Основы общей и ветеринарной экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема 1. Основы общей и ветеринарной экологии

1.1 Экология как наука

Термин «экология» был предложен в 1866 г. немецким зоологом Э. Геккелем (труд «Всеобщая морфология организмов»). В буквальном смысле он обозначает науку о доме, местообитании (от греч. oikos - дом, жилище, местообитание).

Кратко экологию можно определить как науку, изучающую взаимоотношения организмов и среды их обитания. Однако со времен Геккеля экология основательно преобразилась, задачи ее значительно расширились и сегодня такого определения явно недостаточно. Чтобы лучше понять, что является предметом изучения современной экологии и определить ее задачи, рассмотрим краткую историю развития этой науки.

Хотя экология считается наукой молодой, знания экологического характера человечество накапливало с незапамятных времен. По своей сути в значительной мере экологическими были труды первых ученых-естествоиспытателей Аристотеля (384-322 г. до н.э.) и Теофраста (371-280 г. до н.э.), искавших зависимости между свойствами живых существ и условиями обитания. Аристотелем описано около 400 видов животных и птиц, их поведение и связь с окружающей средой; в работах Теофраста мы находим описание 500 видов растений и их сообществ. Ж.-Б.Ламарк (19в.) раскрыл ряд закономерностей влияния среды на организмы. Он впервые обратил внимание на специфическую роль человека в природе и ее возможные катастрофические последствия: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания». Подобные пророчества имеются уже у Леонардо да Винчи (16в.)

Ч.Дарвин в труде «Происхождение видов» большое внимание уделяет приспособлениям (адаптациям) и взаимоотношениям организмов.

Э.Геккель отмечал, что одной из задач данной науки является исследование всех тех взаимоотношений организмов, которые Дарвин обозначил как борьбу за существование. Геккель определял экологию как сумму знаний, относящихся к экономике природы.

Существенный вклад в развитие экологии внесли русские ученые.

Докучаев В.В. (1846-1903), являясь почвоведом-географом, показал тесную связь живых организмов и неживой природы на примере почвообразования и выделения природных зон.

Морозов Г.Ф. (1867-1920) обнаружил всесторонние связи в лесных сообществах, рассматривая их как единые системы.

Высоцкий Г.Н. (1865-1940) развивал то же направление применительно к решению конкретных вопросов степного лесоразведения.

Изучением лесных экосистем занимался Сукачев В.Н. (1880-1967).

Вернадский В.И. (1863-1945) - автор учения о биосфере, всесторонне рассмотрел роль живых организмов на планете.

Кашкаров Д.Н. (1878-1941) выступал за введение с.-х. экологии, считал необходимым широкое внедрение положений экологии не только в агрономию, но и в животноводство.

Болотов А.Т. (1738-1833) - выдающийся русский ученый-агроном - видел взаимозависимость пашни, луга и скота и эмпирически нашел их оптимальное соотношение для обеспечения высокого урожая и сохранения почв.

Другие знаменитые ученые, внесшие вклад в развитие экологии и имена которых следует знать - это Ю.Либих (закон минимума), А.Тэнсли (концепция экосистемы), Б.Коммонер (законы разумного природопользования), Н.Ф.Реймерс, Ю. И Г.Одум - авторы фундаментальных трудов по экологии.

На начальном этапе экологии исследования носили чисто биологический характер. Постепенно объекты изучения усложнялись, рассматриваются не отдельные организмы, а сообщества, экосистемы, биогеоценозы.

В 50-60 гг. 20 века появляются глобальные экологические проблемы - кислотные дожди, смоги, стало прогрессировать разрушение озонового слоя, усилился парниковый эффект. Человечество было вынуждено задуматься о цене научно-технического прогресса и своей роли в трансформации глобальной экосистемы - биосферы. До этого времени человек в экологии не рассматривался, считалось, что он, как существо социальное, стоит вне и над природой.

К настоящему времени экология перестала быть биологической наукой. Современное ее определение звучит так:

Экология - это комплексная наука, изучающая условия возникновения, формирования и функционирования живых систем всех уровней организации от организма до биосферы в целом и их взаимоотношения с окружающей средой. Человек рассматривается одновременно как неотъемлемая часть природы и как мощный экологический фактор (антропогенный).

В настоящее время в экологии наибольшее развитие получили следующие направления:

1. Классическая экология (общая, биологическая) - изучает естественные биологические системы всех уровней организации, их взаимодействие с окружающей средой. Общая экология имеет следующие разделы:

v Факториальная экология - изучает факторы среды и закономерности их воздействия на живые организмы

v Экология организмов (особей) - аутэкология (от греч. autos -сам) - изучает пределы существования особей организмов в окружающей среде, ответные реакции организмов на действие факторов внешней среды

v Экология популяций - демэкология (от греч. demos - народ) - рассматривает взаимосвязь организмов одного вида между собой и с окружающей средой. Главная задача - изучение динамики численности популяций.

v Учение об экосистемах - синэкология (от греч. syn - вместе), экология биогеоценозов - рассматривает взаимодействия между особями разных видов с окружающей средой и между собой.

v Экология биосферы - изучает закономерности формирования и развития биосферы как области существования живого вещества на планете, а также глобальные процессы, происходящие в литосфере, гидросфере, атмосфере и влияние деятельности человека на эти процессы.

2. Геоэкология - изучает взаимодействия организмов и среды их обитания с точки зрения их географической принадлежности Рассматриваются геосистемы разного уровня организации и их антропогенные изменения. По типам среды выделяют

o экологию суши,

o экологию моря,

o экологию крайнего Севера и т.д.

3. Экология человека - изучает природную сущность человека, среду его обитания и экологические факторы здоровья. Выделяют

· экологию города,

· экологию народонаселения,

· аркологию и т.д.

4. Социальная экология рассматривает взаимосвязи и взаимозависимости в системе «общество-окружающая среда».

5. Прикладная экология - комплексная дисциплина, связанная с различными областями деятельности человека и взаимоотношениями между человеческим обществом и природой. Прикладная экология изучает взаимосвязи агроэкосистем, техносферы с окружающей средой. По сферам деятельности подразделяется на

§ промышленную,

§ сельскохозяйственную,

§ ветеринарную,

§ медицинскую,

§ химическую и т.д.

Кроме этого выделяют экологию растений, животных, микроорганизмов, водных организмов и т.д.

Ветеринарное направление в экологии стало развиваться в начале 70-х гг. 20 века. Его основоположниками можно считать сотрудников Казанской ветеринарной академии Шишкова В.П., Локтионова В.Н., Ахмадеева А.Н., Уразаева Н.А. и др.

В 1967 г. в отдельных хозяйствах Татарстана возникли трудности с диагностикой энзоотий, клиническим проявлением которых были рахит и остеодистрофия, в то время как животные содержались на пастбищах в летнее время и хозяйства были хорошо обеспечены кормами. Длительные исследования показали, что причиной явились антропогенные нарушения биотического круговорота в экосистеме аграрного ландшафта. Наблюдался безвозмездный вынос из почв йода, кобальта, марганца, меди. Дефицит микроэлементов в пищевой цепи также явился причиной эндемий (и энзоотий).

Ветеринарная экология - наука о биогеоценотической диагностике и профилактике болезней животных, повышении их продуктивности, методах экологически обоснованного производства высококачественной продукции для человеческого общества в рамках его устойчивого развития.

Установлено, что генетически обусловленные заболевания и аномалии у животных составляют всего лишь 6-8%. До 90% всех болезней составляют мультифакториальные заболевания, т.е. болезни, возникающие под действием факторов среды в совокупности с наследственной предрасположенностью. Таким образом, любая болезнь (спорадическая или энзоотическая) есть следствие нарушений взаимоотношений между животными и окружающей средой, т.е. она представляет собой природный процесс, изучаемый экологией. Ветеринарная экология близка биогеоценотической патологии - науке о болезнях, возникающих у животных вследствие негативных изменений в биогеоценозах.

Ветеринарная экология тесно связана с с другими ветеринарными и зоотехническими науками: клинической диагностикой, терапией, эпизоотологией, паразитологией, хирургией, акушерством, ветеринарно-санитарной экспертизой, гигиеной.

Приоритетными проблемами ветеринарии сегодня являются:

1) патологии продуктивных животных при промышленном животноводстве (кетозы коров, остеодистрофия и др.),

2) инфекционные заболевания, связанные со скученным содержанием животных и т.д.,

3) геохимические энзоотии, связанные с загрязнением окружающей среды агрохимикатами, отходами промышленности (нитратный токсикоз, флюороз…),

4) зооантропозы (заболевания, общие для человека и животных - туберкулез, грипп и др.).

5) проблема санитарно-гигиенической оценки пищевой продукции животного происхождения.

В этой связи в задачи ветеринарной экологии входит:

· решение проблемы производства экологически чистой продукции животноводства,

· разработка мероприятий по охране природы как одного из необходимых условий создания высокопродуктивных стад.

· эколого-ветеринарная и санитарно-гигиеническая экспертиза продовольственного сырья и пищевых продуктов животного происхождения.

Основным понятием и основной таксономической единицей в экологии является экосистема. Этот термин был введен в 1925г Артуром Тэнсли. Существует несколько определений экосистемы, приведем некоторые из них.

Экосистема - любое сообщество живых организмов и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое.

Экосистема - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором все компоненты связаны обменом вещества и энергии.

Экосистемы бывают различного ранга:

-микроэкосистемы - капля воды, муравейник, небольшой пруд;

-мезоэкосистемы - лес, река, озеро;

-макроэкосистемы - континент, океан;

-глобальная экосистема - биосфера.

Сходным по смыслу является понятие биогеоценоз. Этот термин введен в 1942г. В.Н.Сукачевым.

Биогеоценоз - это устойчивая система живых организмов (растений, животных, микроорганизмов), занимающих соответственный участок земной поверхности с особым микроклиматом, геологическим строением, почвой, водным режимом.

Экосистема и биогеоценоз в ряде случаев совпадают, но экосистема - более общее, безразмерное понятие (универсальное). Биогеоценоз - это экосистема, границы которой очерчены ареалом распространения растительного покрова - фитоценоза. Например, лесные, болотные, луговые биогеоценозы.

Сходство экосистемы и биогеоценоза в том, что в обоих случаях рассматривается совокупность живых организмов и среды их обитания.

Отличие заключается в том, что:

1) биогеоценоз рассматривают, как правило, при изучении сухопутных экосистем;

2) обязательным компонентом биогеоценоза является фитоценоз - растительное сообщество.

За счет фитоценоза в биогеоценоз постоянно идет приток энергии от Солнца, экосистемы без растений являются недолговечными.

Биоценоз - группировки взаимно обитающих и взаимосвязанных организмов.

Биотоп (экотоп) - пространство, занимаемое биоценозом, его среда обитания.

С использованием данных понятий можно дать краткое определение биогеоценоза: это биоценоз, занимающий определенный биотоп.

Популяция - (от лат. populus - народ) - часть особей, принадлежащих к одному виду, занимающих определенную область (ареал) и способных к саморегуляции и поддержанию определенной численности.

Сообщество - данный термин имеет неоднозначное содержание. Его используют как синоним биоценоза, когда рассматривают совокупность разных видов; а также им обозначают совокупность только растений (фитоценоз), либо животных (зооценоз), или микробного населения (микробоценоз).

Различают следующие уровни организации живых систем:

1. Молекулярный (или генный)

2. Клеточный - биологически активные молекулы объединяются в единую систему. Все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый - сочетание сходных по строению и выполняемым функциям клеток образует ткань.

4. Органный - несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют орган.

5. Организменный - взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма.

6. Популяционно-видовой - уровень, где существует совокупность однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения.

7. Биоценостический - совместно обитающие и взаимодействующие виды образуют целостность - биоценоз.

8. Биогеоценотический (экосистемный) - уровень, объединяющий разные по видовому составу организмы в их взаимосвязи с условиями обитания (в биотопе).

9. Биосферный уровень - природная система самого высокого ранга, охватывающая все проявления жизни на планете. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

На каждом уровне в результате взаимодействия с окружающей средой за счет обмена веществом, энергией и информацией возникают характерные функциональные системы.

Между названными уровнями организации живого существует соподчиненность. Более простые уровни входят как основные элементы в более сложные. Однако на каждом более высоком уровне появляются свойства и закономерности, их описывающие, которых не было на предыдущем уровне. По мере объединения компонентов или подмножеств в более крупные функциональные единицы возникают новые свойства, отсутствующие на предыдущем уровне. Это свойство называется эмерджентностью.

Эмерджентность - это наличие у системы особых свойств, отсутствующих у элементов системы (от англ. emergent - непредвиденный, внезапно возникающий).

Свойства целого нельзя свести к сумме его частей, т. е. с помощью данных, полученных при изучении какого-либо уровня, нельзя объяснить явления, происходящие на следующем уровне. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не как результат суммирования свойств этих компонентов.

Данное явление отражено в принципе Берталанфи (1969): целое представляет нечто большее, чем сумма составляющих его элементов, т.к. главная характеристика его - взаимодействие, протекающее между элементами.

Точно так же как нельзя предсказать свойства воды, только исходя из свойств водорода и кислорода, нельзя предсказать и свойства экосистемы на основании сведений об отдельных популяциях. Необходимо изучать и лес в целом и отдельные деревья, находящиеся в лесу. Нельзя описать процессы, происходящие в лесной экосистеме только на основе знания свойств растений, животных, микроорганизмов без учета взаимодействия между ними.

Эмерджентным свойством является почвенное плодородие, которое является результатом сочетания многих элементов, таких как содержание питательных веществ, влаги, воздуха и др.

Полупроницаемость клеточной мембраны - эмерджентное свойство, которое отсутствует у протеинов и липидов, входящих в ее состав. Организм, состоящий из множества органов и систем, также обладает большим количеством новых свойств (способностью к размножению, иммунитетом и т.д.).

Из знания принципа эмерджентности вытекает и следующий важный вывод: свойства экосистемы можно неожиданно изменить, вмешавшись в природные процессы и нарушив естественную связь между ее элементами. Примером может послужить гибель Арала, негативные последствия осушения болот, уничтожение отдельных видов хищников и др.

Эмерджентность экосистемы определяется ее видовым разнообразием. Чем больше видов - тем больше эмерджентность. В природных экосистемах с богатым видовым разнообразием наблюдаются сложнейшие взаимосвязи, коэффициент эмерджентности их высок.

В агроэкосистемах (с.-х. посевы) бедный видовой состав и, следовательно, низкий коэффициент эмерджентности - низкая способность к саморегуляции и устойчивость. Агроценозы не могут существовать без поддержки и постоянного вмешательства со стороны человека, т.к. сразу начинается внедрение нежелательных видов - сорняков, вредителей, различных возбудителей болезней.

Экология в основном изучает надорганизменные системы: популяции, биоценозы, биогеоценозы, биосферу. В настоящее время экологические принципы все шире начали использоваться при изучении организмов и суборганизменных систем. Сформировалась новое направление, получившее название эндоэкология. В структуру эндоэкологии входят разделы: физиологическая экология, морфологическая экология, молекулярная экология. Эндоэкология тесно связана с патологией и диагностикой животных. Так, любой организм представляет собой организменный биоценоз - хозяин + микрофлора и микрофауна. У КРС в рубце - 45 видов инфузорий, некоторые из которых - хищники, у других есть бактерии-симбионты. Действие антибиотиков, антигельминтных препаратов и др. может приводить к непредсказуемым последствиям. Самое простое - дисбактериоз.

Основой такой биологической функции, как гомеостаз, является способность живых организмов и биологических систем противостоять изменениям среды; при этом организмы пользуются автономными механизмами защиты.

Гомеостаз в классическом значении этого слова физиологическое понятие, обозначающее устойчивость состава внутренней среды, постоянство компонентов ее состава, а так же баланс биофизиологических функций любого живого организма. Впервые этот термин применил ученый-физиолог, американец У.Кеннон в начале двадцатого века. Гомеостаз - это итог сложного механизма взаимодействия в сфере регуляции и координирования, которое происходит как в организме в целом, так и в его органах, клетках и даже на уровне молекул.

Исследование объектов с функцией обратной связи помогло ученым узнать о многочисленных механизмах, отвечающих за их устойчивость. Даже в условиях серьезных изменений, механизмы адаптации (приспособления) не дают химическим и физиологическим свойствам организма сильно измениться. Нельзя сказать, что они остаются абсолютно стабильными, но серьезных отклонений обычно не происходит.

Наиболее хорошо развит механизм гомеостаза в организмах у высших животных. В организмах птиц и млекопитающих (включая человека) функция гомеостаза позволяет поддерживать стабильность количества ионов водорода, регулирует постоянство химического состава крови, держит давление в кровеносной системе и температуру тела примерно на одном уровне.

Существует несколько способов, которыми гомеостаз воздействует на системы органов и организм в целом. Это может быть воздействие с помощью гормонов, нервной системы, выделительных или нейро-гуморальных систем организма.

Например, стабильность давления в артериях поддерживается при помощи регулирующего механизма, который работает по образу цепных реакций, в которые вступают кровеносные органы.

Примером гомеостаза в растительном мире может служить сохранение постоянной влажности листьев путем раскрытия и закрытия устьиц.

Такой вид гомеостаза, как популяционный (его другое название генетический) играет роль регулятора целостности и стабильности генотипического состава популяции в условиях переменчивой окружающей среды. Этот вид гомеостаза дает популяции возможность сохранять оптимальный генетический состав, что позволяет сообществу живых организмов сохранять максимальную жизнеспособность.

Гомеостаз также свойственен и для сообществ живых организмов любой степени сложности; к примеру, то, что в рамках биоценоза сохраняется относительно стабильный состав видов и особей, является прямым следствием действия гомеостаза.

Деятельность человека очень часто препятствует нормальной работе механизмов саморегуляции сложных природных систем: она нарушает взаимосвязи между организмами в цепях питания, изменяет условия их существования и т.д. Поэтому при любом вмешательстве в природные экосистемы необходимо придерживаться принципов (законов) рационального природопользования, которые в краткой форме сформулировал американский эколог Б.Коммонер.

1. «Все связано со всем» - закон отражает системность, связность всех природных явлений. Изменение одного из компонентов биосистемы вызывает нарушение ее равновесия, изменяя другие компоненты. Непродуманное осушение болот вызывает обмеление рек, эрозию почвы и т.д. Животные на пастбище влияют на растительность, почву. Перевыпас: растительный покров не восстанавливается - развитие дистрофии и др. алиментарных заболеваний. Велика роль человека, особенно в ферменнных БГЦ.

2.«Все должно куда-то деваться» - в основе его - закон сохранения вещества и энергии. При возрастании потребления природных ресурсов увеличиваются и отходы, загрязняющие окружающую среду. Абсолютно безотходное производство невозможно, как невозможен вечный двигатель. Промышленные выбросы, рассеянные в атмосфере благодаря высоким трубам, все равно возвращаются на землю. Захороненные в океане радиоактивные отходы также никуда не исчезают. Отходы животноводства и загрязнение окружающей среды.

3.«Природа знает лучше» - этот закон ориентирует на согласованность действий человека и природы. Природа - сложный механизм, отрегулированный тысячелетиями эволюции, в природе все разумно. Мы должны использовать знания о природных закономерностях, а не стремиться переделать природу. Познание законов природы и действие сообразно с ними. Нормы выпаса, утилизация навоза, получение качественных кормов.

4.«Ничто не дается даром» или "за все надо платить". Дешевому природопользованию не должно быть места. Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов невозможны без определенных экономических затрат. Получение сиюминутных выгод может повлечь за собой огромные затраты на восстановление нарушенного равновесия в природе (например, вырубка леса, загрязнение водоемов). Затраты на лечебно-профилактические мероприятия, создание и поддержание надлежащего состояния помещений и пастбищ, очистные сооружения. Оплата может быть лишь отсрочена, но потом придется платить дороже (с процентами).

Поиск компромисса взаимоотношений человека с природой нашел свое выражение в концепции «устойчивого развития», принятой мировым сообществом в 1992г. в Рио-де-Жанейро на уровне глав государств и правительств на Конференции ООН по окружающей среде и развитию.

Устойчивое развитие - это такое развитие, при котором удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения обеспечивается при сохранении подобной возможности для будущих поколений. Устойчивое развитие - образ жизни и хозяйственной деятельности общества, при котором потребности людей и их потомков могут быть обеспечены без снижения высокого качества окружающей природной среды.

«Концепция национальной стратегии устойчивого развития Республики Беларусь», впервые принята в 1996 г. и обновлена в 2004 г.

1.2 Факториальная экология (аутэкология)

Экологический фактор - это любой элемент среды, способный оказать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития.

Условия на планете отличаются большим разнообразием. Живые организмы освоили всю гидросферу, поверхностный слой земной коры, приземный слой атмосферы. Кроме того, возможно существование одних организмов внутри других (симбиоз, паразитизм). В соответствии с этим различают следующие среды жизни: 1 - водная, 2- наземно-воздушная, 3- почвенная, 4 - организменная.

При всем разнообразии сред жизни и соответствующих им условий, факторы среды обитания обычно подразделяются на три группы:

1. абиотические (физико-химические),

2. биотические (влияние живых организмов),

3. антропогенные (влияние деятельности человека).

Данная классификация является достаточно условной. Так, почва - абиотический фактор, но в ней всегда есть живые организмы. Температура - фактор абиотический, но ее могут изменять живые организмы (биогенное тепло). Зеленые растения - биотический фактор, те же растения, превращенные в сено, - абиотический.

Кроме вышеперечисленных факторов также существуют информационные (оптические, звуковые и др. сигналы).

Факторы могут играть роль стрессоров, агентов, вызывающих заболевания животных, они же могут использоваться для лечения и профилактики болезней животных.

На действие разнообразных экологических факторов, характерных для среды обитания, организмы реагируют формированием адаптаций.

Адаптация - эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды.

Пути адаптаций:

• Активный - усиление сопротивляемости, развитие процессов, способных повысить устойчивость к неблагоприятным условиям (например, способность к терморегуляции).

• Пассивный - подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды (например, скрытая жизнь в виде анабиоза, спячки, диапаузы).

• Избегание неблагоприятных воздействий - выработка таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии развития организма завершаются в самые благоприятные по условиям периоды года.

Виды адаптаций:

• Морфологические - наличие особенностей строения, способствующих выживанию (обтекаемая форма тела у жителей водной среды)

• Физиологические - полезные для конкретных условий физиологические особенности (соответствие набора ферментов виду пищи)

• Поведенческие (этологические) - приспособительное поведение (построение жилищ, выслеживание добычи, брачные ритуалы и т.д.)

Характер влияния фактора на организм зависит от:

- природы экологического фактора,

- интенсивности воздействия,

- функционального состояния животного.

В природе невозможно найти животное или растение, которое могло бы переносить все условия, существующие на Земле. Каждый организм живет в относительно узком диапазоне температур, величин влажности, содержания кислорода и других параметров среды.

Для организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного, оптимального значения фактора (правило оптимума).

Рассмотрим зависимость скорости роста растений от температуры при одинаковых прочих параметрах среды.

Эта зависимость будет иметь вид куполообразной кривой: по мере повышения температуры до некоторой величины скорость роста возрастает, достигая максимального значения, а затем снижается. Весь диапазон температур, при которых возможен рост, ограничен двумя пороговыми точками - минимальной и максимальной величиной температур, за пределами которых растения гибнут. Эти точки соответствуют нижнему и верхнему пределам выносливости. Диапазон температур, которым соответствует наибольшая скорость роста растений, называют зоной оптимума. Недостаток или избыток тепла одинаково снижают рост растений, эти диапазоны температур называют зонами пессимума (угнетения). Пороговые значения температур, вызывающие гибель растений, называют верхним и нижним пределом выносливости, а диапазон значений фактора между ними - экологической валентностью (синонимы термина - пластичность, толерантность).

Приведенная зависимость интенсивности жизнедеятельности организма от дозы воздействия наблюдается для различных экологических факторов.

Экологическая валентность - это способность организмов адаптироваться к тому или иному диапазону колебаний фактора среды.

Пределы выносливости различных организмов неодинаковы. Одни могут жить в широком диапазоне изменчивости условий среды, эти организмы называют эврибионтами (от греч. eurys - широкий). Для существования других организмов необходимы строго определенные, относительно постоянные условия внешней среды. Такие организмы называют стенобионтами (от stenos - узкий). В стабильных по свойствам средах обитания, например, в водной или почвенной, больше стенобионтов, в наземно-воздушной среде, которая является самой динамичной, больше шансов на выживание имеют эврибионты. Экологическая валентность у теплокровных животных обычно шире, чем у холоднокровных. Кроме того, адаптационные возможности организма зависят от его возраста: в то время как особи среднего возраста являются эврибионтами, на ранних и поздних стадиях онтогенеза у них возможно проявление стенобионтности.

Американский эколог Одум сформулировал в 1972 г. несколько положений в отношении экологической валентности (толерантности) организмов.

· Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого.

· Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем экологическим факторам обычно широко распространены.

· Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться по отношению к другим экологическим факторам.

Фактор, величина которого оказывается близкой или выходит за пределы выносливости (ниже минимума или выше максимума), называется лимитирующим.

Закон лимитирующего фактора был сформулирован впервые в 1840 году Ю.Либихом: От вещества с минимальной концентрацией зависит рост растений, величина и устойчивость их урожайности.

Урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах (углерод, кислород, водород и др.), так как эти вещества присутствуют в изобилии, а теми, которые необходимы в малых количествах и которых в почве недостаточно (микроэлементы).

Лимитирующим является действие также максимальной интенсивности фактора. Лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору (закон толерантности Шелфорда)

Поэтому, если значение хотя бы одного из необходимых экологических факторов приближается или выходит за пределы пороговых величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, организмы находятся в угнетенном состоянии или им грозит гибель. Изменить ситуацию можно, лишь воздействуя на лимитирующий фактор.

Современная трактовка закона Либиха звучит так:

В комплексе экологических факторов сильнее действует тот, который наиболее близок к пределу выносливости.

Лимитирующими факторами могут быть вещества, физические, биологические и др. компоненты окружающей среды. У животных наблюдается снижение продуктивности и воспроизводительной способности при недостатке (избытке) кальция, фосфора, йода, меди и др. Поваренная соль - компонент рациона кормления животных (человека), лекарственный препарат. Она обеспечивает биохимические процессы на всех уровнях от клетки до организма. Недостаток ее - гипонатриемия. Происходит нарушение (извращение) аппетита, снижение упитанности и продуктивности. Большая доза вызывает токсикоз. Патогенетически он характеризуется гипернатриемией, гипокалиемией, изменением калиево-натриевого насоса и электропроводимости в нервных клетках. Клинические признаки - возбуждение нервной системы, сменяющееся ее угнетением и даже параличом.

Парацельс (1493-1541): ничто не лишено ядовитости и все есть лекарство; только доза делает вещество лекарством или ядом.

Проблемы фармакологии и токсикологии стары, но актуальны до сих пор в связи с НТР и химизацией с.-х. производства.

Закон относительности действия лимитирующего фактора. Состояние организма (или другой живой системы) зависит не только от одного вещества с минимальной концентрацией, но и от концентрации других веществ, имеющихся в среде. Другими словами, состояние организма не определяется на 100 % только лимитирующим фактором, другие факторы, действующие на него, также имеют значение.

Закон совокупного действия факторов (правило взаимодействия факторов). Разные виды экологических факторов действуют на организм одновременно и совместно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действует другой фактор. Одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, жара и мороз легче переносятся при низкой влажности воздуха.

Закон компенсации факторов. Недостаток света для растений может в некоторой степени компенсироваться повышенным содержанием в воздухе углекислого газа. Увядание растений можно приостановить, повышая влажность почвы, но также и понижая температуру воздуха. Однако следует отметить, что ни один необходимый организму фактор не может быть полностью заменен другим. Так, отсутствие света делает невозможной жизнь растений, несмотря на самое благоприятное сочетание других условий.

В сельскохозяйственной практике важно знать закономерности взаимодействия экологических факторов, чтобы обеспечить оптимальные условия для культурных растений и домашних животных.

Свет является самым важным экологическим фактором. Без него невозможна фотосинтетическая деятельность растений, а без последней невозможна жизнь вообще, т.к. растения синтезируют кислород и первичное органическое вещество - источник энергии для гетеротрофных организмов. Свет является также источником тепла для всех организмов.

Солнечная энергия с физической точки зрения состоит из волн разной длины. Лучистая энергия используется растениями избирательно. При фотосинтезе они потребляют лучи с длиной волны от 380 до 740 нм. Эта область спектра называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР). На видимый свет приходится около половины всей поступающей на Землю лучистой энергии. Волны большей длины дают инфракрасную область спектра (ИК), более короткие - ультрафиолетовую область (УФ). Инфракрасные лучи воспринимаются человеком как тепло, УФ не воспринимаются нашими органами чувств. Многие животные воспринимают ИК и УФ части спектра.

Свет в жизни животных играет огромную роль в зрительной ориентации. Практически у всех жизненных форм имеются хотя бы примитивные светочувствительные органы. Ориентация на свет проявляется в виде положительных или отрицательных фототаксисов. Животные отличаются по своей суточной активности, например, бывают дневные и ночные насекомые, хищные млекопитающие и птицы.

Сокращение продолжительности дня является для растений и животных сигналом для подготовки к зиме. У растений при этом повышается концентрация солей в клеточном соке, у листопадных деревьев и кустарников опадают листья, наступает состояние покоя. В животном мире приспособительные реакции для перенесения холодного времени года отличаются большим разнообразием.

Свет при недостаточной или избыточной его интенсивности может быть лимитирующим фактором. У растений в условиях недостатка света снижается интенсивность фотосинтеза, листья становятся бледными, механические ткани слабо развиваются, стебли вытягиваются. В результате растения полегают, снижается их урожайность. При избыточном освещении могут появляться ожоги вследствие разрушения хлорофилла, особенно у теневых растений.

Недостаток света негативно влияет на рост и развитие КРС, свиней, овец, кур. Может наблюдаться снижение упитанности, продуктивности, воспроизводительной способности. Нарушение витаминно-минерального обмена приводит к ухудшению качества продукции. Могут развиваться болезни: у молодняка рахит, у взрослых животных - остеодистрофия. Это является следствием недостатка витамина Д, синтез которого в организме животных активизируется под действием света. Избыточное освещение вызывает у животных световое утомление; у с.-х. животных случаются солнечные удары.

Общий энергетический (и тепловой) баланс планеты на 99,8% состоит из энергии Солнца. Излучение Солнца, доходящее до верхней границы биосферы, составляет 8,3 Дж/см2 в 1 мин (солнечная постоянная).

Длинноволновые лучи оказывают на организмы тепловое действие, коротковолновые - химическое.

Солнечная радиация - необходимое условие жизнедеятельности организма животных. Свет усиливает рост волос, нормализует функции потовых и сальных желез, повышает защитные функции кожи (уплотняет роговой слой и эпидермис), стимулирует половую функцию. Под действием света происходит трансформация дегидрохолестерина в активный витамин Д3 - что способствует активизации витаминного и минерального обмена.

Недостаток света является причиной рахита, остеодистрофии. Избыток вызывает раздражение сетчатки, сосудистой оболочки глаз, повреждение хрусталика, развитие кератитов, коньюнктивитов. Может быть солнечный удар. Поражение кожи и расстройство деятельности организма под влиянием солнечной радиации может наблюдаться у животных белой масти после поедания ими клевера (клеверная болезнь), проса (просяная болезнь), гречихи (гречишная болезнь).

Ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение - излучение, под действием которого происходит ионизация вещества, в т.ч. живого. Дефицит ионизирующей радиации также как избыток негативно влияет на живые организмы. В атмосфере, лишенной ионов, животные жить не могут, они погибают. Аэроионизация - прием, проводимый в телятниках, благоприятно воздействует на рост и развитие телят, повышает устойчивость к заболеваниям. Используется для лечения и профилактики бронхопневмоний.

Сильные дозы облучений вызывают лучевую болезнь. Лучевые поражения могут наблюдаться при загрязнении окружающей среды радиоактивными отходами, при использовании радиоактивных материалов для строительства помещений.

Температура. Для с.-х. животных разных видов оптимальная температура воздуха колеблется от 3-5 до 15-20 0С. Зависит от возраста, условий кормления, закаливания и т.д. Действие температуры зависит от влажности воздуха. Влажный воздух обладает большой теплоемкостью, при низких температурах он отнимает от тела больше тепла. Слишком высокая температуры воздуха вызывает гипертермию. Усиливается она высокой влажностью. Влажный воздух препятствует испарению влаги с поверхности тела животных, способствуя его перегреву. Результатом может быть тепловой удар, особенно подвержены ему ожиревшие животные.

Атмосферный воздух. Загрязнение воздуха сероводородом, аммиаком в животноводческих помещениях может вызывать ларингиты, риниты, бронхиты, пневмонии. Респираторные и др. заболевания могут развиваться при загрязнении воздуха пылью, дымом, газообразными отходами промышленных производств. При загрязнении атмосферы кремнием развивается силикоз (скопление асбестовых телец в легких).

Нарушения дыхательной функции могут быть при отеке гортани, спазме бронхов, обтурации просвета дыхательных трубок. Приводит к недостаточному насыщению крови кислородом (гипоксемия) и задержке в организме углекислоты (гиперкапния). При асфиксии смерть наступает через 5-10 минут.

Корм как экологический фактор. Корм рассматривается как звено биотического круговорота и как слагаемое биогеохимической трофической цепи в агроэкосистеме. Это фактор биогеоценоза, оказывающий влияние на популяции, особи, их органы, ткани, клетки и субклеточные структуры. Экологическое изучение питания животных базируется на данных кормопроизводства и кормления (трофологии).

Кормовой рацион - комплексный экологический фактор (много разнообразных веществ). Существуют нормы кормления для разных видов животных, возрастных групп, физиологического состояния и т.д.

Недокорм является причиной снижения упитанности и продуктивности, приводит к алиментарной дистрофии.

1 стадия: уменьшение живой массы животного на 15-20 %,

2 стадия: ……..20-30%,

3 стадия:……… более 30%.

Клинические проявления 1-2 стадии - выпадение шерсти, снижение эластичности кожи, появление алопеций, бледность видимых слизистых оболочек, развитие гипопластической анемии. 3 стадия - животное утрачивает способность передвигаться и погибает.

Витаминное голодание. Особенно часто регистрируют гиповитаминоз А. его признаки - ослабление зрения (гемералопия), сухость глаз (ксерофтальмия), их поражение (кератомаляция).

гиповитаминоз С - скорбут (цинга),

гиповитаминоз Е (токоферол) - дистрофия мышц

гиповитаминоз В1 - нервные расстройства (запрокидывание головы у птиц) гиповитаминоз В12 - анемия

Перекорм приводит к ожирению - отложению жира в подкожной клетчатке и др. тканях. Понижаются процессы окисления, печень подвергается жировой дистрофии. Развивается миокардоз, расстраивается кровообращение. Может развиваться алиментарное бесплодие. Клиническая картина - округлость форм, малоподвижность, ослабление тонов сердца, везикулярного дыхания.

Неполноценные, некачественные корма (испорченные, заплесневелые) могут вызывать микозы, микотоксикозы, гастриты, гастроэнтериты, колики.

При недостатке в корме тех или иных элементов у животных могут развиваться гипомакро- или - микроэлементозы.

Кальций. Составляет около 1,5% от массы тела - больше, чем любой другой элемент минерального питания. 99% - в костях и зубах. Поступает с кормом и водой. Много кальция в бобовых и подсолнечнике. Кальций включается в мембраны клеток, определяя их проницаемость. Он играет «цементирующую» роль, соединяя смежные клетки (Са-мукополисахаридный межклеточный цемент). Кальций используется для образования молока у лактирующих животных, для образования скорлупы яиц у птиц. Длительный недостаток кальция - гипокальциемия, рахит, ахаликозная остеодистрофия. Длительный избыток кальция - алкалозная остеодистрофия, связанная со смещением кислотно-щелочного равновесия в щелочную сторону.

Фосфор. Много фосфора содержится в зерне (концентрированные корма). Фосфор входит в состав АТФ, витамина В1, многих коэнзимов. Недостаток фосфора вызывает гипофосфатемию, афосфорозная остеодистрофию. Избыток фосфора - гиперфосфатемию, развитие ацидозной остеодистрофии.

Йод. 60% поступившего с кормом йода поглощается щитовидной железой и используется для синтеза гормонов, которые участвуют в регуляции обмена веществ, физиологических процессов и функций. Йод участвует в развитии и дифференцировке тканей. Проявление йодной недостаточности - зобная болезнь. Она сопровождается нарушением обмена веществ, снижением упитанности и продуктивности.

Избыток йода в рационе животных маловероятен. Дозы в 50-100 раз превышающие оптимальные не являются опасными. Йод быстро выводится из организма (период полувыведения - до 9 дней).

Кобальт. Поступает с кормами и минеральными добавками. Локализуется в печени, кровью разносится по органам и тканям. Входит в состав витамина В12, активирует ряд ферментов. Имеет очень широкий спектр действия. Гипокобальтоз проявляется в снижении упитанности, продуктивности, развитии гипопластической анемии. Гиперкобальтоз - появление эритроцитоза и полицитемии, нарушение обмена веществ, расстройство пищеварения и дыхания.

Медь. поступает с кормом и водой. Включается в состав белков и ферментов (окислительно-восстановительные реакции), БАВ. Гипокупроз - нарушение обмена веществ, анемия. У молодняка (ягнят) поражается головной мозг. Гиперкупроз - гастроэнтерит, дистрофия печени, гемолитическая анемия.

Марганец. Недостаток - задержка роста и развития, нарушение функции половой системы. У свиней может происходить резорбция плодов, появляются дефекты костеобразования. Быки-производители - системное поражение конечностей, хромота, поза сидячей собаки. У птиц наблюдается явление перозиса. Избыток вызывает марганцевый рахит, гипогемоглобинемию.

Фтор локализуется в зубах, костях, стимулирует репаративные процессы при переломах, обменные процессы, реакции иммунитета. Недостаток фтора - фактор развития кариеса, избыток причина флюороза (нарушение обмена веществ и поражение зубов).

Поллютанты. Ксенобиотики. Поллютанты - загрязнители окружающей среды, являющиеся природными химическими веществами (никель, свинец). Ксенобиотики - химические вещества, чуждые природе, искусственно созданные (пестициды).

Никель часто входит в отходы предприятий, в загрязненных промзонах у животных может наблюдаться никелевый токсикоз. Проявляется в поражении ЖКТ, печени, сердца, кровеносных сосудов, головного мозга, сетчатки глаз. Поражаются также кожа и конечности (развивается сухой некроз конечностей).

Свинец может содержаться в составе тетраэтилсвинца, он добавляется в горючие жидкости как антидетонатор. Вдоль автодорог располагаются лентообразные свинцовые геохимические аномалии. Ширина их может быть 100 м и более. Растения являются концентраторами свинца, использование их на корм животным приводит к свинцовым отравлениям. В организме свинец локализуется в костях, печени, почках. Нарушается обмен веществ, развиваются дистрофические процессы в паренхиматозных органах. Нервные клетки головного мозга подвергаются вакуолизации. Характерным признаком является «свинцовая кайма» на слизистой десен. Происходит снижение упитанности, продуктивности, расстройство пищеварения, дистрофия печени и сердца. У лошадей - синдром свистящего удушья.

«Классический» ксенобиотик - ДДТ (синтезирован в 1873 г.), инсектицидные свойства были открыты в 1937 г. С 1940 г. началось его промышленное производство и широкое применение (в сельском хозяйстве, медицине, быту). Со временем обнаружились кумулятивные свойства препарата: накопление в жировой ткани, ЦНС, печени. Он оказывает гонадотоксическое, эмбриотоксическое, алергенное, тератогенное и мутагенное действие. ДДТ крайне медленно разлагается и обезвреживается в окружающей среде. Из 1,5 млн.т использованного за период с 1940 по 1970 гг. лишь 1/3 его обезвредилась.

Кроме ДДТ существуют и другие хлорорганические соединения (ХОС, десятки наименований), относящиеся к ксенобиотикам. Кроме ХОС существуют сотни других ксенобиотиков.

Питьевая вода. У каждого вида животных - свои нормы потребления воды, зависящие также от климата, возраста и др. Эксикоз (гипогидрия, дегидратация, отрицательный водный баланс) выражается в общей слабости, жажде, сухости слизистых оболочек и кожи. Нарушается глотание, развивается олигурия. Западают глаза в орбиты, из-за сгущения крови развивается эритроцитоз. Нарушается водно-солевой обмен и т.д. гибель наступает через 4-8 суток.

Прием слишком большого количества воды может происходить при сухой жаркой погоде, при резко выраженном потении, поедании «солений», нарушении водно-солевого баланса, диабете.

Проблема загрязненной питьевой воды распространенная причина развития гастритов, энтеритов, гепатозов, токсикозов. Важна профилактика энзоотий.

Шум. Полная тишина действует негативно на состояние животных. «Звуковой комфорт» - шум естественного происхождения 20-30 дБ. Звуковой максимум - 80 дБ. Шум вызывает нарушение обмена веществ, нарушение деятельности сердца. У КРС развивается гипотония желудков, в 6-10 раз возрастает электропроводность кожи. У кур - шумовая истерия. Важно, что адаптации к шуму не возникает. Размещение животноводческих помещений должно быть рациональным, рядом не должны располагаться аэродромы, оживленные автотрассы. Зеленая изгородь способна уменьшить шум машин в 10 раз.

Информация. Экологическая информация - совокупность воспринимаемых организмом сигналов: оптических, звуковых, химических (гравитационных - у перелетных птиц). Стресс может быть вызван появлением хищника, животного-доминанта. У крыс: информация, исходящая от животного-доминанта может стать причиной смерти низкорангового животного (может убить одним своим агрессивным видом). Одна и та же информация может вызвать разные реакции (реакция на корм голодного и сытого животного). Дефицит внутрипопуляционной информации может стать причиной самопогрызания у новорожденных соболят при их изоляции. Избыток при скученном содержании - причина стресса и болезней адаптации.

Эволюционно возникли реакции на сигналы, предвосхищающие события - укорочение светового дня. Лечебно-профилактическое использование информации, исходящей от самца для лечения бесплодия самок и наоборот. Использование феромонов для борьбы с насекомыми (ловушки).

Антропогенный фактор. Действует на с.-х. и домашних животных с первого до последнего дня жизни. Существуют так называемые «эксплуатационные» заболевания, например, «эксплуатационное» бесплодие - при слабой активности и неподвижности животных и наоборот.

Недостаточность активности (гипокинезия) - при стойловом содержании ведет к снижению нервно-мышечного тонуса, патологическому изменению костно-суставного аппарата, ослаблению кровообращения и дыхания. Подавляется моторика ЖКТ. У лошадей развиваются копростазы, у КРС - атония и завал рубца, закупорка книжки.

Физическое перенапряжение может отмечаться у лошадей, волов, охотничьих собак. У лошадей - альвеолярная эмфизема легких (атрофия и разрыв смежных альвеол), миокардиодистрофия, расширение сердца, сердечно-сосудистая недостаточность. Резкие изменения положения тела могут вызвать заворот кишечника.

1.3 Экология популяций (демэкология)

Раздел общей экологии, изучающий популяции, называется демэкологией. Важнейшей задачей демэкологии является изучение условий формирования популяций, внутрипопуляционных отношений и динамики численности популяций. Чаще всего внимание концентрируют на видах, имеющих важное хозяйственное значение (промысловые виды, различные вредители), а также редких видах.

Популяция - группировка особей одного вида, занимающих относительно однородное пространство и способных к саморегулированию и поддержанию определенной численности.

Каждый вид в пределах занимаемой им территории распадается на популяции. Популяция - относительно обособленная часть вида. Эта обособленность обусловлена спецификой местообитания и вероятностью более частых скрещиваний. Популяций в изолированном виде в природе не существует. На уровне популяций происходят основные адаптации, естественный отбор и эволюционные процессы.

Заботясь о сохранении видового разнообразия на Земле, человек должен думать о сохранении природных популяций. Для популяций существуют допустимые пределы снижения численности особей, за которыми существование популяции становится невозможным. Численность не должна уменьшаться ниже тех пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Чем мельче организмы, тем выше критические значения их численности.

Популяции сельскохозяйственных и домашних животных имеют ряд особенностей. По большому счету, совокупности сельскохозяйственных животных не являются настоящими популяциями, так как они трансформированы, изменены и находятся постоянно под влиянием человека. Сельскохозяйственные животные содержатся и питаются так, как хочет человек. Он проводит искусственное осеменение самок, проводит вакцинации, разнообразные ветеринарные обработки

Приспособительные возможности таких популяций ослаблены, механизмы адаптации подавлены в процессе их одомашнивания. В результате искусственного отбора и односторонней селекции, направленной на повышение продуктивности, как правило, снижается жизнеспособность животных.

...