Единство живого мира

 
Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский государственный  электротехнический университет (ЛЭТИ)

 

 

 

 

 

 

 

 

Индивидуальное задание  по экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:Петрова В.В.

ФИБС,2503

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

 

Задача: При выращивании хлопчатника применяли дефолианты для опадения листьев на основе хлорорганики. В поле уменьшилась популяция бабочек. Проанализируйте возможные причины.

Часть 1. Единство живого мира.

1.1Физико-химическое  единство живого

Живое вещество – совокупность живых организмов в среде.

Все живые  организмы состоят из узкой группы химических элементов жизни, которые  характеризуются малой энергией связей химических реакций (В.И. Вернадский)

Закон физико-химического  единства живого вещества имеет важное практическое значение для человека. Из него следует:

нет такого физического или химического  агента (абиотического фактора), который  был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для  других. Разница лишь количественная — одни организмы более чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора быстрее  приспосабливаются, а другие медленнее (приспособление идет в ходе естественного  отбора, т. е. за счет тех, что не смогли адаптироваться к новым условиям);

количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого геологического периода есть константа — таков  закон константности количества живого вещества В. И. Вернадского. И  действительно, согласно закону биогенной  миграции атомов, живое вещество является посредником между Солнцем и  Землей. Если бы количество живого вещества колебалось, то энергетическое состояние  планеты было бы непостоянно. Такое  за время эволюции жизни на Земле  случалось, но очень редко;

общее видовое разнообразие в биосфере есть константа — число нарождающихся  видов в среднем равно числу  вымирающих. Процесс вымирания видов  был неизбежен из-за изменения  условий жизни на планете. Причем вид никогда не исчезает в одиночку, он «тянет за собой» еще порядка 10 других видов, уходящих вместе с ним. На их место, согласно правилам экологического дублирования, приходят другие виды, особенно в управляющем звене экосистем  — среди консументов. Поэтому во все геологические периоды массового вымирания организмов наблюдалось и бурное видообразование.

1.2. Биохимическое единство  живого вещества.

Все живые организмы состоят  из одних и тех биохимических  макромолекул (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые  кислоты) и имеют одинаковый механизм метаболизма на основе ферментов  – биохимических катализаторов (ускорителей биохимических реакций). (Клайвер).

Биохимическое единство означает, что  в разных организмах могут находиться одни и те же биохимические вещества, выполняющие разные функции. Например, вещества, управляющие работой мозга  человека или млекопитающих, могут  выполнять функцию строительных элементов клетки в растениях. На этом свойстве основано использование  замещение в биотехнологиях веществ  из тканей животных веществами из тканей растений, которые легко получать в больших количествах.

Биохимическое единство обусловливает  опасность воздействия физических и химических факторов, нарушающих структуру биохимических веществ  и протекание ферментативных реакций, для многих организмов, в состав тканей которых входят эти вещества.

1.3. Генетическое единство  живого вещества

Большинство живых организмов имеют единый механизм передачи наследственной информации: гены и ДНК (хотя у некоторых существуют белковые носители информации – белки-прионы).

Генетическое  единство живого вещества предсказано  генетиком Ледербергом (Лаур.Ноб. Премии) в середине XX в. и подтверждено учеными конца XX в. начала XXI века.

Генетическое  единство определило возможность появления  генной инженерии и создания генно-модифицированных организмов, в которых в ДНК  организмов одного класса (например, растений) вводятся организмы других классов (например, насекомых).

Следствие из триединства живого вещества:

Фактор, вредный для одной формы живого вещества, может быть вреден и для  других его форм.

Пример: Яды для уничтожения насекомых опасны для домашних животных.

Пример(вред использования дефолиантов).

 Вооруженные силы США в 1960-х гг. распылили на территории Вьетнама и Камбоджи свыше 100 тыс. т. различных химикатов-дефолиантов, в составе которых было вещество, воздействующее на деревья - арборицид 2,4,5-Т, с примесью диоксинов. В итоге были уничтожены тропические леса на площади 2 млн га и 43% площади сельскохозяйственных угодий Вьетнама. Резко обеднилась фауна (к примеру, из 160 видов птиц в районах, подвергнутых обработке дефолиантами, сохранилось менее 20). На обработанной дефолиантами почве лес либо вообще не восстанавливается и разрастается двухметровый злак слоновая трава, либо восстанавливаются малоценные вторичные породы.

Часть 2. Модель экосистемы

Значимость раздела: модель экосистемы – это аналог алгоритма решения  экологической задачи. Прежде, чем  предлагать решения задачи, необходимо построить модель экосистемы.

На основе идей В.И. Вернадского  американский биолог У. Тенсли сформулировал концепцию экологической системы, связи между элементами которой, обеспечивали достижение стабильности среды.

У. Тенсли отразил в своей концепции идею В. И. Вернадского о том, что организмы Земли потребляют лишь органический углерод, создаваемый организмами с автотрофным питанием (за счет энергии Солнца или химических веществ), так как малая энергия не позволяет живым организмам расщеплять неорганический углерод (уголь, графит и т.п.)

Все подобные виды живого были объединены в первый элемент экосистемы, названный продуцентами – производителями органики. Энергией готовых органических веществ питаются виды живого с гетеротрофным типом питания, объединенные во второй элемент экосистемы –консументы – потребители продуцентов. Это травоядные, хищники, образующие пищевые цепи, связывающие организмы и их жертвы. Процессы живого мира способствуют появлению новых организмов, получающх основной строительный материал из продуцентов.

После гибели и продуценты, и консументы перерабатываются организмами с гетеротрофным и сапрофитным типами питания, объединенными в третий элемент экосистемы – редуценты – возвратители вещества в среду. В свою очередь они состоят из массы видов, потребляющих мертвое вещество – детрит, образующих детритные цепи. В этой идее тоже воплощена мысль В. И. Вернадского о том, что живое питается только живым и, разлагаясь, образует новый материал для жизни, а не потребляет неорганические ресурсы углерода из месторождений в земной коре. Вся цепь обратных связей между элементами экосистемы, называемыми биотическими (живыми) и выполняет функции стабилизации состава среды.

Структура экосистемы Тенсли может быть проиллюстрирована примером аквариума, в котором состав среды поддерживается за счет энергии света являющегося источником роста водорослей (продуцентов), поглощаемых мелкими ракообразными, которыми в свою очередь питаются рыбы (консументы), а продукты выделения рыб и отмершая органика перерабатываются улитками (редуцентами). Абиотическими (неживыми) элементами экосистемы являются компоненты окружающей среды: газы, соли, вода и, что важно, загрязнения среды. Почва, образуемая редуцентами, представляет собой эдафический (греч. edaphos – земля).

Наряду с учением о биогеоценозах за рубежом, а впоследствии и в нашей стране, получило развитие учение об экологических системах (экосистемах) (которые можно рассматривать как аналоги), в котором сообщество организмов рассматривается как экологическая система, свойственная определенным условиям среды. Основными компонентами такой системы являются продуценты — организмы (растения), синтезирующие органическое вещество; консументы — организмы (обычно животные), потребляющие готовые органические вещества; редуценты (разлагатели) — организмы (микроорганизмы), разрушающие органические вещества до минеральных. Нормальным состоянием экосистемы является подвижное равновесие между ее компонентами, что достигается ее саморегуляцией.

Таким образом, лес можно также рассматривать как лесную экосистему. В нем происходит накапливание органического вещества, частичное его потребление консументами (насекомые, птицы и другие животные) и разложение растительного опада и трупов животных микроорганизмами. Сообразно почвенным и климатическим условиям подбираются специфичные друг другу компоненты экосистемы.

Как и в любой другой экосистеме, равновесие между отдельными компонентами в лесу может быть нарушено, особенно это относится к лесам, произрастающих в пограничных условиях, например, степной зоны.

В данной задаче бабочки-консументы(организмы, потребляющие готовые органические вещества),т.к.они питаются в основном цветочным нектаром, а также древесным соком, соком переспевших фруктов,т.е. тем,что производят растения-продуценты. Абиотическими (неживыми) элементами экосистемы являются компоненты окружающей среды: газы, соли, вода и, что важно, загрязнения среды. Почва, образуемая редуцентами, представляет собой эдафический .

 

Часть 3. Анализ экосистемы

3.1.Анализ  трофических (пищевых) связей

Важно понимать, что численность популяции  организма может уменьшиться  из-за нескольких причин:

a) прямое токсическое действие  вредного фактора;

b) уменьшение при воздействии вредного  фактора корма организма(цветы);

c) увеличение при воздействии вредного  фактора популяции хищников.

 Стрекозы, богомолы, пауки, осы ловят и едят взрослых бабочек. 

Также бабочками питаются ежи, лягушки, ящерицы и грызуны. 

Большую опасность для  бабочек представляют летучие мыши. 

 Главные враги бабочек-птицы.

 

        В задаче  бабочки питаются нектаром. Бабочками питаются птицы. На численность популяции бабочек влияет качество воздуха.

3.2. Анализ нетрофических взаимодействий

Выделяют следующие типы наиболее важных взаимоотношений в сообществе (по Ю. Одуму, 1986):

3.2.1 Нейтрализм-полное отсутствие взаимодействия при проживании на одной территории;ассоциация двух видов популяций не сказывается ни на одном из них.Пример:Бабочки и белки не влияет

3.2.2. Взаимное конкурентное подавление - обе популяции взаимно подавляют друг друга;Пример: Бабочки и  пчелы не влияет

3.2.3. Конкуренция за ресурсы - каждая популяция неблагоприятно воздействует на другую при недостатке пищевых ресурсов; Пример: конкуренция особей одного вида за одни и те же ресурсы.Бабочки и лисы не влияет

3.2.4. Антибиоз – биотические отношения, при которых происходит торможение роста одного вида) продуктами выделения другого.

Амменсализм–химическое подавление, Не влияет

Пример: выделение антибиотика почвенными бактериями для охраны корм от других бактерий.

Аллелопатия –проявления анитибиоза у растений.

Пример: выделение растениями летучих антибиотиков –фитонцидов против микроорганизмов.

3.2.5. Паразитизм- один вид использует другой как среду жизни и как источник пищи;( пример: Роющие осы и наездники откладывают яйца в тело гусеницы, реже на нее. Когда из яиц паразитов появляются личинки, они начинают поедать гусеницу изнутри или снаружи).

3.2.6.Комменсализм организмы существуют за счет других организмов, не причиняя им вреда;Не влияет

Сотрапезничество – потребление разных частей (веществ)одной и той же пищи. Цветы: бабочки и зайцы.

Нахлебничество – Один вид потребляет остатки пищи другого.

Квартирантство – совместное обитание.

Транспортировка (форэзия) – транспорт одними организмами других.

3.2.7. Протокооперация-обе популяции получают пользу от объединения;

Пример: растения и насекомые-опылители. Очень важна для сохранения популяции.влияет

3.2.8. Мутуализм =Симбиоз - форма сожительства, связанного с получением взаимной пользы;Бабочки и цветы

3.3. Анализ абиотических  связей

3.3.1. Отпугивающие факторы  (шум, отсутствие света, электрическое  поле)

3.3.2. Погодные условия(дождь; холод)

3.3.3. Изменение прозрачности  и качества воздуха

Часть 4. Анализ сукцессий

Общие представления.

Сукцессия (от лат. succesio — преемственность, наследование), последовательная необратимая смена биоценозов. Структура экосистемы трансформируется в результате преемственности изменений ее элементов. Это означает, что для появления новых видов должна быть подготовлена почва и условия прежними видами.

Первичная сукцессия – последовательность смены биоценозов, возникающая при заселении неживого вещества, например скальных пород.

Вторичная сукцессия – последовательность смены биоценозов, возникающая при разрушении прежней экосистемы. Пример: восстановление леса после пожара.

4. Сукцессии, вносимые техногенными  факторами:

4.1. Кислотные осадки.

Развитие энергетики и промышленности сопровождалось образованием газообразных оксидов неметаллов, часть которых  могли при взаимодействии с водяным  паром создавать кислоты в  атмосфере.

Кислотообразующие выбросы в атмосферу+водяной пар Образование кислот в атмосфере

вымывание осадками ,закисление почвы уменьшение биопродукции.

растений.Влияют на уменьшения популяции бабочек

4.2. Эрозия почвы воздушная

Вырубка деревьев ,гибель кустарников ,разрыхление почвы ,потеря плодородного слоя гибель цветов. Влияют на уменьшения популяции бабочек

4.4. Накопление малораспадающихся веществ (МРВ)

К МРВ относятся хлор, фтор-органические вещества, металло-органические вещества (ртуть, медь, свинец, и др.)

Цепочка следствий:

Хлор, фтор, тяж, метнакопл. в продуцентахнакопл. в консум.и т.д.порогВлияют на уменьшения популяции бабочек.

|Гибель

Часть 5. Глобальная экология