таким образом, чтобы вегетировать в период достаточного обеспечения водой. Чем менее оводнены клетки растения, тем они устойчивее к перегреву. Наиболее жароустойчивые растения на­капливают меньше амидов, но больше белков во время засухи. Высокая жароустойчивость может быть достигнута как расте­ниями с высокой интенсивностью обмена (кукуруза, бактерии тер­мофилы), так и с низкой (суккуленты). Не интенсивность дыхания, а сохранение его продуктивности обус­ловливает большую жароустойчивость растения. Различная реакция устойчивых и неустойчивых растений на низкие температуры определяется различиями в составе жирных кислот, входящих в со­став мембранных фосфолипидов. Для предотвращения замерзания в растительных клетках и тканях функционирует система антифризов, представленная различными белками, углеводами и гликопротеинами.

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. Выделяют девять ос­новных типов взаимодействий : 1) Нейтрализм, При котором ассоциация двух популяций не сказывается ни на одной из них;: 2) Взаимное конкурентное подавление, При котором обе популя­ции активно подавляют друг друга; 3) Конкуренция за общий ресурс, При которой каждая популяция косвенно отрицательно воздействует на другую в борьбе за дефицитный ресурс; 4) Аменсализм, При котором одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния (выделение токсинов; рыбы создают муть, вредной дляя других гидробионтов); 5) Паразитизм И 6) Хищ­ничество, При которых одна популяция неблагоприятно воздейст­вует на другую, нападая непосредственно на нее, но сама зависит от объекта своего нападения; 7) Комменсализм, При; котором одна популяция извлекает пользу из объединения, а для другой это объединение безразлично (рыба каракус прячется в клоаке голотурии, нерис обитает в раковинах моллюска; рыба клоун прячется в щупальцах актинии; сосущая инфузория поселяется на жаберных лепестках бокоплавов); 8) Протокооперация, При которой обе популяции получают от ассоциации выгоду, но эти отношения не обязательны (медоуказчик и медоед; рыбы-чистильщики и клиент; акация и муравьи), и 9) Мутуализм, При котором связь популяций благоприятна для роста и выживания обеих, причем в естественных условиях ни одна из них не может существовать без другой (бабочка-голубянка и муравьи; жуки-короеды и грибы; бактерии и кишечная система муравьев и жвачных).

Расселение — перемещение организмов или их подвижных стадий (семян, спор, личинок и т. п.) на терри­торию, уже занятую популяцией, или с этой территории. Эмиграция — выселение с занимаемой территории — ана­логична смертности; Иммиграция - Виды (роды, семейства и т. д.) животных, которые возникли и развивались в другом месте и лишь значительно позднее вселились на данную территорию — аналогична рождаемости. Миграция — периодические уход и возвращение на данную тер­риторию. Расселение зависит от различных преград и врожденной способности к перемещениям, или подвижности, взрослых особей или стадий их расселения. Расселение — это средство колониза­ции новых или освободившихся пространств. Расселение мелких организмов и пассивных стадий подчиняется такой зависимости, что в местах, удаленных от места расселения на кратные расстояния, плотность снижается на постоянную ве­личину. Расселение крупных активных животных носит иной ха­рактер; оно может закончиться на некотором заданном расстоя­нии, может иметь форму нормального распределения или прини­мать другие формы. Пассивн могут перемещаться семена растений, споры бактерий, т. е. те организмы, которые расселяются не по своей воле. Активное перемещение свойственно животным, которые расселяются вследствии воздействия каких-либо факторов. Н-р, осене-весенние миграции птиц, рыб.

В палео­зойскую эру существовал единый суперматерик. В триасовом периоде мезозойской эры, этот единый массив суши раскололся на две части. Северная включала Северную Америку, Европу и Азию, южная часть состояла из будущих Южной Америки, Африки, Антарктиды, Австралии и Индии. В юрском периоде мезозойской эры существовали уже два супер­континента — северный (Лавразия) и южный (Гондвана). Далее Южная Америка отделилась от Африки, Австралия от Антарктиды. Индия в своем движении на север в конце мезозойской — нача­ле кайнозойской эры столкнулась с Азией, в результате чего образовался Гималайский хребет.

Вследствие отделения Австралии от остальной части суши еще до широкого распространения плацентарных млекопитающих на этой территории сохранились вы­мершие на других континентах виды пресмыкающихся, птиц и сумчатых. Разделение северного суперконтинента на Евразию и Северную Америку произошло в начале кайнозойской эры. К этому времени здесь уже существовали хищные, приматы, копытные, грызуны и многие другие группы млекопитающих. Связь между Азией и Северной Америкой («Берин­гов мост») прервалась только к началу четвертичного периода кайнозойской эры вследствие подъема уровня моря. До этого между двумя материками происходил обмен видами животных. Второй фактор, обусловливающий различия между животным и растительным миром на разных террито­риях, — климатические условия.

Для оценки климатических условий на данной терри­тории используются следующие показатели: средняя го­довая температура; средняя температура самого холодно­го месяца и теплого месяца; сумма температур выше 10°, характеризующая термиче­ские условия местности; годовое количество осадков; продолжительность устойчивого снежного покрова и др. В зависимости от количества солнечной энергии, падающей на единицу площади земной поверх­ности, и от степени увлажнения формируются расти­тельные сообщества со специфическим животным насе­лением: тундра в высоких широтах, хвойные и далее к югу широколиственные леса умеренного пояса, степи, субтропические леса, влажные тропические леса в эква­ториальной зоне. В условиях высоких и средних темпе­ратур и недостатка влаги в низких широтах образуются саванны и пустыни. Существует еще один фактор, обус­ловливающий своеобразие фауны и флоры на какой-то определенной территории, — изоляция. Это относится к островным популяциям, обитателям пещер, горных ущелий и т. п. Острова заселяются вида­ми, способными преодолеть морские просторы или по­падающими туда случайно. Поэтому видовой состав оби­тателей островов значительно беднее, чем на континен­тах в тех же широтах. Вследствие приспособления к местным условиям здесь образуются виды, не встречающиеся в других местах - Эндемики.

С учетом родства видов, на­селяющих те или иные территории, в настоящее время выделяют следующие биогеографические области: 1. Голарктическая (Северная Америка с Гренланди­ей, Евразия без Индии, Исландия, Корея, Япония и Северная Африка). 2. Палеотропическая (Африка южнее Сахары, Мада­гаскар, Индия и Индокитай). 3. Австралийская (Австралия, Новая Гвинея, Новая Зеландия, Океания). 4. Неотропическая (Южная и Центральная Аме­рика). 5. Антарктическая (Антарктика). Между этими областями не сущест­вует резких границ, а имеются широкие переходные зо­ны смешения фауны. О четких границах между облас­тями можно говорить лишь в тех случаях, когда смеше­нию фаун препятствуют высокие горы, широкие мор­ские проливы. Каждая область имеет специфический со­став видов животных и растений. Для Голарктики из млекопитающих харак­терны кроты, бобры, мыши, бизоны, зубры, из земно­водных — саламандры, из рыб — щуки, карповые. Из беспозвоночных в Голарктике широко распрост­ранены речные раки. Сходство между животными Ста­рого и Нового Света обусловлено и историей формиро­вания этих частей суши, и близкими условиями сущест­вования в них. Растительный мир Голарктики характе­ризуется широким распространением хвойных (тайга), лиственных лесов, злаков, мхов и лишайников. Палеотропическую область населяют бегемоты, жи­рафы, зайцы. На пространствах обширных са­ванн обитают многочисленные антилопы, газели, буй­волы. И в Африке и в Южной Азии много сходных ви­дов, особенно крупных млекопитающих: слонов, носо­рогов, быков, антилоп. Австралийская область отличается обилием видов жи­вотных, встречающихся только на этой территории. Здесь обитают яйцекладущие млекопитающие, 145 видов сумчатых, в то время как плацентарные представлены немногими видами мышеобразных, рукокрылыми. Среди земноводных отсутствуют хвостатые амфибии и много квакш. Птицы представлены страусами эму, многочис­ленными видами попугаев, неспособными к полету кус­тарниковыми птицами, райскими птицами. Область, самая бедная животными и растениями, — Антарктическая. Из позвоночных здесь встречаются только те, которые кормятся в море. Особенно хорошо приспособились к жизни на антарктическом побережье пингвины. Из беспозвоночных в Антарктиде живут тихоходки, клещи и насекомые. Расти­тельный мир состоит из водорослей и ли­шайников. Флора высших растений очень бедна. Количествен­ный и качественный состав видов биогеографических областей неодинаков. Эти различия определяются двумя причинами: геологической историей тер­ритории и климатическими условиями.

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.

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.

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.