Контрольная работа по "Экология"

 

2.3.3 Закон лимитирующего  фактора

Реакция организма на воздействие фактора обусловлена дозировкой этого фактора. Очень часто фактор среды, особенно абиотический, переносится организмом лишь в определенных пределах. Наиболее эффективно действие фактора при некоторой оптимальной для данного организма величине. Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точками минимума и максимума) данного фактора, при котором возможно существование организма. Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью или толерантностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. Распределение плотности популяции подчиняется нормальному распределению. Плотность популяции тем выше, чем ближе значение фактора к среднему значению, которое называется экологическим оптимумом вида по данному параметру. Такой закон распределения плотности популяции, а следовательно, и жизненной активности получил название общего закона биологической стойкости. 
Диапазон благоприятного воздействия фактора на организмы данного вида называется зоной оптимума (или зоной комфорта). Точки оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможность реакции организма на данный фактор. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Этот диапазон величины фактора называется зоной пессимума (или зоной угнетения). Рассмотренные закономерности воздействия фактора на организм известно, как правило оптимума. 
Установлены и другие закономерности, характеризующие взаимодействия организма и среды. Одна из них была установлена немецким химиком Ю. Либихом в 1840 году и получила название закона минимума Либиха, согласно которому рост растений ограничивается нехваткой единственного биогенного элемента, концентрация которого лежит в минимуме. Если другие элементы будут содержаться в достаточном количестве, а концентрация этого единственного элемента опустится ниже нормы, растение погибнет. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Итак, существование и выносливость организма определяются самым слабым звеном в комплексе его экологических потребностей. Или относительное действие фактора на организм тем больше, чем больше этот фактор приближается к минимуму по сравнению с прочими. Величина урожая определяется наличием в почве того из элементов питания, потребность в котором удовлетворена меньше всего, т.е. данный элемент находится в минимальном количестве. По мере повышения его содержания урожай будет возрастать, пока в минимуме не окажется другой элемент. 
Позднее закон минимума стал трактоваться более широко, и в настоящее время говорят о лимитирующих экологических факторах. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он отсутствует или находится ниже критического уровня, или превосходит максимально выносимый предел. Иными словами, этот фактор обусловливает возможности организма в попытке вторгнуться  в ту или иную среду. Одни и те же факторы могут быть или лимитирующими или нет. Пример со светом: для большинства растений это необходимый фактор как поставщик энергии для фотосинтеза, тогда как для грибов или глубоководных и почвенных животных этот фактор не обязателен. Фосфаты в морской воде – лимитирующий фактор развития планктона. Кислород в почве не лимитирующий фактор, а в воде – лимитирующий. 
Следствие из закона Либиха: недостаток или чрезмерное обилие какого-либо лимитирующего фактора, может компенсироваться другим фактором, изменяющим отношение организма к лимитирующему фактору. 
Однако ограничивающее значение имеют не только те факторы, которые находятся в минимуме. Впервые представление о лимитирующем влиянии максимального значения фактора наравне с минимумом было высказано в 1913 году американским зоологом В. Шелфордом.                                     Согласно сформулированному закону толерантности Шелфорда существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом. В связи с этим все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими.

 

 

 

2.4 Приспособления  живых организмов  к экологическим  факторам

 

Способность видов адаптироваться к отдельным  факторам или, их комплексу называется  экологической валентностью  или  пластичностью.  В зависимости от пластичности видов меняется их способность выживать в условиях меняющихся факторов для приспособленных к широким изменениям температур видам применяют термин  "эвритермные” (от греч. "эври” – широкий), для неприспособленных – "стенотермные” (греч. "стенос” – узкий). Для приспособленных к динамическим факторам среды – "эвритопные” ("топос” – место), к неприспособленным – "стенотопные”. 
   Требовательность и толерантность к факторам среды определяет область географического распространения особей рассматриваемого вида вне зависимости от степени постоянства их обитания, т. е.  ареал вида. 
   Динамичность экологических факторов во времени и пространстве зависит от астрономических, гелиоклиматических, геологических процессов, которые выполняют управляющую роль по отношению к живым организмам. Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов в процессе эволюции и естественного отбора на генетическом уровне. Выработанные в процессе эволюции и закрепленные в наследственной информации особенности живых организмов, обеспечивающих их нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических факторов, называются  адаптациями. 

 

 

 

  
   Адаптации могут быть разных видов:

• морфологические адаптации (приспособление строения организмов к среде), например, растения, обитающие в пустыне, лишены листьев, и их строение хорошо приспособлено к минимальным потерям влаги;
• физиологические адаптации  - приспособление пищеварительного тракта к составу пищи. Например, обитатели пустынь способны обеспечивать свою потребность во влаге путем биохимического окисления жиров;
• поведенческие  (этологические)  адаптации  - это приспособление поведения животных к различным условиям среды (температурным условиям, динамике влажности, освещенности и другим факторам).

 

    Особенности поведения животных  направлены на избежание угрозы  оказаться в экстремальной ситуации. При этом сформулирован  принцип минимальной амплитуды, согласно которому организм при прочих равных условиях выбирает такое место обитания, в котором обеспечивается минимальная амплитуда колебаний одного или нескольких лимитирующих факторов.

2.5 Экологическая  система

Экосистема  или экологическая система —  это живые организмы, живущие  в неживой природе и сосуществующие вместе. В экосистему входят животные, растения, почва, водные просторы и  окружающий нас воздух. Вся экосистема работает четко и слаженно. На нашей  планете очень много экосистем, да и саму планету, с живущими на ней живыми созданиями, можно назвать  одной большой экосистемой.

Как устроена экосистема?

Экосистема  очень сложно устроена. Для примера  можно взять одну маленькую экосистему — пруд. В этом водоеме обитает  множество самых разных живых  существ, например, рыб, растений, насекомых, беспозвоночных животных, крошечных  микроорганизмов. Кроме того, в пруду  есть донные отложения. Здесь всегда сохраняется определенная температура  воды и количество воздуха. За счет этого вся экосистема работает хорошо. В пруду есть хищные рыбы и насекомые. Они могут поедать других живых  существ. Их жертвы могут питаться илистыми отложениями и другими продуктами. Любая экосистема в идеале замкнута, то есть в нее из других сред ничего не проникает, однако это не всегда так. Если на экосистему долгое время  не будут действовать другие среды, то она может прекратить свое существование. Если в пруду не будут расти  водоросли, то растительноядным рыбам  нечем будет питаться, и они  умрут. Хищникам станет не на кого охотиться, и они также умрут. В мире есть большие и маленькие экосистемы. Пень, например, это тоже экосистема. На нем живут различные жучки, микроорганизмы и бактерии. Все они вместе сосуществуют. 
Какие бывают экосистемы?

Экосистемы  бывают естественные и искусственные. Естественная экосистема — это, например, луг, который образовался сам  и существует. Искусственная экосистема — это, к примеру, поле, созданное  человеком. А до того, как человек  его создал, там раньше могло находиться болото или еще какая-нибудь другая экосистема, которую человек разрушил. Потом на ее месте и распахал поле. На поле, в свою очередь, образовалась другая экосистема, которая сильно отличается от предыдущей. Следует  отметить, что экосистемы бывают наземные и водные. Наземная экосистема —  это, к примеру, луг или поле, а  водная — это пруд, озеро или  море, например. 
Что может повредить экосистеме?

Экосистеме  может повредить множество факторов. Самый главный из них — это  человеческая деятельность. Экосистема нарушается, вследствие чего часть  живых организмов в ней гибнет. Например, человек осушил болото. В  нем жили рыбы, насекомые, змеи, лягушки, а также росло много водорослей и болотных трав. После осушения болото перестало существовать. Его  обитателям стало негде жить. Хорошо, если некоторым животным удалось  добраться до другого болота или  водоема. Если они не смогли этого  сделать, то, скорее всего, погибли. Экосистема может нарушиться и под влиянием природных изменений, например, может  резко измениться климат. Животные в этом случае еще не приспособлены  к высоким или низким температурам, поэтому большая их часть может  погибнуть. По одной из версий, динозавры  вымерли в результате того, что  на Земле стало очень холодно, и им стало нечем питаться.

2.5.1 Синтез первичного органического  вещества

Практически всё первичное органическое вещество на Земле образуется зёлёными растениями в процессе фотосинтеза. Этот процесс  идёт с поглощением энергии, которая  запасается в химических связях органического вещества.  
В связи с тем, что растения производят органическое вещество под воздействием фотонов света, их называют фотосинтетиками. Кроме зеленых растений, органическое вещество производится некоторыми бактериями. Энергию для этого они получают за счёт химических реакций, поэтому их называют хемосинтетиками.  
Существуют серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы до её оксидов, нитрифицирующие бактерии окисляющие аммиак до нитритов и нитратов. Так же существуют железобактерии.

 

2.5.2 Трофические цепи и уровни 

Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями.

Перенос потенциальной энергии  пищи, созданной растениями, через  ряд организмов путем поедания одних  видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено — трофическим уровнем.

Первый  трофический уровень образуют продуценты (растения), второй — первичные консументы (растительноядные животные), третий — вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам является объектом питания для других организмов из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например человек, медведь, воробей, потребляют как продуцентов, так и консументов, т. е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети. 

Существуют два основных типа пищевых цепей — пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). 

Пастбищные  цепи начинаются с продуцентов: клевер —>кролик —> волк; фитопланктон (водоросли) —> зоопланктон (простейшие) —>плотва —> щука —> скопа.

Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных — детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям — хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка —> дождевой червь —> черный дрозд—> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы, клеши, ногохвостки, нематоды и др.

2.5.3 Энергетика  и продуктивность биоценозов

Жизнь всех биоценозов зависит от использования солнечной энергии зелеными растениями. Скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами-продуцентами, накапливаясь в форме органических веществ, называется первичной продуктивностью экологической системы. Производство органического вещества можно подразделить на 4 уровня:

1. Валовая первичная продуктивность — общая скорость фотосинтеза. Сюда же относятся органические вещества, которые были израсходованы на дыхание.

2. Чистая первичная продуктивность — это скорость накопления органического вещества в растениях, исключая то, что потрачено на дыхание.

3. Чистая продуктивность сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами (консументами и деструкторами) за определенный период: за время вегетации, сезон, год.

4. Вторичная продуктивность — это скорость накопления энергии на уровнях консументов. Консументы лишь усваивают ранее использованные питательные вещества, часть их расходуется на дыхание, а остальное превращается в ткани тела. Вторичную продуктивность не делят на валовую и чистую.

Высокие скорости накопления органического вещества наблюдаются  и в естественных, и в искусственных  экосистемах. Это происходит там, где  благоприятны физические факторы, а  особенно — при поступлении дополнительной энергии извне. Она может поступать  в различной форме: в тропическом  лесу в форме работы ветра и  дождя; в эстуарии — в виде энергии  прилива; в поле — в форме энергии, которая затрачивается на обработку  земли, ее орошение и удобрение. Оценивая продуктивность экосистемы, нужно учитывать  и утечку энергии, связанную со сбором урожая, загрязнением среды, плохой погодой  и другими неблагоприятными воздействиями.

В общем, продуктивность экосистемы говорит о ее богатстве. Богатое  и продуктивное сообщество не обязательно  имеет большее число организмов, чем бедное. Ведь особи в сообществе могут быстро оборачиваться или  из него изыматься. Так, на богатом пастбище, где пасется скот, урожай травы  на корню будет меньше, чем на менее продуктивном, но без выпаса.