Биотические факторы среды. Цепи и сети питания. Экологические пирамиды: чисел, биомассы, энергии

Биотические факторы  среды. Цепи и сети питания. Экологические  пирамиды: чисел, биомассы, энергии. Роль живых организмов в преобразовании неживой природы

Опубликовано 22 Апр 2010 в рубрике «Биология 11 Класс»  

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение

2. Уровни организации  живой материи

2. Популяции,  сообщества, экосистемы. Принципы их  организации

3. Формы биологических  отношений в сообществах

3.1 позитивные  отношения

3.2 негативные  отношения

3.3 нейтральные  отношения

4. Биотическая  структура экосистем

4.1 пищевые цепи  и пищевые сети

5. Экологические  пирамиды

5.1 пирамиды численности

5.2 пирамиды биомассы

5.3 пирамиды энергии

6. Заключение

7. Список литературы 

ВВЕДЕНИЕ 

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействие. Этот точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды и приспособлений к ним живых организмов обусловливает возможность существования всевозможных форм организмов самой различной организации. Изучением условий жизни организмов и их взаимных связей с окружающей средой занимается экология, наука о взаимоотношениях живых организмов и их сообществ с окружающей их живой и неживой средой обитания.

Слово «экология» образовано из двух греческих слов: oicos, что означает дом, жилище, и logos наука, и дословно переводится как наука о доме, месте обитания. Впервые этот термин использовал немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1886 г., определив экологию как область знаний, изучающую экономику природы, исследование общих взаимоотношений животных как с живой, так и с неживой природой, включающей все как дружественные, так и недружественные отношения, с которыми животные и растения прямо или косвенно входят в контакт. Такое понимание экологии стало общепризнанным, и сегодня классическая экология  это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Каждый организм живет в окружении множества  других организмов, вступает с ними в самые разнообразные отношения, как с отрицательными, так и  с положительными для себя последствиями и, в конечном счете, не может существовать без этого живого окружения. Связь с другими организмами необходимое условие питания и размножения, возможность защиты, смягчения неблагоприятных условий среды, а с другой стороны это опасность ущерба и часто даже непосредственная угроза существованию индивидуума.

Всю сумму воздействий, которую оказывают друг на друга  живые существа, объединяют под названием  «биотические факторы среды». Важнейшим  обобщением экологии является понятие  экологической системы (экосистемы), включающее группу взаимосвязанных живых организмов и тех элементов внешней среды, которые оказывают на них наиболее сильное влияние и сами в той или иной степени зависят от деятельности организмов.

При экосистемном подходе к изучению экологии в центре внимания ученых оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентом биосферы. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от мест обитания и систематического положения входящих в них организмов. Вместе с тем в экосистемном подходе находит приложение концепция гомеостаза (саморегуляции), из которой становится понятным, что нарушение регуляторных механизмов, например в результате загрязнения среды, может привести к биологическому дисбалансу. 

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ  ЖИВОЙ МАТЕРИИ 

Живая природа  представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько  уровней организации живой материи.

1. Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

2. Клеточный.  Клетка структурная и функциональная  единица размножения и развития  всех живых организмов, обитающих  на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т. к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

3. Организменный.  Организм представляет собой  целостную одноклеточную или  многоклеточную живую систему,  способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

4. Популяционно-видовой.  Под видом понимают совокупность  особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

5. Биогеоценотический. Биогеоценоз сообщество, совокупность  организмов разных видов и  различной сложности организации  со всеми факторами конкретной  среды их обитания компонентами  атмосферы, гидросферы и литосферы.

6. Биосферный. Биосфера  самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество совокупность всех живых организмов, неживое, или косное, вещество и биокосное вещество (почва). 

ПОПУЛЯЦИИ, СООБЩЕСТВА, ЭКОСИСТЕМЫ. ПРИНЦИПЫ ИХ ОРГАНИЗАЦИИ 

Популяцией называют группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование в определенном месте обитания. Популяция это некоторое единство, которое определяется общностью занимаемой особями территории (или акватории), а также общностью их происхождения, сходством строения и поведения, например все особи, обитающие в небольшом озере, или все деревья одного вида в лесу.

Популяции состоят  из одинаковых организмов, совместно  населяющих определенные участки и  связанных различными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.

Члены одной  популяции оказывают друг на друга  не меньшее воздействие, чем физические факторы среды или другие обитающие  совместно виды организмов. В популяциях проявляются в той или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимно полезные) и конкурентные. Во всех случаях в популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Достигается это в основном через количественное изменение населения.

Популяции большинства  видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность.

Структура популяций имеет приспособительный характер. Разные популяции одного вида обладают как сходными особенностями структуры, так и отличительными, характеризующими специфику экологических условий в местах их обитания.

Следовательно, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, население вида определенной территории характеризуется еще и приспособительными чертами групповой организации, которые являются свойствами популяции как надиндивидуальной системы. Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.

Сообщество (биоценоз) не просто сумма образующих его видов, но и совокупность их взаимодействий. Как и популяция, сообщество имеет  собственные свойства, проявляющиеся  только при изучении его самого, как, например, видовое разнообразие, структура пищевой сети, биомасса, продуктивность. Одна из главных задач экологии выяснить взаимосвязи свойств и структуры (составом) сообщества, которые проявляются независимо от того, какие виды входят в него.

Непосредственно живое окружение организма составляет его биоценотическую среду. Представители  каждого вида способны существовать лишь в таком живом окружении, где связи с другими организмами  обеспечивают им нормальные условия  жизни. Иными словами, многообразные живые организмы встречаются на земле не в любом сочетании, а образуют определенные сожительства, или сообщества, в которые входят виды, приспособленные к совместному обитанию. Все организмы внутри сообществ тесно взаимодействуют. В ряде случаев это способствует сохранению мест обитания. Так, например, сообщества копытных животных в саваннах, регулярно выедая траву, способствуют тем самым ее росту и препятствуют внедрению древесных пород в степные экосистемы.

Поскольку виды в сообществе объединены общей судьбой, они используют все возможности для существования, предоставляемые средой, с минимальной (но не нулевой) конкуренцией между собой и максимальной биологической продуктивностью в условиях данного, конкретного места обитания. При этом пространство заполняется с наибольшей плотностью. Пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена. Народная мудрость сформулировала два постулата «Природа не терпит пустоты» и «В одной берлоге два медведя не уживутся». Эти два элементарных наблюдения и реализуются в формировании природных сообществ: экологические ниши всегда бывают заполнены, хотя на это иногда требуется значительный срок, в то же время два вида никогда не занимают одну и ту же экологическую нишу.

Экосистема это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

Рассмотрение  экосистемы важно в тех случаях, когда речь идет о потоках вещества и энергии, циркулирующих между  живыми и неживыми компонентами природы, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.

Выделяют микроэкосистемы (например, нора млекопитающего с его обитателями, включая паразитов, сожителей и др.), мезоэкосистемы (лес, пруд и т. п.) и макроэкосистемы (речной водосбор, географическая зона, биогеографическая область, океан, континент и т. п.). Возможно создание искусственных, упрощенных экосистем, что применяется, например, в космических кораблях. В отечественной экологии для обозначения элементарной природной экосистемы применяется термин «биогеоценоз». Биогеоценоз это элементарная биотерриториальная единица биосферы, представляющая собой исторически сложившуюся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом). Граница наземного биогеоценоза в большинстве случаев совпадает с границей растительного сообщества (фитоценоза)важнейшего компонента биогеоценозов в силу того, что фитоценоз является одним из основных средообразующих факторов для остальных организмов. Для каждого биогеоценоза характерен свой тип вещественно-энергетического обмена.

Каждый биологический вид играет определенную роль в своей экосистеме. Ученые доказали, что некоторые виды могут оказывать большое влияние на экосистему в целом и организмы в ней. Ученые назвали такие виды ключевыми. Как правило, исчезновение ключевого вида может привести к гибели целого ряда других видов данной экосистемы и самой экосистемы в целом. Например, уничтожение земляной черепахи в южных штатах США привело к исчезновению сорока других видов животных, включая серую лису, опоссума, змею индиго и многих насекомых. Дело в том, что земляная черепаха роет глубокие норы в земле (глубиной до 9 м), которые и служат убежищем для всех этих видов животных.

Все природные  экосистемы связаны между собой  и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно рассматривать  как самую большую экосистему, называемую биосферой. 

ФОРМЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ  ОТНОШЕНИЙ В СООБЩЕСТВАХ 

Основу возникновения  и существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в  которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же биотоп (место  обитания биоценоза, от латинского bios жизнь, top место). Эти связи определяют основное условие жизни в сообществе, возможность добывания пищи и завоевывания нового пространства. Живые организмы поселяются друг с другом не случайно, а образуют определенные сообщества, приспособленные к совместному обитанию. По направленности действия на организм все воздействия подразделяются на позитивные, негативные и нейтральные. 

ПОЗИТИВНЫЕ ОТНОШЕНИЯ 

Симбиоз (сожительство, от греческого sym вместе, bios жизнь) форма  взаимоотношений, при которых оба партнера или один из них получает пользу от другого. Есть несколько форм симбиоза:

Кооперация. Общеизвестное  сожительство раков-отшельников с  мягкими коралловыми полипами-актиниями. Рак поселяется в пустой раковине моллюска и возит ее на себе вместе с полипом. Такое сожительство взаимовыгодно: перемещаясь по дну, рак увеличивает пространство, используемое актинией для ловли добычи, часть которой падает на дно и поедается раком.

Мутуализм (от латинского mutuus взаимный). Форма взаимовыгодных отношений видов от временного, необязательного контакта до симбиоза неразделимой полезной связи двух видов. Лишайники это сожительство гриба и водоросли. В лишайнике гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей, образуют специальные всасывающие отростки, проникающие в клетки. Через них гриб получает продукты фотосинтеза, образованные водорослями. Водоросль же из гиф гриба извлекает воду и минеральные соли.