Лекция № 1 Тема: Экология – комплекс наук о взаимоотношениях организмов с окружающей средой.

Лекция № 1

Тема: Экология – комплекс наук о взаимоотношениях организмов с окружающей средой.

Цель: сформировать представление об экологии как комплексной сложной многогранной науке о взаимоотношениях живой и неживой природы, сформировать знания о предмете, объекте, задачах и методах науки о природе;

рассмотреть основные этапы развития экологии как науки; показать, что экологические знания являются основой взаимодействия человека с окружающей средой, рационального использования природных ресурсов.

Основные термины и понятия: экология, экологические факторы; воздушно-наземная среда, водная среда, почва, живые организмы как среда обитания. экология, аутэкология, синэкология, демэкология, биосферология, биоценология, мониторинг, моделирование, прогнозирование, картография, теоретическая экология, прикладная экология.

Литература:

1.Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.

2.Экология. 10–11 классы: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Н. М., Чернова, В. М. Галушин, В. М.: Константинов; под род. Н. М. Черновой. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2018. – 302 с

План лекции:

1.     Экология как наука. Основы экологии. Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии. Структура современной экологии.

2.     Среда обитания и Экологические факторы. Законы экологии.

Содержание лекции:

1.Экология как наука. Основы экологии. Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии Структура современной экологии.

Экология – общебиологическая комплексная междисциплинарная наука о закономерностях взаимоотношений живых организмов с окружающей средой. (Э. Геккель, 1866 г.).

Основные задачи экологии:

- выявление взаимосвязей между организмами, их сообществами и условиями среды обитания;

- изучение структуры и закономерностей функционирования сообществ организмов;

- наблюдение за изменениями в отдельных эко­системах и в биосфере в целом, прогнозирование их последствий;

- создание базы данных, и разработка рекоменда­ций для экологически безопасного планирования хозяйственной деятельности человека;

- применение экологических знаний в деле охра­ны окружающей среды и рационального использова­ния природных ресурсов.

Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основные объекты ее изучения – это популяция, экосистема, биосфера. Предметом изучения экологии являются биологические макросистемы– популяции, биоценозы, экосистемы – и их динамика во времени и пространстве.

Главная цель – вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений.

Изучением взаимоотношений организмов и условий среды ученые занимались с давних времен. На протяжении прошлого века до 60-70 гг. экология рассматривалась как часть науки биологии. Человек в этих системах не рассматривался. Предполагалось, что его взаимодействие с окружающей средой подчинялось не биологическим, а социальным законам.

Как самостоятельная наука экология сформировалась лишь к началу двадцатого столетия. Здесь немаловажную роль сыграли:

- Климент Аркадьевич Тимирязев,

- Василий Васильевич Докучаев,

- Фредерик Клементс,

- Владимир Николаевич Сукачев и др.

        Крупнейший ученый ХХ века Владимир Иванович Вернадский создаёт учение о биосфере.

        Во второй половине ХХ века происходит своего рода «экологизация» современной науки. Это связано прежде всего с осознанием роли человека в природе, о вредном воздействии промышленности на окружающую среду.

 В настоящее время термин экология существенно трансформировался, в связи с тем, что человек сильно влияет на окружающую среду. Поэтому возникла необходимость экологических знаний для всех специалистов.

Экология, как и любая другая наука, использует разнообразные методы исследований: общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, и специфические, которые обычно используются только в экологии.

К общим методам экологических исследований относятся: химические, физические, биологические, метод индикации и др. Специфические методы экологии можно разделить на две группы: полевые и лабораторные.

Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными,

 стационарными,

 описательными и 

экспериментальными.

Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе.

В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений в природе и обществе.

На сегодняшний день роль экологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий и др.

Предназначение дисциплины «Экология» обосновано необходимостью сохранения экологического благополучия на Земле, которое всецело зависит, прежде всего, от уровня экологических знаний. Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

 Структура современной экологии:

1.     Теоретическая экология или фундаментальная (общая)экология вскрывает общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы. Ее ядро – биологическая (классическая) экология.

2.     Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования. – основа рационального природопользования и охраны природы.

3.     Социальная экология изучает взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа».

Фундаментальную (общую) экологию подразделяют по уровням организации жизни на Земле:

1) аутэкология – экология организмов;

2) демэкология – экология популяций;

3) синэкология – экология сообществ;

4) биосферная экология.

Также выделяют Географическую экологию (геоэкология) – раздел экологии, изучающий экологические закономерности географических процессов в экосистемах высоких уровней иерархии (суши, морских и пресных вод, высокогорий и др.); сюда же относится и геохимическая экология.

     В настоящее время в экологии выделяют ряд научных отраслей и дисциплин:

·         Популяционная экология

·         Географическая экология

·         Химическая экология

·         Промышленная экология

·         Экология растений, животных

·         Экология человека

·         Лесная экология

·         Экология остовов

·         Экология города и т.д.

2.Среда обитания и Экологические факторы. Законы экологии:

Среда — одно из основных экологических понятий; под ним подразумевается комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. 

Она включает в себя совокупность абиотических и биотических факторов отдельного организма или биоценоза в целом, влияющих на их рост и развитие, т. е. это часть природы, непосредственно окружающая данные живые организмы, все то, среди чего они живут.

Природная среда – это среда, не измененная человеком или измененная в малой степени.

На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Экологические факторы делятся на: абиотические, биотические, антропогенные.

Экологические факторы:

Тип факторов	Характеристика факторов
абиотические	Факторы неживой природы -  физические и химические условия среды (температура, влажность, свет, движение воздушных масс (ветер), течение и солёность воды, осадки, снежный покров, магнитное поле Земли)
биотические	Под биотическими факторами среды понимают взаимное влияние живых организмов друг на друга. Условно биотические факторы можно разделить на внутривидовые и межвидовые
антропогенные	Это факторы, обусловленные деятельностью человека (загрязнение среды, неограниченная охота, разрушение среды обитания и т.д.)

Среды обитания организмов.

Среда	Характеристика	Адаптации организма к среде
Водная	Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает при переходе от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени	Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции.
Почвенная	Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной	Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Наземно-воздушная	Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени	Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды
Организменная	Очень древняя. Жидкая (кровь, лимфа) или твердая, плотная (ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания	Коадаптация паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином и системы заякоривания в среде, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы, синхронизация биоритмов

Приспособления организмов к среде носят названия адаптаций. Этот термин широко употребляется во всевозможных толкованиях. Поэтому дадим его развернутое определение.

Адаптация (позднелатинское adaptatio – приспособление, прилаживание), это совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей данного биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.

Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.

Среди приспособлений живых организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с внешней средой. Морфологический тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма.

Организмы могут приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды активно, регулируя собственные процессы жизнедеятельности в зависимости от изменений окружающей среды. При пассивном формировании адаптаций к изменениям условий окружающей среды процессы жизнедеятельности организма подчинены этим изменениям.

Еще одним типом приспособлений организмов к изменениям условий окружающей среды является избежание этих изменений (миграции и кочевки рыб, птиц, млекопитающих и т.д.).

Каждый вид организмов в процессе своего исторического развития приспосабливается к определенным условиям существования, что определяет его ареал. Взаимодействие популяций вида со всем комплексом экологических факторов определенной среды обитания, в том числе с популяциями других видов, определяет место его популяций в системе биогеоценоза - экологическую нишу.

Экологическая ниша - положение вида в системе биогеоценоза, обусловлено его взаимодействием с другими видами, а также условиями среды обитания. В отличие от ареала, экологическая ниша является не только пространственным понятием. Она содержит в себе и совокупность условий жизни внутри экосистемы, приемлемые для вида, и пищевые взаимоотношения вида с другими видами группировки.

Адаптивные биологические ритмы:

Периодические изменения интенсивности экологических факторов влияют на формирования у живых существ адаптивных биологических ритмов:

суточных, приточно-отливных, сезонных, годовых и т.п..

                                         Адаптивные биологические ритмы:

биологические ритмы	Характеристика биологических ритмов
суточные	Вследствие вращения Земли вокруг своей оси дважды в сутки меняется освещенность, что приводит колебаниям абиотических факторов, которые влияют на активность организмов. В частности, солнечный свет определяет периодичность фотосинтеза, испарения воды растениями, время открывания и закрывания цветков и т.п.
Приливно-отливные	Приливно-отливные ритмы обусловлены вращением Луны вокруг Земли. Четко они прослеживаются у жителей приливно-отливной зоны
сезонные	Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца, что обуславливает годовые циклы изменений климатических условий. С определенным временем года у организмов связаны периоды размножения, развития, состояние зимнего покоя: у животных, в частности, линька, миграция, спячка, а у листопадных растений - ежегодная смена листьев
многолетние	Это циклы, связанные с периодическими изменениями солнечной активности в течение нескольких лет. Эти ритмы выражены не так четко, как сезонные. Примером многолетних циклов массовые размножения перелетной саранчи и некоторых других животных.

Относительно любого фактора среды вид имеет диапазон устойчивости (Толерантность). Если интенсивность какого-то фактора выходит за пределы толерантности, особи вида погибают. Биологическим оптимумом называют такие условия, в которых особи   вида оказываются наиболее приспособленными. Фактор, который больше влияет на    выживание, называют ограничительным (лимитирующим).

Законы экологии:

 По Б. Коммонер:

1.     Всё связано со всем -- отражает всеобщую связь процессов и явлений в природе.

2.     Всё должно куда-то деваться – базируется на положении сохранения вещества и энергии.

3.     Природа «знает» лучше – ориентирует на действия, согласующиеся с природными процессами, сотрудничество с природой.

4.     Ничто не даётся даром – всё, что извлечено из природы, должно быть возмещено.

Закон толерантности Шелфорда(1913).

Закон толерантности, один из основополагающих принципов экологии, согласно которому присутствие или процветание каких-либо организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует определенный диапазон толерантности (выносливости).

Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка: "лимитирующим фактором процветания организма может быть, как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору".

 Вывод закона Шелфорда: охранять окружающую среду - значит обеспечивать состав и режим экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого, в первую очередь, человеческого организма, т.е. управлять им так, чтобы ни один фактор не оказался лимитирующим по отношению к организмам. Из закона Шелфорда прямо вытекает следующий закон, определяющий возможность существования организма в пределах и невозможности существования за пределами диапазона толерантности.

Закон оптимума.

Закон оптимума - закон, согласно которому любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы, за пределами которых наступает угнетение жизнедеятельности организма.

Контроль знаний:    

        Дать ответы на вопросы:

1.     Дать определение: «экология». Что означает слово «экология»? Экология как наука и учебная дисциплина, предмет, объект и задачи экологии.

2.     Какие методы используются в экологических исследованиях, какова взаимосвязь экологии с другими дисциплинами?

3.     Что такое среда обитания и факторы среды, каковы закономерности действия факторов среды на организм?

4.     Какая существует классификация экологических факторов окружающей среды, приведите примеры и дайте характеристику?                    

5.     Как организмы приспосабливаются к существованию в разных средах?

6.     Какое значение имеют биологические ритмы для живых организмов?

7.     Укажите, правильным ли является утверждение о том, что любая деятельность человека всегда отрицательно влияет на природу (ответ обоснуйте)

Домашнее задание: пересказ конспекта лекции, изучить соответствующую тему учебника, подготовить сообщения по теме лекции.

Творческая работа «Экология как наука и учебный предмет, её значение для меня». Подготовить сообщение «В.И. Вернадский - основоположник учения и биосфере».