Экология

Общая характеристика продуктивности организмов, круговорота веществ и энергии в пищевых цепях

В пищевых сетях и цепях происходит перенос веществ и энергии от одного звена к другому и через полные пищевые цепи (от продуцента через консументы разных порядков к редуцентам) осуществляется круговорот веществ в природе. Пищевая цепь не может существовать без поступления энергии извне. Основным природным источником является энергия Солнца, усваиваемая продуцентами (фотосинтетиками); эта энергия в форме энергии химической связи сложных органических веществ передается от одного звена к другому, постоянно уменьшаясь за счет того, что часть ее затрачивается на реализацию процессов жизнедеятельности и у завершающего звена практически не остается в форме химических связей сложных органических веществ, так как редуценты практически полностью превращают органические вещества в неорганические.

Продуценты, начинающие пищевую цепь, включают в круговорот веществ неорганические вещества, превращая их в органические. Далее органические вещества во все уменьшающемся количестве передаются от звена к звену и у редуцентов (завершают пищевую цепь) их количество становится минимальным. Образующиеся в процессе обмена веществ неорганические вещества у всех членов пищевой цепи возвращаются в круговорот веществ. Это делает возможным существование жизни как таковой, ибо если органические вещества только образовывались бы, а не превращались в неорганические, то наступило бы время, когда неорганические вещества, способные превращаться в органические, исчезли.

Важнейшим свойством любых организмов является их продуктивность — биомасса, производимая всеми особями данной популяции на единице площади данной территории.

Продуктивность организмов в пищевой цепи от одного звена к другому закономерно убывает и подчиняется правилу пирамиды. Основание пирамиды составляют продуценты, а завершают пирамиду — редуценты, которые производят наименьшее количество биомассы (в идеале близкое к нулю). Организмы каждого звена цепи образуют трофический уровень, который из-за больших энергетических потерь, необходимых для реализации физиологических и других процессов жизнедеятельности, не может быть больше пяти. Различают пирамиды по биомассе и по энергии, которую накапливают организмы за счет наращивания массы своего тела. Правило пирамиды косвенно показывает механизм регуляции численности видов в биогеоценозе — число особей данного вида не может превышать такого количества, которое соответствует массе (энергии), накапливаемой на основе количества усваиваемой энергии продуцентов в соответствии с правилом пирамиды.

Организм как среда обитания

Практически все организмы выступают средой обитания для других. Например, организме человека обитают примерно 2 кг бактерий.

Организм, который выступает в роли среды обитания, называется хозяином, а его «квартиранты», в зависимости от того, приносят ли они хозяину пользу или вред–симбионты или паразиты, соответственно.

Внутренние условия организма характеризуется гомеостазом, то есть постоянством. Здесь не бывает резких перепадов температуры или химического состава. Кроме того, в организме много питательных веществ, поэтому не нужны специальные органы для их переваривания, а питаться можно, всасывая необходимое всей поверхностью тела. Единственным минусом защитные системы организма хозяина и местами – достаточно агрессивная среда (например, в желудке человека вырабатывается соляная кислота, а уровень кислотности может достигать максимума, поэтому паразитов, способных выжить в этих условиях, очень мало).

В зависимости от того, где проживают паразиты, их разделяют на две группы.

Эктопаразиты (пиявка, минога) – организмы, которые живут на поверхности тела хозяина, то есть фактически во внешней среде. Для них характерны мощные прикрепительные органы, развитая система пищеварения и относительно развитые органы чувств.

Эндопаразиты (аскарида, ленточные черви, двуустки) живут внутри тела хозяина. Они подвергаются постоянным атакам со стороны защитных систем, поэтому для них характерны плотные покровы, упрощение всех систем организма вплоть до полного отсутствия – это называется общая дегенерация.

Что в себя включает среда обитания?

Местообитание состоит из физических факторов, таких как почва, влажность, температура и интенсивность солнечного света, а также биотических факторов, таких как наличие пищи, и присутствие или отсутствие хищников. Каждый организм имеет определенные условия обитания, в которых он будет процветать, но некоторые из них терпимы к широким вариациям, в то время как другие очень требовательные к конкретным условиям. Местообитание не обязательно является географическим районом, оно может быть внутренней частью стебля, гнилым бревном, скалой или скоплением мха, а для паразитического организма оно является частью тела хозяина (например, пищеварительный тракт).

Пути адаптации

Характеристика почвенной среды обитания включает и особенности организмов, которые ее населяют. Каждый вид по-своему приспособился к ней. Поскольку движение в почве затруднено, ее жители имеют червеобразную или округлую форму тела. Передвигаться в почве можно двумя способами. Так, дождевые черви пропускают ее через пищеварительную трубку. А вот млекопитающие имеют конечности роющего типа. У слепышей и кротов органы зрения недоразвиты, а у некоторых видов полностью зарастают. В своих многочисленных ходах такие животные ориентируются с помощью других органов чувств – осязания и обоняния.

Поскольку при движении животные постоянно подвергаются трению о твердые частицы, их покровы отличаются прочностью и гибкостью

Вместе с этим через кутикулу почвенных насекомых испаряется вода, что очень важно в условиях повышенной влажности. Молекулы кислорода располагаются между твердыми частицами, поэтому большинство почвенных животных дышит всей поверхностью тела. Подземные жители очень разнообразны по способу питания

Среди них встречаются хищники, паразиты, фитофаги. Но большинство из них является сапротрофами. Это организмы, которые потребляют мертвую органику. Представителями этой группы являются бактерии и грибы. Они имеют большое значение для процессов почвообразования, улучшения структуры, перемешивания и аэрации почвы

Подземные жители очень разнообразны по способу питания. Среди них встречаются хищники, паразиты, фитофаги. Но большинство из них является сапротрофами. Это организмы, которые потребляют мертвую органику. Представителями этой группы являются бактерии и грибы. Они имеют большое значение для процессов почвообразования, улучшения структуры, перемешивания и аэрации почвы.

Итак, характеристика почвенной среды обитания кратко представлена следующими особенностями:

1. Является верхним слоем литосферы, который обладает плодородием.
2. Состоит из твердых частиц и гумуса, между которыми находятся молекулы воды и воздуха.
3. Отличается постоянством условий.
4. Главными абиотическими факторами для этой среды являются отсутствие света, повышенное содержание углекислого газа, большая плотность.

Почвенная среда и адаптации к ней

Почва представляет собой результат взаимодействия живой и неживой природы. Толщина слоя почвы может составлять от нескольких сантиметров до 2 км. По современным представлениям, почва есть не только на поверхности суши, но и дне водоемов.

Поскольку почва непрозрачна для света, в этой среде жизни не важен фактор освещенности. Температура изменяется незначительно (в этом почвенная среда похожа на водную). Зато решающую роль играет механический состав, то есть размер частиц, образующих почву. Самые крупные частицы характерны для каменистых почв, более мелкие – для песчаных, самые мелкие – для глинистых.

Размер частицы влияет на возможность организмов перемещаться в слое почвы, количество влаги и доступ кислорода. Как правило, последние два фактора больше влияют на растения, однако в некоторых ситуациях и для животных они могут стать ограничивающими. Например, часто после дождя можно увидеть, как на поверхность выползают дождевые черви. Это результат того, что в почве увеличивается количество воды, и черви начинают задыхаться – они дышат атмосферным кислородом.

По закону Шелфорда, оптимальны для живых организмов почвы со средним размером частицы: в глинистых слишком много жидкости и практически нет кислорода, в каменистых – слишком большие промежутки между частицами и практически нет жидкости, так что растениям сложно укорениться.

Плодородие почвы – фактор, обусловленный наличием гумуса. Это особые органические вещества, результат жизнедеятельности бактерий и дождевых червей. Чем плодороднее почва, тем больше растений могут на ней произрастать.

Химический состав почвы (особенно содержание солей, щелочей и кислот) существенно влияет на растения. По закону Либиха, даже нехватка одного микроэлемента может негативно сказываться на них. Однако избыток минеральных веществ (засоление почвы) вызывает гибель растений, нарушая процессы всасывания воды.

Почва является самой бедной по видовому составу средой жизни. Многие организмы проживают тут лишь временно, используя в качестве укрытия норы или отверстия в земле (мыши, зайцы, лисы). Такие организмы называются геоксены. Они относятся скорее к наземно-воздушной среде обитания. Другие организмы обитают в почве только на стадии личинки. К этой группе относятся большинство насекомых, и их называют геофилами. Их количество достаточно велико, поскольку почва предоставляет хорошую защиту и практически лишена хищников. Третья группа почвенных обитателей – геобионты (те организмы, которые живут только в почве, практически не поднимаясь на поверхность). Сюда относят дождевых червей и кротов. У них в большей степени выражены адаптации к жизни в толще земли: конечности копательного типа или мощные мышцы, позволяющие двигаться червеобразно.

Водная среда

Для этого элемента обитания характерны огромное разнообразие живого, которое здесь присутствует, наличие множества бактерий, микроорганизмов, витаминов и минералов, которые питают рыб, лягушек, выдр, китов и прочее.

Главными свойствами здесь являются:

• температура воды, уровень ее кислотности и плотности на разных глубинах;

• приливы и отливы, обусловленные действием Луны;

• материально-вещественная характеристика: содержание тех или иных веществ, газов, минералов и т. д.;

• световой режим в толще воды.

Совокупность всего этого создает условия для успешного существования огромного количества организмов.

Организменная среда

Гриб, паразитирующий на муравьях

Это одна из самых стабильных во всех отношениях сред, характеризующаяся постоянством температуры, влажности, содержания минеральных и органических веществ, обилием пищи и защищенностью от неблагоприятных внешних факторов. Практически в каждом многоклеточном организме присутствуют паразиты и симбионты. Первые способны нанести вред хозяину тела, в котором они обитают, и даже привести к его гибели. Вторые же, наоборот, приносят пользу, делая совместное проживание взаимовыгодным.

Всех паразитов принято делить на тех, кто живёт на теле хозяина (эктопаразиты) и тех, кто поселился внутри (эндопаразиты). Большая же часть известных паразитов практически не соприкасается с внешним миром, проходя все стадии своего развития в организме других живых существ.

Мне нравится1Не нравится1

Почвенная среда

Дождевой черьвь

Эту среду обитания создали сами организмы в процессе своей жизнедеятельности. Она расположена в верхнем плодородном слое земной коры и состоит из твердых, жидких и газообразных масс. Также ее неотъемлемой частью являются многочисленные живые организмы.

Для стабильной, малоизменчивой почвенной среды характерна очень высокая плотность, существенно затрудняющая передвижение живых существ. Перепады температур в ней несущественны, в отличии, например, от наземно-воздушной среды. Ещё один признак почвенной среды – недостаток или полное отсутствие солнечного света. В таких условиях млекопитающие (кроты, слепыши и т.д.) приспособились ориентироваться в пространстве с помощью обоняния и осязания, а вот органы зрения у них оказались недоразвиты.

Вода в почве присутствует в умеренных количествах, и основным её источником являются атмосферные осадки. При этом воздуха здесь недостаточно. Он занимает все свободные поры, в которых отсутствует вода, поэтому при увлажнении почвы воздух из неё вытесняется. Количество углекислого газа в почвенном воздухе обычно превышает количество кислорода, что обусловлено дыханием многочисленных микроорганизмов и корней растений.

Наземная среда

Наиболее заселенный живыми организмами участок биосферы, который характеризуется легким доступом к жизненно важному кислороду и источникам питания. Лучше всего в процессе эволюции к этой сфере существования приспособились позвоночные животные и членистоногие, многоклеточные.

Наземная среда характеризуется большой зависимостью от водных источников и в некоторых местах сталкивается с опасностью высыхания. Здесь постоянно меняется уровень влажности, температура воздуха, наблюдается изменение времени суток, месяцев и лет. Биология наземных существ очень сильно зависит от фактора их территориального нахождения.

Адаптации

В процессе эволюции у организмов выработались различные приспособления к среде обитания — адаптации. Они проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации — одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации развиваются под действием трех основных факторов: наследственности, изменчивости и естественного (а также искусственного) отбора.

Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный, пассивный, избегание неблагоприятных воздействий.

Активный путь — усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках.

Пассивный путь — подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).

Избегание неблагоприятных воздействий — выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.

Обычно приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптации.

Экологические факторы мест обитания

На каждый участок окружающей нас природы действуют различные экологические факторы, которые делятся на две большие группы: биотические и абиотические. Первые относятся к живой природе, другие – к неживой. Техногенная деятельность человека действует все сильнее на абиотические факторы мест обитания. 

Увеличение температуры окружающей среды, обезвоживание, выкачивание полезных ископаемых в огромных количествах, прочие явления – все это очень сильно влияет на живую природу.

Вырубка лесов, образование огромных карьеров, выращивание искусственных сортов растений, заболачивание почвы – это только малая часть того, к чему приводит социальная деятельность людей.

1.3. Понятие «безопасность»

Безопасность – состояние:

1. Отсутствия опасности.
2. Защищённости (личности, общества, государства и среды жизнедеятельно-сти) от внутренних и внешних угроз и опасностей.

В простейшем восприятии безопасность означает отсутствие опасности или угрозы причинения вреда, несчастья, гибели людей. Это первый аспект безопасности.

С другой стороны, о безопасности можно говорить и при наличии опасности, но только в том случае, когда субъект защищён от воздействия опасных факторов, т.е. опасные факторы не могут повлиять на функционирование субъекта.

Основное содержание курса будет составлять рассмотрение содержания понятия безопасности для отдельного человека, условий и направлений обеспечения такой безопасности.

Безопасность человека — такое состояние человека, когда действие внешних и внутренних факторов не приводит к смерти, ухудшению функционирования и развития организма, сознания, психики и человека в целом, и не препятствуют достижению определенных желательных для человека целей.

Таким образом, безопасность – это, в первую очередь, ощущение человека, что ему ничего не угрожает. Вместе с тем это и результат деятельности различных элементов государственной системы защиты жизненно важных интересов личности, общества и государства. Это и совокупность накопленных обществом методик выживания в экстремальных и чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени.

В связи с тем, что жизнедеятельность человека является потенциально опасной, в мировой практике в настоящее время отвергнута концепция абсолютной безопасности и находит признание концепция приемлемого риска.

Приемлемый риск – предельная величина риска, при которой защитные мероприятия позволяют поддерживать заданный уровень безопасности.

Таким образом, приемлемый риск представляет собой компромисс между уровнем безопасности и возможностями её достижения. Он сочетает в себе технические, экономические, социальные и политические аспекты.

Классификация сред жизни

Среда жизни – совокупность всех факторов, действующих на организм. Как самих факторов среды, так и их комбинаций достаточно много. Однако в разных условиях на организм будут оказывать значимое влияние разные факторы

Если в пустыне наличие воды будет ключевым в жизнедеятельности организмов, то в море это уже не так важно. Для организмов, населяющих озеро и лес, освещенность важна, но для обитателей почвы – нет

По наиболее значимым факторам были выделены четыре среды жизни.

Типы сред жизни:

• Водная;
• Наземно-воздушная;
• Почвенная;
• Другой организм как среда обитания.

В процессе развития Земли сначала возникла водная среда. Организмы приспосабливались к ней в течение нескольких сотен тысяч лет. Поверхность суши тогда была небольшой и полностью непригодной для жизни из-за интенсивной радиации и отсутствия почвы. После появления озонового слоя (а возник он в результате накопления в атмосфере кислорода) на сушу вышли бактерии. Под их воздействием на поверхности постепенно сформировалась почва. После этого стал возможен выход организмов на сушу – сначала растений, потом животных.

В то время правильно было бы говорить о наземной среде – воздух еще не был заселен живыми существами. Такая потребность возникла, когда количество организмов на поверхности Земли сильно увеличилось, и стал нужен поиск нового жизненного пространства. Первыми в воздух поднялись насекомые, затем – рептилии.

Почему воздух не выделяют как отдельную среду жизни, хотя ее условия сильно отличаются? Дело в том, что все организмы – обитатели поверхности нуждаются в кислороде (то есть без атмосферы их существование невозможно), а все обитатели воздушной среды используют поверхность суши (хотя бы только для откладывания яиц, как это делает стриж). В качестве исключения можно привести аэробактерии, которые обитают в атмосфере недалеко от озонового слоя. Они образуют особые колонии, для которых не нужна поверхность Земли.

Организм не может существовать без своей среды обитания. Есть такие живые существа, для которых характерна только одна среда жизни. Например, исключительно водными являются кораллы, иглокожие и многие рыбы, исключительно наземными – мокрицы и большинство насекомых. Иногда он может обитать сразу в двух средах жизни, и такие организмы называются амфибийными (лягушки, саламандры). В некоторых ситуациях смена среды жизни происходит на разных стадиях жизненного цикла. Личинка стрекозы живет в воде, взрослое насекомое – в наземно-воздушной среде. Паразит – печеночный сосальщик в процессе жизненного цикла обитает внутри организмов-хозяев, в воде и на поверхности травы (то есть в наземно-воздушной среде). У разных стадий жизненного цикла разные источники питания, значит, еды гарантированно хватит на всех и за нее не возникнет конкуренции.

Среды жизни подразделяются на среды обитания. Так, водная среда делится на пресную, морскую и солоноватоводную (эстуарную). В ней можно выделить также поверхность, дно и толщу воды различной глубины. Водоемы бывают стоячие и текучие. Все это – среды обитания. В свою очередь, они подразделяются на биотопы (места обитания биоценозов) и местообитания (места обитания отдельных видов).

Если сравнить среду жизни с многоквартирным домом, то среда обитания – это этаж, биотоп – квартира, местообитание – комната.

Окружающая среда постоянно воздействует на организм, и он вынужден адаптироваться к ней. Поскольку экологические факторы внутри среды обитания одинаковы, то у организмов разных групп возникают схожие адаптации к одинаковым условиям. Это называется конвергентная эволюция. Так, для полета нужны крылья, и они есть и у насекомых, и у птиц. Для того, чтобы быстро передвигаться в толще воды, нужны плавники и обтекаемая форма тела, — именно поэтому дельфин так похож на рыбу. Совокупность адаптаций к одной и той же среде обитания называется жизненной формой.

Местообитание человека

Человечество обосновалось в наземной среде обитания. Но с развитием технического прогресса возникли различные пути воздействия на окружающий мир, которые имеют как плюсы, так и минусы. К примеру, самолеты, космические корабли, лодки открыли человеку доступ до других сфер существования, но в то же время массовая промышленность и неразумная деятельность ведет к гибели и переформатированию всей природы.

Сегодня природная среда обитания человека стремительно разрушается – существует масса проблем, которые этому способствуют. Выбросы автомобильных отработанных газов, огромные свалки, выработанные карьеры и шахты, пластиковые отходы, огромное океанское пятно мусора, размером с Австралию, ядерное оружие – это лишь мизерная часть проблем, которые угрожают существованию человечества.

БиологияМетоды селекции — понятие, виды и основные характеристики
Следующая
БиологияПриспособленность организмов к среде обитания — виды, черты характера и условия

Предыдущая
БиологияМетоды селекции — понятие, виды и основные характеристики
Следующая
БиологияПриспособленность организмов к среде обитания — виды, черты характера и условия

Предыдущая
БиологияМетоды селекции — понятие, виды и основные характеристики
Следующая
БиологияПриспособленность организмов к среде обитания — виды, черты характера и условия

1.1. Понятие среды обитания

Среда обитания – окружающий человека внешний мир, существующая совокупность факторов (физических, химических, биологических, социальных), способных оказывать прямое или косвенное, немедленное или отдалённое воздействие на существование и деятельность человека, его здоровье и потомство.

Среда обитания человека представляет из себя совокупность различных систем (сред обитания): социальной, производственной, природной, местной (городской, сельской), бытовой и т.д. Таким образом, система «человек – среда обитания» состоит из множества взаимодействующих элементов, имеет упорядоченность в определённых границах и обладает специфическими свойствами. Взаимодействие внутри системы определяется множеством факторов и оказывает влияние как на самого человека, так и на составляющие среды обитания.

В системе «человек – среда обитания» происходит непрерывный обмен потоками вещества, энергии и информации. Величина потоков вещества, энергии и информации во многом зависят от масштабов преобразующей деятельности человека и от состояния среды обитания. Человек и его среда обитания гармонично взаимодействуют лишь в условиях, когда потоки вещества, энергии и информации находятся в пределах, благоприятно воспринимаемых и человеком, и природной средой. Любое отклонение уровней потоков от оптимальных значений сопровождается негативными воздействиями на человека и (или) окружающую среду.

Существуя в этой системе, человек – с помощью среды обитания – непрерывно решает как минимум две основные задачи:

1. Обеспечивает свои потребности в пище, воде и воздухе.
2. Создаёт защиту от негативных воздействий со стороны среды обитания и со стороны себе подобных.

Среда обитания неразрывно связана с биосферой.

Биосфера – область распространения жизни на Земле, включающая нижний слой атмосферы, гидросферу и верхний слой литосферы.

Среда обитания человека подвержена постоянным изменениям в результате действия как космических факторов, так и в результате развития человеческой цивилизации. К настоящему времени система «человек – среда обитания» потеряла устойчивость в таких процессах, как рост населения Земли и его урбанизация. Это в свою очередь вызвало крупномасштабное развитие энергетики, промышленности, сельского хозяйства, транспорта, военного дела и обусловило значительный рост антропогенного воздействия на среду обитания. Кроме того, с середины XX века человек стал обладать способностью инициировать крупные аварии и катастрофы и тем самым вызывать необратимые экологические изменения, соизмеримые с последствиями стихийных бедствий.

В результате активной техногенной деятельности человека во многих регионах нашей планеты разрушена биосфера и создан новый тип среды обитания – техносфера.

Техносфера – регион бывшей биосферы, преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям.

Техносферными областями являются, например, города, промышленные зоны, производственная или бытовая среда.

Создавая техносферу, человек стремился к повышению комфортности среды обитания, к росту коммуникабельности, к обеспечению защиты от естественных негативных воздействий. Однако созданная руками и разумом человека техносфера, призванная максимально удовлетворять его потребности в комфорте и безопасности, во многом не оправдала надежды людей. Техносферные условия обитания в городах и промышленных центрах, транспортные и бытовые условия жизнедеятельности оказались далеки по уровню безопасности от допустимых требований, а зачастую – и враждебными людям.

Выводы по первому учебному вопросу

Таким образом:

1. Основными категориями дисциплины «Основы безопасности жизнедеятельности» являются «опасность» и «безопасность».
2. Опасности по природе происхождения подразделяются на естественные и антропогенные.
3. Последствия опасных воздействий подразделяются по времени наступления на первичные и отдалённые.
4. Как правило, опасные факторы среды обитания локализуются во вполне определённых и зачастую прогнозируемых пространственных и временных границах. Данные области пространства именуются опасными зонами.
5. Попадание человека в опасную зону ведёт к возникновению опасной ситуации, которая при определённых условиях может трансформироваться в экстремальную.
6. Жизнедеятельность человека потенциально опасна, вследствие чего достижение полной, абсолютной безопасности невозможно. Усилия должны быть направлены на недопущение возрастания вероятности реализации негативного для здоровья или жизни человека события более величины приемлемого риска.