Ответы по экологии на экзамен
Среда
обитания. Часть природы (совокупность
конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая
живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние,
рост, развитие, размножение, выживаемость и т. п., — это и есть среда обитания.
На нашей планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную,
наземную (воздушную), почвенную и тело другого организма, используемое
паразитами и полу паразитами.
Экологические
факторы. Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых
организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются
экологическими факторами. По происхождению и характеру действия экологические
факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой,
природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные
(все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).
Абиотические факторы делят на физические, или климатические (свет, температура воздуха и
воды, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые
(механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические,
или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды,
газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).
Биотические факторы — разнообразные формы влияния
одних организмов на жизнедеятельность других. При этом одни организмы могут
служить пищей для других (например, растения —для животных, жертва — для
хищника), быть средой обитания (например, хозяин —для паразита), способствовать
размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители — для цветковых
растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.
Антропогенные (антропические) факторы —
это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду
обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение
антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее
время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов
организмов практически находится в руках человеческого общества.
Большинство экологических факторов —температура,
влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются
значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости
каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например,
температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне
океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка
пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с
изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение
года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях,
обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов,
постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д. Один и тот же фактор
среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой
режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но
безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и
спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в
жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает
заметного влияния на их жизнедеятельность. Экологические факторы действуют на
организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие
приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители,
обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных
условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические
изменения организмов.
2.
Поток энергии в экосистеме.
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнце – это звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, примерно 10,5 * 106 кДж/м2 в год, захватывается Землей. Около 40 % этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15 % поглощаются атмосферой (в частности, озоновым слоем в ее верхних частях) и превращаются в тепловую энергию или расходуются на испарение воды. Оставшиеся 45 % поглощаются растениями и земной поверхностью. В среднем это составляет 5 * 106 кДж/м2 в год, хотя реальное количество энергии для данной местности зависит от географической широты. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы.
Внутри экосистемы содержащие энергию, органические вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей (источником вещества и энергии) для гетеротрофов. Типичный пример животное поедает растения. Это животное в свою очередь может быть съедено другим животным, и таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов – каждый последующий питается предыдущим, поставляющим, поставляющим ему сырье и энергию. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое ее звено – трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего – вторичными консументами и т. д. Обычно бывает четыре или пять трофических уровней и редко больше шести.
Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани. Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.
В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли – часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.
Первичные консументы питаются первичными продуцентами, т. е. это травоядные животные. На суше типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Наиболее важные группы травоядных млекопитающих – это грызуны и копытные. К последним относятся пастбищные животные, такие, как лошади, овцы, крупный рогатый скот, приспособленные к бегу на кончиках пальцев.
В водных экосистемах (пресноводных и морских) травоядные формы представлены обычно моллюсками и мелкими ракообразными. Большинство этих организмов – ветвистоусые и веслоногие раки, личинки крабов, усоногие раки и двустворчатые моллюски (например, мидии и устрицы) – питаются, отфильтровывая мельчайших первичных продуцентов из воды. Вместе с простейшими многие из них составляют основную часть зоопланктона, питающегося фитопланктоном. Жизнь в океанах и озерах практически полностью зависит от планктона, так как с него начинаются почти все пищевые цепи.
К первичным консументам относятся также паразиты растений (грибы, растения и животные).
Вторичные консументы питаются травоядными; таким образом, это уже плотоядные животные, так же как и третичные консументы, поедающие консументов второго порядка. Консументы второго и третьего порядка могут быть хищниками и охотиться, схватывать и убивать свою жертву, могут питаться падалью или быть паразитами. В последнем случае они по величине меньше своих хозяев. Пищевые цепи паразитов необычны по ряду параметров. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные оказываются крупнее на каждом следующем трофическом уровне.
То есть, в данном вопросе нужно рассказать о переходе энергии от солнечной энергии к растениям (продуценты) и далее по консументам. В конце концов идёт разложение останков консументов, которые переходят в минеральные вещества и органику – что является энергией для растений – прим. Флоринского Никиты
3. Биогеохимические циклы
Живое
вещество по массе составляет 0,01—0,02% от косного вещества биосферы, однако
играет ведущую роль в биогеохимических процессах.
Ежегодная продукция живого вещества в биосфере
составляет 232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же время на
планете фотосинтезируется 115 «Ют сухого органического вещества и 123 • 10
т кислорода. Для этого требуется, чтобы 170•10т диоксида углерода
прореагировало с 68 • 10 т воды. В процесс вовлекаются 6 • 10 т азота, 2 • 10 т
фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера, железо.
Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно
осуществляет гигантскую геохимическую работу, преобразовывая другие оболочки
Земли в геологическом масштабе времени.
Все химические элементы живой материи циркулируют в биосфере по характерным
путям, переходя из внешней среды в организмы, а затем возвращаясь во внешнюю
среду. Эти в большей или меньшей степени замкнутые пути называют
биогеохимическими циклами (или круговоротами), причем «био» относится к живым
организмам, а «гео» — к горным породам, воздуху и воде. Термин «биогеохимия» предложен
академиком В. И. Вернадским.
В каждом цикле различают две части или два фонда: ® резервный фонд — большая
масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент; ®
подвижный, или обменный, фонд — меньший, но более активный, для которого
характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.
Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты делят на круговорот
газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и
осадочный цикл с резервным фондом в земле.
В природе, в отличие от данной схемы, элементы никогда не бывают распределены
по экосистеме равномерно и не находятся всюду в одной и той же химической
форме. Резервный фонд (часть круговорота, физически или химически отделенная от
организмов) обозначен как фонд элементов питания, а обменный фонд изображен в
виде заштрихованного кольца, идущего от автотрофов к гетеротрофам и затем
возвращающегося к автотрофам.
Наличие больших резервных фондов (в виде атмосферы или океана) в круговоротах углерода,
кислорода и азота способствует быстрой саморегуляции соответствующих
биогеохимических циклов при различных местных нарушениях. Так, избыток С02,
образовавшийся из-за интенсивного горения, достаточно быстро рассеивается в
атмосфере и, кроме того, усиленное образование диоксида углерода компенсируется
увеличением его потребления растениями или превращением в карбонаты в море.
Поэтому считается, что круговороты веществ, включающие в себя большие
атмосферные фонды, в глобальном масштабе хорошо зарезервированы или, по выражению
Ю. Одума, «хорошо забуферены», так как их способность приспосабливаться к
изменениям велика. В результате саморегуляции по принципу обратной связи
подобные биогеохимические циклы достаточно совершенны. Тем не менее
саморегуляция даже при таком громадном резервном фонде, каким является
атмосфера, имеет свои пределы.
Осадочным циклам характерно, что основная масса вещества сосредоточена в
относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде — в земной коре.
Поэтому круговорот таких элементов, как фосфор или железо, значительно менее
самоконтролируем и достаточно легко нарушается даже при небольших местных
помехах.
Антропогенное вмешательство в биосферные процессы порой так ускоряет движение
многих веществ, что их круговороты становятся значительно менее совершенными
или процесс теряет цикличность. Складываются различные противоестественные
ситуации, например, в одних местах возникает недостаток каких-либо веществ, а в
других — их избыток. В частности, добыча и переработка фосфатных пород ведется
столь несовершенно, что вблизи шахт, карьеров и заводов создается сильное
локальное загрязнение. Кроме того, в сельском хозяйстве используется все больше
и больше фосфорных удобрений, а неизбежное попадание фосфатов в водоемы, за
которым следует их эвтрофикация (см. разд. 6.4.2.5), никак не контролируется.
При оценке влияния деятельности человека на биогеохимические циклы важное
значение имеют сравнительные объемы резервных фондов. Изменениям подвергаются в
первую очередь самые малообъемные фонды.
Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете должны быть направлены на
то, чтобы превратить нециклические процессы в циклические, в связи с этим
основной целью должно быть возвращение веществ в круговорот, обеспечивающее их
повторное использование.
4.
Принципы действия
абиотических факторов
Абиотические факторы среды — компоненты и явления неживой, неорганической
природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.
Основными абиотическими факторами среды являются:
температура, свет, вода, солёность, кислород, магнитное поле Земли, почва.
Все
живое на Земле связано со средой обитания.
Жизнедеятельность организмов невозможна без
постоянного притока энергии извне. Ее источником является Солнце. Вращение
Земли вокруг своей оси приводит к неравномерному распределению энергии Солнца,
его теплового излучения. В связи с этим атмосфера над сушей и океаном
нагревается неодинаково, а различия в температуре местности и давлении вызывают
перемещения воздушных масс, изменение влажности воздуха, что влияет на ход
химических реакций, физических превращений и прямо или косвенно — на все
биологические явления (характер расселения жизни, биоритмы и т. п.). Рассмотрим
значение, отдельных экологических факторов.
1. Климатические
(атмосферные): температура, кол-во осадков, влажность, солн. Излучение, газовый
состав, атм. давление.
2. Водная среда: плотность и
вязкость, прозрачность, течение, температура, содержание мин. Ве-в, органич.
Ве-ва, кислотность, газовый сост.
3. Почвенные (эдофические)
факторы: мех. Структура, мин. Сост., органич. Сост.,кислотность, влажность,
газовый сост., температура.
4. Факторы рельефа
(топографические): высота над Ур-м моря, экспозиция Солнца, крутизна склона,
перепад высот.
Температура –
абиотический фактор среды, влияет на все жизненно важные процессы, прежде всего
обуславливая скорость и характер протекания реакций обмена веществ в
организмах. Оказывает регулирующее влияние на многие процессы жизни растений и
животных, изменяя интенсивность обмена веществ. Активность клеточных ферментов
лежит в пределах от 10 до 40 °С, при низких температурах реакции идут
замедленно, но при достижении оптимальной температуры активность ферментов
восстанавливается. Пределы выносливости организмов в отношении температурного
фактора для большинства видов не превышают 40—45 °С, пониженные температуры
оказывают менее неблагоприятное воздействие на организм, чем высокие.
Жизнедеятельность организма осуществляется в пределах от -4 до 45 °С. Однако
небольшая группа низших организмов способна обитать в горячих источниках при
температуре 85 °С (серные бактерии, синезеленые водоросли, некоторые круглые
черви), многие низшие организмы легко выдерживают очень низкие температуры (их
устойчивость к замерзанию объясняется высокой концентрацией солей и органических
веществ в цитоплазме).
Свет — основной источник энергии на Земле. Природа света
двойственна: с одной стороны он представляет собой поток элементарных
физических частиц — корпускул, или фотонов, не имеющих заряда, с другой —
обладает волновыми свойствами. Чем меньше длина волны фотона, тем выше его
энергия, и наоборот. Энергия фотонов служит источником обеспечения
энергетических потребностей растений при фотосинтезе, поэтому зеленое растение
не может существовать без света.
Свет (освещенность) представляет собой мощный стимул активности организмов — фотопериодизма
в жизни растений (рост, цветение, опадание листвы) и животных (линька,
накопление жира, миграции и размножение птиц и млекопитающих, наступление
стадии покоя — диапаузы, поведенческие реакции и др.).
Вода является необходимым условием существования всех живых
организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется
тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы
метаболизма(обмен ве-в, химические превращения). Влажность оказывает влияние на
распространение растений и животных как в пределах ограниченной территории, так
и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов
степями, степей — полупустынями и пустынями).
5.
Основные среды жизни
Среды
жизни
Ключевые понятия: среда — среда жизни —
водная среда — наземно-воздушная среда — почвенная среда — организм как среда
жизни
В предыдущих уроках мы часто говорили о «среде
обитания», «среде жизни» и не давали этому понятию точного
определения. Интуитивно мы понимали под «средой» все то, что окружает
организм и так или иначе на него влияет. Влияния среды на организм — и есть
экологические факторы, которые мы изучали на предыдущих уроках. Иными словами,
среда жизни характеризуется определенным набором экологических факторов.
Общепризнанным определением среды является определение
Николая Павловича Наумова:
СРЕДА — все, что окружает
организмы, прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание и
размножение.
На Земле существует огромное разнообразие условий сред
жизни, что обеспечивает разнообразие экологических ниш и их
«заселение». Однако, не смотря это разнообразие, различают четыре
качественно различные среды жизни, обладающие специфическим набором экологических
факторов, а следовательно — требующих и специфического набора адаптаций.
Вот эти среды жизни:
Познакомимся
с особенностями каждой из этих сред.
Водная среда жизни
По мнению большинства авторов, изучающих возникновение
жизни на Земле, эволюционно первичной средой жизни была именно водная среда.
Этому положению мы находим не мало косвенных подтверждений. Прежде всего,
большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления
воды в организм или, по крайней мере, без сохранения определенного содержания
жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят
основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той
среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Так, содержание солей
в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к
таковому в океанической воде. Свойства водной океанической среды во многом
определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни.
Пожалуй, главной отличительной особенностью водной
среды является ее относительная консервативность. Скажем, амплитуда сезонных
или суточных колебаний температуры в водной среде намного меньше, чем в
наземно-воздушной. Рельеф дна, различие условий на различных глубинах, наличие
коралловых рифов и проч. создают разнообразие условий в водной среде.
Особенности водной среды проистекают из
физико-химических свойств воды. Так, большое экологическое значение имеют
высокая плотность и вязкость воды. Удельная масса воды соизмерима с таковой
тела живых организмов. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности
воздуха. Поэтому водные организмы (особенно, активно движущиеся) сталкиваются с
большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп водных
животных по этой причине шла в направлении формирования формы тела и типов
движения, снижающих лобовое сопротивления, что приводит к снижению энергозатрат
на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных
групп организмов, обитающих в воде, — дельфинов (млекопитающих), костистых и
хрящевых рыб.
Высокая плотность воды является также причиной того,
что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде.
Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве
и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе,
скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных
сигналов.
В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели
лишены обязательной связи с субстратом, которая характерна для наземных форм и
связана с силами гравитации. Поэтому есть целая группа водных организмов (как
растений, так и животных), существующих без обязательной связи с дном или
другим субстратом, «парящих» в водной толще.
Электропроводность открыла возможность эволюционного
формирования электрических органов чувств, обороны и нападения.
НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ
СРЕДА ЖИЗНИ
Наземно-воздушная среда характеризуется огромным
разнообразием условий существования, экологических ниш и заселяющих их
организмов. Надо отметить, что организмы играют первостепенную роль в
формировании условий наземно-воздушной среды жизни, и прежде всего — газового
состава атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхождение.
Основными особенностями наземно-воздушной среды
является большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность
среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс
физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной
природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических
адаптаций организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.
Высокое содержание кислорода в атмосфере (около 21%)
определяет возможность формирования высокого (энергетического) уровня обмена
веществ.
Атмосферный воздух отличается низкой и изменчивой
влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало (ограничивало)
возможности освоения наземно-воздушной среды, а также направляло эволюцию
водно-солевого обмена и структуры органов дыхания.
Почва как среда жизни
Почва является результатом деятельности живых
организмов. Заселявшие наземно-воздушную среду организмы приводили к
возникнвению почвы как уникальной среды обитания. Почва представляет собой сложную
систему, включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую фазу (почвенная
влага) и газообразную фазу. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности
почвы как среды жизни.
Важной особенностью почвы является также наличие
определенного количества органического вещества. Оно образуется в результате
отмирания организмов и входит в состав их экскретов (выделений).
Условия почвенной среды обитания определяют такие
свойства почвы как ее аэрация (то есть насыщенность воздухом), влажность
(присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезонный,
разногодичный ход температур). Термический режим, по сравнению с
наземно-воздушной средой, более консервативный, особенно на большой глубине. В
целом, почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни.
Вертикальные различия характерны и для других свойств
почвы, например, проникновение света, естественно, зависит от глубины.
Для почвенных организмов характерны специфические
органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к
изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых
видов); формы тела (округлая, вольковатая, червеобразная); прочные и гибкие
покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей
широко развита сапрофагия — поедание трупов других животных, гниющих остатков и
т.д.
