Материал: 1679

упорядоченности. Но здесь нет противоречия законам физики, так как эти процессы происходят только при постоянном подводе энергии в виде солнечного излучения. Сама возможность существования живых организмов обуславливается их способностью накапливать энергию путем преобразования полученной энергии Солнца в энергию химических связей.

Живые организмы извлекают из окружающей среды отрицательную энтропию – негэнтропию. При этом уменьшение энтропии возможно за счет постоянного рассеивания энергии (тепла) в окружающую среду и компенсации энергетических потерь постоянным притоком дополнительной энергии – энергии Солнца. То есть уменьшение энтропии живых существ происходит за счет увеличения энтропии окружающей среды.

16. Гомеостаз и устойчивость экологических систем. Сукцессия.

На экосистему воздействует большое количество факторов, которые стремятся вывести ее из состояния равновесия. Но природа имеет механизмы, направленные на поддержание равновесия. Таким образом, для экосистем характерно состояние подвижно-устойчивого равновесия.

Состояние подвижно-устойчивого равновесия экосистемы, обуславливающего ее устойчивость, называется гомеостазом (от лат. «гомео» – тот же, «стазис» – состояние).

Для поддержания стабильности системы необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов обмена веществ между организмом и окружающей средой. Основная причина неустойчивости экосистем – несбалансированность в них потоков веществ и энергии. Экосистема должна избавляться от ненужных продуктов и получать необходимые вещества из окружающей среды.

По принципу поддержания гомеостаза экосистемы делятся на открытые (в основном природные) и закрытые (многие антропогенные).

1)В открытых системах непрерывно поступает энергия и вещество из внешней (по отношению к экосистеме) среды (пр.: к растениям – поток солнечного излучения, химических веществ). Постоянно происходят процессы накопления и разложения вещества.

2)В закрытых экосистемах нет постоянного обмена веществом и энергией с внешней средой. Без вмешательства извне система нестабильна (быстро происходит нарушение равновесия).

Но даже в открытых экосистемах происходят медленные, постоянные изменения во времени, касающиеся в основном живых организмов. При этом происходит последовательная смена биоценозов под воздействием внешних факторов, называемая сукцессией (от лат. «сукцедо» – следую).

При сукцессии – смене биоценозов – происходит и постепенное изменение всех абиотических факторов, т.е. биотопа. Если развитие экосистемы

начинается на участке, который перед этим не был занят каким-либо сообществом – голом грунте без почвы (недавно вышедшая на поверхность скала, песок, остывшая лава), процесс называется первичной сукцессией. (Пр.: сукцессия после извержения вулкана на о. Кракатау (Индонезия) в 1883г. Большая часть острова исчезла, остался небольшой участок, засыпанный 60-метровым слоем пепла. Все живое было уничтожено, но через год уже нашли немного растительности и один вид пауков. Через 20 лет – 200 видов, через 50 – молодой лес.) Если развитие экосистемы происходит на площади, с которой предварительно удалено предыдущее сообщество (заброшенное поле или вырубка), то это будет вторичная сукцессия. Она протекает обычно быстрее первичной, поскольку на территории, которая ранее была уже занята, уже имеются некоторые организмы, осуществляющие обмен веществ со средой. (Пр.: на заброшенном поле сначала появляются травянистые растения, далее (в результате налета семян) – кустарники, затем деревья. Причем вначале появляются светолюбивые лиственные породы, а затем (под их тенью) – тенелюбивые хвойные.)

17. Экологические факторы среды: абиотические и биотические. Экологический фактор – это любое условие среды, способное

оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Все экологические факторы можно разделить на две группы:

а) факторы неживой природы – абиотические – климатические, эдафогенные, орографические, химические; б) факторы живой природы – биотические – фитогенные, зоогенные, микробогенные, антропогенные.

Экологические факторы можно разделить на прямые и косвенные. Прямые связаны с непосредственным воздействием факторов на организмы (животные поедают растения); косвенные – с опосредованным воздействием (растения изменяют режим влажности и влияют на другие живые организмы).

Важной характеристикой всех экологических факторов является степень их периодичности. По этой классификации факторы делятся на периодические и непериодические.

а) периодические – факторы, связанные с периодичными процессами природы (напр., с вращением Земли и сменой времен года и суточной освещенности). Они действуют на протяжении значительного этапа жизни организма и обуславливают периодический тип динамики численности популяций. Живые организмы могут к ним адаптироваться; б) непериодические – не имеют правильной периодичности (стихийные

явления, антропогенные воздействия). В этом случае организмы не успевают выработать защитных реакций.

18. Абиотические факторы характеризуют воздействие на живые организмы факторов неживой природы:

а) климатические:

–Лучистая энергия Солнца: она распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Выявлена тесная связь между солнечной активностью и ритмом биологических процессов: чем интенсивнее солнечная активность, т.е. больше пятен на Солнце, тем больше возмущений – порывов солнечного ветра, что вызывает изменение атмосферной циркуляции, магнитные бури и т.д.

–Температура: она связана с солнечным излучением (особенно с инфракрасной частью света). Живые организмы могут существовать при

температурах от – 200 до + 100 С.

–Влажность: вода необходима для существования протоплазмы. Количество воды имеет значение и в наземных, и водных объектах. Влажность местности определяется влажностью атмосферного воздуха, количеством осадков, площадью водных запасов.

–Давление: перепады давления связаны с неодинаковым нагревом земной поверхности.

–Ветер – движение воздушных масс – является следствием перепада давления.

–Лунные ритмы – вызывают приливы и отливы, к которым приспособлены многие морские животные;

б) эдафогенные (почвенные):

–Механический состав – содержание частиц разной величины оказывает непосредственное воздействие на растения (обеспечивает проникновение корней растений в почву) и на подземные организмы, а через них – на другие живые организмы.

–Влагоемкость почв, т.е. ее способность удерживать влагу.

–Плотность и воздухопроницаемость;

в) орографические: высота над уровнем моря (животные приспосабливаются к определенной высоте), рельеф местности (влияет на наземные организмы, растения, на состав и интенсивность эрозии почв) , экспозиция склонов; г) химические: химический состав атмосферы (газовый состав воздуха),

гидросферы (солевой состав воды), литосферы (состав почвенных растворов).

19. Биотические факторы представляют собой совокупность влияния жизнедеятельности живых организмов на другие живые организмы и на окружающую среду:

а) фитогенные – факторы влияния растительных организмов. Любое растительное сообщество сильно влияет на абиотические условия

(например, лесные растения создают микроклимат в лесу.) Растения образуют первичное органическое вещество на Земле, т.е. обеспечивают пищей все остальные организмы. Поглощение и испарение воды растениями влияют на климат местности. Увлажняя воздух, задерживая движение ветра, изменяя световой режим, растительность создает особый микроклимат;

б) зоогенные – факторы влияния животных организмов. Животные влияют на растения (поедая их, используя для жилья, перенося семена, пыльцу, а также заболевания), в какой-то мере – на абиотические факторы (разрыхляя почву, изменяя рельеф местности), а также на других животных;

в) микробогенные – влияние микроорганизмов, которые оказывают воздействие на абиотические факторы, особенно на эдафогенный и химический, на все остальные живые организмы. Бактерии и грибы минерализуют часть растительного вещества, возвращая ее растениям, другая же часть органического вещества превращается в гумус – запас питания для растений;

г) антропогенные – влияние человека. В настоящее время происходит интенсивный рост антропогенного фактора, влияющего на большинство абиотических и биотических факторов. Так, примерами неблагоприятных воздействий со стороны антропогенных факторов могут быть воздействие промышленности, сельского хозяйства, урбанизация, испытание ядерного оружия и т.д.

Главное, все живые организмы взаимно необходимы друг другу. Угнетение или уничтожение одного вида отражается на других.

20. Законы минимума и максимума. Любому организму необходимы не вообще температура, влажность, вещества, а некие пределы, параметры экологических факторов. Для каждого вида существуют свои оптимальные параметры экологических факторов, при которых жизнедеятельность особей протекает нормально. Минимальные и максимальные границы экологических факторов определяются законами минимума и максимума.

Рис.3. Пределы толерантности: 1, 3 – зона угнетения;

Фактор

Закон минимума выдвинут основоположником агрохимии Ю. Либихом в 1840 г. Этот закон справедлив для различных экологических факторов и для различных организмов. Жизненные возможности организма лимитируют тот экологический фактор, количество которого близко к необходимому организму минимуму и дальнейшее снижение

которого ведет к гибели организма. (Пр.: нехватка витаминов, микроэлементов и т.д.) Закон минимума дополняется законом максимума американского ученого Шелфорда: увеличение интенсивности экологических факторов не может увеличить продуктивность организмов сверх существующих пределов, а избыток какого-либо фактора может привести к тяжелым отклонениям. (Пр.: избыток влаги (задыхание корней, гниение, закисание почвы), солнечного излучения, избыток витамина). Итак, среди всех экологических факторов сильнее действуют те, которые близки к максимально или минимально возможному значению. Факторы, присутствующие как в избытке, так и в недостатке и ограничивающие жизнедеятельность организма, называются лимитирующими. Законы о лимитирующих факторах упрощают изучение сложных экологических систем. При этом главное внимание уделяется только тем из множества экологических факторов, которые близки к необходимым организму максимуму или минимуму.

21. Толерантность.

Шелфорду принадлежит и формулировка закона толерантности, как бы суммирующего законы максимума и минимума: лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между допустимыми минимумом и максимумом определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Таким образом, толерантность – это способность организмов выносить отклонения экологических факторов от оптимальных для этих организмов значений.

Закон толерантности дополняют следующие положения:

а) организмы могут иметь широкий диапазон в отношении одного экологического фактора и узкий в отношении другого (пр.: растения по-разному реагируют на колебание температуры и воды в почве);

б) организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех факторов обычно наиболее распространены (пр.: воробей, журавль);

в) если условия по одному фактору не оптимальны, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других факторов (пр.: при понижении температуры организму требуется насыщение питательными веществами).

22. Адаптации. Жизненные формы.

Для каждого вида организмов существуют свои оптимальные параметры экологических факторов (свой диапазон толерантности). При постоянном воздействии какого-либо экологического фактора сверх лимитируемых пределов организм должен либо адаптироваться к новым параметрам, либо погибнуть. У различных видов организмов – различные способности к адаптации. Адаптациями называют эволюционно