Введение

Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и с окружающей средой. Этот термин впервые был введен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1866 году в книге «Всеобщая морфология организмов»; он образован из двух греческих слов: oikos (дом, жилище) и logos (наука).

Экология – наука в первую очередь биологическая, однако имеет междисциплинарный характер. Как самостоятельная биологическая дисциплина она выделилась только с начала 20 века. Наряду с генетикой и физиологией, экология занимает центральное место среди биологических наук и тесно связана с генетикой, этологией (наука о поведении), физиологией, а также с микробиологией, ботаникой, зоологией, анатомией и другими биологическими дисциплинами. Особенно тесно связана экология с теорией эволюции и биогеографией. Большое влияние на экологию оказывают физическая география, медицинские и инженерные науки, а также геология, химия.

В данном учебном пособии использованы материалы лекций, которые были прочитаны в МГУ инженерной экологии для студентов обучающихся по специальности “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”.

1.1.Организм и среда

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Все многообразие экологических факторов принято делить на абиотические (факторы неорганической природы, воздействующие на организм прямо или косвенно, через обмен веществ, которые имеют односторонний характер; организм может к ним приспособиться, но не может оказать на них обратное влияние); и биотические (факторы взаимодействия организмов; организмы влияют друг на друга непосредственно (хищники съедают жертв) или косвенно (изменяют среду обитания).

Выделяют также антропогенные факторы (влияние человека на живые организмы и окружающую среду).

1.2. Адаптация

В экологических исследованиях выделяют два направления – аутэкология и синэкология.

Аутэкология изучает отношение между организмом или популяцией и условиями среды. Синэкология занимается сообществом и средой. Например, изучение отдельной ели в хвойном лесу (или вида, рода ели) является аутэкологическим исследованием, а изучение сообщества хвойного леса синэкологическим.

Главный вопрос аутэкологии – изучение приспособлений (адаптаций) к различным условиям окружающей среды. Адаптация – приспособление организма к различным условиям окружающей среды за счет комплекса условий – морфологических, физиологических, поведенческих.

Различный состав видов в экосистемах объясняется адаптациями к разным экологическим условиям. В результате адаптаций возникают организмы, устойчивые к различным условиям окружающей среды: растения, устойчивые к засухе, засолению, низким температурам, и др.; животные, которые обитают в пустынях, степях и др., ведущие дневной или ночной образ жизни.

Адаптации у различных групп организмов вырабатываются с разной скоростью. У насекомых адаптации могут возникнуть через 10-20 поколений (именно этим объясняются неудачи химических средств против насекомых), выработка адаптаций у растений и птиц – процесс очень медленный требует столетий. Многие наблюдаемые изменения у организмов связаны с предадаптациями.

Предадаптация – открытые признаки, появившиеся из-за действия новых факторов окружающей среды и способствующие повышению устойчивости видов. Предадаптация объясняет повышенную устойчивость некоторых видов растений к действию загрязнений промышленности и транспорта. Однако предадаптативные возможности растений невелики и большинство растений не могут приспособиться к загрязнениям окружающей среды.

1.3. Влияние биотических факторов

(Формы межвидовых взаимоотношений в биоценозах)

Основу существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же экотоп. Классификации биоценотических отношений может основываться на оценке возможного результата контактов двух особей.

1.4. Конкуренция

Конкуренция – взаимодействие двух организмов, стремящихся получить один и тот же ресурс, находящийся в ограниченном количестве. Конкуренция может быть симметричной (конкуренты практически одинаково ограничивают потребление ресурсов) и асимметричной (один вид потребляет больше ресурсов и оказывает на другой большее влияние, асимметричная конкуренция усиливается и ведет к исключению конкурентов).

Конкуренция бывает межвидовой и внутривидовой.

Межвидовая конкуренция – взаимодействия между популяциями, которые отрицательно сказываются на их росте и выживании. (Например, некоторые виды растения подмаренника растут на кислой почве, а другие на щелочной; однако каждый из этих видов хорошо растет как на кислой ,так и на щелочной почве. В конкурентной борьбе побеждает один вид, а другой исчезает. Результат зависит от условий среды, в данном случае от кислотности почвы.). В природе различные виды конкурируют друг с другом: за ресурсы пищи, за жертвы; у растений- за свет, опылители и др.– в результате чего наблюдается значительное снижение численности. Иногда один конкурирующий вид, более приспособленный к данным условиям окружающей среды, исключает другой из определенного местообитания.

Внутривидовая конкуренция приводит к снижению скорости потребления ресурсов в пересчете на одну особь, что часто приводит в конечном результате к снижению выживаемости и (или) уменьшению плодовитости. В большинстве случаев конкурирующие организмы непосредственно не взаимодействуют друг с другом, но реагируют на снижение уровня ресурсов. С увеличением плотности организмов рождаемость со временем снижается, а смертность возрастает. Внутривидовая конкуренция, влияя на рождаемость и смертность, регулирует популяцию, поддерживая ее плотность на стабильном уровне. Экологи выделяют плотность предельного насыщения :– это плотность, характеризующая размер популяции, при которой ресурсы среды поддерживаются уравновешенными. Внутривидовая конкуренция – один из многих факторов влияющих на организм. Ресурсы среды не только влияют на плотность популяции, но и сами зависимы от нее. В тех популяциях, где существует сильная зависимость от плотности, часто возникает цикличность; иногда даже случается изменение численности. В одних случаях внутривидовая конкуренция довольно заметна, в других случаях ее влияние незначительно, из-за влияния различных факторов (например, хищничество).

1.5. Паразитизм

Паразитизм – форма взаимосвязи, при которой паразиты живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина), при этом хозяин не погибает, но чувствует себя угнетенным. Типичное растение-паразит: петров крест, животные-паразиты: клещи, вши. Для паразита важным условием является надежное попадание в организм хозяина: формируются сложные адаптации, учитывая особенности биологии хозяина. Например, некоторые клещи способны голодать до 10 лет, они реагируют на приближение хозяина при помощи обоняния.

1.6. Взаимоотношения хищник-жертва

Хищничество – форма взаимосвязи между организмами разных видов, при которой один организм (хищник) поедает другой (жертву).

Равновесие между хищником и жертвой поддерживается различными механизмами.

Приспособление жертв бывает поведенческими (жертвы могут прятаться в укрытие; убегать; активная оборона (рогатые, травоядные); совместная активная оборона (птицы-жертвы отгоняют хищных птиц); распространение группами, морфологическими (шипы, колючки), физиологическими (продуцирование ядов).