Контрольная работа по "Экологии"

7. Закон толерантности  В. Шелфолда.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность экологических  факторов на организм отражает закон толерантности: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном отношении) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.

Относительно действия одного фактора  можно проиллюстрировать этот закон  так: некий организм способен существовать при температуре от -5^оС до 25^оС, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности пот величине температуры, называют стенотермными, а способных жить в широком диапазоне температур – эвритермальными.

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобиотен по отношению к влажности, или, эврибионтен к климатическим факторам. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.

Диапазон толерантности организма  не остаётся постоянным – он, например, сужается, если какой-нибудь из факторов близок к какому-либо пределу, или  при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определённых условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим.

Экосистема – это любая совокупность живых существ и среда их обитания, объединенная в единое функциональное целое, возникающая на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.

Совокупность специфического физико-химического  окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему.

Тенсли предложил следующее  соотношение

Биотоп + биоценоз = экосистема.

Экосистема — система живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ (рис. 4).

Рис. -3

Биотоп — определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва). Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа (рис. 3). Термин «экосистема» был предложен английским ученым А. Тенсли (1935), а термин «биогеоценоз» — российским ученым В.Н. Сукачевым (1942).

Рис. 4. Функциональная схема экосистемы

«Экосистема» и «биогеоценоз»  — понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема — понятие более общее. Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз.  В нашей стране и за рубежом идея о взаимосвязи и единстве всех явлений и предметов на земной поверхности, т. е. о природных комплексах, возникла в какой-то мере почти одновременно, с той лишь разницей, что в СССР она развивалась как учение о биогеоценозе, а в других странах — как учение об экосистеме.

Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. В обоих случаях — это взаимодействующие совокупности живых организмов и среды, но экосистема — понятие безразмерное. Муравейник, аквариум, болото, биосфера в целом, кабина космического корабля и т. п.— все это экосистемы. В отечественной литературе принято характеризовать биогеоценоз как экосистему, границы которой определены фитоценозом, т. е. суженный к пределам фитоценоза участок биогеоценотического покрова Земли. Иными словами, биогеоценоз — это частный случай, определенный ранг экосистемы. Биогеоценоз — сложный природный комплекс живых существ, находящихся в зависимости от неорганической среды и взаимодействующих с ней материально-энергетическими связями. По своей сущности это динамическая, уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система, которая является результатом длительной и глубокой адаптации составных компонентов и в которой может осуществляться круговорот веществ. Биогеоценоз — не простая совокупность живых организмов и их среды обитания, а особая, согласованная форма существования организмов и окружающей среды, диалектическое единство всех экологических компонентов, объединенных в единое функциональное целое на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей. Биогеоценозы земного шара образуют биогеоценотический покров, который изучает биогеоценология. Основателем этой науки был выдающийся советский ученый В. Н. Сукачев. Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты создает гигантскую глобальную экосистему, называемую биосферой.

Биогеоценозы могут  формироваться на любом участке  земной поверхности, сухопутном и водном. Биогеоценозы бывают степными, болотными, луговыми и т. д.

Единая экосистема нашей  планеты называется биосферой. Биосфера — экосистема высшего порядка.

Выделяют микро, мезо и мегаэкосистемы ЭС.

При этом меньшие по размеру  входят в качества подсистем в  более крупные функции, образуя  иерархию в которой каждый уровень  организации взаимосвязаны с  отсутствием четких граней между  ними т.о. иерархия экосистемы в биосфере та их взаимоподчиняемость в порядке укрупнения и усложнения. Отсюда вытекает по мере объединения компонентов в более крупные у новых единиц, возникают качественно новые свойства, которые отсутствуют на предыдущем уровне. Примером мегаэкосистемы (глобальной) является биосфера.

Экологическая ниша

Экологическая ниша —- место  вида в природе, преимущественно  в биоценозе, включающее как положение  его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение  к абиотическим условиям существования (Хрусталев, Матишов, 1996). Важно подчеркнуть, что эта ниша не просто физическое пространство, занимаемое организмом, но и его место в собществе, определяемое его экологическими функциями. Ю. О дум (1975) образно представил экологическую нишу как занятие, «профессию» организма в той системе видов, к которой он принадлежит, а его местообитание — это «адрес» вида.

Знание экологической  ниши позволяет ответить на вопросы, как, где и чем питается вид, чьей добычей он является, каким образом  и где он отдыхает и размножается (Дажо, 1975).

Модель экологической  ниши, предложенная Г. Е. Хатчинсоном, довольно проста: достаточно на ортогональных  проекциях отложить значения интенсивности  различных факторов, а из точек  пределов толерантности восстановить перпендикуляры, то ограниченное ими пространство и будет соответствовать экологической нише данного вида (рис. 4.3). Экологическая ниша —это область комбинаций таких значений факторов среды, в пределах которой данный вид может существовать неограниченно долго. 
 

Рис. 5. Модель экологической ниши (по Г. Е. Хатчинсону). По осям — отдельные факторы 
 
             

Например, для существования  наземного растения достаточно определенного  сочетания температуры и влажности, и в этом случае можно говорить о двумерной нише. Для морского животного уже необходимо кроме температуры еще как минимум два фактора — соленость и концентрация кислорода — тогда уже следует говорить о трехмерной нише (рис. 4.3), и т. д. На самом деле этих факторов множество и ниша многомерна. 
Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организмов, называют фундаментальной, а ту, в пределах которой вид реально встречается в природе, — реализованной. 
Реализованная ниша - это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе. Конкуренция, по Ю. Одуму (1975, 1986), — отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же. Межвидовая конкуренция — это любое взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Конкуренция проявляется в виде борьбы видов за экологические ниши.  
Экологическая ниша - место в биогеоценозе, которое занимает вид, не конкурируя с другими видами за источник энергии. Экологическая ниша есть совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Обычно экологические ниши заняты одним видом.  
Экологическая ниша - по Ю.Одуму - профессия вида.

Экологическая ниша —  место, занимаемое видом (точнее — его  популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Этот термин введен в 1927 году Чарльзом Элтоном.

Экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования  данного вида, основным из которых  является его место в пищевой цепочке.

Положение вида, которое  он занимает в биогеоценозе , комплекс его связей с другими видами и  требований к абиотическим факторам среды называется экологической  нишей. Понятие "экологическая ниша" следует отличать от понятия "местообитание". В последнем случае речь идет о части пространства, где вид живет и где имеются необходимые абиотические условия для его существования. Экологическая ниша вида зависит не только от абиотических условий, она характеризует весь образ жизни, который вид может вести в данном сообществе. По образному выражению эколога Ю. Одума, местообитание - это адрес вида, а экологическая ниша - его "профессия". Различают фундаментальную (или потенциальную) и реализованную ниши. Фундаментальная экологическая ниша - совокупность оптимальных условий, при которых данный вид может существовать и воспроизводиться. Реализованная ниша - условия, где вид реально встречается в данной экосистеме, она всегда составляет некоторую часть фундаментальной ниши.

Дублирование  экологическое

Дублирование экологическое - относительная, функциональная взаимозаменяемость популяций видов одного трофического уровня в проведении потока энергии  в экосистеме. Дублирование экологическое - один из основных механизмов обеспечения  надежности работы экосистем и биогеоценозов как их частей. При дроблении экологическом вид, по каким-то причинам ставший немногочисленным (например, при вымирании или истреблении), заменяется другим (или другими), функционально близким (например, крупных копытных могут заменить грызуны или растительноядные насекомые, хищников-паразиты и т.д.). Чем меньше число видов в сообществе, тем многочисленнее отдельные виды. В дублировании экологическом - "секрет" возникновения массового размножения вредителей и многих других процессов в нарушенной человеком природе.

Энергия в экосистемах. Жизнь как термодинамический  процесс

Напомним, что экосистема - это совокупность живых организ-мов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информа-цией друг с  другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией.

Энергию определяют как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.

Первый  закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.

Второй  закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрас-тать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия пере-ходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для ис-пользования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упо-рядоченность системы, тем меньше ее энтропия.

Самопроизвольные процессы ведут систему к состоянию  равновесия с окружающей средой, к росту энтропии, производству положительной энтропии. Если неживую неуравновешенную с окружающей средой систему изолировать, то всякое движение в ней скоро прекратится, система в целом угаснет и превратится в инертную группу материи, находящуюся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, то есть в состоянии с максимальной энтропией. Это наиболее вероятное для системы состояние и самопроизвольно без внешних воздействий она выйти из него не сможет. Так, например, раскаленная сковородка остыв, рассеяв тепло, сама уже не нагреется; энергия при этом не потерялась, она нагрела воздух, но изменилось качество энергии, она уже не может совершать работу. Таким образом, в неживых системах устойчиво их равновесное со-стояние.

У живых систем есть одно принципиальное отличие от неживых - они совершают постоянную работу против уравновешивания с окружающей средой. Это утверждение имеет следующий термодинамиче-ский смысл: как в неживых системах устойчиво их равновесное состоянии, так в живых системах устойчиво неравновесное состояние.

Жизнь - это единственный на Земле естественный самопроизвольный процесс, в котором энтропия системы  уменьшается. Почему это возможно?

Все живые системы  являются открытыми для обмена энергией. В окружающей их среде есть огромное количество даровой энергии Солнца, а в составе самой живой системы есть компоненты, обладающие механизмами, позволяющими эту энергию улавливать (извлекать), концентрировать, а затем снова рассеивать в окружающую среду. Как рассмотрено выше, рассеивание энергии, то есть увеличе-ние энтропии, - это процесс, характерный для любой системы, как не-живой, так и живой, а самостоятельное улавление и концентрирование энергии - это способность только живой системы. При этом происхо-дит извлечение порядка, организации из окружающей среды, то есть выработка отрицательной энергии - негоэнтропии. Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет к уменьшению энтропии живой системы, противодействует ее уравновешиванию с окружающей средой, то есть росту энтропии, что для живой системы при достижении максимальной энтропии - равновесия с окружающей средой - означает смерть.