Лекции по дисциплине экология

скачать (188.5 kb.)

  1   2   3




1 Предмет и задачи дисциплины «Экология»

Предмет экологии. Экология (от греч. Oikos - дом, жилище, местообитание и logos - учение) - наука о взаимоотношени­ях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 г. в книге «Всеобщая морфология организмов».

Экология возникла как часть биологии. Но в настоящее время экология распалась на ряд научных дисциплин, часто далеких от первоначального ее понимания. Отмечается разно­образное толкование содержания термина «экология». Но в любом случае в основе всех современных направлений эколо­гии лежат фундаментальные идеи биоэкологии.

Биоэкология - одна из биологических наук, изучающая отношения организмов (особей, популяций, со­обществ) между собой и окружающей средой. Предметом изу­чения биоэкологии (общей экологии) являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического, биогеоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

Таким образом, по размерам объектов изучения, выделяют следующие разделы экологии: молекулярная экология изучает взаимодействие биомолекул с окружающей средой; экология клеток и тканей изучает взаимодействие клеток и тканей с окружающей средой; экология особей (аутоэкология, факто­риальная экология) изучает взаимодействие организма с окру­жающей средой; экология популяций (демэкология) изучает вза­имодействие между особями в популяции и популяций с ок­ружающей средой; экология сообществ (синэкология) изучает взаимодействие между популяциями в сообществе и, сооб­ществ с окружающей средой; биогеоценология изучает биогео­ценозы; учение о биосфере (глобальная экология) изучает био­сферу Земли.

Таким образом, в широком смысле современная экология - комплексная (междисциплинарная) наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаи­модействии природы и общества. Ее задача - изучение зако­нов взаимодействия природы и общества и оптимизация это­го взаимодействия.

Задачи экологии: изучение двусторонних связей между биологическими объектами разных уровней организации и сре­дой; изучение механизмов адаптации к среде; изучение меха­низмов устойчивости экосистем; изучение механизмов под­держания биоразнообразия; исследование продукционных процессов; моделирование экологических систем и процессов; изу­чение законов взаимодействия человеческого общества и при­роды, прогноз и оптимизация этого взаимодействия и др.
2 История развития дисциплины «Экология»

Историю развития экологии можно условно разделить на 3 этапа.

I. Первый этап - зарождение и становление экологии как науки (с глубокой древности до середины XIX в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организ­мов со средой их обитания, делались первые научные обобще­ния. Это самый длительный в истории экологии этап.

Еще в первобытном обществе люди имели отдельные пред­ставления о повадках животных, образе их жизни, о сроках сбора растений, употребляемых для их нужд, о местах произ­растания растений, о способах выращивания и ухода за ними. Сведения подобного рода встречаются в сохранившихся па­мятниках древнеегипетской, индийской, тибетской культур. Например, в китайских хрониках IV—II вв. до н. э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В период Средневековья накопления экологических све­дений практически не происходило, поскольку в науке доми­нирующей была теологическая теория происхождения жизни, и виды считались неизменными, влияние среды вообще отрицалось. Только единичные труды этого периода содер­жат факты научного значения. Большинство из них имеют прикладной характер: описание целебных трав (Авиценна, 980-1037), культивируемых растений и животных, природы далеких стран (Марко Поло, XIII в.).

В эпоху Возрождения великие географические открытия послужили толчком дальнейшему развитию естественных наук и экологии в том числе. В этот период происходило накопле­ние и описание фактического материала о разнообразии жи­вых организмов, их распространении, выявление особеннос­тей строения растений и животных, живущих в условиях той или иной среды.

С конца XVIII в. быстрыми темпами развивалась биогеог­рафия, что способствовало дальнейшему развитию экологи­ческого мышления.

II Второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (с середины XIX в. до середины XX в.).

В 1859 г. английский ученый Ч. Дарвин (1809-1882) опубликовал научный труд «Происхождение видов путем ес­тественного отбора», в котором вскрыл механизм эволюцион­ного процесса путем естественного отбора.

В 1866 году немецкий биолог Э. Геккель впервые употре­бил термин «экология» в своем труде «Всеобщая морфология организмов», а в 1868 году в книге «Натуралистическая теория мирообразования» он дал определение сущности новой на­уки. Однако этот термин прижился только к концу XIX в.

В 40-е гг. в экологии возник новый принцип исследования природных сообществ в их взаимосвязи со средой обитания. В 1935 г. английский ученый А. Тенсли ввел термин «экосис­тема», а в 1940 г. советский ученый В.Н. Сукачев (1880—1967) ввел термин «биогеоценоз».

III. Третий этап - превращение экологии в междисципли­нарную науку (с середины XX в. по настоящее время). С сере­дины XX в. успехи экологии, на фоне усугубляющихся про­блем состояния природной среды привели к «экологизации» многих биологических (и не только биологических) наук. Из строго биологической науки экология превратилась в комп­лекс знаний, включающих в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. На границе экологии и других наук начали возникать пограничные науки, такие, как математичес­кая экология, промышленная экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология, инженерная экология, эко­номическая экология и др. В настоящее время достижения экологии являются теоретической основой для выработки стратегии взаимоотно­шений человечества с Природой, рационального природополь­зования и охраны природы.

Современный период развития экологии в мире связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж.М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А. Швей­цер, Дж. Харпер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер, Б. Не­бел и др. Среди отечественных ученых следует назвать И.П. Герасимова, А.М. Гилярова, В.Г. Горшкова, Ю.А. Изра-эля, Ю.Н. Куражковского, К.С. Лосева, Н.И. Моисеева, Н.П. Наумова, Н.Ф. Реймерса, В.В. Розанова, Ю.М. Свирижева, В.Е. Соколова, В.Д. Федорова, С.С. Шварца, А.В. Яблокова, А.Л. Яншина и др.
3 Уровни биологической организации и экологии

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, субклеточный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный.

Молекулярный (молекулярно-генетический). На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие, как белки, нуклеиновые кис­лоты и др.

Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные струк­туры.

Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и фун­кциональной единицей живого.

Органно-тканевой. На этом уровне живая материя орга­низуется в ткани и органы. Ткань - совокупность клеток, сход­ных по строению и функциям, а также связанных с ними меж­клеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организ­ма, выполняющая определенную функцию или функции.

Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) - неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

Популяционно-видовой. На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция - совокупность осо­бей одного вида, образующих обособленную генетическую си­стему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид - совокупность особей (популяций особей), спо­собных к скрещиванию с образованием плодовитого потом­ства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Биоценотический. На этом уровне живая материя образу­ет биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биогеоценотический. На этом уровне живая материя фор­мирует биогеоценозы. Биогеоценоз - совокупность биоцено­за и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера - оболочка Земли, преобразованная де­ятельностью живых организмов.

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.
4 Системы организмов и биота Земли

Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в терминах физической картины мира.

В настоящее время на Земле описано более 2,5 млн видов живых организмов. Однако реальное число видов Земле в несколько раз больше, так как многие виды микроорганизмов, насекомых и др. не учтены. Кроме того, считается, что современный видовой состав - это лишь около 5% от видового разнообразия жизни за период ее существования на Земле.

Для упорядочения такого многообразия живых организм служат систематика, классификация и таксономия. Систематика - раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам. Классификация - распределение всего множества живых организмов по определенной системе иерархически соподчиненных групп - таксонов. Таксономия - раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон — искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства, статочно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга

В современной ксистематике живых организмов существует следующая иерархия таксонов: царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и подцарства, над- и подотделы, над- подклассы и т.д.

Систематика живых организмов постоянно изменяется и обновляется. В настоящее время она имеет следующий вид:

I. Неклеточные формы. Царство Вирусы.

II. Клеточные формы.
5 Понятие о среде обитания и экологических факторах

Среда обитания (жизни) - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное действие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и низменную. Первой была освоена водная среда. Затем появились паразиты и симбионты, использующие организменную среду обитания. В дальнейшем после выхода жиз­ни сушу, живые организмы населили наземно-воздушную среду, а одновременно с этим создали и заселили почву. Под почвенной средой обитания подразумевают не только собственно почву, но и горные породы поверхностной части литосферы.

Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов.

По природе экологические факторы делят на абиотические и биотические, природные и антропогенные.

Абиотические факторы - компоненты неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на организм. Их деля на следующие группы:

- климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер и др.);

- геологические факторы (землетрясения, извержения вул­канов и др);

- орографические факторы, или факторы рельефа (высота местности над уровнем моря, крутизна местности, экспозиция местности и др.);

- эдафические, или почвенно-грунтовые, факторы (грану­лометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.);

-гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.).

Иначе абиотические факторы делят на физические и хими­ческие.

Биотические факторы - воздействие на организм других живых организмов.В зависимости от вида воздействующего организма их раз­деляют на две группы:

- внутривидовые, или гомотипические, факторы - это вли­яние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);

- межвидовые, или гетеротипические, факторы - это вли­яние на организм особей других видов (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).

В зависимости от принадлежности к определенному цар­ству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:

- фитогенные факторы - это влияние на организм;

- зоогенные факторы - влияние животных;

- микогенные факторы - влияние грибов;

- микробогенные факторы - влияние микроорганизмов (ви­русов, бактерий, простейших).

Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.).

При этом различают воздействие человека как биологического организма (потребление пищи, дыхание, выделение и т.д.) и его хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, энергетика т.д.). Факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными..

В зависимости от характера воздействий антропогенные факторы делят на две группы:

- факторы прямого влияния - это непосредственное (прямое) воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных и т.д.)

- факторы косвенного влияния — это опосредованное (косвенное) воздействие на организм (загрязнение окружающей среды, беспокойство т.д.).
6 Лимитирующие факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Диапазон толерантности организма не остается постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т. е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже - на видовом уровне.

Лимитирующий фактор - фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма. Лимитирующий фактор ограничивает любое проявление жизнедеятельности организма. С помощью лимитирующих факторов регулируется состояние организмов и экосистем.
  1   2   3



Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации