Уровни биологической организации и экология

Организм как живая целостная система

Лекция 3

План.

1. Уровни биологической организации и экология.

2. Развитие организма как живой целостной системы.

3. Системы организмов и биота Земли.

Область изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организации материи: живые организмы, популяции, сооб­щества, экосистемы и экосфера.

Уровни организации материи

Элементарные частицы→Атомы→Молекулы→Протоплазма→Клетки→ Ткани→Органы→ Организмы→Популяции→Сообщества→Экосите-мы→Экосфера →Земля→Планеты→Солнечная система → Галактика→ →Вселенная.

Живой организм — это форма жизнедея­тельности, которая подразделяется на три цар­ства: растения, животные и микроорганизмы.

Популяция — группа организмов одного вида, про­живающих в определенном месте. Примерами попу­ляций являются все окуни в пруду, белки в лесах, население в отдельной стра­не или население Земли в целом.

Когда несколько популяций живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают сообщество.

Экосистема - взаимосвязь сообществ с химическими и физическими факторами, создающими неживую окружающую среду. Это меняющаяся (динамическая) сеть биологических, химических и физических взаимодействий, которые поддерживают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды.

Экосистема - основная функциональная единица нашей природы, которая имеет двуединый характер, т.е. включает и организмы (биотическая часть), и абиотическую (неживую) среду, причем каждая из частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни в том виде, в каком она существует на Земле. Двуединый характер этого комплекса впервые подчеркнул В. Н. Сукачев в учении о биогеоценозе.

В свою очередь биотическая часть экосистемы обязательно включает два основных компонента:

1) аутотрофный компонент - для которого характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ для синтеза сложных органических веществ;

2) гетеротрофный компонент, которому присущи утилизация, перестройка и разложение сложных органических веществ.

По Ю.Одум выделяют три группы природных экосистем: наземные биомы, пресноводные и морские.

Все экосистемы Земли составляют экосферу.

Таким образом, эти пять уровней организации материи: живые организмы, популяции, сооб­щества, экосистемы и экосфера – являются основополагающими объектами изучения в экологии.

Указанные выше уровни организации биологических систем различаются по принципам организации и мас­штабам явлений. Они отражают иерархию природных систем. Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах предшествую­щего уровня. Иными словами, нельзя предсказать свойства каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней, подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление называют эмерджентностью — наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам.

Экология изучает уровни биологической организации от орга­низмов до экосистем. В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней сре­дой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же не­похожи, как один человек непохож на другого, тоже относя­щиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединенных в один род, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяю­щих еще более «далеких родственников».

Популяция — это совокупность особей одного вида. Ге­нетики обычно добавляют как обязательный момент — спо­собность этой совокупности к самовоспроизведению. Эколо­ги же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида.

Изолированность в пространстве и во времени аналогич­ных популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабли­ваются к местным условиям, образуя так называемый экотип.

Однако настоящих одновидовых группировок и поселений и природе не существует и мы обычно имеем дело с группи­ровками, состоящими из многих видов. Такие группировки называются биологическими сообществами, или биоценоза­ми.

Биоценоз - совокупность совместно обитающих популя­ций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Термин «биоценоз» впервые применил Мёбиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т. е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географиче­ским» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, под которым понимаются условия окружающей среды на опреде­ленной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существу­ют растительность, животный мир и микроорганизмы, состав­ляющие биоценоз.

Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая оп­ределенную биологическую систему, которую академик В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе сово­купность абиотических и биотических компонентов имеет «... свою, особую специфику взаимодействий» и «определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющее собой внутреннее про­тиворечивое диалектическое единство, находящееся в посто­янном движении, развитии» (Сукачев, 1971). Термин «биогеоценоз» был предложен В. Н. Сукачевым в конце 30-х гг. Представления Сукачева в дальнейшем легли в основу биогеоценологии — целого научного направления в био­логии, занимающегося проблемами взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой. Однако несколько раньше, в 1935 г., английским ботани­ком А. Тенсли был введен термин «экосистема». Экосистема, по А. Тенсли, — «совокупность комплексов организмов с ком­плексом физических факторов его окружения, т. е. факторов местообитания в широком смысле». Многие сторонники экосистемного подхода на Западе счи­тают термины «биогеоценоз» и «экосистема» — синонимами, в частности Ю. Одум.

Особое значение для выделения экосистем имеют трофи­ческие, т. е. пищевые, взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.

Прежде всего, все организмы делятся на две большие группы - автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, сине-зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др.

Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей- паразитами (например, клещи).

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи - преобразуют ее в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.

Продуценты — производители продукции, которой потом пинаются все остальные организмы, — это наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганиче­ских соединений.

Консументы — это потребители органических веществ. Сре­ди них есть животные, потребляющие только растительную пи­щу, — травоядные (корова), или питающиеся только мясом других животных — плотоядные (хищники), а также потреб­ляющие и то и другое — «всеядные» (человек, медведь).

Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они воз­вращают вещества из отмерших организмов снова в нежи­вую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на СО₂, NО₂ и Н₂О). Воз­вращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроор­ганизмов и грибы.

Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные фор­мы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэроб­ные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные — живущие в бескислородной среде.

Дата добавления: 2014-01-07