Слайд 1Лекция
Устойчивость живой природы
Слайд 2Экология
(от греч. oikos — дом, жилище, местопребывание и logos —
слово, учение),
наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ
между собой и с окружающей средой.
Термин «экология» ввел немецкий зоолог Э.Геккель в 1866 г.
Слайд 3«Ничто в биологии не имеет смысла
кроме как в свете эволюции»
Ф.Г. Добжанский
Развитие экологии
теория
Ч. Дарвина «Происхождение видов» (1859).
численность любого вида растет с геометрической
прогрессией;
наследственность;
изменчивость;
борьба за существование (естественный отбор).
Слайд 4Система – совокупность элементов и связей между ними.
Выделяют 2 типа
систем:
суммативные;
интегрированные (эмерджентные).
(нельзя изучать через составляющие элементы, необходимо рассматривать целиком).
Слайд 5Каждая из систем эмерджентна!
Слайд 6Жизнь на Земле не существует вне организмов, популяций, сообществ и
экосистем.
Слайд 7Общая экология
экология
экология
экология
экология
экология
человека
животных
растений
химии
сельского хозяйства
Слайд 8Организмы
Организмы представляют собой открытые биологические системы, т.к. они связаны с
окружающей средой постоянным потоком вещества и энергии, проходящей через их
тела.
(фотосинтез, пища)
За миллиард лет фотосинтезирующие водоросли и наземные растения связали столько солнечной энергии и создали столько органического вещества, что оно могло бы покрыть всю Землю слоем в 2000 км.
В состав живых организмов входят не менее 60 химических элементов, главные из которых (биогенные элементы) - это C, O, H, N, S, P, K, Fe, Ca и некоторые другие.
Слайд 9Вид – естественная биологическая единица всех членов которой связывает воедино
участие в общем генофонде.
Особь – наименьшая неделимая единица биологического вида,
подверженная действию факторов эволюции.
Слайд 10Критерии вида
1. Генетический – виды различают по числу и
структуре хромосом.
2. Географический – виды занимают определённый ареал.
3. Экологический –
каждый вид может существовать только в определённых условиях, занимая свою экологическую нишу.
4. Биохимический – виды различают по биохимическим параметрам (состав и структура белков и нуклеиновых кислот).
5. Физиологический – сходство жизненных процессов и возможности размножения.
6. Морфологический – сходство строения организмов одного вида.
7. Этологический – особенности поведения.
8. Исторический – единство происхождения особей в пределах вида.
Слайд 11Вид
генетически изолированная группа особей от других видов.
Популяции внутри вида генетически
изолированы друг от друга.
Слайд 12Популяция
совокупность особей одного вида, проживающих долгое время на определенной территории.
Слайд 13Экологические характеристики популяции
Количественные, структурные, динамические.
Количественные:
численность – показывает нам, благоприятны
или нет условия для вида на данной территории.
плотность популяции
– отражает среднее число особей, приходящихся на условно выбранную единицу пространства, где их легко учесть (на квадратный метр, гектар или квадратный километр площади и т.п.).
рождаемость, смертность,
прирост популяции,
иммиграция и эмиграция.
Слайд 14Динамика численности популяции
Теоретически популяция может расти
не ограниченно. При превышении емкости
среды, начинается массовая гибель особей.
Слайд 15Уменьшение числа стволов деревьев с возрастом древостоя
Слайд 16Теоретически возможная и реальная кривая роста популяции
Рост численности одного из
видов
амбарных жуков в пшенице
при освоении нового местообитания
Слайд 18Плодовитость
обилие ресурсов
чем выше смертность, тем выше плодовитость
забота о потомстве
чаще всего
1 китенок
Слайд 19Экологическая стратегия
комплекс признаков, приспособлений для выживания, общая характеристика роста и
размножения данного вида.
Слайд 20Структурные характеристики популяции:
половая,
возрастная,
пространственная,
этологическая,
генетическая и др.
Слайд 21Экологические факторы – отдельные свойства среды, воздействующие на организмы.
Окружающая среда
- это комплекс окружающих человека или другой живой организм физических,
географических, биологических, социальных, культурных и политических условий, который определяет форму и характер его существования.
Экологические факторы как:
ограничители, т.е. определяя невозможность существования организмов в определенных условиях;
раздражители, вызывающие соответствующие приспособительные изменения биохимических и физиологических реакций;
модификаторы, влияющие на морфологию и анатомию;
сигналы, подготавливающие к наступающим изменениям других факторов среды.
Слайд 22Экологические факторы по характеру изменчивости могут быть:
регулярно-периодическими;
нерегулярными;
направленными на
протяжении определенных, иногда длительных отрезков времени.
Слайд 23Природные
Экологические факторы
Антропогенные
биотические
абиотические
свойства неживой природы
формы воздействия живых существ друг на
друга
формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы
Слайд 24Экологические факторы среды
по объему делятся на:
Ресурсы – факторы ОС, которые
организмы используют, потребляют, уменьшая их количество.
Условия – факторы ОС, к
которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут.
Один и тот же фактор может быть и условием и ресурсом.
Слайд 26Абиотические факторы среды
имеют физико-химическую природу
и определяют пределы устойчивости жизни
на Земле
Слайд 27Закон оптимума
Закон оптимума отражает реакцию видов на изменение силы действия
любого фактора. Нет всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит
от их дозировки.
Общие законы
действия факторов среды на организмы
Слайд 28Схема действия факторов среды на живые организмы
Места пересечений кривой с
осью абсцисс – критические точки.
Почему так???
Слайд 29Закон оптимума
определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а
также меру изменчивости этих условий,
график зависимости жизненности от фактора
редко выглядит симметрично,
в природе выделяются два крайних варианта — узкая (стенобионты) и широкая (эврибионты) специализация.
Специализация
узкая
широкая
стенобионты
эврибионты
эврибарные
эвригалийные
эвритермные
Слайд 30Принцип совместного действия факторов
(Закон взаимодействия факторов)
Результат влияния любого экологического фактора
на организмы во многом зависит от того, в какой комбинации
и с какой силой действуют в данный момент и другие.
Общие законы
действия факторов среды на организмы
Это правда,
если остальные факторы const
Слайд 31Правило экологической индивидуальности
(Закон независимого влияния фактора на разные организмы)
В природе
нет двух видов с полным совпадением оптимумов и критических точек
по отношению к набору факторов среды. Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому.
Общие законы
действия факторов среды на организмы
Положение кривых оптимума
на температурной шкале для разных видов
Слайд 32ОБЩИЕ ЗАКОНЫ
ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ОРГАНИЗМЫ
Закон ограничивающего
(лимитирующего) фактора
На живые существа
одновременно действует множество факторов, и к тому же большинство из
них переменчиво.
В каждый конкретный период времени можно выделить самый главный, от которого в наибольшей мере зависит их жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума (является ограничивающим жизнедеятельность организмов в данный период).
Слайд 333 основных пути адаптации
к условиям среды:
Подчинение организма влиянию факторов с
изменением интенсивности обмена веществ. Такой путь свойствен видам с переменными
температурой тела (пойкилотермным), составом воды (пойкилогидрическим) и т.п. Подчинение среде экономит энергетические ресурсы организма, но ограничивает периоды его активности.
Активное сопротивление влиянию внешней среды. Связан с поддержанием постоянной температуры тела, обводненности и других показателей внутренней среды и развитием способов поддержания постоянства жизнедеятельности (механизмов гомеостаза) в изменяющихся условиях. Таковы гомойотермные, гомойогидрические и т.п. виды.
Избегание неблагоприятных условий, активный выбор подходящих местообитаний - миграции, особые формы поведения (рытье нор, строительство гнезд и т.п.), помогающие уйти от отрицательного влияния факторов.
Чаще всего в приспособлении видов к среде сочетаются элементы всех трех основных путей адаптации.
Слайд 34Активная и скрытая жизнь — тоже проявление зависимости от экологических
условий
Анабиоз («мнимая смерть»)
Гипобиоз — прямое замедление обмена веществ при
действии неблагоприятного фактора с быстрым возвращением к активной жизни, если фактор перестает действовать.
Криптобиоз составляет часть жизненного цикла организмов. Он генетически запрограммирован и приурочен к наступлению неблагоприятного времени года.
Слайд 35БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ
Пищевые (трофические) и непищевые связи
Пищевые (трофические) связи
От них зависит
жизнь организмов, обеспеченность их энергией. Эти связи носят всеобщий характер,
так как нет ни одного вида на Земле, который ни служил бы пищей другим или сам ни использовал бы для этих целей другие виды.
Трофические отношения образуют в сообществах сложную систему, которую называют сетью питания.
Пищевые связи :
обеспечивают передачу вещества и энергии от одного организма к другому.
служат механизмом регуляции численности популяций.
Слайд 37Пищевые отношения на уровне «особь-особь» всегда типа «+/-».
На уровне «популяция-популяция»
- хищники регулируют численность своих жертв и наоборот , что
является элементом устойчивости любого сообщества.
На уровне «вид-вид» - коэволюция.
Слайд 38Автотрофы используют для синтеза либо энергию солнечного света (фототрофы), либо
энергию химических связей неорганических веществ (хемотрофы).
Гетеротрофы энергетически зависят от
других организмов, т.к. в состоянии преобразовывать только органические соединения.
Все живые существа по типу питания делятся на автотрофных и гетеротрофных.
Слайд 39Экосистема
совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с
другом и с окружающей их средой таким образом, что вся
совокупность может сохраняться неопределенно долгое время
Слайд 40Жизнь на Земле не существует вне организмов, популяций, сообществ и
экосистем.
Экосистема
Слайд 41Условие возникновения экосистем –
это наличие:
запаса биогенных веществ,
продуцентов - организмов,
создающие эти органические вещества, т.е. биологическую продукцию (обычно фотосинтезирующие растения),
консументов
- переработчиков биологической продукции (обычно животные),
редуцентов - разлагателей мертвых остатков растений и животных вновь до минеральных соединений (обычно это грибы и бактерии).
Слайд 42Необходимые компоненты экосистем
Слайд 43Пирамида продукции и поток энергии в экосистемах
Слайд 46Передача энергии по пищевой цепи
Проследим, как расходуется в этой цепи
солнечная энергия, связанная в кочане капусты.
Слайд 47Передача энергии по пищевой цепи
на рост идет около 10 %
усвоенной энергии.
в теле козы задержится даже менее 1/10
части энергии, заключенной в кочане капусты, т.к. часть вещества капусты не усваивается.
Когда козу съест волк, то на прирост его тела достанется не более 1% энергии, связанной в капусте.
Слайд 48Передача энергии по пищевой цепи
передача вещества и энергии по цепям
питания подчиняется так называемому "правилу десяти процентов".
В каждом последующем
звене цепей питания количество задерживаемой энергии уменьшается примерно в 10 раз, и уже через 4-5 звеньев она практически полностью иссякает.
Слайд 49Биологической продукцией
называют то количество органического вещества, которое создается в
единицу времени на определенном трофическом уровне.
Различают первичную и вторичную
биологическую продукцию.
Первичную создают растения из неорганических компонентов. Валовая первичная продукция определяется скоростью фотосинтеза, которая зависит и от вида растений, и от условий среды.
Слайд 50Вторичная биологическая продукция — это органическое вещество, создаваемое гетеротрофами, т.е.
переработчиками. Она возникает за счет первичной чистой продукции и, по
правилу передачи энергии по цепям питания, составляет не более 10% от растительной.
=> в природе на создание 1 кг массы травоядного животного тратится в 10 раз больше солнечной энергии, чем на создание 1 кг массы растений, а на 1 кг массы хищника — по крайней мере в 100 раз больше.
Слайд 51Передача энергии по пищевой цепи
Правило 10 % можно выразить в
виде пирамиды биологической продукции.
Нижняя, широкая ступень пирамиды отражает скорость
создания органического вещества на первом трофическом уровне, а каждая последующая ступень оказывается в 10 раз меньше предыдущей.
Слайд 53Продукция животных обходится и природе, и людям дороже, чем растительная.
Поэтому проблема голода для населения разных стран начинается прежде всего
с нехватки вторичной продукции - животных белков, необходимых в рационе человека.
В наиболее продуктивных экосистемах Земли за сутки на 1 м2 синтезируется в среднем не более 25 г органического вещества (в пересчете на сухой вес валовой продукции).
К таким высокопродуктивным экосистемам относятся влажные тропические леса, эстуарии рек в аридных районах, коралловые рифы в тропических морях. Здесь создаются оптимальные условия для фотосинтеза: много тепла, света, воды, достаточно биогенов.
Слайд 55Биогенные вещества (биогены)
химические элементы, постоянно входящие в состав живых организмов
и выполняющие определенные биологические функции.
Живые системы включают в себя около
20 элементов. Главными из них являются:
углерод,
водород,
кислород,
азот,
фосфор,
сера.
Слайд 56 Получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках
круговорота всех элементов;
Экосистемы существуют за счет солнечной энергии;
Чем
больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень (на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы).
Основные принципы функционирования экосистем
Слайд 58Устойчивость живой природы
Принцип цикличности.
Циклическое использование ограниченных по запасам веществ
делает их практически неисчерпаемыми.
Слайд 60Устойчивость живой природы
Принцип отрицательной обратной связи
Отрицательная обратная связь заключается в
том, что возникшие в системе отклонения от ее нормального состояния
вызывают в ней самой такие изменения, которые начинают противодействовать этим отклонениям. Происходит регуляция, т.е. возврат системы в прежнюю норму.
Слайд 61Устойчивость живой природы
Принцип биологического разнообразия.
Взаимодополняемость видов.
Разнообразие видов позволило жизни
освоить все уголки биосферы.
Биологический круговорот веществ требует участия видов
с прямо противоположными функциями.
Взаимозаменяемость видов.
Слайд 62Биоразнообразие – множество всех живых форм на Земле
включает разновидности
растений, животных, микроорганизмов, а также экологические системы и экологические процессы,
генетическое разнообразие.
Сейчас известно около 1,8 млн видов (из них 250 тыс. растений).
Предполагается, что всего может быть около 30 млн.видов.
Слайд 63Значение биоразнообразия
Экологическое (основа функционирования экосистем).
Экономическое (продовольствие, домашние животные).
Медицинское (лекарства, исследования).
Эстетическое
и рекреационное (красота, отдых, туризм).
Научное (исследование эволюции, деятельности экосистем).
Этическое.
Слайд 64Исчезновение видов
естественная часть эволюции,
«фоновая» степень исчезновения – 1-10 видов в
год,
на Земле было 5 периодов массового уничтожения видов за 1,5
млрд лет.
Слайд 65Массовое исчезновение видов
Последний период – 65 млн. лет назад –
исчезновение динозавров
Слайд 66Исчезновение видов
Сейчас – 1 000 видов в год.
Каждый восьмой вид
подвергается риску исчезновения.
К 2010-2015 гг. биосфера может утратить 10-15% видов.
О
снижении биоразнообразия впервые стали говорить в 1920-е годы Гарри Харлан (США) и Николай Вавилов (СССР).
Страны, растения которых наиболее подвержены риску исчезновения – США, Австралия, ЮАР, Турция, Мексика, Бразилия, Панама, Индия, Испания, Перу.
Слайд 67На грани полного исчезновения:
Магелланов пингвин (Аргентина,Чили), жираф Ротшильда (Уганда), гризли
(Канада), Калифорнийский кондор (США), амурский тигр, африканский слон…
Слайд 68На грани полного исчезновения:
Большая панда (Китай),
Снежный барс (Центральная Азия)
Слайд 69Вымершие в 20 в. виды
Тасманийский волк – 1936 г.
Каролинский попугай
– 1920 г.
Северный белый носорог – 2014 г.
Слайд 70Причины уменьшения биоразнообразия
Внедрение чужеродных видов
Кроликив Австралии
Кроликов завезли в Австралию колонисты
в 1859 г.
Слайд 72Причины уменьшения биоразнообразия
Глобальные экологические изменения (Изменение температуры, избыток СО2 и
азота)
Слайд 73Причины уменьшения биоразнообразия
Разрушение местообитаний
сведение лесов
Слайд 74Причины уменьшения биоразнообразия
Разрушение местообитаний
Опустынивание
Слайд 75Причины уменьшения
биоразнообразия
Промысловая охота
Слайд 76Природная и антропогенная экосистема
Слайд 77Сохранение биоразнообразия
Ботанические сады (1 600 в мире) и зоопарки;
Красные книги
(первое издание Красной книги России – 1995 г. – 247
видов);
Банки генов (с 1970-х) – в основном семена и предки культурных растений (более 6 млн);
Особо охраняемые природные территории (ООПТ).
Слайд 78Категории и виды особо охраняемых природных территорий
С учетом особенностей режима
особо охраняемых природных территорий и статуса находящихся на них природоохранных
учреждений различаются следующие категории указанных территорий:
а) государственные природные заповедники, в том числе биосферные;
б) национальные парки;
в) природные парки;
г) государственные природные заказники;
д) памятники природы;
е) дендрологические парки и ботанические сады;
ж) лечебно-оздоровительные местности и курорты.
Слайд 79Сохранение биоразнообразия
Заповедники – никакой хозяйственной деятельности
В России 93 заповедника (30
млн га), в том числе 18 биосферных
Старейший – Баргузинский (Бурятия)
1916 г.
Слайд 80Сохранение биоразнообразия
Самый большой заповедник – Командорский (Камчатка) 1993 г. –
3649 тыс. га
Слайд 81Сохранение биоразнообразия
Заказники
Национальные парки
Слайд 82Темы докладов
Особо охраняемые территории
в России
