Основы экологии

1. Вступление

2. Что такое пищевая цепь

3. Пирамиды численности и биомассы

4. Как функционируют экосистемы

5. Урбанизация

Что такое экология?

Наука об условиях жизни организмов и их взаимных связях со средой. Экология - это наука об организмах , наука о взаимоотношениях между живыми организмами и их сообществами, с окружающей их живой и неживой средой обитания.

Термин экология впервые предложил в 1866 г. зоолог Э. Геккель. Он же дал ее определение как науки об отношении организмов к окружающей среде.

Пирамиды численности и биомассы

соотношение численности или биомассы живых организмов, занимающих разное положение в пищевой цепи. Пирамида численности отражает плотность особей на каждом трофическом уровне, пирамида биомассы - их биомассу в сообществе.

Биомасса каждой группы организмов, отнесенная к тому или иному моменту времени, называется урожаем. Это очень важный показатель сообщества.

Во-первых урожай характеризует содержащуюся в экосистеме энергию, запасенную в тканях различных организмов (потенциальную энергию). Кроме того, его можно рассматривать как показатель стабильности (устойчивости) сообщества, ведь биомасса и численность некоторых популяций являются одновременно и показателем жизненного пространства для организмов данного и других видов.

Пирамиды численности отражают только плотность населения организмов на каждом трофическом уровне, но не скорость самовозобновления (оборота) организмов. Если скорость воспроизводства популяции жертвы высока, то даже при низкой биомассе такая популяция может быть достаточным источником пищи для хищников, имеющих более высокую биомассу, но низкую скорость воспроизводства.

По этой причине пирамиды численности или биомассы могут быть перевернутыми, то есть низкие трофические уровни могут иметь меньшие плотность и биомассу, чем высокие уровни.

общая биомасса живого вещества составляет, по разным расчетам, от 1800 до 2500 млрд т (в среднем около 2000 млрд т). Более 90% приходится на биомассу наземных растений (фитомассу), остальное - на водную растительность и гетеротрофные организмы. Таким образом, основная роль в живом веществе Земли принадлежит автотрофным растениям суши.

Географическое распределение автотрофных организмов крайне неравномерно: оно зависит от количества тепла и влаги. Так, главные запасы фитомассы приходятся на тропические области (более 55%), где они достигают 650 т/га. В полярных и пустынных областях запасы фитомассы составляют всего 1-2%, обычно не превышая 1-2 т/га.

Биомасса гетеротрофных организмов суши, прежде всего животных (зоомасса), во много раз меньше биомассы растений. В разных биогеоценозах зоомасса составляет от 0,05% до 5% (в среднем 2-3%) всей биомассы. При этом наиболее высока биомасса почвенных микроорганизмов и беспозвоночных, а доля наземных позвоночных в общей зоомассе - всего от 0,2% до 4% (то есть в сотни раз меньше).

Составляя незначительную долю биомассы, животные суши тем не менее играют существенную роль в регулировании процессов, происходящих в отдельных биогеоценозах и биосфере в целом (стаи саранчи или стада антилоп).

Биомасса Мирового океана существенно меньше, чем биомасса суши ( в несколько сотен раз), причем здесь наблюдается обратное соотношение запасов биомассы растений и животных. Фитомасса (водоросли и фитопланктон) составляет всего около 0,2 - 0,3 млрд т, в то время как зоомасса достигает 5-6 млрд т (в 20 раз больше).

Количество фитомассы океана ограничивается количеством питательных или биогенных веществ (то есть дающих жизнь элементов).

Как функционируют экосистемы

Каждый биологический вид играет определенную роль в своей экосистеме. Ученые доказали, что некоторые виды могут оказывать большое влияние на экосистему в целом и организмы в ней. Ученые назвали такие виды ключевыми. Как правило исчезновение ключевого вида может привести к гибели целого ряда других видов данной экосистемы и самой экосистемы в целом. Например уничтожение земляной черепахи в южных штатах США привело к исчезновению сорока других видов животных, включая серую лису, оппоссума, змеи индиго и многих насекомых. Дело в том, что земляная черепаха роет глубокие норы в земле (глубиной до 9 метров), которые и служат убежищем для всех этих видов животных.

В экосистеме каждый организм занимает определенную экологическую нишу. "Экологическая ниша - это комплекс всех физических, химических и биологических факторов среды, которые необходимы тому или иному биологическому виду для жизни, роста и размножения в данной экосистеме". ("Жизнь в окружающей среде". ч.1, с.164) Ученые различают специализированные и общие ниши. Большинство видов растений и животных могут существовать только в специальных нишах, в которых поддерживается определенные физико-химические факторы, температура и источники питания. После того, как в Китае, например, началось уничтожение бамбука, панда, чей рацион на 99% состоит из бамбука, оказалась на грани вымирания.

Виды с общими нишами могут легко приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания. Поэтому существует меньшая опасность вымирания этих видов. Типичные представители видов с общими нишами являются мыши, тараканы, мухи, крысы и люди.

Экологические ниши включают в себя взаимодействие различных видов в экосистеме. Основные способы взаимодействия - это "межвидовая конкуренция, хищничество, паразитизм, мутуализм и комменсализм". ("Жизнь в окружающей среде". ч.1, с.165)

О межвидовой конкуренции говорят, когда два или более видов начинают конкурировать за один необходимый для жизни ресурс. Это может быть пища, вода, солнечный свет и так далее.

Хищничество и паразитизм. Хищничество - наиболее характерная форма взаимодействия видов в пищевых цепях. Хищники вынуждены добывать себе пропитание, так как жертвы обладают различными механизмами защиты. Хищничество - это один из механизмов естественного отбора, который служит на благо как самим хищникам, так и их жертвам. Еще один вид взаимодействия - это паразитизм. Паразиты, как правило, живут на хозяине или внутри его большую часть своего жизненного цикла и питаются его питательными веществами. Паразитами могут быть и растения и животные. Типичные представители паразитов - это блохи, ленточные черви, клещи, вши, омела белая (растение).

Мутуализмом называют межвидовые взаимодействия, когда два вида выигрывают от взаимодействия друг с другом. Без юкковой бабочки опыление пустынного растения юкка было бы невозможным. В то же время, личинки бабочки питаются семенами юкки. Оба эти вида не могли бы существовать друг без друга.

Комменсализм характеризуют тем, что один из двух видов извлекает пользу из взаимодействия с другим видом, при этом на другом виде такое взаимодействие никак не отражается. Некоторые виды усоногих рачков поселяются на челюстях китов, приобретая стабильный источник пищи и убежище. Киты же не получают ни пользы, ни вреда от такого соседства.