Контрольная работа по "Экологии"

1.Общие  закономерности взаимодействия  живых организмов  между собой   и с окружающей  средой. 

    ЭКОЛОГИЯ  (греч. oikos — дом, местообитание, убежище, жилище; logos — наука) — термин, введенный в научный оборот Геккелем (1866), определявшем Э. как науку об экономии природы, образе жизни и внешних жизненных отношений организмов друг и другом. "Под экологией, — писал Геккель, — мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все "условия существования". Они частично органической, частично неорганической природы, но как те, так и другие имеют весьма большое значение для форм организмов, т.к. они принуждают их приспосабливаться к себе. К неорганическим условиям существования во-первых, относят физические и химические свойства их местообитаний — климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т.д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения по всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит". Такая достаточно четкая дефиниция предмета Э. способствовала ее широкому признанию, поскольку фиксировала внимание на внешних особенностях взаимосвязи организмов и среды их обитания.

    В дальнейшем в исследованиях по Э. уделялось внимание изучению реакции  живых организмов на различные факторы  окружающей среды, экстремальным значениям  этих факторов, совместимых с жизнью, смене растительного покрова  в отдельных регионах и др. И только, пожалуй, в книге Ч.Элтона "Экология животных" (1930) закладываются теоретические основы Э. Он определяет Э. как науку об естественной истории, которая изучает широкий круг вопросов, начиная от проблем патогенеза клеток и органов, соотношения эволюции и адаптации, и включая проблемы социологии (теория народонаселения). Главная задача экологических исследований сводится при этом к изучению распространения генотипических вариаций в популяции и рассмотрению изоляции данной формы в процессе образования нового вида. Особое внимание обращается на рассмотрение вопросов формирования адаптации и достижения целесообразности строения и поведения организмов, роли естественного отбора и различных форм борьбы за существование в процессе видообразования. Рассмотрение основных проблем Э. в контексте эволюционных идей послужило Ч.Элтону основой для разработки теоретических аспектов Э. В последующих работах многочисленных экологов закладывается не менее значимая программа эколого-эволюционных исследований, в которой проводится анализ видовых приспособлений на основе строения и функций органов животного, раскрываются сложные взаимоотношения между организмами и средой их обитания, устанавливаются их специфические отношения.

    Широкое использование методов математического анализа и количественного учета, акцент на изучение популяционного уровня, изучение совокупности экологических связей и отношений, интегративный характер обобщений, содержащихся в работах экологов, послужили теоретической основой для дальнейшего развития Э. Классические исследования многих авторов способствовали разработке проблем эволюционной экологии, которая синтезирует в себе множество эмпирических данных о различных компонентах биосферы и формах ее взаимодействия с биотическими, абиотическими и антропогенными факторами. Сложность объекта исследования Э., обращение к ее проблемам специалистов различного профиля, исключительная актуальность ее проблем для жизни людей определили лидерство данной науки среди других наук. "Соединение этой чрезвычайной сложности с многогранным физическим окружением, превращает экологию в науку, охватывающую чрезвычайно широкий круг вопросов. Нет другой такой дисциплины, которая искала бы объяснений для столь многообразных явлений и на столь большом числе разных уровней. Как следствие этого экология вобрала в себя некоторые аспекты многих наук, например, физики, химии, математики, оперирования с вычислительной техникой, географии, климатологии, геологии, океанографии, экономики, социологии, психологии и антропологии" (Э.Пианка). Не случайно поэтому отдельные авторы, подчеркивая интегративный характер Э., определяют ее как науку о структуре и функциях природы. "Экология, возникшая более 100 лет тому назад как учение о взаимосвязи организма и среды, на наших глазах трансформировалась в науку о структуре природы, науку о том, как работает живой покров Земли в его целостности. Экология на наших глазах становится теоретической основой поведения человека индустриального общества в природе" (С.С.Шварц). Разумеется, столь расширенное понимание Э. скорее отражение контуров будущего данной науки. К настоящему времени достаточно четко разработаны представления о ней как о науке, изучающей закономерности взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

    Среди имеющихся определений Э. она представлена как относительно самостоятельная биологическая дисциплина, предметная сфера которой имеет вполне определенное содержание. Э. — наука, "изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и окружающей средой" (Р.Дажо). "Экология, — отмечает Ю.Одум, — наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде, наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания". Во всех приведенных определениях так или иначе обращается внимание на то, что Э. — это наука, изучающая закономерности взаимоотношений организмов с окружающей средой, наука, исследующая структуру, динамику и историческое развитие надорганизменных систем, видов, биогеоценозов и биосферы в целом. Следовательно, предметом современной Э. правомерно считать изучение закономерностей взаимодействия надорганизменных систем (популяций, видов, биогеоценозов и биосферы в целом) с окружающей средой, изучение энергетики данных макросистем, их развитие во времени и пространстве. В современной Э. выделяют три основных раздела: факториальная Э., динамика популяций и биогеоценология. Факториальная Э. изучает воздействие различного рода факторов на живые организмы, которые оказывают на них прямое или косвенное влияние. В качестве экологического фактора выступает любой элемент окружающей среды, оказывающий непосредственное влияние на живые организмы, а также на отношения между ними. Обычно выделяют три основных группы факторов — абиотические, биотические и антропогенные. Абиотические факторы представляют собой совокупность условий неорганической природы, к которым эволюционно приспособились живые организмы. К их числу относятся климатические и химические условия, температура, давление, влажность, солнечная радиация, свет, почва, состав атмосферы и т.п. Биотические факторы — это совокупность влияний одних организмов на другие, обусловленные взаимодействиями между живыми организмами и их сообществами.

    Данное  влияние может носить как непосредственный, так и опосредованный характер через  воздействие на условия неорганической природы. Хищничестве, паразитизм, конкуренция, нейтрализм и др. — все это примеры взаимных отношений между организмами. Антропогенные факторы — это различного рода факторы, вызванные и обусловленные человеческой деятельностью. Динамика популяций или популяционная Э. занимается изучением законов динамики численности, законов становления и саморегуляции популяций как элементарных форм существования вида. Третьим разделом современной Э. является биогеоценология (Э. сообществ, изучение экосистем), осмысливающая закономерности становления, развития и нормального функционирования экологических систем. Биогеоценоз — это группировка определенного видового состава, обладающая наличием взаимозависимостей и занимающих определенное пространство. Для каждого биогеоценоза присущ определенный по объему и составу круговорот вещества и энергии, обеспечивающий относительно длительное сосуществование основных компонентов с биокосными факторами, благодаря чему поддерживается постоянство жизни. Взаимодействие между компонентами является важнейшим механизмом поддержания целостности и устойчивости биогеоценозов. Управление ими в интересах человека базируется на знании закономерностей функционирования биогеоценозов, что имеет исключительно важное значение в современных условиях. 

2.Поток  энергии и круговорот  веществ в биологических  системах. 

    Если  взвесить все живое вещество на планете, оно составит около 2 триллионов тонн. Это огромная величина, но она ничтожно мала в сравнении с массой земной коры – всего одна стотысячная доля и даже меньше. Однако если масса земной коры остается в общем постоянной, то живое вещество обладает уникальным, только ему присущим свойством – самовоспроизводиться.

Живые клетки размножаются, воспроизводят сами себя. У некоторых  организмов способность размножаться исключительно велика. Если бы не было никаких препятствий, крохотная водоросль диатолия за 8 дней образовало бы биомассу, равную массе Земли. Всего за 8 дней! Так велика сила жизни в ее стремлении захватить максимальное пространство.

Каждый год  живое вещество биосферы воспроизводит  около 250 млрд. тонн биологической продукции. За 3 млрд. лет своего существования  общая биомасса живого вещества должна была бы в сотни раз превысить  массу земной коры. Однако сила биосферы не в ее массе, а в огромном разнообразии.

    В составные компоненты биосферы –  живое вещество и населенные жизнью части гидросферы, атмосферы и  литосферы тесно связаны друг с другом, все вместе они составляют единую живую систему – биосистему.

    Все живое и каждый живой организм связаны с окружающей средой биологическим круговоротом веществ и потоком энергии. Потребляя и выделяя вещества и энергию, организмы оказывают влияние на среду обитания уже тем, что они живут. Воздействие на окружающую среду, отдельной особи обычно невелико и малозаметно, но все вместе организмы (т.е. все живое вещество) оказываются мощной силой, преобразующей земную поверхность.

    Например, только новой растительной массы  ежегодно около 170 млрд. (по сухому весу). Из них 115 млрд.дает суша и 55 млрд. – Мировой океан. Так, примерно за миллиард лет фотосинтезирующие водоросли и наземные растения, преобразуя солнечную энергию, создали столько органического вещества, что оно могло бы покрыть всю Землю слоем 2000 км.

Все организмы  по их роли, выполняемой в биосфере, разделяют на три группы6

Продуценты - (с лат. – создающий) – автотрофы, обладающие уникальной способностью из неорганических соединений с потреблением солнечной энергии образовывать сложные органические соединения.

Консументы - (с лат. – потребляю или потребители) – гетеротрофы, питающиеся органическими веществами, созданными автотрофами и образующие из них новые органические вещества которых нет в телах автотрофов.

Редуценты - (с лат. – возвращение или разлагатели) – гетеротрофы, способные перерабатывать органические вещества мертвых тел и различные отходы живых организмов, разрушая их до простых неорганических соединений.

    Каждая  из этих трех групп выполняет свою особую функцию в биосфере. При  этом взаимодействуя между собой  и с окружающей средой, живые организмы этих 3 групп в глобальной биосистеме создают круговорот веществ поток энергии от одних компонентов системы к другим, обеспечивая целостность и устойчивое поддержание жизни биосферы.

    Однако  если бы на Земле существовали только зеленые растения, то спустя некоторое время все минеральные вещества планеты оказались бы связанными в самих растениях (притом в основном в мертвых телах) и в результате рост растений, а затем и их жизнь прекратились вовсе. Но этого не происходит, потому что другие организмы – редуценты, питаясь веществами, заключенными в мертвых телах растений, подвергают  их минерализации (деструкции) до простых неорганических соединений, которые затем снова используются автотрофами – продуцентами.

Кроме того, огромные запасы веществ и энергии, заключенные в телах продуцентов, потребляются не только редуцентами, но и консументами, к которым относятся в основном животные: растительноядные, плотоядные, всеядные и паразиты.

    Продуценты, консументы и редуценты связаны  друг с другом и с окружающей  абиотической средой сложными пищевыми сетями. Между этими четырьмя компонентами биосферы происходит обмен веществами и энергией. В конечном счете химические элементы оболочек планеты и энергия, поступившая от солнца, через тела растений доходят по пищевым цепям до каждого гетеротрофного живого организма. Таким путём из многочисленных веществ, поддерживающих жизнь организмов разных видов, в биосфере создаётся круговорот веществ и поток энергии. Ввиду огромной роли живого вещества круговорот веществ в биосфере называют биологическим или биотическим. 

Биологический круговорот характеризуется  наличием четырех  обязательных взаимосвязанных  компонентов:  

1)       запаса химических веществ и  энергии;

2)       продуцентов;

3)       консументов;

4)      редуцентов. 

В итоге все  живое биосферы и окружающая среда, откуда организмы черпают средства жизни и куда выделяют все свои продукты жизнедеятельности, создают  целостное, тесно связанное, взаимодействующее  единство – живую систему (биосистему), которую из-за этой непрерывной взаимосвязи живого вещества с неживой природой называют также экологической системой (экосистемой). Организованная в глобальную биосистему (экосистему), жизнь на планете Земля продолжается непрерывно уже миллионы лет.

Любая биосистема устойчива лишь в том случае, если входящие в ее состав взаимодействующие комплексы живых организмов достаточно полно поддерживают круговорот веществ. Изменения массы живого вещества его структуры, химизма влияют на характер биологического круговорота. Знании качественных и количественных характеристик биологического круговорота, его ритма, интенсивности и скорости движения веществ и энергии возможность прогнозировать степень устойчивости экосистемы.

Вывод: биологический круговорот вещества и поток энергии являются главным условием возникновения и существования глобальной экосистемы.

Круговорот веществ  в природе - это относительно повторяющиеся (циклические) взаимосвязанные химические, физические и биологические процессы превращения и перемещения веществ  в природе.