Лекция 1. Проблемы человечества

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Экология

Курс лекций

Разработал Тихонов А.И.

Лекция 1. Проблемы человечества.

Цель: обоснование актуальности курса экологии.

Содержание предмета.

Определение экологии.

Буквально слово экология означает “наука о доме”. "Экология" = "ойкос" (дом) + "логос" (знание). Его ввел в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Экология - это наука о надорганизменных системах, то есть о “надсистемах” или “метасистемах”.

В широком смысле экология - это наука, изучающая системы, в которых живое и неживое функционирует как единое целое. В узком смысле экология - это наука об организмах, населяющих Землю, где особое внимание уделяется связям между организмами и окружающей средой.

Американский эколог Ю.Одум назвал экологию наукой о способах превращения энергии внутри экосистем.

Земля как живое существо.

Главная аксиома курса: Земля является грандиозным живым существом космических масштабов.

Цель курса.

Цель курса - понять место и роль человека в жизни планеты, а также суть проблем наших отношений с ней.

Особенности курса.

Для этого надо понять, что такое жизнь, как она зародилась, каковы ее цели и перспективы. Для этого надо знать законы, лежащие в основе динамики Вселенной.

Экология и охрана природы.

Экология и охрана природы - это не одно и то же. Некоторые мероприятия по охране природы не соответствуют законам экологии.

Специфика современной экологии.

Современная экология вобрала в себя знания из разных наук от физики, химии, биологии до социологии, психологии и философии.

Физико-философский подход к экологии.

Для студентов технических вузов наиболее близок и понятен физико-философский подход к экологии.

Экологическая катастрофа.

Актуальность курса.

Актуальность экологии вызвана угрозой глобальной экологической катастрофы.

Причины экологической катастрофы.

Причины катастрофы в том, что человек выделился из природной среды и противопоставил себя ей, в то время как природа является единым целым.

Гуманизм и экология.

Истинный гуманизм немыслим без единства человека и природы, в котором человек, как часть целого, должен играть подчиненную роль.

Попытки перестройки природы.

Попытки возвысится над природой и перестроить ее во имя человека и во благо человека ведут к гибели всего организма природы.

Фатальность катастрофы.

Мы можем остановить катастрофу, но для этого надо отказаться от стремления к материальному благополучию. Мероприятия по охране природы могут лишь затормозить ее приближение катастрофы, но не остановить ее.

Римский клуб.

В апреле 1968 года по инициативе итальянского экономиста Артура Печчеи был создан "Римский клуб". В него вошли 30 человек из 10 стран. Это были крупные ученые-естественники, математики, экономисты, социологи, промышленники и т.п.

Доклады Римского клуба.

Он заказал серию докладов на тему "Затруднения человечества". Первый доклад назывался "Пределы роста". Он был составлен Медоузами с использованием методики системного анализа Джея Форрестера. Его вывод: "промышленный рост и потребление ресурсов будут продолжать увеличиваться ускоряющимися темпами наряду с ростом численности населения и увеличением потребления энергии до тех пор, пока не будет достигнут некий предел; затем произойдет катастрофа". С тех пор в обществе стали говорить об экологической катастрофе.

Основные характеристики надвигающейся катастрофы.

1) экспоненциальный рост народонаселения;

2) глобальное потепление;

3) уменьшение биологического разнообразия;

4) рост социальной напряженности.

Темпы развития цивилизации и природа.

Современные скорости развития цивилизации многократно превышают динамику природы.

Численность населения.

Самым ярким свидетельством надвигающейся катастрофы является экспоненциальный рост численности населения в мире (8000 до н.э. » 10 млн. человек, 1850г. » 1.25 млрд. человек, 1950г. » 2.5 млрд. человек, 1987г. » 5 млрд. человек, сейчас > 6 млрд. человек).

Золотой миллиард.

По расчетам при существующем отношении человека к природе длительно на Земле может существовать не более 1-го миллиарда людей, получившего название "золотого миллиарда".

Социальная катастрофа.

В ответ на рост цивилизации растет количество техногенных и природных катастроф, растет давление на психику человека. Возрастает роль случайности, что говорит о неустойчивости системы. Все это грозит социальной катастрофой.

Будущее цивилизации.

По поводу будущего цивилизации Джей Форрестер сказал: "золотой век" цивилизации уже позади, у человечества имеется только одна альтернатива - отказ от надежд на дальнейший рост благосостояния или экологическая катастрофа.

Общесистемные законы.

Два подхода в экологии.

1) популяционный – рассматривает природу как совокупность взаимодействующих друг с другом популяций живых существ;

2) экосистемный - исходящий из факта целостности и единства экосистемы, как некоего слаженного организма.

Определение системы.

Слово "система" означает "целое, составленное из частей". Под системой понимают совокупность явлений, связанных между собой и образующих определенную целостность.

Общность системных законов.

В свойствах систем разной природы прослеживаются аналогии.

Биогенетический закон.

Онтогенез (индивидуальное развитие особи) повторяет филогенез (эволюцию вида).

Закон естественного отбора.

Наибольшие шансы на выживание имеет вид в наилучшей мере отвечающий требованиям среды.

Принцип иерархичности.

Любая система может быть элементом более общей системы, и каждый элемент системы сам может являться системой.

Принцип единства Вселенной.

Все явления Вселенной взаимосвязаны.

Принцип дополнительности.

Любое явление в природе рождается в паре со своим отрицанием.

Принцип Ле Шателье-Брауна.

На любое изменение Вселенная откликается возникновением процессов, тормозящих данное изменение.

Принцип оптимальности.

Любая система стремится к состояниям с наименьшим количеством напряжений.

Принцип Онзагера.

В сопряженных процессах энтропия может уменьшаться в одном из процессов за счет еще большего возрастания в других.

Вывод.

Самоорганизующиеся системы должны быть открытыми и могут поддерживать упорядоченность внутренней структуры только за счет разрушения окружающей среды.

Принцип агрегации.

Любая совокупность биосистем стремится к слиянию в единое органичное целое с четким разделением функций отдельных подсистем, направленных на поддержание системной целостности.

Понятие организма.

Разделение функций приводит к симбиотической зависимости отдельных подсистем друг от друга. Количество симбиозов определяет степень органичности биосистемы.

Системы с предельной степенью органичности мы называем живыми организмами.

Закон необходимого разнообразия (Фишера).

Чем больше разнообразие функций в организации сложной системы, тем больше ее устойчивость и защищенность от случайностей.

Законы Коммонера.

1. Все связано со всем.

2. Все должно куда-то деваться.

3. Природа знает лучше.

4. Ничего не дается даром.

Теория эволюции.

Алгоритм эволюции.

Любое расширение системы в целом сопровождается локальными сжатиями. Любое сжатие порождает поиск новых структур системной организации. Однажды система становится неустойчивой и разрушается. Ядро системы образует сложную компактную упорядоченную структуру. Из продуктов разрушения формируются новые структуры.

Вирусы.

Вирус - это молекула ДНК, окруженная белковой оболочкой. До клеток существовала эпоха вирусов.

Клетки

Это простейшая безъядерная клетка. Клетка - это следствие агрегации макромолекул. По теории Опарина клетка является результатом эволюции коацерватных капель. Ядерные клетки возникли в результате эволюции социумов из бактерий и вирусов.

Многоклеточные.

Агрегация клеток приводит к возникновению многоклеточных организмов.

Усложнение поведения.

Эволюция поведения свидетельствует об агрегации многоклеточных организмов, то есть о формировании и эволюции надсистем.

Гипотеза Гаи.

Гипотеза Гаи

Сообщества живых организмов и среда их обитания развиваются как единое целое, где среда и организмы влияют друг на друга. Если бы на Земле не было жизни, то условия на ней мало отличались бы от условий на Венере. Поэтому утверждение, что жизнь на Земле зародилась благодаря благоприятным условиям, неверен. Именно жизнь создала эти условия.

Принцип Пастера - Реди

Все живое происходит от живого. Жизнь не может самозарождаться.

Вывод

Поэтому Земля, породившая жизнь сама является живым организмом, порожденным живой Вселенной. Вселенная в целом является живым организмом.

Доводы в пользу гипотезы Гаи:

законы эволюции не укладываются в законы статистической вероятности;

эволюции жизни на планете подобна эмбриогенезу;

экологические катастрофы на планете подобны сменам фаз эмбриогенеза;

механизмы эмбриогенеза подобны взаимодействиям организмов со средой.

Магнитное поле Земли

Опыты с оплодотворением живых существ в космосе и с развитием головастиков в камере, экранирующей магнитное поле Земли, говорят том, что живые организмы не могут правильно развиваться в изоляции от Гаи.

Зюсс.

Понятие биосфера введено в 1875 году ученым-геологом Э.Зюссом (австрия).

Биосфера по Вернадскому

В.И.Вернадский развил это понятие и создал теорию биосферы, под которой он понимал все пространство литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются организмы или продукты их жизнедеятельности.

Основные положения теории Вернадского:

Жизнь есть неизбежное следствие мирового эволюционного процесса;

Жизнь зародилась одновременно с возникновением Земли;

Количество живого вещества на Земле является постоянной величиной;

Жизнь связывает планету и космос в единую целостную систему;

Жизнь является главной геологической силой на планете;

Человек есть неизбежное следствие эволюции планеты;

Сейчас человек является главной геологической силой на планете;

Однажды развитие биосферы и общества сделается неразрывным и биосфера перейдет в новое состояние - ноосферу (сфера разума).

Основные свойства биосферы.

Биосфера - это централизованная система. Центральным ее звеном выступают живые организмы.

Биосфера - это открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии от Солнца.

Биосфера - это саморегулирующаяся система, обладающая гомеостазом, то есть способностью гасить возникающие возмущения и приходить в исходное состояние включением ряда механизмов.

Биосфера характеризуется большим разнообразием. Это повышает ее устойчивость путем дублирования отдельных функций.

Биосфера характеризуется круговоротом веществ. Это гарантирует неисчерпаемость химических соединений.

Понятие экосистемы.

Основной структурной единицей биосферы является экосистема.

Экосистема - совокупности организмов и неживых компонентов, взаимодействующих совместно и связанных потоками вещества и энергии.

Ранги экосистем:

1) микроэкосистемы (лужа, гниющий пень, разлагающийся труп и т.п.);

2) мезоэкосистемы (лес, озеро, река, небольшой остров и т.п.);

3) макроэкосистемы (море, океан, континент, большой остров и т.п.);

4) глобальная экосистема (биосфера).

Биогеоценоз.

Биогеоценоз - это крупная экосистема, строящаяся на основе фитоценоза (растительности), обеспечивающего поступление первичной энергии.

Коэффициент эмерджентности.

Степень органичности экосистемы оценивается коэффициентом эмерджентности, зависящим от количества в ней симбиозов. Чем он выше, тем выше устойчивость экосистемы.

Живое вещество биосферы.

Классификация веществ по Вернадскому:

1) живое вещество – это совокупность всех живых организмов (0.01-0.02% от массывсей биосферы);

2) костные вещества – это вещества не вовлеченные в круговорот жизни;

3) биокостное вещество в отличие от костного так или иначе обусловлено воздействием жизни и вовлечено в ее круговорот (вода, почва и т.п)

4) биогенные вещества образуются в результате жизнедеятельности живых организмов (уголь, нефть, известняки, руды металлов и т.п.);

5) антропогенные вещества образуются в процессе деятельности человека.

Свойства живого вещества.

1. Высокая химическая активность благодаря ферментам.

Например, фиксация азота атмосферы требует t=500 град. и p=300-500 атмосфер.

2. Высокая скорость протекания реакций.

Например, гусеницы массой m потребляют за день пищи (100-200)m.

3. Высокая скорость обновления живого вещества.

В среднем для биосферы - 8 лет, для суши - 14 лет, для океана - 33 дня.

4. Способность быстро занимать все свободное пространство (всюдность).

Например, численность некоторых бактерий удваивается за 22 минуты.

Площадь листьев растений на 1га, составляет 8-10га и более.

5. Активность движения вопреки принципу роста энтропии.

Например, движение рыб против течения реки, движение птиц против силы тяжести.

6. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

Мы живем потому, что в нас беспрерывно что-то умирает и заменяется новым. Смерть обеспечивает бесконечность жизни.

7. Высокая приспособительная способность (адаптация).

Некоторые организмы выносят температуры, близкие к абсолютному нулю, другие до 140 град., в жерлах вулканов и т.п.

Круговорот вещества.

Биогеохимические циклы.

Вещество, необходимое для жизни может использоваться многократно. Эти процессы называются круговоротами веществ или биогеохимическими циклами.

Энергия для круговоротов.

Энергия для круговоротов поставляется от Солнца.

Роль жизни в круговоротах.

Почти все механизмы круговоротов основаны на биологических процессах.

Захоронения.

Часть вещества уходит из круговорота в захоронения в виде угля, торфа, нефти, осадочных пород и т.п.

Круговорот воды.

Около трети энергии Солнца на Земле затрачивается круговорот воды. Значительная часть осадков на сушу приходит с моря. 97-99% вода, поступающей в растения из почвы, испаряется через листья (транспирация). Это стабилизирует уровень грунтовых вод и поддерживает и локальные круговороты воды.

Круговорот углерода.

За последние 100 лет содержание СО₂ постоянно растет.

1800г. - 0.029% CO₂, 1958 г. - 0.0315%, 1980 - 0.0335%.

2050г – 0.06%, ожидается повышение температуры в среднем на 1.5-4.5^оС.

Круговорот азота.

Азот входит в состав аминокислот, являющихся строительным материалом для белков. Круговорота азота осуществляется только благодаря микроорганизмам (бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы). Два источника азота:

1) нитраты - результат деятельности организмов-азотофиксаторов и молний.

2) результат разложения органики с участием бактерий-нитрификаторов.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Круговорот фосфора.

Фосфор является необходимым компонентом нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), обеспечивающих запись, хранением и чтением генетической информации. Фосфор – это редкий элемент. Его дефицит ограничивает продуктивность растений. Фосфор переходит из органики в фосфаты, которые могут использоваться растениями. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. То есть основным источником азота является литосфера, подвергающаяся эррозии. Поэтому фосфор в конечном итоге выводится в донные осадки морей. В фосфор возвращался в круговорот морскими птицами и человеком.

Круговорот серы.

Сера является элементом, необходимым для синтеза многих белков.Круговорот серы охватывает воздух, воду и почву. Основная доступная форма серы - сульфаты SO₄. Основными источниками серы являются челоаек, вулканы, разложение органики и распад серосодержащих руд и минералов.

Осадочный цикл.

Большинство важных для жизни элементов (железо, кальций, калий, магний, марганец, медь, хлор и др.) более привязано к земле. Их круговороты входят в общий осадочный цикл, циркулирующий путем эрозии, осадкообразования, горообразования, вулканизма и биологического переноса.

Разложение живого вещества.

Разложение есть результат биотических (живые организмы) и абиотических процессов (например, пожар). Полное разрушение осуществляется целым комплексом разрушителей, которые последовательно сменяют друг друга, подготавливая среду друг для друга.

Лекция 5. Движение энергии в биосфере.

Цель: изучение путей движения энергии в биосфере.

Энергетика экосистем.

Синтез глюкозы.

Энергия Солнца улавливается в реакции фотосинтеза зеленых растений: 6CO₂+12H₂O+энергия света ® C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂. Здесь C₆H₁₂O₆- это богатая энергией молекула глюкозы.

Сжигание гдюкозы.

Глюкоза сгорает в организме, образуя двуокись углерода и воду, удаляемые из организма. Высвобожденная при этом свободная энергия организует физиологические процессы. Эта часть энергии является тратой на дыхание.

Продукция.

Другая часть энергии расходуется на организацию эндотермических реакций, то есть связывается в сложных молекулярных структурах. Эта энергия, накопленная в веществе организма, называется продукцией.

Остаток.

Часть энергии остается в непереваренной пище и высвобождается другими организмами.

Трофическая цепь.

Ввиду наличия в своей структуре сложномолекулярных соединений любой организм может служить пищей для другого организма. Таким образом формируется пищевая или трофическая цепь, в которой происходит перенос энергии через ряд организмов путем поедания одних организмов другими. Трофическая цепь состоит из последовательности уровней, называемых трофическими.

Определения:

1) автотрофы (“самопитающимися”) или продуценты - это в основном зеленые растения создающие первичную продукцию.

2) консументы (потребители) или гетеротрофы – организмы, питающиеся другими организмами;

3) деструкторы (разрушители) или редуценты (редуцере - возвращать) – возвращают вещества в круговорот.

Правило 10%:

Лишь около 10% энергии аккумулируется в структурах организмов и передается на следующий трофический уровень, остальная часть – это дыхание + экскременты. Это правило ввиду ограниченности количества энергии, поступающей от Солнца, приводит к ограничению количество трофических уровней до 4-5.

Трофические сети.

В любой экосистеме разные пищевые цепи переплетаются друг с другом в сложные пищевые (трофические) сети.

Роль пищевых сетей:

1) консументы призваны вернуть вещество в круговорот;

2) сложные трофические сети облегчают поток энергии через экосистему;

3) консументы регулируют экосистему, формируя гомеостаз.

Концепция продуктивности.

Продукция биосферы.

За год фотосинтезирующими организмами Земли создается около 170 млрд.т живого вещества и примерно столько же разрушается.

Уникальность нашего времени в высвобождении человеком накопленной за миллионы лет солнечной энергии и биогенных веществ.

Продуктивность.

Образование продукции в единицу времени на единице площади или в единице объема называется продуктивностью (измеряют в т/(га^.год или ккал/(га^.год)).

Продуктивность моря и суши.

Не смотря на свои масштабы за год море дает всего 55 млрд. тонн чистой первичной продукции, суша дает 115 млрд. тонн в год.

Продуктивность некоторых районов:

- эстуарии (устье крупной реки) - 200-3500 в среднем 1500 г/см² в год,

- коралловые рифы и зарослей водорослей - 500-4000 в среднем 2500 г/см²/год,

- зоны апвеллинга (восходящее движения водных масс от дна к поверхности, вызванное, например, океаническими течениями) - 400-1000 в среднем 500 г/см²/год,

- открытый океан - 2-400 в среднем 125 г/см2 в год.

- остальные прибрежные воды - 200-600 в среднем 360 г/см2 в год,

- влажные тропические и субтропические вечнозеленые леса - 1000-3500 в среднем 2200 г/см2/год,

- леса умеренной зоны - 600-2500 в среднем 1200 г/см2 в год,

- тайга - 400-2000 в среднем 800 г/см2 в год,

- пустыни и полупустыни - 10-250 в среднем 90 г/см2/год,

- тундра - 10-400 в среднем 140 г/см2/год,

- хорошо субсидируемые агроценозы – до 3500 г/см2/год,

- малосубсидируемые агроценозры - до 100 г/см2 в год, в среднем 650 г/см2/год,

- средняя валовая первичная продуктивность по всей биосфере - 333 г/см2/год,

Краевой эффект:

Наибольшая концентрация жизни приурочена обычно к границам сред жизни. Общее название таких границ - экотоны. Сообщества экотона содержат организмы обеих сред и еще организмы, характерные только для экотона.

Энергетические субсидии.

Всякое дополнительное вложение энергии, увеличивающее продуктивность экосистемы, называется энергетической субсидией. Например, использование агротехники, пестицидов и гербицидов, полив и т.п. Природные энергетические субсидии: ветер, приливы, течения и т.п.

Высокие урожаи человека.

Человек получает высокие урожаи только благодаря энергетическим субсидиям. Выведенные нами культуры способны жить только в условиях субсидий. В США на каждую калорию полученной пищи вкладывается около 10 калорий энергии топлива. Для удвоения урожая нужно в 10 раз увеличить субсидии. Чрезмерные субсидии могут понизить продуктивность экосистемы (например, ухудшить качество почвы).

Экологические пирамиды.

Трофическую структуру экосистемы можно изобразить в виде разного рода экологических пирамид.

Наиболее показательна пирамида энергии (продуктивности), которая иллюстрирует “правило десяти процентов”. Для любой экосистемы она всегда имеет правильную форму. Пирамиды биомассы экосистем суши обычно имеет правильную форму, а для экосистем моря –перевернутую из-за высокой скорости прироста фитопланктона.

Лекция 6. Среда обитания.

Цель: факторы среды и адаптация к ним организмов.

Понятие среды обитания.

Определение.

Под средой обитания понимают совокупность внешних условий, в которые погружены живые организмы, и с которыми они взаимодействуют. Отдельные элементы среды обитания, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями), называются факторами среды.

Классификация факторов среды:

1. Абиотическими факторами среды называются условия, напрямую не связанные с жизнедеятельностью организмов – это температура, свет, вода, состав атмосферных газов, структуру почвы, рельеф местности и т.п.

2. Биотическими факторами среды называется совокупность влияний одних организмов на другие. Влияние может быть прямым и косвенным.

3. Антропогенными факторами среды называется совокупность влияний человека на живые организмы.

Эврибионты и стенобионты.

Организмы с широким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются эврибионтами (от греч. эури - широкий). Организмы с узким диапазоном толерантности по отношению к данному фактору называются стенобионтами (от греч. стенос - узкий).

Эволюция.

Взаимное давление жизни и среды приводит к возникновению динамического равновесия, в котором происходит взаимозависимое прогрессивное движение.

Особенность давления жизни.

Большее качество энергии жизни позволяет ей осуществлять более точные и направленные воздействия на среду.

Особенность давления среды.

Действие факторов среды грубое и ненаправленное. Но к ним нужно приспосабливаться. Приспособительные реакции оказываются однозначными.

Конвергенция.

Если условия существования организмов разного эволюционного происхождения одинаковы, то они приобретают сходные приспособления к среде обитания.

Вывод:

Несмотря на приблизительность и неточность действий факторов среды, результат ее воздействия на организмы оказывается настолько же точен, как и обратное действие организмов на среду. Среда неявно задает определенный эталон, которому жизнь должна достаточно точно соответствовать.

Генофонд.

Каждая популяция насыщена мутациями, обычно неблагоприятными. Совокупность мутаций является резервом наследственности, генофондом, который мобилизируется через естественный отбор при изменении условий среды.

Стабилизирующий отбор.

Если популяция живет в стабильных условиях, то все мутации отсекаются. Такой отбор называется стабилизирующим. Закрепляются лишь мутации, способствующие экономии энергии за счет избавления от лишних функций. Так формируются стенобионты.

Движущий отбор.

При изменении условий среды выживают мутанты, “угадавшие” формы, благоприятные для новых условий. Такой отбор называется движущим.

Идеоадаптация.

Незначительные эволюционные изменения, способствующие лучшему приспособлению к условиям среды, называют идеоадаптацией.

Ароморфоз.

Существенные эволюционные изменения, дающие начало новым отрядам, классам, типам и т.п., называются ароморфозом.

Поиск оптимального варианта.

Для поиска оптимального решения жизнь задействует “технику пробного нащупывания”, являющуюся “неотразимым оружием всякого расширяющегося множества” (Шарден).

Экологическая ниша.

Под экологической нишей понимают место организма в природе, образ жизнедеятельности, жизненный статус, закрепленный в его организации и адаптациях. Экологическая ниша проявляется через строение организма, его адаптации, инстинкты, жизненные циклы, жизненные “интересы” и т.п. Под экологической нишей можно понимать структурную единицу экосистемы, характеризующуюся определенной функцией, необходимой для обеспечения жизнеспособности экосистемы, и которая для этого должна быть обязательно заполнена организмами с соответствующей морфологической специализацией.

Принцип Гаузе.

Два разных вида не могут длительное время занимать одну экологическую нишу. Межвидовая конкурентная борьба способствует четкости границ экологических ниш.

Параллелизм.

В аналогичных условиях формируются подобные друг другу экосистемы, имеющие одинаковый набор экологических ниш. Такие ниши занимаются разными видами живых существ, но аналогичным образом специализированными. Подобные явления в теории эволюции носят название параллелизма.

Экологическое разнообразие.

Оно включает в себя:

1) видовое богатство, в которое помимо количества видов включают количество разных жизненных фаз внутри каждого вида;

2) генетическое разнообразие, то есть генетическую изменчивость видов, без которой они оказались бы неспособными адаптироваться к изменяющейся среде;

3) “поведенческое разнообразие”, зависящее от сложности организации организмов.

Динамика экосистем.

Жизнь экосистем.

Как и любые организмы, они рождаются, перестраиваются, старятся и умирают, точнее замещаются другими экосистемами.

Виды динамики экосистем.

1) циклическая – суточная, сезонная, многолетняя.

2) поступательная – сукцессия (сукцессио - преемственность, наследование) - сопровождается последовательным рядом изменений всей ее организации

Виды сукцессий:

1) экзодинамические - вызванные внешними факторами;

2) эндодинамические - вызванные внутренними механизмами экосистемы.

Пример эндодинамической сукцессии.

Климакс.

Типы сообществ в данном пространстве последовательно сменяют друг друга, формируя сукцессионный ряд, который заканчивается стадией климакса, зрелости (климакс - лестница).

Концепция моноклимакса.

В одном и том же регионе практически все сукцессии развиваются по довольно похожим сценариям и заканчиваются в итоге одним и тем же климаксом.

Влияние катаклизмов.

Катаклизмы уничтожают обычно области, достигшие климакса, где преобладают старые и сухие деревья. В результате лесной массив находится в постоянной динамике, которую можно назвать циклической сукцессией, или мозаичным климаксом.

Динамика популяций

Определение популяции.

Под популяцией можно понимать любую обособленную группу организмов одного вида, занимающую определенное пространство и функционирующую как часть экосистемы. Популяция считается базовой единицей экологии.

Характеристики динамики популяций:

1) плотность популяции - количеств особей или биомассы на единице пространства;

2) рождаемость - это способность популяции к увеличению численности;

3) смертность выражается числом особей, погибших в единицу времени;

4) выживаемость есть параметр, обратный смертности.

Типы кривых выживания.

1 - низкая смертность, которая растет к концу цикла (повышенная забота о детях).

2 - повышенная смертность, которая снижается в зрелости.

Виды динамики популяции

1) J-образная;

2) S-образная.

3) тригерная.

Конкуренция.

К механизмам регулировки численности популяций можно отнести межвидовую конкуренцию.

Миграции.

К механизмам стабилизации численности популяции можно отнести миграции и нашествия.

Динамика человека.

Человек является, по-видимому, типичным пионерным видом с J-образной динамикой, для которого характерна тяга к миграциям в периоды перенаселенности.

Территориальность.

Распределение особей в популяции часто связана с феноменом территориальности: активность особей или групп обычно бывает ограничена определенным пространством. Обычно территория как-то охраняется, но количество конфликтов сведено к минимуму. Территориальность является одним из механизмов регулировки численности популяции.

Территориальность человека.

Человеку также свойственно территориальное поведение.

Агрегация.

Популяция никогда не рассеивается, а тяготеет к образованию целостности (агрегация). Это рождает у некоторых видов животных стайный инстинкт.

Понятие живого организма.

В сложных случаях внутренняя жизнь популяции оказывается жестко регламентированной, а отдельные функции централизованы. При этом популяция подобна организму.

Безопасные поселения.

Противоречивые тенденции к изоляции и консолидации приводят к динамическому равновесию внутри популяции. Эволюция форм этого равновесия приводит к идее “безопасных поселений”, характеризующихся большим скоплением особей на благоприятном для жизни участке, например, птичьи базары, муравейники, города людей и т.п.

Молодые экосистемы.

Из теории сукцессий следует, что в молодых экосистемах основная энергия идет на формирование биомассы.

Особенность агроценозов

Человек заинтересован в том, чтобы поддерживать в экосистеме ранние стадии сукцессии, что позволяет снимать большие урожаи. Чтобы максимизировать выход продукта человек значительно снижает разнообразие в агроценозе.

Молодые (развивающиеся) экосистемы

Зрелые (климаксные) экосистемы

Субсидии

Поддержание такого состояния возможно только за счет энергетических субсидий в виде работы людей, животных, машин, а также в виде удобрений, новых высокоурожайных сортов, средств борьбы с сорняками и вредителями и т.д.

Следствия

Это приводит к повышенной эрозии, засолению и уплотнению почв, загрязнению почвы и окрестных водоемов и т.п.

Возможные пути решения проблемы:

1) смешанное возделывание нескольких хорошо подобранных друг к другу культур;

2) вовлечение несъедобных растений для производства продуктов питания путем химического обогащения и др.

Экология города

Особенность города

Город - это типичное безопасное поселение.

Город будущего

Город будущего должен быть системой с четким метаболизмом и ограниченным обменом с внешней средой.

“Стратегия кораллового рифа”

Это когда город образует единый организм с окружающей его буферной зоной.

Экология микрокосмов

“Город под куполом”

Гипотетический “город под куполом” является примером автономного микрокосма.

Вывод НАСА

Мы пока не в состоянии создать искусственную экосистему, закрытую для притока или оттока веществ, с полной регенерацией и с регуляцией. Любая космическая станция может существовать только за счет Земли.

Экологические карты

Картину степени влияния человека на окружающую среду дают экологические карты, где обозначено состояние среды в отдельных регионах планеты.

ПДК

Главная задача мониторинга оценить степень близости загрязнения среды к предельно допустимым концентрациям (ПДК).

Моделирование

Нужно создать высокоэффективные модели экосистем и биосферы. Существуют модели биосферы в целом. Локальные экосистемы менее предсказуемы.

Экономика и экология

Особенность рынка

Рынок равнодушен к человеку, но ему свойственна стратегия жизненной экспансии и, как все биосистемы с J-образной динамикой, он мало волнуется о будущем.

Рыночные ценности

Рынок ценит то, что создано руками людей. Природные богатства ценятся мало. Поэтому любые вложения средств в защиту окружающей среды экономически не выгодны.

Роль государства

Государство является единственной силой, способной противостоять рынку.

Государство более чувствительно к людским судьбам, поэтому в отношении к экологии рынок и государство противостоят друг другу.

Рынок и политика

Требование не вмешивать политику в экономику может привести к краху всех экологических программ.

Конференции

На регулярных международных конференциях по охране окружающей среды появляются международные конвенции, соглашения, пакты, законы, постановления, которые, являются обязательными для всех государств планеты.

Основной мотив международного экологического права:

“Человек имеет право на свободу, равенство и благоприятные условия жизни в окружающей среде, качество которой позволяет вести достойную и процветающую жизнь, и несет главную ответственность за охрану и умножение окружающей среды на благо нынешнего и будущих поколений”.

Закон России

Головным актом в области экологии является Закон Российской Федерации “Об охране окружающей среды”. Он регламентирует объекты охраны, компетенцию органов государственной власти и местного самоуправления, права и обязанности граждан в области охраны природы, экономический механизм охраны природы и др.

Ответственность за нарушение экологического законодательства:

1) дисциплинарная и гражданско-правовая (возмещение ущерба, штраф);

2) административная (взыскание, приостановление работ, прекращение прав и т.п.);

3) уголовная (лишение свободы за особо тяжкие преступления против природы).

Требования к предприятиям

Промышленные предприятия должны обеспечить ряд санитарно-гигиенических норм.

Эти нормы могут регламентироваться законами и нормативными документами (общие нормативными документами (ОНД), строительные нормы и правилами (СНиП) и др.)