С помощью этого видеоурока все желающие смогут самостоятельно рассмотреть тему «Биотические связи в природе» из школьного курса биологии за 9 класс. В ходе занятия вы узнаете, как живые организмы взаимодействуют между собой. Учитель познакомит вас с новым понятием - биотические связи в природе.

Биотические связи в природе

БИОЛОГИЯ

9 класс

Тема: основы экологии

Урок 57. Биотические связи в природе

Анисимов Алексей Станиславович,

учитель биологии и химии,

Москва, 2012

Одно из любимых летних приключений – тихая охота – поход в лес за грибами. Грибники хорошо знают, что под осиной можно найти грузди и подосиновики, под елью – рыжики и белый гриб, под ольхой – трюфель и молочай. Если детально изучить биологическое обоснование таких «находок», можно стать замечательным и даже легендарным грибником. Дело в том, что грибы помогают дереву расти, снабжая его корни питательными веществами, такими как азот и фосфор, в то время как растение возвращает долг в виде необходимых грибам сахаров – углеводов. Благодаря этому древнему сотрудничеству и растения, и грибы могут успешно развиваться.

Живые организмы приспосабливаются к различным природным факторам. Кроме того, им приходится уживаться с себе подобными, а также множеством других живых организмов.

Ни один вид, ни один живой организм не могут существовать отдельно. Вся живая природа, по сути, представляет собой сложнейшую систему биотических связей, от которых зависят возможности питания, размножения, распространения организмов, их способность проживать совместно.

Зависимости организмов друг от друга могут быть разнообразными, кроме того, могут быть также различными отношения внутри этих связей: от взаимополезных до взаимоневыгодных. К примеру, практически все организмы состоят в пищевых связях.

От пищевых связей зависит жизнь организмов, обеспеченность их энергией, эти связи также называют трофическими.

Они носят всеобщий характер, так как нет ни одного вида на Земле, который не служил бы пищей другим или сам не использовал бы для этих целей другие виды. Трофические отношения образуют в сообществах сложную систему, которую называют сетью питания.

Ее можно схематически изобразить, как густую паутину, охватывающую весь органический мир, начиная с любого вида.

Пищевые связи между организмами играют очень важную роль:

1. Обеспечивают передачу органического вещества и заключенной в нем энергии от одного организма к другому.

2. Служат механизмом регуляции численности популяций в природе.

Пищевые отношения между организмами стоят заслоном на пути чрезмерного размножения отдельных видов, что делает природные сообщества более стабильными.

Типичные хищники, такие как волк, тигр, беркут и другие, – тратят много сил на поиск и овладение живой добычи, которая сопротивляется или убегает, они убивают и съедают в течение жизни много жертв.

Собиратели, такие как воробьи, гуси, пчелы, – тратят энергию в основном на поиск и сбор добычи, которая не способна сопротивляться.

Пасущиеся животные питаются обильным кормом, который не приходится особенно искать, и он легкодоступен.

Своеобразными собирателями являются фильтраторы и грунтоеды в водоемах и почвах, а также насекомые-опылители.

Хищничество – это способ добывания пищи и питания, когда животные ловят, умерщвляют и поедают других животных.

Иногда любую связь, при которой один вид поедает другой, расширительно называют связью «хищник – жертва», используя в данном случае слово «хищник», как синоним слова «поедатель», даже если это относится к растительноядным организмам, таким как слоны, бобры или зайцы.

Взаимно невыгодным типом связи между видами является конкуренция. Это явление возникает в условиях, когда несколько видов существуют за счет одного источника ресурсов, при этом ресурсы эти ограничены. Если вид встречает в своем месте обитания конкурента, ему достается меньше ресурсов, и это отражается на возможности размножения и на численности его популяции. Поэтому конкуренция неблагоприятна для обоих взаимодействующих видов – жизнь каждого из них была бы лучше в отсутствие другого.

Взаимовыгодные связи. Мутуализм и симбиоз – так называются взаимовыгодные отношения, когда совместное существование видов значительно повышает выживаемость каждого из них в борьбе за существование.

Взаимоотношения цветковых растений и их опылителей, ягодных кустарников и животных – распространителей их семян, жвачных копытных и их желудочной микрофлоры – это широко известные примеры таких взаимно выгодных связей.

Мутуализм и симбиоз – близкие по смыслу понятия, но это не синонимы.

Мутуализмом называют любые взаимополезные обязательные и случайные связи между организмами.

Например, отношения между раком-отшельником и актинией.

Симбиозом (греч. symbiosis – «сожительство») именуют связи, превратившиеся в тесное физическое сожительство.

В симбиотических связях обычно участвуют виды, настолько зависимые друг от друга, что по отдельности они существовать уже не могут.

Примеры симбиоза – это лишайник, симбиоз гриба с цианобактерией или водорослью, а также микориза, симбиоз гриба и корня высшего растения.

Существуют и другие формы зависимости организмов друг от друга, например, комменсализм – это односторонняя связь.

Она выгодна одному из партнеров и безразличны другому. Это может быть так называемое нахлебничество, когда один вид питается остатками пищи другого вида.

Это может быть квартиранство, то есть обитание в норах или гнездах без вреда хозяину, а также размещение растений на стволах и ветвях деревьев.

Одностороннюю выгоду получают некоторые виды, используя других для расселения. Так, мелкие клещи, которые питаются разлагаемой материей, расселяются на жуках или мухах, используя их в качестве живого транспорта.

Семена и плоды многих растений имеют прицепки, что позволяет им путешествовать на шерсти животных.

Человек, пробирающийся через заросли череды, также способствует распространению семян этого вида, когда вынужден затем выбирать их со своей одежды.

Значение биотических связей трудно переоценить, они объединяют живую природу в единое целое, без них невозможно формирование устойчивых сообществ. Наличие и переплетение разнообразных биотических связей в природе вызывает так называемые цепные реакции, когда в результате разрыва связи путем уничтожения или, наоборот, внедрения человеком отдельных видов может измениться всё сообщество.

Поэтому так важно знать формы этих связей и их количественные характеристики.

Трофическая сеть

Каждый из этих видов связан пищевыми отношениями со своими жертвами или потребителями.

Мертвые остатки растений или животных также служат источниками пищи для множества других видов: моллюсков, червей, грибов, бактерий.

В трофической сети нет ни начала, ни конца, так как каждый вид прямо или косвенно связан со многими.

Экологические группы по способу питания

В одну и ту же экологическую группу по способу питания могут попасть совершенно неродственные виды. К примеру, собирателями являются грифы-падальщики, лесные мыши, воробьи, голуби и насекомоядные растения, такие как росянка или пузырчатка.

Отфильтровывают пищу в водоемах дафнии, моллюски, киты, морские растения.

Жуки божьей коровки и их личинки в колониях тлей пасутся так же, как корова на лугу: не тратя времени на поиск пищи.

А хищные муха-ктырь и стрекоза-коромысло на лету догоняют добычу, как это делают соколы в воздухе, а львы и гепарды на земле.

Подумайте:

1. Какие биотические связи человека с организмами других видов вам известны?

3. Что такое нейтрализм? Вспомните виды биотических связей.

4. Приведите пример трофической цепи. Есть ли у нее начало и конец?

1. Мамонтов С. Г., Захаров В. Б., Агафонова И. Б., Сонин Н. И. Биология. Общие закономерности. – М.: Дрофа, 2009.

2. Пасечник В. В., Каменский А. А., Криксунов Е. А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

3. Пономарева И. Н., Корнилова О. А., Чернова Н. М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И. Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.

Природы - это взаимоотношения всех живых организмов друг с другом и с окружающей средой. Биотические связи возникают в биогеоценозе между различными видами. Самой основной и важной формой таких связей являются пищевые взаимоотношения, которые формируют циклы питания и сложные цепи.

Нейтрализм

Биотические связи, при которых жизнедеятельность одного организма не оказывает никакого влияния на жизнь другого, называется нейтрализмом. Примерами данного взаимоотношения являются заяц-беляк и ленточный червь, бабочка-крапивница и блоха, а также бесконечное множество других.

Ученые заметили, что во время своей жизнедеятельности все живые организмы выделяют в окружающую среду твердые, жидкие и газообразные вещества, которые способны влиять на другие растения, животных и микроорганизмы.

Аллелопатия

Биотические связи, осуществляющиеся благодаря специфическим действующим продуктам обмена веществ, выделяющимся во внешнюю среду, называются аллелопатией.

Такое явление известно уже давно, но лишь в 1937 году немецкий ученый Молиш дал ему определенное название.

Более детально данное явление изучено на растительных организмах. Выделения многих растений могут оказывать на близрастущих соседей как токсичное, так и стимулирующее действие. Примеры биотических связей у растений могут быть такими:

• абсинтин листьев горькой полыни способен угнетать рост и развитие многих других растений;
• фасоль замедляет рост яровой пшеницы;
• выделения корней пырея плохо влияют не только на другие травы и кустарники, но и на деревья.

Животные также выделяют вещества - феромоны, способные влиять на поведение и развитие особей определенного вида. С их помощью также передается информация другим видам.

Выделение биологически активных веществ свойственно и микроорганизмам. Например, широко известны такие антибиотики, как пенициллин и стрептомицин.

Эффект группы

Групповой эффект - это оптимизация всех процессов, которая ведет к максимальному повышению жизнеспособности особей при их совместном обитании. Такая особенность проявляется у большого количества видов, которые могут нормально размножаться и развиваться только в том случае, если они объединились в небольшие или огромные группы.

Типы биотических связей зависят от ареала обитания особей и способов их существования. Например, для того чтобы выжило стадо африканских слонов, в нем должно находиться не менее тридцати особей.

Конкуренция

Биотические связи, во время которых происходят взаимоотношения между особями одного или разных видов, при которых используются одни и те же ресурсы при их значительном недостатке, называются конкуренцией. способна значительно повысить интенсивность естественного отбора. Самым популярным примером такого процесса является самоизреживание елей.

А вот межвидовой тип конкуренции чаще всего характерен для экологически близких особей или популяций разных видов. Может быть как пассивной, так и активной. Первая подразумевает использование природных богатств, необходимых обоим видам. А во время второй происходит подавление одного вида другим.

Конкуренция является одной из основных причин того, что несколько видов, характеризующихся похожими образом жизни, поведением и спецификой питания, не могут сожительствовать в одном сообществе. Такая конкуренция может превратиться во вражду.

Хищничество

Биотические связи в природе, которые характеризуются таким способом добычи пищи, как ловля, убийство и съедение пойманных особей, называются хищничеством. Основой таких взаимоотношений являются пищевые связи и цепочки питания. Хищник сначала убивает добычу, а только потом ее съедает. Но перед этим ее нужно поймать. Для этих целей у каждого хищника есть специальные приспособления. Исторически сложилось так, что и у жертв есть защитные элементы. Например, панцирь, колючки, шипы, ядовитые железы и защитная окраска.

Благодаря таким обоюдным приспособлениям и сформировались группировки организмов - хищники и жертвы. В таких взаимоотношениях сформированы принципы регуляции численности обоих компонентов.

Еще недавно ученые думали, что все хищники - вредные жители планеты, поэтому их нужно истреблять. Однако это мнение оказалось ошибочным. Такие действия будут иметь негативные глобальные последствия. Существует риск нанести ущерб не только дикой природе, но и всему хозяйству.

Симбиоз

Биотические связи в природе, во время которых один из партнеров (или сразу оба) извлекает пользу от взаимоотношений друг с другом, называются симбиозом.

В мире существует большое количество примеров взаимовыгодного симбиоза. Например, желудочные и кишечные бактерии, без которых невозможен процесс пищеварения. Или опыление некоторых орхидей, чью пыльцу может переносить только определенный тип насекомых. Такие отношения проходят успешно тогда, когда они увеличивают вероятность обоих партнеров выжить.

Симбиоз, который будет выгодным для обоих представителей, называется мутуализмом. А вот комменсализм - это взаимоотношения, полезные для одного, но безразличные для другого. Эндосимбиоз - способность одного партнера жить внутри клетки другого.

Мутуализм

Самой распространенной формой совместного сожительства считается мутуализм. Биотические связи в природе (9 класс школьной программы подробно описывает данную тему) в виде мутуализма ставят обязательное условие - существование обоих партнеров. Во время такой связи каждый из партнеров получает свою выгоду. Например, один партнер использует другого в качестве источника питания, а второй оказывается под защитой от врагов или в благоприятных условиях для развития и размножения.

Каждый участник мутуалистической пары является эгоистом, и взаимная выгода возникает лишь от того, что полученная польза перевесит все затраты, которые требуются на поддержание взаимоотношений.

Взаимовыгодные связи формируются также благодаря поведенческим реакциям. Примеры биотических связей мутуализма - птицы совмещают собственное питание, и в это же время являются распространителями семян. Иногда возникают физические взаимоотношения.

Тесный контакт видов при мутуализме способствует их совместной эволюции. Таким примером являются приспособления, которые сформировались у цветков и их опылителей.

Комменсализм

Биотические связи (9 класс) выделяют три вида комменсализма:

1. Используют пищу других видов.
2. Прикрепляются к другому организму, который становится «хозяином».
3. Поселяются во внутренних органах хозяина.

Отношения такого типа очень важны для природы, так как дают возможность на каждом кусочке Земли сожительствовать большому количеству видов, а также максимально освоить окружающую среду и использовать пищевые ресурсы.

Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно, они вступают в разнообразные прямые и косвенные взаимоотношения. Их обычно разделяют на четыре типа: трофические , топические , форические , фабрические .

Трофические отношения возникают тогда, когда один вид в биоценозе питается другим. Примеры - корова поедающая траву, волк, охотящийся на зайца. При конкуренции двух видов из-за ресурса питания между ними возникает косвенная трофическая связь. Пример - волк и лиса вступают в косвенные трофические связи при использовании такого общего пищевого ресурса, как заяц.

Топические отношения характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Пример - отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами или живущими на них насекомыми и т.п.

Перенос семян растений осуществляется обычно при помощи специальных приспособлений. Животные могут захватывать их пассивно. Пример пассивного - за шерсть крупных млекопитающих могут цепляться семена лопуха.

Активно переносятся непереваренные семена, прошедшие через пищеварительный тракт животных, чаще всего птиц.

В переносе грибных спор большую роль играют насекомые.

Форезия животных - это пассивный способ расселения, свойственный видам, которым для нормальной жизнедеятельности необходим перенос из одного биотопа в другой.

Фабрические отношения - тип биотических связей, при которых особи одного вида используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида.

Из всех типов биотических отношений между видами в биоценозе наибольшее значение имеют топические и трофические связи, поскольку они удерживают друг возле друга организмы разных видов, объединяя их в биоценозы разного масштаба.

Типы взаимодействий популяций в биоценозах обычно условно разделяются на положительные (полезные), отрицательные (неблагоприятные) и нейтральные.

Комменсализм - форма взаимоотношений между двумя популяциями, когда деятельность одной из них доставляет пищу или убежище другой. Иными словами, комменсализм - одностороннее использование одной популяции другой без нанесения вреда первой.

Нейтрализм - такая форма биотических отношений, при которой сожительство двух популяций на одной территории не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий. Отношения типа нейтрализма особенно развиты в насыщенных популяциями сообществах.

Такая форма взаимодействия чаще встречается у растений.

Конкуренция - взаимоотношения популяций со сходными экологическими требованиями, существующих за счет общих ресурсов, имеющихся в недостатке. Конкуренция - единственная форма экологических отношений, отрицательно сказывающаяся на обеих взаимодействующих популяциях.

Если две популяции с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Это одно из наиболее общих экологических правил, которое получило название закона конкурентного исключения. Конкурирующие популяции могут уживаться в биоценозе и в том случае, если повышение численности более сильного конкурента не допускает хищник.

Следовательно, биоценозы содержат в каждой группе организмов значительное число потенциальных или частичных конкурентов, состоящих в динамических отношениях друг с другом.

Взаимодополняемость и кооперация возникают тогда, когда взаимодействие полезно для обеих популяций, но они не находятся в полной зависимости друг от друга, поэтому могут существовать и отдельно. Это наиболее эволюционно важная фора положительных взаимодействий популяций в биоценозах. Сюда же относятся все основные формы взаимодействий в сообществах в ряду продуценты - консументы - редуценты.

Все перечисленные типы биоценотических связей, выделяемые по критерию пользы или вреда взаимных контактов для отдельных партнеров, характерны не только для межвидовых, но и для внутривидовых отношений.

Биотические связи в природе.

Цель: познакомить учащихся с многообразием связей между живыми организмами и их значением в жизни видов.

Организационный момент.

Проверка домашнего задания.

Объясните понятия «жизненная форма» и «экологическая группа». В чем их различие?

Какие свойства тела у белого медведя и пингвина позволяют им переносить без ущерба 50о-ные морозы?

Почему в приполярных районах Земли мало холоднокровных животных?

Для остальных учащихся – тест (2 варианта)

Изучение нового материала.

Связи между разными организмами называются биотическими

Прямыми косвенными.

Хищничество Конкуренция

Собиратели Мутуализм

Пастьба. Симбиоз

Нейтрализм

По ходу объяснения учителем нового материала, учащиеся в рабочих тетрадях заполняют таблицу (кроме последней графы):

Типы взаимоотношений организмов в биоценозах

Тип взаимоотношений	Характер взаимодействия	Пример
Хищничество	– способ добывания пищи и питания животных	Волки поедают зайцев, пауки- мух .
Собиратели	– способ питания мелкой многочисленной добычей, не способной убегать или оказывать сопротивление,
Пастьба.	захват больших количеств пищи и её усвоение	коровы на лугу
	способ питания за счет питательных веществ другого организма	Гриб- трутовик.
Конкуренция	совместно живущие виды сообща используют одни и те же ресурсы, количество которых ограничено
Мутуализм	взаимополезные обязательные или случайные связи между организмами	рак-отшельник и актиния, акация и муравьи).
Симбиоз	Взаимовыгодные отношения в природе	лишайник, микориза, бактерии кишечного тракта
Комменсализм	полезные одному из партнеров и безразличные для другого	Рыбы- прилипалы и акулы.
Нейтрализм	Виды не влияют друг на друга	Волк и майский жук.

Закрепление знаний. Задание: Определить, о каком типе взаимоотношений идет речь.

1. «Гиены подбирают остатки недоеденной львами добычи»

1. Белки и лоси, проживая в одном лесу практически не контактируют друг с другом».

1. «Уже у одноклеточных животных встречается поедание одного вида другим видом, например, хищные инфузории нападают на инфузорию-туфельку»

1. «В муравейнике встречаются жучки, которых муравьи кормят и оберегают от хищников. Жучок выпускает жидкость, которая возбуждает муравьев. Поэтому муравьи часто переносят с места на место жучков, хватая их за усики. Поэтому в процессе естественного отбора усики стали прочными и сильными…»

1. «…Лишайники – особые, уникальные организмы. Под микроскопом видны тонкие, длинные, бесцветные волокна-гифы гриба; а между ними – округлые зеленые тельца – одноклеточные водоросли. »

1. «Очень опасен поцелуйный клоп, обитающий в тропиках. Это крупное, 1,5 - 3,5 см в длину животное, ведущее ночной образ жизни. Они заселяют хижины, глинобитные дома. Нападая во сне на человека, они прокалывают кожу около глаз или губы в месте перехода в слизистую оболочку. Напившись крови, клоп выпускает каплю, содержащую трипаносом – возбудителей тяжелой болезни».

1. «Грибы препятствуют росту бактерий путем выработки антибиотиков».

Симбиоз – сожительство- форма взаимоотношения, из которых оба партнера или хотя бы один извлекают пользу.

Симбиоз подразделяется на мутуализм, протокооперацию и комменсализм.

Мутуализм – форма симбиоза, при которой присутствие каждого из двух видов становится обязательным для обоих, каждый из сожителей получает относительно равную пользу, и партнеры (или один из них) не могут существовать друг без друга.

Типичный пример мутуализма – отношения термитов и жгутиковых простейших, обитающих в их кишечнике.

Протокооперация – форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них. В этих случаях отсутствует связь именно этой, конкретной пары партнеров.

Примером протокооперации являются взаимоотношения мелких рыбок семейства губановых и крупных хищных мурен.

Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую-либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы. Комменсализм, в свою очередь, подразделяется на квартиранство, сотрапезничество, нахлебничество.

"Квартиранство" – форма комменсализма, при которой один вид использует другой (его тело или его жилище) в качестве убежища или своего жилья.

"Сотрапезничество" – форма комменсализма, при которой несколько видов потребляют разные вещества или части одного и того же ресурса.

"Нахлебничество" – форма комменсализма, при которой один вид потребляет остатки пищи другого.

Нейтрализм – тип биотической связи, при которой совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно. Например, белки и лось в одном лесу не контактируют друг с другом.

Аменсализм – форма антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, в то время как сами на дерево никак не влияют.

Хищничество - тип антибиоза, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида. Хищничество широко распространено в природе как среди животных, так и среди растений. Примеры: насекомоядные растения; лев, поедающий антилопу и т.д.

Конкуренция - тип биотических взаимоотношений, при котором организмы или виды соперничают друг с другом в потреблении одних и тех же обычно ограниченных ресурсов. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую.

Внутривидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегулирования популяции. Примеры: птицы одного вида конкурируют из-за места гнездования. Самцы многих видов млекопитающих (например, оленей) в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей.

Межвидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями разных видов. Примеры межвидовой конкуренции многочисленны. И волки, и лисы охотятся на зайцев. Поэтому между этими хищниками возникает конкуренция за пищу. Это не значит, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом, но успех одного означает неуспех другого.

Трофическая структура. Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга. Последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой , илитрофической, цепью . Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями.

Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными илицепями выедания .

Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными , илицепями разложения .

Например:

растения →овцы →человек; растения →кузнечики →ящерицы →орел; растения →насекомые →лягушки →змеи →орел.

мертвые ткани растений →грибы →многоножки кивсяки →грибы →ногохвостки коллемболы →хищные клещи →хищные многоножки →бактерии.

Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети , в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.

Различают разные уровни продуцирования , на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией , а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией .

Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид . Пирамиду составляют прямоугольники, которые изображают разные звенья пищевой цепи. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

"Правило десяти процентов": С одного трофического уровня на другой передается лишь около 10% энергии; или с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице» продуцент-консумент-редуцент), в среднем около 10 % энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.

Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяции и экосистем противостоять изменениям и сохранять равновесие. Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный – способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (локальная устойчивость) и упругий – способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы (общая устойчивость).

Сукцессия - последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном пространстве, называется стадиями развития. Различают множество форм сукцессии (фитогенная, зоогенная, ландшафтная, антропогенная, пирогенная, катастрофическая и др.). В оптимальных условиях любая сукцессия заканчивается возникновением медленно развивающегося климаксового сообщества. Различают первичные и вторичные сукцессии. Первичная сукцессия развивается на лишенных жизни территориях, вторичная - восстановление после природных катаклизмов.

Термин «сукцессия» предложен Г. Каулсоном (1898).

Существует множество классификаций сукцессий:

· по происхождению (первичные и вторичные),

· по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные),

· по обратимости (обратимые и необратимые),

· по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные),

· по тенденциям изменения продуктивности и видового богатства (прогрессивные и регрессивные),

· по антропогенности (антропогенные и природные),

· по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

Климакс – высшая ступень развития экосистем; финальная установившаяся стадия их развития, находящаяся в наиболее полном единстве с климатом данной, местности.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов.

Организм и среда

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Для обозначения совокупности условий жизни широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания». При этом, прежде всего подразумевается среда жизни человека. Окружающая среда, среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).

Основные среды жизни:

водная среда жизни (обитатели – гидробионты). Характерной чертой ее является подвижность – она ясно выражена в проточных, быстро текущих реках, ручьях и даже в стоячих водоемах это имеет место. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы; в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме;

наземно-воздушная среда особенностью является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом, который представляет собой смесь газов, а не их соединения. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – азота в нем содержится 78,08%, кислорода – около 20,9%, аргона – около 1%, углекислого газа – 0,03%. За счет диоксида углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу – потребление кислорода;

почвенная среда представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва обладает специфическими физическими свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Она обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов;

Экологический фактор – это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы – это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Абиотические факторы – это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Выделяют:

По отношению к температуре: пойкилотермные – холоднокровные животные с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды и гомойотермные – теплокровные животные, температура которых более или менее постоянна и не зависит от температуры окружающей среды.

Правило Бергмана: По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются.

У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела – правило Аллена , поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла

Биоклиматический закон А. Хопкинса: Существует закономерная, довольно тесная связь развития фенологических явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. По мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений (как цветения, плодоношения, сбрасывания листвы) в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на каждый градус широты, 5 градусов долготы и примерно на 100 м высоты.

По отношению к свету: светолюбивые (световые), тенелюбивые (теневые), теневыносливые

По отношению к влаге: гигрофиты – растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и (или) почвы; мезофиты – наземные растения, которые приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением почвы; ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху («засухоустойчивые»);

Антропогенные - это факторы, связанные с воздействием человека на природную среду.

Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы.

К первичным относят температуру, изменения положения Земли по отношению к Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров, непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы - извержение вулканов, ураган, удар молнии, наводнение и др.

По степени направленности действия факторы среды обитания можно классифицировать следующим образом:

1) периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2) повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

3) факторы однонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4) случайные и неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастую встречаются впервые.

Общие законы действия факторов среды на организмы

Закон оптимума. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, 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 среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено». В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными

Лимитирующие факторы – факторы, находящиеся в таком недостатке или, наоборот, избытке, который ограничивает возможность нормального существования популяции или вида. Лимитирующими факторами могут являться свет, тепло, вода, химические вещества, в том числе вещества загрязнения среды .

Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется величиной экологической валентности . Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции.

К этим факторам относят:

· энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитное и гравитационное поля);

· химический и динамический характер атмосферы;

· водный компонент (влажность воздуха, зеленой поверхности, химический состав вод, их физика, само их наличие и соотношение с населенной сушей);

· физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры – равнинность, холмистость, гористость и т. д.);

· облик и состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний, в том числе сочетаний непахотных сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами;

· степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно–разрушительного и иного характера, рассматриваемого как бедствие (землетрясения, наводнения, ураганы, природно–очаговые заболевания и т. д.);

· плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор;

· информационная составляющая всех перечисленных явлений.

Закон минимума Ю.ЛИБИХА (1840 г) – концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму . «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай».

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов. В экологию такое положение вошло как закон толерантности В. Шелфорда (1913 г.): «Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия». Под ограничивающим фактором понимают фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды в ареале, при которых возможно существование определенного вида, т.е. некий образ его жизни.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Основные механизмы адаптации:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо‑анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Экология и человек

Ноосфера (Эдуард Леруа совместно с Пьером Тейяром де Шарденом в 1927) – сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биотехносфера»).

Техносфера - область действительности, для которой характерно применение техники.

Основные предпосылки создания ноосферы:

· расселение человечества по всей поверхности Земли и физическое уничтожение видов, «конкурирующих с человеком»,

· радикальное усовершенствование средств связи и создания единой информационной системы и единой системы контроля над людьми,

· создание и разработка новых источников энергии (атомной, геотермической, «лунной», «ганглиевой»),

· «подъём благосостояния трудящихся» и «победа демократии»,

· установление «равенства всех людей», причём не только равенства перед законом, но и других его форм,

· учреждение единого планетарного марксистско-ленинского государства,

· вовлечение «широких народных масс» в занятие наукой,

· превращение человечества в «геологическую силу».

Окружающая человека среда состоит из четырех взаимосвязанных компонентов – подсистем:

а) собственно природной среды,

б) порожденной агротехнической среды – «второй природы»,

в) искусственной среды – «третьей природы»

г) социальной среды.

Природная среда, окружающая человека – факторы чисто естественного или природно-антропогенного системного происхождения, прямо или косвенно, осознанно или неосознанно воздействующие на отдельного человека или человеческие коллективы, включая и все человечество.

Среда «второй природы», или квазиприродная среда – все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характеризующиеся свойством отсутствия системного самоподдержания, т.е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирующего воздействия со стороны человека:

· пахотные земли, культурные ландшафты и т.д.;

· грунтовые дороги;

· внешнее пространство населенных мест с его природными физико–химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничением заборами, различными постройками, изменяющими тепловой и ветровой режимы, зелеными полосами, прудами и т.п.);

· зеленые насаждения (бульвары, газоны, ландшафтные парки, лесопарки, сады, дающие имитацию природной среды).

Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную природную среду и не являются чисто искусственными, не существующими в природе.

«Третья природа», или артеприродная среда – весь искусственный мир, созданный человеком, вещественно – энергетически не имеющий аналогов в естественной природе, системно чуждый ей и без непрерывного обновления немедленно начинающий разрушаться. Сюда можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания, технологическое оборудование, транспортные объекты, мебель и другие вещи, всю синтетику и т. д.

Биосфера все более насыщается вредными для живых организмов веществами антропогенного происхождения. Миллиарды тонн в год этих веществ выбрасываются в атмосферу, сбрасываются в водоемы, накапливаются в отходах. С воздушными потоками, речными и морскими течениями вредные вещества переносятся на большие расстояния через границы государств, создавая глобальную проблему загрязнения, наносят ущерб здоровью людей, природе, материальным ценностям.