Экологические законы егэ биология

11 июля 2022

В закладки

Обсудить

Жалоба

Экологические законы

Раздел 7.1 кодификатора: Среды обитания организмов. Экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенный фактор. Их значение.

Презентация: ek-z.pdf
Тест: test.pdf

Источник: vk.com/sdam_ege_oge_legko_bio

Экосистема (греч. oikos — жилище) — единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой
их обитания, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему.

Вы можете встретить синоним понятия экосистема — биогеоценоз (греч. bios — жизнь + geo — земля + koinos — общий). Следует разделять
биогеоценоз и биоценоз. В понятие биоценоз не входит компонент окружающей среды, биоценоз — совокупность исключительно живых организмов со
связями между ними.

Совокупность биогеоценозов образует живую оболочку Земли — биосферу.

Продуценты, консументы и редуценты

Организмы, населяющие биогеоценоз, по своим функциям разделены на:

• Продуцентов

Растения, преобразующие энергию солнечного света в энергию химических связей. Создают органические
вещества, потребляемые животными.

• Консументы

Животные — потребители готового органического вещества. Встречаются консументы I порядка — растительноядные
организмы, консументы II, III и т.д. порядка — хищники.

• Редуценты

Это сапротрофы (греч. sapros — гнилой + trophos — питание) — грибы и бактерии, а также некоторые
растения, которые разлагают останки мертвых организмов. Редуценты обеспечивают круговорот веществ, они
преобразуют накопленные организмами органические вещества в неорганические.

Продуценты, консументы и редуценты образуют в экосистеме так называемые трофические уровни (греч. trophos — питание), которые
тесно взаимосвязаны между собой переносом питательных веществ и энергии — процессом, который необходим для круговорота веществ,
рождения новой жизни.

Пищевые цепи

Взаимоотношения между организмами разных трофических уровней отражаются в пищевых цепочках (трофических цепях), в которых каждое
предыдущее звено служит пищей для последующего звена. Поток энергии и веществ идет однонаправленно: продуценты → консументы → редуценты.

Трофические цепи бывают двух типов:

• Пастбищные — начинаются с продуцентов (растений), производителей органического вещества
• Детритные (лат. detritus — истертый) — начинаются с органических веществ отмерших растений и животных

В естественных сообществах пищевые цепи часто переплетаются, в результате чего образуются пищевые сети. Это связано с тем,
что один и тот же организм может быть пищей для нескольких разных видов. Например, филины охотятся на полевок, лесных мышей, летучих
мышей, некоторых птиц, змей, зайцев.

Экосистемы обладают важным свойством — устойчивостью, которая противостоит колебаниям внешних факторов
среды и помогает сохранить экосистему и ее отдельные компоненты. Устойчивость экосистемы обусловлена:

• Большим разнообразием обитающих видов
• Длинными пищевыми цепочками
• Разветвленностью пищевых цепочек, образующих пищевую сеть
• Наличием форм взаимоотношений между организмами (симбиоз)

Экологическая пирамида

Экологическая пирамида представляет собой графическую модель отражения числа особей (пирамида чисел), количества их биомассы
(пирамида биомасс), заключенной в них энергии (пирамида энергии) для каждого уровня и указывающая на снижение всех показателей
с повышением трофического уровня.

Существует правило 10%, которое вы можете встретить в задачах по экологии. Оно гласит, что на каждый последующий уровень экологической
пирамиды переходит лишь 10% энергии (массы), остальное рассеивается в виде тепла.

Представим следующую пищевую цепочку: фитопланктон → зоопланктон → растительноядные рыбы → рыбы-хищники → дельфин. В соответствии с
изученным правилом, чтобы дельфин набрал 1кг массы нужно 10 кг рыб хищников, 100 кг растительноядных рыб, 1000 кг зоопланктона и
10000 кг фитопланктона.

Агроценоз

Агроценоз — искусственно созданный биоценоз. Между агроценозом и биоценозом существует ряд важных отличий. Агроценоз
характеризуется:

• Преобладает искусственный отбор — выживают особи с полезными для человека признаками и свойствами
• Источник энергии — солнце (открытая система)
• Круговорот веществ — незамкнутый, так как часть веществ и энергии изымается человеком (сбор урожая)
• Видовой состав — скудный, преобладают 1-2 вида (поле пшеницы, ржи)
• Устойчивость экосистемы — снижена, так как пищевые цепочки короткие, пищевые сети неразветвленные
• Биомассы на единицу площади — мало

Биоценоз характеризуется:

• Преобладает естественный отбор — выживают наиболее приспособленные особи
• Источник энергии — солнце (открытая система)
• Круговорот веществ — замкнутый
• Видовой состав — разнообразный, тысячи видов
• Устойчивость экосистемы — высокая, так как пищевые цепочки длинные, разветвленные
• Биомассы на единицу площади — много

Факторы экосистемы

Любой организм в экосистеме находится под влиянием определенных факторов, называемых экологическими факторами.
Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

• Абиотические (греч. α — отрицание + βίος — жизнь)

К абиотическим факторам относятся факторы неживой природы. Существуют физические — климат, рельеф, химические —
состав воды, почвы, воздуха. В понятие климата можно включить такие важные факторы как освещенность,
температура, влажность.



• Биотические (греч. βίος — жизнь)

К биотическим факторам относятся все живые существа и продукты их жизнедеятельности. Например: хищники регулируют
численность своих жертв, животные-опылители влияют на цветковые растения и т.д. Это и самые разнообразные формы
взаимоотношений между животными (нейтрализм, комменсализм, симбиоз).



• Антропогенные (греч. anthropos — человек)

К антропогенным факторам относится влияние человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности.
Человек «разумный» (Homo «sapiens») вырубает леса, осушает болота, распахивает земли — уничтожает дом для сотен видов животных.

В результате деятельности человека произошли глобальные изменения: над Антарктикой появились «озоновые дыры», ускорилось
глобальное потепление, которое ведет к таянию ледников и повышению уровня мирового океана.

За миллионы лет эволюции растения и животные вырабатывают приспособления к тем условиям среды, где они обитают. Так у алоэ,
растения живущего в засушливом климате, имеются толстые мясистые листья с большим запасом воды на случай засухи. У каждого
организма вырабатывается своя адаптация.

Формируются привычные биологические ритмы (биоритмы): организм адаптируется к изменениям освещенности, температуры, магнитного
поля и т.д. Эти факторы играют важную роль в таких событиях как сезонные перелеты птиц, осенний листопад.

Если адаптация не вырабатывается, или это происходит слишком медленно по сравнению с другими видами, то данный вид подвергается
биологическому регрессу: количество особей и ареал их обитания уменьшаются и со временем вид исчезает. Иногда деятельность
человека играет решающую роль в исчезновении видов.

Закон оптимума

Если фактор оказывает на жизнедеятельность организма благоприятное влияние (отлично подходит для животного/растения), то
про фактор говорят — оптимальный, значение фактора в зоне оптимума. Зона оптимума — диапазон действия фактора, наиболее благоприятный
для жизнедеятельности.

За пределами зоны оптимума начинается зона угнетения (пессимума). Если значение фактора лежит в зоне пессимума,
то организм испытывает угнетение, однако процесс жизнедеятельности может продолжаться. Таким образом, зона пессимума лежит в пределах
выносливости организма. За пределами выносливости организма происходит его гибель.

Фактор, по своему значению находящийся на пределе выносливости организма, или выходящий за такое значение, называется ограничивающим
(лимитирующим). Существует закон ограничивающего фактора (закон минимума Либиха), гласящий, что для организма наиболее значим фактор,
который более всего отклоняется от своего оптимального значения.

Метафорически представить этот закон можно с помощью «бочки Либиха». Смысл данной метафоры в том, что вода при заполнении бочки начинает
переливаться через наименьшую доску, таким образом, длина остальных досок уже не играет роли. Так и наличие выраженного ограничивающего фактора
сводит на нет благоприятность остальных факторов.

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
Раздел 8. Экология и учение о биосфере. Глава 8.1. Экология особей.

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

 8.1. Экология особей

8.1.1. Среды обитания

Среда обитания (жизни) — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определённое воздействие.

На нашей планете живые организмы освоили четыре среды обитания (табл. 8.1):

• водную;
• наземно-воздушную;
• почвенную;
• организменную.

Первой была освоена водная среда. Затем появились паразиты и симбионты, использующие организменную среду обитания. В дальнейшем, после выхода жизни на сушу, живые организмы населили наземно-воздушную среду, а одновременно с этим создали и заселили почву. Под почвенной средой обитания подразумевают не только собственно почву, но и горные породы поверхностной части литосферы.

Таблица 8.1. Сравнение сред жизни

Примечание: ПБП — первичная биологическая продукция; ЭМП — элементы минерального питания.

8.1.2. Экологические факторы

Каждая из сред жизни отличается особенностями воздействия экологических факторов — отдельных элементов среды, которые воздействуют на организмы. Существуют различные классификации экологических факторов (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Классификация экологических факторов

Группа	Характеристика	Примеры
1. По природе
Абиотические	Воздействие компонентов неживой природы	Свет, температура, влажность
Биотические	Воздействие живых организмов	Конкуренция за пищу, нападение хищника
2. По участию человека
Природные	Воздействие природных факторов	Свет, температура, влажность
Антропогенные	Воздействие человека (в том числе его деятельности)	Вырубка леса, охота, загрязнение, разрушение местообитаний
3. По среде возникновения (для абиотических)
Климатические	Влияние климатических условий	Ветер, атмосферное давление
Геологические	Влияние геологических условий	Землетрясения, извержения вулканов, движение
ледников, радиоактивное излучение
Орографические, или факторы рельефа	Влияние условий рельефа	Высота местности над уровнем моря, крутизна местности, экспозиция местности
Эдафические, или почвенно-грунтовые	Влияние почвенных условий	Гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, pH
Гидрологические	Влияние гидрологических условий	Течение, солёность, давление
4. По природе (для абиотических)
Физические	Влияние физических факторов	Температура, давление, плотность
Химические	Влияние химических факторов	Химический состав, солёность
5. По виду воздействующего организма (для биотических)
Внутривидовые	Влияние на организм особей этого же вида	Влияние зайца на зайца, сосны на сосну
Межвидовые	Влияние на организм особей других видов	Влияние волка на зайца, сосны на берёзу
6. По принадлежности к определённому царству (для биотических)
Фитогенные факторы	Влияние на организм растений	Ель и растения нижнего яруса
Зоогенные факторы	Влияние животных	Ковыль и травоядные копытные
Микогенные факторы	Влияние грибов	Берёза и подберёзовик
Микробиогенные факторы	Влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших)	Человек и вирус гриппа
7. По типу взаимодействия (для биотических)
Нейтрализм	Сожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них ни положительных, ни отрицательных последствий	Белки и лоси
Протокооперация	Взаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают оба участника	Раки-отшельники и коралловые полипы актинии
Мутуализм	Взаимовыгодное сожительство, когда либо один из партнёров, либо оба не могут существовать без сожителя	Травоядные копытные и целлюлозоразрушающие бактерии
Комменсализм	Взаимоотношения, при которых один из партнёров полу чает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично	Крупные хищники и падальщики
Растительноядность	Взаимоотношения, при которых один из участников (фитофаг) использует в качестве пищи другого (растение)	Зайцы и растения
Хищничество	Взаимоотношения, при которых один из участников (хищник) использует в качестве пищи другого (жертва)	Волки и зайцы
Паразитизм	Взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи	Аскарида человеческая и человек
Конкуренция	Взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних	Щука и судак
Аллелопатия	Взаимоотношения, при которых во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя её и делая непригодной для жизни другого	Гриб-пеницилл и некоторые сапротрофные бактерии
Аменсализм	Взаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого	Ель и растения нижнего яруса
8. По характеру воздействия (для антропогенных)
Прямое влияние	Оказывают прямое (непосредственное) воздействие на организм	Скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы
Косвенное влияние	Оказывают косвенное (опосредованное через другие экологические факторы) воз действие на организм	Загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, беспокойство
9. По последствиям (для антропогенных)
Положительные	Улучшают жизнь организмов и увеличивают их численность	Разведение и охрана животных, посадка и подкормка растений, охрана окружающей среды
Отрицательные	Ухудшают жизнь организмов и снижают их численность	Вырубка деревьев, отстрел животных, разрушение местообитаний
10. По изменчивости в пространстве и во времени
Относительно постоянные	Относительно постоянны в пространстве и во времени	Сила тяготения, солнечная радиация, солёность океана
Очень изменчивые	Очень изменчивы в пространстве и во времени	Температура и влажность воздуха, сила ветра
11. По характеру изменения во времени
Регулярно-периодические	Меняют свою силу в зависимости от времени суток, сезона года, ритма приливов и отливов	Освещённость, температура, длина светового дня
Нерегулярные (непериодические)	Не имеют чётко выраженной периодичности	Наводнение, ураган, землетрясение, извержение вулкана, нападение хищника
Направленные	Действуют на протяжении длительного промежутка времени в одном направлении	Похолодание или потепление климата, зарастание водоёма, эрозия почвы
12. По характеру ответной реакции организма на воздействие
Раздражители	Вызывают биохимические и физиологические изменения (адаптации)	Недостаток кислорода в условиях высокогорья приводит к увеличению содержания гемоглобина в крови животных
Модификаторы	Вызывают морфологические и анатомические изменения (адаптации)	Недостаток влаги привёл к видоизменению листьев в колючки у кактуса
Ограничители	Обусловливают невозможность существования организма в данных условиях и ограничивают ареал его распространения	Недостаток воды ограничивает распространение жизни в пустынях
Сигнализаторы	Информируют об изменении других факторов	Длина светового дня для листопадных растений
13. По расходованию
Ресурсы	Потребляются организма ми, то есть их количество в результате взаимодействия с организмом может уменьшаться	Пища, вода, солнечная энергия, кислород, углекислый газ
Условия	Не потребляются организмами, то есть их количество не уменьшается, но они могут оказывать влияние на организм	Температура, влажность, атмосферное давление, гравитационное поле, солёность воды

Действие экологических факторов на организм может быть прямым и косвенным. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое воздействие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).

8.1.3. Адаптации

Адаптации — приспособления организмов к среде обитания. Они вырабатываются в процессе эволюции и индивидуального развития организмов. Адаптации развиваются под действием трёх основных факторов: наследственности, изменчивости и естественного (а также искусственного) отбора. Адаптации подразделяют на типы (табл. 8.3).

Таблица 8.3. Типы адаптаций живых организмов

Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды (табл. 8.4). Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трёх возможных путей адаптации.

Таблица 8.4. Пути адаптаций живых организмов

8.1.4. Закономерности действия экологических факторов

Закон оптимума. Экологические факторы среды имеют количественное выражение. Каждый фактор имеет определённые пределы положительного влияния на организмы (рис. 8.2). Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.

По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения), верхний и нижний пределы выносливости организма.

Зона оптимума — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна.

Зона пессимума — такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов угнетена.

Верхний предел выносливости — максимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма.

Нижний предел выносливости — минимальное количество экологического фактора, при котором возможно существование организма. За пределами выносливости существование организма невозможно.

Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называются зоной толерантности.

Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой — стенобионтными (рис. 8.3).

Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур — стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды — эври- и стеногалинные и т. д.

Явление акклиматизации. Положение оптимума и пределов выносливости может в определённых пределах сдвигаться. Например, человек легче переносит пониженную температуру окружающей среды зимой, чем летом, а повышенную — наоборот. Это явление называется акклиматизацией (или акклимацией). Акклиматизация происходит при смене сезонов года или при попадании на территорию с другим климатом.

Неоднозначность действия фактора на разные функции организма. Одно и то же количество фактора неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Например, у растений максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при температуре воздуха +25… +35°С, а дыхания +55°С (рис. 8.4).

Соответственно, при более низких температурах будет происходить прирост биомассы растений, а при более высоких — потеря биомассы. У холоднокровных животных повышение температуры до +40 °С и более сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. У человека семенники вынесены за пределы таза, так как сперматогенез требует более низких температур. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания гамет, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другой температуре.

Экологическая валентность вида. Экологические валентности отдельных особей не совпадают. Они зависят от наследственных и онтогенетических особенностей отдельных особей: половых, возрастных, морфологических, физиологических и т.д. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи. Например, у бабочки мельничной огнёвки — одного из вредителей муки и зерновых продуктов — критическая минимальная температура для гусениц -7 °С, для взрослых форм -22 °С, а для яиц —27 °С. Мороз в —10 °С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя.

Экологический спектр вида. Набор экологических валентностей вида по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. Экологические спектры разных видов отличаются друг от друга. Это позволяет разным видам занимать разные места обитания. Знание экологического спектра вида позволяет успешно проводить интродукцию растений и животных.

Взаимодействие факторов. В природе экологические факторы действуют совместно, то есть комплексно. Зона оптимума и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Например, высокую температуру труднее переносить при дефиците воды, сильный ветер усиливает действие холода, жару легче переносить в сухом воздухе и т. д. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие (рис. 8.5). Соответственно, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, компенсация недостатка влаги может быть осуществлена поливом или снижением температуры. Создаётся эффект частичного взаимозамещения факторов. Однако взаимная компенсация действия факторов среды имеет определённые пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя.

Таким образом, абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещён действием других экологических факторов.

Например, полное (абсолютное) отсутствие воды нельзя компенсировать другими экологическими факторами. Однако если другие экологические факторы находятся в оптимуме, то перенести недостаток воды легче, чем когда и другие факторы находятся в недостатке или избытке.

Закон лимитирующего фактора. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором. Такой фактор будет ограничивать существование (распространение) вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными (рис. 8.6).

Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида. Например, продвижение вида к полюсам может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы — недостатком влаги или слишком высокими температурами.

Условия жизни и условия существования. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называется условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.

8.1.5. Характеристика основных экологических факторов

Свет. В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина D и т. д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать мутации. Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем. Видимые лучи — основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи — основной источник тепловой энергии.

Для растений солнечный свет необходим прежде всего как источник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещённости растения подразделяют на экологические группы (табл. 8.5).

Таблица 8.5. Классификация растений по отношению к условиям освещённости

Для животных свет — это условие ориентации. Животные могут вести дневной, ночной и сумеречный образ жизни.

По отношению к продолжительности дня организмы (в основном растения) делят на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт).

Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у организмов. Изменение длины дня тесно связано с годовым ходом температуры, но в отличие от последней не подвержено случайным колебаниям. Фотопериодизм обусловливает такие сезонные явления, как листопад, перелёты птиц и т. п.

Температура. От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50 °С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является + 120…+140°С (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним —190…273 °С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур).

Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных (табл. 8.6). Если речь идёт только о животных, то их ещё называют холоднокровными и теплокровными соответственно.

Таблица 8.6. Классификация организмов по преобладанию
источника тепла в их тепловом балансе

У живых организмов различают три механизма терморегуляции (табл. 8.7).

Таблица 8.7. Механизмы терморегуляции

Вода. Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).

Из наземных животных к гигрофилам относятся ондатра и бобр, к ксерофилам — суслик и варан, к мезофилам — волк и косуля. Среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов (табл. 8.8).

Таблица 8.8. Классификация растений по отношению к воде

Водные организмы по типу местообитания и образу жизни объединяются в следующие экологические группы (табл. 8.9).

Таблица 8.9. Классификация водных организмов
по типу местообитания и образу жизни

8.1.6. Биологические ритмы

Биологические ритмы представляют собой периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации: от внутриклеточных процессов до биосферных. Биологические ритмы наследственно закреплены и являются следствием естественного отбора и адаптации организмов. Ритмы бывают внутрисуточные, суточные, сезонные, годичные, многолетние и многовековые. Биологические ритмы делят на эндогенные и экзогенные (табл. 8.10).

Таблица 8.10. Биологические ритмы

---

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
8.1. Экология особей

Просмотров:
42 575

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 344    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 344    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Экологические законы и правила

Объектом изучения экологии является взаимодействие организмов внутри экосистемы. Данные взаимодействия строятся не случайно— все они направлены на поддержания равновесия в обмене энергией, поэтому подчиняются определенным правилам.

Закон постоянства живого вещества биосферы (В.И.Вернадский)

Количество живого вещества (биомассы) для определенного временного периода — константа. Изменение биомассы в любом регионе неминуемо приведёт к такому же изменению, но в противоположную сторону в других местах. Т.е. увеличение биомассы на конкретном участке планеты повлечёт за собой уменьшение количества живого вещества на других участках, закон действует и в обратном направлении.

Закон эмерджентности

Система обладает свойствами, которые не свойственны отдельным ее частям.

Функционирование экосистемы обусловлено ее целостностью, связями, образованными между её составляющими.

Компоненты экосистемы в отсутствие связей не могут проявлять тех же свойств, что и в контексте взаимодействий друг с другом.

Отчасти из этого закона следует следующее положение:

Закон единства «организм—среда»

Живые объекты находятся в процессе постоянного обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Без этого жизнь невозможна.

Все эти законы отражают в себе единство компонентов экосистемы, её целостность.

Однако существуют законы, характеризующие обмен энергией между частями экосистемы.

Закон пирамиды энергии Р. Линдемана

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит 10% энергии, переход в обратную сторону ещё менее выгоден энергетически, уровень получит не больше 0,25% энергии, поэтому есть смысл говорить об однонаправленности этого процесса.

Пример: если продуценты получат 1000 кДж энергии, то консументы первого порядка— 100 кДж, второго— 10 кДж.

Это одна из причин, по которой трофические цепи редко бывают длиннее 4-5 звеньев— слишком много энергии теряется при переходе с одного уровня на другой.

Правило биологического усиления

При переходе на более высокий трофический уровень накопление ряда веществ и их концентрация пропорционально увеличиваются.

Данное правило обуславливает опасность (для человека в том числе) выброса в окружающую среду тяжелых металлов, радиоактивных и токсичных веществ— они могут накапливаться и концентрироваться в организмах, причиняя колоссальный вред представителям высших трофических уровней, в т.ч. человеку.

Принцип разнообразия А. Тинемана

В более разнообразных условиях биотопа может существовать больше видов.

Это связано с наличием множества экологических ниш в таких биотопах, а любая «вакансия» в экосистеме всегда заполняется.

Это создаёт условия конкуренции, о которой речь пойдет далее.

Теорема Г. Ф. Гаузе/ принцип конкурентного исключения Г. Ф. Гаузе

Два вида не могут занимать одну экологическую нишу, имея одинаковые потребности. В борьбе за ограниченные ресурсы один из видов вытесняет другой.

Пример: Г. Ф. Гаузе проводил эксперименты по выращиванию смешанных культур инфузорий. Он выяснил, что при сходных потребностях один из видов инфузорий подавляет развитие другого.

Правило пищевой корреляции (Уини-Эдвардса)

Скорость размножения популяции должна быть скоррелирована с количеством пищевых ресурсов в среде обитания. Если правило нарушается, то популяция вымирает или рост размножения снижается.

Правило взаимоприспособленности организмов в биоценозе (К. Мебиуса- Г.Ф. Морозова)

Все виды, существующие в экосистеме, необходимы друг другу для сохранения всех существующих экологических связей. Они приспособлены к совместному существованию и образуют единое целое— экосистему.

Закон толерантности

Благополучие видов ограничено не только экологическим минимумом, но и максимумом. Недостаток или избыток любого из факторов (тепло, свет, вода) может негативно сказаться на жизнедеятельности организмов. Диапазон между двумя величинами каждого из факторов составляет пределы толерантности, в которых организм может комфортно существовать. Из этого закона вытекает следующий:

Закон оптимума

Для воздействия любого экологического фактора на живые организмы характерен определенный оптимум. Это тот диапазон воздействия, при котором организм может существовать наиболее комфортно, его жизнедеятельность никак не ограничена этим фактором.

Закон минимума/ закон Либиха

На рисунке представлена модель, бочка Либиха, иллюстрирующая закон минимума -лимитирующим является тот фактор, что находится в минимуме.

Выносливость организма определяется именно самым слабым звеном в его потребностях (поэтому так точна метафора бочки: воду можно набрать лишь до уровня самой низкой доски). Наиболее отклоняющийся от оптимального значения фактор— ограничивающий (лимитирующий), от него напрямую зависит выживание организма.

Существуют также правила, характеризующийся приспособления некоторых организмов к занимаемым ими экологическим нишам.

Правило Бергмана

Животные, обитающие в областях с пониженной температурой, зачастую имеют более крупные размеры тела.

Это связано с тем, что теплопродукция (тепло, производимое телом) растёт при увеличении объема тела, а теплоотдача (тепло, которое тело теряет) прямо пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением размеров тела отношение площади поверхности к объёму уменьшается, то есть начинает производиться больше тепла, чем выделяться. Это выгодно в холодном климате.

Примером могут служить белые медведи, моржи, обитающие в холодном климате и обладающие крупными размерами тела.

На ЕГЭ не спрашивают про сортировку отходов или электромобили, но могут спросить про круговорот углерода или названия разных типов водных растений. Как не запутаться в большом количестве информации? Собрали все темы, которые могут встретиться в вопросах про экологию, чтобы вам было проще спланировать подготовку к экзамену.

1. Из чего состоит экология?

Тема «экология» в ЕГЭ включает в себя три больших блока:

1. Экологические факторы;
2. Экосистема;
3. Биосфера.

Главный совет для этого раздела биологии: старайтесь не заучивать термины, а понимать суть и приводить примеры. Это поможет и для запоминания во время подготовки, и при ответе на развёрнутые вопросы во второй части экзамена. Не зубрите теорию. Придумывайте ассоциации, вникайте в логику.

Что нужно знать про экологические факторы

1. Среды обитания и их характеристики:

• наземно-воздушная;
• водная;
• почвенная;
• организменная.

Нужно уметь их сравнивать по количеству кислорода и света, плотности и другим параметрам.

1. Адаптации к каждой среде обитания. Например, форма конечностей, особенности зрения и обоняния, форма тела, особенности метаболизма обитателей разных сред.
2. Предел выносливости и зона оптимума для разных видов организмов.

Чтобы редкие вопросы по этой теме не стали сюрпризом, рекомендуем почитать книгу «Биология: модульный триактив курс» от В.С. Рохлова. Например, чтобы узнать, что такое бочка Либиха и лимитирующий фактор.

1. Характеристики самих биологических факторов:

• Свет: группы растений по отношению к свету, фотопериодизм;
• Температура: механизмы терморегуляции;
• Вода: группы растений по отношению к воде, экономия воды.

❗️Эти темы часто спрашивают в письменной части экзамена — уделите им время. Стоит не только понять их суть, но и заучить термины, чтобы в них не запутаться.

Ещё нужно уметь отличать биотические факторы от антропогенных. Тут всё просто: биотические относятся к живой природе, антропогенные — это воздействие человека.

Что нужно знать про экосистему

1. Общие понятия из экологии:

• Функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты;
• Пищевые цепи и сети;
• Устойчивость экосистем: развитость пищевых цепей, ярусность в лесных экосистемах, другие факторы устойчивости;
•  Экологические пирамиды.

Есть разные виды пирамид, к экзамену важно выучить пирамиду биомассы, остальные пирамиды построены по схожему принципу.

Обратите внимание на «правило 10 процентов».

1. Особенности биоценоза:

• Связи в биоценозе: трофическая, топическая и др. Не обязательно заучивать названия, главное понимать и уметь объяснять;
• Структура популяции: как расположены относительно друг друга разные популяции и особи в одной популяции;
• Экологические характеристики популяции: рождаемость, смертность, плотность, половой состав;

• Разница между биогеоценозом и экосистемой;
• Сравнение искусственной и естественной экосистем: замкнутость/незамкнутость, устойчивость, видовое разнообразие;
• Биотические отношения: симбиоз, мутуализм, квартиранство и т. п.

• Сукцессия: первичная и вторичная. На экзамене часто просят установить последовательность процессов восстановления экосистемы.

Что нужно знать про биосферу

1. Границы биосферы: до какого уровня возможна жизнь в атмосфере, гидросфере и литосфере, какие факторы ограничивают распространение организмов.
2. Вещества биосферы: косное, биокосное, биогенное, живое. Здесь советуем нарешивать задания, чтобы привыкнуть к типичным вопросам из ЕГЭ.

1. Функции живого вещества: концентрационная, окислительно-восстановительная, газовая, деструктивная.
2. Биогеохимические циклы:

• Биогенная миграция атомов (обычно не спрашивают, но повторить стоит);
•  Круговорот углерода;
• Круговорот азота;
• Сера и фосфор (вряд ли попадется, но на всякий случай можно почитать).

Полезные материалы для подготовки к ЕГЭ по биологии можно скачать на нашем сайте в разделе «Шпаргалки».

Фактор – движущая сила совершающихся процессов или влияющее на эти процессы условие.

Все, что окружает организмы (живые системы), прямо или косвенно влияя на их состояние и функционирование, носит название окружающей среды, которая включает как природную, так и техногенную, созданную человеком, составляющие. Компоненты среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, называются экологическими факторами, которые по природе их происхождения традиционно делят на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические экологические факторы – все компоненты неживой природы. К этим факторам относятся: свет, температура, давление, влажность, ветер, состав воздуха, воды и почвы, долгота дня и т.д.

Биотические экологические факторы – факторы, которые связаны с живыми организмами, они характеризуют влияние одних организмов на другие. К этим факторам относятся: конкуренция, хищничество, паразитизм, сотрудничество

Антропогенные экологические факторы – факторы, которые связаны с влиянием деятельности человека на природную среду. Человек загрязняет и тем самым разрушает природную среду.

Благоприятные для нормальной жизнедеятельности организма значения экологического фактора называются зоной оптимума. Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор в диапазоне, называемом стрессовой зоной, угнетает жизнедеятельность живой системы. Максимально и минимально переносимые значения экологического фактора — это критические точки, отмечающие начало зоны гибели, где существование организма или популяции уже невозможно. Диапазон между минимумом и максимумом экологического фактора называется диапазоном толерантности (от лат. tolerantia – терпение) и определяет величину выносливости или экологическую валентность организма к данному фактору

Зоны воздействия экологического фактора на организм

ГРУППЫ ОРГАНИЗМОВ (по отношению к факторам среды)

фактор	группа	характеристика
свет	Гелиофиты . Световые растения. Обитатели открытых мест обитания: лугов, степей, верхних ярусов лесов, ранневесенние растения, многие культурные растения.	мелкие размеры листьев; встречается сезонный диморфизм: весной лестья мелкие, летом — крупнее; листья располагаются под большим углом, иногда почти вертикально; листовая пластинка блестящая или густо опушенная; образуют разряженные насаждения.
Сциофиты . Не выносят сильного света. Места обитания: нижние затемненные ярусы; обитатели глубоких слоев водоемов. Прежде всего, это растения, растущие под пологом леса (кислица, костынь, сныть).	листья крупные, нежные; листья темно-зеленого цвета; листья подвижные; характерна так называемая листовая мозаика (то есть особое расположение листьев, при котором листья макимально не заслоняют друг друга).
Теневыносливые . Занимают промежуточное положение. Часто хорошо развиваются в условиях нормального освещения, но могут при этом переносить и затемнение. По своим признакам занимают промежуточное положение
Тепло	Стенотермные организмы — приспособленные к относительно постоянным температурным условиям среды и не выносящие их колебания	напр., все глубоководные и подземные обитатели, постоянные обитатели высоких широт и экваториального пояса).
Эвритермные — способны переносить колебания температуры в широких пределах.	Организмы умеренных широт
Тепло	Термофилы (теплолюбивые) и криофилы (холодолюбивые)
Тепло	Животные способны поддерживать постоянную температуру тела, не зависимо от температуры окружающей среды. Такие организмы называются гомойтермными. У других животных температура тела меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Их называют пойкилотермными.
Влаж-ность	1.Гидатофиты — это водные растения. 2. Гидрофиты — это растения наземно-водные. 3. Гигрофиты — наземные растения живущие в условиях повышенной влажности. 4. Мезофиты — это растения, произрастающие при среднем увлажнении 5. Ксерофиты — это растения произрастающие с недостаточным увлажнением. Они в свою очередь делятся на: суккуленты — сочные растения (кактусы); склерофиты — это растения с узкими и мелкими листьями, и свернутыми в трубочки. Они также делятся на эуксерофиты и стипаксерофиты. Эуксерофиты — это степные растения. Стипаксерофиты — это группа узколистных дерновинных злаков (ковыль, типчак, тонконог и др.). В свою очередь мезофиты также делятся на мезогигрофиты, мезоксерофиты и т.д.

Популяция — это совокупность организмов одного вида, обменивающихся генетической информацией и населяющих определенное ограниченное пространство в течение многих поколений. Популяция характеризуется рядом признаков:

Численность – число особей в популяции, которое зависит от биологического потенциала вида и внешних условий и может значительно изменяться во времени.

Плотность – число особей, приходящееся на единицу площади или объема. Оптимальная плотность – это такой уровень плотности, при котором совмещается рациональное использование территории и осуществление внутрипопуляционных функций. Поддержание оптимальной плотности — сложный процесс биологического регулирования, основанный на принципе обратной связи.

Половая структура популяции – соотношение особей женского и мужского пола в популяции, тесно связанное с ее генетической и возрастной структурой.

Возрастная структура популяции – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Темпы роста популяции определяются долей половозрелых особей в ней. Если процент неполовозрелых высок – это говорит о потенциальном увеличении численности популяции.

Генетическая структура популяции – соотношение в популяциях различных генов. Она отражает богатство генофонда популяции (совокупность генов всех особей популяции), который определяет общие видовые свойства, а так же особенности, возникшие в порядке приспособления популяции к определенным условиям среды.

Пространственная структура популяции – это распределение особей в пределах ареала, зависящее от особенностей организмов и среды их обитания. Оно может быть равномерным (характеризуется равным удалением особей друг от друга), диффузным (особи распределяются по территории случайно) или мозаичным (особи распределяются группировками, на определенном расстоянии друг от друга).

Рождаемость – число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени в результате размножения.

Смертность – число особей, погибших в популяции за единицу времени от всех причин.

По своему происхождению экосистемы могут быть естественными (природными) – например, лес, озеро, луг и т.д., — и искусственными (антропогенными)

Крупные наземные экосистемы, приуроченные к однородным природно-климатическим зонам, называются биомами (тундра, тайга, степь, пустыня). Водные экосистемы подразделяются на морские и пресноводные, а последние еще и на стоячие (озерные) и проточные (речные) экосистемы.

Совокупность растений, животных и микроорганизмов, которые совместно проживают в одних и тех же условиях среды, называют биоценозом (греч. биос – жизнь, койнос – общий).

Участок земной поверхности (суши или водоема) с одинаковыми условиями среды, на котором существует биоценоз, называют биотопом (греч. биос – жизнь, топос – место). СТРУКТУРЫ ЭКОСИСТЕМ:

1.Видовая структура экосистем. Под ней понимают количество видов, которые образуют экосистему, и соотношение их численностей. Видовое разнообразие исчисляется сотнями и десятками сотен. Оно тем значительнее, чем богаче биотоп экосистемы. Самыми богатыми по видовому разнообразию являются экосистемы тропических лесов. Богатство видов зависит и от возраста экосистем. В сформировавшихся экосистемах обычно выделяется один или 2 – 3 вида явно преобладающих по численности особей. Виды, которые явно преобладают по численности особей, – доминантные (от лат. dom-inans – «господствующий»). Также в экосистемах выделяются виды – эдификаторы (от лат. aedifica-tor – «строитель»). Это те виды, которые являются образователями среды (ель в еловом лесу наряду с доминантностью имеет высокие эдификаторные свойства).

2. Трофическая структура. В каждой из них можно выделить три функциональных группы организмов, связанных между собой потоками энергии, вещества и информации: фотосинтезирующие растения — продуценты, различные уровни консументов, детритофагов и редуцентов. Они составляют биотическую структуру экосистем.

1. Зеленые растения улавливают энергию Солнца и превращают ее в потенциальную энергию химических связей органических веществ, создаваемых ими в ходе реакции фотосинтеза:

Кроме растений-фотосинтетиков продуцировать органическое вещество могут некоторые бактерии, которые используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических соединений, например, аммиака, железа и особенно серы. Это так называемая энергия химического синтеза, поэтому организмы называются хемосинтетиками.

Таким образом, растения и хемосинтетики создают органическое вещество из неорганических составляющих с помощью энергии окружающей среды. Их называют продуцентами или автотрофами.

1. Виды, потребляющие созданную продуцентами органику как источник вещества и энергии для своей жизнедеятельности, называются консументами (потребителями) или гетеротрофами.

Питающиеся непосредственно продуцентами растительноядные животные, или фитофаги, называются первичными консументами или консументами первого порядка. Их самих употребляют в пищу хищники, или плотоядные – консументы второго и более высоких порядков.

1. Мертвые растительные и животные органические остатки, например опавшие листья, экскременты и трупы животных, называются детритом. Организмы, специализирующиеся на питании детритом (например, грифы, шакалы, черви, раки, термиты, муравьи и т.д.), называются детритофагами. Значительная часть детрита в экосистемах не поедается животными, а гниет и разлагается с участием грибов и бактерий, которых обычно выделяют в особую группу детритофагов и называют редуцентами.

Различают два типа пищевых цепей – пастбищные (или цепи выедания), и детритные (цепи разложения).

Прирост биомассы в экосистеме за единицу времени называется биологической продуктивностью (продукцией). Первичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени продуцентами Вторичная продукция – это биомасса, созданная за единицу времени консументами на разных трофических уровнях. Каждому последующему трофическому уровню передается в среднем около 10% от количества энергии, поступившей на предыдущий (закон Линдемана или «правило 10%»). Поскольку в каждом звене пищевой цепи около 90% энергии теряется, длина пищевой цепи ограничивается размерами этих потерь и, как правило, не превышает 3 — 4 уровня.

Последовательная смена сообществ на одной территории под действием экологических факторов называется сукцессией. Первичная сукцессия – развитие экосистемы на голом месте, например на возникшем в море вулканическом острове. Вторичная сукцессия – процесс восстановления нарушенного сообщества до равновесного (климаксного) состояния.

Основные функции живого вещества в биосфере

Функции	Краткая характеристика процессов
Энергетическая	Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии в результате разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества.
Концентрационная	Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества, используемых для построения тела организма и удаляемых из него при метаболизме.
Деструктивная	Минерализация био- и небоигенного органического вещества; разложение неживого неорганического вещества; вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот.
Средообразующая	Преобразование физико-химических параметров среды.
Транспортная	Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.