Экология
Экология изучает связи живых организмов между собой и с окружающей средой. Для экзамена важно различать уровни организации живого, типы экологических факторов и закономерности существования популяций, сообществ и экосистем.
Уровни организации живого
Живое образует взаимосвязанную систему уровней. Каждый следующий уровень включает предыдущий, но обладает новыми свойствами, которые нельзя полностью объяснить свойствами отдельных частей.
| Уровень | Что изучают | Пример |
|---|---|---|
| Организменный | Отдельную особь | Берёза, волк, бактерия |
| Популяционно-видовой | Группу особей одного вида на общей территории | Популяция берёз в лесу |
| Экосистемный | Сообщество организмов и неживую среду | Озеро, лес, биотоп с организмами |
| Биосферный | Совокупность всех экосистем Земли | Биосфера |
Популяция — совокупность особей одного вида, длительно живущих на общей территории, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других популяций. Популяция является элементарной единицей эволюции: в ней изменяются частоты генов и возникают приспособления.
Экосистема — совокупность живых организмов и факторов неживой природы, связанных обменом веществ и превращением энергии. В состав экосистемы входят продуценты, консументы и редуценты, а также вода, воздух, почва, свет и температура.
Сообщество — совокупность популяций разных видов, совместно обитающих на одной территории. Территория с относительно однородными условиями неживой природы называется биотопом, а сообщество вместе с биотопом образует экосистему. Разнообразие экосистем рассматривают в теме типов экосистем.
Среда обитания и экологические факторы
Среда обитания — часть природы, окружающая организм и влияющая на его жизнедеятельность. Выделяют водную, наземно-воздушную, почвенную среды и среду, образованную другими организмами.
Экологические факторы — компоненты среды, воздействующие на организмы. Они делятся на три группы:
- Абиотические — факторы неживой природы: свет, температура, влажность, давление, солёность, состав почвы.
- Биотические — влияние живых организмов: хищничество, конкуренция, паразитизм, взаимовыгодное сотрудничество.
- Антропогенные — прямое или косвенное влияние человека: вырубка лесов, загрязнение, охрана видов, создание водохранилищ.
Экологическая ниша — совокупность условий, ресурсов и связей, определяющих место вида в экосистеме. Среда обитания отвечает на вопрос «где живёт организм», а ниша — «как он живёт и какую роль выполняет».
Для каждого фактора существуют зоны действия: минимум и максимум, за пределами которых организм погибает; зона пессимума, где жизнедеятельность затруднена; зона оптимума, где процессы идут наиболее благоприятно. Недостаток или избыток любого фактора может ограничивать распространение вида.
Жизнедеятельность организма ограничивает тот фактор, который находится ближе всего к пределу выносливости, даже если остальные условия благоприятны. Ограничивающий фактор может изменяться в зависимости от ситуации.
Существование вида определяется не только недостатком, но и избытком экологического фактора. Наиболее благоприятна зона оптимума, а за пределами диапазона толерантности организм существовать не может.
Связи организмов и потоки энергии
По способу получения органических веществ организмы делятся на продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты создают органические вещества из неорганических, обычно при фотосинтезе. Консументы питаются готовыми органическими веществами. Редуценты разлагают остатки до минеральных соединений и возвращают вещества в круговорот.
| Связь | Участники | Результат |
|---|---|---|
| Хищничество | Хищник и жертва | Один получает пользу, другой погибает |
| Паразитизм | Паразит и хозяин | Паразит получает пользу, хозяин угнетается |
| Конкуренция | Организмы с общей потребностью | Оба испытывают отрицательное влияние |
| Мутуализм | Оба вида | Оба получают пользу; часто связь обязательна |
| Комменсализм | Два вида | Один получает пользу, другому существенно не вредят |
Пищевые цепи показывают передачу вещества и энергии. Цепь начинается с продуцента, затем идут консументы разных порядков и редуценты. В реальной экосистеме цепи пересекаются и образуют пищевую сеть.
В среднем на следующий трофический уровень передаётся около 10% энергии предыдущего уровня. Остальная энергия расходуется на жизнедеятельность и рассеивается в виде тепла. Поэтому пищевые цепи обычно короткие, а биомасса и численность организмов часто уменьшаются к вершине цепи.
Какой организм является редуцентом в экосистеме леса?
Популяция и её численность
Основные характеристики популяции — численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной и половой состав. Численность изменяется под действием рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции.
Здесь \(\Delta N\) — изменение численности, \(B\) — рождаемость, \(D\) — смертность, \(I\) — иммиграция, \(E\) — эмиграция. Если рождаемость и приток особей превышают смертность и отток, численность увеличивается.
Ёмкость среды — максимальная численность популяции, которую условия территории способны длительно поддерживать. Она зависит от количества пищи, воды, убежищ, площади территории и действия врагов.
При малой плотности популяция может быстро расти. По мере увеличения численности усиливаются конкуренция, нехватка ресурсов и распространение заболеваний, поэтому рост замедляется.
В логистической модели \(N\) — численность, \(r\) — потенциальная скорость роста, \(K\) — ёмкость среды. При \(N\ll K\) рост почти экспоненциальный, а при \(N=K\) численность стабилизируется.
В популяции за год родилось 80 особей, погибло 35, прибыло 12 и выбыло 7. Найдём изменение численности и определим направление изменения.
Следовательно, численность увеличилась на 50 особей. Важно не складывать все показатели без учёта знаков: рождаемость и иммиграция увеличивают численность, а смертность и эмиграция уменьшают её.
Круговорот веществ и устойчивость экосистем
Вещество в экосистеме движется по круговоротам: углерод, азот, вода и минеральные соли переходят из неживой природы в организмы и возвращаются обратно. Энергия, в отличие от вещества, поступает главным образом от Солнца, передаётся по трофическим уровням и рассеивается как тепло.
Устойчивость экосистемы повышают видовое разнообразие, разветвлённые пищевые сети и способность организмов восстанавливаться после нарушений. Уничтожение одного вида может изменить численность многих других, особенно если этот вид занимает важное место в пищевой сети.
Не путайте биотоп и биоценоз: биотоп — неживая территория с условиями, биоценоз — живые организмы этой территории. Не называйте пищевую цепь круговоротом: энергия движется однонаправленно, а вещества возвращаются в среду. Не считайте любой контакт конкуренцией: конкуренция возникает из-за общей ограниченной потребности.
Быстрая проверка
Главное
- Экология изучает связи организмов со средой; основные уровни — организм, популяция, сообщество, экосистема и биосфера.
- Факторы среды бывают абиотическими, биотическими и антропогенными; существование вида ограничено диапазоном толерантности.
- Продуценты создают органическое вещество, консументы его потребляют, редуценты разлагают остатки.
- Изменение численности определяется рождаемостью, смертностью, иммиграцией и эмиграцией.
- Вещество участвует в круговоротах, а энергия передаётся по трофическим уровням и постепенно рассеивается.