Уровни биологической организации и экологии

Уровни биологической организации и экологии

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, субклеточный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный.

Молекулярный (молекулярно-генетический). На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие, как белки, нуклеиновые кислоты и др.

Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.

Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.

Органно-тканевой. На этом уровне живая материя организуется в ткани и органы. Ткань - совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ. Орган — часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.

Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) - неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

Популяционно-видовой. На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция - совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид - совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Биоценотический. На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

Биогеоценотический. На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз - совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера - оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов.

Необходимо отметить, что биогеоценотический и биосферный уровни организации живой материи выделяют не всегда, поскольку они представлены биокосными системами, включающими не только живое вещество, но и неживое. Также часто не выделяют субклеточный и органно-тканевой уровни, включая их в клеточный и организменный соответственно.

Системы организмов и биота Земли

Для понимания структуры и функционирования экологических систем представляется целесообразным сформулировать наиболее общие свойства живых систем клеточного и организменного уровней организации в терминах физической картины мира.

В настоящее время на Земле описано более 2, 5 млн видов живых организмов. Однако реальное число видов Земле в несколько раз больше, так как многие виды микроорганизмов, насекомых и др. не учтены. Кроме того, считается, что современный видовой состав - это лишь около 5% от видового разнообразия жизни за период ее существования на Земле.

Для упорядочения такого многообразия живых организм служат систематика, классификация и таксономия. Систематика - раздел биологии, занимающийся описанием, обозначением и классификацией существующих и вымерших организмов по таксонам. Классификация - распределение всего множества живых организмов по определенной системе иерархически соподчиненных групп - таксонов. Таксономия - раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон — искусственно выделенная человеком группа организмов, связанных той или иной степенью родства, статочно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга

В современной ксистематике живых организмов существует следующая иерархия таксонов: царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны: над- и подцарства, над- и подотделы, над- подклассы и т.д.

Систематика живых организмов постоянно изменяется и обновляется. В настоящее время она имеет следующий вид:

I. Неклеточные формы. Царство Вирусы.

II. Клеточные формы.

Понятие о среде обитания и экологических факторах

Среда обитания (жизни) - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное действие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и низменную. Первой была освоена водная среда. Затем появились паразиты и симбионты, использующие организменную среду обитания. В дальнейшем после выхода жизни 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.

Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов.

По природе экологические факторы делят на абиотические и биотические, природные и антропогенные.

Абиотические факторы - компоненты неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на организм. Их деля на следующие группы:

- климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер и др.);

- геологические факторы (землетрясения, извержения вулканов и др);

- орографические факторы, или факторы рельефа (высота местности над уровнем моря, крутизна местности, экспозиция местности и др.);

- эдафические, или почвенно-грунтовые, факторы (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.);

-гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.).

Иначе абиотические факторы делят на физические и химические.

Биотические факторы - воздействие на организм других живых организмов.В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:

- внутривидовые, или гомотипические, факторы - это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.);

- межвидовые, или гетеротипические, факторы - это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, сосны на березу и т.д.).

В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:

- фитогенные факторы - это влияние на организм;

- зоогенные факторы - влияние животных;

- микогенные факторы - влияние грибов;

- микробогенные факторы - влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших).

Антропогенные факторы – деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.).

При этом различают воздействие человека как биологического организма (потребление пищи, дыхание, выделение и т.д.) и его хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, энергетика т.д.). Факторы, связанные с хозяйственной деятельностью человека, называются техногенными..

В зависимости от характера воздействий антропогенные факторы делят на две группы:

- факторы прямого влияния - это непосредственное (прямое) воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных и т.д.)

- факторы косвенного влияния — это опосредованное (косвенное) воздействие на организм (загрязнение окружающей среды, беспокойство т.д.).

Лимитирующие факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Диапазон толерантности организма не остается постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т. е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже - на видовом уровне.

Лимитирующий фактор - фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма. Лимитирующий фактор ограничивает любое проявление жизнедеятельности организма. С помощью лимитирующих факторов регулируется состояние организмов и экосистем.

В жизни организмов.

Физические факторы – это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механические, волновые и др.) Например, температура, если она высокая – будет ожог, если очень низкая – обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде – течение, на суше – ветер и влажность, и т. п.

Химические факторы – это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоёме может вовсе отсутствовать (Мёртвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

Видовая структура биоценоза

Видовая структура биоценоза – число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. То есть видовая структура биоценоза определяется видовым разнообразием и количественным соотношением числа видов или массы между собой.

Видовое разнообразие — число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и богатые видами биоценозы. Видовое разнообразие зависит от возраста сообщества (молодые сообщества беднее, чем зрелые) и от благоприятности основных экологических факторов — температуры, влажности, пищевых ресурсов (биоценозы высоких широт, пустынь и высокогорий бедны видами).

Различают а- и в- разнообразие. а - разнообразие - видовое разнообразие в данном местообитании, в-разнообразие — сумма всех видов всех местообитаний в данном районе.

Высоким видовым разнообразием отличаются экотоны - переходные зоны между сообществами, а увеличение здесь видового разнообразия называется краевым эффектом.

В сообществе различают следующие виды: доминантные, преобладающие по численности, и «второстепенные», малочисленные и редкие. Среди доминантов особо выделяют эдификаторов (строителей) - это виды, определяющие микросреду (микроклимат) всего сообщества. Как правило, это растения.

О значимости отдельного вида в видовой структуре биоценоза судят по нескольким показателям: обилие вида, частота встречаемости и степень доминирования. Обилие вида — число или масса особей данного вида на единицу площади объема занимаемого им пространства. Частота встречаемости - процентное отношение числа проб или учетных площадок, где встречается вид, к общему числу проб или учетных площадок. Характеризует равномерность или неравномерное распределения вида в биоценозе.

Состав и границы биосферы

Биосфера (от греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Термин «биосфера» впервые применил Э.Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «Лик Земли». Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания.

Биосфера имеет определенные границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени условны.

Биосферу как место современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить на три подсферы: геобиосфера - верхняя часть литосферы, населенная геобионтами; гидробиосфера - гидросфера без подземных вод, населенная гидробионтами; аэробиосфера - нижняя часть атмосферы, населенная аэробионтами.

Геобиосфера состоит из террабиосферы – поверхность суши, и литобиосферы – глубокие слои земной коры. Террабиосфера разделяется на фитосферу – пространство от поверхности земли до верхушек деревьев и педосферу – почвенный покров.Литобиосфера включает гипотеррабиосферу – слой, где возможна жизнь аэробов.

Гидробиосфера включает маринобиосферу, или океанобиосферу - моря и океаны и аквабиосферу - континентальные, главным образом, пресные воды, которая в свою очередь разделяется на лиманоаквабиосферу - стоячие континентальные воды и реоаквабиосферу - проточные континентальные воды. Кроме того, гидробиосфера делится на слои, связанные, главным образом, с интенсивностью света: фото (био)сферу - относительно ярко освещенный слой (до 150-200 м), дисфото(био)сферу - всегда сумеречный слой - проникает до 1% солнечной инсоляции (от 200 м до 1, 5-2 км), афото(био)сферу - слой абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез (глубже 1, 5-2 км).

Аэробиосфера состоит из тропобиосферы - слой от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков (до 5-6 км), постоянно населенный живыми организмами, более тонкий, чем атмосферная тропосфера, и стратобиосферы, или альтобиосферы - слой (от 5-6 до 6-7 км), где могут

Выше аэробиосферы расположена парабиосфера — слой (между 6-7 и 60-80 км), куда жизнь проникает лишь случайно и не часто, где организмы могут временно существовать, но не могут нормально жить и размножаться. Еще выше расположена апобиосфера, или «надбиосфера» (выше 60-80 км), куда никогда даже случайно не поднимаются живые организмы, но в незначительном количестве заносятся биогенные вещества (ее верхняя граница трудноуловима).

Жизнь в океанах достигает их дна. Живые организмы встречаются даже на глубине более 11 км, где температура воды около 200° С, но из-за высокого давления вода не кипит. Ниже, в базальтах, жизнь едва ли возможна.

Ниже геобиосферы расположена гипобиосфера («подбиосфера» - аналог парабиосферы в атмосфере) - слой, куда жизнь проникает лишь случайно и может здесь временно существовать, но не жить и размножаться. Еще ниже залегает метабиосфера - слой биогенных (преобразованных жизнью) пород, котором ныне живые организмы не присутствуют (до 10 - 15 км). Под метабиосферой расположена абиосфера («небиосфера») - слои литосферы, не испытывающие сейчас и никогда ранее не подвергавшиеся влиянию живых организмов (глубже 10-15 км).

Кроме того, разделяют такие понятия, как эубиосфера, мегабиосфера и панбиосфера.

16 Классификация природных экосистем биосферы

на ландшафтной основе

В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд типов природных экосистем (биомов). В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем — гидрологические и физические особенности.

Наземные экосистемы:

- Тундра: арктическая и альпийская;

- Бореальные хвойные леса;

- Листопадный лес умеренной зоны;

- Степь умеренной зоны;

- Тропические злаковники и саванна;

- Чапарраль (районы с дождливой зимой и засушливым летом);

- Пустыня: травянистая и кустарниковая;

- Полувечнозеленый тропический лес (районы с выраженными влажным и сухим сезонами);

- Вечнозеленый тропический дождевой лес.

Пресноводные экосистемы:

- Лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др.;

- Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники и др.;

- Заболоченные угодья: болота, болотистые леса, марши (приморские луга).

Морские экосистемы:

- Открытый океан (пелагическая экосистема);

- Воды континентального шельфа (прибрежные воды);

- Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);

- Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и др.);

- Глубоководные рифтовые зоны.

Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают переходные типы — экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.

Человек и экосистемы

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство - растениеводство и животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели. На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, может, и не желая этого.

Энергия - это изначальная движущая сила экосистем, причем всех — и природных и антропогенных. Энергетические ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы - солнце, ветер, приливы и исчерпаемы - топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п).

Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю.Одум предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундаментальных типа экосистем:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.

2.Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3.Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4.Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным)

В целом же, нетрудно догадаться, что, по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т. п.). На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличится использование топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов.

Уровни биологической организации и экологии

12 3 4 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2020-02-17; Просмотров: 313; Нарушение авторского права страницы