«Экология организмов»

1. «Экология организмов» Ассистент кафедры экологии и природопользования А.В. Иващенко

2. Зарождение Жизни на Земле

3. На настоящий момент мнение ученых о возрасте Земли разделились. Одни утверждают что не более 18 млн. лет, когда как другие что как минимум 4,5 млрд. лет. Такая разница происходит из-за различных методов исследования данного вопроса. Но все таки большинство учёных склоняется к последней цифре и утверждают что на самом деле Земле гораздо более 5 млрд. лет

4. Геохронологическая шкала

5. Теории возникновения жизни: • Среди многочисленных гипотез возникновения жизни на Земле необходимо упомянуть следующие: • жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм). • жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самозарождение). • жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния). • жизнь занесена на нашу планету извне (теория панспермии). • жизнь возникла однажды в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

6. Последняя гипотеза кажется наиболее состоятельной. Многие ученые подтвердили возможность абиогенного синтеза сложных органических веществ из простых неорганических в условиях, которые предположительно были характерны для "новорожденной" Земли. Академиком А.И. Опариным были опытным путем получены коацерваты - сложные белковые комплексы, способные обмениваться с окружающей средой веществами и избирательно накапливать различные соединения. Но как бы ни были похожи коацерваты на простейшие клетки живых организмов, живыми они не являются. Никому не удалось опытным путем создать живое существо. Поэтому все гипотезы являются умозрительными.

8. В первичной атмосфере Земли были углекислый газ, азот, водяные пары - те неорганические вещества, из которых могли быть построены органические молекулы. Источниками энергии для таких реакций могли служить электрические разряды или мощное ультрафиолетовое излучение. • Молекулы органических веществ объединялись друг с другом, образуя цепочки нуклеиновых кислот. Эти цепочки оказались способны к самокопированию и со временем стали управлять синтезом белков. • Иногда похожие на цепочки молекулы нуклеиновых кислот и молекулы белков попадали внутрь шариков, оболочка которых состояла из молекул жирных кислот. Видимо такие комплексы были прообразом будущих клеток.

9. Обощенная схема зарождения жизни на Земле и условия ее возникновения

10. «Каменная летопись» • Изучение происхождение жизни на Земле происходит путем исследования окаменелостей и ископаемых, так называемых «каменных летописей»

11. При изучении "каменной летописи" зачастую обнаруживаются удивительные вещи. В Антарктиде найдены ископаемые остатки тропических папоротников. А остатки напоминающей по облику бегемота древней рептилии листрозавра встречаются в горных породах Африки, Индии и Антарктиды. Как найти объяснение этим странным явлениям?В 1915 году немецкий ученый Альфред Вегенер выдвинул теорию "дрейфа материков", согласно которой облик Земли медленно, но постоянно меняется, а континенты безостановочно "путешествуют" по поверхности Земного шара. Дрейф континентов действительно существует, и сегодня мы можем проследить картину таких изменений за последние 500-600 миллионов лет.

14. Наиболее древние ископаемые остатки живых организмов имеют возраст 3,5 - 3,8 миллиарда лет. Это микроскопические одноклеточные прокариотические организмы сходные по строению с современными бактериями.

15. В начале палеозоя, более 500 миллионов лет назад, произошла настоящая "скелетная революция", многие животные обзавелись панцирями, раковинами и другими передвижными убежищами, что сделало их менее уязвимыми. Для этого времени характерно появление и становление всех типов организмов. Особенно бурно этот процесс идет в кембрии и ордовике, появляется несколько десятков классов беспозвоночных и первые позвоночные. Жизнь в это время, видимо, сосредоточена в морях и, может быть, в пресных водоемах.

16. Самые древние известные позвоночные - щитковые - очень похожи по строению на современных миног, их относят к особому классу позвоночных - бесчелюстным. Внутренний скелет этих животных был хрящевым. Многие щитковые были покрыты прочным панцирем, который распадался после их гибели на отдельные щитки, которые хорошо сохранились в ископаемом состоянии. Именно древние бесчелюстные были предками рыб. Первые позвоночные

17. Рыбы появились 420 миллионов лет назад. В отличие от своих предков - древних бесчелюстных, они "обзавелись" челюстями, и их пищевой рацион стал гораздо более разнообразным. Еще одно "приобретение" рыб - подвижные парные плавники, обеспечивающие быстрое и маневренное передвижение в воде. Появление рыб

18. Предками первых четвероногих животных были древние кистеперые рыбы (рипидистии). Кистеперые рыбы занимают особое место среди костных рыб. Их плавательный пузырь помогает не только при плавании, но и при дыхании, выполняя функцию примитивного легкого. Эти рыбы могут дышать и при помощи жабр и при помощи легких. Их отличают также крупные, мускулистые плавники, опираясь на них можно ползать по дну (а может быть даже и по суше). Первооткрыватели суши

19. Экологические факторы и среды жизни

20. Первые леса появились в конце девона, а в каменноугольном периоде (карбоне) стали главным биомом суши.Но эти первобытные леса разительно отличались от современных. Вместо привычных для нас берез, дубов, сосен в лесах того времени росли гигантские древовидные папоротники, огромные плауны - лепидодендроны поднимали пышную крону на высоту 30 - 40 метров. В нижнем ярусе (на высоте 6 -7 метров) размещались древовидные хвощи - каламитесы, толщина их стволов достигала 30 сантиметров.Такие влажные леса были настоящим раем не только для растений, но и для многочисленных насекомых и разнообразных амфибий.

21. В конце эры древней жизни условия изменились, климат во многих частях планеты стал более сухим. Именно в это время "на сцену" выходят рептилии (пресмыкающиеся).Все вы знаете современных рептилий. К ним относят ящериц, змей, крокодилов и черепах. А из древних пресмыкающихся наиболее популярны динозавры.

22. Среда жизни представляет собой физическое окружение организмов. • Основными средами жизни на Земле являются вода, воздух, почва и организмы (для паразитов и симбионтов)

23. В процессе развития органического мира и возникновения все более совершенных форм живых существ жизнь распространилась на все верхние оболочки Земли – гидросферу, литосферу, атмосферу, приспособившись к существованию в сильно различающихся условиях. Можно предполагать, что во все времена существования жизни на Земле параллельно шло формирование как микро-, так и макропаразитов, средой жизни которых в воде, на суше, в почве стали другие организмы.

24. Среды жизни подразделяются на конкретные среды обитания. • Для воды как для среды жизни выделяют следующие среды обитания: морская и пресная вода, стоячая и текучая вода, толща воды и дно. Для почвы конкретными средами обитания являются почвы определенных типов. Для наземно-воздушной среды – климатические широтные зоны и вертикальные пояса. Для организменной среды – различные группы растений и животных, хладнокровные и теплокровные организмы.

25. Среды обитания подразделяются на более узкие выделы – местообитания (связаны с отдельными видами организмов) и биотопы (связаны с биоценозами)

26. Под местообитанием понимается совокупность биотических и абиотических условий, в которых живет особь или популяция; место, где встречаются особь, вид или группа особей одного вида. • Так например, организмы одного вида, живущие на дне водоемов населяют разные грунты.

27. Биотоп – естественное, относительно однородное жизненное пространство определенного сообщества организмов. Например, на твердом скальном грунте обитают крупные моллюски-фильтраторы мидии Грея и бурые морские водоросли ламинарии, на мягком грунте – полихеты, офиуры, морские травы.

28. Каждая среда жизни по своему уникальна и организмы населяющие их приспособились к ним. Но существуют организмы способные существовать в двух средах. Примером могут являться амфибийные (от греч. Amphi – вокруг, с обеих сторон) организмы (ряд насекомых, земноводные) проходят одну фазу жизни в воде, другую в наземно-воздушной среде или почве.

29. Экологические факторы • Экологические факторы – это факторы среды, которые оказывают какое-либо действие на организмы и вызывают у них приспособительные реакции. • Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов, и прежде всего на их обмене веществ. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.

30. Экологические факторы делятся: • Абиотические – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения – т.е. свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. • Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. • Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

31. Закон толерантности В. Шелфорда • Суть данного закона в том, что диапазон действия (зона толерантности) экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точка min и точка max) данного фактора, при котором возможно существование организма. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

32. Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам обозначают добавлением к названию фактора приставки эври (от греч. Eurys – широкий) – эвритермный, эврибатный, эвригалинный. • Эврибионты – это организмы широкой приспособленности, выносящие значительные колебания факторов. • Среди растений эврибионтами являются: тростник, ряска, крапива. Среди же животных эврибионты – бурый медведь, волк, лисица.

33. Неспособность переносить незначительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой стено (от греч. Stenos – узкий, тесный) – стенотермный, стенобатный, стеногалинный. • Среди растений стенобионтом, например, являются орхидные. А среди животных – глубоководные рыбы, форель.

34. Обобщенный закон толерантности по Ю. Одуму • 1. организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и низкий - в отношении другого; • 2. организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены; • 3. если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других факторов; • 4. многие факторы среды становятся лимитирующими в критические периоды жизни организма, особенно в период размножения.

35. Изменения факторов среды: • 1. регулярно-периодические: сила воздействия меняется от времени суток, сезонов года или ритмы отливов и приливов в океане; • 2. нерегулярными (без четкой периодичности): изменения погоды, явления катастрофического характера – бури, ливни, обвалы, тайфуны, смерчи; • 3. направленные: на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов и т.д.

36. СВЕТ: природа света и световой режим.

37. При описании «света» используются: • 1. интенсивность радиации или облученность – поток лучистой энергии, падающий в единицу времени на перпендикулярную лучам поверхность Дж/см2; • 2. величина освещенности – люкс; • 3. световой поток люмен. • Например , излучение Солнца приходящее к верхним слоям Земли, составляет 8,3 Дж/см2 что равняется 140 тыс. лк. • Многие птицы распознают свою «освещенность пробуждение»: дрозд – 0,1 лк, кукушка – 1 лк, зяблик – 12 лк, домовой воробей – 20 лк.

38. Основные свойства лучистой энергии как экологического фактора определяются длиной волны. В пределах излучения различают видимый свет, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, радиоволны, проникающую радиацию. В настоящее время примерно половина поступающей на Землю лучистой энергии приходится на видимые лучи, около половины - на тепловые инфракрасные и около 1 % - на ультрафиолетовые.

39. По отношению к свету растения делятся на три группы: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Светолюбивые (гелиофиты), могут нормально развиваться только при достаточно ярком освещении. Обитают на открытых участках и в лесной зоне встречаются редко. К ним относятся многие луговые травы (костер безостный, тимофеевка луговая); растения степей и пустынь, тундр и высокогорий, высокоствольные деревья. Костер безостный Тимофеевка луговая Экологические группы растений по отношению к свету.

40. Тенелюбивые (сциофиты) произрастают только в затененных местах и никогда не встречаются в условиях сильной освещенности. К ним относятся растения расположенные в нижних ярусах растительных сообществ, в пещерах и на больших глубинах (вороний глаз, барвинок малый, кислица, майник двулистный). В процессе эволюции эта группа растений выработала свои анатомо-морфологические и физиологические признаки: листовые пластинки расположены перпендикулярно падающему свету и образующие мозаику для более полного улавливания света; листья темно-зеленые из-за повышенного содержания хлорофилла. Вороний глаз Майник двулистный Барвинок малый Кислица

41. Теневыносливые растения отличаются широкой амплитудой по отношению к световому фактору. К ним относятся: лесные и луговые травы (мятлик луговой, шалфей полевой, герань полевая); кустарники (лещина, боярышник, бузина); древесные растения (ели, клен широколистный, граб обыкновенный, бук, черемуха) Мятлик луговой Шалфей полевой Герань полевая Лещина Боярышник Бук

42. Температура • Температура играет важную роль в жизни животных и растений прежде всего потому, что от нее зависит уровень и интенсивность обмена веществ, фотосинтеза, транспирации и других биохимических и физиологических процессов, а вслед за ними – экологических и этологических реакций. • Для многих видов зоной комфорта, или зоной оптимума, является температура в пределах +20…+30ºС. Для гидробионтов +35ºС является пределом, а +50ºС могут переносить большинство наземных организмов. • Например рачок Thermosbaena mirabilis живет при температуре +45… +48ºС и погибает если температура падает ниже +30ºС.

43. Некоторые виды бактерий обнаруживают в горячих источниках при температурах 70-90ºС, споры же бактерий выдерживают нагревание до 160… 180ºС. Это верхний температурный предел жизни на Земле. • Что касается нижних температурных пределов жизни, то большинство низших животных выдерживают падение температуры лишь до +5ºС. Некоторые виды насекомых переносят понижение температуры до -45ºС. Некоторые семена, нематоды, коловратки, цисты простейших, сперматозоиды выносят в экстремальных условиях -273ºС. В этом случае цитоплазма приобретает твердость стекла, все молекулы находятся в состоянии почти полного покоя.

44. Несмотря на большой диапозон температур, говорящий о пластичности жизни, по отношению к температурному фактору виды четко подразделяются на экологические группы. Виды предпочитающие холод, относятся к криофилам (животные) и криофитам (растения) они могут сохранять активность при температуре клеток от -8…-10ºС. Холодностойкость характерна для бактерий, грибов, лишайников, мхов, членистоногих. Экологические группы организмов по отношению к температуре.

45. Виды с оптимумом деятельности в области высоких температур относятся к термофитам (растения) и термофилам (животные). К ним относятся большинство групп микроорганизмов (бактерии и синезеленые водоросли горячих источников) и наземные животные обитающие в аридных областях.

46. Способы терморегуляции у животных • 1. Химическая терморегуляция – активное увеличение теплопродукции в ответ на понижение температуры среды; направлена на поддержание теплового баланса. • 2. Физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи, способность удерживать тепло или наоборот рассеивать его избыток. Осуществляется благодаря специальным морфологическим и анатомическим приспособлениям (волосяной и перьевой покров, жировые запасы и т.д.) • 3. Поведенческая терморегуляция – изменяя своё положение и поведение, животные могут активно избегать крайних температур

47. В зависимоти от источника тепла, преобладающего в тепловом балансе, и развитости треморегуляторных способностей животных делят на две группы: 1. Пойкилотермные (греч. Poikilos – колеблющийся) или холоднокровные (все беспозвоночные и низшие позвоночные); 2. Гомойкилотермные (греч. Homeo – устойчивый) или теплокровные (почти все птицы и млекопитающие). Пустынная игуана Пустынная агама

48. Согласно правилам Аллена и Бергмана происходят закономерные изменения размеров животных и выступающих частей их тела в связи с изменением температурного фактора. Обе закономерности отражают адаптацию животных к поддержанию постоянной температуры тела в различных климатических условиях. Данное правило хорошо иллюстрируется на примере медведей. Данный вид распространен на всем земном шаре во всех климатических зонах. • малайский медведь Полярный медведь Бурый медведь Гималайский Черный медведь медведь

49. Влажность • Вода необходима для поддержания структурной целостности клеток всего организма. Например, на образование 1 части органического вещества растения тратят 400 частей воды. • Влажность в разных точках земного шара различна: на островах Малайского архипелага может выпадать до 12000 мм осадков в год; в Синайской пустыне – 10-15 мм; в пустынях Ла-Жойа и Асуан осадков не бывает вовсе

50. В засушливых районах у растений выработались особые приспособления вборьбе с дефицитом воды. Например,корни верблюжьей колючки уходят вглубину до 18 м, что позволяет ейдостигать водоносного слоя, обычно у многих пустынных растений корни уходят на глубину 3-10 м. При этом наблюдается два типа ветвления корней: поверхностная на глубине до 1м, и глубинная – 3-10 м. Кроме Всегопрочего растения приспособились к уменьшению испарения воды. Например саксаул в засуху сбрасывает листья и даже целые побеги, степные злаки свертывают листья в трубочку. Люцерна верблюжья колючка саксаул