Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания . Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами:

1) абиотические факторы – факторы неживой природы (температура, свет, влажность);

2) биотические факторы – взаимоотношения между особями в популяции и между популяциями в природном обществе;

3) антропогенный фактор – деятельность человека, приводящая к изменению среды обитания живых организмов.

Фотопериодизм – общее важное приспособление организмов. Так, весенние удлиняющиеся дни вызывают активную деятельность половых желез.

В 1935 г. английский ботаник А.Тесли ввел понятие «экосистема »- исторически сложившиеся открытые, но целостные и устойчивые системы живых и неживых компонентов, имеющие односторонний поток энергии, внутренние и внешние круговороты веществ и обладающие способностью регулировать все эти процессы.

В 1942 г. советский академик В.Н.Сукачев сформулировал понятие «биогеоценоз » - открытая природная система, состоящая из живых и неживых компонентов, занимающая территорию со сравнительно однородным растительным сообществом и характеризующаяся определенным потоком энергии, круговоротом веществ, движением и развитием.

Лес, поле, луг – это экосистема. Но когда характеристика леса и его тип конкретизуется определенным растительным сообществом (ельник – черничник, сосняк – брусничник) - это биогеоценоз.

Среда обитания человека представляет собой переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных экологических факторов, набор которых различается в разных природно-географических и экономических регионах планеты.

Предмет экологии человека. Биологический и социальный аспекты адаптации населения к условиям жизнедеятельности. Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных изменений в окружающей среде.

Экология человека - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации и, наконец, человечество в целом. Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль.

Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адаптациями, поскольку каждый человек индивидуален.

Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно - полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.).

Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека.

Человек стал оказывать влияние окружающую его природную среду с тех пор, как перешел от собирательства к охоте и земледелию. Результатом охоты явилось исчезновение ряда видов крупных млекопитающих и птиц. Многие виды стали редкими и находятся на гране исчезновения. Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями с/х культур. Большое значение имеет воздействие на природу, связанные с развитием промышленности, сопровождающиеся изменением ландшафта вследствие добычи полезных ископаемых и поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ. Загрязнение – это привнесение в какую- либо среду новых, не характерных для нее веществ или превышение естественного уровня этих веществ в окружающей среде. Это влияние на атмосферу, гидросферу, почву, а также радиоактивное загрязнение биосферы.

Адаптивный тип - это определённая норма реакций на преобладающие условия обитания, которая проявляется в развитии комплекса морфофункциональных, биохимических, иммунологических признаков, обеспечивающих лучшую биологическую приспособляемость человека к определённой физической среде. Выделяют следующие адаптивные типы: арктический, зоны умеренного климата, высокогорный, тропический, зоны пустынь и полупустынь и др. Комплекс признаков конкретного адаптивного типа не связан с расовой и этнической принадлежностью популяции.Например жители города Ростова принадлежат к адаптивному типу людей, живущих в зоне умеренного климата.

В комплекс адаптивных признаков включают специфические и общие признаки. К общим признакам относят показатели костно-мускульной массы тела, количество иммунных белков сыворотки крови. Общие элементы обеспечивают повышение общей сопротивляемости организма к неблагоприятным условиям среды. Специфические признаки разнообразны и обусловлены преобладающими условиями в данном регионе (гипоксия, жара, холод и т.п.). Сочетание специфических признаков определяет формирование адаптивного типа человека.

Развитие особенностей определённого адаптивного типа происходит в эмбриогенезе. Например, уже в конце внутриутробного развития проявляются различия в пропорциях тела между негроидами и европеоидами. Существование адаптивных типов свидетельствует о значительной экологической пластичности человека, которая была основной предпосылкой расселения человека на планете.

В комплекс признаков адаптивного типа входят такие, которые имеют генетическую обусловленность (форма и размер тела, характер роста, развитие скелета, отложения жира и др.), закрепляются в генотипе и наследуются. Однако ряд признаков имеет в своей основе быстрые физиологические изменения, связанные с акклиматизацией (например, адаптации к действию высоких температур). Последнее хорошо иллюстрируют американские индейцы: индейцы Атабаски, населяющие район Большого Медвежьего озера, живут в таких же суровых условиях, как эскимосы; индейцы майя на полуострове Юкатан обитают в условиях жаркого влажного климата. Очень широк в настоящее время климатический интервал обитания европейцев: в исключительно холодных условиях живут лапландцы, в жарких -итальянцы, обосновавшиеся в Северной Австралии.

Введение

В процессе эволюции и напряженной борьбы за существование организмы освоили самые различные условия среды, и при этом сформировалось все современное разнообразие растений и животных, которое исчисляется примерно двумя миллионами видов. В свою очередь жизнедеятельность организмов оказала громадное влияние на неживую среду, которая усложнялась и эволюционировала вместе с развитием жизни.

Общая картина окружающей нас природы представляет не беспорядочное сочетание различных живых существ, а достаточно устойчивую и организованную систему, в которой каждый вид растений и животных занимает определенное место.

Мы знаем, что любой вид способен к неограниченному размножению и может быстро заселить все доступное ему пространство. Очевидно, что одновременное совместное существование разнообразных живых существ возможно лишь при наличии особых механизмов, регулирующих ход размножения и определяющих пространственное распределение видов и численность особей. Такая регуляция - следствие сложных конкурентных и иных взаимоотношений между организмами в процессе их жизнедеятельности. Большую роль при этом играют и влияния со стороны физических условий среды.

Изучение взаимоотношений организмов между собой и между организмами и физической средой обитания составляет содержание раздела биологии, получившего название экологии ("ойкос" - жилище, убежище и "логос" - наука, греч.).

Экология опирается на обобщения и выводы большинства других разделов биологии, а также наук о Земле. Экологические закономерности служат научной основой для рационального использования человеком естественных биологических ресурсов и для решения многих хозяйственных задач.

Среда и экологические факторы

Организм и факторы среды. В понятие внешней среды входят все условия живой и неживой природы, которые окружают организм и прямо или косвенно влияют на его состояние, развитие, выживание и размножение. Среда всегда представляет собой сложный комплекс различных элементов. Отдельные элементы среды, действующие на организм, называют экологическими факторами.

Среди них различают две разные по своей природе группы:

1. Абиотические факторы - все влияющие на организм элементы неживой природы. К наиболее важным факторам относятся свет, температура, влажность и другие компоненты климата, а также состав водной, воздушной и почвенной среды.

2. Биотические факторы - всевозможные влияния, которые испытывает организм со стороны окружающих его живых существ. В современную эпоху исключительно большое влияние на природу оказывает деятельность человека, которую можно рассматривать как особый экологический фактор.

В природе внешние условия всегда в какой-то мере изменчивы. Каждый вид в процессе эволюции приспособился к определенной интенсивности экологических факторов и амплитуде их колебания. Возникшие приспособления к конкретным условиям обитания наследственно закреплены. Поэтому, будучи очень целесообразными для среды, в которой исторически сформировался вид, экологические адаптации ограничивают или даже исключают возможность существования в иной обстановке.

Разные экологические факторы: как, температура, газовый состав атмосферы, пища, действуют на организм различными путями. Соответственно различны морфологические и физиологические приспособления к ним. Однако результаты влияния любого фактора экологически сравнимы, так как они всегда выражаются в изменении жизнеспособности организма, что в конечном итоге приводит к изменению численности популяции.

Интенсивность фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности, называется оптимальной или оптимумом. Чем больше отклоняется значение фактора от оптимальной для данного вида величины (как в сторону понижения, так и в сторону повышения), тем сильнее угнетается жизнедеятельность. Границы, за которыми существование организма невозможно, называют нижним и верхним пределами выносливости.

Так как оптимум отражает особенности условий в местах обитания, то он обычно неодинаков у разных видов. В соответствии с тем, какой уровень фактора наиболее благоприятен, можно различать виды: тепло - и холодолюбивые, влаго - и сухолюбивые, приспособленные к высокой и низкой солености воды и т.д. Наряду с этим видовые приспособления проявляются также и в выносливости к степени изменчивости фактора. Узко приспособленными называют виды, выносящие лишь небольшие отклонения фактора от оптимальной величины; широко приспособленными - виды, способные выдерживать значительные изменения данного фактора. Например, большинство обитателей моря узко приспособлены к относительно высокой солености воды, и снижение концентрации солей в воде для них губительно. Обитатели пресных вод также узко приспособлены, но к низкому содержанию солей в воде. Однако есть виды, способные выносить очень большие изменения солености воды, например рыбка трехиглая колюшка, которая может жить как в пресных водах, так и в соленых озерах и даже в морях.

Приспособления к отдельным факторам среды в значительной мере независимы, поэтому один и тот же вид может обладать узкой приспособленностью к одному из факторов, например к солености, и широкой приспособленностью к другому, например, к температуре или пище.

Взаимодействие факторов. Ограничивающий фактор. На организм всегда одновременно действует очень сложный комплекс окружающих условий. Результат их совместного влияния не является простой суммой реакций на действие отдельных факторов. Оптимум и границы выносливости по отношению к одному из факторов среды зависят от уровня других. Например, при оптимальной температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности и недостатку пищи. С другой стороны, обилие пищи увеличивает устойчивость организма к изменениям климатических условий.

Однако такая взаимная компенсация всегда ограничена, и ни один из необходимых для жизни факторов не может быть заменен другим. Поэтому при смене мест обитания или при изменении условий в данной местности жизнедеятельность вида и его способность к конкуренции с другими будет ограничиваться тем из факторов, который сильнее всего отклоняется от оптимальной для вида величины. Если количественное значение хотя бы одного из факторов выходит за пределы выносливости, то существование вида становится невозможным, как бы ни были благоприятны остальные условия.

Например, распространение многих животных и растений к северу обычно ограничивает недостаток тепла, тогда как на юге ограничивающим фактором для тех же видов может оказаться недостаток влаги или необходимой пищи.

Взаимозависимость организмов и среды. Организм всецело зависит от среды и немыслим без нее. Но в процессе жизнедеятельности и непрерывного обмена веществ со средой растения и животные сами влияют на окружающие условия и изменяют физическую среду. Возникающие в ней изменения в свою очередь вызывают у организмов необходимость новых экологических приспособлений. Масштабы и значение таких изменений неживой природы под влиянием деятельности живых существ очень велики. Достаточно вспомнить, что фотосинтез растений привел к образованию современной атмосферы, богатой кислородом, которая стала одним из основных условий существования для большинства современных организмов. В результате жизнедеятельности организмов возникла почва, к составу и характеру которой приспособились в процессе эволюции растения и животные. Изменился и климат, и возникли местные его особенности - микроклиматы.

Окружающая среда и экологические факторы среды

ЛЕКЦИЯ 2

Окружающая среда – это совокупность живых и неживых объектов, взаимосвязанных условий и влияний, присутствующих в некотором окружении живого организма, и, в частности, человека.

Окружающая среда делится на следующие виды:

а) естественная или природная среда, представляет собой ряд условий или факторов (солнце, почва, вода, воздух, растительный и животный мир);

б) искусственная среда – созданная человеком, продукты его труда (дома, парки, предприятия, автотрассы, различные механизмы и машины);

в) социальная среда – это коллектив, семья, друзья и т.д.

Организм человека и любого животного или растения развивается в результате постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Окружающая среда влияет на живые организмы. И организмы тоже влияют на среду, изменяя её. Эта функция живых организмов называется средообразующей.

Пример: 1) деревья скидывают листья, листья (биомасса) – энергия

2) дождевой червяк высасывает из почвы питательные вещества, рыхлит почву.

Живые организмы испытывают потребность в притоке вещества и энергии и полностью зависят от окружающей среды.

Элементы среды воздействуют на живые организмы посредством экологических факторов.

Экологические факторы – это определенные условия и элементы среды, оказывающие воздействие на живые организмы, на которые последние отвечают приспособительными реакциями – адаптациями.

Экологические факторы делятся наусловия и ресурсы.

Условия – это факторы, необходимые для жизни и которые не зависят от их потребления (солнечная активность, солёность воды, температура, давление).

(Чижевский сказал: «вспышки на солнце повинны во всем».)

Ресурсы – то, что организм может потреблять и тем самым делать их недоступными для других организмов; - всё то, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности (нефть, уголь и т.д.). Ресурсы в отличие от условий могут расходываться и исчерпываться.

Один и тот же фактор можно рассматривать и как условие и как ресурс.

(Влияние для сухопутных живых организмов – кислород - энергетический ресурс для водных (гидробионты) – содержание кислорода – условие жизни). Самые важные ресурсы – пищевые, по отношению к ним организмы испытывают конкуренцию.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ делятся на:

абиотические биотические антропогенные

В последнее время стали выделять информационные факторы.

Абиотические факторы неживой природы а) климатические б) местные (рельеф, солёность, уровень радиации) прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя их жизнедеятельность. Они делятся на химические и физические. К химическим относятся: газовый состав атмосферы, соленость воды, минеральный состав почвы; к физическим – температура, влажность, давление, уровень радиации и т.д.

Пример : космические факторы: активность солнца является наиболее важным фактором, имеет циклический характер. Впервые русский ученый Чижевский А.Л. в 1915 г. установил связь между солнечной активностью и жизненными процессами (всплеск рождаемости, климатические преобразования, начала войн). Солнечная активность влияет на развитие онкологических, инфекционных заболеваний.

Влажность воздуха – важнейший экологический показатель. В сухое и жаркое лето насекомые развиваются активнее, чем во влажное и прохладное. Если такое повторяется несколько лет, то наблюдаются вспышки численности насекомых, которые наносят ущерб с/х.

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – совокупность влияний одних организмов на другие, а также на среду обитания. Взаимодействия между живыми организмами складываются из внутри- и межвидовых отношений.

Внутривидовые отношения между особями одного и того же вида. Эти отношения находят отражение в конкуренции за пищу, за место обитания, за партнера. Внутривидовые отношения определяют численность популяции, которые регулируются естественным отбором.

Межвидовые взаимоотношения более разнообразны, среди них выделяют следующие:

- нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга. Нет конкуренции, но одна среда обитания (белка и лось в одном лесу, обезьяны и слоны);

-конкуренция – каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

- мутуализм (симбиоз) - взаимовыгодное существование, виды не могут существовать друг без друга (бактерии, фиксирующие азот, и бобовые растения; копытные и бактерии, обитающие в их рубце, расщепляющие клетчатку);

- содружество – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и отдельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

- компенсализм – один вид, компенсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид – хозяин не имеет никакой выгоды (в океанах и морях в каждой раковине – организмы которые получают здесь укрытие, но абсолютно безобидны для владельца этой раковины);

- хищничество – хищник питается жертвой;

- аменсализм – при этом происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктом выделения другого (сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который приходит на водопой).

Эти взаимоотношения составляют основу существования биоценозов.

Иногда животные, поедающие растения или других животных, рассматриваются в качестве естественных врагов, но так называемые «враги» - это обычные экологические факторы, осуществляющие естественный отбор. Если у вида нет врагов, он обречен на вымирание.

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ – результат деятельности человека и её влияние на окружающую среду. К антропогенным факторам относят воздействия промышленности, транспорта, строительства и т.д. Зачастую антропогенный фактор имеет негативный характер, который заключается в загрязнении окружающей среды, разрушении природной среды, истощении природных ресурсов. В.И Вернадский сравнивал влияние антропогенного фактора по силе с действием геологических процессов на Земле.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ФАКТОР – передача наследственной информации, а также информации, поступающей живому организму с пищей, водой, а также из СМИ для человека. Избыток и недостаток любой информации оказывает раздражающее влияние не организм (камера-одиночка, без доступа информации - пытка).

Вопрос 2. Какое влияние оказывает температура на различные виды организмов?
Любой вид организмов способен жить только в пределах определенного интервала температур, внутри которого температурные условия наиболее благоприятны для его существования, а его жизненные функции осуществляются наиболее активно. Температура непосредственно влияет на скорость биохимических реакции в телах живых организмов, которые протекают в определенных пределах. Температурные границы, в которых обычно обитают организмы, - от 0 до 50oС. Но некоторые бактерии и водоросли могут обитать в горячих источниках при температуре 85-87°С. Высокие температуры (до 80oС) переносят некоторые одноклеточные почвенные водоросли, накипные лишайники, семена растений. Есть животные и растения, способные переносить воздействие очень низких температур - до полного промерзания. По мере приближения к границам температурного интервала скорость жизненных процессов замедляется, а за его пределами они и вовсе прекращаются - организм погибает.
Большинство животных относятся к холоднокровным (пойкилотермным) организмам - температура их тела зависит от температуры окружающей среды. Это все типы беспозвоночных животных и значительная часть позвоночных (рыбы, амфибии, пресмыкающиеся).
Птицы и млекопитающие - теплокровные (гомойотермные) животные. Температура их тела относительно постоянна и в значительной степени зависит от обмена веществ самого организма. Также у этих животных вырабатываются приспособления, позволяющие сохранять тепло тела (волосяной покров, плотное оперение, толстый слой подкожной жировой ткани и др.).
На большей части территории Земли температура имеет четко выраженные суточные и сезонные колебания, что обусловливает определенные биологические ритмы организмов. Температурный фактор оказывает влияние и на вертикальную зональность фауны и флоры.

Вопрос 3. Как животные и растения получают необходимую им воду?
Вода - основной компонент цитоплазмы клеток, является одним из важнейших факторов, влияющих на распространение наземных живых организмов. Недостаток воды приводит к возникновению ряда адаптации у растений и животных.
Растения извлекают нужную им воду из почвы при помощи корней. Засухоустойчивые растения имеют глубокую корневую систему, более мелкие клетки, повышенную концентрацию клеточного сока. Снижается испарение воды в результате редукции листьев, образования толстой кутикулы или воскового налета и др. Многие растения могут поглощать влагу из воздуха (лишайники, эпифиты, кактусы). Ряд растений имеет очень короткий вегетационный период (пока в почве есть влага) - тюльпаны, ковыль и др. В засушливое время они пребывают в состоянии покоя в виде подземных побегов - луковиц или корневищ.
Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счет испарения или выделения нуждаются в ее периодическом поступлении. Многие из них пьют воду, другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, всасывают ее через покровы тела в жидком или парообразном состоянии. У наземных членистоногих образуются плотные покровы, препятствующие испарению, видоизменяется обмен - выделяются нерастворимые продукты (мочевая кислота, гуанин). Многие обитатели пустынь и степей (черепахи, змеи) впадают в спячку в период засухи. Ряд животных (насекомые, верблюды) для жизнедеятельности используют метаболическую воду, которая вырабатывается при расщеплении жира. Многие виды животных восполняют недостаток воды за счет ее поглощения при питье или с пищей (амфибии, птицы, млекопитающие).

Вопрос 4. Как организмы реагируют на разную освещенность?
Солнечный свет - главный источник энергии для живых организмов. Интенсивность света (освещенность) для многих организмов является сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий. Особенно важен свет для зеленых растений. Биологическое действие солнечного света зависит от его характеристик: спектрального состава, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.
У многих животных условия освещенности вызывают положительную или отрицательную реакцию на свет. Некоторые насекомые (ночные бабочки) слетаются на свет, другие (тараканы) избегают его. Наибольшее экологическое значение имеет смена дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство птиц), другие - исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши и др.). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днем опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.
Ультрафиолетовая часть спектра обладает высокой фотохимической активностью: в организме животных участвует в синтезе витамина Д, эти лучи воспринимают органы зрения насекомых.
Видимая часть спектра (красные и синие лучи) обеспечивает процесс фотосинтеза, яркую окраску цветков (привлечение опылителей). У животных видимый свет участвует в пространственной ориентации.
Инфракрасные лучи - источник тепловой энергии. Тепло важно для обеспечения терморегуляции холоднокровных животных (беспозвоночных и низших позвоночных). У растений инфракрасное излучение влияет на усиление транспирации, что способствует поглощению углекислого газа и движению воды по телу растения.
Растения и животные реагируют на соотношение между продолжительностью периода освещенности и темноты в течение суток или времени года. Это явление называется фотопериодизмом. Фотопериодизм регулирует суточные и сезонные ритмы жизнедеятельности организмов, а также представляет собой климатический фактор, который определяет жизненные циклы многих видов. У растений фотопериодизм проявляется в синхронизации периода цветения и созревания плодов с периодом наиболее активного фотосинтеза; у животных - в совпадении периода размножения с обилием пищи, в миграциях птиц, смене шерстного покрова у млекопитающих, впадении в спячку, изменениях в поведении и т.д.

Вопрос 5. Как действуют на организмы загрязняющие вещества?
В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды побочными продуктами производства. К таким загрязняющим агентам относятся: сероводород, двуокись серы, соли тяжелых металлов (меди, свинца, цинка и пр.), радионуклиды, побочные продукты нефтепереработки и т.д. Особенно в районах с развитой промышленностью эти вещества могут вызывать гибель организмов и стимулировать развитие мутационного процесса, что в итоге может привести к экологической катастрофе. Вредные вещества, оказавшиеся в водоёмах, в почве и в атмосфере негативно воздействуют на растения, животных и человека.
Многие загрязняющие вещества действуют как яды, приводя к вымиранию целые виды растений или животных. Другие могут передаваться по цепям питания, накапливаться в телах организмов, вызывать генные мутации, значение которых можно будет оценить лишь в будущем. Жизнь человека тоже становится невозможной в условиях загрязнения окружающей среды, потому что происходят многочисленные прямые отравления ядами, а также наблюдаются побочные действия загрязнённой среды (повышение инфекционных заболеваний, раковых заболеваний и заболеваний различных систем органов). Как правило, загрязнение природы приводит к снижению видового разнообразия и нарушению устойчивости биоценозов.