Прародиной человечества, местом, где протекали самые ранние стадии антропогенеза, Ч.Дарвин назвал Африку. Именно там обитают обезьяны, ближе всего стоящие к человеку. Современные антропологи указывают более точное место — Восточную Африку, где местность и климат наиболее благоприятен для существования гоминид. К тому же в некоторых местах Восточной Африки близко к поверхности подходят залежи урановых руд, которые индуцировали различные мутации у австралопитековых.
Расселение популяций неоантропов в Европу, Азию и Австралию, по Берингийскому мосту на Американский континент, их дальнейшая изоляция, привели к морфологическим адаптациям, приспособлениям к различным климатическим условиям. Сформировались большие и малые человеческие расы — систематические подразделения внутри вида Homo sapiens, к которому относится все население Земли.
Различают три большие расы: евразийскую — европеоидную, экваториальную — австрало-негроидную, и азиатско-американскую — монголоидную. Внутри каждой расы выделяют малые расы и расовые группы. Все расы относятся к одному виду, об этом свидетельствует плодовитость межрасовых браков. Кроме того, все расы равноценны в биологическом и психологическом отношениях.
В каждой расе есть люди, считающие свою расу особенной, высшей. Расисты утверждают, что различные расы имеют различное происхождение, биологически неравноценны, что есть «высшие» и «низшие» расы. Экономическая и культурная отсталость некоторых народов они объясняют расовой неравноценностью, а не общественно-экономическими факторами. Никаких научных доказательств в пользу расовой неравноценности нет. Морфологические особенности рас — результат адаптаций к конкретным условиям жизни.
Темная кожа негроидной расы за счет пигмента меланина предохраняет организм от избытка ультрафиолетовых лучей и избыточного образования витамина D. Противорахитный витамин D образуется в коже под действием ультрафиолетовых лучей и необходим для поддержания баланса кальция в организме. Если слишком много витамина D, кальция в костях больше нормы, они становятся хрупкими. У европейцев, живущих в широтах с меньшим количеством солнечной радиации, кожа светлее, в ней меньше меланина, соответственно образуется достаточное количество витамина D.
Курчавые волосы негроидной расы защищают голову от перегрева, широкий и плоский нос увеличивают теплоотдачу. Выступающий узкий нос европеоидов способствует согреванию холодного воздуха и защищает от переохлаждения гортань и дыхательные пути. Эпикантус (складка в углу глаза у монголоидов) — адаптация к холодному, с частыми пылевыми бурями климату Центральной Азии, желтоватая кожа — к определенному режиму солнечной радиации.
В наше время происходит размывание границ между нациями или народами вследствие постоянного увеличения числа межнациональных браков. Дальнейшая эволюция общества будет направлена на создание равных возможностей для максимального раскрытия способностей каждой человеческой личности.
Глава 45. Основы экологии
Предмет и задачи экологии
Отдельные разделы биологической науки изучают живые организмы на различных уровнях: на молекулярном, на органоидном и клеточном, тканевом, изучаются органы и системы органов, строение и функции целого организма. Экология изучает взаимоотношения отдельных организмов со средой обитания: внутривидовые, межвидовые взаимоотношения, влияние факторов неживой природы, изучает жизнь на уровнях, более сложных, чем организм: популяционно-видовом, биогеоценотическом и биосферном. Термин экология был предложен в 1866 г. немецким ученым Геккелем (от греческого Oikos дом, жилище, logos — наука).
Отсюда и задачи экологии:
© важнейшая задача экологии — изучение влияния на организм различных факторов среды — света, температуры, влажности и других факторов среды;
© изучаются взаимоотношения между организмами в популяции, динамика численности, характер изменения полового и возрастного состава, прогнозируется будущее популяции и вида в целом;
© на уровне биогеоценозов изучаются трофические уровни природных сообществ, круговорот веществ и движение энергии, механизмы саморегуляции, законы, по которым происходит развитие и смена сообществ;
© на биосферном уровне экологи изучают распространение жизни в различных геологических оболочках Земли, влияние живых организмов на неживую природу, функции живого вещества и эволюцию биосферы;
© наибольшее практическое значение имеет особый раздел экологии — изучение влияния человека на окружающую среду, на неживую природу и живые организмы. Экология является теоретической базой охраны природы: сохранения атмосферы, почвы, гидросферы, растительного и животного мира. Экологический контроль за предприятиями, водой, атмосферой помогает сохранить здоровье людей и окружающую нас природу, экологическая стратегия при строительстве как промышленных, так и бытовых объектов помогают создать наиболее благоприятные условия для жизни людей.
Экологические факторы
На организм воздействует комплекс элементов окружающей среды обитания, ее отдельные элементы, оказывающие прямое или косвенное воздействие на организм и называются экологическими факторами.
Все экологические факторы делят на три большие группы: абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы — факторы неживой природы: свет, температура, влажность, давление и другие.
Под биотическими факторами понимают влияние живых организмовна другие организмы. Это и внутривидовые взаимоотношения, и межвидовые — наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты, растения, создающие определенную среду обитания.
Антропогенные факторы — результат прямого воздействия человека на организмы (вырубка лесов, охота) или его косвенного влияния (загрязнение атмосферы губительно сказывается на многих растениях).
Для характеристики действия отдельного экологического фактора на организм удобно использовать график, на котором на горизонтальной оси показано изменение интенсивности фактора, а на вертикальной — степень благоприятствования фактора, которая в данном случае измеряется количеством особей (рис. 371). Видно, что максимальное количество особей предпочитает оптимальную интенсивность фактора, при уменьшении или увеличении его интенсивности особи сначала находятся в зоне нормальной жизнедеятельности, затем в зоне угнетения, и, наконец, при достижении нижнего и верхнего пределов выносливости наступает их гибель.
Но на организм действует комплекс факторов, причем, если интенсивность даже одного фактора выходит за пределы выносливости, организм погибает. Такой фактор, значение которого выходит за пределы выносливости Юстус Либих (химик, 1840 г.) назвал лимитирующим, или ограничивающим фактором. Для наглядности этот фактор часто сравнивают с самой короткой дощечкой в бочке: именно она определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой (рис. 372).
Живые организмы способны переносить определенные изменения интенсивности каждого абиотического фактора. Причем одни организмы способны переносить изменения факторов в широких пределах и называются эврибионтными (от греч. eurus — широкий), другие выдерживают колебания интенсивности в очень небольших пределах и называются стенобионтными (от греч. stenos — узкий).
Оптимум и пределы выносливости к одному фактору зависят от интенсивности других факторов, например, сытое животное легче переносит низкие температуры, или при неизменной низкой температуре изменение влажности воздуха изменяет интенсивность теплоотдачи с поверхности кожи.
Абиотические факторы среды
Свет. Основной абиотический фактор, поставляющий энергию для жизнедеятельности фотоавтотрофных организмов и обеспечивающий синтез основной части органического вещества на Земле, поддерживающий определенную температуру на поверхности Земли. Для живых организмов наиболее важен свет ультрафиолетовой части спектра, видимый свет и инфракрасное излучение.
Жесткий ультрафиолет с длиной волны менее 290 нм губителен для живых клеток, до поверхности Земли не доходит, так как отражается озоновым экраном. Мягкий ультрафиолет с длиной волны от 290 до 380 нм несет много энергии и вызывает образование витамина D в коже человека, он же воспринимается органами зрения многих насекомых. Видимый свет с длиной волны от 380 до 750 нм используется для фотосинтеза фототрофными организмами (растениями, фотосинтезирующими бактериями, сине-зелеными) и животными для ориентации. Инфракрасная часть солнечного спектра (тепловые лучи) с длиной волны более 750 нм вызывает нагревание предметов, особенно важна эта часть спектра для животных с непостоянной температурой тела — пойкилотермных. Количество энергии, которое несет свет обратно пропорционально длине волны, то есть меньше всего энергии несут инфракрасные лучи (рис. 373).
|
Рис. 373. Спектры поглощения у различных фотосинтетических пигментов.
ЖУФ — жесткий ультрафиолет, МУФ — мягкий ультрафиолет)
Растения для фотосинтеза используют, в основном, синие и красные лучи. По отношению к свету их принято делить на светолюбивые (растения степей), теневыносливые (большинство лесообразующих пород) и теневые (мхи, папоротники).
Продолжительность светового дня является важным регулирующим фактором в жизни живых организмов. Сезонные и суточные изменения физиологической активности живых организмов в ответ на изменение продолжительности дня и ночи называют фотопериодизмом.
Длина светового дня, в отличие от других абиотических факторов, для каждой местности изменяется строго закономерно (известно, что самый короткий день 22 декабря, а самый длинный — 22 июня, известна продолжительность любого дня года). В результате естественного отбора выживали организмы, чьи физиологические функции регулировались продолжительностью светового дня. Если продолжительность светового дня искусственно поддерживать более 15 часов, наши листопадные деревья становятся вечнозелеными, а если весной с помощью ширмы устроить им осенний день (меньше 12 часов), их рост прекращается, они сбрасывают листву, и у них наступает состояние зимнего покоя.
Приспособленность к сезонному изменению продолжительности светового дня привела к появлению длиннодневных и короткодневных растений (рис. 374). Длиннодневные зацветают в начале лета, до осени успевают созреть плоды и семена (наши злаки — рожь, пшеница, овес), короткодневные (астры, георгины, хризантемы) — растения южного происхождения, где продолжительность светового дня около 12 часов, поэтому они у нас зацветают при коротком дне осенью.
|
Рис. 374. Цветение и рост
растений в зависимости
от продолжительности дня и ночи.
Температура. Важнейший и часто ограничивающий для многих организмов абиотический фактор. Жизнедеятельность большинства организмов ограничена температурным интервалом от 0 до 40ºС, но некоторые организмы живут в горячих гейзерах, температура воды в ко-
торых достигает 70ºС, многие способны переносить отрицательные температуры в неактивном состоянии. Для того, чтобы переносить неблагоприятные температуры, у растений и животных выработались различные приспособления:
© Теплокровность птиц и млекопитающих снимает влияние небольших колебаний температуры, такие животные, способные поддерживать температуру на определенном уровне получили название гомойотермные. Животные, не способные поддерживать постоянную температуру тела, называются пойкилотермными.
© Зимняя спячка у грызунов, летучих мышей. При этом резко замедляется интенсивность обмена веществ, уменьшается частота дыхательных движений и частота сердечных сокращений, понижается температура тела.
© Зимний сон. Осенью животные накапливают большое количество жировых запасов и засыпают на несколько месяцев. При этом не происходит глубокого изменения обмена веществ, животное можно разбудить, например, можно разбудить медведя в берлоге. Такое состояние помогает перенести отсутствие пищи в зимнее время.
© Анабиоз. Временное состояние организма, при котором все жизненные процессы замедлены до минимума, отсутствуют все видимые признаки жизни.
© Состояние зимнего покоя. Наблюдается у многолетних растений, направлено на перенесение низких температур. Растения накапливают различные «антифризы», чтобы в цитоплазме клеток не образовались кристаллики льда и не разрушили клеточные структуры.
© Состояние летнего покоя. Характерно для многих раннецветущих растений (тюльпаны), для свежесобранных семян, клубней, луковиц. Наблюдается и у пустынных животных во время жаркого и сухого периода (у некоторых грызунов, черепах).
Важным экологическим фактором является и влажность. Живые организмы приспособились к сезонному изменению влажности, к жизни в зонах с различным содержанием воды в почве и воздухе. Растения засушливых зон, ксерофиты, имеют мелкие жесткие листья с хорошо развитой кутикулой, длинные корни, высокое осмотическое давление в клетках. Суккуленты (кактусы, агавы) имеют сильно развитую водозапасающую ткань, листья редуцированы в колючки и фотосинтез идет за счет стебля, корневая система расположена у поверхности и позволяет во влажные периоды запасти большое количество воды. Эфемеры — однолетние растения, успевают за короткий влажный период отцвести и образовать плоды и семена. Эфемероиды — многолетние растения, цветение которых происходит ранней весной, а летом надземные побеги полностью отмирают, засушливый период переносят под землей в виде луковиц, клубней, корневищ. Гигрофиты, напротив, приспособились к избыточной влажности и произрастают около водоемов, у них крупные листья с большим количеством устьиц слабо развитой кутикулой, слабая корневая система.
Животные также приспособились к жизни в условиях с различной влажностью. Для сохранения влаги в организме в условиях ее дефицита многие животные ведут ночной образ жизни, имеют плотные покровы и пониженное потоотделение. Некоторым животным достаточно воды, которая содержится в пище (кенгуровая крыса), некоторые могут долгое время обходиться без воды, используя метаболическую воду (верблюд около недели может не пить, используя воду, образующуюся при окислении запасов жира в горбах). Многие животные степей и пустынь могут переносить недостаток воды и высокую температуру, впадая в состояние летней спячки.
Биотические факторы среды
Под биотическими факторами понимают многообразные связи организма с другими организмами. Такие связи могут быть внутривидовыми и межвидовыми. Внутривидовые взаимоотношения многообразны и, в конечном счете, направлены на сохранение популяции. Сюда относятся взаимоотношения между особями различных полов, конкуренция за жизненные ресурсы, различные формы поведения.
Различают несколько форм межвидовых взаимодействий, они могут быть безразличными (00), полезными (+) или вредными (-) для партнеров.
Таблица 11.
Классификация биотических взаимодействий:
| Тип взаимодействия | Виды | Общий характер взаимодействия | |
| 1 | 2 | ||
| 1. Нейтрализм 2. Аменсализм 3. Комменсализм 4. Конкуренция 5. Паразитизм 5. Хищничество 7. Протокооперация 8. Мутуализм | 0 – + – + + + + | 0 0 0 – – – + + | Ни одна популяция напрямую не влияет на другую (синицы и мыши в лесу). Вид 2 подавляет вид 1, сам не испытывает отрицательного воздействия (дерево и трава под ним). Комменсал (вид 1) получает пользу от другого вида, которому это объединение безразлично (рыба-прилипала и акула). Успех одного означает неуспех другого (волки и лисы, конкуренция за пищу). Часто приводит к вытеснению одного вида другим. Вид 1 паразитирует на другом, ослабляя его. Хищники (вид 1) питаются за счет своих жертв. Взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не обязательно (актиния и рак-отшельник). Взаимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно (термиты и жгутиковые простейшие). |
Под симбиозом в данном случае понимается совместная жизнь (от греч. symbiosis — совместная жизнь), которая для партнеров может быть как полезна, так и вредна. Часто под симбиозом понимают взаимовыгодное сожительство организмов, например, микориза некоторых грибов с корнями растений, симбиоз клубеньковых бактерий с корнями бобовых растений.
45.5. Популяция: структура и регуляция
численности. Экологическая ниша
Среды жизни. Первые живые организмы появились в воде, и вода является самой первой средой жизни. Затем стала осваиваться суша, и появились наземные организмы. Стала осваиваться и воздушная среда, появились организмы, приспособленные к жизни в наземно- воздушной среде. Образование почвы привело к приспособлению к жизни в ней, сформировалась еще одна среда обитания для многих живых организмов. Совместная жизнь организмов привела к тому, что сами организмы стали средой обитания для многих видов других организмов, одних мы называем хозяевами, других — сожителями.
Экологическая ниша. Каждый вид существует в форме популяций. Популяция может существовать при определенных значениях абиотических факторов, и приспособлена к совместной жизни с другими видами, то есть на нее действуют и биотические факторы среды, таким образом, она занимает в природном сообществе определенную экологическую нишу. Экологическая ниша определяется всем комплексом факторов среды, необходимых для существования популяции, вида. Например, у лесных мышей в лесу — одна экологическая ниша, у синиц — другая, дождевые черви, живущие в почве леса, занимают третью экологическую нишу.
Структура популяций. Популяция любых организмов, существуя не только в пространстве, но и во времени, имеет определенную структуру: половой состав, возрастной состав, численность. Экологи, изучая природное сообщество, определяют территорию, которую занимает популяция, подсчитывают численность популяции — общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Изучается соотношение полов в популяции, соотношение молодых организмов, особей среднего возраста и старых. Все эти характеристики помогают оценить состояние популяции, прогнозировать ее будущее.
Для характеристики численности популяции удобно использовать такое понятие, как плотность популяции — число особей, которое приходится на единицу площади или объема. Для нормального существования ряски или хлореллы достаточно площади, равной их размерам, а слону требуется площадь, определяемая десятками квадратных километров.
|
Рис. 375. Различные типы кривых выживания.
(человек). Если рождаемость превышает смертность — популяция растущая, если наоборот — популяция становится сокращающейся. Численность популяции непостоянна, происходят колебания численности около какого-то среднего значения. Но возможно и резкое увеличение численности, например, численность мышевидных грызунов иногда увеличивается в 300-500 раз.
Однако популяция — система саморегулирующаяся, существуют верхние и нижние пределы плотности, за которые она выходить не может. Дальнейшее понижение численности грозит вымиранием, при повышении численности выше верхнего предела иссякнет кормовая база, увеличится смертность и произойдет резкое уменьшение численности.
Факторы, регулирующие численность популяции принято делить на две большие группы:
© не зависящие от плотности популяции;
© зависящие от плотности популяции.
Абиотические факторы не зависят от плотности популяции, а биотические — конкуренция, хищничество, паразитизм обычно зависят от плотности. Кроме того, при повышенной плотности, при перенаселении, происходит уменьшение рождаемости, например, у большой синицы в случае плотности одной пары на гектар в выводке около 14 птенцов, если плотность 18 пар — в выводке не бывает свыше 8 птенцов. У мышевидных грызунов при перенаселении, из-за стрессов, происходит гибель эмбрионов, что так же приводит к уменьшению рождаемости.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 600.
