Стратегия популяций - совокупность приспособлений, способов выживания и поддержания стабильности популяций растений и животных в экосистемах
Основы аутэкологии.
Аутэкология - раздел экологии, изучающий влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды (растений, животных, грибов, бактерий).
В основе аутэкологии лежит понятие экологических факторов.
Экологические факторы – элементы, окружающей среды, которые прямо или косвенно воздействуют на живой организм.
Экологические факторы подразделяют на абиотические и биотические, антропические.
Абиотические факторы- это факторы неживой природы (свет, температура, влажность воздуха, ветер, давление, почва, рельеф и т.д.)
Биотические факторы– совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания.
Антропогенные факторы- факторы, обусловленные хозяйственной деятельностью человека и влияющие на приходную среду.(воздействие техносферы)
3. Общие закономерности действия экологических факторов…
Важнейшие абиотические факторы:
1) температура
Животные по отношению к температурному фактору
А) пойкилатермные, эктотермные(хладнокровные) – организмы с устойчивым обменом веществ. Температура организмов зависит от температуры окружающей среды (беспозвоночные: рыбы, амфибии, рептилии).
Б) гомойотерные, эндотермные(теплокровные)–температура постоянно поддерживается с помощью механизмов терморегуляции (человек и птицы).
- правило Бертмена – в пределах одного вида есть однородные группы, особи более крупного размера располагаются в более холодных областях (белый, черный, очковый, бурый, гималайский медведи);
- правило Алена – в холодных областях уменьшается площадь выступающих частей тела.
2)фактор солености.
Правило Либиха - (1840),правило минимума, один из принципов, определяющих роль экологических факторов в распространении и количественном развитии организмов. Сформулирован Г.О. Либихом в применении к сельско-хозяйственным культурам. Согласно Л. з., «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». При этом имелось в виду лимитирующее действие жизненно важных веществ, присутствующих в почве в небольших и непостоянных количествах. Впоследствии это обобщение стало трактоваться шире с учётом др. факторов среды (напр., температуры, времени и др.).
Закон Шелфорда–(1913) закон толерантности, один из основополагающих принципов экологии, согласно которому присутствие или процветание популяции.организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует определенный диапазон толерантности (выносливости). Диапазон толерантности по каждому фактору ограничен его минимальным и максимальным, значениями, в пределах которых только и может существовать организм.
Экологическая валентность– способность организма адаптироваться к отдельным факторам или комплексам факторов окружающей среды.
Кривая валентности организма.
Биотические факторы
Биотические факторы:
1) Эффект группы – группа особей воздействует на особь, воспринимается это влияние через органы чувств. Положительное влияние – особи сильно координируют общее взаимодействие друг с другом, тем самым могут противостоять врагам, отрицательное влияние - один из организмов испытывает отрицательное влияние другого;
Эффект массы – вызывается изменениями в среде обитания.
2) Внутривидовая конкуренция (гомотипическая)
вид взаимодействия
эффект для популяции
А
Б
| конкуренция + - | мутуализм + + | кооперация + + | коменсализм + | аменсализм - | хищничество + - | паразитизм + - | нейтрализм |
Мутуализм–обоюдно выгодное сотрудничество особей разного вида.
Кооперация – сотрудничество.
Коменсализм – одна особь получает пользу, а другая не получает ни пользы, ни вреда.
Аменсализм – характерен для растительных организмов, один вид испытывает неудобство, а другой вид ничего.
Экологическая ниша – совокупность всех потребностей организма к условиям существования, включая занимаемое пространство, тропические пристрастия, широту и ответ на экологическую среду.
Принцип конкурентного исключения - принцип Гаузе, состоит в том, что каждый вид имеет свою собственную экологическую нишу. Никакие два разных вида не могут занять одну и ту же экологическую нишу.
Основы демэкологии
Демэкология- раздел экологии, исследующий прямые и обратные связи популяций со средой и внутрипопуляционные процессы. Популяции Экология.
Популяция – совокупность особей одного вида, располагающиеся на определенной территории, способных скрещиваться друг с другом с образованием плодовитого потомства.
Характеристики популяций:
- ареал –часть территории, которую занимают популяции определенного вида (биотоп – место обитания);
- численность;
- плотность популяции – число особей популяции на единицу площади или объема
- биомасса – вес особи на единицу площади или объема.
Структура популяции:
- размерная;
- возрастная;
- половая;
- генетическая.
Кривые роста численности популяций.
Выделяют два основных типа кривых роста численности популяций: I-образная, или экспонента и S-образная или логистическая кривая. Эти кривые, конечно, могут осложняться, изменяться в зависимости от особенностей организмов и от условий среды обитания.
При I-образной кривой плотность быстро растет по экспоненте, а потом, когда начинает действовать сопротивление среды, рост популяции быстро тормозится и начинает падать. Такой тип роста численности характерен для популяций микроорганизмов, беспозвоночных, некоторых позвоночных. Примером может служить быстрое размножение кроликов в Австралии. I-образная кривая имеет разный вид в зависимости от того, в какой шкале, арифметической или логарифмической, она построена.
При S-образной, или сигмоидний кривой рост популяции сначала увеличивается медленно, затем идет по экспоненте, а далее под воздействием окружающей среды замедляется, достигается равновесие, которое и сохраняется.S-образный рост численности популяций характерен для многих видов на планете: позвоночных и беспозвоночных организмов.
Стратегия популяций - совокупность приспособлений, способов выживания и поддержания стабильности популяций растений и животных в экосистемах.
Динамика, состояние и воспроизводство популяций согласуются с их возрастной и половой структурой. Возрастная структура отражает скорость обновления популяции и взаимодействие возрастных групп с внешней средой. Она зависит от особенностей жизненного цикла, существенно различающегося у разных видов (например, птиц и у млекопитающих хищников), и внешних условий.
В жизненном цикле особей обычно выделяют три возрастных периода: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Для растений характерен еще период первичного покоя, который они проходят в стадии поящихся семян. Каждый из периодов может быть представлен одной (простая структура) или несколькими (сложная структура) возрастными стадиями. Простой возрастной структурой обладают однолетние растения, многие насекомые. Сложная структура характерна для разновозрастных популяций деревьев, для высокоорганизованных животных. Чем сложнее структура, тем выше приспособительные возможности популяции.
Одна из наиболее известных классификаций животных по возрасту Г.А. Новикова:
- новорожденные – до момента прозревания;
- молодые – подрастающие особи, "подростки";
- полувзрослые – близкие к половозрелым особям;
- взрослые – половозрелые животные;
- старые – особи, переставшие размножаться.
В геоботанике получила признание классификация растений по возрасту Н.М. Черновой, А.М. Быловой:
- покоящиеся семена;
- проростки (всходы) – растения первого года жизни, многие из них живут за счет питательных веществ в семядолях;
- ювенильные – переходят к самостоятельному питанию, но размерами и морфологически еще отличаются от взрослых растений;
- имматурные – обладают переходными признаками от ювенильных к взрослым растениям, еще очень малы, у них идет смена типа нарастания, начинается ветвление побегов;
- виргинильные – "взрослые подростки", могут достигать размеров взрослых особей, но регенеративные органы отсутствуют;
- молодые генеративные – характерно наличие генеративных органов, завершается формирование облика, типичного для взрослого растения;
- средневозрастные генеративные – отличаются максимальным годичным приростом и максимальной репродуктивностью;
- старые генеративные – растения продолжают плодоносить, но у них полностью прекращаются рост побегов и образование корней;
- субсенильные – плодоносят очень слабо, идет отмирание вегетативных органов, новообразование побегов идет за счет спящих почек;
- сенильные – очень старые, дряхлые особи, появляются черты ювенильных растений: крупные одиночные листья, порослевые побеги.
Соотношение возрастных групп в структуре популяции характеризуют ее способность к размножению и выживанию, и согласуется с показателями рождаемости и смертности. В растущих популяциях с высокой рождаемостью преобладают молодые, еще не репродуктивные особи, в стабильных – обычно это разновозрастные, полночленные популяции, у которых регулярно определенное число особей переходит из младших возрастных групп в старшие, рождаемость равна убыванию населения. В сокращающихся популяциях основу составляют старые особи, возобновление в них отсутствует или совсем незначительно.
Половая структура по генетическим законам должна быть представлена равным соотношением мужских и женских особей, т.е. 1:1. Но в силу специфики физиологии и экологии, свойственной разным полам, в силу их разной жизнеспособности, влияния факторов внешней среды, социальных, антропогенных могут быть значительные различия в этом соотношении. И эти различия неодинаковы как в разных популяциях, так и в разных возрастных группах одной и той же популяции.
Изучение половой структуры популяций очень важно, поскольку между особями разных полов сильно выражены как экологические, так и поведенческие различия.
7. Основы синэкологии. Понятие экосистемы. Экосистема и биогеоценоз.
Синэколо́гия — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов. Часто синэкологию рассматривают как науку о жизни биоценозов, то есть многовидовых сообществ животных, растений и микроорганизмов.
В настоящее время является одним из 3 главных разделов общей экологии (наряду с аутэкологией и демэкологией).
Биоценоз - совокупность растений, животных и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема. Ценозом также называют любое сообщество организмов: например, зооценоз (животные), фитоценоз (растения), микробоценоз (микроорганизмы). В биоценозе все компоненты взаимосвязаны и зависят от одних и тех же абиотических факторов, свойственных данному местообитанию.
Биотоп - пространство с более или менее однородными условиями рельефа, климата и других абиотических факторов, занятое определенным биоценозом. Любой биотоп характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов:
количеством поступающей солнечной радиации
температурой
влажностью
pH среды
физико-химическими свойствами почв
концентрацией минеральных веществ и т.д.
Биоценоз характеризуется определенной биомассой, продукцией, структурой.
Биомасса - общая масса особей одного вида, группы видов или сообщества организмов, выражаемая в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенного к единицам площади или объема заданного места обитания (кг/га, кг/м3, г/см2, г/см3). Иногда биомассу выражают в единицах энергии, приходящейся на единицу площади (Дж/м2). Виды биомассы: фитомасса (растения), зоомасса (животные), бактериомасса (микроорганизмы).
Продукция - суммарное количество биомассы, образованной совокупностью растущих и размножающихся особей за определенный период времени. Ее величину определяют как совокупность приростов массы всех особей, прижизненных выделений, линочных шкурок животных и т.д.
В структуре биоценоза различают следующие уровни:
Пространственная структура - проявляется в закономерном размещении разных видов друг относительно друга в пространстве
Видовая структура - определяется видовым составом особей биоценоза и соотношением биомасс всех входящих в него популяций. Комплекс условий биотопа определяет видовой состав обитающих в нем организмов.
Трофическая (пищевая) структура - основу ее образуют переплетающиеся пищевые цепи.
Первичные биоценозы сложились без воздействия человека (целинная степь, девственный лес).
Вторичные биоценозы изменились или появились благодаря деятельности человека (например, лес на месте вырубленного).
Существенные биоценозы - функционируют без влияния деятельности человека;
Антропогенные - неустойчивые, искусственно созданные и поддерживаемые человеком сообщества (агробиоценозы).
Биоценоз является объектом изучения биоценологии - науки, изучающей закономерности жизни организмов в природных сообществах, их популяционную структуру, потоки энергии, круговорот веществ.
Биогеоценоз - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, объединенных обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Биогеоценоз включает в себя биоценоз и биотоп.
Биоценоз включает в себя три группы организмов:
Продуценты - автотрофные организмы, создающие с помощью фото- или хемосинтеза органические вещества из неорганических (например, зеленые растения).
Консументы - гетеротрофные организмы, являющиеся потребителями органического вещества. Консументы первого рода - растительноядные животные; второго рода - плотоядные.
Редуценты (деструкторы) - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации, то есть разложению до более простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами.
Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процессе обмена веществ весьма велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн пищи и воды, тысячи кубометров воздуха.
Чрезвычайно высокая интенсивность потоков вещества из неорганической природы в живые тела давно привела бы к полному исчерпанию запасов необходимых для жизни соединений, т.е. биогенных элементов. Но этого не происходит, и жизнь не прекращается, так как указанные элементы постоянно возвращаются в окружающую среду. И происходит это благодаря биоценозам, в которых в результате пищевых отношений между видами синтезированные растениями сложные органические вещества превращаются в конце концов в такие простые соединения, как диоксид углерода, вода, ряд элементов, которые могут быть снова использованы растениями в процессе фотосинтеза. Так возникает биологический круговорот вещества. Следовательно, биоценоз, будучи и сам по себе сложной системой живых организмов, является частью еще более сложной системы. В последнюю помимо живых организмов входит и их неживое окружение, которое содержит различные вещества и энергию, необходимые для развития и обеспечения жизнедеятельности.
Любую совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экологической системой, или экосистемой.
Природные экосистемы могут быть самого различного объема и протяженности. Это и капля воды с ее обитателями, и лужа, пруд, луг, тайга, степь.
Однако любая экосистема, независимо от размера, включает в себя живую часть (биоценоз) и ее физическое, т.е. неживое, окружение. При этом малые экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до глобальной экосистемы Земля. Аналогично общий биологический круговорот вещества на планете также складывается из взаимодействия множества более мелких, частных круговоротов.
Сразу отметим, что понятия «экосистема» (термин предложен А.Тенсли в 1935 г.) и «биогеоценоз» близки по сути. Первое из них приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга, а «биогеоценоз» — понятие территориальное, относящееся к таким участкам суши, которые заняты фитоценозами. Концепции экосистем и биогеоценозов, дополняя и обогащая друг друга, позволяют рассматривать функциональные связи сообществ и окружающей их абиотической среды в разных аспектах и с разных точек зрения.
Экосистема может обеспечить круговорот веществ только в том случае, если включает четыре необходимые для этого части: 1) запасы биогенных элементов; 2) продуценты; 3) консументы; 4) редуценты.
На их сложном и постоянном взаимодействии основан первый (основной) принцип функционирования экосистем:
получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.
Данный принцип гармонирует с законом сохранения массы. Так как атомы не возникают, не исчезают и не превращаются один в другой, они могут использоваться бесконечно в самых различных химических соединениях и запас их практически неограничен. Именно это и происходит в природных экосистемах.
Биоценозы, независимо от их сложности, динамичны, в них постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Указанные изменения можно свести к двум основным типам: циклическим и поступательным.
Циклический тип изменения сообществ отражает суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных (внутренних) ритмов организмов.
Поступательные изменения в сообществе приводят в конечном итоге к смене этого сообщества другим, с иным набором господствующих видов. Причиной подобных смен могут быть внешние по отношению к биоценозу факторы, длительное время воздействующие в одном направлении, например, иссушение болотных почв.
В заключение отметим, что согласно экологической парадигме (господствующему способу научного мышления), сформулированной в 1977 г. В.Д. Федоровым, именно экосистема есть главный объект современной экологии. На уровне экосистемы живое объединяется с неживым, но все следует рассматривать (по В.Н. Беклемишеву, 1964) как образование живого, так как неживые компоненты входят во все уровни организации живого вещества планеты Земля.