Общая харктеристика живых организмов в сферах Земли

Содержание

Экология как наука. Предмет  и объект изучения экологии. Содержание экологии…………………………………………………………………....стр.2

Абиотические факторы  водной среды. Температура, свет, солёность  воды, содержание кислорода, углекислого  газа, ионов водорода. Адаптация  гидробионтов……………………………………………………………..стр.11

Величина популяции: численность, плотность. Минимальный размер численности. Эффективная величина………………………………….стр.15

Механизм саморегуляции экосистемы. Принципы обратной связи. Гомеостаз экосистемы…………………………………………………..стр.22

Список литератур……………………………………………….………стр.25

Экология как наука. Предмет и объект изучения экологии. Содержание экологии.

Экология (от греч. óikos — жилище, местопребывание и ...логия), биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, видов, биоценозов (сообществ), экосистем, биогеоценозов и биосферы. Часто Э. определяют также как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Современная Э. интенсивно изучает также проблемы взаимодействия человека и биосферы.

Основные разделы экологии. Э. подразделяется на общую Э., исследующую  основные принципы организации и  функционирования различных надорганизменных систем, и частную Э., сфера которой ограничена изучением конкретных групп определённого таксономического ранга. Общая Э. классифицируется по уровням организации надорганизменных систем. Популяционная Э. (иногда называется демэкологией, или Э. населения) изучает популяции — совокупности особей одного вида, объединяемых общей территорией и генофондом. Э. сообществ (или биоценология) исследует структуру и динамику природных сообществ (или цензов) —совокупностей совместно обитающих популяций разных видов. Биогеоценология— раздел общей Э., изучающий экосистемы (биогеоценозы). В СССР и в некоторых зарубежных европейских странах биогеоценологию иногда считают самостоятельной наукой, отличной от Э. В США, Великобритании и многих других зарубежных странах термин "экосистема" используется чаще, чем биогеоценоз, и биогеоценология как отдельная наука там не выделяется. Частная Э. состоит из Э. растений и Э. животных. Сравнительно недавно оформилась Э. бактерий и Э. грибов. Правомерно и более дробное деление частной Э. (например, Э. позвоночных, Э. млекопитающих, Э. зайца-беляка и т.п.). Относительно принципов деления Э. на общую и частную нет единства во взглядах учёных. По мнению некоторых исследователей, центральный объект Э. — экосистема, а предмет частной Э. отражает подразделение экосистем (например, на наземные и водные; водные подразделяются на морские и пресноводные экосистемы; пресноводные экосистемы, в свою очередь, — на экосистемы рек, озёр, водохранилищ и т.д.). Э. водных организмов и образуемых ими систем изучает гидробиология.

Применяется и деление  Э. на аутоэкологию, исследующую взаимоотношения  отдельных видов со средой (главным  образом с абиотическими факторами), и синэкологию, изучающую сообщества и биогеоценозы; это деление предложено швейцарским ботаником К. Шрётером. Популяционная Э. связывает оба эти раздела.

В мировой экологической  литературе не существует единого мнения относительно объёма понятия "Э. растений". В СССР и зарубежных европейских  странах (за исключением Великобритании) её трактуют как аутоэкологию, считая сообщества растений объектом фитоценологии  или геоботаники. В США и Великобритании под Э. растений понимают науку, исследующую  как отдельные виды, так и сообщества.

Многие отрасли Э. имеют  ярко выраженную практическую направленность. Такова сельскохозяйственная Э., предмет  которой — создаваемые человеком  сельскохозяйственные экосистемы.

Влияние природной среды  на человеческое общество, особенности  урбанизированных биогеоценозов изучает  возникшая в середине 20 в. Э. человека. Возросшая опасность радиоактивного загрязнения окружающей среды привела к возникновению радиоэкологии. Учение о биосфере, ещё не получившее отдельного названия, разрабатывается в особенно тесном контакте с биогеохимией. Отношения организмов к абиотической и биотической среде в прошлые геологической эпохи, проблемы реконструкции древних ценозов по ископаемым остаткам составляют предмет палеоэкологии.

Очерк развития экологии. Термин "Э." предложил в 1866 немецкий зоолог Э. Геккель, определив Э. как "общую  науку об отношениях организмов к  окружающей среде, куда мы относим в  широком смысле все “условия существования”". Э. зарождалась в ботанике и зоологии. На формирование её в первую очередь оказали влияние работы, в которых изучался образ жизни организмов, а также зависимость их распространения и развития от различных факторов среды. Особенно велико было значение исследования географического распространения растений — с самого начала экологического по своей сущности. В начале 19 в. немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт на основе многолетних наблюдений в Центральной и Южной Америке показал зависимость высотной и широтной поясности от температуры и дал первую классификацию жизненных форм растений. Швейцарский ботаник О. П. Декандоль выделял (1832) даже науку "эпирреологию", изучающую взаимодействие растений и внешней среды. Для развития Э. в России большое значение имели труды К. Ф. Рулье, в которых подчёркивалась необходимость изучения животных во взаимодействии с другими организмами и абиотической средой; особо отмечалась также роль условий, создаваемых человеком (антропогенный фактор). Настоящим экологическим исследованием была работа Н. А. Северцова "Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии" (1855), анализирующая обширный материал по сезонным явлениям в жизни наземных позвоночных Воронежской губернии. В начале 20 в. ставится комплексная задача исследования совокупности растений и животных в их взаимодействии с абиотической средой. Науку о различных формах проявления жизни в водной среде стали называть гидробиологией. Гидробиологи первыми начали изучать роль организмов в круговороте веществ и трансформации энергии в природе (американские учёные Э. Бердж и Ч. Джадей). Ими были сформулированы важные для развития всей Э. понятия: биомасса (немецкий учёный Р. Демоль) и продукция (немецкий учёный А. Тинеман). Количественное изучение круговорота веществ на суше началось позднее (в 30—50-х гг. 20 в.). Необходимыми предпосылками их развития были успехи зародившегося в России почвоведения, в частности разработанное В. В. Докучаевым ещё в конце 19 в. представление о почве как об особом естественноисторическом теле, образованном взаимодействием абиотических и биотических компонентов среды. В. И. Вернадский назвал такие природные тела биокосными.

После Великой Октябрьской  социалистической революции советские  экологи начали интенсивно изучать  растительность и животный мир различных  ландшафтно-географических зон СССР. Л. Г. Раменский развивает концепцию  непрерывности (континуума) растит. покрова, вводит понятие экологической индивидуальности вида и понятие консорция. В 20—30-х гг. советский учёный В. И. Вернадский создал учение о биосфере. Идеи В. И. Вернадского оказали огромное влияние на экологическое мышление в СССР и за рубежом; особенно актуальными они стали в 50—60-х гг., в значительной степени в связи с возросшей угрозой глобальных нарушений в биосфере, вызванных деятельностью человека. Всемирную известность получили экспериментальные работы с простейшими и микроорганизмами советского учёного Г. Ф. Гаузе, сформулировавшего принцип конкурентного исключения. Согласно этому принципу, два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго. В пропаганде экологических идей и подготовке кадров в СССР важную роль сыграли сводки Д. Н. Кашкарова: "Среда и сообщество" (1933) и "Основы экологии животных" (1938). В ходе развития Э. менялись её содержание и определение. Так, в 30-х гг. подчёркивалось, что Э. изучает адаптации (приспособления) организмов к окружающей среде. Исследование сообществ организмов иногда считалось предметом самостоятельной науки — биоценологии. Использовав большой материал по динамике численности позвоночных животных, С. А. Северцов (1941) связал достижения Э. с эволюционными идеями и определил Э. как науку о механизмах борьбы за существование. В 30—50-х гг. экологи животных в СССР ведут работы в полевых условиях: анализируют колебания численности вредных грызунов и промысловых млекопитающих (Б. С. Виноградов, Н. П. Наумов, О. И. Семёнов-Тян-Шанский, С. П. Наумов, А. Н. Формозов и др.); изучают влияние снежного покрова на животных (А. Н. Формозов, А. А. Насимович, В. П. Теплов); исследуют почвенных беспозвоночных (М. С. Гиляров). Широкое использование количественных методов характерно и для морской гидробиологии (С. А. Зернов, И. И. Месяцев, А. А. Шорыгин, В. Г. Богоров, В. П. Воробьев и др.). Важную роль в её развитии сыграла научная, организаторская и педагогическая деятельность Л. А. Зенкевича. В гидробиологии зарождается направление, изучающее биологическую продуктивность водоёмов, крупный вклад в развитие которого внесли советские исследователи (на Косинской лимнологической станции под Москвой — Л. Л. Россолимо, Е. В. Боруцкий, С. Н. Кузнецов, Г. С. Корзинкин и др.). Там впервые в мире по интенсивности фотосинтеза была количественно определена первичная продукция в водоёме (Г. Г. Винберг, 1932). В 40—50-х гг. советский ботаник Т. А. Работнов, а в 60-х гг. А. А. Уранов разрабатывают учение о популяциях у растений. Характерная черта современной Э. — исследование процессов, охватывающих всю биосферу. Особенно пристально изучается взаимодействие человека и биосферы. С 1964 начались работы, проводимые в рамках Международной биологической программы (МБП): её основная цель — изучение продуктивности экосистем в разных областях земного шара. В процессе выполнения МБП стандартизирована методика определения продукции различных трофических звеньев. Исследования по биологической продуктивности продолжены международной программой "Человек и биосфера" (ЧиБ), в которой главное внимание уделено анализу воздействия деятельности человека на биосферу. Объединению экологов разных стран способствовало возникновение Международного общества экологов (ИНТЭКОЛ), 1-й конгресс которого состоялся в Гааге в 1974.

Основные задачи и проблемы экологии. Основная задача Э. на современном  этапе — детальное изучение количественными  методами основ структуры и функционирования природных и созданных человеком систем. Изучение популяций — естественных совокупностей особей одного вида, являющихся одновременно элементами системы вида и системы биогеоценоза, показало (советский учёный Н. П. Наумов) наличие у них сложной иерархической структуры. В задачи популяционной Э. входит изучение пространственного размещения особей, возрастной, половой и этологической (поведенческой) структуры популяции. Центральное место занимает проблема динамики численности популяции и механизмов её регуляции, рассматриваемая как регулируемый процесс, в котором участвуют внутрипопуляционный (например, конкуренция за пищу) и биоценотический (воздействие хищников, паразитов, возбудителей заболеваний и эпизоотий) механизмы. Крупный вклад в популяционную Э. внёс советский учёный С. С. Шварц. Советским энтомологом Г. А. Викторовым показана закономерная смена регулирования механизмов в зависимости от уровня численности популяции. При исследовании регуляции численности млекопитающих большое внимание уделяется анализу взаимосвязанных поведенческих, физиологических и гормональных механизмов. Наибольшее внимание уделяется динамике численности популяций практически важных видов: вредителей сельского и лесного хозяйства, носителей и переносчиков возбудителей заболеваний, объектов рыбного и охотничьего промысла. Многие проблемы популяционной Э. решаются на модельных лабораторных популяциях различных организмов. Для оценки скорости роста популяции используются методы демографии, а также математического моделирования. Взаимосвязь генетического состава популяции и её экологических характеристик — одна из проблем эволюционной Э. Важное место занимает исследование взаимодействий популяций разных видов: конкуренции и хищничества. При наблюдении конкуренции используется понятие экологической ниши, для которого разрабатываются методы количественной оценки.

Основные этапы круговорота  вещества и потока энергии хорошо известны для пресноводных экосистем. Для некоторых водоёмов выяснено соотношение энергии, фиксированной  зелёными растениями в самом водоёме  и поступающей с органическим веществом из наземных экосистем. Подобные исследования позволяют подойти к ещё мало изученным проблемам обмена веществом и энергией между разными экосистемами. Большие задачи стоят перед Э. по количеств. оценке продукционных процессов в океане. Величину первичной продукции в водных экосистемах определяют по интенсивности выделения кислорода или включением радиоактивной метки при фотосинтезе. Несмотря на большую методическую сложность, достигнуты успехи в продукционно-энергетических исследованиях на суше. Изучен круговорот биогенных элементов и первичная продукция в основных типах наземных экосистем. Показано, что общий объём первичной продукции на суше примерно в два раза превышает суммарную величину продукции Мирового океана, причём особенно велика продуктивность тропических лесов. Для оценки запасов биомассы в наземных экосистемах применяют фотографирование поверхности Земли в видимой и инфракрасной частях спектра с космических кораблей. Изучение использования синтезированного автотрофами органического вещества показало, что на суше только малая его часть непосредственно потребляется растительноядными животными, а основная масса — в виде отмерших растительных тканей — сапрофагами и сапрофитами. Наряду с пищевыми связями в экосистемах существуют и другие межорганизменные связи, в частности — осуществляемые через продукты обмена веществ, выделяемые организмами во внешнюю среду. Исследование их интенсивно ведётся как в наземных, так и в водных экосистемах.

Особенно важно изучение биосферы в целом: определение первичной  продукции и деструкции по всему  земному шару, глобального круговорота  биогенных элементов; эти задачи могут быть решены только объединёнными  усилиями учёных разных стран. Разнообразие явлений, изучаемых современной Э., объясняет её широкие связи со многими естественными и гуманитарными науками. Популяционная Э. связана с генетикой, физиологией, этологией, биогеографией, систематикой и демографией. Биогеоценология — с ландшафтоведением, биогеохимией, почвоведением, гидрологией, гидрохимией, климатологией и другими науками о среде. Под влиянием Э. во многих биологических науках формируются направления, рассматривающие те или иные стороны изучения живого с точки зрения Э. таковы: экологическая физиология, экологическая морфология, экологическая цитология, экологическая генетика и др.

Большое влияние на Э. оказали  достижения математики, физики, химии, философии. В свою очередь Э. выдвигает  новые задачи перед математикой (особенно в сфере статистики и  моделирования). Весомый вклад внесла Э. в формирование представлений  о системной организации живой  материи. Значительно расширяются связи Э. с гуманитарными науками: социологией, политической экономией, юриспруденцией, этикой. При исследовании агроценозов Э. тесно взаимодействует со всем комплексом сельскохозяйственных наук. В тесном содружестве с биогеохимией Э. исследует процессы миграции в биосфере биогенных элементов, лимитирующих производство сельскохозяйственных продуктов.

Практическое значение экологии. На современном этапе развития человеческого  общества, когда в результате научно-технической  революции усилилось его воздействие  на биосферу, практическое значение Э. необычайно возросло. Э. должна служить  научной базой любых мероприятий  по использованию и охране природных  ресурсов, по сохранению среды в  благоприятном для обитания человека состоянии (см. Охрана природы, Природопользование). Познание основных принципов трансформации вещества и энергии в природных экосистемах создаёт теоретическую основу для разработки практических мероприятий по увеличению количества и качества пищевых продуктов, производимых в биосфере. Исследования природных механизмов регуляции численности популяций служат основой планирования и разработки систем мероприятий по управлению численностью экономически важных видов. Знание основных факторов динамики популяции необходимо для ведения борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками и хранителями заболеваний. Так, достижения Э. позволяют перестроить систему борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, перейдя от попыток их полного истребления с помощью пестицидов широкого действия, наносящего большой вред всему биогеоценозу, к действительной регуляции численности определённых видов биологическими и агротехническими методами и только ограниченно — химическими. Э. служит теоретической основой для разработки мер по переходу от промысла диких видов растений и животных к их культивированию и к другим формам более рационального их использования. На данных Э. основное рациональное ведение рыболовства, рыбоводства и охотничьего хозяйства.