Дифференциальные уравнения

1. Экология - наука,  изучающая взаимодействие между  организмами и окружающей их  живой (биотической) и неживой  (абиотической) средой. Предметом исследования  экологии являются биологические  макросистемы (популя-ции, биоценозы,  экосистемы) и их динамика во  времени и пространстве.

Основные задачи могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах  и их системах. Главная теоретическая  и практическая задача экологии заключается  в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной инду-стриализации и урбанизации нашей планеты.

Методы экологических  исследований делятся на: полевые, лабораторные, экспериментальные, количественные (математическое моделирование) методы.

2. Биосфера —  оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера сформировалась 500 млн. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы

3. Отличия живого  вещества от косного заключаются в следующем:

**изменения и  процессы в живом веществе  происходят быстрее, чем в косных  телах, поэтому для характеристики  изменений в живом веществе  используется понятие исторического  времени, а в неживых телах  геологического времени. 1 секунда геологического времени = 100 тысяч лет исторического;

**в живых организмах  существует непрерывный ток атомов: из живых в неживое, и наоборот;

**только в  живых организмах происходят  качественные изменения в ходе  геологического времени, т.е. эволюция;

**живые организмы  изменяются в зависимости от  окружающей среды.

  Согласно  данной теории биосфера выполняет  несколько функций: 

**кислородная,  т.к. часть биосферы выделяет  кислород;

**почвообразующая;  **хемосинтезирующая – синтез органических веществ из неорганических, возможный только в бактериях (например, только бактерии способны аккумулировать азот из воздуха);

**круговорот  веществ (атомов) в природе, в  котором участвует вся атмосфера  в целом; 

**структурная  – некоторые живые организмы  способны изменять облик Земли и т.д.

4. Современные  представления о ноосфере представлены  в основном утверждениями Н.  Н. Моисеева в следующих положениях.

** Ноосфере неизбежно  предшествует длительный предноосферный  период, в течение которого человечество  должно осмыслить закономерности существования биосферы, и найти свое место в биосферных процессах. Это и есть современный период. **В предноосферный период люди должны следовать принципу «не навреди» Образно сравнивая человечество с кораблем, Н. Н. Моисеев предполагает, что на первом переходном этапе экипаж его должен вести себя так, чтобы удержать корабль на плаву, не наткнуться на рифы и не утонуть. И только разрешив задачи первого этапа, следует переходить ко второму: как привести корабль к заветной цели – ноосфере, понимая под ней коэволюционный (совместный) путь развития человека и природы, отказ от применения силы по отношению к биосфере. При этом на человечество ложится решение задачи первостепенной важности – разум должен взять на себя ответственность за судьбу планеты, которую миллиарды лет назад взяла на себя жизнь и благополучно выполняла ее до появления на арене человека как мощной биологической и геологической силы.

**Непременным  условием ноосферизации всех  процессов жизнедеятельности человечества  являются организационные мероприятия. В частности, создание международных экологических, или ноосферных институтов (возможно в рамках существующих, но при четкой координации действий) и вырабатывание международного экологического права. На базе последнего должны приниматься экологически обоснованные решения, следуя прежде всего рекомендациям названных институтов. Эти решения обязательны для всех членов (государств) сообщества.

5. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер. В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями.

6. Экосистема - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними

  Биогеоценоз  - система, включающая сообщество  живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема).

  Биоценоз  — это динамическая, способная  к саморегулированию система,  компоненты (продуценты, консументы, редуценты) которой взаимосвязаны. Один из основных объектов исследования экологии

7. Экосистема (от греческого слова oikos — жилище, местопребывание) — любой природный комплекс (биокосная система). Он состоит из живых организмов (биоценоз) и среды их обитания: косной (например, атмосфера) или биокосной (почва, водоем и т. п.), связанных между собой потоками вещества, энергии и информации. Гниющий пень со всеми его многочисленными обитателями (грибами, микроорганизмами, беспозвоночными) — экосистема небольшого масштаба. Озеро с водными и околоводными организмами (в том числе птицами, питающимися водными животными, прибрежной растительностью) — тоже экосистема, но большего масштаба. Самая большая экосистема — вся биосфера в целом.

В экосистеме всегда есть энергетический вход и выход. Большая часть энергии для существования экосистем поступает за счет энергии Солнца, первично улавливаемой автотрофами, основную массу которых составляют зеленые растения. По пищевым цепям эта энергия и вещество включаются в круговорот, характерный для каждой экосистемы. Первичные и вторичные гетеротрофы (травоядные и плотоядные животные) используют накопленную энергию и созданное автотрофами вещество, которое затем вновь поступает в круговорот после его разложения и минерализации гетеротрофами-сапрофитами (грибами микроорганизмами). Выход из этого круговорота — в осадочные породы.

8. Продуценты — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии. Так как продуценты сами производят органическое вещество, их называют автотрофами — самопитающимися, в отличие от всех остальных организмов, которые называют гетеротрофамн — питаемыми другими.

В соответствии с источниками энергии, используемыми  для синтеза органического вещества, автотрофы подразделяются на и хемотрофов.

Основную массу  фототрофов составляют зеленые растения, в клетках которых содержится хлорофилл и происходит процесс  фотосинтеза. К этой категории также  относятся цианобактерии и некоторые другие бактерии, проводящие фотосинтез не в хлорофилле, а в иных специализированных пигментах.

К хемотрофам относятся  только бактерии, окисляющие различные  минеральные вещества . В природных сообществах продуценты играют важную роль: усваивая энергию Солнца или химических реакций и создавая органическое вещество, они как бы образуют запасы энергии, которая затем в виде пищи передается другим организмам.

9. Консументы  — гетеротрофы, организмы, потребляющие  готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами).

К консументам  относят животных, некоторые микроорганизмы, а также паразитические и насекомоядные  растения. Классифицируют консументов  первого, второго и других порядков, так как на каждом этапе передачи вещества и энергии в трофической цепи теряется до 90 %, экологические пирамиды редко состоят из более чем четырёх порядков консументов.

Консументы первого  порядка — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно  продуцентами биомассы.

Консументы второго  порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка.

Отдельно взятый организм может являться в разных трофических цепях консументом  разных порядков, например, сова, поедающая  мышь является одновременно консументом второго и третьего порядка, а мышь — первого и второго, так как мышь питается и растениями, и растительноядными насекомыми.

10. Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты — это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсу-ментами.

11. Экологическая  пирамида — графические изображения  соотношения между продуцентами  и консументами всех в экосистеме.

Выражается:

в единицах массы (пирамида биомасс),

в числе особей (пирамида чисел Элтона)

в заключенной в  особях энергии (пирамида энергий).

Экологические пирамиды бывают трех типов: 

1) Пирамиды численности  - показывают количество особей  на каждом уровне. Такие пирамиды  удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Но неудобство этих пирамид в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов. 

2) Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей  на каждом уровне на данный  период. Такие пирамиды составлять  труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии. 

3) Пирамиды энергии  - отображают скорость синтеза  энергии на каждом трофическом  уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных

12. Закон однонаправленности потока энергии: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой более высокий уровень в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее — не более 0,25 %. Поэтому потому говорить о «круговороте энергии» нельзя.

13. Каждый биоценоз состоит из множества видов, но виды входят в него не отдельными особями, а популяциями или их частями. Популяция - это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности.  Каждый вид в пределах занимаемой территории, таким образом, распадается на популяции.

Таким образом, можно дать еще одно определение  популяции: все живые организмы, для того чтобы выжить и дать потомство, должны в условиях динамичных режимов  экологических факторов существовать в виде группировок, или популяций, т.е. совокупности совместно обитающих особей, обладающих сходной наследственностью.

14. Важнейшим  признаком популяции является  занимаемая ею общая территория. Но в пределах популяции могут  быть более или менее изолированные по разным причинам группировки. Поэтому дать исчерпывающее определение популяции затруднительно из-за размытости границ между отдельными группами особей.

Каждый  вид состоит из одной или нескольких популяций, и популяция, таким образом, - это форма существования вида, его наименьшая эволюционирующая единица.