Контрольная работа по "Экология"

Экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией. Энергию определяют как  способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.  
Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. 
Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. 
Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия.  
Самопроизвольные процессы ведут систему к состоянию равновесия с окружающей средой, к росту энтропии, производству положительной энтропии. Если неживую неуравновешенную с окружающей средой систему изолировать, то всякое движение в ней скоро прекратится, система в целом угаснет и превратится в инертную группу материи, находящуюся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, то есть в состоянии с максимальной энтропией. Это наиболее вероятное для системы состояние и самопроизвольно без внешних воздействий она выйти из него не сможет. Так, например, раскаленная сковородка остыв, рассеяв тепло, сама уже не нагреется; энергия при этом не потерялась, она нагрела воздух, но изменилось качество энергии, она уже не может совершать работу. 
Таким образом, в неживых системах устойчиво их равновесное состояние. У живых систем есть одно принципиальное отличие от неживых - они совершают постоянную работу против уравновешивания с окружающей средой. Это утверждение имеет следующий термодинамический смысл: как в неживых системах устойчиво их равновесное состоянии, так в живых системах устойчиво неравновесное состояние. 
Жизнь - это единственный на Земле естественный самопроизвольный процесс, в котором энтропия системы уменьшается. Почему это возможно? 
 Все живые системы являются открытыми для обмена энергией. 
В окружающей их среде есть огромное количество даровой энергии Солнца, а в составе самой живой системы есть компоненты, обладающие механизмами, позволяющими эту энергию улавливать (извлекать), концентрировать, а затем снова рассеивать в окружающую среду. Как рассмотрено выше, рассеивание энергии, то есть увеличение энтропии, - это процесс, характерный для любой системы, как неживой, так и живой, а самостоятельное улавление и концентрирование энергии - это способность только живой системы. При этом происходит извлечение порядка, организации из окружающей среды, то есть выработка отрицательной энергии - негоэнтропии. Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет к уменьшению энтропии живой системы, противодействует ее уравновешиванию с окружающей средой, то есть росту энтропии, что для живой системы при достижении максимальной энтропии - равновесия с окружающей средой - означает смерть. 
Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, 
во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии; 
во вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду. 
 Даровая энергия окружающей среды - это энергия Солнца. Доходящая до Земли энергия Солнца распределяется следующим образом: 
33 % ее отражается облаками и пылью атмосферы (это так называемое альбедо или коэффициент отражения Земли); 
67 % поглощается атмосферой, поверхностью Земли и океаном. 
Из этого количества поглощенной энергии лишь около одного процента расходуется на фотосинтез, а вся остальная энергия, нагрев атмосферу, сушу и океан, переизлучается в космическое пространство в форме невидимого теплового (инфракрасного) излучения. Этого одного процента энергии достаточно для обеспечения ей всего живого вещества планеты и поддержания им состояния с низкой энтропией. Как распределяется эта энергия между компонентами биотической структуры? Улавливают энергию Солнца и превращают ее в потенциальную энергию органического вещества растения - продуценты. Весь остальной живой мир получает необходимую для жизнедеятельности энергию, в основном поедая их. Перенос энергии пищи от ее источника - продуцента через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой или трофической цепью.

2.3 Экологические факторы и их действия

Среда жизни действует  на живые организмы посредством  физических, химических и биологических  сторон. Все те влияния среды, которые  оказывают какое-либо воздействие  на организмы (являются раздражителями, выступают ограничителями существования  организмов и др.) обозначают экологическими. Однако не все влияния внешней  среды действуют с одинаковой силой на организмы. Некоторые вообще безразличны для них. Поэтому  экологи различают экологические  факторы и элементы среды (средообразующие  элементы).

Количество средообразующего элемента всегда избыточно, и, следовательно, его колебания не являются ограничивающим или стимулирующим моментом в  жизнедеятельности организмов. Экологические  факторы, в отличие от средообразующих  элементов, проявляют свое воздействие  благодаря постоянно меняющимся характеристикам. Поэтому экологическими факторами считаются только те влияния  среды, количественные выражения которых  подвержены изменениям. Например, вода в водной среде является средообразующим  элементом, а в наземно-воздушной  становится экологическим фактором. Необходимо отметить, что в разграничении  на экологические факторы и элементы среды надо быть осторожным. По мере узнавания свойств внешних влияний все большее их число причисляется к экологическим факторам.

Все многообразие экологических  факторов подразделяется на три большие  группы: абиотические, биотические  и антропогенные факторы.

2.3.1 Факторы неживой  природы.

Абиотические  факторы

Все живые организмы, населяющие Землю,  испытывают влияние экологических факторов среды.

Экологические факторы – это отдельные свойства или элементы среды, воздействующие прямо или косвенно на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из стадий индивидуального развития. Экологические факторы многообразны. Существует несколько квалификаций, в зависимости от подхода. Это по влиянию на жизнедеятельность организмов,  по степени изменчивости во времени, по длительности действия.

Например, у майского жука личиночная стадия проходит в почве. На него влияют абиотические факторы  среды: почва, воздух, косвенно влажность, химический состав почвы – совсем не влияет свет.

Например, бактерии способны выжить в самых экстремальных  условиях – их находят в гейзерах, сероводородных источниках, очень соленой  воде, на глубине Мирового океана, очень  глубоко в почве, во льдах Антарктиды, на самых высоких вершинах (даже Эвересте 8848 м), в телах живых организмов. 

Рассмотрим наиболее важные из абиотических факторов:

ТЕМПЕРАТУРА

Большинство видов растений и животных приспособлены к довольно узкому диапазону температур. Некоторые  организмы, особенно в состоянии  покоя или анабиоза способны выдерживать  довольно низкие температуры. Колебание  температуры в воде обычно меньше, чем на суше, поэтому пределы устойчивости к температуре у водных организмов хуже, чем у наземных. От температуры  зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при  температуре от 0 до +50 на поверхности  песка в пустыни и до – 70 в  некоторых областях Восточной Сибири. Средний диапазон температур находится  в пределах от  +50 до –50 в наземных местообитаниях и от +2 до +27 – в Мировом океане. Например, микроорганизмы выдерживают охлаждение до –200, отдельные виды бактерий и водорослей могут жить и размножаться в горячих источниках при температуре + 80, +88.

СВЕТ 

Свет обеспечивает все  жизненные процессы, протекающие  на Земле. Для организмов важна длина  волны воспринимаемого излучения, его продолжительность и интенсивность  воздействия. Например, у растений уменьшение длины светового дня и интенсивность  освещения приводит к осеннему листопаду.

По отношению к свету растения делят:

1. светолюбивые – имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, много пигмента – хлебные злаки. Но увеличение интенсивности освещения сверх оптимального подавляет фотосинтез, поэтому в тропиках трудно получать хорошие урожаи.
2. тенелюбивые – имеют тонкие листья, крупные, расположены горизонтально, с меньшим количеством устьиц.
3. теневыносливые – растения способные обитать в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения.

Животные, активность которых зависит от времени суток, бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.

ВЛАЖНОСТЬ

Вода – это необходимый  компонент клетки, поэтому ее количество в тех или иных местах обитания является ограничивающим фактором для  растений и животных и определяет характер флоры и фауны данной местности.

Избыток влаги в почве  приводит к заболачиванию почвы  и появлению болотной растительности. В зависимости от влажности почвы (количество осадков) видовой состав растительности меняется. Широколиственные леса сменяются мелколиственными, затем  лесостепной растительностью. Далее  низкотравье,  и при 250 мл в год – пустыня. Осадки в течении года могут выпадать не равномерно, живым организмам приходится переносить длительные засухи. Например, растения и животные саванн, где интенсивность растительного покрова, а так же и интенсивное питание копытных животных зависит от сезона дождей.

В природе происходят и  суточные колебания влажности воздуха, которые влияют на активность организмов. Между влажностью и температурой есть тесная связь. Температура сильнее влияет на организм чем влажность. У растений и животных появились приспособления к разной влажности. Например, у растений – развита мощная корневая система, утолщена кутикула листа, листовая пластинка уменьшена или превращена в иголки и колючки. У саксаула фотосинтез идет зеленой частью стебля. Рост в период засухи у растений прекращается. Кактусы запасают влагу в расширенной части стебля, иголки вместо листьев уменьшают испарение.

У животных тоже появились  приспособленности, позволяющих переносить недостаток влаги. Мелкие животные –  грызуны, змеи, черепахи, членистоногие  – добывают влагу из пищи. Источником воды может стать жироподобное вещество, например у верблюда. В жаркое время некоторые животные – грызуны, черепахи впадают в спячку, продолжавшуюся несколько месяцев. Растения – эфемеры к началу лета, после кратковременного цветения,  могут сбрасывать листья, отмирать наземные части и так переживать период засухи. При этом до следующего сезона сохраняются луковицы, корневища.

Концентрация  солей в воде характеризуется содержанием в ней растворимых солей. В пресной воде содержится 0,5-1,0 г/л, а в морской - 10-50 г/л солей. Соленость водной среды имеет важное значение для ее обитателей. Существуют животные, приспособленные к обитанию только в пресной воде (карпообразные) или только в морской (сельдеобразные). У некоторых же рыб отдельные стадии индивидуального развития проходят при различной солености воды, например угорь обыкновенный обитает в пресных водоемах, а на нерест мигрирует в Саргассово море. Таким водным обитателям необходима соответствующая регуляция солевого баланса в организме.

2.3.2 Факторы живой  природы.

Биотические факторы

Биотические факторы — (от греч. biotikos - жизненный), совокупность влияний, оказываемых на живые организмы  деятельностью других организмов. Одни живые существа служат пищей для  других, способствуют их размножению (насекомые-опылители) и расселению (перенос семян различными животными), оказывают хим. воздействие (токсины бактерий, антибиотики, фитонциды  и др.), могут быть средой их обитания (напр., хозяева для паразитов) и  т. д. Действие Б. ф. может быть и косвенным, напр. растения, почвенные микроорганизмы и животные могут изменять состав и структуру почвы и тем  самым влиять на др. организмы. Действия Б. ф. в наиболее отчётливой форме проявляются в природных сообществах организмов: биоценозах и в создаваемых человеком агробиоценозах (напр., влияние сорных растений на урожайность с.-х. культур, почвенной фауны на структуру почвы и др.).

К важнейшим биотическим  факторам относятся: наличие пищи, пищевые конкуренты и хищники.

Под биотическими факторами  среды понимают компоненты живой  природы, прямо или косвенно действующие  на организм. Данный организм также  воздействует на другие живые существа и на абиотические факторы. Все виды взаимоотношений между организмами  можно подразделить на конкуренцию, хищничество, антибиоз и симбиоз. 
Конкурентные взаимоотношения возникают между организмами в том случае, если для их существования необходимы одинаковые или сходные условия. Например, саранча, грызуны и травоядные парнокопытные вступают между собой в конкурентные отношения из-за пищи. Растения конкурируют друг с другом за свет, влагу, защиту от поедания животными и т.п. В конкурентные отношения могут вступать особи как одного, так и разных видов (сосны — за свет, разные виды хищников — за жертву). 
При хищничестве наблюдается прямое уничтожение жертвы и, как правило, использование ее в качестве пищи. Хищники есть среди животных всех классов хордовых (акулы, крокодилы, орлы, волки) и среди других типов, например гидра, планария, морские звезды, божьи коровки и др.                Есть хищники и среди растений (росянка). Разновидностью хищничества является каннибализм (внутривидовое хищничество) — поедание одними особями других своего же вида. Например, самка паука каракурта поедает самца после спаривания. 
Под антибиозом понимают такие взаимоотношения между организмами разных видов, когда особи одного вида, чаще путем выделения особых веществ, оказывают угнетающее воздействие на особей других видов. Эти вещества имеют разную химическую природу, но общее название — антибиотики. Антибиотики, продуцируемые грибами, бактериями и другими организмами (пенициллин, стрептомицин, биомицин и др.), нашли широкое применение для лечения разнообразных инфекционных болезней. Некоторые высшие растения также продуцируют антибиотики, которые получили название фитонциды. Фитонциды чаще всего представляют собой летучие вещества (иногда малолетучие), угнетающие жизнедеятельность бактерий, грибов, простейших и др. Они играют большую роль в биологической очистке воздуха. Поэтому в сосновых лесах строят санатории для больных туберкулезом и другими легочными заболеваниями. Широкое применение в медицине находят фитонциды чеснока и лука. 
Симбиозом является любое сожительство организмов разных видов, приносящее пользу хотя бы одному из них. Выделяют следующие формы симбиоза: мутуализм, синойкию, комменсализм и паразитизм. 
Мутуализм (взаимовыгодный симбиоз) — это совместное сожительство организмов разных видов, приносящее взаимную пользу. Например, лишайники являются симбиотическими организмами, тело которых построено из водорослей и грибов. Нити гриба снабжают клетки водоросли водой и минеральными веществами, а клетки водорослей осуществляют фотосинтез и, следовательно, снабжают гифы грибов органическими веществами. 
Синойкия (квартирантство) — сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида только как жилище, не принося своему «живому дому» ни пользы, ни вреда. Например, пресноводная рыбка горчак откладывает икринки в мантийную полость двухстворчатых моллюсков. Развивающиеся икринки надежно защищены раковиной моллюска, но они безразличны для хозяина и не питаются за его счет. 
Комменсализм (нахлебничество) — совместное сожительство организмов разных видов, при котором один организм использует другой как жилище и источник питания, но не причиняет вреда партнеру. Например, некоторые морские полипы, поселяясь на крупных рыбах, в качестве пищи используют их испражнения. В желудочно-кишечном тракте человека находится большое количество бактерий и простейших, питающихся остатками пищи и не причиняющих вреда хозяину. 
Паразитизм — это форма антагонистического сожительства организмов, относящихся к разным видам, при котором один организм (паразит), поселяясь на теле или в теле другого организма (хозяина), питается за его счет и причиняет вред. Болезнетворное действие паразитов слагается из механического повреждения тканей хозяина, отравления его продуктами обмена, питания за его счет. Паразитами являются все вирусы, многие бактерии, грибы, простейшие, некоторые черви и членистоногие. В отличие от хищника паразит использует свою жертву длительно и далеко не всегда приводит ее к смерти. Нередко вместе со смертью хозяина погибает и паразит. Связь паразита с внешней средой осуществляется опосредованно через организм хозяина. 
Различают временных и постоянных паразитов. Временные паразиты нападают на хозяина в основном для питания (комары, клещи). Постоянные паразиты весь цикл развития или большую его часть проводят на теле или в теле хозяина (аскарида, печеночный сосальщик, вши и др.). По месту обитания паразиты подразделяются на наружных, обитающих на теле хозяина (вши, блохи, клещи), и внутренних, обитающих в теле хозяина (аскарида, малярийный плазмодий, бычий цепень). 
Паразитический образ жизни оказывает существенное влияние на морфологию и физиологию паразитов. Так, у многих из них развиваются специальные органы прикрепления и питания (присоски, крючья, колющесосущий ротовой аппарат), высокой степени развития достигает половая система, что способствует интенсивности размножения (аскарида за сутки откладывает до 240 тыс. яиц). Благодаря нахождению в организме хозяина и питанию за его счет у многих паразитов слабо развиты нервная система и органы чувств (плоские и круглые черви), а у ленточных червей даже отсутствует пищеварительная система (они всасывают готовые переваренные вещества всей поверхностью тела из тонкого кишечника хозяина). 
Антагонистические взаимоотношения паразитов и хищников со своими жертвами поддерживают численность популяций одних и других на определенном относительно постоянном уровне, что имеет большое значение в выживании видов.