25. Сохранение биоразнообразия ex-situ

Это один из путей надежного сохранения биологического разнообразия, особенно для редких и исчезающих видов растений и животных. Этот путь позволит сохранить от уничтожения определенную долю их генофонда. При сохранении ex-situ становится возможным искусственное размножение редких и исчезающих видов, а также их реинтродукция в естественные места обитания для увеличения численности популяции и восстановления нарушенных экосистем. Этот путь сохранения дает возможность использовать генофонд диких сородичей сельскохозяйственных растений и животных в селекционном процессе. Для сохранения биоразнообразия ex-situ используются ботанические сады, дендрарии, зоопарки, питомники, банки гермоплазмы и коллекции культур растений и микроорганизмов в научно-исследовательских учреждениях.

В Казахстане имеется 7 ботанических садов:

• Главный ботанический сад г.Алматы;

• Ботанический сад г.Караганды;

• Алтайский ботанический сад в г.Лениногорске;

• Жезказганский ботанический сад в г. Жезказган;

• Илийский ботанический сад в пос.Баканас;

• Мангышлакский экспериментальный ботанический сад в г.Актау;

• Туркестанский ботанический сад в г.Туркестане.

Ботанические сады и дендрарии располагают самыми крупными в Центральной Азии коллекциями растений местной и мировой флоры. Коллекционный фонд включает 4012 орнаментальных, 1895 древесных, 987 тропических и субтропических, 794 плодовоягодных, 572 технических, 495 лекарственных и 257 видов кормовых растений. Банк гермоплазмы редких и исчезающих видов в Главном ботаническом саду (г.Алматы) состоит их 235 видов, Алтайский ботанический сад – 150, Карагандинский ботанический сад – 50. Создание генного банка осуществляется в виде банка семян, банка пыльцы, банка клеточных и тканевых культур, банка ДНК (библиотека генов). Банк клеточных и тканевых культур может служить для криогенного сохранения гермоплазмы практически любого вида.

В Казахстане имеется три зоопарка из них самый старый Алматинский, организованный в 1937 году. Он имеет большой опыт по разведению животных, в том числе редких видов из Красной книги Казахстана. По мнению зоологов по отношению к деятельности зоопарков и питомников необходимо решить ряд таких задач как разработка методики искусственного разведения и выращивания в неволе редких и исчезающих видов животных; возвращение в природу разведенных и выращенных в неволе особей и т.д.

С возникновением проблемы исчезающих видов возросла роль питомников, где наряду с сохранением разводимых животных занимаются производственно-коммерческой деятельностью, например змеиные и соколиные питомники.

Одним из компонентов биоразообразия являются микроорганизмы – прокариоты (бактерии и архбактерии) и эукариоты (мицелиальные грибы, дрожжи, микроскопические водоросли, протозоа). Они являются космополитами, присутствуя во всех экосистемах. Микроорганизмы выполняют в природной среде очень важные функции – азотфиксации, нитрификации, денитрификации, хемолитотрофной фиксации СО₂ . Формирование почвы, сохранение баланса атмосферного газа также связаны с их деятельностью. Фототрофные микроорганизмы являются первичными продуцентами в океанах, до 40% глобального фотосинтеза происходит с их участием. Микроорганизмы широко используются в медицине, промышленности, сельском хозяйстве.

Для сохранения микроорганизмов с полезными свойствами научно-исследовательскими учреждениями разработаны методы консервации и реактивации культур микроорганизмов, позволяющие в течение многих лет сохранять их ценные физиологические и биохимические свойства. Для этого бактериальные культуры высушиваются путем лиофилизации с целью перевода их в анабиотическое состояние. Грибы и актиномицеты сохраняют большей частью в физиологическом растворе, почве, песке, под слоем вазелинового масла, в среде с повышенным содержанием хлорида натрия.

Вопросы для обсуждения

1. Способы и пути сохранения биоразнообразия?

2. Как вы понимаете сохранение биоразнообразия in-situ?

3. Сохранение ex-situ что предполагает?

4. Роль зоопарков и питомников?

5. Что такое «банк гермоплазмы»?

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ

Это направление науки возникло во второй половине ХХ века, а бурное развитие получило чуть позже в 70-80-ых годах в США затем и в СССР. Биотехнология тесно связана с новой отраслью производства и обязана своим рождением научно-техническому прогрессу. Понятие «биотехнология» включает комплекс производственных процессов, основанных на использовании биокатализаторов, микроорганизмов и различных биологических систем. Она возникла на основе использования микроорганизмов и биосистем (культур растительных и животных тканей, протопластов и т.д.) с запрограммированными свойствами, на основе достижений генетической инженерии и инженерной энзимологии (ensim –фермент). Биотехнологические промышленные процессы могут осуществляться микроорганизмами, водорослями, простейшими, культурами клеток и тканями животных и растений, ферментами, мембранами и клеточными органеллами. Таким образом, можно следующим образом сформулировать определение, что такое биотехнология – это отрасль науки и производства, использующая биологические системы и процессы для производства экономически важных веществ и продуктов.

Возникновение биотехнологии обусловлено не только прогрессом наук, но и социально-экономическими потребностями общества. Такие актуальнейшие проблемы, стоящие перед человечеством, как дефицит чистой воды, пищевых (особенно белковых) веществ, загрязнение окружающей среды, недостаток сырьевых и энергетических ресурсов, разработка новых средств для диагностики, предупреждения и лечения болезней, не могли решаться традиционными методами и поэтому остро встала необходимость в разработке и широком внедрении принципиально новых технологий. Поэтому интерес к будущему биотехнологии, к ее перспективам огромен.

Взаимоотношения современной биотехнологии и экологии имеют различные аспекты.

Достижения экологии входят в научный базис современной биотехнологии. Биотехнология помогает решать ряд экологических проблем. Это использование биотехнологических методов для защиты среды от промышленных и бытовых отходов, деградации токсичных соединений, уже попавших в среду. Также с биотехнологией связано создание более экологичных производств. В результате внедрения биотехнологичсеких методов происходит более полная утилизация сырья, интенсификация выращивания и использования возобновляемых природных ресурсов. Создаются малоотходные и безотходные промышленные процессы, вписывающиеся в биосферу.

На основе биотехнологических схем могут быть созданы разнообразные энергетические установки – от получения биогаза до иммитации процесса фотосинтеза. Уже сейчас биотехнологическим путем производят огромное количество кормового белка, биогаза из отходов, используются специально созданные штаммы микроорганизмов для очистки от нефтяных загрязнений водных экосистем. Расширяется использование метода бактериального выщелачивания металлов в горнорудной промышленности, т.е. использование различных видов бактерий для извлечения тех или иных металлов из рудных месторождений.

Как видно, биотехнология может внести существенный вклад в решение экологических, энергетических и сырьевых проблем.

Особенности возникновения биотехнологии

По своему происхождению научно-технические отрасли можно разделить на три группы:

1. Отрасли, возникшие на базе усовершенствования эмпирических тра- диционных производств.

2. Новые отрасли, возникшие в результате внедрения в производство фундаментальных научных знаний.

3. Отрасли, возникшие на основе традиционных производств в результате коренного переворота технологии, вызванного взаимодействием фундаментальных естественных и технических наук.

Развитие отраслей первого типа происходит эволюционно. Их влияние на другие отрасли ограничено. Здесь главная задача – теоретико-экспериментальное изучение традиционных технологических процессов и их усовершенствование, области применения таких технических наук узки. Роль естественных наук в них, как правило, невелика. Благодаря этим особенностям роль отраслей первого типа в развитии научно-технического прогресса не является определяющей. К этому типу можно отнести литейное производство, обработку металлов резанием и т.д.

Возникновение отраслей второго типа происходит революционно в результате разрешения противоречия между научным потенциалом и состоянием техники. Доля естественных наук в них существенна. Развитие этих отраслей оказывает большое влияние на развитие науки. Они имеют многочисленные области применения и широко взаимодействуют с другими отраслями техники. К ним относятся и изобретения атомных реакторов, радиоэлектронной и вычислительной техники, квантовая электроника, открытие кода передачи наследственных свойств у организмов и т.д.

Биотехнология относится к третьему типу. Она зародилась в недрах микробиологии на базе традиционных микробиологических производств (в основном бродильных). С древности биотехнологические методы применялись в хлебопечении, виноделии, сыроварении, пивоварении, получении спирта брожением, силосовании кормов и т.д. Однако дальнейшее развитие микробиологической промышленности было связано не с эволюционным усовершенствованием традиционных технологий, а с возникновением принципиально новых производств. Переворот, происшедший при этом в технологии, был революционен. Для его осуществления понадобилось тесное взаимодействие комплекса наук. В результате этого переворота и возникла биотехнология.

Если обратиться к анализу научно-технической предпосылки формирования биотехнологии, то ученые считают, что по дошедшим до нас историческим документам трудно точно установить на какой территории, в какое время и в какой именно отрасли хозяйства впервые начали использоваться микроорганизмы.

Одна из древнейших областей применения деятельности микроорганизмов – хлебопечение. Микрофлора, случайно попавшая в приготовленные из дробленого зерна пресные лепешки, могла вызвать в них процессы брожения. Этот процесс сопровождался выделением углекислого газа, увеличивающего объем теста. Вкус таких изделий улучшался. Так примерно 8000 лет назад, по мнению ученых, появились зачатки хлебопечения. Древней областью практического использования процессов, вызываемых микроорганизмами, считаются пивоварение и виноделие. Человечество также с древних времен сталкивалось и с отрицательными последствиями деятельности микроорганизмов – инфекционные болезни людей, домашнего скота, порча пищевых продуктов. Хотя природа этих процессов была неизвестна, разрабатывались эмпирические методы борьбы с ними, например, сушка, замораживание, засолка, квашение пищевых продуктов. В те времена из-за уровня развития науки и техники невозможно было понять сущность таких процессов как брожение или передача наследуемых признаков (роста, цвета кожи, глаз, строение носа и т.д.).

Интуитивная, эмпирическая генетика возникла и нашла практическое применение еще раньше, чем использование процессов брожения. Одним из первых научных наблюдений человека была способность живых организмов передавать свои свойства потомству. Эти наблюдения позволили жителям Ближнего Востока еще в каменном веке вывести от диких животных и растений некоторые из разводимых нами домашних животных и культурных растений. Эти достижения произошли примерно за 8000 лет до н.э. и обусловили развитие цивилизации.

Таким образом, если этап эмпирической технологии длился почти до 15 века, то период с 15 века по 18 век характеризуется как период зарождения наук, лежащих в основе биотехнологии.

В первую очередь – это открытие микроорганизмов, которое связано с именем голландца А. Левенгука (жил с 1632 по 1723гг.). 17-18 век характеризуется как описательный период в микробиологии, т.к. сущность процессов, лежащих в основе микробиологических производств не была вскрыта, и их усовершенствование продолжалось путем эмпирических поисков. Но уже ко второй половине 19 века микробиология сформировалась как научная дисциплина, этому способствовали ряд открытий за рубежом (Франции, Англии, Германии) и в России. Открытие причин инфекционных заболеваний животных и людей (Л.Пастер, Р.Кох, Ф.Кон), получение питательных сред для селективного выращивания определенных групп микроорганизмов ( Л.Пастер, М.Бейеринк, С.Н.Виноградский), открытие азотфиксирующих бактерий (М.С.Воронин, М.Бейеринк), химизма брожения (Э.Бухнер, Э.Фишер, А.Н.Лебедев, А.Я.Данилевский), развитие медицинской микробиологии (И.И.Мечников, Н.Ф.Гамалея, Д.И.Ивановский).

Коренные преобразования инженерно-технической базы микробиологических производств привели к формированию технических дисциплин, изучающих эти процессы. Технические науки начали становиться мощным фактором совершенствования производственных процессов на крупных предприятиях, основанных на использовании биологических объектов. Это послужило непосредственной технической предпосылкой для возникновения биотехнологии.

Области применения биотехнологии

В современный период все области применения биотехнологических процессов и продуктов можно разделить по 3 направлениям.

1. Это разработки в интересах сельского хозяйства. Сюда относятся производство микробного белка для кормовых целей, производство незаменимых аминокислот, необходимых для сбалансированности по аминокислотному составу кормовых добавок. Выпуск вирусных и бактериальных препаратов для профилактики заболеваний птиц и сельскохозяйственных животных для эффективной борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений. Производство бактериальных удобрений для полеводства. Главным образом это препараты, содержащие азотфиксирующие микроорганизмы, благодаря которым азот воздуха становится доступным для растений.

2. Разработки в интересах развития биологической науки и здравоохранения. На основе достижения генной инженерии и молекулярной биологии обеспечение высокоэффективными вакцинами и антибиотиками, ферментами, витаминами, гормональными препаратами и т.д.

3. Это разработки для промышленности. Сюда относятся продукции биотехнологических производств, применяемые в пищевой и легкой промышленности, металлургии, в нефтегазовой отрасли, в резиновой и лакокрасочной промышленности и т.д.

Применение биотехнологических процессов и продуктов в народном хозяйстве показывают следующие примеры:

Область	Примеры применения
Медицина	Антибиотики, ферменты, аминокислоты, кровезаменители, здравоохранение, алкалоиды, нуклеотиды, иммунорегуляторные препараты, фармакология - противораковые и противовирусные препараты, новые вакцины, гормональные препараты (инсулин, гормон роста), моноклональные антитела для диагностики и лечения, пробы ДНК для диагностики, исследование природы рака и процессов старения человеческого организма, продукты для диетическо­го питания
Получение химических веществ	Этилен, пропилен, бутилен, окисленные углеводороды, органические кислоты, терпены, фенолы, акрилаты, полимеры, ферменты, продукты тонкого органического синтеза, полисахариды
Животноводство	Усовершенствование кормовых рационов (производство белка, аминокислот, витаминов, кормовых антибиотиков, ферментов, заквасок для силосования), ветеринарных препаратов (ан­тибиотики, вакцины и т. д.), гормонов роста, создание высоко­продуктивных пород, пересадка оплодотворенных яйцеклеток и эмбрионов, манипуляции над эмбрионами
Растениеводство	Биорациональные пестициды, бактериальные удобрения, гиббереллины, производство безвирусного посадочного материала, создание высокопродуктивных сортов и гибридов, устойчивых к болезням, засухе, заморозкам засоленности почв
Рыбное хозяйство	Кормовой белок, ферменты, антибиотики
Пищевая промышленность	Белок, аминокислоты, заменители сахара (аспартам, глюкозо-фруктовый сироп), полисахариды, органические кислоты, нуклеотиды, липиды, переработка пищевых продуктов
Энергетика и добыча полезных ископаемых	Спирты, биогаз, жирные кислоты, алифатические углеводороды, водород, уран, а также интенсификация добычи нефти газа, угля, искусственный фотосинтез, биометаллургия, добыча серы
Тяжелая промышленность	Улучшение технических характеристик каучука, бетонных, цементных, гипсовых растворов, моторных топлив; антикоррозий­ные присадки, смазки для прокатки черных и цветных ме­таллов, технический белок и липиды
Легкая промышленность	Улучшение технологии переработки кож, производства текстильного сырья, шерсти, бумаги, парфюмерно-косметических изделий, получение биополимеров, искусственных кожи и шер­сти и т. д.
Биоэлектроника	Биосенсоры, биочипы
Космонавтика	Создание замкнутых систем жизнеобеспечения в космосе
Экология	Утилизация сельскохозяйственных промышленных и бытовых отходов, биодеградация трудноразлагаемых и токсических ве­ществ (пестицидов, гербицидов, нефти), создание замкнутых технологических циклов, производство безвредных пестицидов, легкоразрушаемых полимеров
Научные исследования	Генно-инженерные и молекулярно-биологические исследования (ферменты рестрикции ДНК, ДНК- и РНК-полимеразы, ДНК- и РНК-лигазы, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды и т. д.), медицинские исследования (средства диагностики, реакти­вы и т. д.), химия (сенсоры, реактивы)

Таким образом, биотехнология это наука, поставленная на удовлетворение потребности человека, но на уровне, который превосходит все существовавшие традиционные технологии. Этот раздел науки причисляют к высоким технологиям, т.е. наукам которые перспективны в будущем и в настоящий период.

Вопросы для обсуждения

1. Что такое биотехнология?

2. Почему биотехнологические методы являются экологичными?

3. Как возникла биотехнология и что способствовало этому?

4. Почему биотехнология считается актуальной и перспективной наукой?

5. Области, где можно использовать достижения биотехнологии?

6. Как используются в медицине достижения биотехнологии?

Достижения биотехнологии для решения экологических проблем

Человеческое общество с момента своего возникновения нарушало равновесие в окружающей среде – уничтожение крупных животных; выжигание лесов для охоты, пастбищ, земледелия; загрязнение почв и вод в местах поселений и т.д. С развитием цивилизации стали более ощутимы пределы естественной продуктивности биосферы: истощаются природные ресурсы, источники энергии, ощущается недостаток пищи, чистой воды; загрязнение во многих регионах достигает критического предела. Эти проблемы в основном порождены научно-техническим прогрессом и должны решаться с использованием новейших его достижений. Биотехнология и является одной из направлений высоких технологий, которые способствуют повышению экологичности народного хозяйства, возникновению более гармоничных отношений между обществом и природой. В качестве примера можно рассмотреть несколько таких направлений.

Обработка сточных вод. Для деструкции отходов используются низшие грибы, бактерии, водоросли, фитопланктон, мидии, личинки насекомых, фотосинтезирующие организмы. Процессы разложения промышленных и бытовых отходов осуществляются не отдельными видами, а ассоциациями. Подбираются комплексы, способные к активной деструкции. Например, при дефиците азота в стоках в составе биоценозов используются азотфиксирующие микроорганизмы. Подбираются специальные культуры для направленного разложения ряда трудноокисляемых органических и неорганических соединений как существующих в природе, так и искусственно синтезированных. Если в природе нет необходимых деструкторов, то их получают методом генетической инженерии, часто для разложения синтетических загрязнителей промышленных сточных вод используют ферменты. Активный ил – это и есть естественный или искусственный биоценоз, содержащий комплекс микроорганизмов, который осуществляет очистку. При очистке разрабатываются методы извлечения металлов из сточных вод, например, получают серу из сероводорода, образуемого сульфат редуцирующими бактериями.

Переработка твердых отходов городов. Для переработки твердых городских отходов применяется компостирование, в результате которого происходит микробиологическая деградация твердых органических материалов и образуется стабилизированный продукт – компост. Процессы компостирования могут проводить и в специальных аппаратах с аэрацией и перемешиванием компостируемой массы. Разрабатываются специальные методы деструкции трудноразлагаемых промышленных твердых отходов. Например, австрийский бактериолог Г.Шаден выделил бактерии, разлагающие пластмассу. В Болгарии, США и других странах разработаны способы микробиологического разрушения старых автомобильных шин.

Получаемый при биологической переработке твердых отходов компост может быть использован в качестве удобрения, а биогаз, образуемый при анаэробных процессах (т.е. без доступа кислорода, при брожении) является ценным энергетическим сырьем.

Деструкция нефти и нефтепродуктов. Проблема загрязнения вод и почвы нефтью является в настоящее время очень актуальной. Некоторые микроорганизмы (в основном углеводородокисляющие бактерии) используют ее в качестве углеродного питания, что способствует биодеградации нефти. Обычно часть нефти разрушается из-за растворения, испарения легких компонентов, переваривания морскими животными и фотохимического окисления. Таким образом, при естественных выходах нефти и газа, в целом процессы поступления и убыли ранее уравновешивались. Сейчас из-за увеличения мирового объема добычи, переработки и транспортировки нефти резко возросло и загрязнение нефтью.

Доказано, использование деятельности микроорганизмов - один из наиболее рациональных путей деструкции нефти и нефтепродуктов. Наряду с бактериями, дрожжами для разложения нефти начали использовать водоросли и другие организмы. Еще не изучен до конца биохимизм превращения нефти. Установлено, что он активно протекает при температуре 20-28⁰ С и тормозится при низкой (ниже 5⁰С). Процесс деградации нефти зависит от снабжения молекулярным кислородом. В ряде стран появились в последние годы много публикаций и патентов, посвященных подбору искусственных ассциаций микроорганизмов, обладающих способностью к активной деструкции нефти. Методом генетической инженерии получен штамм для биологической очистки водоемов от нефти и нефтепродуктов, который ассимилирует («съедает») сырую нефть в десятки раз быстрее обычного микроорганизма.

Биоэнергетика. Наиболее перспективное направление биоэнергетики – биологическая конверсия органических веществ в биогаз, содержащий 50-80% метана и 20-50% углекислого газа. Биоэнергетические установки по получению биогаза из отходов животноводства (навоз), птицеводства, растениеводства, пищевой, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, твердых органических отходов и т.д. имеются в России, особенно много таких установок в Китае, имеются и в Западной Европе, Индии и в других странах. Упрощенно уравнение конвертирования углеводов можно представить следующим образом:

С₆ Н₁₂ О₆ 3СН₄ + 3СО₂

Превращение углеводородов в метан - сложный многостадийный микробиологический процесс, протекающий под действием комплекса микроорганизмов. Бактерии, осуществляющие этот процесс, относятся к древнейшим бактериям (архебактерии) и занимают промежуточное положение между прокариотами и эукариотами. Производство биогаза осуществляется в железобетонных или металлических аппаратах для анаэробного культивирования емкостью 1-2 до нескольких тысяч кубометров с использованием твердофазной или глубинной ферментации на жидких средах.

М етановое брожение традиционно использовалось для очистки сточных вод и твердых бытовых отходов, но уже доказано, что сырьем может служить практически любая биомасса. Биогаз, полученный микробной трансформацией такого сырья, недорог, может конкурировать с другими альтернативными источниками энергии. Он может применяться для нагрева воды в системах отопления, трансформироваться в электрическую энергию.

Биогеотехнология металлов – наука об избирательном извлечении металлов из многокомпонентных соединений (руд, концентратов горных пород, растворов) под воздействием микроорганизмов или их метаболитов. Перспективность и актуальность внедрения этого метода связана с исчерпанием доступных природных ресурсов. Возникла необходимость разработки принципиально новых технологий, дающих возможность использовать сравнительно небогатые, труднодоступные источники сырья, а также с экологичностью этого метода. Бактериальное выщелачивание (выщелачивание – это процесс перехода в раствор водорастворимых веществ горной породы) не обезображивает поверхность земли карьерами, отвалами пустой породы, не загрязняет землю, воды и воздух промышленными стоками, грязью и пылью. Микробиологическая адсорбция (поглощение) и бактериальное выщелачивание (экстракция, выделение) дают возможность получить дополнительное количество металла за счет утилизации сырья, которое ранее считалось непригодным – это «хвосты» обогатительных предприятий, разубоженные руды, шламы, отходы металлургического производства, забалансовые руды, морская вода, сточные воды и т.д. Этот метод считается одним из наиболее совершенных и дешевых способов добычи металлов. Используется простая аппаратура, бактерии быстро размножаются, можно проводить рециркуляцию отработанных растворов, содержащих микроорганизмы. Применение биометаллургического способа во много раз ускоряет и удешевляет процессы добычи.

Было показано, что биогеохимический процесс окисления сульфидов в природе широко распространен и бактерии способны окислять почти все сульфидные минералы. К 1970г. были разработаны микробиологические процессы выщелачивания меди, цинка, никеля, кобальта, урана. Позднее разработаны способы бактериального выщелачивания кадмия, железа, германия, титана, молибдена, марганца, хрома, золота и т.д. Таким образом, сущность биометаллургического способа добычи основана на способности некоторых микроорганизмов переводить соединения металла из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную. Последняя стадия биометаллургических процессов – извлечение металлов из растворов различными способами, это может быть и сорбция, экстракция, осаждение, восстановление и другие методы.

Краткое рассмотрение далеко неполного перечня достижений биотехнологии, как видно, дает возможность решения многих хозяйственных задач, не вступая человеку в конфликт с природой, т.е. все биотехнологические методы являются экологичными, рациональными и бережными по отношению к природной среде.

Вопросы для обсуждения

1. Как происходит очистка сточных вод?

2. Какие условия необходимы для очистки от нефтяных загрязнений?

3. Как вы понимаете термин «биогаз»?

4. Почему метод бактериального выщелачивания является экологичным?

5. Используется ли метод бактериального выщелачивания в Казахстане?

Глоссарий

Экология – ( от греч. oikos – дом, жилищ, место пребывания и logos – слово, учение). Наука о разных аспектах взаимодействияорганизмов между собой и с окружающей средой.

Биоразнообразие – разнообразие живых организмов, растений, животных и микроорганизмов во всех областях их существования. Различают разнообразие на генном, видовом и экосистемном уровнях.

Аут(о)экология - (от греч. autos – сам и экология), раздел экологии, изучающий действие различных факторов среды (преимущественно абиотических) на отдельные виды.

Демэкология – (от англ. demes – группа индивидуумов), популяционная экология, изучает закономерности по которым развивается популяция.

Синэкология - (от греч. syn – вместе), раздел экологии, изучающий сообщества организмов (биоценозы, экосистемы).

Урбоэкология - (от лат. urbanus – городской), область знания объектом исследования которой являются человек в городской среде человеческие поселения в природном окружении и многообразные прямые и обратные связи между окружающей средой и человеком как биологическим и социальным существом.

Геоэкология – раздел географии, исследующий геосистемы высоких иерархических уровней – до биосферы включительно. Изучает взаимодействия составных частей природного комплекса и воздействия общества на природную составляющую ландшафтов.

Социальная экология - отраслевая экология, предметом изучения которой являются специфические связи между человеком и окружающей средой.

Биогеоценология - (bios – жизнь, ge – Земля, koinos – общий, logos – наука) – наука изучающая сообщества живых организмов на Земле или дисциплина изучающая биогеоценозы и их совокупность – биогеоценотический покров Земли.

Адаптация – (от лат. adapto – приспособляю) процесс приспособления организмов к условиям внешней среды.

Эмерджентность – ( от англ. emergent – возникновение, появление), наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов не объединенных системообразующими связями.

Гомеостаз – ( от греч. homois – общий, одинаковый, statos – неподвижный), способность сохранять постоянство скоррелированных процессов, среды которые поддерживают большинство устойчивых состояний.

Экологические факторы – условия внешней и внутренней среды (абиотические, биотические, антропогенные), на которые организмы отвечают приспособительными реакциями или адаптацией.

Абиотические факторы – ( от греч. «а» - приставка в значении «не», «без» и bioticos – жизненный, живой), совокупность факторов не живой природы, например, климатические, эдафические, гидрологические, геоморфологические факторы.

Биотические факторы - факторы живой природы, т.е. это взаимоотношения живых организмов между собой, которые могут выражаться через различные взаимоотношения - это симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм и т.д.

Толерантность – (от лат. tolerantia – терпение), способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды. Все организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом величины воздействующего фактора; диапазон между этими двумя величинами представляет собой пределы толерантности.

Резистентность - (от лат. resistere – противостоять, сопротивляться) устойчивость организмов, путем реакции защиты и сопротивления, к воздействию различных неблагоприятных факторов среды.

Гипобиоз - специальные приспособления, связанные с глубоким замедлением жизнедеятельности организма, например, состояние спячки у животных; анабиоз – у растений, спор, семян.

Экологическая валентность или диапазон толерантности – это диапазон между минимальным и максимальным значением экологических факторов.

Эврибионтные виды – (от греч. eurys – широкий и bios - жизнь) это виды, переносящие большие отклонения фактора от оптимальных величин, т.е. организмы с широкой экологической адаптированностью, способные существовать в различных условиях среды.

Стенобионтные виды –( от греч. stenos – узкий и bios – жизнь) организмы малоустойчивые к изменениям фактора, т.е. с узкой экологической адаптированностью, способные существовать лишь при относительно постоянных условиях среды.

Констелляция – совокупное действие на организм нескольких факторов среды.

Синергический эффект – когда совместное действие нескольких факторов усиливает друг друга и производит больший эффект чем сумма раздельных действий, например, действие комплексных удобрений.

Денатурация - необратимые нарушения структуры белка (свертывание белка) при высокой или низкой температуре, т.е. за пределами температурных порогов жизни.

Пойкилотермные организмы ( от греч. poikilos – изменчивый, меняющийся) - сюда относятся организмы температура тела которых зависит от температуры окружающей среды. К ним относятся все таксоны органического мира кроме птиц и млекопитающих.

Гомойотермные организмы ( от греч. homoios – одинаковый) – это организмы с постоянной температурой тела за счет производства собственной теплопродукции, поэтому устойчивые к колебаниям температуры внешней среды. Сюда относятся птиц и млекопитающие, в том числе и человек.

Антифризы – вещества, которые синтезируются в организме для понижения точки замерзания и препятствуют образованию кристаллов льда, т.е. это адаптация организмов к действию отрицательных температур. К этим веществам относятся гликопротеиды- глицерин, различные сахара.

Транспирация – (от лат. transpiration – выделение) испарение воды растениями.

Полипноэ - это механизм адаптации, связанный с учащенным дыханием при высокой температуре, характерно для млекопитающих.

Эфемеры – (от греч. ephemeros – мимолетный, недолговечный) – однолетние растения и животные с коротким, обычно весенним, периодом развития, эфемероиды – многолетние организмы. Это связано с приспособлением к сезонному ритму влажности.

Гелиофиты – ( от греч. helios – солнце и phyton – растение) - светолюбивые растения, произрастающие только на открытых местах с хорошей освещенностью.

Сциофиты – ( от греч. skia –тень и phyton – растение) – тенелюбивые растения, не выносят сильного освещения поэтому растут обычно под пологом леса в постоянной тени.

Популяция - (от лат. populatio – народ, население) – совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, характеризующихся общностью морфологического типа, специфического генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей.

Ценопопуляция – растительная популяция, указывающая место и роль населения определенного вида в функционировании фитоценозов.

Регрессивные популяции – это по возрастному составу вымирающие популяции, т.к. в ней преобладают особи старческого возраста.

Инвазионные популяции – это популяции, по возрастному составу представленные в основном молодыми особями, поэтому считаются внедряющимися.

Плотность популяции - среднее количество особей в популяции на единицу площади или объема.

Биотический (репродукционный) потенциал – изменения численности популяции в какой-то период, который определяется разностью относительных величин рождаемости и смертности.

Эпизоотия – (от греч. epi – на, над, сверх, при и zoon – животное), одновременное прогрессирующее во времени и пространстве в пределах определенного региона распространение инфекционной болезни среди большого числа одного или многих видов животных.

Экосистема – термин введенный в науку А.Тенсли (1935г.), это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое.

Биогеоценоз – (от греч. bios –жизнь, ge – Земля, koinos – общий) – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Биоценоз – совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок суши или водоема. Биоценоз является составной частью биогеоценоза.

Биотоп (экотоп) – (от греч bios – жизнь, topos – место) – участок водоема или суши с однотипными условиями рельефа, климата и других абиотических факторов, занятый определенным биоценозом.

Автотрофные организмы (автотрофы), (от греч. autos –сам, trophe – пища, питание) - организмы, которые сами синтезируют органические вещества необходимые для жизнедеятельности в процессе фотосинтеза (растения) и хемосинтеза (некоторые виды бактерий).

Гетеротрофные организмы (гетеротрофы) - (от греч. geteros – другим, trophe – пища, питание) – организмы, использующие в качестве источника питания органические вещества, создаваемы другими организмами. К ним относятся все животные, грибы, большинство бактерий, а также немногие растения – сапрофиты (паразитические цветковые растения, некоторые водоросли).

Продуценты (от лат. producentis – производящий) – организмы, продуцирующие органическое вещество из простых неорганических веществ(авторофные и хемотрофные организмы).

Консументы (от лат. consumo – потреблять, расходовать) – организмы, потребляющие готовые органические вещества, созданные продуцентами. Сюда относятся все гетеротрофы, в том числе и человек.

Редуценты (деструкторы) - (от лат. reducentis – возвращать) – организмы, превращающие (минерализующие) в процессе своей жизнедеятельности сложные органические вещества в простые соединения и таким образом возвращающие их в среду для вовлечения опять в биологический круговорот.

Сапрофаги (от греч. sapros – гнилой и phagein – есть, пожирать) организмы, питающиеся мертвым органическим веществом, гнилью.

Пастбищные цепи (цепи выедания) – взаимоотношения между организмами, через которые осуществляется перенос вещества и энергии, происходящий путем поедания одних организмов другими. Основу цепи составляют автотрофные организмы, а затем идут потребляющие их растительноядные и платоядные организмы.

Детритные цепи (цепи разложения) - процесс отмирания, разложения и минерализации органических веществ сапрофитами и микроорганизмами.

Биомасса – (от греч. bios – жизнь, massa – ком, кусок), суммарная масса всех организмов на Земле, в отдельных экосистемах, группе видов и т.д. Может относиться к сырому (живому) состоянию организмов или сухому состоянию их тел.

Продуктивность экосистем - образование продукции в единицу врмени на единице площади или объема, выраженное в единицах массы (кг, ц, т).

Закон Линдемана («правило 10%») – переход энергии с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близкой к 10% от энергии потребленной с пищей.

Правило пирамид – численность организмов, количество биомасс и энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофическом уровне цепи питания, меньше ее значений на предыдущем уровне.

Симбиоз – (от греч. symbiosis – сожительство) - биотическая связь между видами, при которой оба партнера или один их них получают пользу от этих отношений.

Мутуализм – (от лат. mutuus – взаимный) - вид симбиоза, когда партнерство двух видов взаимовыгодно и необходимо для их существования.

Протокооперация – вид взаимовыгодного симбиоза, но при этом каждый вид может существовать отдельно от другого.

Комменсализм – (от лат. commensalis – однокашник) – это тип взаимоотношений положительные для одного и безразличные для другого. Комменсализм условно делят на нахлебничество - потребление остатков пищи хозяина; сотрапезничество – потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса; квартиранство – испльзование одними видами других в качеств убежища или жилища.

Аменсализм - ( от лат.amens – безрассудный, безумный) – форма антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы.

Хищничество – тип антибиоза, при котором представители одного вида служат в качестве пищи для другого вида. Хищничество широко распространено в природе ими являются как платоядные так и растительноядные организмы.

Конкуренция – это форма взаимоотношений, когда два вида используют одни и те же ресурсы (пищу, пространство, убежища).

Экологическая ниша – понятие, включающее в себя физическое пространство, занимаемое видом или организмом, его функциональную роль в сообществе и его положение относительно градиентов внешних факторов, в первую очередь потоков энергии и др. (температуры, влажности, кислотности почвы и других условий существования).

Экологические сукцессии – (от лат. successio – преемственность, наследование) – развитие экосистемы, путем последовательной смены во времени одних биоценозов другими на определенном участке земной поверхности.

Экзоэкогенетические (аллогенные) сукцессии – когда смена сукцессий вызваны внешними абиотическими причинами, например, изменение климата, рельефа и т.д.

Эндоэкогенетические (автогенные) сукцессии – изменения внутри сообществ вызванные биотическими процессами в самой системе, в результате деятельности живых организмов.

Дигрессии – (от лат. digressio – отклонение) – ухудшние состояния сообщества из-за внешних или внутренних причин.

Катаценоз – (от лат. cata – вниз, против; cainos – общий) – ухудшение экосистем вплоть до полного распада, т.е. до финальной модификации дигрессирующего сообщества.

Первичные сукцессии – сукцессии, которые начинаются на субстрате не измененном (или почти не измененном) деятельностью живых организмов, т.е. на голом субстрате.

Вторичные сукцессии – сукцессии, развивающиеся на первоначально измененном субстрате деятельностью комплекса живых организмов. Такие сукцессии имеют восстановительный (демутационный) характер. Например, восстановление биоценоза после пожара или вырубки леса.

Флуктуации – ( от лат. fluctuatio – колебание) – колебание численности популяции и продуктивности в виде волнообразной кривой.

Климакс-формация – (о греч. klimax – высшая точка, кульминация) – высшая ступень развития экосистем; устойчивая стадия их развития, находящаяся в полном единстве с климатом данной местности.

Виды эдификаторы – (от лат. aedificator – строитель) – растения, играющие основную роль в формировании биоценотической среды экосистем,т.е. виды растений, создающие среду обитания.

Виды индикаторы – (от лат. indicator – указатель)- растения, грибы, животные, микроорганизмы и биоценозы, указывающие на те или иные особенности среды.

Биосфера (син. глобальная экосистема) – (от греч. bios – жизнь, и sphaira – шар) - область обитания живых организмов, состав, структура и энергетика которой определяется деятельностью всей совокупности живых организмов – биотой. Она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Живо вещество биосферы – совокупность масс живых организмов, населяющих Землю, вне зависимости от их систематической принадлежности.

Косное вещество биосферы – все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими.

Планктон – (от греч planktos – блуждающий) – пассивно парящие в толще воды организмы, состоит из автотрофных организмов (одноклеточные и многоклеточные водоросли) – фитопланктона и гетеротрофных (протозоа, мелкие ракообразные, медузы) – зоопланктона.

Нектон – (от греч. nektos – плывущий) – совокупность активно плавающих животных (особенно рыб).

Бентос – (от греч. benthos – глубина) – совокупность организмов, обитающих на дне водных экосистем.

Нейстон (от греч. neustos – плавающий) – виды организмов, обитающие на границе водной и воздушной сред, связанные с поверхностной пленкой воды (сверху или снизу). Обычно это простейшие, одноклеточные водоросли, клопы, личинки комаров, плавунцов.

Плейстон ( от греч. pleo – плыву) – совокупность организмов часть тела которых находится в воде, а часть в воздухе. Например, ряски, лилии, белые кувшинки и т.д.

Эдафосфера (педосфера) – это почва, т.е. верхняя часть литосферы, представляющая собой сложное биокосное тело, которое обладает особыми свойствами и функциями.

Биотехнология – любой вид технологии, связанный с использованием биологических систем, живых организмов или их производных для изготовления или изменения продуктов или процессов с целью их конкретного использования

Биологическая очистка (сточных вод) – метод очистки, основанный на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические загрязнения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности.

Биогеотехнология металлов – метод избирательного извлечения металлов из многокомпонентных сред (руд, горных пород, растворов) под воздействием микроорганизмов.

Биогаз – смесь газов, образующаяся при разложении органических отходов растительного и животного происхождения в естественных условиях или в специальных установках. В образовании биогаза участвуют анаэробные организмы и бактерии метанового брожения.

Генная инженерия – молекулярно-биологический процесс переноса генов с целью изменения наследственности организмов в нужном человеку направлении.

Ферменты (энзимы) – ( от лат. fermentum – закваска) – присутствующие во всех живых клетках белковые катализаторы реакций обмена веществ.

Биоразнообразие – разнообразие живых организмов во всех областях их существования. Это разнообразие на уровне генов, видов, сообществ и экосистем.

Гермоплазма - коллекция живых растений, находящиеся на хранении семена, вегетативные органы, трансплантанты, способные к воспроизводству потомства.

Генетический резерват лесной – участки леса с ценной в генетико-селекционном отношении частью популяции вида, подвида.

Деградация экосистем – постепенное ухудшение свойств почв, уменьшение численности растительного, животного компонентов, упрощение структуры, и как результат, снижение функциональных проявлений и саморегулирующей способности.

Реликтовые виды – виды растений и животных, сохранившиеся от исчезнувших, широко распространенных в прошлом флор и фаун.

Эндемичные виды - виды растений и животных, ограниченные в своем распространении, чаще относительно небольшой географической областью.

Сохранение ex-situ – сохранение компонентов биологического разнообразия вне их естественных мест обитания.

Сохранение in-situ - сохранение экосистем и естественных мест обитания, а также поддержание и восстановление жизнеспособных популяций видов в их естественной среде, а применительно к одомашненным или культивируемым видам – в той среде, в которой они приобрели свои отличительные признаки.

Интродукция - (от лат. inroductio – введение), переселение видов организма за пределы их ареалов (области распространения), проводимое человеком преднамеренно или случайно.

Акклиматизация – процесс активного приспособления вида к новым для него климатическим условиям.