1) Экология(греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким

1) Экология (греч. oikos — жилище, местопребывание, logos — наука)— биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи. Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания). Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

2) АУТЭКОЛОГИЯ

(А.) - раздел экологии, изучающий влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды (растений, животных, грибов, бактерий). Задача А. - выявление физиологических, морфологических и прочих приспособлений (адаптаций) видов к различным экологическим условиям: режиму увлажнения, высоким и низким температурам, засолению почвы (для растений). В последние годы у А. появилась новая задача - изучение механизмов реагирования организмов на различные варианты химического и физического загрязнения (включая радиоактивное загрязнение) среды.

3) Демэколо́гия - экология популяций — раздел общей медицины экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения. В рамках демэкологии выясняются условия, при которых формируются популяции. Демэкология описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определённую территорию и относящихся к одному виду.

4) СИНЭКОЛОГИЯ

раздел экологии, изучающий ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов (биоценозов), пути их формирования, их взаимодействие с внешней средой. По отношению к растительным сообществам синэкология соответствует биоценологии и фитоценологии. Некоторые авторы (ошибочно) используют термин “синэкология” как синоним охраны природы. Синэкология была выделена на Международном ботаническом конгрессе (1910). Термин предложил швейцарский ботаник К. Шрётер

5) ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ

комплексная научная дисциплина, изучающая биосферу в целом. Основы глобальной экологии разработаны М. И. Будыко (1977), который ее центральной проблемой считает круговорот различных веществ в биосфере. Исследование этой проблемы необходимо для решения основной задачи глобальной экологии — разработки прогнозов возможных изменений биосферы в будущем под влиянием деятельности человека. Так как от этого прогноза будет существенно зависеть долгосрочное, хозяйственное планирование, связанное с крупными капиталовложениями, очевидно, что он должен обладать высокой достоверностью. Глобальная экология как научная дисциплина находится в стадии формирования, ее границы точно не определены. Одни ученые считают ее разделом общей экологии, другие отождествляют с охраной природы, экологией человека, третьи (в том числе М. И. Будыко, И. И. Дедю) относят к самостоятельной научной дисциплине.

6) Развитие представлений о происхождении жизни. Гипотеза Опарина — Холдейна

В 1924 г. А. И. Опарин опубликовал основные положения своей гипотезы происхождения жизни на Земле. Он исходил из того, что в современных условиях возникновение живых существ из неживой природы невозможно. Абиогенное (т. е. без участия живых организмов) возникновение живой материи возможно было только в условиях древней атмосферы и отсутствия живых организмов.

Предполагается, что Солнце и планеты Солнечной системы возникли из облака космической пыли. Возраст Земли составляет более 5 млрд лет. Сначала температура Земли была очень высокой, по мере ее остывания тяжелые вещества оседали к центру и образовывали ядро планеты, а более легкие — ее оболочку. Постепенно газы, вовлеченные во внутренние слои планеты, начали выделяться, и благодаря им образовалась земная атмосфера. В ее состав входили метан (СН4), аммиак (NH3), углекислый газ (С02), водород (Н2), вода (Н20). Когда температура поверхности планеты стала ниже 100 С, из водяных паров атмосферы образовались первичные моря и океаны.

Постоянные ливни и сильнейшие грозовые разряды сотрясали первичную атмосферу планеты. В этих условиях, по мнению А. И. Опарина, под действием мощных электрических разрядов, а также ультрафиолетового излучения (кислород в атмосфере отсутствовал, и, следовательно, не было защитного озонового экрана) и высокой радиации могли возникать органические соединения, которые накапливались в океане, образуя «первичный бульон».

В 1953 г. это предположение А. И. Опарина было экспериментально подтверждено опытами американского ученого С. Миллера. В созданной им установке (рис. 85) были смоделированы условия, предположительно существовавшие в первичной атмосфере Земли. В результате опытов были получены аминокислоты. Сходные опыты многократно повторялись в различных лабораториях и позволили доказать принципиальную возможность синтеза в таких условиях практически всех мономеров основных биополимеров. В дальнейшем было установлено, что при определенных условиях из мономеров возможен синтез более сложных органических биополимеров: полипептидов, полинуклеотидов, полисахаридов и липидов.

Следующим этапом, по мнению А. И. Опарина, было образование многомолекулярных комплексов — коацерватов. Известно, что в концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов при определенных условиях могут образовываться сгустки, называемые коацерватны-ми каплями, или коацерватами (рис. 86). Коацерваты могут расти за счет синтеза новых соединений, происходящего с участием химических веществ, поступающих в них из раствора.

Коацерваты — это еще не живые существа. У них проявляются лишь некоторые признаки, характерные для живых организмов, — рост и обмен веществ с окружающей средой.

А. И. Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое принадлежит белкам. Белковые коацерваты он рассматривал как пробионты — предшественники живого организма. В коацерватные капли из внешней среды поступали ионы металлов, выступавшие в качестве первых катализаторов. Из огромного количества химических соединений, присутствовавших в «первичном бульоне», отбирались наиболее эффективные в каталитическом отношении комбинации молекул, что в конечном счете привело к появлению ферментов.

На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны.

Предполагается, что на определенном этапе белковые пробионты включили в себя нуклеиновые кислоты, создав единые комплексы.

Взаимодействие белков и нуклеиновых кислот привело к возникновению таких свойств живого, как самовоспроизведение, сохранение наследственной информации и ее передача последующим поколениям.

7) Химическая эволюция или пребиотическая эволюция — этап предшествовавший появлению жизни^[1][2][3], в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли изнеорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем относительно сложным системам, которыми бесспорно являются все углерод-содержащие молекулы.

Также этими терминами обозначается теория возникновения и развития тех молекул, которые имеют принципиальное значение для возникновения и развития живого вещества.

Всё, что известно о химизме вещества, позволяет ограничить проблему химической эволюции рамками так называемого «водно-углеродного шовинизма», постулирующего, что жизнь в нашей Вселенной представлена в единственно возможном варианте: в качестве «способа существования белковых тел»^[4], осуществимого благодаря уникальному сочетанию полимеризационных свойств углерода и деполяризующих свойств жидко-фазной водной среды, как совместно необходимых и/или достаточных(?) условий для возникновения и развития всех известных нам форм жизни. При этом подразумевается, что, по крайней мере, в пределах одной сформировавшейся биосферы может существовать только один, общий для всех живых существ данной биоты код наследственности, но пока остаётся открытым вопрос, существуют ли иные биосферы вне Земли и возможны ли иные варианты генетического аппарата.

Также неизвестно, когда и где началась химическая эволюция. Возможны любые сроки по окончании второго цикла звёздообразования, наступившего после конденсации продуктов взрывов первичных сверхновых звезд, поставляющих в межзвездное пространство тяжелые элементы (с атомной массой более 26). Второе поколение звёзд, уже с планетными системами, обогащенными тяжёлыми элементами, которые необходимы для реализации химической эволюции появилось через 0,5—1,2 млрд лет после Большого взрыва. При выполнении некоторых вполне вероятных условий, для запуска химической эволюции может быть пригодна практически любая среда: глубины океанов, недра планет, их поверхности, протопланетные образования и даже облака межзвёздного газа, что подтверждается повсеместным обнаружением в космосе методами астрофизики многих видов органических веществ — альдегидов, спиртов, сахаров и даже аминокислоты глицина, которые вместе могут служить исходным материалом для химической эволюции, имеющей своим конечным результатом возникновение жизни.

8)В протерозойской эре в морях обитало множество водорослей. Начальные звенья эволюции многоклеточных животных не сохранились. В протерозойских отложениях находят остатки представителей губок, кишечнополостных, членистоногих.

В эволюции многоклеточных животных, начиная с кишечнополостных, наблюдается усложнение морфологической структуры. Оно идет через усиление тканевой специализации — от возникновения зародышевых листков, определяющих развитие пищеварительной, выделительной, половой и других систем органов. Возникает хорошо выраженная центральная нервная система: у беспозвоночных — ганглиарная, у позвоночных — с центральным и периферическим отделами. Одновременно совершенствуются способы полового размножения — от наружного оплодотворения к внутреннему, от развития яиц вне материнского организма к живорождению.

В палеозое наблюдается дальнейшая эволюция жизни. Достигают расцвета водоросли и грибы.В силуре вышли на сушу растения — мхи и псило-фиты. Последние дали начало папоротникам, хвощам и плаунам, которые в эту эру достигают расцвета и в большинстве вымирают к концу палеозоя.Вместе с растениями на сушу вышли первые животные, дышащие атмосферным воздухом — паукообразные.Кистеперые рыбы имели две основные предпосылки для перехода в наземную среду обитания: мускулистые конечности и легкие. В конце девона они дали начало первым земноводным — стегоцефалам.В каменноугольном периоде (карбоне) появились голосеменные растения, произошедшие от семенных папоротников. Возникновение семени дало голосеменным большие преимущества, так как освободило половой процесс от необходимости наличия воды для оплодотворения.Рептилии приобрели свойства, позволившие им окончательно порвать с водной средой. Внутреннее оплодотворение и накопление желтка в яйцеклетке сделали возможным размножение на суше.В юрском периоде вымирают семенные папоротники и появляются первые покрытосеменные растения, постепенно распространившиеся на все материки.В мезозойскую эру достигают расцвета моллюски и крупные рептилии — динозавры. Поэтому эту эру называют веком аммонитов, или веком динозавров.Развитие животного мира в кайнозойскую эру характеризуется дальнейшей дифференциацией насекомых, интенсивным видообразованием птиц и чрезвычайно быстрым прогрессивным развитием млекопитающих.Финалом эволюции многоклеточных животных было появление организмов с поведением «разумного типа». Сюда относятся животные с высокоразвитой условнорефлекторной деятельностью, способные передавать информацию следующему поколению не только через наследственность, но и в ходе передачи опыта молодняку посредством научения.

Заключительным этапом в эволюции животного мира стало возникновение человека.

Историю Земли делят на крупные промежутки времени — эры и периоды. Крупные геологические события вызывали периодические изменения климата, что, в свою очередь, оказывало существенное влияние на эволюцию органического мира. Палеонтологические находки позволяют проследить историю живой природы на Земле и основные направления эволюции.

10) Разнообразие растительного мира. Интенсивность освещения и его продолжительность в течение года изменяются на Земле от экватора к полюсам: изменяется угол падения на земную поверхность солнечных лучей в зависимости от положения солнца над горизонтом, собственно в этом и заключается разнообразие растительного мира. Известно, что на экваторе день всегда равен ночи. В Южном и Северном полушариях день бывает равен ночи в дни весеннего и осеннего равноденствия. Соотношения между продолжительностью дня и ночи оказывает огромное влияние на развитие растений. Высота солнца над горизонтом и отношение растений к свету. Движение воздуха напрямую связано с интенсивностью освещения.1.При обилии света растение больше образует питательных веществ, чем расходует при дыхании. Растение растет.
2.При умеренном соотношении света образование органических веществ замедляется и уравновешивается расход их на дыхание. Рост растения замедляется.
3.При недостатке света растение расходует на дыхание ранее накопленные вещества. Рост растения прекращается.Например, в Арктике как и среда обитания растений, полярный день продолжается долго (без ночей), так как солнце не опускается за горизонт. Это позволяет растениям в тундре проходить цикл развития в более короткие сроки — при длинном дне — по сравнению с короткодневными растениями в южных районах. Недостаток тепла в северных районах уравновешивается (компенсируется) более продолжительным освещением. За короткое лето (один-два месяца) растения в тундре успевают вырасти, отцвести, дать плоды и семена.

11) Биоразнообразие - это и сотни тысяч видов, и разнообразие внутри популяций каждого вида, и разнообразие биоценозов, то есть на каждом уровне - от генов до экосистем наблюдается разнообразие. Этот феномен издавна интересует человека. Сначала из простого любопытства, а затем вполне сознательно и нередко с практическими целями человек изучает свое живое окружение. Процесс этот не имеет завершения, поскольку с каждым столетием возникают новые задачи и меняются способы познания состава и структуры биосферы. Они решаются всем комплексом биологических наук. Важное значение имеет и сложность структуры местообитаний. Для многих групп животных, в частности для птиц, первостепенную роль играет пространственная гетерогенность. Это видно хотя бы из того, что в лесу (многоярусная структура) живет больше видов птиц, чем на лугу. Для морских животных, обитающих в приливной зоне, где дно состоит из частиц различных размеров, больше видов беспозвоночных животных, чем на том же мелководье с однообразным илистым дном. Таким образом, прослеживается корреляция между структурной сложностью местообитания и видовым разнообразием фауны.

Видовое разнообразие может определяться продуктивностью местообитаний. В более продуктивных местообитаниях пищи больше и она разнообразнее, поэтому возможностей для специализации потребителей также больше, чем в менее продуктивных местообитаниях. Многие экологи отводят важную роль в образовании богатых видами сообществ такому биотическому механизму, как конкуренция. На роль конкуренции как движущей силы процесса видообразования указывал еще Ч. Дарвин. Конкуренция ведет к расхождению по экологическим нишам, а специализированные виды имеют узкие ниши, что способствует возникновению высокого разнообразия. Особенно острая межвидовая конкуренция наблюдается в таких сообществах, как тропические дождевые леса. Именно они отличаются высочайшим биологическим разнообразием и небольшими размерами видовых популяций. Известно, что на 1 га такого леса может произрастать от 50 до 100 видов деревьев. Высокое разнообразие растений, в свою очередь, благоприятствует развитию разнообразия животных, особенно птиц и насекомых, в то время как многие виды редки и число особей одного вида мало.

13) Неземные экосистемы – это тундра, пустыня, лесостепи

14) Водные экосистемы отличаются от экосистем суши прежде всего своими физическими и химическими свойствами. При рассмотрении водных экосистем их разделяют на пресноводные и экосистемы Мирового океана. Пресноводные экосистемы.Пресноводные экосистемы широко представлены на всех континентах. Реки и озера Земли помещают основную часть пресной воды, хотя в некоторых внутренних водоемах вода соленая. Экосистемы Мирового океана. Характерной особенностью океанических экосистем являются:
• глобальность размеров и огромные глубины, заполненные жизнью;
• непрерывность (все океаны связаны друг с другом);
постоянная циркуляция (наличие сильных ветров, которые дуют в течение года в одном и том же направлении, наличие глубинных течений);
• доминирование разных волн и приливов, что предопределяет заметную периодичность жизни группировок, особенно в прибрежных зонах;
• соленость и сильная буферность;
• наличие растворенных биогенных элементов, с лимитирующими факторами, определяющими размеры популяции.
Условия жизни в океанической воде более равны, чем на суше. Растительность беднее - в основном это водоросли. Животный мир богат. Он представлен следующим группам:
• Бентос - естественные организмы (водоросли, губки, мшанки, асцидии), ползающие (иглокожие, ракообразные), рыбы, моллюски.
• Планктон - взвешенные в воде диатомовые и другие водоросли.
• Временные компоненты - личинки червей, моллюсков, ракообразных, иглокожих, мальки рыб. С постоянного компонента - самые простые, брюхоногие моллюски, веслоногие рачки. Они с пищей для морских птиц.
Нектон - группа активных организмов толще. Рыбы, головоногие моллюски, китообразные, ластоногие.

15) Абиотические — факторы неживой природы: климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха. эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы. орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона. химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность. физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

16) Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

фитогенные — влияние растений

микогенные — влияние грибов

зоогенные — влияние животных

микробиогенные — влияние микроорганизмов

17) Антропогенные (антропические):

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

18) Экологическая валентность,степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды.Экологическая валентностьпредставляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность.Экологическая валентностьможет рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов. В первом случае виды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора, обозначаются термином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври» (эвритермные — по отношению к влиянию температуры, эвригалинные — к солёности, эврибатные — к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшим изменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином с приставкой «стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкойЭкологическая валентностьпо отношению к комплексу факторов, называются эврибионтами в противоположность стенобионтам, обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможность заселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций, эти две группы часто называют соответственно эври- или стенотопными.

19)20) в 15 и 16.

21) АДАПТАЦИЯ

(от средневекового лат. adaptatio - приспособление), в биологии - совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни особей в определенных условиях внешней среды. Адаптацией называется и сам процесс выработки приспособлений. В физиологии и медицине обозначает также процесс привыкания.---социальная, процесс взаимодействия личности или социальной группы со средой социальной; включает усвоение норм и ценностей среды в процессе социализации, а также изменение, преобразование среды в соответствии с новыми условиями и целями деятельности.

22) Лимитирующий фактор - фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма. Лимитирующий фактор ограничивает любое проявление жизнедеятельности организма. С помощью лимитирующих факторов регулируется состояние организмов и экосистем.

23) Закон минимума Ю.Либиха - в экологии - концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму.

24) Закон толерантности Шелфорда - в экологии - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха.

25. ДИАПАЗОН ТОЛЕРАНТНОСТИ - минимальное и максимальное значение экологического фактора, переносимого данным организмом или экосистемой в целом.

26. Стенобионтные организмы - организмы, способные существовать лишь в узких пределах изменения условий обитания (температуры, солености и пр.).

27. Эврибионтные организмы - организмы, способные переносить в широких пределах колебания условий обитания (температуры, солености и т. д.).

28. Популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

29. Численность популяции - это общее количество особей энного вида, присутствующее на той или иной территории.

30. Биомасса популяции - общая масса всех организмов популяции.

31. Ареал распространения вида - область географического распространения особей определенного вида вне зависимости от степени постоянства их обитания.

32. Географическая популяция - группа особей одного вида, населяющих пространство с географически однородными условиями существования, в пределах которого наблюдается единый ритм жизненных явлений и другие функциональные особенности, создающие морфологический тип, отличающий данную географическую популяцию от находящихся в иных географических условиях.

33. Экологическая популяция - это совокупность элементарных популяций, приуроченных к конкретным биогеоценозам. Географические популяции слагаются из экологических и охватывают группу особей, заселяющих территорию с географически однородными условиями существования.

34. МИКРОПОПУЛЯЦИЯ - функционально и, нередко, морфологически отличающаяся часть популяции, являющаяся самостоятельной формой приспособления вида к окружающей среде, но не способная к длительному самоподдержанию; только вместе с другими М. может образовать устойчивую систему популяции; самая низшая (следующая за локальной популяцией) структурная единица географии, популяции.

35.Формы существования живых организмов:

эпифиты (Эпифиты были включены в перечень позднее) - воздушные растения, не имеющие корней в почве (мхи, лишайники и др.);

фанерофиты - почки возобновления высоко над землей (деревья, кустарники, лианы);

хамефиты - почки возобновления не выше 20-30см над землей (травянистые растения с побегами, уходящими зимой под снег и не отмирающими);

гемикриптофиты - почки возобновления на поверхности почвы или в ее поверхностном слое, в подстилке (многие луговые растения);

криптофиты - почки возобновления скрыты в почве или под водой, на подземных органах (клубневые или корневищные растения);

терофиты - возобновление после неблагоприятного времени года только семенами (однолетние растения).

36.Динамические показатели популяции — отражают процессы, протекающие в популяции на данный момент. Основные из них рождаемость, смертность, скорость роста популяции.

Рождаемость — число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения.

Смертность — число особей, погибших в популяции за единицу времени.

Скорость роста популяции — изменение численности популяции в единицу времени. Зависит от показателей рождаемости, смертности, миграции и эмиграции.

Скорость роста может быть выражена в виде кривой роста популяции. Существует две модели роста популяции: J-образная и S-образная.

J-образная кривая отражает неограниченный рост численности популяции, не зависящий от плотности популяции.

S-образная кривая отражает рост численности популяции, зависящий от плотности популяции, при которой скорость роста популяции снижается по мере роста численности (плотности).

37.КРИВАЯ ВЫЖИВАНИЯ

график, показывающий, как по мере старения снижается численность особей одного возраста в популяции. Различают 3 осн. типа К. в., между к-рыми возможны все переходы. Кривая I соответствует популяции, большинство членов к-рой доживает до возраста, близкого к максимально возможному д.чя данного вида; характерна для популяций нек-рых крупных млекопитающих. Кривая II отражает равную вероятность гибели особей в любом возрасте и свойственна мн. природным популяциям птиц и пресмыкающихся. Кривая III соответствует очень высокой смертности в раннем возрасте, а для особей, переживших этот период, вероятность смерти низка. Такая кривая характерна для мн. растений, беспозвоночных и рыб, у к-рых осн. гибель приходится на ранние стадии развития. Данные, служащие для построения К. в., используются также в демографич. таблицах

38.Экспоненциальный рост — в математике экспоненциальное возрастание величины (возрастание в геометрической прогрессии), которая растет со скоростью, пропорциональной её значению. Такой рост подчиняется экспоненциальному закону. Это означает, что для любой экспоненциально растущей величины, чем большее значение она принимает, тем быстрее растет. Также это означает, что величина зависимой переменной и скорость ее роста прямо пропорциональны. Но при этом, в отличие от гиперболической экспоненциальная кривая никогда не уходит в бесконечность за конечный промежуток времени.

39.Плотность популяции, число особей (животных, растений, микроорганизмов) в расчёте на единицу объёма (воды, воздуха или почвы) или поверхности (почвы или дна водоёма). Плотность популяции — важный экологический показатель пространственного размещения сочленов популяции, а также динамики численности животных, условий изменчивости и проявления естественного отбора. Плотность популяции определяется преимущественно степенью благоприятности условий обитания вида в данном биотопе или важнейшими экологическими факторами окружающей среды, особенно находящимися в минимуме и называется лимитирующими. Поэтому по средней Плотность популяции можно судить о благоприятности местообитания для данного вида. По постоянству обитания в биотопе данного вида и пределам колебания его численности в разные сезоны и годы можно выделить места временного и постоянного обитания (стации переживания, или резервации, в которых сохраняются остатки популяции в особенно неблагоприятные годы). Стации переживания, например у массовых видов грызунов, обычно занимают не более 3—10% заселённой ими территории. Зная стации переживания вредителей сельского и лесного хозяйства, хранителей и переносчиков болезней человека и полезных животных (в т. ч. домашних), можно экономно и эффективно бороться с вредными животными в резервациях, избегая т. о. загрязнения и отравления обширных участков.

40.Любая природная популяция характеризуется своим оптимальным значением плотности, при отклонении от которого в большую или меньшую сторону начинают работать механизмы ее внутренней регуляции. Основным механизмом является действие биотических факторов, зависящих от плотности популяции. Абиотические факторы влияют на смертность особей, но самостоятельно не создают равновесие в популяции.

К важнейшим биотическим факторам, определяющим регуляцию численности равновесных популяций, относят:

Внутривидовая конкуренция.

Межвидовая конкуренция.

Сложные поведенческие и физиологические механизмы.

Перестройка генетической структуры популяции.

41.Конкуренция (биология) — взаимоотношения организмов одного и того же или разных видов, в ходе которых они соревнуются за одни и те же средства существования и условия размножения.

Внутривидовая конкуренция

Межвидовая конкуренция

43 42.Экологи́ческая ни́ша — место, занимаемое видом в биоценозе, включающее комплекс его биоценотических связей и требований к факторам среды. Термин введён в 1914 году Дж. Гриннеллом и в 1927 году Чарльзом Элтоном[1]. В настоящее время принято определение Гриннелла называть пространственной нишей (по смыслу термин ближе понятию местообитание), а определение Элтона называют трофической нишей (экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке)[2]. В настоящее время доминирует модель гиперобъёма Дж. Э. Хатчинсона[3][4]. Модель представлена как n-мерный куб на осях которого отложены экологические факторы. По каждому фактору у вида есть диапазон в котором он может существовать (экологическая валентность). Если провести проекции от крайних точек диапазонов каждой оси факторов мы получим n-мерную фигуру, где n — количество значимых для вида экологических факторов. Модель в основном умозрительна, но позволяет получить хорошее представление об экологической нише[5].

44.

Биоценоз (от греч. βίος — «жизнь» и κοινός — «общий») — это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, что заселяют определённый участок суши или акватории, они связаны между собой и со средой. Биоценоз — это динамическая, способная к саморегулированию система, компоненты (продуценты, консументы, редуценты) которой взаимосвязаны. Один из основных объектов исследования экологии. Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоёма). Наиболее важными количественными показателями биоценозов являются биоразнообразие (совокупное количество видов в биоценозе) и биомасса (совокупная масса всех видов живых организмов данного биоценоза).

Термин (нем. Biocцnose) введён Карлом Мёбиусом в 1877 году для описания всех организмов, что заселяют определённую территорию (биотоп), и их взаимоотношений[1].

45Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году. В зарубежной литературе — малоупотребимо. Ранее также широко употреблялось в немецкой научной литературе.

46.косисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος — жилище, местопребывание и σύστημα — система) — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии.

Пример экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

47Экосистемы очень разнообразны. Их состав зависит от многих факторов, в первую очередь от климата, геологических условий и влияния человека. Они могут быть естественными или созданными человеком – антропогенными.

Естественные (природные) экосистемы формируются под влиянием природных факторов, хотя человек может оказывать влияние на них, но незначительное.

Антропогенные (искусственные) экосистемы создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности: сельскохозяйственные ландшафты с посевами и стадами скота, города, лесопосадки, морские “огороды”, фермы устриц. В состав антропогенных экосистем могут входить сохранившиеся более мелкие естественные экосистемы (лес или озеро на территории с/х экосистемы, лесопарк в городе).

Автотрофные экосистемы находятся на энергетическом самообеспечении и разделяются на фотоавтотрофные, потребляющие солнечную энергию за счёт своих продуцентов-фотоавтотрофов, и хемоавтотрофные, использующие химическую энергию за счёт продуцентов-хемоавтотрофов. Большая часть экосистем, в том числе и сельскохозяйственные, являются фотоавтотрофными. В сельскохозяйственные экосистемы человек вносит энергию, которая называется антропогенной (удобрения, горючее для тракторов и т. п.), но её роль незначительна по сравнению с используемой экосистемой солнечной энергией.

Гетеротрофные экосистемы ичпользуют химическую энергию, которую получают от органических веществ или от созданных человеком энергетических устройств.

48.Понятие экосистема в экологию ввел английский ученый Артур Тенсли в 1935 г. В 1940 г. русский ученый Владимир Сукачев ввел близкий по смыслу термин – биогеоценоз».

49.Понятие о биологическом круговороте веществ. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой идет с потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

501.3.1. Первое начало термодинамики

Первое начало термодинамики - один из трех основных законов термодинамики, представляющий собой закон сохранения энергии для систем, в которых существенное значение имеют тепловые процессы.

Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система (например, пар в тепловой машине) может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии.

Первое начало термодинамики объясняет невозможность существования вечного двигателя 1-го рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Сущность первого начала термодинамики заключается в следующем:

При сообщении термодинамической системе некоторого количества теплоты Q в общем случае происходит изменение внутренней энергии системы DU и система совершает работу А:

Q = DU + A

Уравнение (1.4), выражающее первое начало термодинамики, является определением изменения внутренней энергии системы (DU), так как Q и А — независимо измеряемые величины.

Внутреннюю энергию системы U можно, в частности, найти, измеряя работу системы в адиабатном процессе (то есть при Q = 0): Аад = — DU, что определяет U с точностью до некоторой аддитивной постоянной U0:

U = U + U0

(1.5)

Первое начало термодинамики утверждает, что U является функцией состояния системы, то есть каждое состояние термодинамической системы характеризуется определённым значением U, независимо от того, каким путём система приведена в данное состояние (в то время как значения Q и А зависят от процесса, приведшего к изменению состояния системы). При исследовании термодинамических свойств физической системы первое начало термодинамики обычно применяется совместно со вторым началом термодинамики.

1.3.2. Второе начало термодинамики

Второе начало термодинамики является законом, в соответствии с которым макроскопические процессы, протекающие с конечной скоростью, необратимы.

В отличие от идеальных (без потерь) механических или электродинамических обратимых процессов, реальные процессы, связанные с теплообменом при конечной разности температур (т. е. текущие с конечной скоростью), сопровождаются разнообразными потерями: на трение, диффузию газов, расширением газов в пустоту, выделением джоулевой теплоты и т.д.

Поэтому эти процессы необратимы, то есть могут самопроизвольно протекать только в одном направлении.

Второе начало термодинамики возникло исторически при анализе работы тепловых машин.

Само название «Второе начало термодинамики» и первая его формулировка (1850 г.) принадлежат Р. Клаузиусу: «…невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым».

Причем такой процесс невозможен в принципе: ни путем прямого перехода теплоты от более холодных тел к более теплым, ни с помощью каких–либо устройств без использования каких-либо других процессов.

В 1851 году английский физик У. Томсон дал другую формулировку второго начала термодинамики: «В природе невозможны процессы, единственным следствием которых был бы подъем груза, произведенный за счет охлаждения теплового резервуара».

Как видно, обе приведённые формулировки второго начала термодинамики практически одинаковы.

Отсюда следует невозможность реализации двигателя 2-го рода, т.е. двигателя без потерь энергии на трение и другие сопутствующие потери.

Кроме того, отсюда также следует, что все реальные процессы, происходящие в материальном мире в открытых системах, необратимы.

В современной термодинамике второе начало термодинамики изолированных систем формулируется единым и самым общим образом как закон возрастания особой функции состояния системы, которую Клаузиус назвал энтропией (S).

Физический смысл энтропии состоит в том, что в случае, когда материальная система находится в полном термодинамическом равновесии, элементарные частицы, из которых состоит эта система, находятся в неуправляемом состоянии и совершают различные случайные хаотические движения.

В принципе можно определить общее число этих всевозможных состояний.

Параметр, который характеризует общее число этих состояний, и есть энтропия.

Рассмотрим это на простом примере.

Пусть изолированная система состоит из двух тел «1» и «2», обладающих неодинаковой температурой T1 > T2. Тело «1» отдает некоторое количество тепла Q, а тело «2» его получает. При этом идет тепловой поток от тела «1» к телу «2». По мере уравнивания температур увеличивается суммарное количество элементарных частиц тел «1» и «2», находящихся в тепловом равновесии.

По мере увеличения этого количества частиц увеличивается и энтропия. И как только наступит полное тепловое равновесие тел «1» и «2», энтропия достигнет своего максимального значения. Таким образом, в замкнутой системе энтропия S при любом реальном процессе либо возрастает, либо остаётся неизменной, т. е. изменение энтропии dS і 0. Знак равенства в этой формуле имеет место только для обратимых процессов. В состоянии равновесия, когда энтропия замкнутой системы достигает максимума, никакие макроскопические процессы в такой системе, согласно второму началу термодинамики, невозможны.

Отсюда следует, что энтропия - физическая величина, количественно характеризующая особенности молекулярного строения системы, от которых зависят энергетические преобразования в ней.

Связь энтропии с молекулярным строением системы первым объяснил Л. Больцман в 1887 году. Он установил статистический смысл энтропии (формула 1.6). Согласно Больцману (высокая упорядоченность имеет относительно низкую вероятность)

S = k lnP,

(1.6)

где k — постоянная Больцмана, P – статистический вес.

k = 1.37·10-23 Дж/К.

Статистический вес Р пропорционален числу возможных микроскопических состояний элементов макроскопической системы (например, различных распределений значений координат и импульсов молекул газа, отвечающих определённому значению энергии, давления и других термодинамических параметров газа), т. е. характеризует возможное несоответствие микроскопического описания макросостояния.

Для изолированной системы термодинамическая вероятность W данного макросостояния пропорциональна его статистическому весу и определяется энтропией системы:

W ~ exp (S/k).

(1.7)

Таким образом, закон возрастания энтропии имеет статистически-вероятностный характер и выражает постоянную тенденцию системы к переходу в более вероятное состояние. Отсюда следует, что наиболее вероятным состоянием, достижимым для системы, является такое, в котором события, происходящие в системе одновременно, статистически взаимно компенсируются.

Максимально вероятным состоянием макросистемы является состояние равновесия, которого она может в принципе достичь за достаточно большой промежуток времени. Как было указано выше, энтропия является величиной аддитивной, то есть она пропорциональна числу частиц в системе. Поэтому для систем с большим числом частиц даже самое ничтожное относительное изменение энтропии, приходящейся на одну частицу, существенно меняет её абсолютную величину; изменение же энтропии, стоящей в показателе экспоненты в уравнении (1.7), приводит к изменению вероятности данного макросостояния W в огромное число раз.

Именно этот факт является причиной того, что для системы с большим числом частиц следствия второго начала термодинамики практически имеют не вероятностный, а достоверный характер. Крайне маловероятные процессы, сопровождающиеся сколько-нибудь заметным уменьшением энтропии, требуют столь огромных времён ожидания, что их реализация является практически невозможной. В то же время малые части системы, содержащие небольшое число частиц, испытывают непрерывные флуктуации, сопровождающиеся лишь небольшим абсолютным изменением энтропии. Средние значения частоты и размеров этих флуктуаций являются таким же достоверным следствием статистической термодинамики, как и само второе начало термодинамики.

Буквальное применение второго начала термодинамики ко Вселенной как целому, приведшее Клаузиуса к неправильному выводу о неизбежности «тепловой смерти Вселенной», является неправомерным, так как в природе в принципе не может существовать абсолютно изолированных систем. Как будет показано далее, в разделе 1.4, процессы, протекающие в открытых системах, подчиняются другим законам и имеют другие свойства.

Дата добавления: 2015-08-29