ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ СИСТЕМ

 

К фундаментальным свойствам живых систем относятся:

1. ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ - в состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, однако, соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементарный состав неживой природы наряду с кислородом представлен, в основном, кремнием, железом, магнием, алюминием. В живых организмах 98% их массы приходится на: водород, кислород, углерод и азот;

2. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ - все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя наружу продукты жизнедеятельности. В круговороте органических веществ самыми существенными являются процессы синтеза и распада живыми веществами поглощенных из окружающей среды различных веществ. В результате целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей Среды уподобляются веществам живых организмов и из них строятся тела живых организмов. Эти процессы называются АССИМИЛЯЦИЕЙ (АНАБОЛИЗМ).

С другой стороны происходят процессы ДИССИМИЛЯЦИИ (КАТАБОЛИЗМ), в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

3. САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (РЕПРОДУКЦИЯ) - способность к размножению, то есть воспроизведению нового поколения особей того же вида. В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, то есть образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов дезоксирибонуклеинуклеиновой кислоты (ДНК).

4. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ - заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, то есть постоянством строения молекул ДНК.

5. ИЗМЕНЧИВОСТЬ - способность организмов приобретать новые признаки и свойства. В основе ее лежит изменение биологических матриц. Если бы репродукция матриц - молекул ДНК - всегда происходила с абсолютной точностью, то приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным.

Изменчивость создает разнообразный исходный материал для естественного отбора.

6. РОСТ и РАЗВИТИЕ. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы.

Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием или ОНТОГЕНЕЗОМ и историческим развитием или ФИЛОГЕНЕЗОМ (эволюция).

7. РАЗДРАЖИМОСТЬ - свойство избирательно реагировать на изменение внешней и внутренней среды.

Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется посредством нервной системы и называется РЕФЛЕКСОМ.

Организмы, не имеющие нервной системы лишены рефлексов. Их реакции принято называть ТАКСИСАМИ или ТРОПИЗМАМИ.

Например: фототаксис - движение по отношению к источнику света; хемотаксис - перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ.

Под тропизмом понимают характер роста, свойственный растениям.

Например: гелиотропизм - рост наземных частей растения по отношению к Солнцу. Геотропизм - рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.

8. ДИСКРЕТНОСТЬ. Жизнь на Земле проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и др.) состоит из отдельных изолированных, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство.

Например, любой вид организмов представлен отдельными особями. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности, она создает возможность постоянного самообновления его путем замены структурных элементов.

9. САМОРЕГУЛЯЦИЯ (АВТОРЕГУЛЯЦИЯ) - способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов.

10. РИТМИЧНОСТЬ (присуща как живой, так и неживой природе) - обусловлена различными космическими и планетарными причинами.

РИТМ - это повторение одного и того же события или воспроизведение одного и того же состояния через равные промежутки времени. Ритмичность направлена на согласование функций живых организмов с окружающей средой, то есть приспособление к изменяющимся условиям существования.

11. ЭНЕРГОЗАВИСИМОСТЬ. Живые тела - “открытые” для поступления энергии системы.

Под “открытыми” системами понимают системы, в которых непрерывно происходит поглощение и удаление веществ, а также обмен энергией со средой.

Таким образом, живые организмы, можно определить как открытые для поступления энергии и веществ, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся биосистемы.

 

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

 

Различают следующие уровни организации живой материи:

1. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ. Живая система построена из биополимеров. Существуют следующие типы биологических полимеров: полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты. К их мономерам относятся моносахариды, аминокислоты, нуклеотиды. Большое значение играют еще и липиды.

2. КЛЕТОЧНЫЙ. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов.

3. ТКАНЕВЫЙ. Ткань - совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества.

4. ОРГАННЫЙ. Органы - структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.

5. ОРГАНИЗМЕННЫЙ. Многоклеточный организм - целостная система органов.

6. ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОЙ. Сюда относится совокупность организмов одного и того же вида, объединенных одним местом обитания.

7. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и факторов среды.

8. БИОСФЕРНЫЙ. Биосфера - система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью живых организмов, обитающих на Земле.

 

 

УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ

 

Под условиями среды понимают экологические факторы, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ.

Различают следующие виды экологических факторов:

1. АБИОТИЧЕСКИЕ (факторы неживой природы: солнечный свет, температура, влажность - климатические; рельеф, свойства почвы, соленость, течение, ветер, радиация и др. - местные);

2. БИОТИЧЕСКИЕ - формы влияния живых организмов друг на друга (опыление растений, конкуренция, паразитизм) и на среду;

3. АНТРОПОГЕННЫЕ - все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на виды.

Живые организмы живут и развиваются в определенной среде. Различают следующие типы СРЕДЫ ОБИТАНИЯ:

1. НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ СРЕДА;

2. ПОЧВЕННАЯ СРЕДА;

3. ВОДНАЯ СРЕДА;

4. СРЕДА, ОБРАЗУЕМАЯ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ.

К факторам НАЗЕМНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ относятся: температура, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света. К факторам ПОЧВЕННОЙ среды относятся: структура, химический состав и влажность.

Обитатели наземно-воздушной и почвенной среды называются ГЕОБИОНТАМИ (ЭДАФОБИОНТАМИ ).

К факторам ВОДНОЙ СРЕДЫ относятся: плотность, солевой режим, скорость течения, содержание органических веществ, свойства грунта, поглощение света, насыщенность кислородом.

Обитатели водной среды называются ГИДРОБИОНТАМИ.

К СРЕДЕ, ОБРАЗУЕМОЙ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ относятся тела организмов. Обитатели этой среды носят название ПАРАЗИТОВ, СИМБИОНТОВ.

Условия жизни живых существ могут достаточно сильно изменяться. При этом живые организмы могут по-разному выдерживать изменения условий жизни.

Способность организмов выдерживать изменение условий жизни называется ТОЛЕРАНТНОСТЬЮ (рис. 1.2).

 

Рисунок 1.2. - Кривая толерантности

 

Организмы с широким диапазоном ТОЛЕРАНТНОСТИ называются ЭВРИБИОНТАМИ (приспосабливающимися к разным условиям среды).

Организмы, обитающие в узких границах изменения того или иного фактора называются СТЕНОБИОНТАМИ. При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним. Следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиги купола толерантности. Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или АККЛИМАТИЗАЦИЕЙ.

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873 гг.), основоположник науки о минеральных удобрениях, обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. Это положение получило название ЗАКОНА МИНИМУМА или ПРАВИЛА ЛИБИХА.

Его можно сформулировать следующим образом: ЕСЛИ ИНТЕНСИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОКАЗЫВАЕТСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К ДВУМ И БОЛЬШЕМУ ЧИСЛУ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТО РЕШАЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ БУДЕТ ПРИНАДЛЕЖАТЬ ТАКОМУ ФАКТОРУ ИЛИ РЕСУРСУ, КОТОРЫЙ ИМЕЕТСЯ В МИНИМАЛЬНОМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ ОРГАНИЗМА КОЛИЧЕСТВЕ.

Успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ОГРАНИЧИВАЮЩИМ (лимитирующим) фактором является состояние среды, приближающееся, или выходящее за границу устойчивости группы.

Например, кислород - энергетический ресурс большинства сухопутных животных, но применительно к рыбам содержание кислорода можно рассматривать и как показатель устойчивости группы.

Важным экологическим понятием является понятие ресурсов.

РЕСУРСЫ - все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности.

Ресурсы живых существ подразделяются на:

· вещества, идущие на построение тел живых существ;

· энергию, необходимую для жизнедеятельности живых организмов.

Иногда к ресурсам относят ПРОСТРАНСТВО.

Например, тело зеленого растения создается из молекул неорганического вещества и ионов - это пищевой ресурс зеленого растения. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от Солнечного излучения при ФОТОСИНТЕЗЕ - это ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС.

Но один и тот же фактор можно рассматривать и как УСЛОВИЕ и как РЕСУРС.

 

 

ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА

 

Живые организмы участвуют в кругообороте веществ и энергии в биосфере Земли. Они живут группами, благодаря чему выживают и развиваются. Их важнейшими характеристиками являются численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, соотношение полов и др.

В экологии одно их важнейших мест занимают такие направления, как экология популяций и сообществ, которые рассматривают характеристики популяций и сообществ, структуру, свойства и т.д.

ПОПУЛЯЦИИ состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой определенными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.

ВИД - основная структурная и классификационная (ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ) единица в системе живых организмов; совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков, населяющих определенный ареал, обособленных от других не скрещиваемостью в природных условиях.

Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и свойствами, которые присущи группе особей в целом. Различают СТАТИЧЕСКИЕ и ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристики популяций.

К статическим характеристикам относятся:

· ЧИСЛЕННОСТЬ;

· ПЛОТНОСТЬ;

· ВОЗРАСТНОЙ и ПОЛОВОЙ СОСТАВ.

К динамическим характеристикам относятся:

· РОЖДАЕМОСТЬ;

· СМЕРТНОСТЬ;

· СКОРОСТЬ ПОПУЛЯЦИОННОГО РОСТА.

Численность популяции не может быть любой; она не может быть слишком малой (до 2000 особей), но и не может быть бесконечно большой, так как тогда она не сможет прокормиться и разместиться на данной площади (рис. 1.3).

Рисунок 1.3. - Экспоненциальная и логистическая модели популяционного роста

 

Плотностью популяции называется число особей, приходящихся на единицу площади. Часто плотность измеряют не числом особей, а их массой (биомассой). Плотность равная численности или биомассе популяции на единицу обитаемого пространства называют ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ.

Возрастной состав также является статической характеристикой популяции.

Растущая популяция характеризуется преобладающим числом молодых особей, а в сокращающейся популяции преобладают особи старческого (пострепродуктивного) возраста.

Другая статическая характеристика популяции - половой состав. У высших животных число особей женского и мужского пола различно. Так, например, в человеческой популяции это соотношение составляет 515: 485.

Рождаемость является динамической характеристикой популяции. Различают максимальную и реальную рождаемость.

Реально реализованная рождаемость (ПЛОДОВИТОСТЬ) называется ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РОЖДАЕМОСТЬЮ. Экологическая рождаемость зависит от численности популяции, ее полового и возрастного состава, а также от физических условий среды.

Рождаемость равна общему числу вновь появившихся особей деленному на промежуток времени, в течение которого они появились.

Удельная рождаемость равна рождаемости, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность определяется как число особей, погибших за данный отрезок времени.

Удельная смертность равна смертности, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность - показатель, противоположный рождаемости. У большинства живых организмов интенсивность смертности меняется на протяжении всей жизни. Чаще она больше на ранних стадиях развития, затем она снижается, а к старости снова возрастает.

Чем больше смертность, тем меньше средняя продолжительность жизни и наоборот. Иначе говоря, чем меньше средняя продолжительность жизни, тем меньшее количество живых организмов доживет до старости. Зависимости возраста и численности популяции представляются в виде КРИВЫХ ВЫЖИВАНИЯ (рис. 1.4).

 

Рисунок 1.4. - Основные типы кривых выживания

 

В Биосфере Земли живые организмы живут в окружении других представителей живой природы.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой или использовать их как среду обитания (НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ взаимодействие). Разные организмы могут использовать один и тот же ресурс; один вид может быть передающим звеном в цепи развития паразита, живущего за счет другого (ОПОСРЕДОВАННЫЕ или КОСВЕННЫЕ взаимодействия).

Различают следующие типы экологических взаимодействий:

1. если две популяции не влияют друг на друга, то это носит название НЕЙТРАЛИЗМ (в природе нейтрализм встречается крайне редко);

2. если для одного из совместно обитающих видов влияниедругого отрицательно (он испытывает угнетение), в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы, то это называется АМЕНСАЛИЗМ. Например - когда светолюбивые растения растут в густом еловом лесу;

3. к взаимополезным взаимодействиям относятся:

· ПРОТОКООПЕРАЦИЯ;

· СИМБИОЗ;

· МУТУАЛИЗМ (птицы, кормящиеся на коже носорога);

4. к полезно-нейтральным взаимодействиям относятся:

· КОМЕНСАЛИЗМ (нахлебничество, сотрапезничество, квартиранство);

5. к полезно-вредным взаимодействиям относятся:

· ПАРАЗИТИЗМ;

· ХИЩНИЧЕСТВО;

6. к взаимовредным взаимодействиям относятся:

· КОНКУРЕНЦИЯ (различают межвидовую и внутривидовую конкуренцию).

СООБЩЕСТВОМ называется совокупность образующих его видов и взаимоотношения между ними.

С этим понятием тесно связано понятие биогеоценоза.

БИОГЕОЦЕНОЗОМ называют исторически сложившуюся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (БИОТОПОМ).

При взаимодействиях живых организмов существуют механизмы, которые регулируют численность, создавая устойчивость в данной биологической системе. Колебания численности во времени как правило носят циклический характер. Обильный корм способствует быстрому размножению травоядных животных, которые служат пищей для хищников, количество которых увеличивается, но с некоторым запаздыванием (рис. 1.5).

 

 

Рисунок 1.5. - Динамика изменения численности популяций зайцев и лисиц во времени

 

Если выразить данные зависимости в системе координат «жертва-хищник» то получим следующую картину (рис. 1.6).

 

Рисунок 1.6. - Эволюция двух популяций " ХИЩНИК-ЖЕРТВА" во времени

На основании анализа следует, что чем больше амплитуда изменения численности данных групп живых организмов, тем больших размеров достигает элипсоподобная геометрическая фигура, а это соответствует меньшей устойчивости данной биологической системы.

Данные взаимоотношения живых организмов могут быть описаны с помощью математических моделей, включающих уравнения, содержащие такие взаимосвязанные параметров, как количество травы, зайцев (жертва) и лис (хищник), а также скорость рождения зайцев, скорость выедания зайцев лисами и скорость гибели лис. Значимым аспектом является начальное количество травы, зайцев и лис.

Например, для данной системы в общем виде модель может быть представлена следующим образом:

 

X(t) = f ₁(G, X_i, Y_j, n, m),

Y(t) = f₂ (X_i, Y_j, m, k),

 

Где X(t) - изменение количества зайцев во времени, Y(t) - изменение количества лис во времени, G - количество травы, X - количество зайцев, Y – количество лис, n – скорость рождения зайцев, m – скорость выедания зайцев лисами, k – скорость гибели лис.

Реализация данной модели показывает, что наиболее устойчивой является система, в которой начальной количество вышеназванных компонентов отличается примерно в десять раз (например, количество зайцев в десять раз больше начального количества лис). На устойчивость системы влияет также соотношение скоростей рождения и гибели. Эти скорости не могут изменяться в широких пределах и должны соответствовать начальному количеству живых организмов. Изменения в ту или иную сторону от оптимума могут привести к снижению устойчивости и к деградации данной системы.

Структурой сообщества называют соотношение различных групп организмов, различающиеся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессе переноса энергии и вещества, по месту в пространстве, в пищевой сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей группы естественных экосистем.

Внутри биоценоза в результате борьбы за существование происходит распределение биологических видов по «ЭКОЛОГИЧЕСКИМ НИШАМ», которые определяются как сложные пространственные фигуры, учитывающие большое количество экологических факторов. Каждая популяция видов в сообществе занимает определенную экологическую нишу, границы которой достаточно четко определены (рис. 1.7).

 

Рисунок 1.7. - Схема экологической ниши

 

В понятие экологической ниши вкладывается не только расположение вида в пространстве, но и его роль в экологической системе в целом.

Узкая специализация видов позволяет им плотно располагаться в пределах ограниченного пространства.

Когда виды живых организмов не конкурируют между собой, они занимают неперекрывающиеся экологические ниши, хотя могут занимать и один и тот же участок пространства. Конкурирующие живые организмы занимают перекрывающиеся ниши, что может привести в конечном итоге вытеснению одного из видов или к исчезновению обоих видов и занятию освободившейся ниши другими видами.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. D. СОЦИОИДЕОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ВЕЩЕЙ И ПОТРЕБЛЕНИЯ
2. F. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
3. I. Местное самоуправление в системе институтов конституционного строя. История местного самоуправления
4. I. Методические принципы физического воспитания (сознательность, активность, наглядность, доступность, систематичность)
5. II. Проверка и устранение затираний подвижной системы РМ.
6. II.2. Локальные геосистемы – морфологические единицы ландшафта
7. III.3. Система классификационных единиц
8. IV. Падение отработочной системы.
9. IV. СООТНОШЕНИЕ СИМВОЛИЧЕСКИХ И ЕСТЕСТВЕННО-ЯЗЫКОВщХ СИСТЕМ КАК ФАКТОР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ХАРАКТЕР КУЛЬТУРЫ
10. MRPII–система как черный ящик
11. VI. Предотвращение негативного воздействия на работу централизованных систем водоотведения
12. VI. Система оценки результатов освоения Рабочей учебной программы