Экология как наука. Задачи экологии

 

Трофические (пищевые) связи.

Процесс трансформации вещества и  энергии в экосистеме происходит преимущественно посредством трофических связей (трофос – по-гречески «пища), или в результате поедания одних организмов  другими. Совокупность трофических связей образует трофические, или пищевые цепи.

 

Характеристика  групп организмов в классификации  по характеру питания : автотрофы (фототрофы, хемотрофы), гетеротрофы (сапрофиты, паразиты … и др.).

Классификация организмов по характеру  питания, делятся на две основные группы:

а) Автротрофы (питающиеся неорганическими  соединениями), Хемотрофы, фототрофы.

б) Гетеротрофы (используют органическую пищу), делящихся на сапрофиты (использующие растворы простых органических соединений), голозои (питаются сложными органическими соединениями). Голозои делятся на:

некрофаги - питаются мертвечиной, трупоядные.

сапрофаги - питаются мертвыми растительными остатками.

фитофаги - питаются живыми растениями.

зоофаги - питаются живой животной пищей (хищники).

Автотрофы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) — организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная эвглена на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.

Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды, воздуха. При этом почти всегда источником углерода является углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.

Организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет (фотоны, благодаря которым появляются доноры — источники электронов), называются фототрофами. Такой тип питания носит название фотосинтеза. К фотосинтезу способны зелёные растения и многоклеточные водоросли, а также цианобактерии и многие другие группы бактерий благодаря содержащемуся в их клетках пигменту — хлорофиллу. Археи из группы галобактерий способны к бесхлорофилльному фотосинтезу, при котором энергию света улавливает и преобразует белок бактериородопсин.

Остальные организмы в качестве внешнего источника энергии (доноров — источников электронов) используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений — таких, как сероводород, метан, сера, двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно являются автотрофами, а все хемотрофы-эукариоты — гетеротрофами. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии также могут использовать гетеротрофный тип питания, т. е. являются миксотрофами.

Гетеротрофы (др.-греч. ἕτερος — «иной», «различный» и τροφή — «пища») — организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза. Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, т. е. произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты. Гетеротрофами являются почти все животные и некоторые растения. По способу получения пищи делятся на две противопостовляемых группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многие протисты, грибы, растения).

Растения-гетеротрофы полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются, прорастая  в тело растения-хозяина.

К животным-гетеротрофам относятся  все простейшие, не способные синтезировать  органические вещества фото- или хемосинтезом. Однако существуют животные, способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).

Граница между автотрофами и  гетеротрофами достаточно условна, так как существует множество  видов, обладающих переходной формой питания — миксотрофией, либо использующие наиболее удобный в данных условиях тип питания.

домашняя пыль является комплексом аллергенов..

Название ''сапрофиты"- происходит от греческих слов "sapros" - гнилой и "phyton" - растение.

Пылевые клещи - сапрофиты: гетеротрофные организмы, которые непосредственно от других организмов не зависят, но нуждаются в готовых органических соединениях.

Паразиты (от греч. parásitos — нахлебник, тунеядец), организмы, питающиеся за счёт других организмов (называемых хозяевами) и большей частью вредящие им. П. разделяют на зоопаразитов (простейшие, гельминты, паукообразные, насекомые и др.) и фитопаразитов (бактерии, грибы, некоторые высшие растения и др.); к П. относят и вирусы. П. принадлежат к разным систематическим группам животных (исключая иглокожих, плеченогих, большинство хордовых) и растений (их нет только среди мохообразных, папоротникообразных и голосеменных). Хозяевами П. могут быть бактерии, актиномицеты, растения и животные всех систематических групп. П. вызывают ослабление и истощение организма хозяина, а нередко и его гибель. Для прохождения цикла развития П. иногда требуется смена 2—3 хозяев.

 

Цепь питания.

Пищевая цепь представляет собой связную  линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними  звеньями отношениями «пища — потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов.

Каждый организм обладает некоторым  запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена  цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциальная  энергия пищи переходит к её потребителю. При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4-5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.

 

Кругооборот энергии  и вещества в экосистеме. Роль продуцентов, консументов,  редуцентов.

Питание — основной способ движения веществ и энергии.

Организмы в экосистеме связаны  общностью энергии и питательных  веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — углекислый газ, вода и неорганические вещества — могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.

Живые организмы в экосистеме выполняют различные функции, которые зависят от типов питания. В ходе эволюции на Земле возникло два основных типа питания - автотрофное и гетеротрофное.

 Автотрофы - это продуценты (производители) органического вещества из неорганического. Растения и некоторые бактерии способны преобразовывать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создавать (синтезировать) органические вещества, которые гетеротрофы используют в качестве пищи. При этом продуценты потребляют из атмосферы углекислый газ, образованный в процессе жизнедеятельности гетеротрофов, и выделяют кислород.

 Гетеротрофы, в свою очередь,  выполняют в экосистеме роль  консументов и редуцентов.

Консументы - потребители органического вещества. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную. В результате процесса пищеварения, протекающего в организмах консументов, происходит первичное измельчение и разложение органического вещества. Это облегчает дальнейшую деятельность редуцентов.

Редуценты - это организмы, окончательно разлагающие органические вещества, содержащиеся в отходах и трупах консументов и продуцентов. К редуцентам относят бактерии и грибы. В процессе жизнедеятельности этих организмов восстанавливаются минеральные вещества, которые вновь используют продуценты.

 Таким образом, в экосистеме  выделяют три функциональные  группы организмов: продуценты, консументы, редуценты. Каждая функциональная  группа в экосистеме представлена  не одним, а несколькими видами. Это гарантирует экосистеме длительное, стабильное существование.

 

Агроэкосистема, ее особенности.

Агроэкосистемы - искусственные экосистемы, многие из которых исторически формировались  в результате использования человеком  почвенно-земельных, пастбищных и растительных ресурсов. Агроэкосистемы - неустойчивые биологические системы, удовлетворяющие потребности человеческого общества в продуктах питания. Агроэкосистему образуют живые организмы (растения, животные, насекомые, микроорганизмы и др.) и среда обитания. В настоящее время обрабатываемые земли дают 88% энергии, получаемой человечеством с пищей. Значительные площади суши занимают сельскохозяйственные угодья.

 

Агроэкосистемы обладают малой  экологической надежностью и  нуждаются в регулярной поддержке. Они занимают обширные территории в  лесостепных и степных районах Северного полушария Земли, располагаясь мозаично. Около 10% суши занимают сельскохозяйственные ландшафты. Естественные степные, лесостепные и лесные биоценозы заменены пастбищами, сенокосными лугами, пашнями, садами, огородами. Структура агроэкосистем упрощена человеком с целью быстрейшего получения продукции. Эти экосистемы являются составными частями биосферы и испытывают на себе влияние компонентов естественных биоценозов - растений, животных, микроорганизмов, факторов неорганической среды. В свою очередь, агроэкосистемы оказывают влияние на компоненты биосферы.

Человеком созданы науки, исследующие  законы и приемы возделывания сельскохозяйственных культур, включающие в себя земледелие, агротехнику, агрохимию, растениеводство, селекцию, защиту растений и мелиорацию. Качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Для сохранения агроэкосистем необходимо соблюдать определенные правила и приемы возделывания культур, подготавливать посевной и посадочный материал, вводить севообороты, включающие посевы многолетних трав, насаживать лесозащитные лесополосы, вносить минеральные и другие удобрения. Для повышения устойчивости искусственных биогеоценозов приходится использовать химические средства защиты растений.

Важным направлением развития агроэкосистем  является интенсификация природопользования посредством миниатюризации - получения  больших валовых урожаев с  полей меньшего размера - и выполнения комплекса мер по сохранению общего плодородия земли. Плодородие почвы - совокупность естественного и искусственного плодородия почвы, она зависит от естественного почвенного плодородия и от условий земледелия, уровня развития науки и техники.

 

Особенности урбосистемы.

Урбосистема (городская система) – неустойчивая природно-антропогенная

система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и интенсивно нарушенных

естественных экосистем (Реймерс, 1990).

 Основной и единой урбосистемой является городское поселение, представляющее собой совокупность четырех подсистем: 1) абиотическая природа; 2) биота; 3) техносфера (искусственно созданная среда); 4)население.

Под урбосистемой понимают также городскую  систему - объект изучения

урбоэкологии, - включающую комплекс объектов производственной и

непроизводственной деятельности человека, взаимодействующих с природной средой.

 

Экосистемы: лес, водоем, луг, болото.

Лес - природный комплекс древесных, кустарниковых, травянистых и других растений, а также животных и микроорганизмов, биологически взаимосвязанных в своем развитии и влияющих друг на друга и на внешнюю среду. Лес образует более или менее сомкнутый древостой.

Лес оказывает большое влияние  на почвообразование, климат, процессы влагооборота и др. Лес является одним из планетарных аккумуляторов  живого вещества в биосфере. Лес активно взаимодействует с тропосферой и определяет уровень кислородного и углеродного обмена.

Водоем - водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием. Различают:

- естественные водоемы - природные скопления воды во впадинах; и

- искусственные водоемы - специально  созданные скопления воды в  искусственных или естественных  углублениях земной поверхности.  Литоральная зона населена двумя  группами растений: укрепившиеся  на дне (камыши, рогозы, кувшинки, прикрепленные водоросли и др.) и плавающие (водоросли, рдесты и др.). Животные в литорали разнообразны, чем в других зонах водоема. Встречаются моллюски, коловратки, мшанки, личинки насекомых и др. Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Многие обитающие здесь животные дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.). Лимническая зона. Продуценты представлены фитопланктоном. В водоемах умеренного пояса "цветение" весной связано с массовым развитием диатомовых, летом - зеленых, осенью - азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками. Нектон лимнической зоны - только рыбы. Профундальная зона около дна представлена бентосными формами - личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями, сапротрофными бактериями и грибами.