Экология как наука. Задачи экологии

Светолюбивые  растения (гелиофиты).

Гелиофиты – виды открытых мест (дуб  монгольский, сосна могильная, береза белая, кустистые лишайники, овсяница овечья, клевер ползучий, подсолнечник и др.), в сухих местах обычно образуют разреженный и невысокий покров. При интенсивности до 13,5%, свет оказывает стимулирующее действие на рост растений, при большей – действует угнетающе. У гелиофитов высоки траты на дыхание. Характерные признаки: листья плотные, кожистые, иногда блестящие с толстой кутикулой, хвоя утолщенная, укороченные побеги, опушение, на листьях и побегов сизый восковой налет – все это защищает лист от перегрева и интенсивному испарения. Клетки эпидермиса мелкие, паренхима образована 2 и более слоями. Соотношение хлорофилла А:В составляет 5:1. Обычны темно-зеленый цвет листьев, для трав – розеточные формы.

Особая группа гелиофитов – С-4-растения и САМ-растения (пустыни, саванны). У  большинства растений в результате превращений углекислоты в процессе фотосинтеза образуются две молекулы 3-фосфо-глицериновой кислоты с 3 атомами углерода каждая. В дальнейшем через ряд промежуточных реакций в мезофилле листа образуется 3-фосфо-глицерионвый альдегид, который используется как основа для синтеза углеводов. Такой путь фотосинтеза называется С3-путь (цикл Кальвина). С4-путь определяется анатомией листа. В мезофилле листьев С4-растений имеются обкладочные клетки пучков, в которых содержится много крахмала и их хлоропласты отличаются особым строением. При фиксации СО2 в листьях образуется щавелевоуксусная кислота, которая может перейти в аспарагиновую или в яблочную кислоты, накапливаемые в обкладочных клетках пучков. Они имеют по 4 атома углерода и называются четырех-углеродными карбоновыми, или С-4-дикарбоновыми кислотами. В дальнейшем эти кислоты перерабатываются в мезофилле листа с образованием углекислоты и других веществ, вновь вовлекаемых в процесс фотосинтеза. У растений с С4-путем СО2 не выделяется наружу при фотодыхании, а вновь включается в процесс, т.е. происходит полная утилизация углекислого газа. В результате световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при самой сильной освещенности. С-4-растения могут расти даже при закрытых устьицах и очень высокой температуре (кукуруза, сорго, сахарный тростник). Обнаружено 500 видов покрытосемянных с С4-путем, который рассматривается как своеобразная адаптация к сухому режиму с высокими температурами и инсоляцией и считается самым эффективным в создании органического вещества. Это вещество больше идет на новообразование корней, чем побегов.

Например, растение, живущее на сухих местах, — очиток. Оно растет среди камней, на сухих склонах, на песке. У очитка корни короткие. Несмотря на это, растение целыми неделями легко выносит засуху. Если выкопать растение и принести в комнату, оно долго не засохнет. Листья очитка мясистые; во время дождя растение при помощи корней вбирает большое количество воды, которая спасает его от гибели в засушливое время. Сочные, мясистые листья у молодила, заячьей капусты. В них находится запас влаги, который позволяет растениям переносить засуху

Теневыносливые растения (факультативные гелиофиты).

Факультативные гелиофиты –  могут переносить большее или  меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения.

Гелиофиты часто имеют побеги с  укороченными междоузлиями, сильно ветвящиеся, нередко розеточные. Листья гелиофитов обычно мелкие или с рассеченной  листовой пластинкой, с толстой наружной стенкой клеток эпидермы, нередко  с восковым налетом или густым опушением, с большим числом устьиц на единицу площади, часто погруженных, с густой сетью жилок, с хорошо развитыми механическими тканями. У ряда растений листья фотометричные, т. е. повернуты ребром к полуденным лучам или могут менять положение своих частей в зависимости от высоты стояния Солнца. Так, у степного растения софоры листочки непарноперистосложного листа в жаркий день подняты вверх и сложены, у василька русского так же ведут себя сегменты перисторассеченного листа.

 Оптический аппарат гелиофитов развит лучше, чем у сциофитов, имеет большую фотоактивную поверхность и приспособлен к более полному поглощению света. Обычно у них лист толще, клетки эпидермы и мезофилла мельче, палисадная паренхима

двухслойная или многослойная (у  некоторых саван-ных растений Западной Африки – до 10 слоев), нередко развита под верхней и нижней эпидермой. Мелкие хлоропласты с хорошо развитой гранальной структурой в большом числе (до 200 и более) расположены вдоль продольных стенок.

 Хлорофилла на сухую массу  в листьях гелиофитов приходится меньше, но зато в них содержится больше пигментов I пигментной системы и хлорофилла П700. Отношение хлорофилла а к хлорофиллу b равно примерно 5: 1. Отсюда высокая фотосинтетическая способность гелиофитов. Компенсационная точка лежит в области более высокой освещенности. Интенсивность фотосинтеза достигает максимума при полном солнечном освещении. У особой группы растений – гелиофитов, у которых фиксация СО2 идет путем С4-дикарбоновых кислот, световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при самой сильной освещенности. Это растения из засушливых областей (пустынь, саванн). Особенно много С4-растений среди семейств мятликовых, осоковых, аизовых, портулаковых, амарантовых, маревых, гвоздичных, молочайных. Они способны к вторичной фиксации и реутилизации СО2, освобождающегося при световом дыхании, и могут фотосинтезировать при высоких температурах и при закрытых устьицах, что часто наблюдается в жаркие часы дня.

Обычно С4-растения, особенно сахарный тростник и кукуруза, отличаются высокой продуктивностью.

Например, в хвойных лесах вы можете увидеть одно из наиболее теневыносливых растений — кислицу. У нее тройчатые  нежные листочки, расположенные так, что они не затеняют друг друга.

 

Биотические факторы.

Биотические факторы - все формы влияния на организм со стороны окружающих живых существ (микроорганизмов, влияние животных на растения и наоборот, влияние человека на окружающую среду).

Каждый живой организм на Земле  подвергается влиянию не только факторов неживой природы, но и других живых организмов (биотических факторов). Животные и растения распределяются не хаотически, а обязательно образуют определенные пространственные группировки. Входящие в них организмы, безусловно, должны иметь общие или сходные требования к данным условиям существования, на основе которых между ними формируются соответствующие зависимости и взаимоотношения. Такая взаимосвязь возникает прежде всего на основе пищевых потребностей (связей) и способов добывания энергии, необходимой для жизненных процессов.

 

Антропологические факторы.

Антропология (или антропологическая  наука) в широком понимании представляет собой область знания, предметом  исследования которой является человек.

Для настоящего времени характерно неоднозначное понимание содержания антропологии:

1) как общей науки о человеке, объединяющей в себе знания разнообразных естественно-научных и гуманитарных дисциплин;

2) как науки, исследующей биологическое  разнообразие человека. Собственно  биологическая антропология занимается  исследованием исторических  и географических аспектов изменчивости биологических свойств человека (антропологических признаков).

Предметом изучения биологической (или  физической) антропологии является многообразие биологических признаков человека во времени и пространстве. Задача биологической антропологии – выявление и научное описание изменчивости (полиморфизма) ряда биологических признаков человека и систем этих (антропологических) признаков, а также выявление причин, обусловливающих это многообразие.

Уровни изучения биологической  антропологии соответствуют практически всем уровням организации человека.

Физическая антропология имеет  несколько основных разделов – направлений  исследования биологии человека. С  большой долей условности можно  говорить о существовании антропологии исторической (исследует историю и праисторию многообразия человека) и антропологии географической (исследует географическую вариабельность человека).

 

В качестве самостоятельной научной  дисциплины физическая антропология оформилась во второй половине XIX в. Практически одновременно в странах Западной Европы и в России были учреждены первые научные антропологические общества и стали издаваться первые специальные антропологические работы. Среди основоположников научной антропологии – выдающиеся ученые своего времени: П. Брок, П. Топинар, К. Бэр, А. Богданов, Д. Анучин и др.

К периоду становления физической антропологии относится разработка общих и частных антропологических  методик, формируются специфическая  терминология и сами принципы исследований, происходят накопление и систематизация материалов, касающихся вопросов происхождения, этнической истории, расового многообразия человека как биологического вида.

Российская антропологическая  наука уже к началу XX в. представляла собой самостоятельную дисциплину и имела своим основанием непрерывную  научную традицию комплексного подхода  к исследованию человека.

 

Периодические и непериодические факторы.

Различают первичные и вторичные периодические и непериодические экологические факторы.

К первичным периодическим  факторам относят в основном явления, связанные солнечной энергией и вращением Земли: смена времен года, суточная смена освещенности, эти факторы действовали до появления жизни на Земле и возникающие живые организмы к ним сразу адаптировались.

Вторичные периодические  факторы являются следствием первичных: освещенность, влажность, осадки, газовый состав атмосферы, температура, движение воздушных масс и т. д.

Непериодические экологические факторы не имеют правильной периодичности или цикличности. К ним относят стихийные явления, антропогенные воздействия на окружающую среду.

 

Адаптивные  биологические ритмы (суточный и  годичный ритм). Приспособленность растений и животных к сезонно меняющимся факторам внешней среды.

Суточный ритм.

Одно из фундаментальных свойств  живой природы – цикличность  большинства происходящих в ней  процессов. Вся жизнь на Земле, от клетки до биосферы, подчинена определенным ритмам. Природные ритмы для любого организма можно разделить на внутренние (связанные с его собственной жизнедеятельностью) и внешние (циклические изменения в окружающей среде).

Внутренние циклы.

 Внутренние циклы – это  прежде всего физиологические  ритмы организма. Ни один  физиологический процесс не осуществляется непрерывно. Ритмичность обнаружена в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в сборке белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Определенному ритму подчиняются деление клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и тканей организма. При этом каждая система имеет свой собственный период. Изменить этот период действием факторов внешней среды можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов совсем нельзя. Такую ритмику называют эндогенной.

Все внутренние ритмы организма  соподчинены, интегрированы в целостную  систему и в конечном счете  выступают как общая периодичность  поведения организма.

Ритмически осуществляя свои физиологические функции, организм как бы отсчитывает время. И для внешних, и для внутренних ритмов наступление очередной фазы зависит прежде всего от времени. Поэтому время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы.

Внешние ритмы. Основные внешние ритмы  имеют геофизическую природу, так  как связаны с вращением Земли  относительно Солнца и Луны относительно Земли. Под влиянием этого вращения множество экологических факторов на нашей планете, в особенности световой режим, температура, давление и влажность воздуха, атмосферное электромагнитное поле, океанические приливы и отливы и др., закономерно изменяются. Кроме того, на живую природу воздействуют и такие космические ритмы, как периодические изменения солнечной активности.

Кроме циклического воздействия абиотических факторов, внешними ритмами для любого организма являются также закономерные изменения активности и поведения  других живых существ.

Целый ряд изменений в жизнедеятельности  организмов совпадает по периоду  с внешними, геофизическими циклами. Это так называемые адаптивные биологические ритмы – суточные, приливно-отливные, равные лунному месяцу, годичные.

 

 

Благодаря им самые важные биологические функции организма, такие, как питание, рост, размножение, совпадают с наиболее благоприятным для этого временем суток или года.

Адаптивные биологические ритмы  возникли как приспособление физиологии живых существ к регулярным экологическим изменениям во внешней среде. Этим они отличаются от чисто физиологических ритмов, которые поддерживают непрерывную жизнедеятельность организмов – дыхания, кровообращения, деления клеток и т. д.

Суточный ритм обнаружен у разнообразных  организмов, от одноклеточных до человека. У человека отмечено свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью: сон и бодрствование, изменение температуры тела, ритма сердечных сокращений, глубины и частоты дыхания, объема и химического состава мочи, потоотделения, мышечной и умственной работоспособности и т. п. У амеб в течение суток изменяются темпы деления. У некоторых растений к определенному времени приурочены открывание и закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная интенсивность дыхания, скорость роста колеоптиля и т. д.

По смене периодов сна и бодрствования  животных делят на дневных и ночных. Ярко выражена дневная активность, например, у домашних кур, большинства  воробьиных птиц, сусликов, муравьев, стрекоз. Типично ночные животные – ежи, летучие мыши, совы, кабаны, большинство кошачьих, травяные лягушки, тараканы и многие другие. Животные обычно активны в наиболее благоприятное для них время суток. Конкретные типы активности достаточно разнообразны.