Внутренние, физиологические, ритмы - раздел Экология, А.С. СТЕПАНОВСКИХ - ЭКОЛОГИЯ
Внутренние, Физиологические, Ритмы Возникли Исторически. Ни О...
Внутренние, физиологические, ритмы возникли исторически. Ни один физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно. Обнаружена ритмичность в процессах синтеза ДНК и РНК в клетках, в синтезе белков, в работе ферментов, деятельности митохондрий. Деление клеток, сокращение мышц, работа желез внутренней секреции, биение сердца, дыхание, возбудимость нервной системы, т. е. работа всех клеток, органов и тканей организма подчиняется определенному ритму. Каждая система имеет свой собственный период. Действиями факторов внешней среды изменить этот период можно лишь в узких пределах, а для некоторых процессов практически невозможно. Данную ритмику называют эндогенной.
Внутренние ритмы организма соподчинены, интегрированы в целостную систему и выступают в конечном итоге в виде общей периодичности поведения организма. Организм как бы отсчитывает время, ритмически осуществляя свои физиологические функции. Как для внешних, так и для внутренних ритмов наступление очередной фазы прежде всего зависит от времени. Отсюда время выступает как один из важнейших экологических факторов, на который должны реагировать живые организмы, приспосабливаясь к внешним циклическим изменениям природы.
Изменения в жизнедеятельности организмов нередко совпадают по периоду с внешними, географическими циклами. Среди них такие, как адаптивные биологические ритмы — суточные, приливно-отливные, равные лунному месяцу, годовые. Самые важные биологические функции организма (питание, рост, размножение и т. д.) благодаря им совпадают с наиболее благоприятными для этого времени суток и года.
Суточный режим. Дважды в сутки, на рассвете и на закате, активность животных и растений на нашей планете меняется так сильно, что приводит нередко к практически полной, образно выражаясь, смене «действующих лиц». Это так называемый суточный ритм, обусловленный периодическим изменением освещенности из-за вращения Земли вокруг своей оси. В зеленых растениях фотосинтез идет только в светлое (дневное) время суток. У растений нередко открывание и закрывание цветков, поднятие и опускание листьев, максимальная интенсивность дыхания, скорость роста колеоптиля и др. приурочены к определенному времени суток (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Цветочные часы
Примечание в кружках показано примерное время открывания и закрывания
цветков у разных растений
Некоторые виды животных активны лишь при солнечном свете, другие, напротив, его избегают. Различия между дневным и ночным образом жизни — явление сложное, и связано оно с разнообразными физиологическими и поведенческими адаптациями, которые выработаны в процессе эволюции. Млекопитающие обычно более активны ночью, но существуют и исключения, например человек: зрение человека, так же как и человекообразных обезьян, приспособлено к дневному свету. Свыше 100 физиологических функций, затронутых суточной периодичностью, отмечено у человека: 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. д. Таким образом, большинство животных подразделяется на две группы видов — дневную и ночную, практически не встречающиеся друг с другом (рис. 7.4).
Рис. 7.4. Дневной и ночной порядок питания у животных
Дневные животные (большая часть птиц, насекомых и ящериц) на закате солнца отправляются спать, а мир заполняют ночные животные (ежи, летучие мыши, совы, большинство кошачьих, травяные лягушки, тараканы и др.). Имеются виды животных с приблизительно одинаковой активностью как днем, так и ночью, с чередованием коротких периодов покоя и бодрствования. Такой ритм называют полифазным (ряд хищников, многие землеройки и т. д.).
Суточный ритм четко прослеживается в жизни обитателей крупных водных систем — океанов, морей, больших озер. Зоопланктон ежедневно совершает вертикальные миграции, поднимаясь к поверхности на ночь и опускаясь днем (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Ежедневные вертикальные миграции самок
веслоногого рачка Calanus finmarchicus (по Р. Дажо, 1975)
Вслед за зоопланктоном вверх-вниз перемещаются питающиеся им более крупные животные, а за ними — еще более крупные хищники. Считается, что вертикальные перемещения планктонных организмов происходят под влиянием многих факторов: освещенности, температуры, солености воды, гравитации, наконец, просто голода. Однако первичным все же является, по мнению большинства ученых, освещенность, так как ее изменение может вызывать изменение реакции животных на гравитацию.
У многих животных суточная периодичность не сопровождается существенными отклонениями физиологических функций, а проявляется в основном изменениями двигательной активности, например, у грызунов. Наиболее четко физиологические сдвиги в течение суток можно проследить у летучих мышей. В период дневного покоя летом многие из летучих мышей ведут себя как пойкилотермные животные. Температура их тела в это время практически совпадает с температурой среды. Пульс, дыхание, возбудимость органов чувств резко понижены. Для взлета потревоженная летучая мышь долго разогревается за счет химической теплопродукции. Вечером и ночью — это типичные гомойотер-мные млекопитающие с высокой температурой тела, активными и точными движениями, быстрой реакцией на добычу и врагов.
Периоды активности у одних видов живых организмов приурочены к строго определенному времени суток, у других могут сдвигаться в зависимости от обстановки. Например, активность жуков-чернотелок или пустынных мокриц сдвигается на разное время суток в зависимости от температуры и влажности на поверхности почвы. Из норок они выходят рано утром и вечером (двухфазный цикл), или только ночью (однофазный цикл), или в течение всего дня. Другой пример. Открывание цветков шафрана зависит от температуры, соцветий одуванчика от освещенности: в пасмурный день корзинки не раскрываются. Эндогенные суточные ритмы от экзогенных можно отличить экспериментальным путем. При полном постоянстве внешних условий (температура, освещенность, влажность и др.) у многих видов продолжают сохраняться длительное время циклы, близкие по периоду к суточному. Так, у дрозофил такой эндогенный ритм отмечается в течение десятков поколений. Следовательно, живые организмы приспосабливались воспринимать колебания внешней среды и соответственно им настраивали свои физиологические процессы. Это происходило в основном под влиянием трех факторов — вращении Земли по отношению к Солнцу, Луне и звездам. Эти факторы, накладываюсь друг на друга, воспринимались живыми организмами как ритмика, близкая, но не точно соответствующая 24-часовому периоду. Это и явилось одной из причин некоторого отклонения эндогенных биологических ритмов от точного суточного периода. Данные эндогенные ритмы получили название циркадных (от лат. circa — около и dies — день, сутки), т. е. приближающимися к суточному ритму.
У разных видов и даже у разных особей одного вида циркад-ные ритмы, как правило, различаются по продолжительности, но под влиянием правильного чередования света и темноты могут стать равными 24 ч. Так, если летяг (Pebromys volans) содержать в абсолютной темноте беспрерывно, то все они просыпаются и ведут активный образ жизни вначале одновременно, но вскоре — в разное время, и при этом каждая особь сохраняет свой ритм. При восстановлении правильного чередования дня и ночи периоды сна и бодрствования летяг снова становятся синхронными. Отсюда вывод, что внешний раздражитель (смена дня и ночи) регулируют врожденные циркадные ритмы, приближая их к 24-часовому периоду.
Стереотип поведения, обусловленный циркадным ритмом, облегчает существование организмов при суточных изменениях среды. Вместе с тем при расселении растений и животных, попадании их в географические условия с другой ритмикой дня и ночи прочный стереотип может быть неблагоприятным. Расселитель-ные возможности тех или иных видов живых организмов нередко ограничены глубоким закреплением их циркадных ритмов.
Кроме Земли и Солнца, есть еще одно небесное тело, движение которого заметно сказывается на живых организмах нашей планеты, — это Луна. У самых различных народов существуют приметы, говорящие о влиянии Луны на урожайность сельскохозяйственных культур, естественных лугов и пастбищ, поведение человека и животных. Периодичность, равная лунному месяцу, в качестве эндогенного ритма выявлена как у наземных, так и водных организмов. В приуроченности к определенным фазам Луны периодичность проявляется в роении ряда комаров-хирономид и поденок, размножении японских морских лилий и многощетинковых червей палоло (Eunice viridis). Так, в необычном процессе размножения морских многощетинковых червей палоло, которые обитают в коралловых рифах Тихого океана, роль часов играют фазы Луны. Половые клетки червей созревают раз в год примерно в одно и то же время — в определенный час определенного дня, когда Луна находится в последней четверти. Задняя часть тела червя, набитая половыми клетками, отрывается и всплывает на поверхность. Яйца и сперма выходят наружу, и происходит оплодотворение. Верхняя половина тела, оставшаяся в норе кораллового рифа, к следующему году снова наращивает нижнюю половину с половыми клетками. Периодическое изменение интенсивности лунного света в течение месяца влияет на размножение и других животных. Начало двухмесячной беременности гигантских лесных крыс Малайзии обычно приходится на полнолуние. Не исключено, что яркий лунный свет стимулирует зачатие у этих ночных животных.
Периодичность, равная лунному месяцу, выявлена у ряда животных в реакции на свет и слабые магнитные поля, в скорости ориентации. Высказывается мнение, что на полнолуние приходятся периоды максимальной эмоциональной приподнятости у людей; 28-дневный менструальный цикл женщин, возможно, унаследован от предков млекопитающих, у которых синхронно со сменой фаз Луны менялась и температура тела.
Приливно-отливные ритмы. Влияние Луны прежде всего сказывается на жизни водных организмов морей и океанов нашей планеты, связано с приливами, которые обязаны своим существованием совместному притяжению Луны и Солнца. Движение Луны вокруг Земли приводит к тому, что существует не только суточная ритмика приливов, но и месячная. Максимальной высоты приливы достигают примерно раз в 14 дней, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой с Землей и оказывают максимальное воздействие на воды океанов. Сильнее всего ритмика приливов сказывается на организмах, обитающих в прибрежных водах. Чередование приливов и отливов для живых организмов здесь важнее, чем смена дня и ночи, обусловленная вращением Земли и наклонным положением земной оси. Этой сложной ритмике приливов и отливов подчинена жизнь организмов, обитающих в первую очередь в прибрежной зоне. Так, физиология рыбки-грунина, обитающей у побережья Калифорнии, такова, что в самые высокие ночные приливы они выбрасываются на берег. Самки, зарыв хвост в песок, откладывают икру, затем самцы оплодотворяют ее, после чего рыбы возвращаются в море. С отступлением воды оплодотворенная икра проходит все стадии развития. Выход мальков происходит через полмесяца и приурочен к следующему высокому приливу.
Сезонная периодичность относится к числу наиболее общих явлений в живой природе. Непрекращающаяся смена времени года, обусловленная вращением Земли вокруг Солнца, всегда восхищает и поражает человека. Весной все живое пробуждается от глубокого сна, по мере того как тают снега и ярче светит солнце. Лопаются почки и распускается молодая листва, молодые зверята выползают из нор, в воздухе снуют насекомые и вернувшиеся с юга птицы. Смена времен года наиболее заметно протекает в зонах умеренного климата и северных широтах, где контрастность метеорологических условий разных сезонов года весьма значительна. Периодичность в жизни животных и растений является результатом приспособления их к годичному изменению метеорологических условий. Она проявляется в выработке определенного ежегодного ритма в их жизнедеятельности, согласованного с метеорологическим ритмом. Потребность в пониженных температурах в осенний период и в тепле в период вегетации означает, что для растений умеренных широт имеет значение не только общий уровень тепла, но и определенное распределение его во времени. Так, если растениям дать одинаковое количество тепла, но по-разному распределенного: одному теплое лето и холодную зиму, а другому соответствующую постоянную среднюю температуру, то нормальное развитие будет только в первом случае, хотя общая сумма тепла в обоих вариантах одинакова (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Сезонный термопериодизм на примере пролески Scilla sibirica:
А — нормальная сезонная смена температур: теплое лето и холодная осень; Б — постоянная средняя температура. Фенофазы: 1 — прорастание, буто-низация; 3 — цветение и плодоношение; 4 — отмирание. Жирные линии — периоды холода или средней температуры. Выгонка при 18°С (по Т. К. Горышиной, 1979)
Потребность растений умеренных широт в чередовании в течение года холодных и теплых периодов получила название сезонного термопериодизма.
Нередко решающим фактором сезонной периодичности является увеличение продолжительности дня. Продолжительность дня меняется на протяжении всего года: дольше всего солнце светит в день летнего солнцестояния в июне, меньше всего — в день зимнего солнцестояния в декабре.
У многих живых организмов имеются специальные физиологические механизмы, реагирующие на продолжительность дня и в соответствии с этим изменяющие их образ действий. Например, пока продолжительность дня составляет 8 ч, куколка бабочки-сатурнии спокойно спит, так как на дворе еще зима, но как только день становится длиннее, особые нервные клетки в мозге куколки начинают выделять специальный гормон, вызывающий ее пробуждение.
Сезонные изменения мехового покрова некоторых млекопитающих также определяются относительной продолжительностью дня и ночи, мало или не зависят от температуры. Так, постепенно искусственно сокращая светлое время суток в вольере, ученые как бы имитировали осень и добивались того, что содержащиеся в неволе ласки и горностаи раньше времени меняли свой коричневый летний наряд на белый зимний.
Общепринято считать, что существует четыре времени года (весна, лето, осень, зима). Экологи же, изучающие сообщества умеренного пояса, обычно выделяют шесть времен года, различающиеся по набору видов в сообществах: зима, ранняя весна, поздняя весна, раннее лето, позднее лето и осень. Общепринятого деления года на четыре сезона не придерживаются птицы: состав сообщества птиц, куда входят как постоянные обитатели данной местности, так и птицы, проводящие здесь зиму или лето, все время меняется, при этом максимальной численности птицы достигают весной и осенью во время пролетов. В Арктике, по сути дела, существует два времени года: девятимесячная зима и три летних месяца, когда солнце не заходит за горизонт, почва оттаивает и в тундре просыпается жизнь. По мере продвижения от полюса к экватору смена времени года все меньше определяется температурой, а все больше и больше влажностью. В пустынях умеренного пояса лето — это период, когда жизнь замирает, и расцветает ранней весной и поздней осенью.
Смена времени года связана не только с периодами обилия или недостатка пищи, но и с ритмом размножения. У домашних животных (коров, лошадей, овец) и животных в естественной природной среде умеренного пояса потомство обычно появляется весной и подрастает в наиболее благоприятный период, когда больше всего растительной пищи. Поэтому может возникнуть мысль, что весной размножаются вообще все животные.
Однако размножение многих мелких млекопитающих (мышей, полевок, леммингов) часто не имеет строго сезонной приуроченности. В зависимости от количества и обилия кормов размножение может идти как весной, так и летом, и зимой.
В природе наблюдается кроме суточных и сезонных ритмов .многолетняя периодичность биологических явлений. Она определяется изменениями погоды, закономерной ее сменой под влиянием солнечной активности и выражается чередованием урожайных и неурожайных лет, лет обилия или малочисленности популяций (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Принципиальная схема прироста леса и размножения животных
(зайца-беляка) в разные годы солнечного цикла (по Стетсену)
Д. И. Маликов за 50 лет наблюдений отметил пять крупных волн изменений поголовья скота или столько, сколько было солнечных циклов (рис. 7.8). Такая же связь проявляется в цикличности изменений удоев молока, годовом приросте мяса, шерсти у овец, а также в других показателях сельскохозяйственного пооизводства.
Рис. 7.8. Изменения поголовья мелкого рогатого скота и коров в связи с колебаниями магнитной и солнечной активности (по Д. И. Маликову)
Периодичность изменений свойств вируса гриппа связывают с солнечной активностью.
Согласно прогнозу, после относительно спокойного по гриппу периода начала 80-х гг. XX в. с 2000 г. ожидается резкое усиление интенсивности его распространения.
Различают 5-6- и 11-летние, а также 80—90-летние или вековые циклы солнечной активности. Это позволяет в какой-то мере объяснить совпадения периодов массового размножения животных и роста растений с периодами солнечной активности.
Все темы данного раздела:
Степановских А.С.
С 79 Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.
ISBN 5-238-00284-Х
В учебнике излагаются главные
Степановских Анатолий Сергеевич
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Международной академ
Краткая история экологии
Слово «экология» образовано от греч. oikos, что означает дом (жилище, местообитание, убежище), и logos — наука. В буквальном смысле экология — это наука об организмах «у себя дома».
Экологии
Экология — одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Однако проникновение экологических идей практически во все разделы биологии зачастую ставит под сом
Методы экологических исследований
После работ А. Тенсли (1935), Г. Г. Винберга (1936), В. Н. Сукачева (1942), Р. Линдемана( 1942) и понимания, что экосистема является предметом экологии, методом ее исследований явил
Определение и структура биосферы
Космический корабль Земля уникален среди планет Солнечной системы. В тонком слое, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля, обитают удивительные объекты — живые сущест
Основные компоненты геосферы Земли
Показатели
Атмосфера
Гидросфера
Литосфера
Мантия
Ядро Земли
Глубина
(толщин
Живое вещество биосферы
Длительное время считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспособляемость. О
Масса живого вещества в биосфере
Подразделения биосферы
Масса,т
Сравнение
Живое вещество
Атмосфера
Гидросфера
Земная кора
2,4.10
Элементарный состав звездного и солнечного вещества в сопоставлении с составом растений и животных
Химический элемент
Содержание, %
Звездное
вещество
Солнечное
вещество
Растения
Животны
Экологии Б. Коммонера
Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом или о
Организмов
Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.
Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенно
Факторов
Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других. Сочетание с разными факторами оказывает замет
Излучение: свет
Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На
Спектр солнечного света
Лучи Длина волны в микрометрах (мкм)
Ультрафиолетовые 0,06-0,39
Фиолетовые 0,39-0,45
Синие 0,45-0,48
Голубые 0,48-0,50
Зеленые 0,
И животных с участием света
Фотосинтез. В среднем 1—5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи.
Транспирация.
Температура
Тепловой режим — важнейшее условие существования живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечн
Состав атмосферы и температура на планетах
Содержание газов
в атмосфере, %
Марс
Венера
Земля без
жизни
Земля
Двуокись углерода
Температурный диапазон активной жизни на Земле, °С
Среда жизни
Максимум
Минимум
Амплитуда
Суша
Моря
Пресные воды
35,6
Устойчивостью к температуре
Стенотермные теплолюбивые
Стенотермные холодолюбивые
Рачок Thermosbaena mirabilis живет при температуре 45-48°С и погибает, если
Оптимальные температуры для выращивания растений
Растение
Температура, °С
Дневная
Ночная
Фиалка африканская
Петуния
Цинния
Лев
Влажность
Вода. В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Без воды нет жизни. Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено. Она является основной частью про
Адаптации к засушливым условиям у растений и животных
(по Н. Грину и др., 1993)
Адаптация
Примеры
Уменьшение потери воды
Листья превр
И влажности
Рассмотрение отдельных факторов среды — это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим проблемам, дать сравнительную оценку важности р
Атмосфера
Как уже было отмечено ранее, наша планета Земля отличается от других планет наличием воздушной оболочки, атмосферы, атмосферного воздуха. Атмосферный воздух — смесь различных газов.
Топография
Топография (рельеф) относится к орографическим факторам и тесно связана с другими абиотическими факторами, хотя и не принадлежащими к таким прямодействующим экологическим факторам, как св
Прочие физические факторы
К прочим физическим факторам, окружающим живые организмы на Земле, относят главным образом атмосферное электричество, огонь, шум, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения.
Инверсия магнитного пола Земли за последние 600 тыс. лет
(по Е. М. Филиппову, 1990)
Европейская шкала (по данным различных авторов), тыс. лет
Шкала Конг Юсуци (по данным анализа Керна
ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литос
Водная среда жизни
Общая характеристика. Гидросфера как водная среда жизни занимает около 71% площади и 1/800 часть объема земного шара. Основное количество воды, более 94%, сосредоточено в морях и о
Потребность в кислороде у различных видов пресноводных рыб
Потребность в кислороде (cм2/л)
Виды рыб
7—11
5—6
4 0,5
Виды рыб холодных и быстрых
Наземно-воздушная среда жизни
Общая характеристика. В ходе эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые
Условия обитания организмов воздушной и водной среды
(по Д. Ф. Мордухай-Болтовскому, 1974)
Условия
обитания
Значение условий для организмов
воздушной сред
Почва как среда жизни
Общая характеристика. Почва— основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительну
Живые организмы как среда жизни
В течение всей жизни или части жизненного цикла многие виды гетеротрофных организмов обитают в других живых организмах, тела которых служат для них средой, значительно отличающейся
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В отличие от абиотических факторов, охватывающих всевозможные действия неживой природы, биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на други
Гетеротипические реакции
Клементс и Шелфорд (1939) взаимодействиям между различными организмами, населяющими данную среду, дали название коакций. Коакции подразделили на два типа.
Гомотип
Типы коакций, существующих между разными видами
(по Р. Дажо, 1975)
Типы коакций
Виды, живущие совместно
Виды, живущие раздельно
А
Зоогенные факторы
Живые организмы живут в окружении множества других, вступают с ними в разнообразные отношения как с отрицательными, так и положительными для себя последствиями, а в итоге не могут с
Прямые (контактные) взаимодействия между растениями.
Примером механического взаимодействия является повреждение ели и сосны в смешанных лесах от схлестывающего действия березы. Раскачиваясь от ветра, тонкие ветви березы ранят хвою ели,
Антропогенные факторы
Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и все
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ
Одно из фундаментальных свойств живой природы — это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми организмами на Земле существует связь
Внешние ритмы
Внешние ритмы имеют географическую природу, связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли (рис. 7.2).
Биологические часы
Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Механизм, ответственный за такую периодическую активность — будь то питание или размножение, — пол
Фотопериодизм
Фотопериод, или продолжительность дня, являющийся важнейшей характеристикой светового режима, неодинаков в течение года. Длина дня небезразлична для живых организмов. Это нашло отра
Понятие «жизненная форма» организма
Организмы и среда, в которой они обитают, находятся в постоянном взаимодействии. В результате возникает поразительное соответствие систем: организма и окружающей среды. Это соответс
Жизненные формы растений
Понятие о «жизненной форме» как совокупности приспо-собителъных признаков впервые ввел в 1884 г. один из основоположников экологии растений, датский ботаник Е. Варминг. По ег
Основные группы жизненных форм животных
(по Д. Н. Кашкарову, 1945)
I
1.
2.
а)
II.
1.
2.
III
1,
2.
3.
IV.
V.
Понятие о популяции
В природе каждый существующий вид представляет сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают в своем составе особей со специфическими чертами строения, ф
Морфологические и экологические особенности в популяций
Популяции
Морфологические особенности
Экологические ' особенности
Камчатская
Амурская
Енисейск
Величина радиуса индивидуальной активности животных
и растений (по А. В. Яблокову, А. Г. Юсуфову, 1976)
Вид
Радиус активности
Виноградная улитка (Helixpoma
Численность и плотность популяций
Основными показателями структуры популяций является численность и распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. В связи с размерами ареала популяци
Рождаемость и смертность
Динамика численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости или плодовитости и смертности.
Рождаемость — это способность популяции к уве
Возрастная структура популяции
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда
Периоды и возрастные состояния в жизненном цикле растений
(по Н. М. Черновой, А. М. Быловой, 1988)
Периоды
Возрастные состояния особей
Принятое обозначение
Половой состав популяции
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение
Генетические процессы в популяциях
Начало генетического изучения популяций положила работа В. Иогансена «О наследовании в популяциях и чистых линиях», опубликованная в 1903 г., где экспериментальным путем была доказа
Рост популяций и кривые роста
Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция, как правило, будет расти. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля. При нулевом
Внутривидовые взаимоотношения
Многообразное население популяции постоянно взаимодействует между собой. Удовлетворение потребностей в питании, распределении кормовых угодий, выбор места для постройки гнезда, спар
Межвидовые взаимоотношения
Они могут быть безразличными, вредными или полезными для партнеров. При нейтрализме оба вида живут на одной территории, не вступая в отношения друг с другом, например, дятлы
Гомеостаз популяций
В природе численность популяций испытывает колебания. В связи с размерами ареала популяций может значительно изменяться и численность особей в популяциях. Так, у насекомых и мелких
ПОКОЛЕНИЯ
Рис. 10.17. Сопротивление среды (гго Б. Небелу, 1993)
Сопротивление среды сильнее всего действует на молодых особей, больше других страдающих от нападения хищников, болезней, недостатка во
Экологические стратегии популяций
Приспособления особей в популяции в конечном счете направлены на повышение вероятности выживания и оставление потомства. Среди приспособлений выделяется комплекс, называемый экологи
Понятие о биоценозе
Многообразные живые организмы встречаются на Земле не в любом сочетании, а в процессе совместного существования образуют биологические единства сообщества, или биоценозы.
Видовая структура биоценоза
Пространственная структура биоценоза
Пространственная структура биоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части — фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. Заселение организма
Отношения организмов в биоценозах
Разнообразные формы биотических отношений, в которые вступают те или иные виды в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и др.), определяют основные условия и
Экологические ниши
Экологической нишей называют положение вида, которое oi занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Экологич
Экологическая структура биоценоза
Биоценозы слагаются из определенных экологических групп организмов, выражающих экологическую структуру сообщества. Экологические группы организмов, занимая сходные экологические ниш
Пограничный эффект
Важнейшим признаком структурной характеристики биоцено-зов является наличие границ сообществ. Вместе с тем следует отметить, что они весьма редко бывают четкими. Как правило, соседн
Понятие об экосистемах
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно
Зональность макроэкосистем
Изучение географического распределения экосистем может быть предпринято только на уровне крупных экологических единиц — макроэкосистем, которые рассматриваются в континентальном мас
Структура экосистем
Как уже было отмечено ранее, в каждой экосистеме два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Совокупность организмов (растений, животных, микробов) наз
Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии по данным Т.А. Акимовой, В.В. Хаскина (1994), посылаемый солнцем к планете Земля, превышает 20 млн ЭДж в год. Из-з
Круговороты веществ
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологически
Индекс интенсивности биологического круговорота
Тип экосистемы
Индекс скорости круговорота
Заболоченные леса
Кустарничковые тундры
Темнохвойные леса
Широколиственные леса
Поток энергии в экосистемах
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для
Структура пищевой цепи в морской экосистеме
(по Ф. Рамаду, 1981)
Трофический
уровень
Экологическая функция
Тип организма
Вид
Продуктивность экосистем
Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накап
Динамика экосистем
Сложение экосистем — динамический процесс. В экосистемах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Многообразные изменения, п
Биосфера как глобальная экосистема
Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера имеет подразделени
Эволюция биосферы
Э. И. Колчинский (1988) в эволюции биосферы выделяет следующие тенденции: постепенное увеличение общей ее биомассы и продуктивности; прогрессивное накопление аккумулированной солнеч
Ноосферу — сферу разума
С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы,
Понятие природы, природных ресурсов
Природа. В широком смысле природа — это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. Природа — совокупность естественных условий существования человеческого общества, н
Рост народонаселения
Нами ранее был рассмотрен вопрос о том, что человечество является частью биосферы, продуктом ее эволюции (глава 12.11). Однако взаимоотношения человека и природных сообществ никогда
Антропогенный материальный баланс
За последние сто лет произошли два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производств
Ресурсные циклы
Ресурсные циклы на основе использования возобновимых природных богатств
Ресурсные циклы на основе использования полезных ископаемых
Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов
Вид топлива
Геологические ресурсы
Разведанные извлекаемые ресурсы
Уголь, млрд т
Нефть, млрд т
Природный газ, трл
Потоки энергии и круговороты веществ
Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается поч чти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн т топлива, используется 2 млрд м3 воды и 6
Воздействий
На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды в современную эпоху объективно влияют две группы факторов: первая — научн
И экологические катастрофы
Нерациональное природопользование является причиной экологических кризисов и экологических катастроф. Экологический кризис — это обратимое изменение равновесного состояния пр
Среды. Виды загрязнителей
Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающ
Окружающей среды
При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека — субъекта хозяйс
На разных видах топлива, г/кВт/ч
Выброс
Вид топлива
каменный уголь
бурый уголь
мазут
природный газ
Катастрофы
Серьезными факторами дестабилизации среды жизни человека становятся техногенные аварии и природные катастрофы. Многие ученые, специалисты указывают на усиление связи между ни
Экологическая ситуация
Экологическая ситуация — это локальное или региональное ухудшение окружающей среды, например, загрязнение вод, воздуха, деградации почв и т. д., рассматриваемое как общественно неоправданное
Регионы Российской Федерации с очень острой экологической
ситуацией (по состоянию на 1991 г.)
Регион
Экологические проблемы, вызванные
антропогенным воздействием
Структура и состав атмосферы
Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космичес
Атмосферного воздуха
Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение практически двух столетий задымлени
Последствия загрязнения атмосферы
Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от ве
Загрязнений атмосферного воздуха
Из всего сказанного выше очевидно, какое большое значение приобретают работы по очистке воздуха и его охране. Этими вопросами занимаются во всех странах с развитой промышленностью,
Основные сведения о гидросфере
Гидросфера — это совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь во
Распределение водных масс в гидросфере Земли
(по М. И. Львовичу, 1986)
Части гидросферы
Объем
(в тыс. км3)
% от общего объема
Роль воды в природе и жизни человека
Когда мы хотим подчеркнуть ценность чего-либо, мы обычно сравниваем с золотом. Белым золотом называют хлопок, зеленым — лес, черным — нефть. Величайшее богатство земли — хлеб — полу
Запасы пресной воды
Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или примерно 28,25 млн км3 (табл. 15.
Использование водных ресурсов
Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Следует повторить еще раз, что это было глубоки
Источники загрязнения воды
Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, —
Натр, а также с бумажных фабрик
Рис. 15.7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)
Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и избирател
Меры по очистке и охране вод
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей е
И жизни человека
Растения являются первоисточником существования, процветания и развития жизни на Земле и в первую очередь благодаря их свойству осуществлять фотосинтез. Фотосинтез протекает практич
Растительность
Человек своей деятельностью оказывает огромное влияние на растительность, как положительное, так и отрицательное. Как объект охраны растительность можно разделить на водную, почвенн
Лес — важнейший растительный ресурс
Лес входит в состав разнообразного растительного мира и представляет особую ценность. Это природный комплекс, состоящий из древесных растений одного или многих видов, растущих близк
Лес и деятельность человека
В процессе эволюции общества менялись характер и масштабы воздействия человека на лес, как и на природу в целом. Ученые полагают, что уже на стадии собирательства, охоты и рыболовст
Гибель лесных насаждений России в 1991 году
Причины гибели
Площадь, тыс. га
Всего
в т. ч. от:
- неблагоприятных погодных условий
- лесных пожаров
- повреждений вредн
Лес и туризм
С давних времен лес всегда привлекал к себе большое количество охотников, сборщиков ягод и грибов и просто желающих отдохнуть. С развитием в нашей стране массового туризма количеств
Меры по охране растительности
Растительные ресурсы планеты колоссальны и могут обеспечить существование значительно большего, чем в конце XX в. людей, домашних и диких животных, если эти ресурсы использовать раз
И редких видов растений
На территории России встречается множество растений, обладающих разнообразными полезными свойствами. Использование их в практических целях еще далеко не полно. Достаточно отметить,
И жизни человека
Животный мир представляет собой важную часть биосферы нашей планеты. Вмест
Животных, причины их вымирания
Органические остатки и другие доказательства свидетельствуют о том, что на Земле за прошедшие 500 млн лет произошло пять или шесть катастрофических вымирании преимущественно многочи
Меры по охране животных
В прошлом, когда влияние человека на численность и многообразие животных было значительно меньше, чем в наше время, охрана животных могла осуществляться и на основе интуитивных знан
Продовольственных ресурсов
Человек в сельскохозяйственной деятельности, используя земельные, водные, растительные, животные и энергетические ресурсы, обеспечивает себя в первую очередь пищей, оказывая на прир
Равновесие в природе
В течение многих веков человеку, созерцающему сельский пейзаж, казалось, что он приобщается к чему-то незыблемому, вечному. Это приносило ощущение спокойствия, умиротворения, незыбл
И биопродуктивность агроэкосистем
Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии — так называемая солнечная пос
Агроэкосистемах
Составными частями агроэкосистемы являются сельскохозяйственные угодья, на которых выращиваются зерновые, пропашные, кормовые и технические культуры, а также луга и пастбища. Основн
Агроэкосистем
В конце XX в. наиболее широкое распространение получило следующее определение ландшафта. Ландшафт — это имеющий естественные границы участок зеленой поверхности, в пределах котор
Основные показатели потенциала возобновимых ресурсов по некоторым типам равнинных ландшафтов европейской части России
(по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994)
Типы ландшафтов
Годовая солнечная радиация МДД, С/м2
Сумма активных
В агроэкосистемах
Известно, что естественные экосистемы проявляют значительное однообразие в общей реакции на случайные природные стрессы (действие низких температур, затопление, пожары, эпифитотии в
Интенсификации земледелия
Продуктивность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов. Часть из них, таких, как температурный режим, солнечная радиация, не регулируются человеком в открытом поле,
Проблема охраны земельных ресурсов
Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, с некоторой условностью можно разделить на
Альтернативное земледелие
Отрицательные последствия интенсификации земледелия способствовали развитию с начала 60-х гг. XX в. за рубежом, а в дальнейшем и нашей стране, альтернативного земледелия, которое ча
Рекультивация земель
Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и загрязнен почвенный покров, уничтожена растительность, называ
В агроэкосистемах
Луга и пастбища относятся к естественным кормовым угодьям. Термином «пастбище» называют кормовое угодье, которое используется для выпаса стад сельскохозяйственных животных. Луг или
Среда жизни человека
Для обозначения совокупности экологических условий широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания». При этом прежде всего подразумевается среда жизни человека.
Потребности человека
Потребности человека вытекают из его биосоциальной структуры. Ученые (Н.Ф. Реймерс, 1994 и др.) считают, человек не сводим ни к биологическому, ни к социальному. Индивидуум (личност
Среды на здоровье людей
Многие годы не существовало общепринятого представления о количественной связи между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения.
В 70-х гг. XX в., по дан
Число случаев на 100 тыс. человек
Город
Заболевание
Архангельск
Злокачественные новообразования
Болезни ко
Число умерших на 100 тыс. человек) за 1990—1994 гг.
Причины смерти
1994 (оценка)
Инфекционные и паразитарные болезни
Злокач
Экологический риск
Большое принципиальное значение критических ситуаций, связанных с угрозой безопасности, здоровью, жизни людей со стороны факторов среды, считают Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (1994), им
Человек—природа
Ход исторических связей между природой и человеком по Н.Ф. Реймерсу (1994) приводит к одновременным переменам в природе и в формах хозяйства. Формы хозяйства, меняясь вследствие зат
Пути решения экологических проблем
Сбалансированное развитие человечества — путь к решению современных экологических проблем. Сбалансированное развитие, Международная комиссия по охране окружающей среды и развитию О
Курортные и лечебно-оздоровительные зоны
Экономический район
Число курортов
Лечебный профиль
Северо-Кавказский
Б, К, Г
Нормативы охранных зон природных объектов
Объекты
Расстояние от сохраняемых объектов, км
до зоны промышленных предприятий различных классов санитарной вредности
Международное сотрудничество
Международное сотрудничество в решении глобальных проблем взаимодействия общества и природы является объективной потребностью эпохи, условием существования и прогресса человечества.
И просвещение
Экологическое воспитание и просвещение (формальное и неформальное образование в области окружающей среды) — это формирование у человека сознательного восприятия окружающей природной среды
Прогнозирование
Человечество издревле стремилось узнать будущее. Египетские жрецы, оракулы Древней Греции и Рима, средневековые гадалки и астрологи, первые ученые-прогнозисты — от социальных утопис
Использование территории США
Природные ресурсы,
млн га
Годы
Л
В решении экологических проблем
Надорганизменные системы (популяции, биоценозы, экосистемы, биосфера), изучаемые экологией, чрезвычайно сложны. В них возникает большое количество взаимосвязей, сила и постоянство к
Экологический мониторинг
Экологический мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменение состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности.
Термин «мо
Система наземного мониторинга окружающей среды
(по И. П. Герасимову, 1981 г.)
Блок мониторинга
Объекты
мониторинга
Характеризуемые показатели
Служ
Оценка качества окружающей среды
Важным направлением мониторинговых исследований является оценка качества окружающей среды.
Качество окружающей среды — это степень соответствия природных условий физ
Веществ в окружающей среде
Определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические нормативы, направленные в первую очередь на профилактику неблагоприятного воздействия
И паспортизация
Экологическая аттестация и паспортизация служат для документального описания эколого-экономических характеристик объектов природоохранной деятельности: территорий, территориально-пр
Экологическая экспертиза
При осуществлении мероприятий, связанных с воздействием на окружающую среду, природные экосистемы, здоровье людей, необходимо заранее, на уровне предпроектной или проектной документ
Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ
(ПДК) — количество вредного вещества в окружающей среде, отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента, которое при постоянном контакте или при воздействии в отдельный промежуток времени
Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки производственных сточных вод. — М.: Стройиздат, 1977. — 208 с.
Журавлев В. П. и др. Охрана окружающей среды в строительстве. — М.: Изд-во АСВ, 1995. — 328 с.
Заповедники СССР: Справочник/ Под ред. А. М. Бородина. — М.
Лаптев И. П. Сельское хозяйство и охрана природы. — М.: Колос, 1982. — 214 с.
Лархер В. Экология растений. — М.: Мир, 1978. — 384 с.
Ласкорин Б. Н. и др. Безотходные технологии в промышленности. — М.: Стройиздат, 1986. — 160 с.
CОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4
1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИИ.. 5
1.1. Краткая история экологии.. 5
1.2. Содержание, предмет и задачи экологии.. 16
1.3. Взаимосв
ЭКОЛОГИЯ
Оригинал-макет изготовлен в
"ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА"
Художник А.В. Лебедев
Лицензия ИД № 03562 от 19.12.2000
По
Новости и инфо для студентов