15. Динамика экосистемы.

Динамика экосистем относительно обратимые или необратимые изменения экологической системы (биогеоценоза) под влиянием экологических факторов. Выделяется несколько форм динамика экосистемы: 1) суточная проявляется лишь в период вегетации растений и наиболее резко там, где в течение суток изменяются условия произрастания (напр. интенсивность света, температура, влажность воздуха, сила и направление ветра, активность животных) и, соответственно, все жизненные функции растений; 2) сезонная вызвана изменениями в течение года условий произрастания растений и наличием в составе экологических систем видов, различающихся по ритмам сезонной вегетации или сезонной активности (см. Фенология); эта форма динамики экосистемы может быть обусловлена особенностями климата, гидрологического режима, воздействия человека и животных; 3) флуктуации (циклическая динамика экосистемы) - относительно обратимые изменения экосистем, связанные с неодинаковыми метеорологическими и гидрологическими условиями отдельных лет, особенностями жизненного цикла некоторых видов растений, а также с периодическими локальными нарушениями (вывалы, вспышки насекомых,трофическая деятельность грибов и бактерий, воздействие животных и др.); 4)сукцессии - необратимые, направленные изменения экосистем, проявляющиеся в смене одних экосистем др.; 5) эволюция экосистем - динамика экосистемы, связанная с процессами образования новых видов и отбора их сочетаний в эволюционном масштабе времени.

16. Законы экологии: конкурентного ингибирования; эмерджентности. Дать определения.

Конкурентный ингибитор - это молекула, настолько похожая по своей структуре на молекулу субстрата, что фермент не может различить их. В результате связывания конкурентного ингибитора с активным центром фермента падает концентрация истинных фермент-субстратных комплексов и скорость реакции. Ингибитор в продукт не превращается. Конкурентные ингибиторы увеличивают Кт реакции, но не влияют на Vmax. Роль ингибитора, поскольку он конкурирует с субстратом за активный центр, фактически сводится к разбавлению субстрата. Следовательно, для достижения скорости реакции, равной половине Утах, теперь требуется большая концентрация субстрата. Так как путем увеличения количества субстрата можно нейтрализовать действие ингибитора, Vmax не меняется.

Закон 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, отсутствующие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу.Рассматриваемый принцип можно выразить иным способом, исходя из понятия о несводимых свойствах, суть которого заключается в том, что 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.

№17.Законы экологии: развития системы за счет окружающей среды; биогенный закон Э.Геккеля. Дать определения.

Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (также известен под названиями «закон Геккеля», «закон Мюллера-Геккеля», «закон Дарвина-Мюллера-Геккеля», «основной биогенетический закон»): каждое живое существо в своем индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет в известной степени формы, пройденные его предками или его видом (филогенез).Сыграл важную роль в истории развития науки, однако в настоящее время в своем исходном виде не признается современной биологической наукой. По современной трактовке биогенетического закона, предложенной русским биологом А. Н. Северцовым в начале 20 века, в онтогенезе происходит повторение признаков не взрослых особей предков, а их зародышей. Яркий пример выполнения биогенетического закона — развитие лягушки, включающее в себя стадию головастика, который по своему строению гораздо больше похож на рыб, чем на земноводных: У головастика, как и у низших рыб и рыбьих мальков, основой скелета служит хорда, только впоследствии в туловищной части обрастающая хрящевыми позвонками. Череп у головастика хрящевой, и к нему примыкают хорошо развитые хрящевые дуги; дыхание жаберное. Кровеносная система также построена по рыбьему типу: предсердие ещё не разделилось на правую и левую половины, кровь в сердце поступает только венозная, а оттуда через артериальный ствол идёт к жабрам. Если бы развитие головастика остановилось на этой стадии и не шло дальше, мы должны были бы без всяких колебаний отнести такое животное к надклассу рыб. Закон развития (существования) природной системы за счет окружающей ее среды :Любая природная система может развиваться (и существовать), только используя материально-энергетические и информационные возможности окружающей ее среды. Изолированное саморазвитие системы невозможно. Следствия закона: а) безотходное производство принципиально недостижимо; б) высокоорганизованная система представляет потенциальную угрозу для низкоорганизованной; в) биосфера Земли развивается не только за счет внутренних ресурсов планеты, но и под воздействием космических систем (прежде всего Солнечной).

№18.Законы экологии: географической зональности А.Григорьева-М.Будыко; физико-химического единства живого вещества. Дать определения.

Закон, устанавливающий повторение на разных широтах географических зон, обладающих некоторыми общими свойствами. Сформулирован А. А. Григорьевым и М. И. Будыко в 1956. Согласно этому закону, в основе деления географической оболочки лежат: 1) количество поглощаемой солнечной энергии, возрастающее от полюсов к экватору и характеризуемое годовыми величинами радиационного баланса земной поверхности; 2) количество поступающей влаги, испытывающее ряд колебаний на фоне общего роста в том же направлении и характеризуемое годовыми суммами осадков; 3) соотношение тепла и влаги, точнее — отношение радиационного баланса к количеству тепла, необходимого для испарения годовой суммы осадков. Последняя величина, именуемая радиационным индексом сухости, колеблется от 0 до 5, трижды между полюсом и экватором проходя через значения, близкие к единице: в зонах лиственных лесов умеренного пояса, дождевых лесов субтропического пояса и экваториальных лесов, переходящих в светлые тропические леса. В наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.Это прежде всего абиотические факторы – выщелачивание растворимых соединений, фотохимическое окисление органического вещества и реакции его механического разрушения вследствие замерзания – оттаивания.Эти факторы наиболее проявляются в наземных ярусах экосистемы, а биотичесике факторы – в почвенном. Абиотические факторы деструкции характерны для аридных и семиаридных ландшафтов (пустыни, степи, саванны), а так же для континентальных высокогорий и полярных ландшафтов.Биотические факторы деструкции – это в первую очередь сапротрофные организмы (питаются мертвой органикой – беспозвоночные и микроорганизмы), населяющие почву и подстилку, причем ведущим фактором в наземных ландшафтах служит главным образом почвенная микрофлора.Природные компоненты: 1) масса твердой земной коры, 2) масса гидросферы (на суше это различные скопления поверхностных и подземных вод, 3) воздушные массы атмосферы, 4) биоту – сообщества организмов – растений, животных и микроорганизмов, 5) почву. Закон физико-химического единства живого вещества (В. И. Вернадский) :Все живое вещество Земли физико-химически едино.

№19.Законы экологии: необратимости эволюции; давления среды жизни или ограниченного роста Ч.Дарвина; единства «организм-среда». Дать определения.

Закон необратимости эволюции (Л. Долло) :Организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже существовавщему в ряду его предков (это относится и к экосистемам). Закон давления среды жизни, или ограниченного роста (Ч. Дарвин): имеются ограничения, препятствующие тому, чтобы потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, заполонило весь земной шар. Максимальному давлению жизни, максимизации биогенной энергии (энтропии) противостоит действие закона давления среды жизни, или закона ограниченного роста Ч. Дарвина, который гласит, что хотя не существует исключений из правила, что потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, стремится заполнить весь земной шар, имеются ограничения, не допускающие этого явления. Эти ограничивающие силы определенным образом упорядочены, что позволило сформулировать довольно большое количество формализованных правил, принципов и законов.Совокупность факторов воздействует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую экологическую валентность— минимальную способность к приспособлению. ЗАКОН ЕДИНСТВА ОРГАНИЗМ — СРЕДА , закон, согласно к-рому между живыми организмами и окружающей их средой существуют тесные взаимоотношения, взаимозависимости и взаимовлияния, обусловливающие их диалектич. единство. Постоянный обмен веществом, энергией и информацией между организмом и средой материализует и делает пластичным такое единство. Биологич. системы на любом иерархич. уровне являются открытыми системами, они получают для своего существования из окружающей среды вещества (химич. элементы), энергию (солнечную и химич.) и информацию и отдают в окружающую среду трансформированные вещества, энергию и информацию, таким образом активно воздействуя (количественно) на нее, изменяя ее. В системе организм — среда наиболее активным является организм (живое вещество) — закономерность, впервые показанная и сформулированная (в форме биогеохимич. принципов) В. И. Вернадским. Единство организм-среда представляет собой один из фундаментальных аспектов уникальности биологич. формы движения материи. З. е. о.-с. лежит в основе познания функционирования биосферы, являющегося теоретическим и практическим фундаментом экологии.

№20.Основной закон экологии. Первичные и вторичные сукцессии.

Сукцессия (от лат. successio — преемственность, наследование) — это постепенная, необратимая, направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека.Термин «сукцессия» впервые употребил французский ботаник Де Люк в 1806 г. для обозначения смен растительности. Это один из ключевых терминов современной экологии.Примерами сукцессий являются постепенное зарастание сыпучих песков, каменистых россыпей, отмелей, заселение растительными и животными организмами заброшенных сельскохозяйственных земель (пашни), залежей, вырубок и др. Бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Сюда же попадают семена древесных пород: сосны, ели, березы, осины. Они легко и на большие расстояния разносятся ветром и животными. В слабозадерненной почве семена начинают прорастать. В наиболее благоприятном положении оказываются светолюбивые мелколиственные породы (береза, осина).Классический пример сукцессии — зарастание озера или речной старицы и превращение ее сначала в болото, а затем, через длительный промежуток времени, в лесной биоценоз. Вначале водная гладь мелеет, затягивается со всех сторон сплавиной, на дно опускаются отмершие части растений. Постепенно зеркало воды затягивается травой. Этот процесс будет длиться несколько десятков лет, а затем на месте озера или старицы образуется верховое торфяное болото. Еще позже болото постепенно начнет зарастать древесной растительностью, скорее всего сосной. По прошествии какого-то периода времени процессы тор- фообразования на месте бывшего водоема приведут к созданию избыточного увлажнения и к гибели леса. Наконец, появится новое болото, но уже отличное от того, что было прежде. Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее не заселенных местообитаниях (субстратах), где растительность отсутствовала — на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной. Если на определенной местности ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам она была уничтожена, то ее естественное восстановление называется вторичной сукцессией. К таким сукцессиям может привести, например, частичное уничтожение леса болезнями, ураганом, извержением вулкана, землетрясением либо пожаром. Восстановление лесного биоценоза после таких катастрофических воздействий происходит в течение длительного времени.

2 блок

№1.Биосфера – глобальная экосистема земли. Круговорот веществ в природе. Закон целостности биосферы.

Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входит часть атмосферы до высоты 25 – 30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км, населенные живыми организмами. Состав и границы биосферы:Абиотическая часть биосферы представлена почвами и подстилающими ее породами, в которых еще есть живые организмы; атмосферным воздухом, до высот, где еще есть проявления жизни и водной средой гидросферы; Биотическая часть состоит из живых организмов, осуществляющих обмен веществом между всеми частями биосферы. Круговорот веществ в природе:Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малыйбиогеохимический). Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Зем­ли. Большой круговорот — это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана. Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями.Представление о целостности обусловлено глубиной предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических позиций представления о целостности организма как индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая его на популяционном уровне, а наиболее целостные представления об экологических особенностях популяций можно выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе. Если рассматривать эту цепочку дальше, то окажется, что нельзя получить достаточно целостную картину взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной системе с биотопом, т. е. мы придем к системе с еще большей экологической информацией —- биогеоценозу, или экосистеме, и т. д.

№2.Биосфера и техносфера. Антропогенное влияние человека на биосферу.

Биосфера — область распространения жизни на земле, включающая нижний слой атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы, не испытавшие техногенного воздействия.Техносфера — часть биосферы в прошлом преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного воздействия тех. средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям (город, промзона). Антропогенное воздействие на биосферу:Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце дошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека. Изучив эту главу, вы узнаете:- о современном состоянии природной среды;- об основных источниках загрязнений биосферы;- о путях охраны окружающей среды от загрязнений. Американский эколог Б. Коммонер выделил пять видов вмешательства человека в экологические процессы:• упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;• концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;• рост ядовитых отходов от химических производств;• введение в экосистему новых видов;• появление генетических изменений в организмах растений и животных.

№3.Основные положения учения В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере.

Еще в 20-е гг. XX в. В.И. Вернадский обратил внимание на мощное воздействие человека на окружающую среду и преобразование современной биосферы. Человечество как элемент биосферы, считал он, неизбежно придет к пониманию необходимости сохранения всего живого на Земле и охватит разумным управлением живую оболочку планеты, превратив ее в единую сферу — ноосферу (сферу разума). Это новое понятие Вернадский сформулировал в 1944 г. Он успел лишь в общих чертах наметить основы нового учения, но его слова и сейчас актуальны и звучат предостерегающе: «В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление».Ноосфера (от греч. noos — разум) — это биосфера, разумно управляемая человеком. Ноосфера является высшей стадией развития биосферы, связанной с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным фактором развития на Земле. Одним из выдающихся естествоиспытателей, посвятивших себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик Владимир Иванович Вернадский (1864-1945). Он является основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.Исследования В.И. Вернадского привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты — все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах истории.Будучи выдающимся теоретиком, В.И. Вернадский стоял у истоков таких новых и общепризнанных ныне наук, как радиогеология, биогеохимия, учение о биосфере и ноосфере, науковедение.В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека. Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». Ученый установил, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.

№4.Функции живого вещества в биосфере. Регулирующее воздействие биоты на окружающую среду. Эволюция биосферы.

Функции живого вещества. Живое вещество в биосфере выполняет такие функции: газовую, концентрационную, окислительно восстановительную: Газовая функция заключается в постоянном газообмене организмов с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтеза. Во время фотосинтеза растения выделяют кислород, поглощая углекислый газ. А в процессе дыхания кислород используется на окисает органических веществ, при этом выделяется углекислый газ. Также используются азот, сероводород, вода.Концентрационная функция заключается в биогенной миграции атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах в процессе синтеза органических веществ, а затем, после их отмирания и минерализации, переходят опять в неживую природу. Следствием концентрационной функции живых организмов является скопление химических соединений в определенных местах земной коры, нагромождения полезных ископаемых, например, известняка, торфа, каменного угля.Окислительно восстановительная функция лежит в основе обмена веществ и энергии организма с внешней средой. Она заключается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. Образование веществ в живых организмах является результатом окислительно восстановительных реакций. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и тратится энергия. А в процессе расщепления и окисает в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции и энергия выделяется. Жизнь — синтез и распад органических веществ, которые не прекращаются, и объединяют все живые организмы на Земле. О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду:Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропогенном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные методологические подходы к. сохранению или даже улучшению экологической обстановки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального. Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который называется эволюционной экологией. Следует отличать эволюционную экологию от экодинамики (динамической экологии). Последняя имеет дело с короткими интервалами развития биосферы и экосистем, в то время как первая рассматривает развитие биосферы на более длительном отрезке времени. Так, изучение биогеохимических круговоротов и сукцессии – задача экодинамики, а принципиальные изменения в механизмах круговорота веществ и в ходе сукцессии – задача эволюционной экологии.