Предмет и задачи экологии

Билет 1

1Предмет и задачи экологии : Экология (греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи  экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая и практическая задача экологии — раскрыть общие  закономерности организации жизни  и на этой основе разработать принципы рационального использования природных  ресурсов в условиях все возрастающего  влияния человека на биосферу.

Взаимодействие  человеческого общества и природы  стало одной из важнейших проблем  современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и  др.), ухудшается состояние почв, водного  и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями  и вредителями сельскохозяйственных культур. Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.

Для решения  этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и  рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

В круг проблем экологии включены также  вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

2Биотические  факторы: Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые взаимодействия), а также на неживую среду обитания.

Внутривидовые взаимодействия между особями складываются в результате конкурентной борьбы в  условиях роста численности и  плотности популяции за места  своих гнездований, пищевые ресурсы.

Межвидовые взаимодействия значительно более разнообразны:

• нейтрализм (оба вида не оказывают никакого воздействия друг на друга);
• конкуренция (оба вида оказывают друг на друга неблагоприятное воздействие);
• мутуализм (оба вида не могут существовать друг без друга);
• паразитизм (паразитический вид тормозит рост и развитие своего хозяина);
• хищничество (хищный вид питается своей жертвой);
• аменсализм (один организм подавляет развитие другого);
• комменсализм (комменсал получает пользу от другого вида, которому это объединение не безразлично).

Среди биотических  факторов выделяют зоогенные, фитогенные, микробиогенные и антропогенные.

3Правило соотношения  метаболизма и размера особей: У мелких растений и животных — водорослей, бактерий, простейших— удельный метаболизм (на 1 г биомассы) значительно выше, чем у крупных организмов, например деревьев и позвоночных. Это относится и к фотосинтезу, и к дыханию. Во многих случаях самыми важными для метаболизма сообществами оказываются не малочисленные крупные, выделяющиеся своим размером организмы, а многочисленные мельчайшие организмы, часто неразличимые простым глазом. Так, микроскопические водоросли (фитопланктон), которых в озере в каждый данный момент наберется всего несколько килограммов на гектар, могут иметь такой же метаболизм, как намного большая биомасса деревьев в лесу или травы на лугу. Точно так же несколько килограммов мелких рачков (зоопланктон), «пасущихся» на водорослях, могут иметь общее дыха-ние, равное дыханию многих килограммов пасущейся на лугу коровы. 
Интенсивность обмена у отдельных организмов или их ассоциаций часто оценивается по скорости потребления кислорода (или в случае фотосинтеза — по скорости его продукции). У животных наблюдается общая тенденция к увеличению интенсивности обмена в расчете на организм пропорционально степени роста объема (или веса); иначе 
говоря, интенсивность метаболизма на грамм биомассы растет с уменьшением длины (Цейтен, 1953; Берталанффи, 1957; Клейбер, 1961). Видимо, подобное соотношение существует и у растений, хотя различия в строении растений и животных затрудняют прямое сравнение объемов и линейных размеров.На фиг. 27 показана в общих чертах связь между размером и метаболизмом. Различные теории, объясняющие наблюдаемую тенденцию, исходят из роли процессов диффузии; действительно, у крупных организмов площадь поверхности, через которую может идти диффузия, на грамм веса меньше, чем у мелких животных. Однако общепринятого объяснения связи между размером и метаболизмом пока нет. Конечно, сравнения следует проводить при одинаковой температуре, так как интенсивность обмена при высокой температуре обычно выше. 
Подчеркнем, что при сравнении организмов, имеющих размеры одного порядка, линейные зависимости, показанные на фиг. 27, не всегда оказываются справедливыми. Это вполне естественно, так как на интенсивность метаболизма влияют и многие другие факторы. Хорошо известно, например, что у теплокровных животных интенсивность дыхания выше, чем у холоднокровных того же размера. Но это различие относительно мало по сравнению с различием между позвоночным и бактерией. Итак, при одинаковом поступлении энергии с пищей урожай на корню холоднокровной растительноядной рыбы в пруду и урожай теплокровных травоядных млекопитающих на суше могут быть величинами одного порядка. Но, как уже указывалось в гл. 2, в воде кислорода меньше, чем в воздухе, и здесь его содержание может служить лимитирующим фактором. В общем у водных животных, по-видимому, активность дыхания на единицу веса меньше, чем у наземных животных того же размера. Такая адаптация может повлиять на трофическую структуру (Мизра и др., 1968). 
При анализе связи размера с метаболизмом у растений часто нелегко решить, что надо считать «особью». Обычно мы считаем большое дерево особью, но при изучении связи размера с площадью поверхности «функциональными особями» можно считать листья. При изучении разных видов крупных морских многоклеточных водорослей мы обнаруживаем, что виды с тонкими или узкими «ветвями» (т. е. структурами с высоким отношением поверхность/объем) характеризуются более высоким уровнем продукции пищи на грамм биомассы, большим дыханием и поглощением радиоактивного фосфора из воды, чем виды с толстыми «ветвями» (Ю. Одум, Кюнцлер и Блант, 1958). В этом случае «функциональными особями» являются «ветви» или даже отдельные клетки, а не все растение, которое может состоять из множества «ветвей» (все они прикреплены к субстрату одним ризоидом). 
В онтогенезе также может наблюдаться обратная зависимость между размером тела и интенсивностью метаболизма. Так, в яйцах интенсивность метаболизма на грамм веса обычно выше, чем у взрослых особей. По данным Хантера и Вернберга (1955), метаболизм на грамм веса у взрослых трематод (паразитических червей) в 10 раз ниже, чем у их мелких личинок церкарий. 
Во избежание недоразумений подчеркиваем, что с увеличением размера снижается не общий метаболизм особи, а удельный, т. е. интенсивность метаболизма на единицу веса. Взрослому человеку требуется пищи больше, чем маленькому ребенку, но на килограмм своего веса взрослый потребляет меньше пищи.