Лекции по "Экологии"

Дәріс №1. Экология пәніне кіріспе.

Экология тірі ағзалардың бір-бірімен және қоршаған ортамен қарым-қатынасын зерттейтін биология ғылымының саласы. «Экология» (гр. oikos – үй, тұрақ, мекен; logos - ғылым) терминін ғылымға алғаш 1866 ж. неміс ғалымы Эрнест Геккель енгізді.

Экологиялық зерттеу  обьектісіне биологиялық макрожүйелер (популяция, биоценоз, экожүйе) және олардың  кеңістіктегі динамикалық өзгерістері  жатады.

Экология ғылымының мақсаты – биосфера шегінде әлемдік жағдайларды бақылай отырып, ондағы тіршіліктің тұрақтылығын сақтау, адам–қоғам–биосфера арасындағы қарым-қатынастарды үйлестіре отырып, табиғат ресурстарын тиімді пайдалануды нооэкологиялық тұрғыдан негіздеу.

Экология ғылымының негізгі міндеті - популяция, биоценоз және экожүйені динамикалық зерттеу, экологиялық үрдістердің заңдылықтарын ашу, индустриализация және урбанизация жағдайындағы ғаламшар проблемаларын зерттеу.

Экология биологияның саласы ретінде  ХІХ ғ. ортасында пайда болғанмен, жеке ғылым ретінде ХІХ ғ. аяғы мен ХХ ғ. басында қалыптасты.

Жаратылыс туралы көптеген мәліметтер антика дәуірінің ғалымдары  Гераклитттің, Гипократтың, Аристотельдің еңбектерінде келтіріледі. Мысалы, Аристотель «Жануарлар тарихы» деп аталатын  еңбегінде  өзі білетін 500-ден астам жануарларды зерттеп, мінез-құлығына талдау жасайды.

Аристотель шәкірті  Т.Эрезийский қазіргі Жерорта теңізінің жағалауындағы өсімдіктерге топырақтың және ауа райының әсерін баяндады.

XV ғ. аяғы мен XVI ғ.  басы Ұлы географиялық ашылулар  дәуірі деп аталады.  1492 ж. итальян теңіз жүзушісі Христофор Колумб Американы ашты. 1498 ж. португалдық Васко до Гамма Африканы айналып,  теңіз жолымен Индияға жетті. Ал 1519-1521 жж. Фернан Магеллан бастаған испандықтар тұңғыш рет жер шарын айналып шықты. Бұл саяхаттар жер туралы білімнің кеңеюіне септігін тигізді.

XVІІІ ғ. соңы мен XІX ғ. басында қоршаған ортаны зерттеушілер саны арта түсті. 1807 ж. Гумболдь Орталық және Оңтүстік Америкада жүргізген көптеген зерттеулері негізінде «Өсімдіктер географиясы туралы ойлар» еңбегін жарыққа шығарды. Онда ғалым өсімдіктердің өсуі мен өркен жаюы ауа-райы жағдайына, температураға байланысты екенін ашып көрсетті.

Бертін келе бұл ойлар орыс ғалымы К.Ф.Рульенің, Н.А.Северцевтің, А.Н.Бекетовтың еңбектерінде тереңдетіле түсті. Экологиялық ғылымның одан әрі дамуына Ч.Дарвин, В.В.Докучаев, В.И.Вернадский, В.Н.Сукачев, Н.Ф.Реймерстің үлесі жоғары болды.

Экология ғылымының даму кезеңдері:

І кезеңде (1707–1924 жж.) экология ғылымының  алғышарттары қалыптасты;

ІІ кезеңде (1924–1980 жж.) экология ғылымы дара ғылым деңгейіне көтеріліп, өзінің зерттеу салаларын, мақсат-міндеттерін жетілдіре түсті;

ІІІ кезеңде (1980–2000 жж.) экология әлеуметтік, саяси-экономикалық, нарықтық жағдайлар  мен мәселелерді зерттейтін деңгейіне  жетті.

Экологияның дербес ғылым  болып қалыптасуы 19 ғ. 2-ші жартысына сәйкес келеді.

«Экология» гректің oicos -  үй және logos – ғылым сөзінен  шыққан, яғни дәлме-дәл мағынасы экология – «өз үйіңдегі ағзалар» туралы ғылым.

«Экономика» сөзі де (гректің oiconomike) oicos түбірінен шыққан, яғни үй шаруасын жүргізу. Бұл екі пән өте тығыз байланысты, бірақ соңғы кезде бұл көзқарас мағынасын жойған.

Экологияның зерттеу әдістері:

1. Негізгі теоретикалық әдістерге сипаттама, жүйелік анализ, моделдеу жатады.
2. Негізгі эмпирикалық әдістерге бақылау, салыстырмалы талдау, эксперимент (лабораториялық, далалық) және мониторинг жатады.

Қазіргі заманда экологияда математикалық әдістер, ақпарат  теориясы мен кибернетика әдістері қолданылады. Кең қолданылатын ЭВМ  көмегімен іске асырылатын модельдеу  әдісі.  Мониторинг ұғымы 20 ж. пайда болды, ғылымға 70 ж. енгізілді. Мониторинг – қоршаған орта жағдайларына бақылау жасау, ол 3 іс-әрекет жиынтығынан тұрады:

1. Бақылау  - қоршаған орта жағдайларына  систематикалық бақылау;
2. Болжау -  табиғат және антропогендік факторлар әсерінен қоршаған ортаның өзгеру күйін болжау;
3. Басқару – қоршаған орта  жағдайларын реттеу іс-шаралары.

 

Дәріс № 2 Ағза және орта. Экологиялық факторлар  және олардың тірі ағзаларға әсері.

 

Мекен ету ортасы дегеніміз –  тірі ағзаны қоршайтын және оған тура немесе жанама әсер ететін табиғаттың бөлігі. Планетамыздағы тірі ағзалар 4 негізгі мекен ету ортасын игерген. Олар:

1. Су;
2. Құрлық-ауа;
3. Топырақ;
4. Тірі ағзалар.

Ағзаға қажетті немесе кері әсерін тигізетін қоршаған ортаның  элементтері экологиялық факторлар  деп аталады.

Факторлар үш негізгі топқа жіктеледі: абиотикалық, биотикалық және антропогендік.

 

Абиотикалық факторлар  дегеніміз - бейорганикалық табиғаттың тірі ағзаларға тигізетін әсері.

1. Белгілі бір аймақта тіршілік ететін  барлық ағзалар тобына  әсер ететін климаттық немесе физикалық факторлар:

ауаның ылғалдылығы; жауын-шашынның мөлшері; ауаның температурасы; жарық мөлшері; күн мен түннің ұзақтығы, желдің  әсері; ауа қысымы, ауаның құрамы.

Жарық, температура, ылғалдылыққа байланысты ағзалардың келесі экологиялық  топтарын бөліп көрсетеміз.

Дене температурасының тұрақтылығана байланысты жануарлар:

А) Пойкилотермді (салқынқандылар);

Ә) Гомойотермді (жылықандылар).

Ылғал режиміне байланысты өсімдіктер:

А) Гигрофиттер (ылғалы мол  жерлерде өсетін өсімдіктер);

Ә) Мезофиттер (ылғалы орташа жерлерде өсетін өсімдіктер);

Б) Ксерофиттер (құрғақ жерлерде өсетін өсімдіктер).

Ылғал режиміне байланысты жануарлар:

А) Гигрофилдер (ылғалы мол  жерлерде тіршілік ететін жауарлар);

Ә) Мезофилдер (ылғалы орташа жерлерде тіршілік ететін жауарлар);

Б) Ксерофилдер (құрғақ жерлерде тіршілік ететін жауарлар).

Жарыққа байланысты өсімдіктер мынадай экологиялық топтарға жіктеледі:

А) Гелиофиттер (жарығы мол  жерлерде өсетін өсімдіктер);

Ә) Сциофиттер (көлеңке  жерлерде өсетін өсімдіктер);

Б) Факультативті гелиофиттер (көлеңкеге шыдамды өсімдіктер).

2. Құрлықта тіршілік ететін  ағзалаларға топырақтың әсері – эдафикалық фактор:

химиялық құрам; физикалық және механикалық ерекшелігі.

      3. Суда тіршілік ететін ағзалар үшін гидрологиялық факторлар:

судың тұнықтығы; күн сәулесінің түсуі; құрамы; қысымның түсуінің өзгеруі, ластануы.

      4. Жер бедерінің әсері:

күн сәулесінің түсу ерекшелігі; беткейдің еңістігі, т.б.

 

Биотикалық факторлар  дегеніміз – тірі организмдердің бір-біріне және қоршаған ортаға жағымды  немесе жағымсыз әсер етуі.

 

Антропогендік факторлар тікелей  ағзаларға және айналадағы жағдайларына  әсер етеДІ.

 

Дәріс №3 Ағзамен қоршаған ортаның қарым-қатынасы. Шектеуші факторлар.

 

Тіршілікке анықтама берудің бір жолы – олардың негізгі қасиеттерін жүйелеп баяндау.

1. Тірішіліктің құрылымы.
2. Қоректену. Ағзалар өмір  сүруіне қажетті энергия мен заттарды  қоректену арқылы алады. Жануарлар мен саңырауқұлақтар басқа ағзалардағы органикалық заттарды ферменттердің көмегімен ыдыратып қорытады, оны қоректену дейді.
3. Тынысалу. Ағзалар тыныс алғанда кейбір көп энергиялы қосылыстар ыдырап, соның нәтижесінде энергия бөлінеді. Бұл энергия аденозинтрифосфот (АТФ) молекуласы түрінде сақталады.
4. Өсу. Өлі табиғат (мысалы, кристалдар) сыртқы  қабатына  жаңа заттар қосу арқылы өссе, тірі ағзалар қоректік заттардың есебінен  өседі.
5. Даму. Уақыт өткен сайын ағзалар күрделеніп өзгереді. Ондай өзгерісті даму дейді.
6. Тұқымқуалаушылық. Тіршіліктегі тұқым қуалайтын молекулалардың құрамы бірдей және ол молекулалар ағзалардың өзінен бөлініп,  ұрпақтарына беріледі және ата-енелерінің  негізгі белгілерінің ұрпаққа берілуін, түрлердің сақталып қалуын  қамтамассыз етеді.

 

Әрбір организмге әсер ететін  факторлардың төменгі және жоғарғы шегі  болады және   бір фактор шешуші роль атқарады.  Бұл заңдылықты неміс химигі Ю.Либих (1948 ж) ашқан. Оны «Минимум  заңы» дейді.

Төзімділік немесе толеранттылық  заңы  В.Шельфордтың есімімен аталады.Заңның негізі организмдердің  факторларға  деген талғамының  шектелуі. 

 

 

Дәріс №4. Популяция туралы түсінік

Экологияда популяция дегеніміз  – бір-бірімен өзара қарым-қатынаста  болатын және үлкен территорияда бірігіп тіршілік ететін бір түрге  жататын даралар тобы.

С.С.Шварцтың берген анықтамасы бойынша  популяция – бұл қоршаған ортаның  үнемі өзгеріп отыратын жағдайында санын тұрақты ұстап тұруға қажетті жағдайлармен қамтамасыз етілген белгілі бір түрдің ағзаларының элементарлық тобы.

 «Популяция» терминін ғылымға алғаш 1903 ж. В.Иогансен енгізді.

Популяция немесе түрдің өз тіршілігінің соңына дейін мекен ететін жері таралу аймағы – ареал деп аталады.

Ареал көлеміне және таралу деңгейіне  байланысты:

Космополиттер – өкілдері Жердің тіршілік аймақтарының көпшілік бөлігінде кездесетін ағзалардың түрлері (мысалы, бөлме шыбыны);

Убиквистер – әр түрлі орта жағдайларында тіршілік етуге қабілетті, үлкен ареалы, кең экологиялық валенттілігі бар ағзалардың түрлері (мысалы, кәдімгі қамыс, қасқыр);

Эндемиктер – кішкентай шектелген ареалдары бар ағзалардың түрлері (көбінесе аралдарда, таулы жерлерде және тұйық суқоймаларда кездеседі).

Алып тұрған территориялары және даралар  арсындағы байланыс деңнейіне байланысты популяциялар:

1. Қарапайым (локальді) популяция – толық дерлік панмиксия тән даралардың қарапайым жиынтығы;
2. Экологиялық популяция дегеніміз – экология жөнінен біркелкі жағдайлы аймақтармен байланысты жергілікті популяциялардың жиынтығы;
3. Географиялық популяция белгілі бір географиялық шектерде кездесетін жергілікті ықшам популяциялардың жиынтығын көрсету үшін кең мағынада қолданылады.

Ұрпақ қалдыруына және жеке эволюциясына байланысты популяциялар:

1. Перманентті (тұрақты)  - уақыт және кеңістікте салыстырмалы тұрақты, шексіз ұзақ уақыт ұрпақ қалдыруға бейім популяциялар;
2. Темпоральды (уақытша) – уақыт және кеңістікте тұрақты емес, шексіз ұзақ уақыт ұрпақ қалдыруға бейімделмеген, уақыт өтісімен перманентті популяцияға айналатын немесе жойылып кететін популяциялар.

Дәріс № 5  Биоценоз

Биоценоз (лат. bios - өмір; koinos – ортақ) дегеніміз – белгілі бір территорияда мекендейтін әртүрлі түрлер популяциясының бірлестігі. «Биоценоз» ұғымын алғаш рет 1877 ж. неміс зоологы К.Мебиус ұсынды.  Биоценозды зерттейтін экология ғылымының саласы биоценология деп аталады. Биоценоз – ағзадан жоғары деңгейдегі жүйе. Биоценоз – бірігіп тіршілік ететін және бір-бірімен байланысқан ағзалардың топтары. Ол үш компоненттен тұрады:  

1. Фитоценоз (өсімдік жамылғысы);
2. Зооценоз (жануарлар дүниесі);
3. Микробоценоз (микроағзалар).

Биоценоз алып жатырған қоршаған абиотикалық  орта биотоп (лат. bios - өмір; topos - орын) деп аталады.

Түрлік құрылым дегеніміз – аталған биоценозды түзетін түрлер саны мен олардың биомассасының қатынасы.

Түрдің алуан түрлілігі дегеніміз – аталған бірлестіктегі түрлер саны. Түрге бай және кедей бірлестіктерді ажыратады.

 Кедей биоценоздар өсімдіктер  мен жануарларлардың ондаған  және жүздеген  түрлерінен, ал бай биоценоздар бірнеше мың немесе ондаған мың түрлерден тұрады. Түрдің алуан түрлілігі бірлестіктің жасына (ересек бірлестіктерге қарағанда жас бірлестіктер кедей) және қоршаған орта жағдайларына (экологиялық факторларға): температура, ылғалдылық және азық қорына (шөл, биік ендік және таулы алқап биоценоздары түрге кедей болып келеді) байланысты.

Түрдің жоғары алуан түрлілігімен бірлестіктер арасындағы өтпелі зоналар - экотондар ерекшеленеді. Экотондардағы түрдің алуан түрлілігінің өсу тенденциясы шеткі эффект деп аталады.

Түрлер барлық шекаралас білестіктерден келетіндіктен, экотон түрге бай  болып келеді. Сонымен қатар экотонның  өзіне ғана тән түрлері де болуы  мүмкін. Мысалы, тоғайдың ортасына қарағанда  өсімдік жамылғысына бай шетінде құстар, бунақденелілер, т.б. көбірек ұя салады.

Бірлестіктегі түрлер:

1. Доминанты;
2. Екінші реттік (сирек кездесетін және саны аз түрлер).

Доминанттар – саны бойынша басым түрлер. Доминанттардың арасынан бүкіл бірлестіктің микроортасын (микроклиматын) анықтайтын эдификаторларды (құрылысшы) ерекше атап көрсетуге болады. Эдификаторларсыз басқа түрлер тіршілік ете алмайды, олардың жойылуы биоценоздың толық бұзылуына қауіп төндіреді. Әдетте эдификаторларға шырша, самырсын, қарағай, селеу өсімдіктері жатады. 

Екінші реттік түрлер де биоценозда өте маңызды. Олардың санының көп болуы – бірлестіктің бірқалыпты дамуының кепілі.