Загрязнение водной среды и ее охрана

Загрязнение водной среды и ее охрана
Вода является самым распространенным и важным веществом на Земле. Она обеспечивает существование
живых организмов, определяет климат и формирует рельеф.
В природе существует постоянное перемещение воды между поверхностью Земли и атмосферой,
которое называется гидрологическим циклом, или круговоротом воды. Гидрологический цикл является
одним из основных процессов в природе. Вода из океанов, рек, озер, почвы и растений нагревается
под действием солнечных лучей и других источников тепла и испаряется в воздух в виде водных паров.
Пары воды поднимаются в верхние слои атмосферы, охлаждаются и превращаются в кристаллы
льда, образуя облака. Достигая критической массы, вода возвращается на Землю в виде дождя или снега.
Когда вода доходит до поверхности Земли, она распространяется тремя путями: попадает в почву, где
поглощается растениями или накапливается в подземных источниках; стекает в реки, а затем в океаны;
испаряется в воздух.
Общее количество испаренной с поверхности Земли воды равно годовому количеству осадков. Нарушение
одной из частей гидрологического цикла (например, обилие растительности в каком-то регионе,
искусственное орошение) вызывает изменения в других частях этого цикла.
На Земле существует избыток воды, но большая ее часть не может быть использована. Около 97 %
водных запасов приходится на моря с соленой водой. Оставшиеся 3 % пресной воды представлены в
основном льдами. Человек может использовать лишь тысячную часть этих запасов, используя воду из
подземных источников, рек и озер.
Вода участвует в различных химических реакциях, т. к. большинство веществ растворяется в воде.
Являясь хорошим растворителем, вода редко находится в природе в свободном состоянии. Вода загрязнена
как многочисленными природными отходами, так и продуктами деятельности человека. От их присутствия
зависит химический состав или качество воды. Дождь и снег поглощают мелкие частицы пыли
из воздуха, а выделяемые при сгорании бензина и других веществ газы взаимодействуют с парами воды
и образуют серную и азотную кислоты. Последние возвращаются на поверхность Земли в виде кислотных
дождей и снега. Кислотные осадки способствуют разрушению горных пород, а образованные при
этом твердые частицы попадают в реки, моря и океаны. Твердые частицы и почва, поступая в воду, вызывают
ее помутнение. При проникновении в почву вода растворяет определенные минералы. Растворенные
или находящиеся во взвешенном состоянии отходы и частицы определяют качество воды.
Уровень загрязнения водных бассейнов, в большой степени, зависит от сбросов в результате аварий
на химических предприятиях, избытка минеральных удобрений и пестицидов, крушения нефтяных
танкеров, токсичных отходов и сточных вод.
Нерациональное использование водных ресурсов (применение питьевой воды для орошения) приводит
к иссушению рек и озер. Например, уровень воды в Днестре уменьшился на 25 %.
Основными источниками загрязнения водных бассейнов являются:
1. Природные загрязнители – образованы в результате естественных процессов, протекающих в
окружающей среде.
1.1. Неорганические загрязнители (продукты эрозии);
1.2. Органические загрязнители (растения, животные, микроорганизмы);
2. Антропогенные загрязнители – представлены продуктами деятельности человека;
2.1. Химические продукты (минеральные удобрения, пестициды);
2.2. Нефтяные продукты (выбросы морских и сухопутных транспортных средств, которые попадают
в воду);
2.3. Радиоактивные продукты (радиоактивные вещества);
2.4. Сточные воды (животноводческих комплексов, жилых домов и др.);
2.5. Термическая вода (электростанций, предприятий).
4. Экология и охрана окружающей среды 159
В случае природного загрязнения водоемы теряют способность к саморегуляции и начинают «цвести
». В результате этого в избытке развиваются водоросли, изменяется цвет водоема, повышается температура
и уменьшается концентрация кислорода, что приводит к массовой гибели рыб.
Антропогенное загрязнение нарушает физические и химические свойства воды, которые являются
важными показателями качества воды.
Для мониторинга водных бассейнов используют следующие показатели качества воды:
• содержание растворенного кислорода (6 мг/дм3);
• содержание аммония (0,1 мг/дм3);
• содержание хлоридов (200 мг/дм3);
• содержание сульфатов (200 мг/дм3);
• содержание меди (0,1 мг/дм3);
• содержание углекислого газа (50 мг/дм3) и др.
Для охраны водных экосистем требуется выполнение следующих мер:
• очистка ( механическая и биологическая) сточных вод;
• устранение источников антропогенного загрязнения;
• поддержание динамического равновесия в водных бассейнах;
• создание охраняемых зон.
В Республике Молдова водные бассейны включают 3085 рек (7 из них имеют длину более 100 км и
247 – более 10 км), около 60 озер, свыше 50 бассейнов накопления, 3000 прудов и многочисленные артезианские
колодцы и источники.
Загрязнение водных бассейнов происходит путем сброса сточных вод, увеличения содержания органических
веществ, бактерий и др. Ежегодно в воды нашей страны попадают до 15 тыс. тонн органических
загрязнителей, более 13 тыс. тонн твердых частиц и около 35 тыс. тонн различных ядохимикатов.
В настоящее время всё более актуальными в контексте охраны водных и наземных экосистем становятся
следующие проблемы: сохранение и размножение различных видов растений и животных; возвращение
диких животных в исходные территории; защита почв от эрозии; предупреждение загрязнения
природных экосистем; создание природных заповедников и др. Сохранение и увеличение биологического
разнообразия являются первостепенными задачами в программах по защите окружающей среды.
Необходимо помнить, что охрана окружающей среды – это залог счастливого будущего. Охраняемая
сегодня природа отплатит нам завтра сполна, обеспечив здоровую и гармоничную жизнь, душевное
спокойствие нас и всех грядущих поколений.

Загрязнение атмосферы и ее охрана

Загрязнение атмосферы и ее охрана 4. 11
В настоящее время охрана окружающей среды становится все более актуальной проблемой. Все жизненные
ресурсы – воздух, воду, пищу и энергию – человек получает из биосферы, причем потенциальной
энергии в 10 раз больше, чем накоплено организмами на основе использования солнечной энергии.
Ежегодно из недр Земли добывают до 7 млрд тонн металлов, угля, нефти, а в окружающую среду попадает
огромное количество промышленных и бытовых отходов. Последние попадают в почву и водоемы,
накапливаются в тканях растений и животных, а затем через них поступают в организм человека.
Важным компонентом наземных экосистем является атмосферный воздух. Среди факторов, загрязняющих
атмосферный воздух, можно выделить:
1. Природные загрязнители – вулканическая пыль, вулканические газы, ультрафиолетовые и тепловые
лучи; соли при испарении морских вод, споры грибов, бактерии и др.
2. Антропогенные загрязнители – углекислый газ, сернистый газ, оксиды азота, гарь, образуемая
при сжигании горючего; пыль, дым, токсические вещества, выделяемые промышленными предприятиями;
радиоактивные вещества в результате взрывов атомных бомб и аварий на станциях.
Ежегодно в атмосферу выделяется до 200 млн тонн оксида и диоксида углерода, 150 млн тонн сернистого
газа, 50 млн тонн оксида азота. Все эти соединения, взаимодействуя с парами воды, порождают
кислотные дожди, которые подавляют развитие животных и растений и вредно действуют на здоровье
человека.
Повышение концентрации угарного газа (выше 2 мг/м3) нарушает процессы жизнедеятельности организмов,
т. к. СО легко связывается с гемоглобином. Человек в таких условиях чувствует повышенную
усталость, головокружение и т. д.
Сернистый газ в больших концентрациях (выше 0,05 мг/м3) вызывает кашель, бронхит, астму, пневмонию.
У растений избыток этого загрязнителя приводит к обесцвечиванию листьев и снижению урожая.
Диоксид азота в концентрации выше 0,085 мг/м3 вызывает у человека раздражения глаз, слизистой
носа и др. Повышение содержания NO2 в воздухе более 40 мг/м3 может быть причиной опадения листьев,
замедления роста и развития растений.
Углеводороды (метан, бензопирен), выделяемые в угольных шахтах при анаэробной ферментации
или при переработке нефти, обладают канцерогенными свойствами.
Воздух над промышленными городами содержит в 150 раз больше пыли, чем над океаном. Самыми
загрязненными городами в Молдове являются Кишинев, Тирасполь, Бельцы, Рыбница, Резина и др.
В природе установилось определенное динамическое равновесие в процессе формирования и деградации
почвы. Однако в последние десятилетия разрушение почвенного покрова происходит особенно
интенсивно. Причиной этого являются следующие процессы:
1. эрозия вследствие оползней;
2. засоление как результат неправильного режима орошения;
3. заболачивание, вызванное поднятием грунтовых вод и орошением;
4. потеря пахотных земель из-за расширения городов, строительства дорог, накопительных озер и др.
5. загрязнение почв отходами промышленного производства и сточными водами.
Нерациональное использование удобрений, пестицидов и инсектицидов, бытовые отходы являются
причиной загрязнения почвы, что приводит к уменьшению её плодородия. Известно, что для восстановления
1 см плодородной почвы необходимо около 100 лет.
В степной и лесостепной зонах Молдовы большинство территорий являются сельскохозяйственными,
занимая до 76,6 % площади. Природные экосистемы составляют до 20 %, а охраняемые заповедники
– только 1,95 % от территории страны.
156 4. Экология и охрана окружающей среды
С целью сохранения растительного и животного разнообразия созданы природные, научные и
ландшафтные заповедники.
Редкие и исчезающие виды занесены в Красную книгу, первое издание которое вышло в свет в 1976
году и включало 50 видов редких и исчезающих видов растений и животных. Второе издание было
опубликовано в 2001 году, и в нем было представлено уже больше исчезающих видов на территории
нашей страны: 126 видов растений и 116 видов животных. Последнее (третье) издание вышло в 2015
году. В него включены 208 видов растений и 219 видов животных, а также появились разделы о редких
грибах и водорослях.
1 – CO
2 – SO2
3 – NO2
4 – бензопирен
A а – респираторные заболевания
б – раздражение слизистой органов чувств
в – усталость, головокружение
г – раковые заболевания
д – недостаточное развитие растений
е – опадение листьев
Б
В настоящее время для защиты атмосферы необходимы следующие меры: постоянный контроль воздушной
среды с помощью специальных приборов; установление максимально допустимых концентраций
загрязняющих факторов; оснащение предприятий специальным оборудованием, препятствующим
загрязнению атмосферы; сокращение потребления угля и нефти, использования природных газов и
электричества; создание автомобилей нового поколения, минимально загрязняющих окружающую
сре ду; правильное планирование промышленных зон; создание и благоустройство
зеленых насаждений

Динамическое равновесие в экосистеме

Динамическое равновесие в экосистеме 4. 10
Биосфера отличается большим разнообразием растительных и животных сообществ, взаимодействующих
между собой. Сообщество живых организмов и абиотическая среда влияют друг на друга и в
равной степени необходимы для поддержания жизни.
В рамках экосистемы обеспечиваются процессы консервации и использования собственных ресурсов,
что необходимо для их динамического равновесия и устойчивости.
Экосистемы постоянно осуществляют обмен веществом и энергией с окружающей средой, что обязательно
для каждой биологической системы. Благодаря непрекращающемуся потоку энергии и вещества
экосистемы обновляются, а основные жизненные показатели поддерживаются в пределах средних
значений. Это обеспечивает динамическое равновесие.
Устойчивость и динамическое равновесие экосистемы обусловлены способностью к саморегуляции,
осуществляемой по принципу обратной связи (feedback).
Размеры популяций в экосистеме являются относительно постоянной величиной благодаря способности
восстанавливать свой состав после какого-либо отклонения. Важное значение в этом имеют пищевые
связи между видами. В экосистеме наблюдаются периодические колебания численности видов,
при этом каждый вид играет роль «буфера», ограничивающего размножение другого вида.
Размножение вида, используемого в качестве пищи, определяет размножение вида-консумента. Чем
многочисленнее жертвы, тем более обеспечен едой хищник и тем интенсивней он размножается. Возрастание
количества хищников приводит к снижению численности жертв. Как следствие, размножение
хищника замедляется, а количество хищника и жертвы возвращается к исходному соотношению.
Необходимо отметить, что в природных экосистемах соотношения, поддерживающие динамическое
равновесие, намного сложнее. Чем сложнее биоценоз, тем более стабильным он является и наоборот:
чем проще биоценоз, тем меньшей стабильностью он отличается.
Графическая модель пищевых связей между организмами
Годы
Биомасса
0 2 4 6 8 10
Продуцент
(орешник)
Консумент
(заяц)
Консумент
(куропатка)
Хищник
(рысь)
152 4. Экология и охрана окружающей среды
Это явление объясняется тем, что в сложной экосистеме каждый вид подвержен контролю со стороны
относительного большого числа видов. Таким образом, разнообразие видов обеспечивает стабильность
биоценоза в случае исчезновении того или иного вида.
В естественных условиях один биоценоз постепенно сменяется другим. Это явление получило название
сукцессии и заключается в направленном и непрерывном исчезновении одних популяций и появлении
других в биотопе. Характер сукцессий зависит от природы организмов, их активности, климатических
условий и др.
Со временем природные экосистемы достигают состояния климакса, характеризующегося равновесием
между живыми организмами (растениями и животными) и окружающей средой.
Особенности экосистем в ходе сукцессии и климакса представлены в приведенной ниже таблице.
Способность к саморегуляции и поддержание динамического равновесия в экосистемах совершенствовались
в ходе длительной эволюции. Виды, которые нарушали равновесие, устранялись и заменялись
другими. Поэтому вмешательство человека в природные экосистемы должно быть разумным. В
истории известно много случаев, когда вмешательство человека (использование природных ресурсов,
интродукция новых видов) вызывало серьезные нарушения и ставило под угрозу само существование
экосистемы вследствие отклонения от динамического равновесия.
Истребление койота в Калифорнии привело к массовому размножению грызунов. В Норвегии были
уничтожены хищные птицы, которые питались перепелками. Как следствие, резко возросла численность
перепелок, но затем она стала резко сокращаться из-за вспышек паразитозов. В Китае массовое
истребление воробьев привело к быстрому размножению вредителей сельскохозяйственных растений,
которые причинили гораздо больший урон, чем воробьи.
Сукцессия растительности и животных в хвойном лесу
Полевая мышь
Лось
Белка
Дикобраз
Северный
олень
Клест Выдра
Бобр
Американский
лось
Голые
скалы
мхи пастбище лиственный
лес
хвойный
лес
лиственный пастбище
лес
болото озеро
Участок,
охваченный
пожаром
После
пожара
Славка
4. Экология и охрана окружающей среды 153
Изменения показателей экосистемы в ходе сукцессий и климакса
Характеристика экосистемы Сукцессия Климакс
Энергетическая структура
1) первичная продукция
2) продуктивность
повышенная
повышенная
уменьшенная
сокращенная
Структура сообщества
1) общее органическое вещество
2) разнообразие видов
3) пространственное расслоение и гетерогенность
малое
незначительное
сокращенное
большое (к-во)
высокое
увеличенное
Жизненные циклы
1) специализация экологических ниш
2) жизненные циклы
высокая
короткие, простые
низкая
длинные, сложные
Биогеохимические циклы
1) обмен веществ между организмами и окружающей средой
2) роль растительности и животных остатков в восстановлении
питательных веществ
быстрый
незначительная
медленный
значительная
Гомеостаз
1) внутренний симбиоз
2) устойчивость к внешним воздействиям
3) энтропия
4) информация
не развит
низкая
повышенная
сокращенная
развит
высокая
пониженная
повышенная
Введение в уже сложившиеся биоценозы новых видов имеет, как правило, отрицательный эффект.
Примером может служить интродукция в фауну Австралии европейского зайца. Начальная популяция
(из 24 особей), завезенная в 1859 году, размножилась очень быстро и стала опасным конкурентом для
овец, уничтожая
пастбища. Приложенные усилия (введение в биоценозы лис из Европы,
поражающих
зайцев вирусов и др.) позволило восстановить, в определенной
мере, равновесие в экосистеме.
Следовательно, вмешательство человека в природные экосистемы требует большой
осторожности и
тщательного анализа всех возможных последствий.

Цепи питания и экологические пирамиды

Цепи питания и экологические пирамиды
Для того чтобы понять как функционируют природные и искусственные экосистемы, необходимо
определить комплекс сложных трофических связей между организмами этих экосистем. Травоядные
животные питаются растениями, хищники поедают травоядных животных. Таким образом создаются
пищевые цепи из продуцентов и консументов.
Каждая цепь питания состоит из растений
и животных, которые являются
звеньями этой цепи. Количество звеньев
одной цепи питания невелико, что препятствует
узкой специализации организмов
и не подвергает биоценозы опасности.
Удаление одного из звеньев пищевой
цепи не нарушает динамического равновесия
в рамках экосистемы. Со временем
это звено замещается другими
видами
организмов. Небольшое число звеньев
пищевой цепи обусловлено
также количеством
вещества и энергии, обеспечиваемых
продуцентами.
Обычно пищевые цепи состоят из трех звеньев – продуцента, первичного консумента (фитофаг) и
вторичного консумента (зоофаг).
Первое звено пищевой цепи, как правило, образовано фотосинтезирующими растениями, которые
обеспечивают консументов экосистемы биомассой и энергией.
Иногда посредством некоторых звеньев различные пищевые цепи пересекаются.
В биосфере различают четыре типа пищевых цепей:
1. Травоядная цепь питания. Пищевые цепи этого типа основаны на использовании живых растительных
тканей и состоят из трех основных звеньев – растения, травоядного животного и плотоядного
животного. Обычно в травоядных цепях питания растет масса травоядных животных. В некоторых случаях
это определяет небольшое число звеньев (например, последним звеном является слон).
Животные, входящие в состав травоядных цепей, питаются:
1.1. Семенами растений (млекопитающие, птицы);
1.2. Цветочным нектаром (насекомые, птицы и млекопитающие);
1.3. Мхами и лишайниками (млекопитающие в бедных растительностью зонах);
1.4. Грибами (членистоногие, некоторые млекопитающие).
2. Цепи разложения (детритные). Этот тип состоит из животного, питающегося остатками растительных
и животных организмов, и нескольких видов зоофагов; встречается в почве, опавшей листве,
в реках.
3. Бактериядные цепи питания. В некоторых случаях цепи, основанные на потреблении бактерий,
выделяют из детритных цепей. Звеном такой цепи являются хемосинтезирующие бактерии, которые
образуют биомассу и энергию для последующих звеньев. Цепи такого типа встречаются, например, в
океанских впадинах (бактерии – погонофоры – моллюски – крабы).
4. Паразитические цепи питания. В этих цепях количество звеньев сокращено, т. к. несколько видов
организмов живут за счет одного организма (картофель – фитофтора; кукуруза – пыльная головня;
бактерии – бактериофаги).
Иногда первичное звено пищевой цепи может быть представлено гетеротрофным организмом (животным).
Например, насекомоядные растения могут входить в состав этих цепей, получая вещество и
энергию от поедаемых животных.
Цепь питания
Энергия
Питательные
вещества
Продуценты Консументы
Неорганическое Редуценты
вещество
Тепло Тепло
Тепло
Солнце
4. Экология и охрана окружающей среды 149
Британский эколог Чарльз Элтон в 1927 году сравнил трофическую структуру биоценоза с пирамидой,
ступени которой соответствуют пищевым уровням. Так возникло понятие пищевой пирамиды
(экологической пирамиды).
В пределах пищевой пирамиды
при переходе с одного уровня
на другой численность особей
питания уменьшается, а их размер
увеличивается.
Различают несколько типов
экологических пирамид:
1. Пирамида численности –
отражает уменьшение числа организмов
от первичных до третичных
консументов.
2. Пирамида биомассы – отражает
сокращение массы организмов
от продуцентов к консументам.
3. Пирамида энергии – отражает
потери энергии при переходе
от одного трофического уровня
к другому.
Шведский ученый-эколог Р. Л. Линдеман в 1942 году показал, что только часть энергии, поступившей
на определенный уровень биоценоза, передается организмам следующего звена. С уровня на уровень
переходит около 10–20 % энергии.
Все пищевые цепи всегда существуют в сообществе таким образом, что звенья одной цепи являются
также звеньями другой. Пересекающиеся цепи питания образуют пищевую сеть экосистемы.
В рамках одной пищевой сети отдельные организмы могут добывать себе пищу с разных трофических
уровней. Например, беззубка может использовать в качестве источника питания как первичных
продуцентов одной цепи питания (водоросли), так и первичных консументов другой цепи питания
(простейшие).
Экологическая пирамида
Третичные
консументы
Вторичные
консументы
Первичные
консументы
Продуценты
Энергия
Потерянная энергия
Энергия, сохраняемая в биологической системе
Пищевая сеть в лиственном лесу Пищевая сеть в пресном водоеме
150 4. Экология и охрана окружающей среды
Как правило, в пищевую сеть не включают редуцентов, хотя они оказывают существенное влияние
на круговорот веществ и энергии.
Стабильность пищевой сети зависит от количества цепей питания и их взаимодействия. Природные
экосистемы (леса, озера) характеризуются повышенной устойчивостью, которая обеспечивается большим
видовым разнообразием, а также способностью к саморегуляции.
Искусственные экосистемы содержат меньше пищевых цепей и поэтому менее устойчивы. Кроме
того, они обладают меньшей способностью к саморегуляции. Существует риск массового поражения и
потери урожая. В этих условиях необходимо своевременное вмешательство человека.

Искусственные экосистемы. Агробиоценозы

Искусственные экосистемы. Агробиоценозы
Переход к оседлому образу жизни человека, одомашнивание животных, необходимость обработки
почвы для выращивания растений – всё это обусловило замещение природных экосистем, характеризующихся
способностью к саморегуляции, искусственными экосистемами (агробиоценозами). В настоящее
время культивируемые площади занимают до 30 % поверхности суши, обеспечивая человека
продуктами питания.
Агробиоценозы (пшеничные поля, сады, огороды, теплицы и др.) создаются и поддерживаются человеком
в собственных интересах. Агробиоценозы отличаются следующими особенностями:
1. Высокая гомогенность
На сельскохозяйственных угодьях обычно выращивают один-два сорта растений, обладающих высокой
урожайностью. Вследствие этого максимально сокращается разнообразие животных и микроорганизмов,
которые не могут приспосабливаться к этой узкой специализации.
2. Пониженная способность к саморегуляции
Из-за ограниченного числа видов, упрощенных трофических связей, постоянного вмешательства
человека агробиоценозы не могут самостоятельно поддерживать динамическое равновесие в системе.
В агробиоценозах достаточно часто наблюдаются вспышки различных заболеваний и массовое размножение
вредителей. Массовое размножение патогенных грибов или вредных насекомых (саранча, колорадский
жук) может привести к уничтожению урожая.
3. Активное участие человека
Для того чтобы получить высокий урожай и сохранить агробиоценоз, человек вынужден контролировать
и уменьшать влияние природных факторов, обрабатывая сельскохозяйственные поля пестицидами,
используя биологические методы борьбы с вредителями, орошая засушливые земли и удобряя почву.
Таким образом, агробиоценозы
помимо солнечной энергии
получают еще много
дополнительной
энергии в результате
направленной деятельности
человека.
4. Относительная простота
трофических связей
Количество видов в агробиоценозах
намного меньше, чем в
природных экосистемах. Это
приводит к упрощению трофических
связей. Как правило, в
агробиоценозах цепь питания
состоит из трех звеньев – культивируемого
растения, вредителя
и паразитов вредителя.
5. Естественный отбор
В агробиоценозах действие
естественного
отбора ослаблено,
хотя влияние природных
факторов (температуры, влажности)
не исключается. Таким
образом, экосистема продолжает
развиваться по законам природы.
Особенности искусственной экосистемы
Человеческая
популяция
с постоянным
числом
жителей
Солнечная
энергия
Материал
Тепло
Круговорот химических
элементов
Энергия
Первичная
материя
Численный
рост
популяции
людей
Тепло
Отходы
4. Экология и охрана окружающей среды 147
• Выберите пищевые цепи агробиоценоза, описанного под штрихкодом QR 4.8.1.
• Составьте три ребуса, ответы на которые представят примеры агробиоценозов.
• Представьте преимущества и недостатки одного из агробиоценозов вашей
местности.
• Предложите проект развития экологического сельского хозяйства в вашей
местности и укажите возможные источники финансирования.
• Оцените положительные и отрицательные последствия орошения для агробиоценозов юга
Молдовы и представьте 2–3 вывода.
Основной стратегией при создании и использовании современных агроценозов является высокоэффективное
и управляемое сельскохозяйственное производство (см. схему). Это предполагает применение
высокопроизводительной техники, высокоурожайных и устойчивых сортов, соблюдение научно
обоснованных севооборотов.
Однако не следует оставлять без внимания и защиту природных экосистем и сохранение разнообразия
живого мира. Использование природных экосистем должно быть рациональным, а агробиоценозы
– разнообразными для того, чтобы предупредить образование пустынь, засоленных или кислых
почв, эрозию почв и т. д.

Природные экосистемы. Водная экосистема

Природные экосистемы. Водная экосистема
Вода покрывает до 70 % поверхности Земли, поэтому водные экосистемы занимают намного большую
площадь, чем наземные.
Водные экосистемы характеризуются рядом особенностей, среди которых:
• Высокая плотность воды и значительные перепады давления
Плотность воды определяет перемещения водных организмов и изменения давления, которое возрастает
с глубиной (1 атм. на каждые 10 м). Водные животные (гидробионты) могут выдерживать давление
до 400–500 атм. (рыбы, ракообразные, моллюски).
• Пониженное содержание кислорода (в сравнении с наземными экосистемами)
В водных бассейнах кислород существует в виде растворенного в воде газа (О2). Он необходим для
жизнедеятельности рыб, зоопланктона. При недостатке кислорода животные задыхаются и погибают.
Критической для большинства водных животных является концентрация меньше 3 мг/л.
Учитывая тот факт, что в теплой воде меньше кислорода, чем в холодной, летний период является
критическим для многих водных животных. Например, при температуре 4 оС концентрация кислорода
в воде составляет 13,1 мг/л, а с повышением температуры до 25 % она сокращается до 8,3 мг/л.
• Неравномерное распределение света в водных слоях
В водной среде гораздо меньше света, чем в воздухе. Лишь часть солнечных лучей поглощается водой,
причем количество света быстро уменьшается с глубиной. Поэтому большинство водных животных
сосредоточено на поверхности или на небольшой глубине (планктон).
• Специфический солевой режим
Водные животные приспособились к определенному солевому режиму. Пресноводные формы не могут
жить в морях, а морские – не переносят пресной воды. Лишь редкие формы могут существовать как
в соленой, так и в пресной воде. Они встречаются, например, в устье рек.
• Колебания температуры
Температура воды зависит от количества солнечной энергии, поглощенной водой, воздухом и поверхностью
Земли. Чем больше солнечной энергии поглощается, тем выше температура воды. На температуру
воды влияет также испарение с поверхности водного бассейна, сточные воды и др.
Температура определяет разнообразие животных и растений, населяющих водный бассейн. Зимой
в водоемах растительности практически нет, в то время как весной и летом, когда температура воды
повышается и на поверхность поднимаются богатые питательными веществами бентосные слои, озера
«зацветают». Перемещение слоев воды наблюдается и осенью. В результате повышения температуры
весной начинают быстро развиваться микроскопические растения и животные. Многие рыбы откладывают
икру в теплое время, когда температура воды увеличивается и повышается количество питательных
веществ. Этого не наблюдается в маленьких озерах, где вода смешивается в течение года. Однако
резкое повышение температуры может привести к гибели некоторых видов рыб, предпочитающих холодную
воду с высоким содержанием кислорода (например, форели).
• Скорость водостока (в проточных водоемах) и кислотность воды (рН)
Водные бассейны имеют определенное значение рН, который для чистой природной воды варьирует
от 5 до 6. Самой чистой водой на Земле считается дождевая вода, но и она обладает определенной кислотностью.
Эта природная кислотность обусловлена растворенным в каплях воды углекислым газом.
Значение рН для кислых дождей равно 4, а рН тумана в городской черте может приближаться к 2. В
большинстве рек и озер рН варьирует от 6,5 до 8,5. В регионах, богатых минеральными соединениями,
встречаются водные бассейны с более кислым рН.
Разработка и функционирование шахт также могут стать причиной увеличения кислотности в близлежащих
водных бассейнах в связи с сбросом в них отходов производства.
4. Экология и охрана окружающей среды 143
Организация водных экосистем
Жизнедеятельность водных организмов в большой степени зависит от рН воды. Так, саламандры,
лягушки и другие земноводные чувствительны к повышению рН, а большинство насекомых, земноводных
и рыб не выживают в условиях рН меньше 4.
• Концентрация частиц и прозрачность воды
Прозрачность воды уменьшается с возрастанием концентрации частиц и плотности водорослей.
Она зависит также от присутствия различных бактерий, фитопланктона и других организмов, химических
веществ, растительных остатков и др.
Прозрачность воды в естественных водоемах обычно составляет от 1-го до нескольких метров. Пониженная
прозрачность воды (менее 1-го метра) может быть обусловлена высокой биологической активностью
в водоеме, а также высокой концентрацией взвешенных частиц. В очень чистой воде (например,
вблизи коралловых рифов) прозрачность может достигать 30–40 метров.
В целом, в пределах водных экосистем различают толщу воды (пелагиаль) и дно водоема (бентос).
Пелагиаль делится на вертикальные слои:
- эпипелагиаль – слой воды глубиной до 200 м;
- батипелагиаль – слой воды, лишенный зеленых растений;
- абиссопелагиаль – темный слой воды (лишен зеленых растений).
Бентос делится на следующие зоны:
- литоральная – край берега, затапливаемый во время приливов;
Зоны озера
Литораль Зона света
Темная зона
Предел проникновения света
Зоны океана
200
1,000
2,000
4,000
11,000
0
Океаническая
зона
Неритическая
зона
Эпипелагиаль
Батипелагиаль
Абиссопелагиаль
Сублиторальная
зона
Батиальная
зона
Абиссальная
зона
Глубина (в м)
Литораль
144 4. Экология и охрана окружающей среды
- сублиторальная – омывание края материков глубиной до 200 м (в морских экосистемах);
- батиальная – зона крутых склонов;
- абиссальная – образует ложе океана (моря).
Водные экосистемы можно условно разделить на морские экосистемы и внутренние водные экосистемы
материков и островов (озера, реки, устья рек). Последние характеризуются специфической организацией.
Биомасса водных экосистем определяется поверхностным слоем – фитопланктоном, способным к
фотосинтезу. Первичная продукция некоторых водных экосистем представлена в таблице.
Первичная продукция водных экосистем
Морские экосистемы Сухое вещество,
г/м2
Внутренние водные
экосистемы
Сухое вещество,
г/м2
Коралловые рифы, Гавайи 70,4 Реки и озера (в среднем) 3,01
Воды, близкие к коралловым рифам 0,127–0,22 Озеро Чад, Сахара 4,62
Литоральные воды Северного моря 0,33–4,4 Озеро Морион, Канада 0,05
Пелагиаль Средиземного моря 0,132–0,11 Олиготрофное озеро,
Белоруссия
0,22–0,66
В морских экосистемах разнообразие организмов зависит от следующих факторов: температуры, солености,
минерального состава, давления, света (для растений). Разные организмы обладают различной
выносливостью к изменениям этих факторов.
Во внутренних пресных водоемах ограничивающими факторами являются температура, скорость
течения воды, концентрация кислорода, углекислого газа, соли и осмотическое давление. Большинство
организмов (особенно растения) сконцентрированы в литоральной зоне.
Пресные водоемы с проточной водой характеризуются рядом особенностей:
- течения воды регулируют и ограничивают распространение некоторых организмов;
- благодаря небольшой глубине происходит постоянный обмен веществ между пелагиальной зоной
и бентосом;
- в отсутствие источников загрязнения вода, как правило, хорошо обогащена кислородом.
В зависимости от типа воды водные среды обитания делятся на стоячие и проточные водоемы. В
рамках каждой водной экосистемы устанавливаются различные пищевые связи между организмами.

Природные экосистемы. Наземная экосистема

Природные экосистемы. Наземная экосистема
Экосистема – это единый экологический комплекс, образованный на основе взаимодействия живых
организмов и биотических факторов среды (температура, атмосферные осадки, естественная радиация,
ветер и др.). Таким образом, экосистема состоит из совокупности видов (биоценоз), населяющих определенную
территорию (биотоп): экосистема = биотоп + биоценоз.
Понятие биоценоз было введено в 1877 году немецким ученым-гидробиологом К. А. Мёбиусом и
означает сообщество видов растительных и животных организмов, населяющих определенную территорию
(ограниченную среду) и взаимодействующих между собой. Термин биотоп был предложен немецким
ученым К. Ф. Далем в 1908 году для обозначения места обитания биоценоза.
В 1933 году английский геоботаник А. Д. Тэнсли ввел понятие экосистемы для обозначения элементарной
единицы биосферы, образованной из среды обитания (биотопа) и совокупности растений
и животных (биоценоза). Между биотопом и биоценозом постоянно происходит обмен веществом и
энергией.
Каждая экосистема характеризуется определенными составными элементами (фауна, флора, физико-
химические факторы); структурой (распределение); размерами (пределы расселения); функциональностью
(взаимосвязь между элементами).
Экосистемы классифицируют по:
• Размерам
- микроэкосистема (дерево);
- мезоэкосистема (лес);
- макроэкосистема (океан);
- экосфера (планета Земля).
• Среде обитания
- наземные (на суше);
- водные (в водоемах);
- подземные (в пещерах).
• Происхождению
- естественные (тропические леса, пустыни, реки и др.);
- полуестественные (природные заповедники, парки и др.);
- искусственные (злаковые поля, сады, озера и др.).
Распределение составляющих элементов в пространстве и во времени определяет структуру экосистемы.
Экосистемы характеризуются следующими показателями:
• структура биотопа – отражает разнообразие видов в зависимости от физической среды;
• пространственная структура – отражает распределение элементов экосистемы в пространстве;
• биоценотическая структура – отражает связи между организмами разных видов;
• биохимическая структура – отражает связи между организмами посредством продуктов метаболизма;
• трофодинамическая структура – отражает движение потока вещества и энергии.
Наземные экосистемы отличаются наибольшим разнообразием по составу. Переход к сухопутному
образу жизни обусловил появление у растений и животных различных приспособлений. В основе дифференциации
наземной экосистемы лежит разнообразие растительности при наличии доминирующих
видов. Элементами горизонтальной структуры наземных экосистем являются консорции и синузии.
Консорции представляют собой небольшие группы организмов, которые не могут существовать
друг без друга.
Синузии – это комплекс консорциев, объединяющий много популяций.
4. Экология и охрана окружающей среды 139
Вертикальная структура наземных экосистем представлена ярусами, которые характеризуются природой
растительности (видовым разнообразием), но отражают и особенности почвы и фауны. Каждый
ярус является компонентом одной целостной системы и не может существовать независимо. Между
ярусами постоянно происходит обмен веществом и энергией (опадение листьев и плодов, миграция насекомых
и птиц и др.).
Ярусность хорошо видна в лиственных лесах, характерных для нашей местности. В этих лесах
можно выделить три основных яруса:
1. почвенный ярус – образован корнями растений, многочисленными членистоногими, микроорганизмами
и др.;
2. надпочвенный ярус – образован травяным и моховым покровами; включает грибы, членистоногих,
пресмыкающихся и некоторых млекопитающих;
3. верхний ярус – образован различными деревьями и кустарниками; в его состав входят птицы,
млекопитающие и др.
В пределах наземных экосистем существует определенное распределение организмов, которое может
быть:
• гомогенным – организмы находятся на равном
расстоянии друг от друга (редко встречается в природных
популяциях);
• случайным – организмы распределяются случайным
образом по отношению друг к другу;
• групповым – организмы собраны в группы.
Особенности наземных экосистем определяются,
в значительной степени, типом растительности
и животных, которые влияют на них различными
путями (рытьем, уничтожением семян, изменением почвы).
Состояние растительного покрова зависит от некоторых насекомых и грызунов. Различные виды
животных питаются семенами и обеспечивают их распространение, но в то же время уничтожают
запасы семян, необходимые для восстановления растительности. В этот разрушительный процесс
вносят свой вклад и многочисленные плесневые грибы, поражающие семена.
Животные активно участвуют в преобразовании почвы, например: роя подземные тоннели, откладывая
запасы корма или разлагая остатки растений и животных.
Распространение организмов в экосистеме:
а – гомогенное; б – случайное; в – групповое
a б в
140 4. Экология и охрана окружающей среды
Каждая экосистема состоит из двух компонентов – первичной и вторичной продукции. Первичная
продукция обеспечивается растениями, благодаря синтезу органических веществ из неорганических.
Вторичная продукция представляет собой биомассу, образованную гетеротрофными организмами в
процессе потребления органических веществ.
Первичная продукция некоторых наземных экосистем
Тип экосистемы Первичная продукция в г
сухого вещества/м2/год
Жаркая пустыня
Заросли кустарников в пустыне
Тундра
Хвойный полярный лес
Пастбище умеренных широт
Тропическое пастбище
Смешанный лес умеренного климата
Хвойный лес
Тропический лес
3
70
140
520
560
700
1000
1500
2000
Конечная первичная продукция (количество биомассы, полученной в результате фотосинтеза, за исключением
потерь для поддержания метаболизма) варьирует в разных экосистемах (см. таблицу).
Первичная продукция наземных экосистем, в отличие от водных, зависит от количества видов растений
и целого ряда факторов, среди которых количество атмосферных осадков, температура окружающей
среды, межвидовые и внутривидовые связи, способность к саморегуляции и др.
В наземных экосистемах каждый организм занимает определенную экологическую нишу – комплекс
взаимодействующих биотических и абиотических факторов. Благодаря этому растения и животные
в этих экосистемах сосуществуют, рационально используя ресурсы своего биотопа. Для выживания
в конкретных условиях среды организмы приобрели различные приспособления для поиска пищи, к
влажности среды, продолжительности дня, температуре и др.

Организация живой материи на биосферном уровне

Организация живой материи на биосферном уровне
Жизнь существует на различных уровнях организации, высшим из которых является биосферный.
Биосфера – это часть оболочки земного шара, населенная живыми организмами. Она включает литосферу,
атмосферу и гидросферу.
Учение о биосфере было создано русским ученым В. И. Вернадским (1863–1945), который в 1924 году
опубликовал работу «Биосфера». Согласно этому учению:
• биосфера является живой оболочкой Земли;
• в биосфере солнечная энергия преобразуется в различные типы энергии: электрическую, химическую,
механическую, тепловую.
Большинство живых организмов сконцентрировано на поверхности Земли, на небольшой глубине
в водных бассейнах, в воздушном пространстве, в поверхностных слоях почвы (до 25-35 см). Однако
пределы существования жизни намного шире. Некоторые бактерии находят в литосфере на глубине до
8 км. В гидросфере жизнь простирается на всю ее глубину (свыше 11 км), а в пределах атмосферы – до
85 км (споры отдельных бактерий).
Предполагают, что современная биосфера содержит около 2 млн видов организмов, а общее число
видов с момента ее образования до настоящего времени превышает 1 млрд видов. Разнообразие видов
и плотность расселения в пределах биосферы зависят от многих факторов: вида, географической зоны,
степени адаптации и др.
В состав биосферы входят следующие компоненты:
1) живое вещество – образовано совокупностью организмов: растений (99 % экосистем суши и
около 50 % водных экосистем) и животных. Вся биомасса равна примерно 2,4х1012 тонн (около 0,001
% массы земной коры);
2) биогенное вещество – создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов
(гумус, газы атмосферы, каменный уголь и др.);
3) косное вещество – образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности,
метеориты);
4) биокосное вещество – образуется в результате совместной деятельности организмов и абиогенных
процессов (почва, ил, подземные воды);
5) радиоактивное вещество – представлено природными радиоактивными изотопами (235U, 238U,
40K, 14C, 3H и др.), продуцирующими ионизирующие излучения;
6) свободные атомы – залежи металлов в слоях литосферы;
7) космическая пыль – твердые частицы космического происхождения;
8) техногенное вещество – продукты промышленной деятельности человека.
Биосфера, являясь открытой системой, характеризуется постоянным круговоротом веществ и энергии
при непосредственном участии живых организмов.
Автотрофные организмы синтезируют органические вещества, используя поглощенные из воды или
почвы питательные вещества, углекислый газ и солнечную энергию. На основе процессов фотосинтеза и
дыхания эти организмы поддерживают нормальное соотношение кислорода и углекислого газа, а также –
водный баланс. Образованная органическая биомасса обеспечивает существование гетеротрофных организмов.
Консументы (животные) расщепляют эти вещества до более простых, из которых синтезируют
свои собственные вещества. И в завершение: сапрофитные организмы (некоторые грибы и бактерии)
расщепляют органические вещества до неорганических, которые вовлекаются в дальнейшем в круговорот
большинства химических элементов (углерода, азота, фосфора, кислорода, водорода, серы и др.).
Биогеохимический круговорот веществ не является замкнутым. Оборот веществ составляет 90–
98 %. Остальное представляет «геологические отложения».
Примерно каждые 8 лет в биосфере происходит обновление биомассы, причем биомасса океана обновляется
намного быстрее, чем растительная масса суши. Так, органическая масса океанов обновляется
каждые 33 дня, а растительная – ежедневно, в то время как для обновления растительной массы суши
необходим более продолжительный период – около 14 лет.
4. Экология и охрана окружающей среды 135
Растительная биомасса в разных географических зонах
Тропический
лес
Субтропический
лес
Лиственный
лес
Смешанный
лес
Хвойный
лес
Тундра
Биомасса и разнообразие видов в наземных экосистемах увеличиваются от полюсов к экватору. В
тундре количество видов составляет около 500, в степной зоне – до 2000, а в тропических лесах – более
8000 видов.
Круговорот углерода в природе
СО2 в атмосфере
Органический
углерод
Углерод мертвого
органического
вещества
Глюкоза, крахмал,
целлюлоза и др.
Разложение
организмов
Сгорание
Дыхание
Питание
Дыхание разлагателей
Разложение организмов
Образование залежей
ископаемых
Дыхание
Фотосинтез
Углерод в
подземных
ископаемых
Обмен воды в гидросфере составляет около 2800 лет. Обновление кислорода атмосферы происходит
в течение нескольких тысяч лет, а углекислого газа – 6,3 года.
В биосфере постоянно происходят синтез органических веществ с накоплением энергии и разложение
сложных веществ на более простые.
Важной особенностью биосферы является происходящий в ней круговорот веществ, который заключается
в непрерывной циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми
организмами. Различают большой (геологический) и малый (биологический) круговороты, последний
из которых ограничен пределами биосферы.
Живые организмы через пищевые цепи обеспечивают биогенное перемещение химических элементов
из среды и благодаря биогеохимическим круговоротам сохраняют свое динамическое равновесие.
Активное участие организмов в перемещении химических элементов можно наблюдать на примере
круговорота углерода.
Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода (углекислого газа) зелеными
растениями в ходе фотосинтеза. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими
растениями, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод
из тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в
процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода
образуется торф, каменный уголь и нефть. В процессе их сгорания для получения энергии образуется
диоксид углерода, который возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается
новый цикл.
136 4. Экология и охрана окружающей среды
Участвуя в круговороте веществ в природе, живое вещество осуществляет важнейшие биогеохимические
функции:
• газовая функция – заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы (поглощение
диоксида углерода растениями и выделение кислорода в процессе фотосинтеза; потребление кислорода
при дыхании и выделение диоксида углерода; восстановление азота, сероводорода и др.);
• концентрирующая функция – заключается в поглощении и накоплении в живых организмах различных
химических элементов (углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы, железа, йода и др.);
• окислительно-восстановительная функция – заключается в окислении и восстановлении веществ
в живых организмах (восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и
окисление их до диоксида углерода при дыхании).
Глобальный круговорот веществ в биосфере заключается в перемещении веществ в литосферу, гидросферу,
атмосферу при непосредственном участии живых организмов. Благодаря биологическому
круговороту жизнь поддерживается и в условиях пониженной концентрации химических элементов.
Биологический круговорот обеспечивает циркуляцию веществ и энергии при участии продуцентов,
консументов и редуцентов природных и искусственных систем. Он бывает двух типов: открытый и
закрытый. В закрытом круговороте все вещества экосистем вовлекаются в последовательные превращения
в пределах трофических цепей.
В открытых биологических круговоротах энергия запасается в тканях растений и животных в виде
органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется
в нефти, угле, торфе.
В заключение следует подчеркнуть, что круговорот веществ и энергии обеспечивает динамическое
равновесие в биосфере – высшем уровне организации живой материи.

Организация живой материи на биоценотическом уровне

Организация живой материи на биоценотическом уровне
Живые организмы, населяющие определенную территорию, не изолированы друг от друга, а взаимодействуют,
образуя единое целое. Сообщества организмов разных видов, тесно связанных между собой,
образуют биоценоз (от лат. bios – жизнь, koinos – совместно), а участок суши (воды), заселенный представителями
биоценоза, называется биотопом (от лат. bios – жизнь, topos – место).
Биоценоз является более высоким уровнем организации, чем популяции. Он состоит из организмов
разных видов, которые прямо или косвенно обеспечивают существование биоценоза. Размеры биоценоза
зависят от входящих в его состав видов и варьируют в широких пределах: от ствола дерева до целого
леса, от лужи до моря и т. д.
Биоценозы, независимо от их природы (естественный – водный бассейн, лес и др.; искусственный –
сад, пшеничное поле и др.) и размеров, характеризуются общностью организации.
Примеры биоценозов
Строение биоценоза
• Основные структурные элементы
1. Продуценты – организмы, синтезирующие необходимые для
существования биоценозов вещества. В большинстве естественных
биоценозов основными продуцентами являются фотосинтезирующие
растения. В некоторых случаях функции продуцента может выполнять
человек, например, если он разводит рыб в искусственном водоеме.
2. Консументы – организмы, потребляющие органические вещества
и обеспечивающие их последовательное преобразование. К консументам
относятся различные виды животных, в том числе и человек.
4. Экология и охрана окружающей среды 131
Вследствие адаптации к условиям жизни они отличаются
большим разнообразием и делятся на:
2.1. первичные консументы – травоядные животные,
употребляющие растительную пищу;
2.2. вторичные консументы – плотоядные животные,
питающиеся травоядными;
2.3. третичные консументы – животные, которые питаются
травоядными и/или плотоядными (например, хищные
птицы).
В зависимости от используемой пищи различают два основных типа консументов: биофаги (употребляют
живую пищу, например, личинки некоторых насекомых) и сапрофаги (питаются мертвым органическим
веществом, например, некоторые грибы).
3. Редуценты – организмы, которые разлагают
органические вещества. К ним относятся микроорганизмы
(плесневые грибы, бактерии), некоторые
животные и растения, которые разлагают выделения
животных, остатки мертвых растительных и животных
организмов.
• Основные группы организмов
1. Автотрофные организмы. Эти организмы синтезируют
органические вещества из неорганических.
Основными автотрофами являются зеленые растения,
которые, используя энергию солнца и неорганические
вещества (СО2, Н2О), образуют органическую биомассу и, тем самым, обеспечивают существование
биоценоза. Эти организмы называют фотоавтотрофами (помимо зеленых растений в эту группу
входят и фотосинтезирующие водоросли и бактерии, использующие СО2, Н2S для синтеза органических
веществ).
К автотрофным организмам относятся также некоторые почвенные бактерии, которые используют
для синтеза органических веществ энергию химических реакций (окисление серы, железа, азота). Эти
хемоавтотрофные бактерии были открыты русским ученым А. Н. Виноградским.
В условиях темноты и недостатка или отсутствия кислорода бактерии являются единственными организмами,
способными синтезировать столь необходимые для существования биоценозов вещества.
2. Гетеротрофные организмы. Они используют готовые органические вещества, синтезированные
другими организмами. К ним относятся животные, грибы и большинство бактерий.
Гетеротрофы могут использовать органические вещества других организмов, паразитируя на них
(паразиты) или разлагая их остатки (сапрофиты).
Большое разнообразие гетеротрофных организмов объясняется высокой адаптивностью организмов
и заселением различных экологических ниш.
• Основные показатели
1. Численность – общее количество особей (видов), населяющих данный биотоп. Она зависит от
видового состава биоценоза, уровня приспособленности, специализации организмов, площади занимаемой
территории и др. Этот показатель может отражать неоднородность среды обитания, обусловленную
благоприятными условиями жизни.
2. Биомасса – общее количество органического вещества особей (видов), образующих биоценоз. Она
выражается в единицах веса (кг, тонны) на единицу площади (м3, га). Значительная часть биомассы биоценозов
приходится на высшие растения.
3. Продуктивность – количество органического вещества, образованного в единицу времени. Она
определяется, главным образом, биосинтетической активностью основных продуцентов – растений.
Продуктивность биоценоза обеспечивает обновление органической биомассы, причем это обновление
происходит намного быстрее в водных биоценозах, чем в наземных.
132 4. Экология и охрана окружающей среды
Графическое изображение закона толерантности
Естественные биоценозы характеризуются рядом особенностей:
• взаимозависимость организмов, в основе которой лежат трофические связи;
• круговорот веществ и энергии при участии живых организмов;
• возможность последовательной смены биоценозов;
• высокая способность к саморегуляции.
В естественных биоценозах устанавливаются определенные закономерности.
В 1840 году немецкий агрохимик Ю. Либих сформулировал закон ограничивающего фактора, согласно
которому «рост растений зависит от фактора, ограничивающего действие остальных факторов».
Например, растения, выращиваемые на щелочных и кислых почвах, дают очень низкий урожай, хотя
остальные факторы (концентрация азота, калия, фосфора, воды и др.) являются оптимальными. Позже
этот закон был применен и для животных организмов, хотя он и не имеет универсального значения.
В 1911 году В. Шелфорд вывел закон толерантности, согласно которому развитие живых организмов
возможно в определенных условиях действия экологических факторов. Крайние участки кривой, выражающие
состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют зонами пессимума
(в них организмы не выживают). Следует отметить, что организмы могут обладать устойчивостью к
разным факторам среды, что обеспечивает их широкую адаптацию.

Организация живой материи на популяционном уровне

Организация живой материи на популяционном уровне
Адаптивная способность организмов существенно увеличивается на надорганизменном уровне. Наряду
с индивидуальными приспособлениями у организмов формируются групповые приспособления.
Совокупность особей одного вида, обладающих сходными морфологическими и физиологическими
признаками, заселяющих определенную территорию ареала вида и свободно скрещивающихся между
собой, называется популяцией.
Особенности каждой популяции определяются природой вида, миграцией особей, источниками
питания, климатическими факторами, внутри- и межвидовыми связями, уровнем приспособленности
организмов и др.
Для классификации популяций используют различные критерии, например:
• По площади занимаемой территории:
а) географические популяции – группы, которые занимают большие территории и являются результатом
адаптации к климатическим и ландшафтным факторам;
б) экологические популяции – группы, населяющие относительно небольшие территории и находящиеся
под влиянием определенных факторов окружающей среды;
в) биотопы – группы, занимающие ограниченные территории и зависимые от соседствующих популяций.
• По типу размножения:
а) панмиктические популяции – особи размножаются половым путем, свободно скрещиваясь между
собой;
б) популяции-клоны – особи размножаются бесполым способом;
в) клоно-панмиктические популяции – особи размножаются как половым, так и бесполым путем.
• По способности размножаться:
а) постоянные популяции – продолжительность их существования не зависит от потока особей извне;
б) временные популяции – продолжительность их существования зависит от миграции особей.
• По размерам:
а) малые популяции;
б) большие популяции;
в) суперпопуляции.
• По пространственной структуре:
а) диффузные популяции – особи разбросаны по ареалу, не образуют скоплений, благодаря достаточному
количеству пищи и благоприятным условиям для размножения (млекопитающие в открытых
местах);
б) мозаичные популяции – особи распределены по ареалу в зависимости от наличия источников питания,
убежища и др. Популяции могут переходить из диффузной формы в мозаичную и наоборот.
в) пульсирующие популяции – распределение особей зависит от их численности, которая, в свою очередь,
определяется условиями жизни;
г) цикличные популяции – распределение особей в зависимости от сезона, определяющего их миграцию
(у некоторых рыб, птиц, млекопитающих).
В отличие от индивидуальной организации, популяции представляют собой более сложные сообщества,
для которых характерны определенные черты.
Отличительные черты популяций
1. Ареал – специфическая область, занимаемая особями данной популяции.
В пределах ареала размеры популяции определяются многими факторами, среди которых: степень
перемещения особей, источники пищи и др. Например, некоторые животные (олени, бизоны, дикие
утки) в определенные периоды года могут перемещаться на сотни и тысячи километров, в то время как
другие организмы (большинство растений, кораллы, актинии) не меняют исходного ареала.
4. Экология и охрана окружающей среды 127
Выбор территории популяции зависит от определенных географических факторов (реки, горные
цепи, болота), источников пищи, специализации организмов и др.
2. Численность – общее количество особей на одной территории.
Численность популяции зависит от различных факторов, среди которых: особенности вида, источники
пищи, забота о потомстве, адаптивность организмов, сезонные изменения, плодовитость организмов
и др. Некоторые популяции состоят из нескольких десятков особей (например, популяции львов), а
другие исчисляются тысячами (например, популяции рыб, насекомых).
3. Плотность популяции – число особей на единицу площади или объема среды.
Она отражает соотношение между численностью и ареалом популяции. Плотность популяции измеряется
в количестве особей или биомассе на единицу площади (км2, га) или объема (м3).
4. Рождаемость – количество особей, родившихся в определенный промежуток времени.
Она может быть:
- абсолютной – общее число родившихся особей;
- относительной – среднее изменение численности популяции по отношению к одной особи в определенный
период времени.
На рождаемость оказывают влияние: соотношение полов, число взрослых особей, длительность
жизненного цикла, соотношение между репродуктивным периодом и продолжительностью жизни, плодовитость
организмов (например, сельдь откладывает до 40 тыс. икринок, сом – до 1500, а акула – всего
несколько штук), забота о потомстве, климат, наличие хищника и др.
5. Смертность – количество особей, умерших в определенный промежуток времени.
Смертность является характеристикой, противоположной рождаемости, но зависит от тех же факторов
среды. Причиной массовой гибели в популяции могут быть хищники, паразиты и различные
инфекционные болезни. Частота смертности неодинакова на различных этапах онтогенеза. Наиболее
уязвимыми являются детеныши, в то время как взрослые особи более устойчивы и приспособлены к
условиям окружающей среды.
6. Численный рост популяции – соотношение между рождаемостью и смертностью; может быть
положительным или отрицательным.
7. Темпы роста – среднее количественное прибавление в единицу времени.
Темпы роста популяций варьируют от вида к виду. Графически темпы роста можно представить в
виде кривой, которая включает период адаптации, период экспоненциального роста и период покоя.
Если рождаемость не превышает смертность, это может поставить под угрозу существование данной
популяции.
8. Половая структура – соотношение между особями мужского и женского полов в популяции.
Пол организмов также является генетически обусловленным признаком и, как правило, соотношение
полов в популяции составляет 1:1. Однако в природе соотношение полов зависит не только от генетических
закономерностей, но и от факторов внешней среды. Оно может изменяться в сторону преобладания
самок (например, у ондатры, фазана, синицы) или самцов (например, у пингвинов, летучих мышей).
9. Возрастная структура – соотношение между особями разного возраста; определяется биологическими
особенностями вида, действием факторов внешней среды.
Популяция, которая содержит особи всех возрастных категорий, называется полной популяцией, а в
случае отсутствия особей какого-либо возраста – неполной.
Полные популяции характеризуются стабильностью, независимостью и высоким уровнем саморегуляции.
Особая роль в популяции принадлежит особям, достигшим половой зрелости и способным
к размножению. Путем воспроизведения обеспечивается восстановление и поддержание численности
популяции.
10. Экологическая структура популяции отражает связи между особями одной популяции.
В зависимости от особенностей поведения животных различают несколько способов жизни:
- изолированный – особи популяции изолированы друг от друга; характерен только для некоторых
этапов жизненного цикла, т. к животные не могут существовать изолированно долгое время;
128 4. Экология и охрана окружающей среды
- семейный – в пределах популяции устанавливаются взаимоотношения между родителями и их
потомством (например, у ряда птиц, львов);
- колониальный – характеризуется образованием многочисленных колоний животных (например,
у ворон, чаек, ласточек, пчел, муравьев, термитов);
- групповой – временные сообщества, которые отличаются особой биологической организацией,
необходимой для защиты от врагов, ориентации в пространстве, миграции, добычи пищи. Встречается
в косяках рыб, стаях птиц, волков и др.;
- стадный – длительные и стабильные сообщества животных, которые обеспечивают выполнение
главных жизненных функций (защита от врагов, размножение, добыча пищи, воспитание потомства
и др.). В стаде устанавливаются взаимоотношения превосходства–подчинения, решающую
роль при этом играют такие факторы, как физическое превосходство, жизненный опыт (например,
у павианов, куланов, антилоп).
Организация индивидов в популяции обеспечивает более высокий уровень адаптации к условиям
окружающей среды. Динамическое равновесие в популяции поддерживается благодаря популяционному
гомеостазу как результату сложных внутривидовых и межвидовых взаимоотношений.

Организация живой материи на индивидуальном уровне

Организация живой материи на индивидуальном уровне
Жизнь может существовать на различных уровнях организации. Элементарный уровень организации
живой материи представлен особью (организмом). Разнообразные связи организма с внешней
средой обеспечивают его существование. Ни один организм не может существовать независимо от факторов
среды. Пространство, в котором живет организм, и комплекс экологических факторов, влияющих
на него, образуют среду обитания.
Под действием факторов внешней среды организмы развивают целую серию приспособлений, обеспечивающих
их выживание в конкретных условиях среды обитания. Морфологический тип адаптации
растения или животного к основным факторам окружающей среды определяет жизненную форму организма.
Например, одним из критериев классификации жизненных форм растений является расположение
почек по отношению к поверхности почвы (К. Раункиер). На основе этого признака выделяют 5
типов жизненных форм растений.
1. Фанерофиты – почки расположены на расстоянии более 30 см от поверхности почвы; в зависимости
от высоты растения, структуры стебля, степени развития листьев в этой группе выделяют 15
подтипов (например: деревья, крупные кустарники и др.);
2. Хамефиты – растения с относительно низко расположенными почками, зимой покрываемыми
снегом, на высоте не более 30 см; включает 4 подтипа;
3. Гемикриптофиты – растения с почками, расположенными на поверхности почвы (одуванчик);
включает 3 подтипа;
4. Криптофиты – растения с почками, расположенными ниже уровня почвы или воды (тюльпан,
лотос); включают 7 подтипов;
5. Терофиты – растения, не имеющие почек, т. е. однолетники, зимующие в форме семян.
Организация живой материи на индивидуальном уровне
Место обитания Климатические факторы Межвидовые связи
Источник питания Организм Внутривидовые связи
4. Экология и охрана окружающей среды 125
Эта классификация, хотя и принята большинством ученых, не является достаточно полной. Она
не отражает разнообразия растений по другим признакам. Учитывая тот факт, что каждый организм
подвергается действию различных факторов среды, многообразие жизненных форм намного шире
(например, по наличию органов, жизненному циклу и др.).
Как и растения, животные также отличаются разнообразием жизненных форм. Морфология животных,
в значительной степени, обусловлена условиями среды обитания. Существуют наземные, подземные,
воздушные и водные животные.
Эта классификация животных является очень общей и не отражает многочисленных переходных
форм. В пределах каждой таксономической группы выделяют различные жизненные формы, учитывая
условия их обитания. Например, различают следующие формы птиц: лесные птицы; птицы полей и степей;
прибрежные птицы; водоплавающие птицы.
Таким образом, условия обитания определяют особенности жизненных форм растений и животных.

Уровни интеграции и организации живой материи

Уровни интеграции и организации живой материи
Жизнь на Земле является результатом длительного процесса эволюции и существует в виде живых
организмов, для которых характерны следующие особенности:
• организация – построение комплекса элементов, взаимодействующих друг с другом и подчиняющихся
целому (совокупность органов, участвующих в пищеварении, образует пищеварительную систему;
совокупность жизненно важных систем составляет организм);
• структура – способ внутренней организации системы, в которой устанавливаются определенные
связи (например, каждая составная часть пищеварительной системы – ротовая полость, желудок, кишечник,
печень – имеют определенное строение; каждый организм характеризуется определенным
строением, обусловленным уровнем организации);
• функция – активность структурного элемента, направленная на поддержание целостности (каждый
орган пищеварительной системы выполняет одну или несколько функций, обеспечивающих расщепление
питательных веществ; каждая система органов выполняет определенную функцию, обеспечивающую
существование организма).
Для живой материи характерны уровни интеграции и уровни организации.
Уровни интеграции отражают определенные качества материи. Они представлены как неживыми
системами (атомы, ионы, молекулы), так и живыми системами (клетки, ткани, органы). На этих уровнях
жизнь можно исследовать, хотя она не существует самостоятельно, т. к. не наблюдаются все свойства
живого. К этим уровням относятся:
• молекулярный уровень – представлен макромолекулами (ДНК, белки) в пределах одной клетки;
• клеточный уровень – представлен различными типами клеток в рамках ткани;
• тканевой уровень – представлен разными типами тканей в органе;
• органный уровень – представлен разными органами в рамках организма.
Изолированные культуры клеток и тканей можно поддерживать вне организма (in vitro) длительное
время. Однако эти системы не могут существовать независимо, т. к. не обладают всеми свойствами живого
(например, саморегуляцией, самовоспроизводством и др.)
Уровни интеграции важны в организации жизни, но только те из них, которые имеют универсальный
характер, составляют уровни организации. Для них характерна специфическая организация,
свойственная только биологическим системам, проявляющим все свойства живой материи.
Уровнями организации живой материи являются следующие:
• индивидуальный уровень – представлен отдельными особями, одноклеточными (амеба, инфузория-
туфелька, хлорелла и др.) и многоклеточными (горох, картофель, волк, обезьяна и др.);
• популяционный уровень (или видовой)
– представлен популяцией из особей
или другими формами существования
вида (прайд у львов, косяк у рыб,
табун у лошадей);
• биоценотический уровень – представлен
различными биоценозами (водными,
наземными и др.);
• биосферный уровень – представлен
биосферой Земли, в основе существования
которой лежат биогеохимические
круговороты материи и энергии.
Уровни интеграции и организации живой материи
Органный уровень
Тканеый уровень
Молекулярный
уровень
Клеточный уровень
Индивидуальный уровень
Популяционный уровень
Биоценотический уровень
Биосферный уровень
4. Экология и охрана окружающей среды 121
Жизнь обеспечивается основными свойствами живых организмов:
1. Генетическая программа
Это совокупность генетической информации, накопленной в ходе эволюции и обеспечивающей
существование вида в определенных условиях окружающей среды. Эта информация хранится и реализуется
при участии нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Точные механизмы реализации генетической
программы обеспечивают непрерывность и преемственность особи, вида и т. д.
Программы делятся на:
а) программы, обеспечивающие существование самих организмов (добыча пищи, защита от врагов,
адаптация к факторам среды);
б) программы, обеспечивающие существование структурных элементов организмов (программы
клеточных органоидов, клеток, тканей и т. д.);
в) программы, обеспечивающие более высокий уровень развития, иногда во вред отдельным механизмам
(некоторые виды рыб мигрируют во время нереста и погибают после этого, служа кормом
для мальков).
2. Самовоспроизводство
Самовоспроизводство заключается в способности живых организмов производить себе подобных.
Организмы размножаются двумя основными путями: бесполым (фрагментами мицелия, почкованием,
спорами, видоизмененными корнями и стеблями) и половым (при слиянии специализированных
клеток – гамет). При бесполом размножении обычно образуются идентичные потомки, в то
время как потомство, полученное при половом размножении, отличается разнообразием и сочетает
признаки обоих родителей.
Тип размножения зависит от многих факторов: уровня развития организма, длительности жизненного
цикла, пролиферативности, адаптации к условиям среды и др.
3. Целостность
Это свойство живых организмов обеспечивает их существование как целостной системы во взаимодействии
с внешней средой. При этом индивидуальность каждого из элементов этой системы
сохраняется. Например, организм человека – это целостная система, состоящая из органов, выполняющих
разные функции. Биоценоз также функционирует как целостная система благодаря своим
основным элементам: продуцентам, консументам и редуцентам.
4. Гетерогенность
Гетерогенность обеспечивает структурное и функциональное разнообразие биологических систем.
Являясь единым целым, каждая биологическая система состоит из многочисленных идентичных
или различающихся элементов, которые обеспечивают ее существование. Гетерогенность
способствует адаптации системы, независимо от уровня ее организации (разнообразие органов растений
и животных; возрастное и половое разнообразие в популяции).
Гетерогенность определяет установление динамического равновесия. Исходя из этого, гетерогенность
не может быть абсолютной.
5. Динамическое равновесие
Динамическое равновесие биологических систем обусловлено непрерывным обменом материи и
энергии с окружающей средой, в результате чего обеспечивается постоянное самообновление. Оно
сочетает в себе две противоположные характеристики – стабильность и изменчивость.
Данное свойство обеспечивает организацию биологических систем за счет уменьшения энтропии.
6. Саморегуляция
На разных уровнях организации живой материи существуют различные механизмы саморегуляции,
в основе которых лежит принцип обратной связи (fееdback). На индивидуальном уровне саморегуляция
находится под контролем нервной и эндокринной систем, а на уровне биоценоза обеспечивается
трофическими связями.
122 4. Экология и охрана окружающей среды
7. Информационный характер
Живая материя имеет информационный характер, т. е. способна принимать, хранить и передавать
информацию в рамках биологической системы. В передаче этой информации участвуют различные
стимулы:
а) физические – звуки (у дельфинов), цвета (у рыб, пресмыкающихся) и др.;
б) химические – привлекающие и/или отпугивающие вещества (у насекомых, пресмыкающихся,
млекопитающих);
в) биологические – поведенческие реакции (особенно в брачный период у млекопитающих, птиц,
рыб, насекомых).
Восприятие информации зависит от уровня организации живых систем. Обычно информация
передается с избытком, т. к. не вся она достигает места назначения.
8. Завершенность ответов
Живые организмы способны адекватно отвечать на меняющиеся условия среды, что позволяет
им приспособиться к этим условиям.

Эволюция человека

Эволюция человека
Эволюция человека (антропогенез) отличается от других эволюционных учений. Проблема происхождения
человека существует тысячелетия и пока не нашла своего окончательного решения. Согласно
концепции креационизма, человек создан некой сверхъестественной силой в определенный момент времени.
Еще в древние века были предприняты попытки объяснить происхождение человека на материальной
(научной) основе. Например, Анаксимандр и Эмпедокл считали, что люди произошли из земли.
Аристотель, изучив строение тела человека, пришел к заключению, что человек относится к царству
животных, и дал ему название zoon politicon. С открытием ряда сходств в строении тела человека и обезьяны
римским врачом и анатомом Клавдием Галеном и с появлением подробного описания строения
шимпанзе, сделанным английским анатомом Эдвардом Тайсоном (1699), стало очевидным включение
человека в состав царства животных. С углублением знаний о человеке и других организмах эта концепция
получила все большее распространение.
Карл Линней, выдающийся шведский ученый-натуралист, автор первой системы классификации
живого мира, расположил человека рядом с человекообразными обезьянами, отведя ему отдельный
род – род Homo.
Итак, согласно современной концепции человек занимает следующее систематическое положение:
Царство: Animalia – гетеротрофные организмы с голозойным питанием
Подцарство: Metazoa – многоклеточные животные
Тип: Chordata – животные с хордой
Подтип: Vertebrata (Craniata) – позвоночные
Надкласс: Tetrapoda – четвероногие
Класс: Mammalia – млекопитающие
Подкласс: Eutheria – плацентарные млекопитающие
Отряд: Primates – млекопитающие с хорошо развитым головным мозгом и конечностями хватательного
типа
Семейство: Hominidae – организмы с большим головным мозгом; для них характерно прямохождение
Род: Homo – человек с плоским лицом и выступающим подбородком
Вид: Homo sapiens – человек разумный
Факторы, обеспечившие эволюцию человека, можно разделить на:
1. Биологические факторы
• наследственность – обеспечивает сохранение наследственных признаков и передачу их потомству;
определяет существование человека как вида;
• изменчивость – обеспечивает появление новых признаков в меняющихся условиях среды; определяет
адаптацию человека к условиям жизни;
• естественный отбор – обеспечивает отбор наиболее приспособленных особей в меняющихся условиях
среды; обусловливает выживание наиболее приспособленных из них;
• борьба за существование – обеспечивает существование человека во взаимоотношениях с другими
организмами, которые могут быть конкурентными, нейтральными или неконкурентными; определяет
адаптивность человека;
• половой отбор – обеспечивает половой диморфизм в человеческой популяции; поддерживает соотношение
по полу 1:1;
• упражнение – обеспечивает развитие или упрощение некоторых органов в зависимости от их использования
или неиспользования; определяет преимущества некоторых органов в борьбе за существование;
• размножение – обеспечивает передачу признаков потомкам и появление новых признаков в результате
новых сочетаний генов.
2. Социальные факторы
• способность изготавливать орудия труда – обеспечивает постоянное физическое и умственное совершенствование
человека;
• социальная организация – обеспечивает совершенствование человека на основе достижений окружающих
его людей (общества);
• членораздельная речь – обеспечивает накопление опыта в результате речевого общения людей;
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 113
• сознание – обеспечивает осмысливание и
отражение реальности и прогнозирование
адекватного поведения.
Из сказанного можно заключить, что человек
является биосоциальным существом.
В настоящее время физическая эволюция
человека в целом завершена, однако продолжается
эволюция в социальном, экономическом
и культурном планах.
Согласно эволюционной концепции, человекообразные
обезьяны и человек произошли
от общего предка (дриопитека) около
30 млн лет назад.
Предполагают, что в эволюции человека
были и побочные ветви:
• Рамапитеки, гигантские обезьяны и ав-
стралопитеки – около 1,5–5 млн лет назад.
Предполагают, что австралопитеки
жили в безлесных степных просторах, вблизи
водоемов. Они имели мощные челюсти и
зубы и питались преимущественно мясной
пищей. Большинство антропологов считают,
что австралопитеки являлись промежуточной
ступенью между человекообразными
обезьянами и человеком.
• Питекантропы и синантропы – около
550 тыс. лет назад.
Они принадлежат одной и той же ископаемой
группе и представляют первый этап в эволюции человека – древнейшие люди. Наряду с питекантропами
и синантропами в эту группу входят гейдельбергский человек, человек умелый и др.
Древнейшие люди внешне уже походили на современного человека, хотя отличались низким покатым
лбом, большими надбровными дугами, отсутствием подбородочного выступа. Объем мозга варьировал
от 680 см3 (у человека умелого) до 1050 см3 (у синантропа).
Однако, определяющим фактором, который позволил древнейшим людям отделиться от человекообразных
обезьян и начать собственную эволюционную линию стала их способность изготавливать
орудия труда. Сначала эти орудия были примитивными, но со временем они становились все сложнее
и разнообразнее.
Древнейшие люди распространились по всему Старому Свету. Они жили в пещерах, вели стадный
образ жизни, пользовались огнем, изготавливали орудия труда из камня и кости.
• Неандертальцы – 200 тыс. лет назад.
Неандертальцы относятся к древним людям. Для них характерны: массивное тело, рост до 155 см,
удлиненный череп с объемом мозга 1300–1600 см3. У них еще сохраняются надбровные валики, относительно
низкий лоб, массивная нижняя челюсть.
По Т. Эдингеру, мозг неандертальцев уже напоминает мозг человека, но еще сохраняются некоторые
примитивные признаки. Он более узкий в передней своей части и шире – в задней. Особенностью является
неравномерное развитие полушарий мозга, что приближает неандертальцев к людям современного
типа. Извилины немногочисленны и слабо развиты.
Около 35 тыс. лет назад в Европе появились первые люди современного типа – кроманьонцы. Обнаружение
кроманьонца (в 1868 г. во Франции, неподалеку от городка Лес-Эзи) выявило наличие общих
характеристик, в большой степени соответствующих Homo sapiens. Они отличались высоким ростом
(около 180 см) и большим объемом головного мозга (в среднем 1600 см3). Для них были характерны высокий
лоб, развитый подбородочный выступ, членораздельная речь.
Наиболее существенные изменения в ходе эволюции человека представлены в схеме на с. 114.
Возможный эволюционный путь человека
ДРИОПИТЕКИ
Ponginae
Современные человекообразные
обезьяны:
орангутан, горилла,
шимпанзе
Homo erectus erectus
(Pithecanthropus erectus)
Homininae
Рамапитеки
Гигантские обезьяны Австралопитеки
Человек умелый
Homo erectus habilis
Синантропы
Человек
Гейдельберга
Неандертальцы
Кроманьонцы
Homo sapiens fosilis
Человек разумный
Homo sapiens sapiens
Древневенгерский
человек
114 3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека
Изменения в ходе эволюции человека
Использование
различных
орудий
труда
(из камня
и других
металлов)
Объем мозга
Способ передвижения
Анатомические
особенности
Люди современного
Дриопитеки Австралопитеки Древнейшие люди Древние люди типа
(350 cм3 ?)
?
450 cм3 750 cм3
Более 4 000 000 лет 3 000 000 лет
850 cм3
1100 cм3
1 500 000 лет
1400 cм3
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
90 000 лет
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
Несущественные
изменения
35 000 лет
Древесина?
Существуют две теории о центрах происхождения человека – моноцентрическая и полицентриче-
ская. Согласно моноцентрической теории, центром происхождения человека является Центральная
Африка, т. к. именно здесь найдено большинство промежуточных форм эволюции человека. Отсюда
человек расселился через Азию в другие части Земли.
Исходя из второй теории – полицентрической – существует несколько центров происхождения человека
на Земле. Свидетельством этого могут служить различные цивилизации высокого уровня развития,
существующие в разных частях нашей планеты практически в одно и то же время.
Большинство ученых считает, что в настоящее время на Земле существуют разные популяции одного
и того же вида – Homo sapiens. Он является полиморфным и состоит из различных рас.
Расы – это большие группы людей, отличающиеся некоторыми физическими признаками (например,
чертами лица, цветом кожи, глаз и волос, формой волос).
В современном человечестве выделяют три основные расы:
1. Европеоидная – характеризуется узким лицом, сильно выступающим носом, мягкими волосами;
цвет кожи варьирует от очень светлого до смуглого; к ней относятся представители коренного населения
Европы, Южной Азии и Северной Африки.
Европеоидная раса подразделяется на подрасы: северную, восточно-европейскую, средиземноморскую,
альпийскую и др.
2. Монголоидная – отличается плоским широким крупным лицом, узким разрезом глаз, жесткими
прямыми волосами, смуглым цветом кожи; к ней относятся представители коренного населения Центральной
и Восточной Азии, Индонезии, Сибири.
3. Негроидная – характеризуется темным цветом кожи, курчавыми волосами, темными глазами и
широким и плоским носом; в ней выделяют две ветви – африканскую и австралийскую.
Расы человека возникли как результат географической и социально-культурной изоляции. В ходе
тысячелетней истории древние популяции и группы людей распространились по всему свету, контактируя
друг с другом.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 115
• Дайте определения понятиям: антропогенез, центр происхождения, неантропы.
• Заполните в тетради таблицу.
Таксоны Название таксономической
группы Характеристики
Царство Animalia Эукариотические клетки без клеточной стенки,
пластид и фотосинтезирующих пигментов.
Тип Chordata ...
Подтип ... Наличие позвоночника
... ... Вскармливание детеныша материнским молоком
... Primates Хорошо развитый головной мозг
Семейство ... Большой мозг, прямохождение
... ... Высокий лоб, сглаженные надбровные складки,
развитый подбородочный выступ
Следует отметить, что с точки зрения интеллектуальных способностей все расы одинаковы и подвержены
эволюции в равной степени. Представители разных рас встречаются, создают семьи и имеют
детей. В настоящее время, благодаря миграциям и процессам глобализации, происходит смешение
различных рас.

Направления эволюции

Направления эволюции
Как известно, биологическая эволюция – общепризнанный факт. Но каков ее финальный результат?
Ж. Б. Ламарк считал, что результатом эволюции является повышение уровня организации организмов
(градация) и появление дивергентности типов организации. Согласно Ч. Дарвину, эволюция приводит к
повышению уровня приспособленности организмов. Русский ученый А. Н. Северцов на основе сравнительного
анализа пришел к заключению, что эволюция приводит к биологическому прогрессу, который
может быть ограниченным (в пределах систематической группы) и неограниченным (эволюция человека).
Вид находится в состоянии биологического прогресса, если соблюдаются следующие условия:
• увеличение числа особей в пределах уже существующей популяции;
• расширение исходного ареала вида;
• прогрессивная дифференцировка и увеличение количества таксономических групп.
Биологический прогресс вида может быть достигнут следующими путями:
1. Ароморфоз – это морфофизиологический прогресс, т. е. возникновение в ходе эволюции признаков,
существенно повышающих уровень организации большой группы организмов.
Ароморфозы характерны для крупных таксономических групп – семейства, порядка, класса, царства.
Примерами ароморфозов являются: возникновение фотосинтеза у растений; выход растений на
сушу; появление цветка и семян у покрытосеменных; половое размножение у растений и/или животных;
развитие билатеральной симметрии у животных; четырехкамерное сердце у птиц и млекопитающих и др.
2. Идиоадаптация представляет собой морфофизиологический прогресс, характерный для мелких
систематических групп, и является результатом действия факторов внешней среды. Другими словами,
идиоадаптации – это приспособление организмов к окружающей среде на основе мелких изменений,
открывающее перед ними возможность прогрессивного развития без принципиальной перестройки их
биологической организации. У живых организмов встречаются различные типы специализации:
– специализация по типу питания (у крабов, тутового шелкопряда и др.);
– специализация путем сверхразвития и достижения гигантских размеров (динозавры; насекомые каменноугольного
периода с размахом крыльев до 1,5 м; земноводные пермского периода, достигающие
до 5–7 м; некоторые современные нематоды, обитающие на дне океана, размеры которых около 8 м);
– специализация путем утраты ароморфозов предков (паразитические черви, у которых отсутствуют
некоторые жизненные системы);
– специализация к определенным условиям обитания (строение корня, цветка, семян у растений; структура
конечностей у животных).
3. Дегенерация – это морфофизиологический регресс, который приводит к упрощению организации
в результате действия факторов среды.
Исчезновение некоторых органов, а иногда и целых систем органов, является следствием паразитического
образа жизни. Например, отсутствие листьев у повилики, утрата пищеварительной, дыхательной
и кровеносной систем у паразитических червей.
Следует отметить, что морфофизиологический регресс и упрощение организации организмов не исключают
биологического прогресса у этих организмов.
Пути биологического прогресса взаимозависимы по следующим причинам:
• Каждый вид в пределах обитания, определенных факторами окружающей среды, приспосабливается
к определенным условиям жизни;
• Реорганизация уже существующих форм может быть результатом как морфофизиологического
прогресса, так и регресса;
• Организмы, однажды вступив на новый путь развития, приспосабливаются к новым условиям
жизни.
Биологическая эволюция отличается неспециализированным характером исходных групп. Новые
эволюционные линии берут начало от таксонов, не имеющих глубокой специализации, а отличающихся
лишь общими признаками. В зависимости от особенностей развития различают несколько
типов эволюции – монофилетическая, парафилетическая и полифилетическая.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 111
Возникновение и развитие новых систематических групп происходит несколькими путями:
а) дивергенция – расхождение признаков в процессе эволюции, приводящее к появлению новых
форм, происходящих от общего предка.
Среди основных причин дивергенции можно
выделить различия по экологическим нишам;
конкуренцию между различными группами организмов
и др.;
б) параллелизм – появление сходных признаков
на основе общности организации.
Он устанавливается в случае завершения дивергентности
и адаптации к определенным стабильным условиям жизни;
в) конвергенция – независимое возникновение сходных признаков у организмов, не родственных
друг другу, как результат адаптации к сходным условиям обитания (см. схему).
Конвергенция основана на развитии сходных приспособлений (особенно к абиотическим факторам
среды), но не может в итоге приводить к перекрыванию или объединению различных систематических
групп (например, конвергенция формы тела акулы и дельфина).
В заключение следует отметить, что биологическая эволюция очень разнообразна и зависит от целого
ряда факторов. Но всё же она необратима, т. к. ни один организм не может вернуться к исходному
состоянию предков. Это следует учитывать для разумного и эффективного использования природных
богатств.

Факторы эволюции: взаимодействие организмов с окружающей средой и естественный отбор

Факторы эволюции: взаимодействие организмов
с окружающей средой и естественный отбор
Эволюция организмов обусловлена их взаимодействиями с факторами среды. Ч. Дарвин назвал это
взаимодействие борьбой за существование и считал его основным действующим механизмом естественного
отбора.
Борьба за существование отражает взаимодействие организмов со средой и включает в себя не только
конкурентные связи (как кажется по названию), но и связи нейтральные и взаимовыгодные (симбиоз).
Борьба за существование имеет ряд особенностей, среди которых:
• пролиферативность организмов – чем выше скорость размножения особи, тем острее конкуренция
и интенсивнее гибель;
• скорость удаления организмов из популяции – делает борьбу более острой;
• плотность популяции – перенаселение является одной из основных причин борьбы за существование;
• возраст организмов – более молодые особи погибают, как правило, быстрее;
• относительная приспособленность организмов – любая адаптация выгодна организму в определенных
(неменяющихся) условиях среды;
Борьба за существование является основной причиной естественного отбора, она определяет направление
и ход эволюции. В зависимости от факторов среды можно выделить следующие формы борьбы
за существование:
1. борьба с абиотическими факторами (механическими, физическими, химическими);
2. борьба с биотическими факторами (с другими организмами):
2.1. внутривидовая борьба – с другими организмами данного вида;
2.2. межвидовая борьба – с организмами других видов.
В природных условиях факторы среды взаимодействуют одновременно и не могут быть разделены.
Под действием абиотических факторов как животные, так и растительные организмы приобрели различные
приспособления (см. таблицу).
Приспособление растений и животных к абиотическим факторам
Абиотические
факторы Приспособления растений Приспособления животных
Высокая
температура
модификация листьев (колючки) и стебля
(суккулентов), удлинение корней, сокращение
интенсивности транспирации и др.
термоизоляция путем образования полостей
(у насекомых), удлинение конечностей,
светлая окраска, зарывание в песок, ночной
образ жизни и др.
Низкая
температура
небольшие размеры, обезвоживание тканей,
накопление холодозащитных веществ,
опадание листьев, замедление метаболических
процессов и др.
обезвоживание тканей, повышение осмотического
давления в тканях, накопление
жира, спячка и др.
Пониженная
влажность
удлинение корня, сокращение транспирации,
восковой налет на листьях, преобразование
листьев в колючки, повышение
осмотического давления в клетках, суккулентные
стебли и др.
непроницаемость кожного покрова, редуцирование
потовых желез, сокращение объема
выделяемой с мочой воды, использование
метаболической воды, ночной образ жизни,
зарывание в песок, летний покой и др.
Свет
специализация растений в короткодневные
и длиннодневные, специализация фотосинтетического
аппарата, ритмичность
устьиц и др.
развитие специальных светочувствительных
органов, различная окраска, чередование
дневного и ночного образа жизни и др.
3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека 107
К биотическим факторам относятся отношения между различными организмами. Они могут быть
нейтральными (0), положительными (+) и отрицательными (-). Различают следующие типы межвидовых
отношений:
• нейтрализм (00) – не оказывает прямого влияния ни на один из видов (например, сосуществование
белок и птиц в лесу);
• конкуренция (--) – борьба за общие источники питания и ресурсы (волк и лиса);
• аменсализм (0-) – взаимоотношения не являются обязательными ни для одного из видов, но в ходе
взаимодействия продукты метаболизма одного организма ингибируют развитие другого;
• паразитизм (+-) – отношения с положительным эффектом для паразита и отрицательным – для
хозяина (аскарида и человек);
• хищничество (+-) – связь, аналогичная паразитизму, отличие в том, что хищник, как правило, убивает
свою жертву (волк и заяц);
• комменсализм (+0) – комменсал живет за счет другого организма, не нанося ему при этом вреда
(E. coli в кишечнике человека);
• протокооперация (++) – взаимовыгодные для обоих видов отношения, но не обязательные для них
(крабы и актинии);
• мутуализм (++) – положительные и обязательные для обоих видов отношения (микоризные грибы
и корни деревьев, клубеньковые бактерии и бобовые растения, цветковые растения и опыляющие
их насекомые).
Адаптация организмов в ходе взаимодействия с абиотическими и биотическими факторами определяется
естественным отбором.
Естественный отбор – это процесс, в результате которого выживают и оставляют потомство самые
приспособленные к условиям жизни особи. Естественный отбор определяет направление эволюции организмов.
В результате естественного отбора:
• возникают организмы с новыми адаптивными признаками;
• устраняются из популяции организмы с признаками, потерявшими свою адаптивную ценность в
новых условиях жизни;
• сохраняются организмы, подтвердившие свою адаптивность в данных условиях среды.
Эффективность естественного отбора можно определить по коэффициенту отбора (s):
s = ,
p1 – p
p1 – pp1
где р – частота аллеля в первом поколении; р1 – частота аллеля во втором поколении.
Коэффициент отбора отражает избирательное преимущество гена, определяющего данный признак.
Естественный отбор является векторным (направленным) процессом, для которого характерны следующие
показатели:
1) исходная точка – признак, на основе которого осуществляется отбор в популяции;
2) величина – определяется коэффициентом отбора;
3) направление – определяется особенностями борьбы за существование.
В настоящее время выделяют три основных формы естественного отбора (см. схему).
1. Движущий отбор (направляющий)
• происходит в меняющихся условиях среды;
• отбираются организмы, приспособленные к действию данного фактора;
• устраняются из популяции организмы, не приспособленные к изменяющимся условиям среды;
• под действием движущего отбора изменяется генетическая структура популяции.
Примером этой формы отбора является индустриальный меланизм у березовой пяденицы. Связанное
с развитием промышленности загрязнение окружающей среды привело к появлению и преобладанию
бабочек черного цвета.
108 3. Эволюция организмов на Земле. Эволюция человека
2. Стабилизирующий отбор
• происходит в стабильных условиях среды, не меняющихся продолжительное время;
• не исключает гетерогенности популяции;
• направлен в пользу установившегося в популяции среднего значения признака;
• устраняются особи, существенно отклоняющиеся от среднего значения признаков;
• элиминация особей может быть избирательной и неизбирательной.
Известно много примеров стабилизирующего отбора. Одним из них является вес ребенка при рождении,
который в среднем составляет 3,4–3,6 кг.
Стабилизирующий отбор может быть нормализующим, т. е. обеспечивающим сохранение уже существующих
форм, и канализирующим, т. е. определяющим эволюцию онтогенетических процессов.
3. Дизруптивный отбор
• характерен для гетерогенной популяции;
• обеспечивает сохранение крайних форм и устранение промежуточных;
• благоприятствует двум или более фенотипам в популяции;
• определяет сбалансированный полиморфизм в популяции.
Примером дизруптивного отбора может служить появление разнообразных форм дрозофилы в лабораторных
условиях и разнообразие форм бабочек в исходной популяции вида Papilio dardanus.
В Африке существует несколько различных видов бабочек с мимикрией, самки которых очень разнообразны
по внешнему виду и повторяют фенотип других видов бабочек. В этом случае дизруптивный
отбор привел к формированию в пределах группы организмов с общим происхождением нескольких
различных форм, хотя между ними и не существовала географическая изоляция.