Екологія як наука та її роль у сучасному суспільстві. Еволюція взаємовідносин людини і природи

Скачати 4.38 Mb.

Назва	Екологія як наука та її роль у сучасному суспільстві. Еволюція взаємовідносин людини і природи
Сторінка	3/32
Дата	21.02.2016
Розмір	4.38 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Біологія > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 32

2.2. Значення абіотичних факторів середовища в житті організмів

Незважаючи на те, що всі абіотичні фактори навколишнього середовища впливають на живі організми комплексно, дія кожного з них нерівноцінна. Розглянемо більш детально кожний фактор окремо.

Температура — один із найважливіших факторів, який впливає на живі організми. Від цього фактора залежить нормальний перебіг усіх життєвих процесів в організмі - обмін речовин, ріст, розвиток та ін. Температура більш-менш закономірно змінюється впродовж доби і від сезону до сезону. Температурний режим також залежить від географічної широти, висоти місцевості над рівнем моря та ін.

Температура - важливий обмежуючий фактор. Межами толерантності для будь-якого виду є максимальна і мінімальна летальні температури, за межами яких вид смертельно уражують спека або холод. Для більшості видів температурний інтервал існування складає від 0 до 50°С, що обумовлено властивостями протоплазми клітин.

Адаптаційні процеси в тварин стосовно до температури привели до появи пойкілотермних (холоднокровних) тварин - температура їх власного тіла змінюється зі зміною температури навколишнього середовища і гомойотермних (теплокровних) - вони мають постійну температуру тіла, яка не залежить від температури зовнішнього середовища. І пойкілотермні, і гомойотермні тварини в процесі еволюції набули здатності регулювати температуру свого тіла. Ця здатність називається терморегуляцією.

Залежно від пристосованості до температури виділяють евритермних (пристосованих до значних коливань температури) і стенотермних (пристосованих до певних температур) організмів.

Відомі морфологічні (різні життєві форми рослин і тварин) і фізіологічні (акліматизація, міграція, зимівля, літня сплячка, анабіоз, діапауза) адаптації до дії низьких і високих температур.

В оптимальному температурному інтервалі організми почувають себе комфортно, активно розмножуються і чисельність популяції зростає. В умовах дії крайніх меж оптимального температурного інтервалу організми почувають себе пригнічено. При подальшому похолоданні (нижня межа стійкості) або підвищенні температури (верхня межа стійкості) організми потрапляють у «зону смерті» і гинуть. Цим прикладом ілюструється загальний закон біологічної стійкості (за М. Ламоттом), який можна застосувати до кожного з обмежуючих факторів. Величина «оптимального інтервалу» характеризує «величину» стійкості організмів, тобто величину його толерантності до цього фактора, або екологічну валентність.

Світло — це первинне джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя на Землі. Також світло є важливим екологічним фактором, який істотно впливає на біоту в цілому і на адаптаційні процеси і явища в організмах.

Основне джерело світла - сонячна радіація. На інтенсивність світла впливають кут падіння сонячних променів на земну поверхню; вона змінюється залежно від широти, сезону, часу дня й експозиції схилу.

Тривалість дня (фотоперіод) на екваторі більш постійна (12 год), але в більш високих широтах вона змінюється залежно від пори року. Для рослин і тварин таких широт характерна реакція на фотоперіод, яка синхронізує їх активність із порою року. Прикладами можуть бути цвітіння і проростання насіння в рослин, міграція, зимова сплячка і розмноження тварин. Світло впливає на структуру угруповань живих організмів.

Важливе значення має інтенсивність освітлення. Наприклад, рослини за відношенням до освітленості поділяються на світлолюбні, тіньовитривалі і тіньолюбні. Є також рослини довгого (фотоперіод не менше 12 год.) і короткого (8-10 год.) дня та нейтральні.

Вода необхідна для життя і може бути важливим лімітуючим фактором у наземних екосистемах. Вода надходить з атмосфери у вигляді опадів. Розподілення по суші залежить від гідрологічного циклу (кругообігу води). Важливе значення має вологість повітря. Вологість здатна змінювати ефекти температури: зниження вологості нижче деякої межі при даній температурі приводить до висушуючої дії повітря, що особливо впливає на рослини.

Залежно від способів адаптації рослин до вологості виділяють кілька екологічних груп: гігрофіти (наземні рослини, що живуть у дуже вологих ґрунтах і в умовах підвищеної вологості), мезофіти (переносять значну посуху), ксерофіти (рослини сухих степів і пустель). У тварин також за ставленням до води виділяються свої екологічні групи: гігрофіли (вологолюбні) і ксерофіли (сухолюбні) та проміжна група - мезофіли.

У живих організмів є різні пристосування до перенесення дефіциту води: поведінкові (переміщення в більш вологі місця, перехід до нічного способу життя, відвідування водопою та ін.), морфологічні (пристосування до затримання води в організмі — рогові покриви, раковини в наземних молюсків та ін.) і фізіологічні (утворення метаболічної води).

Велике значення для життя водних організмів має солоність води. Значні коливання цього фактора для багатьох організмів є згубними.

Едафічні фактори — ґрунтові умови зростання рослин. Вони поділяються на хімічні — реакція ґрунту, сольовий режим, елементарний хімічний склад, обмінна здатність і склад обмінних катіонів; фізичні - водний, повітряний і тепловий режими, щільність ґрунту, структура та ін.; біологічні - рослинні і тваринні організми, що населяють ґрунт.

Важливою характеристикою ґрунту є його родючість -здатність ґрунту задовольняти потребу рослин у поживних речовинах, повітрі, біотичному і фізико-хімічному середовищі, включаючи тепловий режим, і на цій основі забезпечувати врожай сільськогосподарських культур, а також біогенну продуктивність дикоростучих рослин.

Електромагнітні коливання — виникають в атмосфері за різних причин (антропогенних у тому числі) і можуть негативно впливати на живі організми - сповільнювати їх розвиток, знижувати життєздатність і підвищувати смертність.

Іонізуюче випромінювання — будь-яке випромінювання (безпосереднє і опосередковане), взаємодія якого із середовищем зумовлює утворення електричних зарядів різних знаків, тобто спричинює іонізацію. З цим поняттям пов'язане поняття радіоактивності. Розпад ядер атомів радіоактивних елементів (радіонуклідів) супроводжується виділенням енергії у вигляді іонізуючого випромінювання. Усе живе на Землі з моменту зародження життя зазнає впливу іонізуючої радіації. Еволюція відбувається в умовах постійної дії радіоактивного випромінювання, що свідчить про пристосованість організмів до фонових доз і відсутність їх негативного ефекту. Основним джерелом опромінення живих організмів на Землі є вторинне космічне випромінювання. Серед радіонуклідів земного походження основний внесок у формування радіаційної дози роблять ^4°К, ²³⁵U, ²³⁸U, ²³²Тh, ⁸²Rb, ²²²Rn, ²³⁶Rа. Проте за останнє століття створено штучні джерела іонізуючого випромінювання, які сприяють збільшенню природного рівня радіації, що негативно позначається на живих системах. До джерел штучного іонізуючого випромінювання, що забруднюють навколишнє середовище радіонуклідами, належать: випробування ядерної зброї, промислові ядерні вибухи, підприємства атомної енергетики (зокрема, аварії ядерних реакторів) тощо. Опромінення живих організмів і людини, у тому числі в результаті ядерного вибуху, відбувається за рахунок таких радіонуклідів (табл. 2.1):

Таблиця 2.1. Характеристика радіонуклідів, що утворюються при ядерних вибухах

Радіонуклід	Період піврозпаду	Період біологічного піввиділення, діб
³Н ¹⁴С ⁸⁹Sr ⁹⁰Sr ⁹⁵Zn ⁹⁵Nb ¹³¹I ¹³⁷Cs ²³⁹Рu	12,3 р. 5730 р. 50,5 р. 28,6 р. 64 доби 35 діб 8,6 доби 30 р. 2,44 x 10⁴ р.	12 10 1,8 х 10⁴ 1,8 x 10⁵ 450 760 138 70 7,3 х 10⁴

Дію іонізуючого випромінювання живі організми не відчувають, оскільки вони не мають специфічних рецепторів для сприймання радіації. Ефект впливу радіації на живі організми залежить не тільки від спричинених випромінюванням змін в окремих клітинах і тканинах, а й від порушень взаємозв'язку між ними і відхилень у перебігу реакцій, властивих організму як живій системі. Існує взаємозв'язок між рівнем розвитку організму й чутливістю до іонізуючого випромінювання. Так, багатоклітинні організми чутливіші, ніж одноклітинні; найбільшу чутливість мають ссавці, особливо людина (табл. 2.2).

Таблиця 2.2. Летальні дози поглиненої радіації, які призводять до загибелі половини популяції різних організмів

Живі організми	Доза поглиненої радіації, Грей
Віруси Бактерії Найпростіші Водорості, лишайники Покритонасінні Голонасінні Комахи Молюски Рептилії Риби Птахи Гризуни Велика рогата худоба Людина	62 – 4600 17 – 3500 100 – 3500 300 – 17000 10 – 1500 4 – 150 580 – 2000 120 – 200 15 – 500 6 – 55 6 – 14 8 – 15 1,5 - 2,7 2,5 - 3,0

Механізми біологічної дії іонізуючої радіації на живі організми досить складні і вивчені недостатньо. Але відомо, що в різних видів іонізуючого випромінювання вони схожі - від первинних процесів поглинання і передачі енергії випромінювання до морфологічних і фізіологічних порушень в опромінених організмах. Залежно від рівня біологічної організації існують такі види уражень:

• молекулярний — ушкодження ДНК, РНК, ферментів, вплив на процеси обміну;

• клітинний - ушкодження біологічних мембран, ядер, хромосом, мітохондрій, лізосом, припинення поділу і загибель клітин, перетворення їх у злоякісні;

• тканинно-органний — ураження кісткового мозку, центральної нервової системи, травного каналу; загибель, зумовлена утворенням злоякісних пухлин;

• організменний — скорочення тривалості життя або загибель, передчасне старіння;

• популяційно-видовий — змінення генетичних характеристик в окремих індивідів унаслідок генних і хромосомних мутацій.

Топографічні фактори тісно пов'язані з іншими абіотичними факторами, бо можуть сильно позначатися на місцевому кліматі. Головним топографічним фактором є висота. З висотою знижуються середні температури, збільшується добовий перепад температур, зростає кількість опадів, швидкість вітру, інтенсивність радіації, знижується атмосферний тиск і концентрації газів. Усі ці фактори впливають на рослини і тварин. Гірські системи можуть бути кліматичними бар'єрами. Топографічними факторами також є експозиція і крутизна схилу. Схили з південною експозицією отримують більше сонячного світла, мають вищу температуру, що впливає на інтенсивність життєдіяльності організмів. Для крутих схилів характерні швидкий дренаж і змивання ґрунтів.

2.3. Популяція як основна форма існування виду і структурна одиниця екосистеми

Вивчаючи щільність населення різних видів тварин і рослин, екологи встановили, що окремі особини дуже рідко розподіляються рівномірно на місцеперебуванні даного виду. Обираючи найбільш сприятливі умови, вони утворюють різні за величиною скупчення. Такі скупчення можуть бути територіально віддалені один від одного, дуже рідко контактувати між собою або тільки зберігати можливість такого контакту. Сукупності сумісно існуючих, контактуючих між собою особин отримали назву популяцій (від лат. рориіиз - народ). Особини в популяціях здатні до вільного схрещування. Популяції утворює абсолютна більшість існуючих тварин і рослин. Відносини з навколишнім середовищем в окремих особин і цілої популяції різні.

Сумісне існування рослин одного і того ж виду забезпечує їх взаємне опилення і запобігає їх пригніченню іншими видами. Тваринам сумісний спосіб життя в стадах і зграях забезпечує добування їжі і захист від ворогів. Установлено, що сумісне існування тварин скорочує витрати ними енергії, наприклад, зменшується кількість пошукових рухів і знижується споживання кисню, покращуються умови охорони особин, а в цілому підвищується виживаність. Навіть ті види, які регулярно здійснюють тривалі міграції, зберігають свою популяційну структуру і для розмноження і виведення потомства збираються на свої постійні місцеперебування.

Популяція є формою життя конкретного виду живих організмів в умовах середовища їх існування. У цьому випадку здійснюється найважливіша функція популяції - забезпечення виживання живих організмів, що її складають, і відтворення виду в даних умовах.

Популяція, будучи структурною одиницею біогеоценозу (екосистеми), виконує також одну з найважливіших функцій - бере участь у біологічному кругообігу. В даному випадку реалізується видоспецифічна особливість типу обміну речовин.

У цілому популяції мають всі ознаки самостійної функціонуючої біологічної системи.

Слід підкреслитити надзвичайно важливу особливість функціонування популяції: взаємодія особин із середовищем здійснюється через фізіологічні реакції, причому ці реакції надзвичайно індивідуальні, але спрямованість їх така, що в цілому вони реалізують загальнопопуляційні функції.

Організація на популяційному рівні пов'язана, головним чином, з регулюванням чисельності і щільності популяцій. Чисельність популяції - це загальна кількість особин, що мешкають у межах якоїсь території або в угрупованні. У природних екосистемах існує така кількість особин у популяціях, яка найбільшою мірою відповідає потребам їх відтворення. Популяції з низькою чисельністю є найбільш екологічно вразливими, особливо до антропогенних впливів.

Зміни чисельності організмів у часі називають динамікою популяції. Періодичні коливання називаються осциляціями, неперіодичні - флуктуаціями. Перші пов'язані з регуляторними змінами факторів середовища, сезонними ритмами. Іноді спостерігаються спалахи чисельності особин незакономірного характеру, флуктуаційного типу, які називаються популяційними хвилями.

Чисельність популяції зростає за законом геометричної прогресії, тобто теоретично вона може бути необмеженою за умов, коли не діють лімітуючі фактори зовнішнього середовища.

Теоретичне зростання чисельності має вигляд кривої, крутизна якої різко збільшується і прямує до нескінченності. Така крива називається експоненціальною. Через лімітуючі фактори таке явище не відбувається: експоненціальний ріст спостерігається якийсь досить короткий час, після чого лімітуючі фактори (нестача корму, хвороби, обмеженість території та ін.) його стабілізують і подальший розвиток популяції іде за логістичною моделлю, що описується 8-подібною, або логістичною кривою росту.

В основі логістичної моделі лежить просте припущення, що швидкість росту популяції лінійно знижується аж до нуля у міру зростання чисельності.

Здатність популяції до авторегуляції має назву гомеостазу популяції. Звичайно популяція знаходиться саме в цьому стані -динамічної рівноваги, яка досягається шляхом чергування позитивних і негативних зворотних зв'язків. При зростанні чисельності особин скорочуються запаси їжі, що тягне за собою зменшення чисельності з причини збільшення смертності, а популяція, що скоротилася, дозволяє накопичити запаси їжі, що приводить до збільшення народжуваності, тобто зростання чисельності і т.д.

Щільність популяції - це величина, яка визначається кількістю особин або біомасою відносно до одиниці площі. Розрізняють максимальну й мінімальну щільність популяції. Максимальною є щільність, більшу за яку екосистема даної території вже не може підтримувати, а мінімальною - найменша кількість особин на одиницю площі, за якої розмноження популяції ще можливе. Для кожного виду існують оптимальні межі щільності популяції.

Чисельність і щільність є статистичними показниками, які характеризують стан популяції на даний момент часу.

Фактори, що регулюють щільність популяції, поділяються на залежні й незалежні від щільності. Залежні змінюються зі зміною Щільності, а незалежні залишаються постійними при її зміні.

Практично, перші - це біотичні, а другі — абіотичні фактори. Також існує ще саморегуляція, при якій на чисельності популяції відбивається зміна якості особин. Саморегуляція забезпечується механізмами гальмування зростання чисельності (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Саморегуляція чисельності популяції.
Динамічними показниками популяцій називають ті показники, які характеризують процеси, що відбуваються в популяції за певний проміжок часу. Основними динамічними показниками популяцій є народжуваність, смертність і швидкість зростання популяцій.

Народжуваність — це кількість особин, які народжуються в популяції за одиницю часу. Абсолютна (максимальна чи фізіологічна) народжуваність - це теоретично можлива кількість особин в ідеальних умовах, коли розмноження обмежується тільки фізіологічними факторами (для кожної даної популяції ця величина є постійною). Цей показник ще називають біотичним потенціалом. У природі він ніколи не реалізується повністю. Крім того, розрізняють екологічну чи реалізовану народжуваність.

Смертність - це кількість особин, які загинули в популяції за одиницю часу. Чим більш розвинений інстинкт турботи про потомство у тварин, тим більше особин виживає в ранньому віці. В іншому випадку зростання смертності компенсується високою плодючістю особин.

Кількість особин у популяції залежить не тільки від народжуваності і смертності, а також і від швидкості їх імміграції та еміграції, тобто від кількості особин, що прибули і вибули з популяції за одиницю часу.

Тривалість життя виду залежить від умов існування життя. Розрізняють фізіологічну і максимальну тривалість життя.

Фізіологічна тривалість життя - це така тривалість життя, яка визначається тільки фізіологічними можливостями організму.

Максимальна тривалість життя - це така тривалість життя, до якої може дожити лише мала частина особин у реальних умовах середовища.

Рівень смертності і народжуваності залежить від віку організмів. Якщо пов'язати смертність і народжуваність із віковою структурою популяції, можна вивчити механізми загальної смертності і визначити структуру тривалості життя. Таку інформацію можна отримати за допомогою таблиць виживання.

Таблиці виживання (демографічні таблиці) містять інформацію про характер розподілу смертності за віком. Таблиці виживання бувають динамічними і статичними. Динамічні таблиці виживання будуються за даними прямих спостережень за життям великої групи особин, що народилися в популяції за короткий інтервал часу відносно загальної тривалості життя організмів, що вивчаються, і реєстрації віку настання смерті всіх членів даної групи. Статичні таблиці виживання складаються за даними спостережень за смертністю в окремих вікових групах за відносно короткий проміжок часу. Знаючи чисельність цих груп, можна розрахувати смертність, специфічну для кожного віку.

Дані таблиць дозволяють будувати криві виживання, які показують залежність кількості особин, що дожили до певного віку, від тривалості цього інтервалу від самого моменту народження організмів.

Екологічна стратегія виживання - прагнення організмів до виживання. Існує дуже багато екологічних стратегій виживання, але всі вони знаходяться між двома типами еволюційного добору, які позначаються константами логістичного рівняння: г-стратегія, або г-добір, визначається добором, спрямованим на підвищення швидкості росту популяції і відповідно таких якостей, як висока плодючість, рання статева зрілість, короткий життєвий цикл, здатність швидко розповсюджуватися на нові місцеперебування і переживати несприятливі часи у стадії спокою. Це звичайно «опортуністичні» види - типові піонерні види порушених місцеперебувань. Такі місцеперебування називають г-відби-раючими, бо вони сприяють росту чисельності г-видів.

К-стратегія (або К-добір) спрямована на підвищення виживаності в умовах чисельності, яка вже стабілізувалася. Це добір на конкурентоспроможність, підвищення захищеності від хижаків і паразитів, підвищення ймовірності виживання кожного нащадка, на розвиток більш досконалих внутрішньовидових механізмів чисельності.

Кожний організм відчуває на собі комбінацію r- і К-добору, але r-добір переважає на ранній стадії розвитку популяції, а К-добір характерний для вже стабілізованих систем.

Кожна популяція структурована за віком, чисельністю, простором, статтю. Вікова структура популяції визначається співвідношенням особин різного віку. Встановлено, що це співвідношення не постійне, а має досить складні коливання. У стабільній популяції народжуваність дорівнює смертності й чисельність майже не змінюється, рівновікові групи знаходяться майже в однаковому співвідношенні.

Статева структура популяції визначається співвідношенням статей, кількістю самців і самок у популяції.

Просторова структура популяції визначається розподіленням особин у межах ареалу. Розподілення особин може бути випадковим, якщо середовище існування популяції однорідне й особини не мають необхідності об'єднуватись у групи, і рівномірним — за наявності сильної конкуренції між особинами, що приводить до їх розподілення по простору; груповим - у вигляді зграї, стад та ін., якщо це визначає оптимальність виживання.

Етологічна структура популяцій відображає закономірності поведінки між особинами в даній популяції. Розрізняють одинокий спосіб життя, утворення різних за величиною спільнот тварин (сім'я, зграя, стадо, колонія). Залежно від способу життя і форм спільного життя різні види мають різну поведінку, а отже, і зв'язки в популяції.

Таким чином, структурованість, інтегрованість складових частин (особин) або цілісність, авторегуляторні механізми і здатність до адаптації - у цілому визначають популяцію як біологічну систему надорганізменного рівня.

Розділ екології, який вивчає прямі і зворотні зв'язки популяцій із середовищем та внутрішньопопуляційні процеси, називається популяційною екологією або демекологією. Антропогенний вплив на популяції може бути прямим чи опосередкованим. При цьому змінюються параметри і структура популяції, іноді цей вплив може викликати її повну загибель. Знання популяційної екології дозволяє встановлювати стан і чисельність популяцій окремих видів, визначати їх рідкісність, стійкість до змін середовища, приймати рішення для запобігання небажаним впливам на них та визначати заходи щодо їх охорони.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 32

Схожі:

Екологія як наука про довкілля (2 год.) Властивості складних систем. Біосфера, основні положення вчення В.І. Вернадського про біосферу. Еволюція уявлень про роль і місце...	1. Екологія як наука про довкілля (2 год.) Властивості складних систем. Біосфера, основні положення вчення В.І. Вернадського про біосферу. Еволюція уявлень про роль і місце...
Е кологія це наука про захист природи. Екологія це особливий світогляд... Початкова школа є початковою ланкою формування екологічної культури, екологічного мислення, засвоєння екологічних знань. Розуміючи...	Роль стафілококів у розвитку патології людини, патогенез спричинених... Еволюція коків, їх загальна характеристика. Стафілококи, біологічні властивості, класифікація, практичне значення
УРОК 4 УРОК НООСФЕРА. ЕВОЛЮЦІЯ УЯВЛЕНЬ ПРО МІСЦЕ ЛЮДИНИ В ПРИРОДІ. МАСШТАБИ Й НАСЛІДКИ АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ НА ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ НА СУЧАСНОМУ...	1 Історія як наука. Періодизація історії України. Історичні джерела... Сторія вивчає події,явища,які допускають науковіобгрунтовані уявлення про головні тенденції розвитку людини,суспільства
Дата проведення уроку: УРОК 4 УРОК НООСФЕРА. ЕВОЛЮЦІЯ УЯВЛЕНЬ ПРО МІСЦЕ ЛЮДИНИ В ПРИРОДІ. МАСШТАБИ Й НАСЛІДКИ АНТРОПОГЕННОГО ВПЛИВУ НА ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ НА СУЧАСНОМУ...	План Інформаційні революції. Їх роль і значення Інформаційний обмін... Як наслідок, ці революційні зміни творять нову соціокультурну ситуацію (простір), котра детермінує формування нового типу не лише...
1. Культурологія як наука. Етапи становлення Своїм завданням культурологія вважає дослідження всіх процесів взаємодії людини зі світом природи, світом соціуму і світом фізичного...	1. Культурологія як наука. Етапи становлення Своїм завданням культурологія вважає дослідження всіх процесів взаємодії людини зі світом природи, світом соціуму і світом фізичного...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання