Экологическая толерантность организмов

 

 

ОРЕНБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УФИМСКИЙ ФИЛИАЛ

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № ____________

 

по _________________________________________________

^{полное  название дисциплины}

^{_________________________________________________________________________________________}

студентки__________________________________________

^{(Ф.И.О.  полностью)} 

Ф.И.О. Преподавателя ______________________________

 

                                                      Группа__________________

 

                                                      Шифр студента__________

                                                     Учебный год_____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1.Экологическая толерантность организмов. Закон толерантности В. Шелфорда.

2. Газообмен у организмов в водной и воздушной среде.

3. Колебание численности популяций. Половой и возрастной состав.

4. Понятие биотехносферы и ноосферы как изменяемой человеком биологической среды.

Список используемой литературы.

 

 

1.Экологическая  толерантность организмов. Закон  толерантности В. Шелфорда.

 

Толерантность-выносливость вида к воздействию на него тех  или иных факторов среды.

Закон толерантности  Шелфорда - в экологии - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме.

Если  в среде, являющейся совокупностью  взаимодействующих факторов, есть такой  фактор, значение которого меньше определенного  минимума или больше определенного  максимума, то проявление активной жизнедеятельности  организма в этой среде невозможно.

Минимальное и максимальное значения этого фактора выступают в роли ограничивающих (лимитирующих). Расстояние между двумя пессимумами - зона толерантности. 

Закон толернатности был дополнен в 1975г Ю.Одумом.

• Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и  узкий диапазон в отношении другого.
• Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены
• Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды для злаков)
• Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.
• Период размножения является критическим для всех организмов, поэтому именно в этот период увеличивается число лимитирующих факторов. 

 

Позже американский ученый Шелфорд в начале 20го века показал, что не только недостаток, но и избыток вещества влияют на жизнедеятельность организмов и сформулировал закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком или избытком любого фактора, уровень которого может оказаться близким к пределам устойчивости или выносливости, т. е. к пределам толерантности.

По способности  приспосабливаться к окружающей среде:

– эврибионты (в широком интервале экологических  факторов)

– стенобионты (в узком интервале экологических  факторов)

Стенобионты — животные и растения, способные  существовать лишь при относительно постоянных условиях окружающей среды (температуры, солености, влажности, наличия  определенной пищи и т. д.). Например, все внутренние паразиты. Некоторые  стенобионты зависят от какого-либо одного фактора, например сумчатый медведь  коала — от наличия эвкалипта, листьями которого он питается.

Эврибионты— организмы, способные переносить значительные изменения условий окружающей среды. Например, морские звезды, обитающие в приливно-отливной зоне (литорали), переносят осушение во время отлива, сильное нагревание — летом, охлаждение (даже промерзание) — зимой.

Принцип эмерджентности.

Важное  следствие иерархической организации  состоит в том, что по мере объединения  компонентов, или подмножеств, в  более «крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают  новые свойства, отсутствовавшие  на предыдущем уровне. Такие качественно  новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы  нельзя предсказать, исходя из свойств  компонентов, составляющих этот уровень  или единицу. Иными словами, свойства целого невозможно свести к сумме  свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью  объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне; он должен быть изучен непосредственно.

Для иллюстрации  принципа эмерджентности приведем два примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.

При каждом объединении подмножеств в новое  множество возникает по меньшей мере одно новое свойство; предлагается различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. И те и другие - свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонентов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных новых свойств.

 

2.Газообмен у организмов в  водной и воздушной среде.

Кислород составляет 20,95% атмосферного воздуха. Соответственно велико и его  парциальное давление: на уровне моря в условиях сухого воздуха эта  величина равна 159,2 мм рт. ст. (21,2 кПа). Фактически парциальное давление О2 ниже, так как в воздухе всегда есть водяные пары, но все же оно остается достаточно высоким для эффективного газообмена на поверхности дыхательных органов.

Фактором, лимитирующим газообмен  в воздушной среде, оказывается  сухость воздуха. Процесс непосредственного  обмена га зов между кровью и внешней  средой у наземных животных в принципе не отличается от газообмена у водных: в кровь поступает О2, предварительно растворенный в тонкой пленке влаги, покрываю щей поверхность дыхательного эпителия. Это обстоятельство определяет важную биологическую задачу поддержания дыхательной поверхности во влажном состоянии, что в условиях низкой и изменчивой влажности воздуха не всегда просто. Именно это условие и направило эволюцию строения и функции дыхательных органов наземных животных.

Принципы воздушного дыхания. Морфологические  принципы газообмена в воздушной  среде строятся на том, что поверхность  газообмена размещается внутри тела и не граничит непосредственно с  окружающим воздухом. Большое число  слизистых клеток поддерживает в  дыхательной полости высокую  влажность; дыхательные пути, связывающие  органы дыхания с окружающей средой, также снабжены слизистым эпителием, что способствует увлажнению воздуха, поступающего в легкие.

У позвоночных увлажнение вдыхаемого воздуха начинается уже в носовой  полости, стенки которой выстланы слизистым  эпителием, и поддерживается большим  числом слизистых желез, расположенных  в трахее и бронхах. У наземных беспозвоночных строение органов дыхания (их чаще всего тоже называют легкими) также подчинено этому принципу: дыхательная поверхность расположена внутри тела, отграничена от непосредственного соприкосновения с окружающим воздухом и соединена с ним узкими проходами. И у них поддерживается высокая влажность внутренних дыхательных поверхностей.  
Примеров такого типа воздушного дыхания много. Так, у переднежаберных моллюсков (Prosobranchia) функции дыхательной поверхности выполняет потолочная стенка мантийной полости, пронизанная кровеносными сосудами. Аналогично, но более сложно устроена мантийная полость легочных моллюсков (Pulmonata). У высших раков жабры расположены в замкнутом пространстве, что замедляет высыхание дыхательного эпителия и открывает возможность некоторым видам использовать атмосферный воздух. У специализированного в этом отношении вида - пальмового вора Biguslatro- собственно жабры редуцированы и функционально замещены кожными складками. Этот вид во взрослом состоянии живет на суше и способен переносить высокую инсоляцию. Преобразованные в органы воздушного дыхания жабры мокриц и хелицеровых тоже расположены в мешковидных полостях, изолированных от внешней среды. У насекомых и других трахейнодышащих животных дыхательная система развивалась в связи с газообменной функцией кожных покровов. Становление воздушного дыхания шло через этап обитания в почве, где опасность высыхания устраняется высокой влажностью субстрата. При переходе к жизни на суше дыхательная поверхность увеличивалась путем впячивания проницаемых участков покровов внутрь тела (Гиляров, 1970).

У большинства наземных животных механизм дыхания представлен чередующимися  фазами вдоха и выдоха. Такой тип  дыхания, по-видимому, также обусловлен задачей сохранения высокой влажности  в дыхательной системе: однонаправленный поток сухо го воздуха неминуемо  приводил бы к подсыханию дыхательного эпителия и нарушению газообмена.  
Эволюция, направленная на увеличение интенсивности внешне го газообмена, как и у водных животных, связана с увеличением дыхательной поверхности и формированием механизма активной вентиляции легких. У первых наземных позвоночных - амфибий - эти стороны дыхательных адаптации развиты еще слабо. Легкие земноводных представляют собой небольшие мешкообразные образования, внутренняя поверхность которых гладкая или слегка ячеистая. Общая дыхательная поверхность легких невелика: на пример, у лягушки она составляет около 0,25 м2/кг (для сравнения: у мыши - порядка 5 м2/кг). Недостаточное развитие специфических органов воздушного дыхания у амфибий компенсируется существенным участием кожи в этом процессе.

Соотношение кожного и легочного  дыхания у разных видов амфибий  неодинаково и связано с их экологией: чем более сухие местообитания  занимает тот или иной вид, тем  большую относительную роль в  газообмене играют легкие. Так, у прудовой лягушкиRanaesculentaпоступление О2 через кожу и легкие примерно одинаково (соответственно 51,2 и 48,8%), а СО2 выделяется преимущественно через кожу (86,2% от общего количества). У более наземной R. fuscaроль легких в потреблении О2 значительно выше (66,9%), тогда как СО2 и в этом случае в большем количестве (74,1%) выделяется через кожу.

У хвостатых амфибий кожа представляет собой основной орган дыхания. Показано, что через кожу организм получает большую часть О2 и выделяет почти весь объем СО2. Легкие и ротоглоточная полость играют подчиненную роль: этим путем компенсируется недостаточное поступление О2в условиях, когда кожное дыхание затруднено (Северцов, Соколов, 1974). У видов, полностью перешедших к водному образу жизни, кожа выступает как основной орган водного дыхания.

Легочное дыхание у амфибий  более лабильно: сезонные изменения  общего уровня газообмена у лягушек  определяются главным образом динамикой  легочного дыхания, тогда как  кожное ос тается: практически неизменным в течение года; при этом в холодное время года преобладает кожное дыхание, в теплое -легочное. Неравноценна и роль двух систем дыхания в обмене газов: СО2 всегда энергичнее выводится через кожу, тогда как О2 следует этому правилу: лишь при низких температурах, а при высоких (выше 10°С) интенсивнее потребляется легочным путем.

Дыхательные движения земноводных  хорошо изучены на представителях бесхвостых. Они представляют собой довольно простую и не очень мощную систему  всасывания воздуха в ротовую  полость (где он перемешивается со смесью газов, выходящих из легких) и последующего проталкивания его в легкие. В  этих движениях принимают участие  мускулатура дна ротовой полости, связанная с подъязычным аппаратом, мышцы глотки, пережимающие ее в  определенные моменты дыхательного цикла, и ноздри, которые могут  открываться и закрываться. Вытеснение воздуха из легких происходит вследствие их эластичности.

У рептилий строение легких в разных группах варьирует, демонстрируя усложнение внутренней структуры и, соответственно, увеличение суммарной дыхательной  поверхности. Тип дыхательных движений у этих животных, в которых активно  участвует грудная клетка, определяет более интенсивную, чем у амфибий, легочную вентиляцию. Лишь у некоторых  форм, претерпевших вторичные изменения  морфологии, эта схема несколько  видоизменяется. У черепах, например, легкие вентилируются путем сокращения мышц, окружающих отверстия панциря, и «диафрагмы».

У млекопитающих легкие имеют альвеолярное строение. Размеры альвеол невелики: например, у крысы их радиус в  среднем составляет 20 мкм (для сравнения заметим, что у протоптеруса минимальный радиус альвеол - 50 мкм). Поэтому общая дыхательная поверхность оказывается очень большой, во много раз пре восходящей поверхность тела. Легочная масса состоит не только из альвеол, но и из подводящих структур (бронхи, бронхиолы).

Объем этих структур, в которых  остается часть отработанного воз  духа, образует так называемое «мертвое пространство». Вдыхаемый воздух смешивается с воздухом мертвого пространства, по этому газовый состав воздуха в альвеолах отличается от газового состава атмосферного воздуха. Состав альвеолярного воздуха до вольно постоянен и у человека включает около 15% О2 и 5% СО2.

Мощные дыхательные движения осуществляются не только хорошо развитой грудной  клеткой, но и диафрагмой. Все это  открывает возможность интенсивного газообмена и соответственно повышения  уровня метаболизма. Гомойотермия млекопитающих в значительной степени определяется высоким уровнем окислительно-восстановительных процессов в организме.

Дыхание у птиц. Строение дыхательной  системы у птиц во многом отличается от дыхательной системы других наземных позвоночных. Легкие этих животных не имеют альвеолярного строения и  отличаются малой растяжимостью. Их ткань представлена системой воздухоносных  трубочек, открытых с обоих концов и потому допускающих возможность  однонаправленного потока воздуха  и соответственно непрерывного процесса газообмена.

Дыхательная система, как и у  других амниот, начинается трахеей и бронхами. Первичные бронхи входят в легкие, где дают ряд ответвлений (вторичные и третичные бронхи), и в конце концов открываются в воздушные мешки (тонкостенные полые образования, формирующиеся как выросты бронхов и располагающиеся между внутренними органами). Имеется 5 пар воздушных меш ков, которые функционально объединяются в две группы: передние (шейные, межключичные, переднегрудные) и задние (заднегрудные, брюшные). Воздушные мешки существенно увеличивают общий дыхательный объем и принимают активное участие в системе «воздушного насоса», прокачивающего воздух через легкие. Газообмен на внутренней поверхности воздушных мешков отсутствует.