Основи екології

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передмова

У середині ХХ століття проблеми охорони навколишнього природного середовища привернули увагу світової спільноти. Початок руху за збереження довкілля часто пов`язують з публікацією у 60-х роках книги Рейчел Карсон про забруднення навколишнього природного середовища «Мовчазна весна». Згодом з`явились перші науково-аналітичні праці, які пробудили в суспільстві усвідомлення негативних екологічних наслідків економічного розвитку. Відгуком міжнародного співтовариства на появу паростків екологічного руху стала Конференція ООН із питань навколишнього середовища в Стокгольмі в 1972 році. У 80-х роках ХХ століття перед людством постало глобальне й болюче питання: яким шляхом ідти далі? Незважаючи на політичні і економічні суперечності між державами світу, які завжди виникали при відстоюванні їхніх національних інтересів, попри загострення протиріч між багатою Північчю, або країнами «золотого мільярда», та злиденним Півднем, або країнами, що тільки розвиваються, це проблемне питання заклало підгрунття для їх майбутньої консолідації.

В останній час розпочалося загальноземне об`єднання зусиль природоохоронців, створення міжнародних структур для координації відповідних дій учених, політиків, промисловців. Стрімко формуються нові всеземні правила й норми діяльності, які мають назавжди покласти край нехтуванню загальнолюдських пріоритетів і врахуванню лише національних, важливих для однієї держави чи народу, інтересів. Керівництво навіть країн «золотого мільярда» не може ігнорувати думку світової громадськості, порушувати чи лишатися осторонь дотримання життєво важливих для всього людства угод щодо охорони повітря, води і грунтів.

Сучасний стан довкілля визначають як стан глобальної екологічної кризи і визначальним для людства зараз є формування екологічної свідомості, культури і цілісного екологічного світогляду. Саме тому, екологічна освіта і виховання разом з розвитком законодавчої бази та законодавчого обмеження рівнів забруднення стали основними напрямами державної екологічної політики. Через це в усіх навчальних закладах для спеціалістів різних галузей введено обов'язкове вивчення екологічних дисциплін. Більшість пригод з екологічно небезпечними насідками трапляється переважно з вини людини і дуже часто ссаме через її необізнаність.

Екологічна підготовка спеціалістів повинна проводитися в двох напрямах. Перший напрям передбачає підготовку з загальниз питань екології з тим, щоб майбутній спеціаліст розумів екологічну проблему в комплексі і був переконаним прибічником її вирішення. Другий напрям допоможе спеціалістові в майбутній інженерній діяльності приймати такі конкретні рішення, які виключали б забруднення навколишнього середовища в процесі функціонування автомобільного транспорту та автотранспортного підприємства.

Мета вивчення «Основ екології» майбутніми фахівцями в галузі транспорту полягає в тому, щоб вони:

· уявляли, в якому стані знаходиться зараз довкілля і які чинники зумовлюють його існування:

· визначилися, які існують джерела забруднення, їх вплив на довкілля і людину та які заходи можуть зменшити техногенний тиск транспортної системи на природу;

· були обізнаними з законодавчими актами та системами стандартів у сфері охорони та дбайливого використання приодних ресурсів;

· оволодіkи знаннями щодо методів визначення концентрації шкідливих речовин у відпрацьованих газах автотранспортних засобів;

· оволоділи методикою визначення збитку заподіяного довкіллю автотранспортом.

Екологія як природнича наука

Формування екології як науки почалося в ХХ столітті й триває досі. Сучасна екологія з традиційної біоекології виросла в комплексну, складну, багатогранну інтегральну науку-лідера, стала філософією виживання людства -- eкoлoгiчнoю філософією.

Екологічна діяльність нині - обов'язкова, а здебільшого - одна з основних складових будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, військової справи, культури, релігії тощо.

Після вивчення матеріалу meмu Ви повинні знаmu:

історію становлення екології як науки;

основні категорії екології; об'єкти й методи досліджень в екології;

суть i особливості завдань, якi стоять перед екологічною наукою;

зв'язок екології з іншими науками.

1. Структура, предмет, завдання й методи сучасної екології

Вперше термін "екологія" (від грец. ойкос - житло, місце перебування та логос - наука) запропонував у 1866 році німецький дослідник природи Ернест Геккель, однак формування екології як науки почалося у ХХ столітті i триває досі. Сучасна екологія - це система наук, що має багатоярусну конструкцію, в якій кожен iз поверхів спирається на безліч традиційних дисциплін (М.М.Мойсеев). Специфіка сучасної екології полягає в тому, що вона із суто біологічної науки перетворилася на цілий цикл знань, увібравши в себе розділи географії, геології, хімії, фiзики, соціології, теорії культури, економіки й навіть теології (М.Реймерс). На думку інших учених, екологія - це соціально природнича наука; її однаково можна віднести й до біологічної, i до географічної галузі знань i її слід розглядати як цілком самостійну науку, що набула фундаментальності i глобальності.

Сучасна екологія з традиційної біоекології виросла в комплексну, складну, багатогранну інтегральну науку-лідера, стала філософією виживання людства - екологічною філософією. Вона, як і раніше, базується на біогеографічних знаннях, але для вивчення й осмислення всіх cyчacниx екологічних проблем, установлення прямих i зворотних зв'язкiв мiж процесами, якi формують екологічні умови, визначення шляхів виходу з екологічної кризи, розроблення для цього конкретних локальних, регіональних i глобальних планів та програм, сучасна наука про довкілля залучає знання практично з усіх інших наук.

Сучасна екологія - це одна з головних фундаментальних наук про взаємовідносини живої й неживої природи, нова філософія людства, що пере6увае в стадії формування. Це наука про середовище нашого проживання, його живі й неживі компоненти, їхній взаємозв'язок, що формує умови життя та розвитку всіх екосистем. Це наука про узгодження Стратегії Природи й Стратегії Людини, що має базуватися на ідеях самоо6меження й самоз6ереження, розумної коеволюції техносфери й біосфери.

Екологічна діяльнісгь нині обов'язкова, а здебільшого - одна з основних складових будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, вiйcькoвoї справи, культури, релігії та ін. Усі piшeння, пов'язані з використанням природних чи людських ресурсів, із втручанням у процеси життєдіяльності біосфери, слід сприймати з урахуванням найближчих i віддалених наслідків.

Об'єкти дослідження науки про довкілля або її галузевих підрозділів - це екосистеми планети та їхні eлeмeнти ( залежно від рівня досліджень):

Головний предмет досліджень нової екології - взасмозв'язки (їхні особливості й розвиток) живих організмів, їхніх груп різних рангів, живих i неживих компонентів екосистем, а також характер впливу природних i антропогенних факторів на функціонування екосистем i біосфери в цілому.

Основні завдання екології ХХІ cmoлimmя:

вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних i антропогенних факторів;

прогнозування динаміки стану 6іосфери в часі i просторі;

розробка з урахуванням основних екологічних законів шляхів гармонізації взаємовідносин людського суспільства й Природи, збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання й самовідновлення.

Сучасні екологічні дослідження мають стати науковою 6азою для розробки стратегії i тактики поведінки людства у майбутньому.

Останніми десятиліттями в усьому cвiтi почали розвиватися найрізноманітніші напрями екологічних досліджень, мета яких - за6езпечити спеціалістів необхідною для прийняття рішень екологічною інформацією в усіх сферах людської діяльності. На сьогодні сформувалося близько 90 напрямів екологічних досліджень, якi можна умовно об'єднати за принципом галузевої належності (з подальшим поділом у кожній галузі), пріоритетності, належності до геосфер та їхніх компонентів, взаємо впорядкованості соціально-економічної значущості з урахуванням прямих і зворотних зв'язків.

Деякі фахівці серед розділів екології виокремлюють загальну екологію як таку, що об'єднує piзнi екологічні знання на ще й досі єдиному науковому

фундаменті. Головною складовою загальної екології вважають теоретичну екологію, яка визначає загальні закони функціонування екосистем. Ocнoвy загальної, або теоретичної екології складає біоекологія з усім колом сучасних проблем.

Біоекологія вивчає найзагальніші закономірності взаємовідносин організмів та їх угруповань iз зовнішнім середовищем у природних умовах, формує уявлення про екологію як економіку природи на основі вивчення потоків речовини, енергії та інформації в життєдіяльності організмів, їх груп та 6іологічних систем. Вона є головною складовою сучасної екології:.

У зв'язку з розширенням людської діяльності й посиленням її негативних впливів на природу, останнім десятиріччям активно розвиваються різні напрями в сфері прикладної екології, яка вивчає механізми руйнування біосфери, розробляє методи запобігання йому й способи раціонального природокористування.

ІІрикладна екологія складається з трьох основних блоків - геоекологічного, техноекологічного й соціоекологічного.

Кожен 3 напрямків екологічних наук має свою специфіку, своє коло питань, що їх слід вирішувати, свої особливості екологічного монiторингу, свої методи й масштаби досліджень, але завдання в них одне: визначити характер забруднень довкілля, пов'язаних iз тим nu іншим видом діяльності людини, обсяги цих за6руднень, ступінь їхньої небезпечності, можливості нейтралізації завданої природі шкоди, а також шляхи оптимальної екологізації технологiй, підвищення ефективності охорони природи, збереження й відновлення природних ресурсів.

2. Історія становлення екології як науки

Як i всі бioлoгiчнi науки, екологія розвивалася безперервно, але нерівномірно. Як і більшість наук - екологія має свою передісторію. Нагромадження відомостей про спосіб життя, залежність від навколишніх умов, характеру розподілу тварин i рослин почалось уже давно. Праці давньогрецьких філософів-природознавців Гіппократа, Аристотеля, Теофаста Ерезійського містять відомості екологічного змісту. Звичайно, вони не називаються відомостями екологічними, бо сам термін "екологія" недавнього походження. Отже, в історії екології, як i біології, можна виділити певні періоди розвитку, якi в часовому вiдpiзкy нерівноцінні. Так званий описовий етап тривав досигь довго. Це період накопичення інформації про багатство тваринного i рослинного світу на нашій планеті, період відкриття нових континентів тощо. Екологія дуже довго розвивалася як частина біології - загального вчення про світ живого. Не виділяючись істотно з неї, за сотню років вона тричі змінила парадигму (вихідний принцип, основа міркувань та досліджень).

На першому етапі (до 30-х років ХХ ст.) екологія спиралася на визначні праці Ч. Дарвіна, О. Гумбольдта, К.Ф. Руль, Е. Геккеля й концентрувалася на дослідженні впливу фізичних i хімічних чинників довкілля на життєдіяльність окремої особини чи цілого виду. Екологія тимчасово звузилася до аутекології (екології особини). Екологи привернули загальну увагу пiд час своїх перших спроб "захистити природу", їм вдалося створити перші заповідники, закони й правила щодо полювання та рибальства,

другий етап був порівняно короткочасним i стосувався дослідження великих груп організмів (популяцій чи їх об'єднань) під кутом аналізу взаємодії окремих особин i популяцій різних видiв істот між собою. Лідером стала

пonvляцiйнa eкoлoгiя. Великою заслугою цього етапу екології є залучення математики. Вперше екологи дістали змогу виконувати теоретичне моделювання розвитку подій у живому дoвкiллi, робити передбачення.

Третій етап розпочався після Другої світової вiйни, коли домінуючим стало уявлення (сучасна парадигма) про "пов'язаність з усім", про необхідність одночасного i якнайточнішого урахування взаємодії між со6ою та з речовинами довкілля усіх видів i варіантів живого дoвкiлля, як i змiн навколишнього природного середовища. Синекологія ( вчення про взаємодію популяцій між собою i найближчим дoвкiллям) швидко поступилася першістю глобальній екології; або біосферологіі: одночасно виникли i стали розвиватися десятки галузей, розділів, підрозділів сучасної екології'.

3а час з 1866 року й до сьогодні екологія вийшла далеко за межі, окреслені Е. Геккелем - вивчення взаємин організму i середовища.

Структура екології ускладнюється підставі диференціації та наукового знання. Оскільки рівні організації життя взаємозв'язані між собою, їх пізнання потребує взаємодії різних напрямів екології. А на стику між різними науками виникають нoвi наукові галузі, якi мають на меті дослідити екологічні виміри існування тих чи інших o6'єктiв. Haпpиклад, взaємoдiя eкoлoгiї тa фізіології призвела до виникнення екологічної фізіології, а екології та гістології - екологічної гістології, а на межі названих наук виникає екологічна гістофізіологія.

3. Зв'язок екології з іншими дисциплінами

Як cпeцифiкy предмету екології дocлiдники відмічають його синтетичний характер: наявність природничонаукових i гуманітарних пластів в її знанні. Юджин Одум(1986) пише: "Екологія - цілісна дисципліна, що зв'язує природничі й гуманітарні науки, зберігаючи мiцнi корені в 6іологічних науках, вона не може бути віднесена цілком лише до них. Екологія - точна наука. У тому розумінні, що вона використовує концепції, методи й прилади математики, фізики, хімії та інших природничих наук. Але, водночас, вона гуманітарна наука, ocкiльки на структуру й функцію екосистем дуже сильно впливає поведінка людини". Тобто екологія - синтетична наука, що використовує дані самих різних дисциплін. Прийоми й методи екології різноманітні. Вона використовує сучасні методи фiзики і хімії для вивчення природи.

Екологія досліджує найвищі рівні інтеграції живої матерії й у процесі пізнання переходить вiд популяцій одного виду до спільнот i екосистем, нарешті, до біосфери в цілому. Тому екологія поєднує в науковому пошуку ботаніків, зooлoгiв, мікробіологів. Тобто, виконує інтеграційну функцію. Екологія поєднує генетику й сучасну еволюційну теорію, відносячи їх до реального природного процесу.

3а допомогою екології, яка досліджує взаємозв'язок Людини з 6іосферою, здійснюється інтеграція природничих і суспільних (економічних i соціальних) наук.

Методологи сучасної екології підкреслюють інтеграційну орієнтованість екології_; визначаючи її місце в системі наук: екологія є окремою галуззю наукових знань і, водночас, наукою, пов'язана або суміжна з багатьма ділянками природничих, гуманітарних чи технічних наук, різноманітними сферами людської діяльності. Екологія спирається на piзнi науки, з якими пов'язана своїм походженням (наприклад, з біологією), чи об'єктом дослідження (географія, геологія).

Найтісніше екологія пов'язана з природничими науками: землезнавством, біологією, космологією, оскільки кожна з цих наук розкриває істотні риси власне екологічних об'єктiв екосистем та взаємин мiж організмами. 3емлезнавствостворює о6раз неорганічної природи, 6іологія - живих систем, а космологія - міжпланетного довкілля, в якому виникла i функціонує 6іосфера 3емлі.

Екологія має тicнi взаємозв'язки з фундаментальними теоріями - еволюційною, інформатикою, соціологією На базі цих теорій набувають раціонального пояснення численні екологічні явища. Медицина, біотехнологія, сільськогосподарські науки, урбаністика, охорона природи i космонавтика окреслюють прикладні можливості екології. Дійсно, починаючи з рільничої справи й закінчуючи вивченням космосу люди мають справу з певним довкіллям - сприятливим чи несприятливим. Урахування його осо6ливостей, змін, принципів управління ним дають змогу підтримyвати сталість Людського існування иа piвнi окремого iндивiдa та Людських спільнот.

Нарешті, сучасна екологія тісно взаємoдiє зі сферою філософського знання. Філософія екології вивчає та оптимізує сам процес екологічного пізнання, осмислюючи мoжливocтi його подальшого розвитку. У результаті людинознавство отримує вiд екології нове розуміння Людини i життя. Філософські проблеми входять у предмет таких розділів екології, як соціальна екологія, інтелектуальна екологія; екологія культури, екологія духу. Озброївшись новою - екологічною - філософією, ми повинні в ХХІ столітті спрямувати всю силу свого інтелекту на гли6оке, всебічне вивчення 6іосфери, всіх складових природного середовища, обстежити завдані їй рани й віднайти засоби її лікування та відновлення.

Поставлене завдання може бути вирішено лише за однієї умови всі людизобов'язані гли6око оволодіти комплексною інтегральною наукою про дoвкiлля новою філософією нашого виживання й подальшого збалансованого розвитку цивілізації.

Отже, предмет екології багатоаспектний.

Питання для самоконтролю

1. Яким є предмет класичної екології й коли вона виникла?

2. Чи вірно вважати екологію біоекологією?

3. Як проявляється процес диференціації та інтеграції в екології?

4. Що є предметом сучасної екології?

5. Які «небіологічні» розділи екології Ви можете назвати?

6. Чи взаємодіє сучасна екологія зі сферами гуманітарного і філософського знання?

7. Назвіть головні періоди розвитку екології та їх особливості.

8. Вкажіть причини підвищення цікавості до екології в останні десятиріччя

9. У який момент екологiя вийшла за межі біології? Відповідь обґрунтуйте.

Аутекологія (факторіальна екологія)

Нині на Землі існує понад 2 млн видів живих організмів. Усі вони пристосовані до життя в різних умовах середовища, з яким так чи інакше взаємодіють. Зв'язок організму з середовищем виявляється у дії на нього екологічних факторів: кліматичних, едафічних і біотичних. Ці фактори мають різну природу і специфіку: можуть бути шкідливими або корисними для живих істот; перешкоджати, або сприяти їх виживанню і розмноженню.

Після вивчення матеріалу теми ви повинні:

знати:

· класифікацію екологічних факторів; їх значення в житті організмів;

· абіотичні фактори, які залежать від хімічних і фізичних властивостей середовища;

· закон мінімуму Лібіха;

· біотичні фактори як форми взаємозв'язків організмів;

· закон толерантності Шелфорда; форми біотичних відносин;

· антропогенні фактори.

вміти:

· розрізняти ресурси та умови існування живих організмів і знати основні їх види;

· навести приклади трофічнх ланцюгів, що є у відомих Вам екосистемах та визначити, до якого типу вони належать.

1. Поняття середовища існування. Водне, ґрунтове, повітряне середовище

Дослідження окремих організмів, їх індивідуальних зв'язків з середовищем є предметом аутекології.

Життя людей, їх трудова діяльність, побут та відпочинок проходять в складній системі взаємопов'язаних соціальних, природних і штучно створюваних факторів і явищ, які характеризують даний стан природи, етап розвитку суспільства і його взаємодію з природою. Це повітря, вода, грунт, рослинний і тваринний світ, всі досягнення науково-технічного прогресу, що оточують людину і створюють умова для її існування. Цю систему, як правило, називають навколишнім середовищем чи довкіллям.

Частина природи, в оточенні якої живе організм, з якою безпосередньо взаємодіє, називається природним середовищем. Воно складається з багатьох елементів, умов, явищ, тобто з факторів. Екологія вивчає фактори середовища з їх впливом на живі організми.

2. Екологічний фактор. Класифікація екологічних факторів, їх вплив на живі організми. Абіотичні фактори.

Екологічний фактор - це будь-яка умова середовища, що прямо чи опосередковано впливає на організм протягом хоча б однієї з фаз його розвитку.

Усі екологічні фактори мінливі, тому організми змушені весь час пристосовуватись до них. Специфічні пристосувальні механізми і реакції живих істот на зміни екологічних факторів називаються адаптаціями. Здатність до адаптації - одна з властивостей життя, що забезпечує саму можливість його існування. Адаптації виявляються на всіх рівнях організації. Розрізняють абіотичні ( фактори неживої природи з їх хімічними і фізичними властивостями); біотичні (фактори, що створюються сукупністю організмів у результаті їх взаємодії) та антропогенні (які виникають унаслідок діяльності людини, спричинюють зміни середовища життя інших видів організмів або безпосередньо впливають на них) екологічні фактори.

До абіотичних факторів відносять кліматичні (світло, тепло, волога, тиск), Ґрунтові (механічний склад ґрунтів, повітропроникність, щільність ґрунту) та хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів).

До біотичних відносяться фітогенні (рослинні організми), зоогенні (тваринні організми) і мікрогенні (віруси, найпростіші, бактерії).

Пристосувальні реакції організмів залежать від періодичності впливу на них екологічних факторів, за цією ознакою розрізняють первинні періодичні, вторинні періодичні та неперіодичні фактори. До перших відносять явища, пов'язані з обертанням Землі (зміна пори року, добова зміна освітлення, сезонна зміна температур тощо). Вторинні періодичні фактори (вологість, температура, опади), є наслідком первинних. Неперіодичні фактори (ще їх називають нециклічними) - це різні стихійні явища. До них же можна віднести і антропогенні фактори, оскільки вони виявляються раптово і нерегулярно. Нерідко рівень їх впливів виходить за межі пристосувальних можливостей організмів і виявляється у зміні режиму багатьох абіотичних і біотичних факторів.

Один і той же фактор середовища неоднаково впливає на різні організми, що співіснують разом. Більшість екологічних факторів постійно змінюється в просторі і часі. Екологічні фактори можуть впливати на організми як подразники, зумовлюючи пристосувальні зміни функцій організму; як обмежувачі - унеможливлюють існування за даних умов; як сигнали про зміни інших факторів середовища.

У впливі факторів середовища на організми та реакціях останніх на цей вплив існують певні закономірності.

1. Закон оптимуму. Кожен екологічний фактор впливає на живі організми позитивно чи негативно залежно від сили прояву його дії. Сприятливу силу впливу фактора, тобто таку, що забезпечує найкращі (оптимальні) умови життєдіяльності особини, називають зоною оптимуму екологічного фактора. Будь-які відхилення від оптимуму негативно позначаються на розвитку організмів. Чим більші ці відхилення, тим сильніше пригнічується їх життєдіяльність. Мінімальні і максимальні значення фактора є критичними - за їх межами життя вже неможливе.

2. Взаємодія факторів. Суть цієї закономірності в тому, що зона оптимуму і критичні межі витривалості живих істот стосовно якогось екологічного фактора можуть змінюватись залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють одночасно інші фактори. Взаємодія факторів виявляється також у їх частковій взаємозамінності. Проте взаємна компенсація дії факторів не може бути безмежною, і повністю замінити один з них на інший неможливо.

3. Обмежувальний (лімітуючий) фактор. Якщо хоч один з екологічних факторів наближається до критичної межі або перевищує її, то, незважаючи на оптимальну дію інших умов середовища, організму загрожує загибель, а цей фактор стає для нього обмежувальним. Гіпотез про те, що витривалість організму визначається слабкою ланкою у ланцюзі його екологічних потреб, вперше було проаналізовано Ю.Лібіхом у 1840 році.

Для нормального існування організмів їм потрібен комплекс факторів або певний режим з допустимими коливаннями в певних межах витривалості, або толерантності. В таких умовах будь-які особини можуть виживати, рости, розмножуватись, тобто підтримувати свою чисельність. Сукупність всіх факторів (умов) і ресурсів (поживи) середовища, в межах якої може існувати вид у природі, називається екологічною нішею.

Абіотичні фактори.

Температура - один з найважливіших кліматичних факторів. Від неї залежать усі життєво необхідні процеси, що відбуваються в організмі: обмін речовин, ріст, розвиток тощо. На земні поверхні температура мінлива і залежить передусім від географічної широти, висоти місцевості над рівнем моря, пори року, сезону, часу доби. Життя і розмноження кожного виду живих організмів можливі тільки в певних межах температури: мінімальна - оптимальна - максимальна. Різка зміна критичних для організму значень температури може спричинити сповільнення або прискорення фізіологічних процесів і навіть його загибель. Згідно з законом Вант-Гоффа, з кожним підвищенням температури на 10* С швидкість більшості хімічних реакцій в організмі збільшується у 2-3 рази.

Організми, що пристосувалися до значних коливань температури, називаються евритермними, а ті, що пристосувалися до певних температур, - стенотермними. Більшість рослин і тварин є евритермними.

Температура усіх мікроорганізмів, рослин і більшості тварин (крім ссавців і птахів) залежить від температури зовнішнього середовища. Тому вони називаються пойкілотермними , або холоднокровними. У всіх ссавців та птахів у процесі еволюції виробилась здатність підтримувати відносно сталу температуру тіла незалежно від температури середовища. Через це їх називають гомойотермними, або теплокровними.

Як пойкілотермні, так і гомойотермні організми здатні регулювати температуру свого тіла. Така їх захисна реакція називається терморегуляцією.

У рослин і комах протягом осені і зими підвищується стійкість проти холоду. Це явище дістало назву загартування. Особливо стійкими проти несприятливих температур є організми, що перебувають у стадії анабіозу.

Світло є важливим екологічним фактором, інтенсивність якого змінюється по сезонах року і протягом доби. Основним його джерелом є сонячна радіація. Із загального її потоку, який досягає земної поверхні і від якого залежать умови існування організмів, видиме світло становить близько 45%, інфрачервоне - 45% і ультрафіолетове - 8 - 10%. Видиме світло є особливо важливим для зелених рослин - вони використовують його для фотосинтезу. Інфрачервоне випромінювання - важливе джерело теплової енергії Воно поглинається тканинами організмів і зумовлює їх нагрівання. Від цього залежить інтенсивність фізіологічних процесів у рослин і пойкілотермних тварин. Ультрафіолетове випромінювання може бути довгохвильовим і короткохвильовим. Землі досягає лише перше, а друге згубно діє на все живе і майже повністю затримується озоновим екраном атмосфери. Невеликі дози довгохвильового ультрафіолетового випромінювання необхідні для багатьох видів організмів. У діапазоні хвиль 250-300 нм вони виявляють бактерицидну дію, сприяють синтезу вітаміну Д в організмі тварин.

Рослини поглинають не всю сонячну радіацію, яка надходить на земну поверхню. Більша кількість її розсіюється атмосферою і тим сильніше, чим більше в ній завислих твердих часточок. Значно послаблюють сонячну радіацію вода та її пара, внаслідок чого зменшується її енергія в похмуру погоду, коли рослини використовують розсіяне світло. Дуже впливає на розвиток рослин і тварин добове чергування дня і носі. Тривалість світлового дня і ночі. Тривалість світового дня називають фотоперіодом, а реакцію на нього організму - фотоперіодизмом.

У рослин залежно від тривалості світлового дня формуються гормони, що впливають на їх цвітіння, утворення бульб, цибулин, коренеплодів. За вимогою до освітлення розрізняють рослини короткого дня (фотоперіод 8-10 год.), довгого дня (не менше 12 год.) і нейтральні, на яких тривалість світового дня істотно не впливає. Є також рослини світлолюбні - ростуть на відкритих, добре освітлених місцевостях; тіньолюбні - рослини нижніх ярусів тінистих лісів, печер та глибоководні; тіньовитривалі - можуть витримувати тривале затінення, проте добре ростуть і на світлі. Фотоперіодизм спостерігається також у тварин. Розмноження більшості жуйних тварин починається в період з коротким світловим днем, а дрібних хижаків - коли день стає довшим. Птахи навесні, коли подовжується світловий день починають будувати гнізда. Фотоперіодизм, поряд з температурою, вологістю, є причиною діапаузи - тимчасового фізіологічного спокою у розвитку багатьох тварин.

Вологість - найпоширеніша на Землі речовина. Багато видів організмів живуть у воді, а мешканці суші також залежать від неї. Вода є основним компонентом клітин, розчинником, транспортним засобом для перенесення поживних речовин, за її участю відбуваються біохімічні реакції в організмах.

За потребою у воді виділяють такі екологічні групи рослин:

· Гідратофіти - живуть тільки у воді, цілком або майже повністю занурені в неї. Якщо їх вийняти з води, то вони швидко висихають і гинуть;

· Гідрофіти - наземно-водні, частково занурені у воду, ростуть на берегах водойм, болотах;

· Гігрофіти - наземні, можуть існувати в умовах підвищеної вологості повітря та на вологих грунтах;

· Мезофіти - витримують нетривалу і не дуже сильну посуху, досить численні і дуже поширені;

· Ксерофіти - переносять тривалу посуху, перебуваючи в активному стані завдяки здатності регулювати водний обмін.

В організм тварин вода надходить під час пиття, з соковитими кормами і внаслідок обмінних (метаболічних) процесів, зокрема внаслідок окислення жирів.

Проте є тварини, яким цілком достатньо вологи, що надходить з поживою, і метаболічної. У людини вода, що утворюється в процесі метаболізму, становить близько 25% її добових втрат.

У разі, коли води в організм надходить менше, ніж витрачається, він відчуває водний дефіцит.

Вода не тільки здійснює безпосередній фізіологічний вплив на ріст і розвиток рослин, а й видозмінює інші такі важливі екологічні фактори, як температура, аерація ґрунту, засвоєння рослинами елементів живлення, надходження в організми хімічних елементі. Крім того, кисень рослин, запас якого постійно поповнюється завдяки фотосинтезу, виділяється ними внаслідок реакції розкладання води, яка вбирається рослинами з ґрунту.

Іонізуюче випромінювання поділяють на електромагнітне і корпускулярне, що має енергію достатню для іонізації молекул і атомів речовини. Воно невидиме і може проникати в непрозорі тіла на значну глибину, викликаючи різні зміни в біологічних системах. Тому його називають проникною радіацією. До іонізуючого випромінювання належать також видиме світло та ультрафіолетове випромінювання. На живі організми в навколишньому середовищі можуть одночасно діяти кілька джерел іонізуючого випромінювання: 1) природне; 2) штучні радіонукліди; 3) побутові прилади.

Поширенню радіонуклідів сприяють вітер, атмосферні опади. Ті з них, щo випали на земну поверхню, концентруються в рослинах, грунті та воді і через ланцюг живлення потрапляють в організми тварин і людей. Надійшовши у воду, радіонукліди накопичуються в мулових відкладах. З часом частина їх розчиняється у воді і забруднює її.

Чим вища інтенсивність випромінювання, тим більшої шкоди завдає воно організму. Мірою дії будь-якого іонізуючого випромінювання на біологічні об'єкти є величина поглинутої енергії випромінювання, або доза випромінювання, - кількість поглинутої енергії випромінювання одиницею маси опроміненої речовини.

У біологічному відношенні важливо знати не тільки величину дози, отриману опроміненим об'єктом, а її швидкість її накопичення, оскільки однакова доза, отримана на різні проміжки часу, спричинює неоднакові ураження. Для цього було введено поняття потужності дози (доза випромінювання, отримана об'єктом за одиницю часу)

Залежно від виду випромінювання, дози і способу опромінення можна спостерігати різні реакції організму на променеву дію: від прискорення росту і розвитку до його загибелі..

3. Біотичні фактори, форми біотичних відносин

У природних умовах кожен живий організм живе не ізольовано, а у взаємозв'язках з іншими живими істотами. Взаємодіючи між собою, організми вступають один з одним у певні зв'язки, які можуть бути корисними, шкідливими, або нейтральними (залежно від того, стимулюється чи обмежується життєдіяльність кожного з них). Зв'язки між організмами - необхідна умова існування. З одного боку, вони пом'якшують тиск навколишнього середовища, а з другого - завжди становлять певну небезпеку, навіть пряму загрозу існуванню індивіда.

Безпосереднє живе оточення організму називається біотичним середовищем, а впливи, що виявляються під час взаємозв'язків організмів у ньому, - біотичними факторами. отже, біотичні фактори поєднують уcю сукупність впливів живих організмів один на одного. Представники кожного виду можуть жити лише в тому середовищі, яке забезпечує для них нормальні умови існування.

Взаємозв'язки і взаємовпливи живих істот можуть бути прямими і непрямими (опосередкованими) прямі взаємозв'язки виявляються у безпосередньому впливі одних організмів на інші, а непрямі - опосередковано, через проміжні ланки. Можливі взаємозв'язки між особинами одного виду (боротьба за поживу, за лідерство у зграї, захист ділянки) та між особинами різних видів.

Усі біотичні зв'язки у природі умовно можна поділити на такі групи: нейтральні - жоден із взаємодіючих видів не впливає на іншого; взаємо корисні - вигідні для обох видів; взаємо шкідливі - негативно впливають на обох партнерів; корисно-шкідливі - один має вигоду, а інший пригнічується; корисно-нейтральний - один має користь, а другий не зазнає від цього шкоди; шкідливо-нейтральний - один вид пригнічується, а другий не зазнає шкоди.

Взаємокорисні: протокооперація, симбіоз, мутуалізм.

Корисно-нейтральні: коменсалізм (нахлібництво, співтрапезництво, квартиранство);

Корисно-шкідливі: паразитизм, хижацтво;

Взаємо шкідливі: конкуренція (міжвидова, внутрішньовидова)

4. Антропогенні фактори

Антропічні фатори - ті, що виникають в результаті безпосереднього впливу людини на будь-що. Наприклад: мисливство, вирубування лісів, вирощування, на свій розсуд, рослин і тварин, займаючись селекцією, чи знищування цілеспрямовано якихось рослин чи тварин.

Антропогенні фактори - це фактори зумовлені діяльністю людини, які опосередковано впливають на органічний світ через зміну першої і другої груп факторів: змінити хімічний склад води у водоймах, виснажити чи, навпаки, збагатити грунт, забруднити повітря, збудувати дорогу, розлити нафту. Вони є результатом діяльності людини планованої чи випадкової, сьогоденної чи минулої.

Ці фактори, що зумовлені діяльністю суспільства та приводять до зміни організмів чи середовища існування організмів відіграють дедалі все більшу роль у взаємовідносинах «людина-біосфера». Лише своїм фізичним існуванням люди впливають на середовище існування: виділяючи у атмосферу значну кількість вуглекислого газу в процесі дихання; споживаючи з їжею енергію, накопичену іншими живими організмами. Проте, в значній мірі на біосферу впливає виробнича діяльність людей, внаслідок якої змінюються рельєфи і склад земної поверхні, хімічний склад атмосфери, клімат, відбувається перерозподіл прісної води, зникнення природних екосистем і створення штучних екосистем, вирощуються культурні рослини, одомашнюються тварини тощо.

За позитивних змін, які внесені людиною, виникають сприятливі умови щодо розвитку тих чи інших організмів, внаслідок чого збільшується їх чисельність. За негативних - організми пригнічуються і навіть вимирають.

Людина - сама цінна і легко уразлива істота, але і найбільш небезпечна для себе і середовища, в якому мешкає на Землі. Найочевиднішим проявом антропогенного впливу на біосферу є забруднення довкілля.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке екологічний фактор?

2. Чим визначається різноманітність класифікацій екологічних факторів?

3. У чому полягає взаємодія факторів?

4. Як впливають на існування організму відхилення від оптимуму факторів (мінімум і максимум)?

5. Чому надто низькі і надто високі температури завдають шкоди організмам?

6. Які особливості поведінки, будови, життєдіяльності забезпечують певним організмам можливість виживати за низьких і високих температур?

7. Що таке терморегуляція? Чим пояснюється різноманітність біологічної дії світла?

8. Які порушення життєдіяльності може спричинити зменшення надходження води в організм рослини, тварини, людини?

9. Чому іонізуюче випромінювання природного фону не становить великої загрози для життя людини?

10. Які техногенні джерела радіації вам відомі?

11. Що таке біотичні фактори? Як вони поділяються?

12. У чому різниця між антропогенними і антропічними факторами?

Екологія популяцій

Ознайомлення із змістом цього розділу дасть вам змогу дізнатися про те:

· що таке популяція,

· які основні її характеристики,

· як регулюється взаємозв'язне між особинами популяцій,

· як людина може впливати на популяції, змінюючи їх властивості.

1. Демекологія - екологія популяцій: основні характеристики. Структура популяцій

У 30-х роках минулого століття сформувалась нова галузь екологічної науки - наука що вивчає стосунки в надорганізмовій системі, або демекологія. Засновником її став англійський учений І. Ельтон. У своїй книзі “Екологія тварин (1927) він перевів увагу з окремого організму на популяцію організмів як одиницю, яку слід вивчати самостійно, оскільки на цьому рівні виявляються особливості екологічних адаптацій і регуляцій.

Популяція (англ. популяціон - населення) - це сукупність особин одного виду, здатна до самовідновлення і відмежована від інших аналогічних сукупностей цього самого виду екологічними (включно з часовими й просторовими) чи біологічними бар'єрами, що ускладнює обмін генетичною інформацією. Термін “популяція” запозичений В. Іогансеном у 1905 р. з демографії.

Популяції мають не лише основні ознаки виду, а й певні особливості будови окремих особин та пристосованість до специфічних місцевих умов ареалу даного виду.

Стабільність популяції залежить від процесів всередині неї і в сусідніх популяціях. З урахуванням цього виділяють популяції:

1) незалежні - мають досить високий розмноження, завдяки чому постійно оновлюються без надходження представників видів із зовні,

2) напівзалежні - можуть існувати тільки в результаті розмноження власних особин при незначній чисельність, проте інколи можливе надходження в них особин із зовні, що сприяє поліпшенню популяції,

3) залежні - розмноження всередині таких популяцій не компенсує втрат, тому вони можуть існувати лише при надходженні особин із сусідніх популяцій,

4) псевдопопуляції - утворюються внаслідок міграції особин із сусідніх популяцій.

Характерними для популяцій кожного виду є: 1) вікова і статева структури, 2) чисельність, 3) густота розселення, 4) темпи приросту.

Структура популяції - це склад її за статево-віковими, генетичними, фенотиповими та іншими ознаками. Структура популяції є однією з ознак популяції.

Виявлення структурних елементів популяції дало змогу більш чітко формувати сучасні уявлення про популяцію. Крім того виділення структурних елементів популяції дає змогу проводити більш ефективний аналіз стану популяцій того чи іншого виду. Особливо це стосується видів, які перебувають у стані волі, але експлуатуються людиною.

Просторова структура - закономірне розміщення особин даної популяції в просторі в певний період часу існування популяції. Аналіз будь-якої популяції показує, що особини розміщуються по-різному.

Розподіл особин популяції може бути:

· випадковим - в природі зустрічаються дуже рідко, тільки в тих випадках, коли середовище однорідне, а організми не намагаються об'єднатися в групи,

· рівномірним - розподіл може зустрічатись там, де між особинами дуже сильна конкуренція або існує антагонізм, який сприяє рівномірному розподілу в просторі,

· груповим - якщо особини в популяції намагаються утворити групи певного розміру. Такий розподіл зустрічається досить часто при утворенні пар, скупчень.

Скупчення виникають:

· як наслідок змін умов середовища,

· як реакція на добові та сезонні зміни погоди,

· у зв'язку з процесом розмноження.

Будь-яке з таких скупчень має велике біологічне значення. У особин, які об'єднуються у певну групу, у порівнянні з одинокими особинами, спостерігається зниження смертності завдяки здатності групи протидіяти несприятливим умовам середовища.

Вікова структура - закономірне співвідношення різних вікових груп популяцій.

Порушення вікової структури веде до зниження репродуктивних властивостей популяції як наслідок - зниження чисельності. Нехтування віковою структурною популяції веде до деструктивних змін системи (ерозії, зсуви, міграції тощо).

Статева структура - закономірний розподіл особин даної групи.

Загалом, вік особини популяції можна розділити на три періоди: до - репродуктивний, репродуктивний, пост репродуктивний.

Ієрархічна структура - проявляється у ступені домінантності особини та функціональних обов'язках, які виконує дана особина.

Ієрархія популяції проявляється у формі організації популяції: поодинокий спосіб життя, сімейний спосіб життя, зграя, стадо, колонія, прайд.

Знання про структуру популяцій є основою раціонального природокористування. Контроль за віковими, статевими, ієрархічними показниками популяцій в природі дозволяє експлуатувати природній ресурс без істотних змін чисельності особин. На жаль, слід відмітити, що в багатьох випадках аналіз структури популяції виду є поверховим і, як наслідок, іде пере використання і послідуюче пригнічення популяції та реконструкція системи, складовим елементом якого і є популяція.

2. Чисельність і густота популяцій

Визначення чисельності (кількості особин) популяцій має велике значення для їх природного чи спрямованого репродукування. Для цього потрібні дані про вплив факторів середовища на розмноження і виживання організмів даного виду, забезпеченість ресурсами тощо.

У природній системі існує така кількість особин у популяціях, яка найбільшою мірою відповідає потребам їх відтворення.

Повний перелік видів організмів здійснюють періодично. Він є підставою для оцінки стану цих видів, а інформація про коливання чисельності популяцій потрібна для розробки заходів щодо оптимального її використання. Відомо, що популяції, чисельність яких є незначною більш екологічно уразливі.

Для порівняння чисельності популяцій або характеристики змін усередині їх протягом певного відрізка часу використовують показник густоти популяції - кількості особин на певній території (великих тварин - на 20 тис. га, ґрунтових хребетних - на 1 м²). Цей показник є особливо важливим, коли неможливо зробити повний перелік особин або коли межі популяції нечітко визначені.

Густота популяцій може збільшуватись або зменшуватись. Такі зміни, тобто її динаміка, відображують складні взаємозв'язки між різними групами рослин і тварин, бо вони є біотичними факторами відносно один одного. Густота популяцій залежить також і від абіотичних факторів. Розрізнюють максимальну й мінімальну густоту популяцій. Максимальною є пустота, більшу за яку екосистема даної території вже не може підтримувати, а мінімального - найменша кількість популяції неможливе. Для кожного виду існують оптимальні межі густоти його популяції.

Чисельність популяцій не буває сталою, а варіює в певних межах. Динаміку її слід знати, щоб регулювати розвиток популяції, запобігати можливим небажаним впливам на неї.

Періодичні коливання чисельності популяції залежать як від факторів середовища, так і від особливостей самої популяції. У деяких видів тварин спостерігається природна періодичність коливання чисельності, коли значне збільшення кількості особин чергується із спадом їх розмноження. Період у розвитку популяції, коли кількість її особин практично не змінюється, називається фазою рівноваги.

За динамічними змінами популяцій розрізняють такі типи їх чисельності:

· показників. Його І фаза характеризується збільшенням чисельності популяцій за геометричною прогресією. Після максимуму кількість особин дуже знижується. Тривалість повного циклу розмноження залежить від біологічних особливостей виду,

· гіперболічні. Трапляються в популяціях, які щойно заселили нове місце за ресурсами живлення. Після істотного збільшення популяції у неї настає фаза рівноваги,

· стабільний. Характерний для популяцій, які перебувають у талих умовах існування і мають досконалі регуляційні механізми. В природі буває рідко.

Взаємозв'язок між організмами і факторами середовища визначає чисельність організмів у той чи інший момент як рівнодійну усіх факторів середовища. Але навіть якби умови середовища залишалися незмінними, чисельність популяцій не була б сталою через певні генетичні закономірності.

Стан динаміки популяцій відображує відповідність вимог особин реальним умовам середовища.

Серед поширених екологічних явищ, що впливають на чисельність природних популяцій важливу роль відіграють міграції (переселення). Вони можуть відбуватись на території популяції (інвазії), або їх межами. Екологи поділяють усі міграції тварин на періодичній неперіодичні. Класичний і всім відомий приклад періодичних міграцій - осінні й весінні перельоти птахів.

Неперіодичні міграції виникають внаслідок катастроф.

Проте значно частіше причиною міграції тварин може бути зміна факторів або збіг несприятливих обставин. Інколи в нових умовах популяції знаходять винятково сприятливі для свого розвитку умови, і тоді швидке розмноження виду може набути характеру катастрофи.

3. Народжуваність і смертність

Загальні зміни чисельності популяції залежать від народжуваності, смертності, вселення і виселення (міграції) ї особин.

Народжуваність і смертність - основні показники динаміки популяцій. Залежно від них говорять про баланс популяцій.

Народжуваність. Характеризується кількістю особин, що з'являються в популяції за одиницю часу з розрахунку на певну кількість її членів. Вона залежить від багатьох причин, серед них найважливішою є кількість особин, здатних до відтворення, що залежить від співвідношення статево-вікових груп. Однак народжуваність не є прямо пропорційною плодючості, бо остання залежить від ступеня розвитку турботи батьків про потомство в популяції.

Для кожної вікової групи характерні свої показники народжуваності і смертності. Ці показники можуть бути більш-менш сталими при незмінності умов життя. Проте в разі їх зміни формуються нові залежності.

Кожен організм, за деякими винятками, здатний відтворювати собі подібних. Чисельність популяції може зростати необмежено за умови, коли не діють лімітуючи (обмежувальні) фактори зовнішнього середовища. Теоретичне зростання чисельності має вигляд кривої, крутизна якої різко збільшується і прямує до нескінченності. Така крива називається експоненціальною. Зрозуміло, що в реальних умовах таке явище не спостерігається, бо нескінченне експоненціальне зростання чисельності популяції неможливе через існування обмежувальних факторів. Реальна крива, що відображує зростання популяції, має S - подібний вигляд і називається логістичною.

Природжена здатність видів збільшувати свою чисельність називається біотичним потенціалом. Цей показник характеризує теоретичний максимум чисельності потомків від однієї пари або однієї особини за одиницю часу чи за весь життєвий цикл. У природі біотичний потенціал ніколи не реалізується повністю, а його величина (r) дорівнює різниці між народжуваністю і смертністю в популяціях: r = b - d, де b - кількість народжених, d - кількість загиблих особин у популяції протягом одного й того самого періоду.

Смертність також залежить від багатьох факторів (несприятливі умови середовища, наявність хижаків, паразитів хвороб тощо). Визначається кількістю особин, що загинули за певний відрізок часу.

Життя завжди має певні вікові межі і в кожного виду організмів - свої. Саме у випадку, коли особини доживають до біологічно-граничного віку, а потім протягом короткого часу вмирають, крива залежності поколінь від часу має вигляд 1 (мал. 1). Однак природі такий хід тривалості не властивий, хоча в деяких видів може наближатися до нього (крива 2, мал. 1). Крива, що відображує виживання, більшості природних видів, дуже ввігнута (3) і характерна для надто високої смертності на ранніх стадіях життя. Проміжним є 4 крива, що зображує смертників, яка з віком мало змінюється і є відносно сталою протягом усього життя даної популяції. Цей тип виживання характерний для акваріумних риб і порівняно рідко трапляється в природних умовах.

4. Типи взаємовідношень між популяціями