Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Экологические факторы среды
• 2. Особенности адаптации организмов к факторам среды
• 3. Экологические группы организмов
• 4. Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности
• Заключение
• Список литературы

Введение

организм среда адаптация

Все процессы в биосфере взаимосвязаны. Человечество - лишь незначительная часть биосферы, а человек является лишь одним из видов органической жизни - Homo sapiens (человек разумный). Разум выделил человека из животного мира и дал ему огромное могущество. Человек на протяжении веков стремился не приспособиться к природной среде, а сделать ее удобной для своего существования. Теперь мы осознали, что любая деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду, а ухудшение состояния биосферы опасно для всех живых существ, в том числе и для человека. Всестороннее изучение взаимоотношений человека с окружающим миром привели к пониманию, что здоровье - это не только отсутствие болезней, но и физическое, психическое и социальное благополучие. Здоровье - это капитал, данный нам не только природой от рождения, но и теми условиями, в которых мы живем.

Наша планета окружена воздушной оболочкой - атмосферой, которая распространяется над Землей на 1500-2000 км вверх, что составляет около 1/3 радиуса Земли. Однако эта граница условна, следы атмосферного воздуха обнаружены и на высоте 20000 км.

Наличие атмосферы является одним из необходимых условий существования жизни на Земле. Атмосфера регулирует климат Земли, суточные колебания температуры на планете (без нее они бы достигли 200^оС). В настоящее время средняя температура поверхности Земли равна 14^оС. Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, там образуются облака, дождь, снег, ветер.

Цель работы - определить взаимосвязь организмов и среды.

Задачи работы - рассмотреть экологические факторы среды; изучить особенности адаптации организмов к факторам среды; охарактеризовать экологические группы организмов.

1. Экологические факторы среды

Устраняя некоторые виды с территории (климатические и физико-химические особенности которых им не подходят) и, следовательно, изменяя их географическое распространение, изменяя плодовитость и смертность разных видов путем воздействия на развитие каждого из них и вызывая миграции, т.е. влияя на плотность популяций.

Способствуя появлению адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений, как диапауза, зимняя и летняя спячки, фотопериодические реакции и т.д.

Таким образом, экологическими факторами называют условия среды существования и развития жизни. Они делятся на комплексы -- климатические, эдафические, орографические.

Многие химические, физические и биологические факторы являются и внешними и внутренними. Например: температура, влага, воздух и большое число других факторов. Далее, каждое следствие или свойство является причиной по отношению к другим внешним и внутренним свойствам. Поэтому, только в каждом конкретном случае можно и надо строго различать с каким действием фактора мы имеем дело, с внешним или внутренним, и также строго различать, где и в каких связях один и тот же фактор (условия жизни) служит причиной, а в каких следствием.

Без этого нельзя осуществить правильно ни одно биологическое исследование и эксперимент, и отразить такое деление в классификации невозможно.

Факторы образуют бесконечно сложный комплекс.

В природе всегда существует комплексный характер действия факторов, но комплексность не исключает специфики каждого отдельного фактора. Это хорошо доказывают экотипы растений, выделенные по степени увлажнения среды, по свету, температуре и др. экологическим факторам. Тоже следует сказать и о формировании других адаптивных и неадаптивных признаков организма.

Каждый компонент жизненных условий придает комплексу специфику. Если эта специфика достаточно сильна и существенна (живой организм весьма чувствительный “аппарат”), то через обмен веществ и отбор она может стать формирующим, ведущим фактором того или другого признака или свойства организма. Это одинаково относится к внешним и внутренним условиям жизни. Ведущая роль отдельных факторов проявляется с одинаковой силой у животных и у растений. Ведущий фактор действует на организм через отбор и непосредственно на обмен веществ обоими или только одним путем. В последнем случае фактор отбора и фактор, действующий на обмен веществ, разные.

При формировании каждого признака и свойства организма в сложном комплексе жизненных условий всегда ведущую роль играет несколько факторов, придающих жизненным условиям определенную особенность. В процессе развития организмов и их отбора лучше выживают экземпляры , изменяющиеся в сторону приспособления к жизненным условиям. Приспособление может выражаться в использовании нового фактора, если он оказывает положительное действие на организм, или в нейтрализации и выработке против него защитных средств. Фактор действует на организм нейтрализацией и выработке против него защитных средств, если фактор действует на организм отрицательно, неприспособленные в критический момент гибнут (элименируются), не дав потомства или сократив потомство (образование недостаточной численности особей, необходимой для сохранения вида, разновидности и формы). Процесс отбора организмов, приспособленных к действующим факторам, длится много миллионов лет. На земле давно почти не осталось природных факторов, на которые живые организмы не могли бы реагировать направленно, если действующий фактор не уничтожает особи и не нарушает ее способность к нормальному размножению. Направленная изменчивость организмов - результат естественного отбора. Этого не знал Дарвин, считавший, что признание наследственных изменений есть отступление от научного объяснения эволюции, от учения о ведущей роли естественного и искусственного отбора. Между тем и приспособительная изменчивость не исключает возникновения вариаций, постоянно дающих через размножение организмов огромный материал для отбора. Таким образом, роль отбора не уменьшается, а увеличивается, т.к. отбору принадлежит не только выбор лучше приспособленных организмов, но и создание самого свойства направленной изменчивмости.

Направленная изменчивость -- естественное свойство организмов.

Приспособительные изменения наследственно закрепляются и усиливаются, если ведущий фактор их жизненных условий вид -- в последующих поколениях сохраняется, и наоборот, быстро ослабевает или не наследуется, если действующий фактор носит разовый или мало повторяющийся в поколениях характер. Наследственная устойчивость организмов и ненаследование приспособительных к ним изменений есть свойство организмов, созданное естественным отбором.

Таким образом, в основе формирования каждого признака и свойства организмов существовал или существует один или несколько ведущих факторов, действующих через многосложный комплекс жизненных условий.

Различают общие и частные законы. В развитии живой материи общие законы и категории имеют не меньшее значение, чем частные. Поэтому из всеобщих свойств материи включается в эту классификацию только время и пространство. Время и пространство не существуют в отрыве от частных факторов неживой и живой материи. Как всеобщая форма существования материи они соединяют и разделяют перечисленные частные законы и отдельные факторы жизни.

Это свойство совмещать (соединять) и разделять имеет весьма существенное значение в природе, и используется в практике управления жизнью. Все условия жизни распределяются во времени и пространстве. Соответственно этому распределению формируются и размещаются живые существа. В силу изменчивости условий и их размещения это соответствие (совмещение и разделение) не может быть постоянным и абсолютным, обычно в какой-то мере оно относительно. Отклонение от соответствия ведет к движению, к изменчивости жизни, отбору и т.д. Таким путем, время и пространство через частные законы и факторы оказываются ведущими в формировании продолжительности жизненных явлений, их синхронности, последовательности, протяженности, симметрии или асимметрии, географического размещения и многих других явлений жизни.

Без учета факторов пространства и времени, равно как без учета количества и качества, противоречий как источника движений и других общих законов форм существования материи невозможно правильное, глубокое познание жизни, без глубоких знаний трудно овладевать методами управления жизнью.

Из огромного числа частных условий жизни возьмем, например, только гравитационное поле или силу тяжести, как один из многих факторов изменчивости и отбора растительных организмов.

Путем отбора создавались растения с жестким стеблем, удерживающим тяжесть кроны, отсюда сильное утолщение и одревеснение клеточных оболочек, формирование склеренхимы и древесины, своеобразное строение органов, направленное на преодоление тяжести, мелкие и необычайно легкие семена у анемохорных растений с преимущественным запасом жира, а не углеводов, с меньшей калорийностью, приходящейся на единицу веса и т.д.

В многочисленных разделах биологии накапливается масса научных данных о бесконечном многообразии проявления жизни. Необходима тщательная естественная классификация этих данных и постоянное уточнение общебиологических закономерностей.

Таким образом, экологическим фактором называют любой элемент окружающей среды, оказывающий влияние на развитие живых организмов.

Экологические факторы воздействуют на живые организмы различно. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Избыточное или недостаточное действие экологического фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятное воздействие экологического фактора называется зоной оптимума. Отклонение от оптимума называется зоной пессимума. За пределами максимального или минимального воздействия экологического фактора существуют критические точки экологического фактора, т.е. в пределах которых наступает смерть.

Пределы выносливости организмами между критическими точками называют экологической валентностью живых организмов по отношению к данному экологическому фактору.

Разные виды организмов сильно отличаются друг от друга, как по отношению оптимума и пессимума, так и по экологической валентности. Например, северные песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха от +30° до -55°С, тогда как теплоходные рачки выдерживают изменение температуры воды от +230 до 29°С.

Впервые в 1840 г. немецкий ученый Ю. Либих показал, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Он изучил влияние разнообразных экологических факторов на рост растений и установил, что рост растений зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. Либих выявил, что для обеспечения нормального роста организма необходимо известное число химических элементов. Одни из них находятся в среде в больших количествах, другие в малых, а третьи даже в виде следов. При этом одни элементы не могут быть заменены другими.

Таким образом, рост организма задерживается или ограничивается нехваткой единственного элемента, количество которого было ниже необходимого минимума. Выявление ограничивающих факторов экологической среды очень важно в народном хозяйстве, особенно в сельском хозяйстве. Эта концепция известна как “Закон минимума” Либиха. Химический фактор имеет огромное значение в аутоэкологии. Согласно этому закону рост растений ограничивается химическим элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Например, избыточное или недостаточное содержание одного из химических элементов в питательной среде является лимитирующим фактором.

Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и максимумом. Диапазон между этими двумя величинами составляет пределы выносливости организма или этот предел, называется пределом толерантности. Представление о лимитирующем факторе максимума ввел В. Шелфорд (1913 г.) и называется “Закон толерантности Шелфорда”.

Таким образом, для развития и жизни организмов необходимо наличие определенной совокупности условий. Если только одно условие существования будет недостаточным или избыточным, то это условие будет лимитирующим или ограничивающим фактором.

У каждого живого организма в отношении к различным экологическим факторам существуют пределы выносливости, между которыми располагается его экологический оптимум.

Организмы, имеющие узкую экологическую валентность, называются стенобионтами, а организмы, имеющие широкую экологическую валентность, называются -- эврибионтами.

Таким образом, организмы могут иметь широкий диапазон толерантности, т.е. выносливости в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого фактора.

Организмы с широким диапазоном толерантности или выносливости ко всем факторам обычно широко распространены и наоборот с узким диапазоном менее распространены. Например, некоторые птицы имеют узкий ареал распространения, а другие широко распространены .

В зависимости от экологических факторов организмы делятся:

стенотермный -- эвритермный (по отношению к температуре),

стеногидрический -- эвригидрический (по отношению к воде),

стеногалимный -- эвригалнмный (по отношению к солености),

стенофагный -- эврифагный (по отношению к пище),

стеноойкный -- эвриойкный (по отношению к местообитанию).

Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды называется экологическим спектром вида. У разных видов организмов экологический спектр неодинаков. В связи с этим советский ученый Раменский создал теорию экологической индивидуальности экологического спектра вида.

Взаимоотношения между средой и организмами очень сложны. Не все факторы среды важны в каждой данной ситуации или для каждого данного вида организма.

При таких случаях эколог должен будет выявить самые вероятно слабые звенья и определить условия среды, которые являются критическими или лимитирующими. Если для организма характерен широкий диапазон толерантности к фактору, который постоянно существует в среде обитания организма, то такой фактор не будет лимитирующим. Однако, все это будет относительным. Лимитирующий фактор или нет, зависит от свойства экологического спектра организма и ряда других причин. Или наоборот, организмы с узким диапазоном толерантности к какому-то изменчивому фактору, то этот фактор и может являться лимитирующим.

Пределы выносливости организма могут изменяться в зависимости от его географического распространения. Это свойство организма называется физиологическая адаптация организма. Адаптированные к местным условиям называются экотипами. Их оптимумы и диапазон толерантности соответствуют местным условиям. Свойства экотипов закреплены генетически. Знание о генетически закрепленных особенностях местных линий имеет огромное значение. Например, интродукция животных и растений будет неудачной, если вместо приспособленных к местным условиям линий используются особи отдаленных областей .

2. Особенности адаптации организмов к факторам среды

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные .

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая - будет ожог, если очень низкая - обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде - течение, на суше - ветер и влажность, и т. п.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.

Эдафические факторы, т. е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влияния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т.п. на рост и развитие растений .

3. Экологические группы организмов

По отношению к различным экологическим факторам выделяют экологические группы организмов. В основе экологической классификации организмов положено отношение организмов к данному экологическому фактору. Таким образом, существует множество классификаций - по отношению к свету, к теплу, к влажности и т.п.

Учение об адаптациях - одна из наиболее разработанных частей экологии. Здесь лежит сфера пересечения таких наук как экология, эволюционное учение (так как процесс эволюции, по сути, представляет собой процесс появления эффективных адапатций), физиология (физиологические механизмы адаптаций) и проч.

Различают три основных пути адаптации к неблагоприятным условиям среды:

активный - активная перестройка функций организма (например, возникновение теплокровности, а по-научному - гомойотермности);

пассивный - пассивное подчинение функций организма изменениям внешней среды (например, холоднокровные, или пойкилотермные, животные);

избегание - избегание неблагоприятных условий (таксисы у растений, миграция у животных, выработка циклов развития у животных и растений).

СВЕТ.

Практически единственным источником энергии для всех живых организмов является энергия солнца. Напрямую утилизировать солнечную энергию может только одна группа организмов - зеленые растения (об этом разговор пойдет в последующих уроках) и фотосинтезирующие организмы. Речь, разумеется, об уникальном явлении - фотосинтезе. Все остальные организмы, по сути, поглощают энергию солнца, преобразованную зелеными растениями в энергию химических связей.

Солнечная радиация, с физической точки зрения, представляет собой электромагнитное излучение с широким диапазоном длин волн. Экологические и биологические эффекты волн различной длины различны.

Ионизирующее излучение (длина волн меньше 150 нм). Естественный, а также техногенный радиоактивный фон. Биологическое действие осуществляется, прежде всего, на субклеточном уровне. Возможно повреждающее действие на генетический аппарат половых клеток (мутагенный эффект), соматических клеток (канцерогенный эффект).

Ультрафиолетовые лучи (150-400 нм). Наиболее коротковолновая (200-280 нм) часть спектра практически полностью поглощается озоновым экраном. УФ-лучи с длиной волны 280-320 нм обладают канцерогенным действием, однако механизм этого действия до конца неясен. Эти лучи также активируют некоторые микроорганизмы. Часть спектра от 300 нм (именно эти лучи, в основном, достигают поверхности Земли) оказывает на организмы, главным образом, химическое действие; активируют процессы клеточного синтеза; под воздействием этих лучей в организме синтезируется витамин D3, регулирующий обмен кальция и фосфора и нормальный рост организмов. Многие млекопитающие, выводящие детенышей в норах, регулярно выносят их на освещенные солнцем места вблизи норы (например, лисицы, барсуки). Основная роль этого поведения, как считают, нормализация синтеза витамина D, регуляция продукции меланина (черного пигмента). В то же время избыток УФ-лучей играет отрицательную роль.

Гигантское значение играет видимый свет. Помимо химического (в верхней, сине-фиолетовой, части спектра) и теплового (в нижней, красно-желтой, части спектра) действия, видимый свет имеет сигнальное значение. Ориентация многих животных в пространстве, сигнализация между животными (благодаря зрению), синхронизация ритмов жизни растений с сезонной динамикой (благодаря изменению продолжительности светового дня) невозможны без видимого света.

Среди множества классификаций экологических факторов, существует интересная классификация, различающая витальные (энергетические) и сигнальные экологические факторы. Первые оказывают непосредственное воздействие на жизнедеятельность организмов, меняют их энергетическое состояние. Примеры таких факторов: температура, хищничество и другие. Факторы второй группы (сигнальные) несут информацию об изменении характеристик среды, вызывают изменение в поведении, жизненной стратегии организмов и т.д. Примеры таких факторов: феромоны, продолжительность светового дня.

По отношению к свету выделяют следующие экологические группы растений:

гелиофиты (светолюбивые);

сциофиты (тенелюбивые);

теневыносливые (факультативные гелиофиты).

Гелиофиты. Световые растения. Обитатели открытых мест обитания: лугов, степей, верхних ярусов лесов, ранневесенние растения, многие культурные растения.

Характеризуются следующими признаками:

мелкие размеры листьев; встречается сезонный диморфизм: весной листья мелкие, летом - крупнее;

листья располагаются под большим углом, иногда почти вертикально;

листовая пластинка блестящая или густо опушенная;

образуют разряженные насаждения.

Сциофиты. Не выносят сильного света. Места обитания: нижние затемненные ярусы; обитатели глубоких слоев водоемов. Прежде всего, это растения, растущие под пологом леса (кислица, костынь, сныть).

Характеризуются следующими признаками:

листья крупные, нежные;

листья темно-зеленого цвета;

листья подвижные;

характерна так называемая листовая мозаика (то есть особое расположение листьев, при котором листья макимально не заслоняют друг друга).

Теневыносливые. Занимают промежуточное положение. Часто хорошо развиваются в условиях нормального освещения, но могут при этом переносить и затемнение. По своим признакам занимают промежуточное положение.

ТЕПЛО

Температура, в отличие от света, является исключительно витальным (энергетическим) фактором. У растений и животных (особенно холоднокровных животных) повышение температуры тела вызывает ускорение всех биохимических и физиологических процессов. Так, при повышении температуры сокращается время, необходимое для прохождение отдельных стадий развития. Наример, для развития гусениц бабочки-капустницы от яйца до куколки при температуре 10 С требуется 100 суток, а при 26 С - только 10 суток.

По отношению к теплу выделяют следующие экологические группы:

Эвритермные и стенотермные организмы

Термофилы и криофилы (теплолюбивые и холодолюбивые)

По степени адаптации к условиям дефицита тепла различают нехолодостойкие (гибнут при температуре замерзания воды из-за инактивации ферментов), неморозостойкие (гибнут, если в клетках начинают образовываться кристаллики льда; поэтому основной адаптацией является накопление сахаров и других веществ при понижении температуры), морозостойкие (например, переохлажденное состояние холодноводных рыб поддерживается накоплением в жидкостях тела так называемых биологических антифризов - гликопротеидов, понижающих точку замерзания). По степени адаптации к повышенным температурам выделяют нежаростойкие виды (повреждаются при t=30... 40 ^oC); жаровынослиые (выносят +50... + 60 ^oС); жароустойчивые (это, преждевсего, термофильные бактерии, некоторые виды сине-зеленых ворослей) .

4. Лимитирующие факторы. Законы минимума, максимума, толерантности

Общепринятого метода отбора лимитирующих факторов в общей экологии не существует. Возможный подход к решению данной задачи состоит в использовании законов сохранения потребляемых сообществом ресурсов с привлечением экстремальных принципов. Применение данного подхода в настоящей работе позволило сформулировать правило лимитирующего звена для сообщества из произвольного числа видов в пространстве произвольного числа факторов. Лимитирующими названы ресурсные факторы, потребляемые сообществом из окружающей среды и внутренних запасов полностью, в силу чего при отсутствии их возобновления происходит остановка роста сообщества. На геометрическом языке процедура поиска лимитирующих факторов состоит в нахождении в пространстве факторов пересечения граней многомерного параллелепипеда, задаваемого количествами доступных сообществу ресурсов, с многомерным конусом, задаваемым потребностями слагающих сообщество видов. Для небольших размерностей пространства факторов результаты выписываются аналитически.

Правило лимитирующего звена снимает оппозицию между принципами Либиха и Митчерлиха: в пространстве факторов среды существуют области, где рост сообщества ограничен любой комбинацией из совокупности всех потребляемых сообществом факторов, в частности любым единственным фактором, любыми несколькими или сразу всеми факторами.

Закон минимума. Его сформулировал один из основоположников агрохимии немецкий ученый Ю. Либих, установивший, что истощение почвы элементами питания растений идет неравномерно. Согласно этому закону уровень истощения зависит от минимального фактора. Например, если при выращивании кукурузы недостает в почве азота или цинка, то сколько бы ни вносить фосфора, калия и других химических элементов, необходимых растению, они не могут поднять урожая. При наличии некоторого опыта недостаток или избыток того или иного элемента питания растений можно распознать по некоторым, вполне определенным признакам. Так, при недостатке азота листья у растения бледно-зеленые, его рост замедлен, возможно преждевременное опадание листьев. При избытке этого элемента ботва овощных растений темно-зеленая, стебли толстые. Растение выглядит мощным, однако цветение и созревание плодов задерживаются. При недостатке фосфора листья растения имеют темно-зеленый цвет с голубоватым оттенком. Нижняя поверхность листьев с фиолетовым оттенком. На краях нижних листьев возможно заметное отмирание ткани. Рост побегов и корней замедляется, новые листья растут мелкими. Цветение растения запаздывает, плоды мелкие. При избытке - усиленное развитие растений при недостаточном плодоношении. Характерный признак калийного голодания -- светлая полоска по краю листа. Растения отстают в развитии, верхушечные листья желтеют и отмирают. Недостаток кальция приводит к повреждению и отмиранию верхушечных почек и корней. Сходные последствия, усугубляющиеся загниванием верхушечных почек, наблюдаются при борном голодании. При магниевой недостаточности наблюдается мезжилковый хлороз, рост растений приостанавливается. Признаки недостатка меди чаще наблюдаются на молодых частях растений в виде хлороза и увядания листьев. Недостаток марганца проявляется на почвах с нейтральной и щелочной реакцией: между жилками листьев -- хлороз, а сами жилки имеют ярко-зеленый цвет. Растение задерживается в росте.

Закон максимума. В соперничестве с другими системами выживает (сохраняется) та из них, в которой наилучшим образом обеспечивается поступление энергии и максимальное ее количество используется наиболее эффективным способом.

Закон толерантности. Лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору.

Заключение

Список литературы

1. Кузнецов В.И., Идлис Д.М., Гутина В.Н. Естествознание. - М.: Агар, 1996, 384с.

2. Моисеев Н.Н. Человек и биосфера. - М.: Молодая гвардия, 2005.

3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир. В 2-х томах - М.: Мир, 1993.

4. Никаноров А.И., Хоружая Т.А. Глобальная экология: Учебное пособие. - М.: ПРИОР, 2005.

5. Природопользование / Под ред. Ю.С. Стоянова. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.

Размещено на Allbest.ru