• Мир много сложнее, чем мы думаем и с иллюзиями простоты необходимо расстаться

• экосистемы - основные природные единицы повер-хности планеты c постоянно поддерживающимся круговоротом веществ между организмами и окружающей их средой (А.Тенсли, 1935 г.)

поляна жарков, озеро Светлое, хребет Ергаки

• каждая экосистема многослойна, имеет свою внутреннюю структуру связей

• экосистемы объединены между собой многочисленными связями внутри биосферы

• два процесса, соединяющих живую и неживую природу: образование органических веществ из неживой природы и разложение организмов после гибели с возвращением веществ в среду

• процессы связывают живые организмы и их среду обитания в экологическую систему

Панорама национального парка "Таганай" с Черной скалы, Челябинская область

микроэкосистемы (покрытый лишайниками камень), мезоэкосистемы (луг или пустынный бархан)макроэкосистемы (моря и океаны, природные зоны)мегаэкосистема высшего ранга - биосфера

• Из-за сложности, внутренней самоорганизации и упорядоченности некоторые исследователи считают самую большую экосистему Земли биосферу - живым организмом. А.Д. Давидович Арманд в своем исследовании «Эксперимент «Гея», приводит обрывок разговора, услышанного в коридоре института:

• - Земля — живая. • - Ну, в каком-то смысле? • - В прямом смысле. Это организм.• - Чушь собачья. • - Какой-то не очень научный разговор у нас получается

• нижний предел экосистем, - вопрос дискуссионный. Принято считать, что и капля воды с живущими в ней микроорганизмами является экосистемой.

• природные• антропогенные• техногенные

• ЭКОСИСТЕМЫ:• Биотическая составляющая (биоценоз)• Абиотическая составляющая (экотоп)

Бирюксинский перевал, Алтайский край

• В 1877 г. немецкий гидробиолог К. Мебиус - учение о биоценозе, как сообществе организмов, которые через среду обитания теснейшим образом связаны друг с другом

Компоненты экосистемы• Совокупность популяций организмов разных видов

(животных, растений, грибов, микроорганизмов) называется сообществом (биоценоз)

• совокупность абиотических факторов окружающей среды (экотоп): климат, почва, поверхностные и грунтовые воды

Биоценоз

• Фитоценоз (растительное сообщество)

• Зооценоз (сообщество животных)

• микоценоз (сообщество грибов)

• Микробоценоз (сообщества микроорганизмов)

• Для живых организмов экотоп является не только территорией обитания, но и «сырьевой базой» существования

Биотическая составляющая экосистем

• общепринятой классификации органического мира до сих пор не существует и одновременно существует несколько вариантов систематик живых организмов

Наиболее распространенная систематика• организмы подразделяются по отсутствию или наличию

ядра на прокариот и эукариот • Прокариоты - первый эшелон жизни на планете

(бактерии и сине-зеленые водоросли). • Эукариоты - это растения, грибы и животные.

Начало жизни• Одна из первых гипотез - теория спонтанного

зарождения жизни: определенные частицы содержат активное начало, которое при благоприятных условиях может создать живой организм (Аристотель)

• Пример активного начала - яйцо, солнечный свет, гниющее мясо

• С распространением религии основополагающей стала теория креационизма, утверждающая, что жизнь на Земле и мир в целом созданы божественно

• Теория возникновения жизни вне планеты Земля – гипотеза панспермии (зародыши жизни постоянно путешествуют по космосу и могли быть занесены на планету из других планет с метеоритами) .

• в кометном веществе - водяной лёд, летучие фракции карбонатов, ароматических углеводородов, сульфидов и других компонентов

Возраст Земли - 4,5-4,6 млрд. лет

4 млрд.лет н. - древнейшие горные породы, железные руды 3,5 млрд. лет н. - первые микроорганизмы (прокариоты)2 млрд.лет н. - свободный кислород в атмосфере, озоновый слой1,5 млрд.лет н. - древнейшие ископаемые эукариоты около 700 млн.лет н. -многоклеточные организмы450 млн.лет н. - растения захватили сушу

• Первый человек появился всего полминуты назад. И за последние несколько секунд он сильно изменил облик планеты

• многообразие форм жизни на земле – биологическое разнообразие

• число известных зарегистрированных видов -более 1,5 миллионов: 500 тысяч видов растений и более 1,0 млн. видов животных

• открытия продолжаются

Царство животных• самое разнообразное по

видовому составу (свыше 1 млн. видов):

• позвоночные животные - 4%, млекопитающие - 0,4% из общего числа видов.

• наиболее многочисленна группа насекомых

Царство растений• живые организмы,

размножающаяся спорами, семенами и вегетативным путем

• Наиболее примитивные низшие растения – водоросли

• благодаря фотосинтезу вода и воздух превращаются в живую материю

Царство грибов

• не способны сами синтезировать органику, а произрастают на готовом органическом субстрате

• интенсивно размножаются в теплых и влажных местах

• имеют нитевидное тело - гифы, совокупность-мицелий

• как микроскопические одноклеточные организмы - дрожжи, так и подберезовики, мухоморы…

• описано около 100 000 видов

• Основная функция – разложение отмерших животных и растений до первичных органических соединений

• Отрицательная функция для человека: разрушают провода, оптические приборы, ткань и т.д.

Царство микроорганизмов• Размеры - тысячные доли миллиметра• общая масса на суше - миллиарды тонн• до сих пор нет четкой классификации

• как прокариоты, так и эукариоты• Самые известные - бактерии и вирусы: бактерии

способны синтезировать живое вещество, а вирусы его разрушают

• на каждом квадратном сантиметре нашей кожи находиться как минимум 2000 бактерий

• в 1 г почвенного субстрата может содержаться до 10 млрд. микроорганизмов.

Бактерии (лат.«маленькая палочка»)• около 6000 видов • функция - находиться на «передовом фланге» • обитают при разных температурах, в самых кислых и

щелочных источниках, первыми заселяют лавы • «Выгрызают» литосферу, расщепляют растворенные в

воде соединения, извлекают необходимые для жизни элементы

• синтезируют первичные органические соединения.

• подразделяют на аэробные и анаэробные• обладают способностью разлагать различные вещества

и соединения• используют для рекультивации почв при

нефтезагрязнении, для разложения синтетических веществ

• используются как источники антибиотиков и явля-ются возбудителями холеры, сибирской язвы и др.

Вирусы• около 6000 вирусов• живым организмом можно считать условно• содержат генетическую информацию • размножаются, используя клетки живого организма как

фабрику для производства собственных копий• стабилизируют рост бактерий и приводят к появлению

более устойчивых штаммов бактерий

• По способу питания живые организмы можно разделить на

• автотрофов (или продуцентов)• гетеротрофов (или консументов) • редуцентов (деструкторов)

Слоны в дельте реки Окаванго, Ботсвана

• Продуценты - зеленые растения суши и моря, сине-зеленые водоросли, использующие в качестве питания минеральные вещества, а в качестве источника энергии - солнечных свет или энергию химических связей

• Растения улавливают энергию света за счет хлорофилла, в результате чего из СО2 и Н2О синтезируется основа любого органического вещества - глюкоза C6H12O6 и выделяется кислород и вода

• Глюкоза – кирпичики живого вещества: С-С и С-Н связи образуют сложные органические молекулы и бесконечное разнообразие биоты

• фотосинтез растений обеспечивает все живое на планете необходимым количеством органических соединений и кислородом

• Консументы – от бактерий до крупных животных, используют в качестве пищи и источника энергии органику, созданную продуцентами

• Редуценты питаются мёртвым органическим веществом (многие микроорганизмы, грибы и некоторые виды животных и насекомых).

• Функционально редуценты это консументы, поэтому их часто называют микроконсументами

• каждый организм имеет свою функцию: прокариоты ассимилируют неорганическую материю, растения синтезируют биомассу, грибы и бактерии разлагают органику, а животные являются регуляторами процесса в целом

• процесс характерен для любой экосистемы – «от кочки до оболочки».

• связи между организмами основаны на трофичес-ких и пространственных взаимоотношениях

• Одни организмы продуцируют биомассу, другие её потребляют, третьи охотятся за вторыми, чтобы съесть

• благодаря старым девам в Англии не перевелись еще отбивные котлеты: старые девы любят кошек -врагов мышей, разоряющих гнезда шмелей, которые опыляют красный клевер, которым питаются овцы, из которых готовят отбивные котлеты

• последовательная передача органического вещества и энергии от одних организмов к другим, называется трофической цепью

• часто трофические цепи пересекаются, имеют общие звенья - более сложная система называется трофической сетью

• Каждое звено трофической сети или цепи - трофический уровень

• Трофические цепи: пастбищные и детритные• пастбищная цепь - автотрофы - растительноядные

животные – хищники (фитопланктон - зоопланктон - рыбы, питающиеся зоопланктоном - хищные рыбы и т.д. )

• Детритная цепь: мёртвая органика – детритофаги – хищники – редуценты (опавшие листья - дождевой червь - горностай, или опавшие листья - грибы - гнилостные бактерии)

Бурундук, небольшой зверек из семейства беличьих, обитает в тайге и питается в основном семенами кедра и других растений

• доля получаемой энергии на каждом трофическом уровне - около 10% (биомасса растительности в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, а масса консументов, поедающих растительноядных животных, уменьшается еще в 10 раз и т.д.)

• Уничтожение отдельных звеньев трофической цепи – изменение устойчивости экосистем

• Масштабная «война» в Китае по уничтожению «четырех вредителей»: крыс, комаров, мух и воро-бьев. После истребления воробьев – нашествие насекомых – неурожай – голод - погибло около 30 миллионов человек

• Кроме трофических связей, между организмами в биоценозе возникают:

• топические

• форические

• фабрические связиПтенцы фрегатов на одном из 33 островов республики Кирибати. В 2010 году заповедная территория островов Феникс объявлена объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.

• Топические связи - создание или изменение одним видом условий существования для другого (деревья - местообитание птиц, на листьях живут насекомые, в корневой системе - грибы и т.д.)

• Форические связи - одни организмы способствуют расселению других (опыление растений, перенос животными семян, спор, водорослей и т.д.)

• фабрические связи: при создании сооружений одни организмы используют различные части других организмов (гнезда птиц - ветки деревьев, муравейника - хвойный опад, бобр – растительность)

Понятие о популяции• Формой существования жизни является вид –

совокупность особей с общими морфофизио-логическими признаками, эволюцией, способных скрещиваться друг с другом, образующих единую систему геномов

• Адаптация видов к среде обитания

Состав живых организмов• Организмы имеют один и тот же генетический код. • генетический текст длиной в три миллиарда букв. • отличия генома (от слов ген + хромосома): 99 из 100

букв у шимпанзе и человека одинаковы. • В ДНК человека есть довольно много сходства даже с

мышами и дрозофилами . • Воспроизводство организмов - смена поколений и

передача наследственной информации

Элементный состав организмов• все элементы, но большинство чрезвычайно мало• каркасные элементы- кислород, углерод, водород и

азот - 98,72 % • благодаря высокой реакционной способности и

растворимости, они могут образовывать самые разнообразные химические соединения

• Таким образом, для всех живых организмов планеты характерно биохимическое единство

• Живые организмы на 70% содержат кислород, большая часть которого связана с водородом и образует воду.

• В водных организмах количество воды - 90%, в зеленой растительности – более 85%, в крупных млекопитающих - 60%, и только споры и семена содержат менее 15 %.

• между генофондами разных видов нет обмена генами, но в природе есть исключения. Так, потомство тигров и львов лигры и тигоны, гибрид от скрещивания осла и лошади - мул, лошак – от жеребца и ослицы, зеброид – от зебры и домашней лошади.

• Особенно часто процесс гибридизации происходит у растений

http://www.ldportal.ru/upload/articles/Vodoemy/38.jpg

• Конкретная область распространения вида - ареал

• Величина ареала зависит от степени подвижности особей (у улиток- метры, у китов – тысячи км)

• Границы ареала часто совпадают с крупными природными преградами (горами, реками, морями).

• площадь ареала зависит от климата, пищевых ресурсов и т.д.

• Виды в пределах ограниченного ареала – эндеми-ки (наиболее богаты эндемиками океанические острова, изолированные горные долины).

• на Галапагосских островах около 97% видов эндемичны

• палеоэндемики - виды сохранившихся организмов с прошлых геологических эпох (большинство сосредоточено в Австралии и Новой Зеландии)

• Неоэндемики - молодые виды, образовавшиеся в изолированном ареале

Нерпа – единственный в мире пресноводный тюлень.

• Противоположность эндемиков - космополиты – виды, распространенные на большей части планеты: либо обитатели распространенных экосистем, либо широко расселившиеся виды (тараканы, серые крысы, крапива двудомная).

• Убиквисты - обитают практически повсеместно: волк, тростник обыкновенный распространены от тундр до пустынь