Контрольная работа по "Экологии"

Сосуществование. Наконец, пионерные  виды могут вообще не оказывать на последующие растения никакого воздействия  — ни полезного, ни вредного. В частности, это происходит, если разные виды используют разные ресурсы и растут независимо друг от друга.

Важно понимать, что конечное состояние леса или дюны экологически неустойчиво. Зрелый лес обычно характеризуется  нулевым суммарным приростом  органических веществ. Это означает, что с течением времени из-за потери веществ под воздействием таких  процессов, как эрозия, лес постепенно начнет погибать. Кстати, большинство  лесов обладают максимальной продуктивностью  в течение первой половины сукцессионного цикла.

Первичная и вторичная  сукцессия

«Конвейером, на котором  собираются экосистемы», назвал известный  российский учёный-эколог А. Д. Арманд сукцессию — последовательную смену  сообществ растений и животных, в  результате которой происходит преобразование окружающей среды и создаётся  экосистема, соответствующая условиям данной природной зоны.

Эта форма динамики отражает наиболее важное, фундаментальное свойство экосистемы — её способность к  самовосстановлению, самоорганизации. На удалённых друг от друга на тысячи километров вулканических островах образуются абсолютно одинаковые экосистемы. Вырубки и гари в таёжных лесах  проходят одинаковую смену стадий, до того как восстановится исходный облик леса. Заброшенная степная  пашня под Тамбовом, Курском или  Белгородом абсолютно одинаково  будет зарастать сначала сорняками, потом корневищными злаками, а на завершающем этапе — ковылями и разнотравьем. Как это происходит? Откуда растения и животные узнают, что их место не в начале сукцессии, а на заключительном этапе или  наоборот?

«Детали» для «сборки» экосистемы — популяции растений и животных — прибывают с соседних или далёких территорий, а иногда берутся «со склада», например из хранящегося долгие годы в почве  «банка» семян и спор растений. На любой участок суши постоянно  обрушивается «биотический дождь» —  всё мыслимое (а порой и немыслимое) для данного региона разнообразие зачатков растений и животных (семена, споры, микроорганизмы, насекомые и  т. д.). Их приносят ветры и морские  волны, течения рек и мигрирующие  животные... Попав в уже сложившуюся  экосистему, нежданные гости, вероятнее  всего, погибнут — ведь все «места за столом» заняты. Но вновь образовавшийся участок суши (обнажившийся при отступлении моря берег, молодой вулканический остров и т. п.) или нарушенные территории (гари, пустыри и пр.), ещё не имеющие постоянных жителей, могут получить и «биотического дождя» всё, что тысячелетиями отбиралось для сложившихся к этому моменту условий сукцессия.

Сначала на новом месте  поселяются пионерные виды. Они приспособлены  к быстрому росту на бедных почвах, образуют много жизнеспособных семян, легко переносимых ветром водой  и животными. Их стратегия — занять свободное пространство, вырасти, разбросать семена и затихнуть Большей частью это растения-однолетники. Типичный пример таких агрессоров — сорняки, от которых трудно избавиться в огороде. А в лесу — иван-чай, который  уже на следующий год после  пожара покрывает гарь своими цветущими  зарослями

Пионерные сообщества сменяются  производными. В них преобладают  многолетние растения, а также  животные. Все их можно назвать  видами «основателями», главная задача которых — активно преобразовывать окружающую среду: создавать почву и запасы в ней органического вещества (гумуса), микрорельеф, микроклимат (температура, освещённость, влажность под пологом леса или внутри степного травостоя иные, чем на соседних полях).

Им на смену приходит сообщество климаксных видов, имеющих высокую  продолжительность жизни, крупные  семена, малочисленное, но жизнестойкое потомство, развитые связи с другими  организмами, способные длительное время обеспечивать устойчивое функционирование экосистемы, а главное — в полной мере соответствовать зональным  условиям. В тундрах это кустарники, кустарнички, мхи; лемминги и песец. В тайге — ель, кедр, пихта; соболь и бурый медведь. В степи —  ковыли, степное разнотравье; слепыш и сурок. А в пустыне — саксаул, солянки, пустынная осочка и всевозможные рептилии.

Итак, всё многообразие флоры  и фауны может быть чётко разделено  на тех, кто участвует в сложении ранних (пионерных), средних (производных) и заключительных (климаксных) стадий. Причём зрелые сообщества играют далеко не главную роль — основные пространства заняты экосистемами на средних стадиях  развития.

Эвтрофирование

Эвтрофирование вод —  повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под  воздействием антропогенных или  естественных (природных) факторов. Процесс  эвтрофирования ухудшает физико-химические условия среды обитания рыб и  других гидробионтов за счет массового  развития микроскопических водорослей и других микроорганизмов.

Именно «цветение» воды относят  к числу самых серьезных проблем  ухудшения качества воды в водоеме. Процесс «цветения» воды происходит в результате интенсивного развития сине-зеленых водорослей. Особенно интенсивно водоросли развиваются при повышении автрофности водоема в результате накопления биогенных элементов, поступающих с площади водосбора, донных отложений при взмучивании.

В теплое время года при  повышении температуры воды в  загрязненном водоеме происходит массовое разложение органических соединений, которые становятся питательной  средой для аэробных бактерий, приводя  к резкому снижению содержания в  воде кислорода.

Именно дефицит кислорода  в водоеме вызывает серьезные  отрицательные последствия для  водных экосистем: резко снижается  интенсивность процессов самоочищения, усиливается токсичность ряда загрязняющих веществ, ухудшается качество воды и  экологическое состояние водоема.

Ухудшение качества воды в  свою очередь ограничивает возможности  использования водоемов.

Токсины, накапливающиеся  при «цветении» воды, приводят к  гибели ихтиофауны, накапливаются в  рыбе, моллюсках и ракообразных.

Эта проблема очень актуальна  для водоемов, в зоне умеренного климата.

Для предотвращения процесса эвтрофирования водоема необходимо:

— обеспечивать регулярный водообмен и циркуляцию воды в  пруду;

— повышение самоочищающей  способности водоема путем посадки  высшей водной растительности (создание биоплато);

— обеспечение оптимальной  глубины и площади зеркала (водной поверхности) пруда для исключения интенсивного прогрева воды в пруду  в теплое время года;

— обеспечение аэрации (обогащение кислородом) воды в пруду, например путем посадки растений-оксигенаторов;

— своевременно очищать  пруд от опавшей листвы и погибших растений.

Соблюдение вышеприведенных  рекомендаций позволит предотвратить  процесс эвтрофирования пруда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Биоразнообразие биосферы как результат ее эволюции.

В относительно короткие промежутки развития экосистем (сукцессии), и в  долговременной эволюции таких экосистем, как биосфера, на протекающие в  них процесс! оказывают влияние: 1) аллогенные (внешние) факторы — геологические и климатические; 2) автогенные (внутренние) процессы, обусловленные только живым компонентом. Благодаря действию и взаимодействию этих факторов сформировалось биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом и на биосферном уровнях. Основа устойчивости биосферы (экосферы) — разнообразие составляющих ее экосистем.

Данные космохимии метеоритов и астероидов свидетельствуют о  том, что образование органических соединений в Солнечной системе  на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением (Войткевич, Вронский, 1996).

Простейшие анаэробы, из которых состояли первые на Земле  экосистемы, образовались из этих органических веществ и, возможно, других, синтезируемых  под действием мощного ультрафиолетового  излучения. Тогда еще не было кислорода  в атмосфере и, следовательно, озонового  слоя, который сейчас является преградой  для этого излучения.

Указанные выше простейшие анаэробы (дрожжеподобные) возникли более 3,5 млрд. лет назад, жизнь в это время в бескислородной атмосфере могла существовать только под защитой от ультрафиолетового излучения слоем воды. Питались эти простейшие биофильными веществами, которые содержались в избытке в горячих источниках мелких водоемов. Питательные же органические вещества для этих простейших создал космический синтез.

Таким образом, древнейшая биосфера возникла в гидросфере, существовала в ее пределах и носила гетеротрофный  характер. Но закон «всюдности жизни» диктовал свои условия, и размножающиеся организмы осуществляли экспансию в различные области обитания. Экспансия и «давление» отбора, обусловленные еще и скудностью пищи, в конечном итоге привели к возникновению фотосинтеза около 3,5 млрд. лет назад.

Первыми автотрофами стали  прокариоты — сине-зеленые водоросли и, возможно, цианобактерии. Затем 1,5—2 млрд. лет тому назад появились первые одноклеточные эукариоты и, в результате изначального господства г-отбора, произошел мощный популяционный взрыв автотрофных водорослей, что привело к избытку в воде кислорода и к его выделению в атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы в кислородную, что способствовало развитию эукариотических организмов и появлению многоклеточных около 1,4 млрд. лет назад.

        В начале кембрийского периода, примерно 600 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а затем произошел еще один эволюционный взрыв — появились новые формы жизни — губки, кораллы, черви, моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода впервые стало близко к современному, и к этому времени жизнь не только заполнила все моря, но и вышла на сушу. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ в дальнейшем привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие и, наконец, человек. Но, несмотря на обилие автотрофов, в конце палеозоя, примерно 300 млн. лет назад, содержание кислорода в атмосфере упало до 5 % от современного уровня и повысилось содержание углекислого газа. Это привело к изменению климата, снижению интенсивности процессов размножения и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание кислорода стало, снова повышаться и с середины мелового периода, примерно 100 млн. лет назад, отношение 02/С0₂ близко к современному, хотя и испытывало колебания в определенных пределах.

Такое состояние легко  изменить. Например, человек, создав избыток  С0₂, может сделать это неустойчивое равновесие еще более нестабильным.

Из истории развития атмосферы  ясно, что человек абсолютно зависим  от других организмов, населяющих среду, в которой он обитает. Только от их жизнедеятельности и от их разнообразия зависит стабильность атмосферы  и, следовательно, биосферы.

Сопряженная эволюция, или  коэволюция отличается тем, что при ней обмен генетической информацией минимален. На уровне сообществ можно рассматривать селективные воздействия между группами организмов, находящихся в экологическом взаимодействии: растения и растительноядные животные, крупные организмы и мелкие симбионты, паразит — хозяин, хищник — жертва и т. д. Особенно интересна сопряженность эволюции растений и насекомых фитофагов. Она приводит к тому, что растения синтезируют побочные вещества, совершенно ненужные для их роста и развития, но необходимые для защиты от насекомых-фитофагов.

Эта способность растений, видимо, развивает у них устойчивость к инсектицидам. В естественных условиях растения и фитофаги, которые тоже приспосабливаются к их защите, эволюционируют вместе. Здесь работает «генетическая  обратная связь», которая ведет к  высокому разнообразию растений (например, в тропиках), к гомеостазу популяций  и сообществ внутри экосистемы.

Групповой отбор — это  естественный отбор в группах  организмов, но не обязательно связанных  тесными мутуалистическими связями. Это весьма сложное и во многом спорное явление. Но в первом приближении  он представляет собой подобие отбора генотипов в популяции, но вымирают не отдельные генотипы, а целые  популяции и, с другой стороны, получают развитие новые популяции, для которых  эти условия более благоприятны.

Групповой отбор тоже увеличивает  разнообразие и устойчивость сообществ.

Сопряженная эволюция и групповой  отбор повышают биоразнообразие  экосистем, устанавливают определенные взаимоотношения между ними как  между наземными, так и водными, и даже между обоими типами. Все  это в целом ведет к повышению  устойчивости биосферы как глобальной экосистемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Влияние факторов внешней среды на здоровье человека.

 

Химические загрязнения  среды и здоровье человека.

На земном шаре практически  невозможно найти место, где бы ни присутствовали в той или иной концентрации загрязняющие вещества. Даже во льдах Антарктиды, где нет никаких промышленных производств, а люди живут только на небольших научных станциях, ученые обнаружили различные токсичные (ядовитые) вещества современных производств. Они заносятся сюда потоками атмосферы с других континентов. Вещества, загрязняющие природную среду, очень разнообразны. В зависимости от своей природы, концентрации, времени действия на организм человека они могут вызвать различные неблагоприятные последствия. Кратковременное воздействие небольших концентраций таких веществ может вызвать головокружение, тошноту, першение в горле, кашель. Попадание в организм человека больших концентраций токсических веществ может привести к потере сознания, острому отравлению и даже смерти. Примером подобного действия могут являться смоги, образующиеся в   крупных городах в безветренную погоду, или аварийные выбросы токсичных веществ промышленными предприятиями в атмосферу.