Эволюция биосферы

I. Добиотическая эволюция

1. Образование планет и атмосферы.

2. Абиотический круговорот веществ в атмосфере за счет ее остывания.

3. Образование органических соединений в процентной конденсации и полимеризации С, Н, О, N. Энергия ультрафиолетовых излучений Солнца, радиации, электрических разрядов.

4. Круговорот органических соединений. Усложнение органических соединений. Комплексы макромолекул. Молекулярные системы самовоспроизведения.

II. Биотическая эволюция

5. ~ 3,5 млрд. лет назад возникла жизнь. Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран => появление вирусоподобных тел, первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот.

6. 2,5 млрд. лет назад - цианобактерии. В результате фотосинтеза стал накапливаться О2. Появились эунариоты благодаря О2. Появление многоклеточных организмов.

7. Увеличение биоразнообразия. Заняты все экологические ниши. Сформировалась средообразующая функция экосферы и биологический контроль гомеостаза.

8. ~ 2 млн. лет назад появление человека - лидера эволюции. Человеческое общество. Формирование техносферы и ноосферы. Антропогенный экологический кризис.

9. Различают микро- и макроэволюцию. Микроэволюция - на уровне популяций и рас. Отбор мелких изменений организма.

Макроэволюция - эволюционные процессы надвидового уровня. Вспышка видообразований. Возникновение точек бифуркаций. Новые формы организмов. Главный критерий эволюции: закрепление эволюционных изменений видов происходит тогда, когда они способствуют лучшему размножению этих видов.

Закон необратимости эволюции: эволюция необратима. Организмы, виды не могут вернуться к прежнему состоянию.

Закон ненаследуемости приобретенных признаков: никакие биологические изменения в строении и функциях, приобретенных в течение жизни, их потомкам не передаются.

Правило прерывистого равновесия: эволюция не монотонный процесс, а состоит из длительных периодов микроэволюционных процессов и скачкообразных макроэволюционных изменений.

Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают.

ЛЕКЦИЯ 3

Экологические факторы

1.

2. Понятие о лимитирующем факторе. Закон минимума Либиха. Правило о лимитирующем влиянии максимума Шелфорда.

3. Комплексное воздействие факторов

1. Экологические факторы. Факторы среды

Среда обитания - эта та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

Среда изменчива, многообразна. Организмы приспосабливаются к меняющемуся миру, регулируют свою жизнедеятельность. Приспособление организмов к среде называется адаптацией. Отдельные свойства или части среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Экологические факторы разделяются на абиотические, биотические, антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, давление, влажность, солевой состав воды, радиоактивное излучение, рельеф местности - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - формы воздействия живых существ друг на друга.

Антропогенные факторы - все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

2. Понятие о лимитирующем факторе

Существование любого организма зависит от определенных условий. Но это не значит, что чем больше тепла или пищи, тем лучше для организма.

В 1840 г. немец химик Юстус Либих установил, что урожай культур ограничивается (лимитируется) теми элементами, которых мало. Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи экологических потребностей. В изобилии Н2О и СО2, а содержание Fe, Zn, Mo мало, потребность в них невелика, рост растений продолжается, пока не израсходуется запас Zn. Zn - лимитирующий фактор.

Закон минимума Либиха:

Рост и развитие организма зависят от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму.

Другая трактовка закона Либиха: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей - жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близко к необходимости организму min.

Ограничения закона минимума:

- закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния системы;

- организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество или фактор иным функционально близким веществом или фактором.

Ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, которых минимум, но и максимальные, т. е.

Закон толерантности (максимума) В.Э.Шелфорда (1913г.): присутствие организма в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов. Lim фактором может быть min и max экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности). Смысл: плохо и недокормить и перекормить.

ЗОНА СТРЕССА

ЗОНА ОПТИМУМА

Численность организмов

ЗОНА

ГИБЕЛИ

ЗОНА СТРЕССА

ЗОНА ГИБЕЛИ

Применение закона max важно при оценке успешности культивирования растений, выращивания сельскохозяйственных

животных, оценке возможности

акклиматизации диких видов. Например, избыток воды вреден, вода как загрязнитель окружающей среды (засушливый год, сырой год).

Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом - предел толерантности.

Диапазон любого экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности, называется экологическим оптимумом. Значения фактора, лежащие в пессимумом. Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью.

Организмы, способные существовать лишь в узких пределах условий внешней среды -стеноэки. Организмы, которые приспосабливаются к более изменчивым условиям, эвриэки.

Экологическая валентность - способность заселять разнообразные среды.

Сумма экологических валентностей - экологический спектр.

Экологическая валентность - способность заселять разнообразные среды.

Сумма экологических валентностей - экологический спектр.

Лимитирующий фактор

Рис.1

зоне угнетения, называются экологическим

Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и часто бывают космополитами, например, патогенные микроорганизмы.

Организмы могут иметь широкий диапазон в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно другого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды.

Если условия по одному из экологических факторов становятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантности по другим факторов.

Наблюдаемые в природе реальные пределы толерантности меньше потенциальных возможностей организма адаптироваться к данному фактору. Пределы толерантности к физическим условиям среды могут сужаться биотическими отношениями ( конкуренция, отсутствие опылителей, хищники).

Пределы толерантности у размножающихся особей и потомства меньше, чем у взрослых особей, т. е. самки в период размножения и их потомство менее выносливы, чем взрослые организмы. Так, географическое распределение промысловых птиц чаще определяется влиянием климата на яйцо и птенцов, а не на взрослых птиц.

Экстремальные значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам. Если в реку сбрасывается нагретая вода, то рыбы и другие организмы тратят почти всю свою энергию на преодоление стресса. Психологический стресс может вызвать многие соматические заболевания и у человека и у животных.

Организмы способны менять толерантность к отдельным факторам, если условия меняются постепенно (закаливание). Неожиданное, без предупреждающих сигналов, даже небольшое изменение может оказаться критическим - наступает пороговый эффект.

Комплексное воздействие факторов

Экологический оптимум - это наиболее благоприятное сочетание всех факторов в оптимальном выражении.

Пессимум ареала (пессимальные стадии) - территория с наименее удачным сочетанием факторов.

Совместное влияние факторов смещает экологический оптимум. Например, при отсутствии кадмия минимальная смертность личинок крабов наблюдается в интервале температур от 20 до 28°С и солености от 24 до 34 %о . Если в оду добавить кадмий, то экологический оптимум смещается: температура в интервале 13-26°С, солености от 25 до 29 %„. Изменяются и пределы толерантности.

Влажность воздуха и температура - взаимодействие этих двух факторов формируют два основных типа климата: морской и континентальный. Водоемы смягчают климат суши, так как вода обладает высокими удельной теплотой плавления и теплоемкостью. Морскому климату свойственны менее резкие колебания температуры и влажности, чем континентальному. В сухом воздухе воздействие высоких температур переносится легко, а высокая влажность понижает приспособительные механизмы (из-за ограничения испарения).

Коэффициент суровости: 5 = (1 - 0,004 г) (1 + 0,272 V); Б - суровость погоды в баллах; Т - температура воздуха; V - скорость ветра, м/с.