Пути приспособления живых организмов к среде обитания

ЭКОЛОГИЯ

Москва

2005 г.

Вопрос №2

Экология в системе естественных наук; её структура.

       Современная экология – это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки, человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов и так же, как и другие организмы, не может существовать без биоты т.е. без совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые составляют среду обитания человечества.

       Экологические системы, как и живые системы других уровней организации, являются весьма сложными, характеризуются нелинейной динамикой и их поведение в математических моделях описывают такие современные науки, как динамическая теория систем и синергетика. В моделировании экосистем определенную роль сыграли также представления кибернетики (науки об управлении) о теории регулирования, об устойчивости и неустойчивости, об обратных связях.

       В наше время термином «экология» все чаще обозначают совокупность взаимоотношений природы и общества. В настоящее время рассматривая структуру современной экологической науки, могут быть выделены несколько разделов «большой» экологии. Это общая теоретическая экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология. Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками.

ЭКОЛОГИЯ

       Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем, в том числе эколого-экономических и природнохозяйственных систем. Экспериментальная экология дает важный фактический материал и обеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. В связи с ограниченностью экологических экспериментов, широко используется математическое моделирование. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

Биоэкология - это основа всей экологии. Главная ее часть – экология естественных биологических систем: особей как представителей определенных видов (аутоэкология), популяций (популяционная экология или демэкология), многовидовых сообществ, биоценозов (синэкология), экологических систем (биогеоценология, учение об экосистемах). Другой составной частью экология таксономических групп организмов – царств бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т.п. Еще одну часть составляет эволюционная экология – учение о роли экологических факторов в эволюции и о смене экологических условий в истории Земли. Именно в биоэкологии на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизни сообществ организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

Геоэкология изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят: экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком); природно-климатических зон (тундры, тайги, степи, пустынь, тропических лесов и др.); ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, гор, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.

На стыке биоэкологии и геохимии Земли на основе изучения роли живых организмов в планетарной трансформации солнечной энергии и в круговороте химических элементов возникло учение о биосфере – глобальной экологической системе.

Экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход – правильное сочетание социальных и биологических аспектов.

Социальная экология как часть экологии человека – это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся: экологические факторы цивилизации, экология человеческих популяций, экологическая демография, экология этносов и этногенеза – формирование рас и наций.

Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества экологических принципов охраны природы.

Вопрос №12

Пути приспособления живых организмов к среде обитания

 (адаптация и др.)

    У одних организмов при отклонении значений фактора от точки оптимума сразу же изменяется и функция отклика. Они как бы покорно подчиняются ухудшению внешних условий. Этот тип приспособления называется пассивным. Такие организмы называют обычно выносливыми или толерантными. Другие их название – пойкилобионты, т.е. организмы, пассивно изменяющие свое состояние, свои функции, поддаваясь изменениям в среде. К ним относятся растения и животные, пассивно переносящие охлаждение, замерзание, высыхание, голод, дефицит кислорода и т.п. Переход в это крайнее состояние уже исключает дальнейшее подчинение среде (пассивная устойчивость) и чрезвычайно расширяет возможность выживания в самых неблагоприятных условиях.

Во многих случаях в определенном диапазоне изменений фактора среды нет подчинения им функций организма: включаются механизмы защиты от неблагоприятных воздействий, сопротивления им или их активного избегания. Реакции защиты и сопротивления обеспечивают большую или меньшую устойчивость, или резистентность организма по отношению к отклонениям от оптимума. Это активный путь приспособления. Такие организмы называются гомойобионтами, т.е. способными поддерживать гомеостаз – постоянство своих свойств, функций при изменениях факторов среды.

Выносливость и устойчивость (толерантность и резистентность) во многих случаях не альтернативны. В том или ином соотношении они встречаются у всех организмов, часто дополняя друг друга. Одно и то же растение или животное  может быть выносливо по отношению к одному фактору и устойчиво по отношению к другому.

При отклонениях факторов среды от оптимальных значений у многих организмов наблюдается опережающее реагирование – избегание неблагоприятных воздействий и активный поиск других более благоприятных условий и местообитаний – гомеостатическое поведение. Организм реагирует не только на величину отклонения, но и на темп нарастания угрозы. Если не удается избежать неблагоприятных воздействий или поведение оказывается недостаточным, сопротивление негативным воздействиям среды достигается с помощью физиологической регуляции. Регуляция осуществляется путем передачи информации о состоянии среды от воспринимающих эту информацию сенсоров, органов чувств к центральному регулирующему устройству, а от него – к исполнительным структурам – эффекторам, выполняющим противодействие внешнему возмущению. Обязательным элементом контура регулирования является обратная связь между производимым действием и установочным параметром регулирования.

Длительное напряжение физиологических функций, стресс приводит к истощению ресурсов организма и может иметь отрицательные последствия, поэтому при стойком отклонении условий среды от биологического оптимума происходят такие изменения физиологической регуляции, которые повышают ее эффективность и вместе с этим уменьшают общее функциональное напряжение организма. Подобные изменения носят название акклимации, или физиологической адаптации. В природных условиях значение физиологической адаптации связано с естественными изменениями условий существования, в основном – с сезонными перепадами температуры, влажности, кормности местообитаний и т.п. Хорошо известно осеннее увеличение теплоизоляции организма у многих млекопитающих и птиц за счет линьки, «утепления» покровов (пуха, пера, меха) и накопления подкожного жира. Изменяется режим и качество питания. В тканях происходят различные биохимические изменения, направленные на экономное расходование энергии. Сезонные миграции птиц и рыб, а также такие явления, как спячка, подготавливаются комплексом физиологических и морфологических сдвигов, изменениями поведения.

Большое экологическое значение имеет взаимодействие факторов. За счет него может быть расширен диапазон выживания. Так, снижение температуры повышает выносливость рыб по отношению к недостатку пищи и кислорода; недостаточная освещенность для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа и т.п. Диаграмма выживания для одного фактора всегда изменяется под влиянием другого фактора. Совместные действия нескольких факторов бывает синергическим, когда различные воздействия как бы усиливают друг друга и производят больший эффект, чем сумма раздельных влияний. Сочетание может быть и негативным, когда наблюдается взаимное ослабление эффектов.

Вопрос №22